初中物理解答题

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超声测速仪

如图甲所示是公路旁的超声波测速仪，它向行驶的车辆发射频率为 $f_0$（一般为 $30\mathit{kHz}~100\mathit{kHz})$的超声波，当车辆向它靠近时，车辆反射回来的超声波频率 $f$增大；当车辆远离时，反射回来的超声波频率 $f$减小，变化的频率△ $f=|f_0-f|$与车辆速度 $v$关系如图乙所示。

超声波测速仪内部工作原理如图丙所示， $P$、 $Q$是压电超声换能器，在外力作用下发生形变时会产生电压，形变消失后，电压随之消失；反之，当在其上加一定电压就会发生形变，电压消失后，形变随之消失。超声波测速仪内部振荡电路产生高频交流电压加到 $P$上， $P$产生相同频率的超声波；被车辆反射回来的超声波在 $Q$上产生交流电压，其频率与反射波的频率相同，比较电路将振荡电路和放大电路的两种频率的交流电压进行比较，计算出它们的差值△ $f=|f_0-f|$，由△ $f$就能知道车辆的速度。

（1）当车辆靠近超声波测速仪时，反射回来的超声波频率 $f$　　（大于 $/$等于 $/$小于） $f_0$；

（2）超声波测速仪工作时，压电超声换能器　　。

$A$．均将形变转换成电压

$B$． $P$将形变转换成电压， $Q$将电压转换成形变

$C$．均将电压转换成电流

$D$． $P$将电压转换成形变， $Q$将形变转换成电压

（3）为使超声波测速仪正常工作，振荡电路中产生交流电的图象可能是图中的　　。

（4）汽车先后以 $v_1$和 $v_2$的速度远离超声波测速仪时，反射回来超声波的频率分别为 $f_1$和 $f_2$，且 $f_1$大于 $f_2$，则 $v_1$　　（大于 $/$等于 $/$小于） $v_2$。

（5）汽车行驶中，超声波测速仪监测到△ $f$与它们之间的距离 $r$关系如图丁所示，以测速仪为参照物，该汽车的运动情况是　　。

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制动液

汽车制动液俗称刹车油，汽车刹车时，驾驶员踩踏板通过刹车管内的制动液把压力传递到刹车块，刹车块和车轮上的鼓轮摩擦，静止车轮转动，制动时，因摩擦产生的热量会使制动液温度升高，如果温度过高，达到沸点，制动液就会产生大量气体，造成制动失灵。制动液的沸点在遇潮吸水后会下降，因此国家规定制动液沸点不得低于 ${140}^{°}\text{C}$．要测量制动液的沸点，可以取适量制动液和一个质量为 $m_1$的铜块放入加热容器，加热至沸腾后，把铜块取出立即放入一个装有水的保温杯中，保温杯中水的质量为 $m_2$、温度为 $t_1$，等铜块和水的温度相同后，再测出水温 $t_2$，若从取出铜块到测出水温过程散失的热量为 $Q$，铜的比热容为 $c_1$，水的比热容为 $c_2$，就可以计算得到制动液的沸点，下表为某种制动液的含水量和对应的沸点。

含水量 $/\%$	0	1	2	3	4	5	6
沸点 ${/}^{°}\text{C}$	210	180	158	142	132	124	120

（1）刹车时制动液温度会升高，这是通过　　方式增加了制动液的内能。

（2）制动液沸点的表达式为 $t=$　　。

（3）利用表格中给出的数据，在坐标图中作出沸点与含水量的关系图象。

（4）当含水量达到　　时，这种制动液就必须更换。

我国现在倡导绿色、环保、低碳的生产和生活方式。湖州长兴弁山风力发电场是浙江省首个低风速区域风电项目，已并网发电，一年可发电约 $5000$万千瓦时。

（1）图1装置可以演示风力发电机原理的是＿＿＿＿＿（选填“ $A$”或“ $B$”）。

（2）已知火力发电时，发1度电需煤 $400$克，弁山风力发电场的投入使用，每年可节省煤约多少吨？

（3）现代人居家装修普遍采用无主灯风格，如图2所示。小明家今年装修新房，家庭电路中总共安装了 $20$只规格为“ $220V10W$”的灯泡，若这 $20$只灯泡全部正常工作（其他用电器不工作），求家庭电路中的总电流。

