初中物理物质的属性综合题

如图甲所示，一弹簧测力计下挂一圆柱体，将圆柱体从水面上方某一高度处匀速下降，然后将圆柱体逐渐浸入水中。整个过程中弹簧测力计的示数 $F$与圆柱体下降高度 $h$关系如图乙所示。 $(g=10N/\mathit{kg}$；水的密度约为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$

求：

（1）圆柱体的重力；

（2）当圆柱体刚好全部浸没时，下表面受到的水的压强；

（3）圆柱体的密度。

阅读短文，回答问题：

阳光动力2号

如图所示，是进行过环球飞行的全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”。它的翼展达到了 $72m$，比一种大型波音飞机的翼展还要宽 $3.5m$；机长 $22.4m$，接近一个篮球场的长度。但由于它的机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料制造，因此，它的质量只有 $2300\mathit{kg}$，与一辆中型轿车相差无几。

“阳光动力2号”上面共贴敷了17248片太阳能电池。这些电池可以产生最大 $70\mathit{kW}$的功率，这些电力输送给四台电动机带动螺旋桨给飞机提供动力。

白天，它会爬升到 $9000m$的高空以避开气流并最大化利用太阳能，而夜晚则半滑翔飞行，逐渐降低到 $1500m$高度，其速度并不大，因此夜里对能源的需求也大大减少。

（1）这种“极轻的碳纤维材料”的密度约为 $1.7\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，这个密度值表示的物理意义是：　                                                　。

（2）机身上的太阳能电池以最大功率工作，在 $30\mathit{min}$的时间内产生　       　 $\mathit{kW}·h$的电能。

（3）“阳光动力2号”从白天航行转为夜里航行过程中，它的重力势能　      　（填“逐渐增大”、“不变”或“逐渐减小”）。

在比较水和煤油吸热能力的实验中，使用了相同的酒精灯、相同的设备，首先分别对质量相同的水和煤油加热相同的时间，然后分析温度的变化量得出结论，这种实验探究方法叫做　         　，该实验是利用　         　（选填“热传递”或“做功”）的方法来改变水的内能，若被加热水的质量为 $0.2\mathit{kg}$，加热时间长 $5\mathit{min}$，温度升高了 ${50}^{°}\text{C}$，则水吸收的热量是　         　，已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$；若某同学测出了加热前、后酒精灯质量的变化量为 $m$，并利用上面测出的水吸收的热量 $Q$，通过公式 $q=\frac{Q}{m}$计算出了酒精的热值，则该热值与实际酒精的热值相比　        　（选填“偏大”“偏小”或“不变”）

阅读短文，回答问题；

伽利略对摆动的研究

据说，某个星期天，伽利略在比萨大教堂参加活动，教堂穹顶上的吊灯因风吹而不停地摆动。伽利略被摆动的节奏性吸引住了。他发现，尽管吊灯的摆动幅度越来越小，但每一次摆动的时间似乎相等。

伽利略知道脉搏的跳动是有规律的，于是便按着脉搏注视着灯的摆动，发现每一次往返摆动的时间都相同。这使他又冒出一个疑问：假如吊灯受到强风吹动，摆得高了一些，每一次摆动的时间还相等吗？回到宿舍，他用铁块制成一个摆，把铁块拉到不同高度，用脉搏细心地测定摆动的时间。结果表明每次摆动的时间仍然相同。尽管用脉搏测量时间并不精确，但已经可以证明他最初的想法是正确的，即“不论摆动的幅度大些还是小些，完成一次摆动的时间是一样的”，这在物理学中叫做“摆的等时性”。

后来，伽利略又把不同质量的铁块系在绳端做摆锤进行实验；他发现，只要用同一条摆绳，摆动一次的时间并不受摆锤质量的影响。随后伽利略又想，如果将绳缩短，会不会摆动得快些？于是他用相同的摆锤，用不同的绳长做实验，结果证明他的推测是对的。他当时得出了结论：“摆绳越长，往复摆动一次的时间（称为周期）就越长。

