初中物理二力平衡条件的应用解答题

小柯利用实验室的器材开展了下列实验。根据要求回答问题：

（1）如图甲，将液体压强计的金属盒放入水里，并不断改变金属盒在水中的深度，观察U形玻璃管两边液面的高度差。这样做是想研究　　。

（2）如图乙，在直导线下方放置一枚小磁针，当导线中有电流通过时，磁针发生偏转，表明通电导线周围存在磁场；如果导线下方不放小磁针，当导线中有电流通过时，则该通电导线周围　　（选填“存在”或“不存在”）磁场。

（3）如图丙，在测量滑动摩擦力的实验中，水平桌面上的物块，受到2N水平向右的拉力F，做匀速直线运动。当拉力F大小变为4N时，物块受到的摩擦力为　　N。

某物理学习小组在“探究二力平衡的条件”实验时。自制了一套如图所示的试验装置，将系于小卡片（重力可忽略不计）两对角的细线，分别跨过左右支架上的定滑轮。

（1）本实验中的研究对象是　　，定滑轮的作用是　　。

（2）在细线的两端挂上钩码，使作用在小卡片上的两个拉力方向　　（选填“相同”或者“相反” $)$，并通过调整钩码的数量来改变两端拉力的　　。

（3）当两端所挂钩码数量相同时，把小卡片转至如图所示位置，松手时小卡片将　　（选填“转动”或“静止” $)$，说明不在同一直线上的两个力　　（选填“能”或“不能” $)$平衡。

某汽车在平直路面上以 $75\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $1h$的过程中，消耗了 $5\mathit{kg}$汽油，汽油燃烧释放能量的 $40\%$随废气通过热电转换装置，如图所示，汽油热值近似取 $q=5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，设汽油在气缸内完全燃烧。

（1）图示时刻，四冲程汽油机处于　　冲程；若该汽油机每分钟完成7200个冲程，则它每秒钟完成　　个工作循环

（2）若上述过程中汽油燃烧释放能量的 $30\%$用来驱动汽车行驶，求汽车所受的阻力 $f$；

（3）研究表明新材料的出现可将热电转换装置的效率大幅提高到 $15\%$，据此计算，上述过程中随废气排放的能量通过转换装置后可获得多少电能？这些电能可供车内总功率为 $1000W$的用电器持续工作多长时间？

自动驾驶汽车是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车，正不断走进我们的生活。

（1）驾驶员进入汽车后，电脑系统会对驾驶员的脸部特征进行识别。从生物学角度看，人的脸部特征是由　　决定的。

（2）2019年8月，红旗 $\mathit{EV}$自动驾驶汽车在湖南长沙开展测试。汽车从长沙出发，历时3小时20分钟到达武汉，行驶距离286千米。测试过程中红旗 $\mathit{EV}$汽车的平均速度是多少千米 $/$时？

（3）质量为1.8吨的红旗 $\mathit{EV}$自动驾驶汽车，在水平公路上匀速直线行驶时，受到的阻力为车重的0.2倍，此时汽车受到的牵引力为多少牛？

小明在卸货点用水平方向的推力把箱子推到 $D$处，如图甲。经过 $A$处4秒后在 $B$处遇到方方，方方迅速取下小箱子，1秒后在 $C$处小明调整了推力，继续将大箱子推到 $D$处才撤去推力。 $\mathit{AD}$段推力与时间的关系如图乙，箱子速度与时间的关系如图丙。已知大箱子底面积为0.5平方米，质量为20千克，小箱子质量为5千克。

（1） $\mathit{BC}$段大箱子受到的摩擦力大小为　　。

（2） $\mathit{AB}$段大箱子对地面的压强为　　。

（3） $\mathit{CD}$段小明推力所做的功为　　。

目前全国少数城市已投入使用超级电容公交车。超级电容器是一种新型电能存储设备，像蓄电池一样也有正、负两极，可通过安装在各公交站点的充电桩快速充满电，让车能够继续正常行驶。在制动过程中，电车又能通过发电机回收部分能量为超级电容充电，安全高效环保。