自动上水电热水壶因其方便取水越来越受到人们的喜欢。取水时，只要闭合取水开关，水泵在电动机的带动下，就能将水抽到壶内，如图甲。

（1）电热水壶的水泵原理与图乙相似。图乙中，当泵壳里的水被高速旋转的叶轮甩出时，转轴附近就形成了一个低压区，水在　　的作用下，通过进水管进入泵壳。当水离开出水口后，由于　　，会继续向上运动

（2）自动取水时，将1升水抽高0.5米灌入电热水壶中需要5秒，则电动机抽水时的功率至少为多少瓦？

（3）某电热水壶的额定电压为220伏，加热功率为1100瓦，保温功率为55瓦，工作电路如图丙。制作电热水壶时，所选用电热丝 $R_1$、 $R_2$的阻值分别为多少欧姆？

在综合实践活动中，科技小组设计了一个由压敏电阻控制的报警电路如图所示，电源电压恒为 $18V$，电阻箱最大阻值为 $999.9\Omega$．报警器（电阻不计）通过的电流达到或超过 $10\mathit{mA}$会报警，超过 $20\mathit{mA}$会损坏。压敏电阻 $\mathit{Rx}$在压力不超过 $800N$的前提下，其阻值随压力 $F$的变化规律如下表所示。

压力 $F/N$	0	50	100	150	200	250	300	$\dots$
电阻 $\mathit{Rx}/\Omega$	580	560	540	520	500	480	460	$\dots$

（1）为不损坏元件，报警电路允许消耗的最大功率是多少？

（2）在压敏电阻 $\mathit{Rx}$所受压力不超过 $800N$的前提下，报警电路所选滑动变阻器的最大阻值不得小于多少？

（3）现要求压敏电阻受到的压力达到或超过 $200N$时，电路报警按照下列步骤调试此报警电路：

①电路接通前，滑动变阻器滑片 $P$置于 $b$端；根据实验要求，应将电阻箱调到一定的阻值，这一阻值为　　 $\Omega$；

②将开关向　　端（填数字）闭合，调节　　，直至　　；

③保持　　，将开关向另一端闭合，报警电路即可正常使用。

（4）对（3）中已调试好的报警电路，现要求压敏电阻受到的压力达到或超过 $700N$时，电路报警，若电源电压可调，其它条件不变，则将电源电压调为　　 $V$即可。

某科技兴趣小组在实验室看到若干长方体金属导体。它们的材料相同，外形都如图甲所示，他们想探究该种导体电阻与厚度及边长的关系。在老师的帮助下，他们测量了部分导体厚度 $h$、边长 $a$和电阻 $R$，并记录在表格中。（在测量电阻时，老师要求导体都要按照图乙所示的方式通过导线接入电路；实验时环境温度保持不变。 $)$

根据以上信息，请回答下面问题：

（1）分析表格中的数据可得：该种导体电阻大小与边长 $a$　　（选填“有关”或“无关” $)$，与厚度 $h$成　　（选填“正比”或“反比” $)$。

（2）从该种导体中，选取了厚度 $h$之比为 $2:3$、边长 $a$之比为 $2:1$的两个导体 $R_1$、 $R_2$，按图丙方式串联后接在闭合电路中，设两端的电压为 $U_1$， $R_2$两端的电压为 $U_2$，则 $U_1:U_2=$　　。