（1）他用铁块制成摆，把铁块拉到不同高度，高度越高，铁块的　      　能越大，铁块运动到最底端时速度越　      　。

（2）不论摆动的幅度大些还是小些，完成一次摆动的时间是一样的，这在物理学中叫做　        　。

（3）他用相同的摆锤，用不同的绳长做实验，结果证明他的推测是对的。这种研究问题的方法叫　      　法。

归纳式探究 $--$研究带电粒子在电场中的运动：

给两块等大、正对、靠近的平行金属板加上电压，两板之间就有了电场。带电离子在电场中受到力的作用，速度的大小和方向都可能发生变化。

（1）甲图中两板间电压为 $U$，若一个质量为 $m$，电荷量为 $q$的负离子，在力的作用下由静止开始从负极板向正极板运动，忽略重力的影响，到达正极板时的速度 $v$与质量 $m$、电荷量 $q$和电压 $U$的关系数据如表一。则带电离子到达正极板时速度的平方 $v^2=k_1$　　。

（2）在其他条件一定时，若第二次实验中的带电粒子以不同的速度沿着乙图中的两板中线方向入射到电场中，带电离子就会发生偏转，离开电场时偏移距离 $y$与入射初速度 $v$的关系数据如表二。则偏移距离 $y=k_2$　　。将数据的表格形式变成公式形式，运用了　　法。

表一：

次数	$m/\mathit{kg}$	$q/C$	$U/V$	$v^2/(m^2\cdot s^{-2})$
1	$2\times {10}^{-30}$	$1.6\times {10}^{-19}$	1	$1.6\times {10}^{11}$
2	$4\times {10}^{-30}$	$1.6\times {10}^{-19}$	1	$0.8\times {10}^{11}$
3	$4\times {10}^{-30}$	$3.2\times {10}^{-19}$	1	$1.6\times {10}^{11}$
4	$2\times {10}^{-30}$	$1.6\times {10}^{-19}$	3	$4.8\times {10}^{11}$

表二：

$v^2/(m^2\cdot s^{-2})$	$y/m$
$0.8\times {10}^{11}$	$3.6\times {10}^{-2}$
$1.6\times {10}^{11}$	$1.8\times {10}^{-2}$
$4.8\times {10}^{11}$	$0.6\times {10}^{-2}$
$7.2\times {10}^{11}$	$0.4\times {10}^{-2}$

（3）将甲、乙两装置组合，如图丙所示。甲装置两板间电压为 $2V$，质量为 $4\times {10}^{-30}\mathit{kg}$，带 $1.6\times {10}^{-19}C$电荷量的负粒子，自甲装置负极板由静止开始运动，则其最终离开乙装置时偏移距离 $y=$　　 $m$。

把一棱长为 $10\mathit{cm}$，质量为 $8\mathit{kg}$的正方体实心金属块，放入水平放置装水的平底圆柱形容器中。如图甲所示，金属块下沉后静止在容器底部（金属块与容器底部并未紧密接触），水的密度是 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）金属块的密度；

（2）金属块受到的浮力；

（3）金属块对容器底部的压强；

（4）若用图乙所示的滑轮组，把金属块在水中匀速提升 $30\mathit{cm}$（金属块未露出水面，忽略水对物体的阻力），此过程滑轮组的机械效率为 $70\%$，那么绳子自由端的拉力 $F$大小是多少？

小娜想要用天平和量筒测量一种玻璃水的密度。

（1）把天平放在水平台上，发现游码未归零时天平已平衡。当游码归零为了使天平再次平衡，小娜应向　   　（填“左”或“右”）调节平衡，使天平平衡。

（2）小娜使用调好的天平测量烧杯与玻璃水的总质量，砝码克数和游码在标尺上的位置如图甲所示，其质量为　      　。

（3）将烧杯中玻璃水一部分倒入量筒中，量筒中液面位置如图乙所示，则量筒中玻璃水的体积为　     　 $c{m}^3$．用天平测量烧杯与剩余玻璃水的总质量为 $38g$，则玻璃水的密度为　      　 $\mathit{kg}/m^3$。

（4）在两次测量质量时，小娜发现都使用了同一个磨损了的砝码，则对测量玻璃水密度的结果　       　（填“会”或“不会”）产生影响。

（5）小娜想用另一种方法粗测玻璃水密度，于是找来了刻度尺、水、圆柱形杯、平底试管（试管壁、底厚度忽略不计）等器材，进行如下实验：

①向圆柱形杯中加适量水，把试管放入水中竖直漂浮，如图丙所示，用刻度尺测量试管浸入水中的深度 $h_1$。

②向试管中缓缓倒入玻璃水，让试管慢慢下沉，当试管底刚刚接触圆柱形杯底时停止向试管倒入玻璃水（试管对圆柱形杯底无压力），如图丁所示，用刻度尺测量圆柱形杯中水的深度 $h_2$

