初中物理解答题

某校同学参加社会实践活动时，在山上发现一块很大的岩石，他们想测出这块岩石的密度。几位同学随身携带的工具和器材有：电子天平（附说明书）、购物用的弹簧秤、卷尺、喝水用的茶缸、铁锤、细线和一瓶饮用水（已知水的密度为 ${\rho }_0)$请你从中选用部分工具和器材，帮他们设计一种精确测量岩石密度的实验方案要求

（1）写出主要的实验步骤

（2）写出岩石密度的数学表达式（用已知量和测量量表示）

船只停泊在岸边时，常常将缆绳缠绕在码头的立柱上，为什么缆绳要缠绕多圈呢？某校课外兴趣小组展开了研讨，他们猜想：绕绳的圈数越多，绳和立柱间的摩擦力越大，且摩擦力与绕绳的圈数成正比。为了验证猜想，该兴趣小组的同学设计了如下的实验进行探究：

（1）如图甲所示，将弹簧测力计挂在铁架台上，用棉线将重物挂在弹簧测力计下方，测出其重力为 $7.6N$，将数据记录在表格中；

（2）如图乙所示，将铁棒固定在铁架台上，将棉线在铁棒上绕1圈，读出弹簧测力计的示数为 $2.9N$，老师告诉同学们，用重力减去弹簧测力计的示数，就可以算出棉线和铁棒之间的摩擦力，随后同学们算出此时的摩擦力为 $4.7N$；

（3）逐渐增加棉线绕在铁棒上的圈数重复实验，直至弹簧测力计的示数接近于0，并将有关数据记录在表格中；

（4）棉线绕3圈时，弹簧测力计示数如图丙所示，此时示数为　　 $N$，棉线与铁棒之间的摩擦是　　（选填“静摩擦”或“滑动摩擦” $)$，该摩擦力的大小为　　 $N$；

（5）分析实验数据，在弹簧测力计的示数接近0之前，关于摩擦力与绳子缠绕圈数之间关系的探究结论是：　　。

棉线绕的圈数	弹簧测力计的示数 $F/N$	摩擦力的大小 $f/N$
0	7.6	0
1	2.9	4.7
2	1.1	6.5
3
4	0.2	7.4
5	0.1	7.5

2021年5月15日，天问一号火星探测器所携带的"祝融号"火星车及其着陆组合体成功降落在火星北半球的乌托邦平原南部，实现中国航天历史性的突破。

（1）虽然火星大气稀薄，着陆组合体冲入火星大气层后，5千米 $/$ 秒级别的速度依然导致大气冲击和摩擦产生了巨大的振动和热量，足以熔化大部分金属。通过隔热装置和多种散热手段，着陆组合体的温度依然能保持常温。图甲为着陆组合体部分着陆流程的示意，则隔热装置应安装在 　　（选填" $A$ "或" $B$ " $)$ 处。

（2）当着陆组合体的速度骤降到数百米 $/$ 秒，巨大的降落伞在火星上空约10千米的高度打开。当速度降低到100米 $/$ 秒以内，降落伞"功成身退"，着陆组合体依靠底部强大的反冲火箭工作进一步减速。随着速度进一步降低，着陆组合体进入悬停避障状态。着陆组合体悬停时（如图乙所示），反冲火箭喷气的方向为 　　。

（3）着陆组合体总着陆时间只有9分钟左右，也被叫做"恐怖9分钟"。这是因为火星距离地球太遥远 $(5.5\times {10}^{10}$ 米 $~4\times {10}^{11}$ 米），如果着陆组合体通过电磁波信号与地面控制中心通信，信号来回至少需要几分钟？（电磁波在真空中传播速度为 $3\times {10}^8$ 米 $/$ 秒）

如图为一种测量体重的装置，其中体重示数计是由　 　表改装成的。当没有测体重时，绝缘体使电路　 　（选填“切断”或“接通”）。电路中R₁的作用是　 　。

如图中所示，在“测量小灯泡电功率”的实验中，电源电压为 $4.5V$，小灯泡额定电压为 $2.5V$，电阻约为 $10\Omega$。

（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。

（2）连接电路时，开关应处于　　状态。

（3）实验中无论怎么移动滑片 $P$，发现小灯泡始终不亮，电压表有示数，电流表无示数，原因可能是　　（写出一种即可）

（4）排除故障后，移动滑片 $P$到某位置，电压表示数如图乙所示，示数为　　 $V$；要测量小灯泡的额定功率，应将滑片 $P$向　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$端移动，使电压表示数为　　 $V$。