假设某型号的超级电容公交车载满乘客时总质量为15吨，某次运行时从充电桩充满电后电车储存的能量约为 $2\times {10}^7$焦，能以10米 $/$秒的速度保持匀速直线行驶6千米，能量利用的效率为 $90\%$。

（1）电车发电机的工作原理是　　。

（2）若公交车载满乘客时车胎与地面的总接触面积为0.4米 ${}^2$，求公交车对地面的压强。

（3）若公交车在该次运行中受到的阻力恒定，则牵引力大小是多少？

（4）若公交车在该次运行中电容器输出电压为300伏，不计电容器输出电能时的能量损耗，则工作电路的电流有多大？

如图所示，将密度为0.6克 $/$厘米 ${}^3$、高度为10厘米，底面积为20厘米 ${}^2$的圆柱体放入底面积为50厘米 ${}^2$的容器中，并向容器内加水。 $(g$取10牛 $/$千克）

（1）当水加到2厘米时，求圆柱体对容器底的压力大小。

（2）继续向容器中加水，当圆柱体对容器底压力为0时，求圆柱体在液面上方和下方的长度之比。

在“探究浮力大小与哪些因素有关”实验中；

（1）如图甲所示，依次将物体缓缓浸入水中。

①从位置2→3的过程中，物体受到的重力　 　，受到的浮力　   　。（均选填“变大”、“变小”或“不变”）

②从位置3→4的过程中，物体受到的浮力不变，说明物体受到的浮力与浸没的深度

　   　（选填“有关”或“无关”）。

③图乙中的　   　（选填“a”或“b”）能反映测力计示数在甲图实验过程中的变化。

④实验中用手提着测力计，可能会使测力计示数不稳定，你的改进建议是　                                      　。

（2）课本中提到，物体在空气中也会受到浮力作用，因此小禹设计了一个测量空气浮力大小的实验；

①排尽一个大气球内部的空气，测出气球的重力G_球；

②将适量的氢气充入气球，用细线扎紧封口，按图丙所示测出拉力的大小F_拉；

③根据F_浮＝F_拉+G_球，求出气球所受浮力大小（细线重力和摩擦忽略不计）。小禹的实验方案中，计算浮力的方法有误，错误是　                 　。

形状规则、质量分布均匀的物体，它的重心在它的　   　上。图所示为质量分布均匀但形状不规则带有小孔的薄木板，请用细棉线、刻度尺、笔和铁架台来确定它的重心。

（1）操作方法：　　。

（2）判断方法：　　即为薄木板的重心。

（3）实验中没有利用到的物理知识：　　（填写序号）

①二力平衡的条件

②重力的方向是竖直向下的

③重力的大小跟物体质量成正比

如图所示，物体 $A$随平板车在水平地面上向右匀速运动，作出物体 $A$的受力示意图。

有一个木球静止在水面上，在图中画出它的受力示意图。

如图是"测量滑动摩擦力大小"的实验装置示意图。

（1）如图甲中，将木板固定水平拉动木块，木块受到的滑动摩擦力与其受到的水平拉力 　不一定　大小相等；图乙中，水平拉动木板，待测力计示数稳定后，木块受到的滑动摩擦力与其受到的水平拉力 　　大小相等。（选填"一定"或"不一定" $)$

（2）如图丙中，水平拉动木板，待测力计示数稳定后，测力计 $A$ 的示数为 $4.0N$ ，测力计 $B$ 的示数为 $2.5N$ ，木块受到的滑动摩擦力大小为 　　 $N$ ．若增大拉力，当 $A$ 的示数为 $4.8N$ 时， $B$ 的示数为 　　 $N$ 。

如图，水杯静止在水平桌面上， $O$ 是水杯的重心。在图中面出水杯受力的示意图。

如图所示，质量为 $2.5t$的汽车在平直的公路上匀速行驶，在其前方有一固定的测速仪向汽车发出两次短促的超声波信号，第一次发出信号到接收到信号用时 $0.6s$，第二次发出信号到接收到信号用时 $0.4s$，测出汽车的速度为 $34m/s$。已知汽车在公路上匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，超声波的速度为 $340m/s$。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）汽车匀速行驶时受到的牵引力；

（2）汽车匀速行驶 $10s$内牵引力做的功；

（3）测速仪两次发出信号的时间间隔。