③从圆柱形杯中取出试管，用刻度尺测量　     　（填“试管”或“圆柱形杯”）中液体深度 $h_3$。

④玻璃水密度的表达式为 ${\rho }_{\mathit{玻璃水}}=$　      　（已知水的密度为 ${\rho }_{水}$）。

物理实验课上，某小组配制了一杯盐水，利用天平和量筒测量这杯盐水的密度，实验过程如下：

（1）将天平放在水平桌面上，将　    　调至标尺左端的零刻度线处，并调节横梁两端的平衡螺母，使指针指在分度盘的中线处。

（2）用天平测出烧杯和杯中盐水的总质量为 $275g$。

（3）将烧杯中盐水的一部分倒入量筒中，如图甲所示，量筒中盐水的体积为　    　 $c{m}^3$。

（4）用天平测出烧杯中剩余的盐水和烧杯的总质量如图乙所示，通过计算得出盐水的密度为　      　 $\mathit{kg}/m^3$。

（5）做完该实验后，组内的同学又想到了一个测量盐水密度的方法。他向老师借来了已知体积为 $V$的金属块，还有细线，借助调平的天平（有砝码）测出了盐水密度。他的实验步骤如下：

①把装有适量盐水的烧杯置于天平托盘中，用细线拴着金属块使其浸没在盐水中（不碰触烧杯底部和侧壁，烧杯中无盐水溢出），用天平测出此时质量为 $m_1$。

②从天平上取下烧杯，将金属块从烧杯中取出，用天平测出　     　 $m_2$。

③盐水密度的表达式为 ${\rho }_{\mathit{盐水}}=$　       　（用字母表示）。

④测出盐水的密度与真实值相比　        　（填“偏大”、“偏小”或“不变”），其原因是　                                         　。

受"曹冲称象"的启发，小明在家利用量筒、碗、水盆和足量的水（密度为 ${\rho }_{水})$ 、油性笔等，测量小玻璃珠的密度，如图1所示，实验步骤如下（请将步骤④补充完整）。

①如图甲，取一定数量的小玻璃珠放入空碗中，再把碗放入盛有水的水盆中，用油性笔在碗外壁上标记水面的位置：

②如图乙，往量筒内倒入适量的水，记下量筒中水的体积 $V_1$ 。

③如图丙，取出碗中所有的小玻璃珠并放入量筒中，记下小玻璃珠和水的总体积 $V_2$ 。

④如图丁，将量筒中的水慢慢倒入水盆中的空碗内，直到标记处与碗外水面 　 　，记下量筒中小玻璃珠和剩余水的总体积 $V_3$ 。

完成下列填空（选用 $V_1$ 、 $V_2$ 、 $V_3$ 和 ${\rho }_{水}$ 表示以下物理量） $:$

（1）小玻璃珠的总体积为 $V=$ 　　。

（2）小玻璃珠的总质量为 $m=$ 　　。

（3）小玻璃珠密度的表达式为 $\rho =$ 　　

（4）在不改变实验方法的前提下，请提出一条提高测量精度的措施： 　　（示例：在同等容积的情况下换用碗口面积较小的碗）。

小明在探究“物距和物高一定时，物体经小孔所成的像的高度和像距的关系”时，所用的实验器材有：用发光二极管做成的物体、有小孔的方纸板、用半透明塑料膜做成的屏、量程为0～30cm的直尺，实验装置的示意图如图所示。

（1）该实验应该在较　     　的环境下进行。（选填“亮”或“暗”）

（2）记录的实验数据如表，请在方格纸上画出像高与像距的关系图象。

实验次数	1	2	3	4	5	6
物距u/cm	相同
物高h1/cm	相同
像距v/cm	4.0	8.0	12.0	16.0	20.0	24.0
像高h2/cm	2.0	4.1	6.0	8.0	9.9	12.0