（3）现代集成电路技术需要电子元件微型化，且集成度越高，电子元件越需要微小。现某集成电路需要一只阻值为 $1.6\times {10}^{-3}\Omega$的该种导体，小华从边长 $a$为 $5\mathit{mm}$、 $10\mathit{mm}$、 $15\mathit{mm}$、 $20\mathit{mm}$的四个导体中选择了边长为 $5\mathit{mm}$的导体。与其它三个导体相比，请分析该导体工作时的优缺点：　　。

次数	厚度 $h/\mathit{mm}$	边长 $a/\mathit{mm}$	电阻 $R/\times {10}^{-3}\Omega$
1	1	5	1.6
2	1	10	1.6
3	1	15	1.6
4	1	20	1.6
5	2	10	0.8
6	4	10	0.4
7	5	10	0.32

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热阻

当物体或物体的不同部分之间存在温度差时，就会发生热传递。传导是热传递的一种方式，物体对热量的传导有阻碍作用，称为热阻，用 $R$表示。物体的热阻与物体在热传导方向上的长度 $l$成正比、与横截面积 $S$成反比，还与物体的材料有关，关系式为 $R=\frac{l}{\mathit{\lambda S}}$，式中 $\lambda$称为材料的导热系数，不同材料的导热系数一般不同。房屋的墙壁为了保温，往往使用导热系数较小的材料。如果墙壁一侧是高温环境，温度始终为 $t_1$；另一侧是低温环境，温度始终为 $t_2$，墙壁中形成稳定的热量流动，则单位时间内从高温环境传导到低温环境的热量 $Q$与墙壁两侧的温度差成正比，与墙壁的热阻成反比。

（1）热量传导过程和电流相似，温度差相当于电路中　　

$A$．电流

$B$．电压

$C$．电阻

$D$．电功率

（2）铜汤勺放在热汤中，把手很快就会烫手，而塑料把手的汤勺不会烫手。由此可知铜和塑料的导热系数大小： ${\lambda }_{铜}$　　 ${\lambda }_{\mathit{塑料}}$（填“ $>$”“ $<$”或“ $=$” $)$。

（3）如图甲所示，热量在墙壁中传导，虚线标出的墙壁正中间处的温度为　　。

（4）如图乙所示，热量在墙壁中传导，在传导方向上的长度为 $L_1$，横截面积为 $S$，导热系数为 ${\lambda }_1$；在墙壁一侧紧贴一层保温层，保温层与墙壁面积相同，在热传导方向上的长度为 $L_2$，导热系数为 ${\lambda }_2$，则单位时间内从高温环境传导到低温环境的热量 $Q=$　　。

梅雨季节，湿衣服久晾不干，令人烦恼。小组同学设计出两款自动控制“干衣神器”，可使得衣服快速变干，请选择其中一种方法完成电路原理设计并算出相应答案。（两种方法都做，以第一种为准）

方法一	方法二
器材：开关 $S$，电源转换器（把 $220V$交流电压转换为 $6V$直流电压），定值电阻 $R_0$，热敏电阻 $R_x$（电阻随温度的变化关系如图所示）。电磁继电器（线圈电阻不计，线圈电流大于 $0.2A$时衔铁被吸下，线圈电流小于 $0.2A$时衔铁被弹回），电风扇，电热丝（电阻不变）。 功能：①闭合开关 $S$．当温度低于 ${60}^{°}\text{C}$时，机器吹热风；当温度高于 ${60}^{°}\text{C}$时，机器吹冷风。 ②受控电路 $(220V$工作电路）吹热风时功率为 $120W$、吹冷风时功率为 $20W$。 （1）请以笔画线代替导线完成电路连接。 （2）定值电阻 $R$的阻值为　　 $\Omega$。 （3）电热丝的阻值为　　 $\Omega$．	器材：开关 $S$，电源转换器（把 $220V$交流电压转换为 $6V$直流电压），定值电阻 $R_0$，湿敏电阻 $R_x$（电阻随摆度的变化关系如图所示），电磁继电器（线圈电阻不计，线圈电流大于 $0.2A$时衔铁被吸下，线圈电流小于 $0.2A$时衔铁被弹回），电风扇，电热丝（电阻不变） 功能：①闭合开关 $S$．当湿度大于 $40\%$时，机器吹热风；当湿度小于 $40\%$时，机器吹冷风。 ②受控电路 $(220V$ 工作电路）吹热风时功率为 $120W$，吹冷风时功率为 $20W$。 （1）请以笔画线代替导线完成电路图连接。 （2）定值电阻 $R_0$的阻值为　　 $\Omega$。 （3）电热丝的阻值为　　 $\Omega$．