（5）移动滑片 $P$，记录多组对应的电压表和电流表的示数，绘制成 $I-U$图象。根据图内所给的信息。计算出小灯泡的额定功率是　　 $W$。

为了探究电流跟电压的关系，小红同学设计了图甲所示的电路。

（1）请根据电路图，用笔画线代替导线将图乙中未连接完整的电路连接起来。（导线不能交叉）

（2）调节滑片位置，改变定值电阻两端的电压，得到电流表和电压表示数如丙和丁图，则电流表的示数为 　 　A，电压表的示数为 　 　V。

次序	1	2	3	4	5
电阻/Ω	40	20	10	7	5
电流/A	0.25	0.5	1.0	1.5	2.0

（3）如果仍用图甲的电路研究电流与电阻的关系，实验中换用不同阻值的定值电阻后，每次应调节滑动变阻器的滑片，保持电压表示数不变。实验记录数据如上表所示，请根据表中数据在图戊的坐标纸上描点作出图象，由图象可得出的实验结论是 　 　。（实验器材使用正确，量程选用合理）

在“探究影响导体电阻大小的因素”时，某实验小组想利用图所示的电路

分别对导体电阻跟它的长度、横截面积、材料有关的猜想进行实验验证：

（1）为验证“导体电阻跟长度有关”，下表中可选用的三种导体是　　（填导体代号）；

导体代号	长度 $/m$	横截面积 $/m{m}^2$	材料
$A$	1.0	0.2	锰铜
$B$	1.0	0.4	锰铜
$C$	1.0	0.6	锰铜
$D$	0.5	0.4	锰铜
$E$	1.5	0.4	锰铜
$F$	1.0	0.6	镍铬合金
$G$	1.0	0.6	铁

（2）若实验中将电路中的电流表更换为小灯泡，通过观察　　也可以判断导体电阻大小，但不足之处是　　。

委内瑞拉安赫尔瀑布是世界上最高的瀑布，也叫做丘伦梅鲁瀑布，瀑布总落差可达到979m．如果水下落时重力做功的50%转变为水的内能，则质量为m的水从该瀑布顶端下落到底端温度升高了多少℃？（计算结果保留到小数点后一位）

如图甲所示，在探究平面镜成像的特点实验中。

（1）实验时，先将方格纸放在水平桌面上，再将茶色玻璃　　放置在方格纸上。

（2）选用两个完全相同的棋子是为了比较　　和物的大小关系。

（3）如图乙所示，棋子放在 $A$处，观察者在 $B$处，可以看到棋子的像在　　

$A$、 $a$处 $B$、 $b$处 $C$、 $c$处 $D$、 $d$处

（4）将一张白卡片竖直放在像的位置，能否从白卡片上直接观察到像？答：　　。

某兴趣小组的同学们想制作一个简易的台灯，所用小灯泡的额定电压为 $27V$，正常发光时灯丝的电阻为 $90\Omega$．因身边只有电压为 $36V$的电源，为了保证小灯泡能正常发光，应将一个定值电阻与灯泡串联后接在电源上，请你帮他们求出该电阻的阻值。

如图甲所示，小华用电阻箱和滑动变阻器研究通过导体的电流与电阻的关系。

次数	$R_1/\Omega$	$I/A$
1	3.0
2	6.0	0.33
3	9.0	0.25

（1）图甲中电阻箱 $R_1$和滑动变阻器 $R_2$的连接方式是　　联。

（2）连接电路前，开关应处于　　状态。

（3）第1次实验时，电流表示数如图乙所示，则电流为　　 $A$。

（4）经过3次测量，得到表格中的实验数据，由此总结出电流与电阻的关系，请你指出小华实验过程中存在的问题：　　。

用干电池组作为电源的电路计算题中，常有“电源电压保持不变”这句话，小丽对此产生质疑。她想探究电路中电阻值改变时，电源电压是否真的不变。请你替她设计一个探究方案，简要说明探究方法。