（3）根据图象，得出的探究结论是：　                                         　。

（4）另一名同学在做该实验时，更换了部分实验器材，其实验装置的示意图如图所示。外筒（足够长）用不透明的材料制成，左端开有小孔；内筒（内径约14cm）的筒壁用不透明的材料制成，左端用半透明塑料膜做屏，并可以在外筒中自由地拉出或推入。其他器材不变。和小明所用的装置相比较，请说出该同学用这样的装置做实验的好处和不足。（各写一条即可）

好处：　                               　；

不足：　                               　。

体重为500N的同学用一根绳子通过甲图所示的滑轮组能够提起重力为400N的物体A，此时绳子达到最大承受力（若物体再增重绳子将断裂），不计绳重和摩擦。求：

（1）如甲图所示，将物体A匀速提高2m，对物体做的有用功是多少？

（2）若在（1）中提升物体A时，滑轮组的机械效率为80%，脚与地面的总接触面积为4×10 ^{﹣ 2}m ²，则人对地面的压强是多少？

（3）该同学仍用这根绳子和滑轮，组成如乙图所示的滑轮组，利用它从水中缓慢匀速地提起一个边长为0.2m的正方体B（不计水的阻力），当提到B的下表面所受水的压强为1.5×10 ³Pa时，绳子断裂，则在绳子断裂的瞬间，物体B在水中受到的浮力是多少？

（4）正方体B的密度是多少？（计算结果用科学记数法表示，并保留到小数点后一位）

如图所示，是平底热水壶，其质量为0.8kg，内底面积为180cm ²．某次用该热水壶装1.2L水放在水平桌面上，测得水深10cm，初温25℃。

[ρ _水＝1.0×10 ³kg/m ³，C _水＝4.2×10 ³J/（kg•℃），g＝10N/kg]

（1）水和热水壶的总质量是多少？

（2）在一标准大气压下加热至沸腾，水至少吸收多少热量？

（3）加热前水对壶底的压力多大？

横截面积均为S＝1cm ²的物体A与塑料B粘合成一个粘合体，全长为l＝50cm，粘合体放入水中时漂浮在水面，浸入水中的长度为 $\frac{4}{5}l$ ，如图所示，现将浮出水面部分切掉，以后每浮出水面一部分，稳定后就把它切掉。已知ρ _水＝1.0×10 ³kg/m ³，ρ _B＝0.4×10 ³kg/m ³，g取10N/kg。求：

（1）粘合体未被切前，A底面受到水的压强；

（2）粘合体未被切前的总质量；

（3）第一次切掉后，稳定时浸入水中的长度；

（4）第四次切掉后，稳定时浮出水面部分的长度。

如图甲所示，一个底面积为75cm ²的柱形物体A挂在弹簧测力计下，静止时弹簧测力计的示数F ₁＝15N：底面积为120cm ²且足够深的柱形容器放在水平桌面上，将物体A放入容器中且与容器底接触但对容器无压力，慢慢向容器注水，待液面稳定后物体A上表面到水面的距离h＝5cm，如图乙所示，此时弹簧测力计示数F ₂＝7.5N；然后，将物体A竖直向上移动8cm（忽略绳重和附在物体表面上水的重力，ρ _水＝1.0×10 ³kg/m ³，g＝10N/kg）求：

（1）物体A浸没在水中受到的浮力；

（2）物体A的密度；

（3）物体A竖直向上移动8cm前后，水对容器底压强的变化量。

“贵阳至南宁高速铁路”项目于2016年12月开工，全线长约512km，设计最高行车速度达350km/h。该高铁线途径河池市的环江、金城江、都安等地，预计2021年正适通车运行，通车后河池市将步入高铁时代。建设中用到的某种起重机的结构示意图如图所示，用该起重机将放在水平地面上的长方体混凝土墩放入水中。起重机的吊臂OAB粗细不计，可以看作杠杆，吊臂B端连着滑轮组，已知混凝土墩的密度为2.5×10³kg/m³、底面积为4m²、高为2m，ρ_水＝1.0×10³kg/m³．求：

（1）混凝土墩的质量；

（2）混凝土墩被提起到最高点静止时，立柱CA恰好竖直，OA：OB＝1：6．若忽略滑轮组、钢丝绳和吊臂的重力及各种摩擦，则起重机立柱CA对吊臂A点竖直向上的作用力是多少N。

（3）混凝土浸没在水中后，它匀速下降过程中所受钢丝绳的拉力。（不计水的阻力）