某电热加湿器具有防干烧功能，可在水量不足时自动停止工作，其工作原理如图所示；水箱中的加热器具有高、低两挡功率调节功能，其内部电路（未画出）由开关 $S$和阻值分别为 $121\Omega$和 $48.4\Omega$的电阻丝 $R_1$、 $R_2$组成。轻弹簧的下端固定在水箱底部，上端与一立方体浮块相连，浮块内有水平放置的磁铁。该加湿器为防干烧已设定：仅当浮块处于图中虚线位置时，固定在水箱侧壁处的磁控开关方能闭合而接通电路。

（1）当处于高功率挡时，加热器工作 $2.5\mathit{min}$所产生的热量全部被 $1\mathit{kg}$的水吸收后，水温升高了 ${50}^{°}\text{C}$．已知加热器处于低功率挡时的功率为 $400W$，电压 $U=220V$，水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$。

①求加热器处于高功率挡时的功率；

②请画出加热器内部电路。

（2）当向水箱内缓慢加水使浮块上升至图中虚线位置时，浮块下表面积距水箱底部的高度为 $20\mathit{cm}$，弹簧对浮块的弹力大小为 $6N$，浮块（含磁铁）的质量为 $0.4\mathit{kg}$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

①求浮块上升至虚线位置时排开水的体积；

②该加湿器所设定的防干烧最低水面距水箱底部的高度为　　 $\mathit{cm}$，理由是　　。

随着智能化的普及，机器人在人类的生活中扮演着重要的角色。在图书管理领域机器人可以辅助或替代管理员整理图书，表中所列数据是某新型图书智能管理机器人工作的部分技术参数。

参数	工作电压/V	工作功率/W	最大负重/N	提升重物最大高度/m
数据	48	40	200	0.6

现在智能机器人以最大负重将图书匀速竖直提升至最大高度，用时5s。则此次提升过程中：

（1）机器人提升图书速度是多少？

（2）机器人对书做功是多少？

（3）机器人的电动机工作电流是多少（结果保留两位小数）？电动机做功是多少？

小明的奶奶在家中用电水壶接水时，由于壶口较小，壶盖挡视线，很难观察到壶中水位的变化，结果水从壶中溢出洒到地上，小明一边帮奶奶擦地上的水，一边想：如果给水壶安装一个报警器，当水位达到一定高度时，报警器发出声音，提示水接好了，这样就方便多了。

（1）小明找来家中的电水壶，如图甲所示，观察电水壶的外观并研究它的使用过程，发现其中涉及一些物理知识，下列说法正确的是　     　（填字母）

A．向壶中注水时，听到的声音是通过空气传入到人耳的

B．金属壶身“反光”是发生了漫反射

C．烧水时壶嘴冒出的“白气”是液化现象

D．注水后壶底看起来变浅了，是光的折射现象

（2）当用力F打开壶盖时，壶盖相当于一个杠杆，请你在图乙中画出壶盖所受重力G的示意图和重力的力臂I（O为支点，B为壶盖的重心，A为F的作用点）。

（3）小明认真思考后，结合学过的力学和电学知识，设计了如图丙所示的报警电路，以下是小明的设计方案，请将其补充完整。

①报警器的水中部分是一个玻璃管，它的一端被绝缘弹性薄膜封闭，报警电路的一部分在玻璃管内，其中弹性片A靠近薄膜，使用时，闭合报警电路开关S，向壶内注水，随着壶中水位的升高、水对薄膜的压力逐渐　    　（填“变大”或“变小”），弹性薄膜逐渐向右凹进，挤压弹簧片A，直至弹性片A与触点B接触，报警电路接通，电铃发出报警声，提示已达到设定注水高度，即可断开报警电路开关S，停止注水。