有一额定功率为 $2000W$的电热水器，内装 $20\mathit{kg}$的水，通电后持续正常加热 $25\mathit{min}$，水的温度从 ${20}^{°}\text{C}$升高到 ${50}^{°}\text{C}$。已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）水吸收的热量；

（2）电热水器的热效率。

小明和小华测量定额电压为 $2.5V$的小灯泡的额定功率

（1）①图甲是他们连接的部分电路请用笔画线代替导线将电路连接完整。

②闭合开关前，应将滑动变阻器处在最　　（填写“左”或“右” $)$端。

③闭合开关后，发现无论怎样调节滑动变阻器的滑片，灯泡都不亮，电压表和电流表均无示数，小明找来一根完好的导线，一端连在电源负极，另一端触碰接线柱 $A$、 $B$、 $C$，当发现只有触碰接线柱 $C$时，灯泡才发光，若电路中只有一处故障，且各器材，导线均完好，则电路故障可能是　　。

④排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器，当电压表为 $2.5V$时，电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（2）小明和小华观察电流表和电压表均标有电阻值，请教老师后得知这是电表的电阻，为了在接好的图甲中较准确的测量出小灯泡的电功率，他们对电压表的负接线柱应该接在 $C$处还是 $D$处进行了探究，他们将开关闭合，移动滑动变阻器的滑片使灯泡发光，不添加器材，请你说出接下来的操作及判断方法。

①操作　　；

②如何判断：　　。

（3）小明和小华重新设计了一种测量小灯泡额定功率的电路，如图丙所示，电源电压保持 $3.5V$不变， $R_0$为阻值为 $10\Omega$的定值电阻，连接好电路后进行如下操作：

（1）断开开关 $S_2$，闭合开关 $S$和、 $S_1$，移动滑动变阻器滑片 $P$，使电压表示数为 $2.5V$；

（2）保持滑动变阻器滑片 $P$位置不变，断开开关 $S_1$，闭合开关 $S$、 $S_2$，读出电压表示数为 $2.6V$；

小灯泡的额电功率为　　 $W$（计算结果保留两位小数）。

同学们用空塑料瓶和细沙等实验器材探究影响浮力大小因素， $(g$取 $10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$

（1）为了测出塑料瓶的体积，进行如下操作，

①把天平放在水平桌面上，调节天平平衡，在左盘中放入盛有适量水的烧杯，通过增减砝码和移动游码使天平再次平衡，所加砝码和游码的位置如图甲所示，烧杯和水的总质量为　　 $g$。

②在空塑料瓶中装入适量细沙，拧紧瓶盖，在瓶颈系一细绳，手拿细绳将塑料瓶完全浸没于烧杯的水中（瓶没有接触烧杯，水未溢出），通过增减砝码和移动游码使天平再次获得平衡，所用砝码总质量和游码所示质量之和为 $167g$，塑料瓶的体积是　　 $c{m}^3$。

（2）同学们根据生活经验提出了如下三种猜想，并举出了相应的实例

猜想一，浮力的大小与物体的密度有关，实例：铁块可以在水中下沉，木头可以浮在水面上

猜想二，浮力的大小与液体的密度有关，实例：鸡蛋可以在水中下沉，在盐水中可以浮起来

猜想三，浮力的大小与浸入液体的深度有关，实例：在游泳池里，人越往下蹲感觉到水向上托自己的力越大

为了验证以上猜想是否正确，同学们选择了装入细沙的塑料瓶和其他实验器材进行探究，实验过程如图乙所示。

①根据实验步骤 $d$和　　（填序号），可以确定猜想二是正确的；

②根据实验步骤 $c$和 $d$可以验证猜想三是　　（选填“正确”或“错误” $)$；对该猜想对应的实例，合理的解释是　　。

③要验证猜想一是否正确，可以在塑料瓶中　　后再进行探究。

④同学们讨论认为，猜想一和猜想二中的实例反应了物体的浮与沉可能与密度有关，要选用一个能漂浮在图 $e$中盐水上的物体时，物体的密度应小于　　 $g/c{m}^3$（计算结果保留1位小数）。