②为了满足不同的注水高度要求，该电水壶的报警水位高度可以调节，水位调节手柄的一端固定在报警电路中长度可调的弹簧上，水位调节手柄可以移动，并能固定在不同挡位的卡槽中，当水位调节手柄移动时，触电B可以随着它左右移动，请分析该报警电路并说明，想要使报警器在更低的水位报警吗，可以调节水位调节手柄，使触点B

向　    　（填“左”或“右”）移动。

如图1为一款利用高温水蒸气熨烫衣服的便携式挂烫机，它的正常工作电压为 $220V$，水箱装水最多 $0.3\mathit{kg}$，加热功率有大小两个挡位，设计师最初设计的内部电路有如图2甲、乙两种接法，其中电热丝 $R_1=56\Omega$， $R_2=44\Omega$。

（1）高温水蒸气熨烫衣服时，水蒸气遇到衣服迅速　　成小水珠，放出热量，将衣服熨平（填物态变化名称）；

（2）如果选择甲电路，电路中最大电流为　　 $A$，如果选择乙电路，电路中最大电流为　　 $A$，由于两个电路中所选熔断器里的熔丝允许通过的最大电流为 $8.2A$，故设计师最终选择了甲电路；（计算结果保留一位小数）

（3）请分别计算这款挂烫机两个挡位的额定功率；

（4）若将水箱中 $0.22\mathit{kg}$的水从 ${25}^{°}\text{C}$加热到 ${100}^{°}\text{C}$，挂烫机至少需要加热多长时间？ $[$水的比热容 $c=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)]$。

$75\%$的医用酒精可以有效灭活新型冠状病毒，小刚从网上购置了两瓶某品牌 $75\%$的医用酒精，说明书如图甲所示，小刚查到 $75\%$的医用酒精密度为 $0.87g/c{m}^3$，于是想通过测量该酒精的密度来鉴定其产品是否合格：

（1）小刚取适量该酒精进行实验：

①     为使测量结果更准确，以下实验操作步骤合理顺序是　　（用字母表示）。

$A$．计算酒精的密度

$B$．用天平测出烧杯的质量 $52.4g$

$C$．在烧杯中盛适量的酒精，用天平测出酒精和烧杯的总质量

$D$．调节天平平衡

$E$．将烧杯中的酒精倒入量筒中，读出其体积，如图乙所示

②测量酒精和烧杯总质量时，砝码和游码的位置如图丙所示。则总质量为　　 $g$，该酒精的密度是　　。

③根据测量结果，小刚能否鉴定该产品是否合格？并说明理由　　。

（2）在学完浮力的知识后，小刚又想到可以利用弹簧测力计，水、烧杯，细线和小石块来测量该酒精的密度。实验操作步骤如下：

$a$．用细线将小石块绑好，挂在弹簧测力计下，读出测力计示数 $F_1$

$b$．在烧杯中倒入适量的水，将小石块挂在弹簧测力计下使其浸没在水中，读出测力计示数 $F_2$

$c$．算出小石块的体积 $V_{石}$

$d$．在擦干水的烧杯中倒入适最的酒精，将已擦干的小石块挂在弹簧测力计下，使其浸没在酒精中，读出测力计示数 $F_3$

根据上述操作步骤，请你帮助小刚推导出该酒精密度 $\rho$的表达式为　　（表达式用测量量的字母表示，水的密度用 ${\rho }_{水}$表示，推导过程要有必要的文字说明）。

在不用电池的情况下，要使旱冰鞋轮子转动时，轮子里的 $\mathit{LED}$灯发光，请你利用学过的物理知识，设计一个可行性方案，并说明其发光原理。

小明设计了如图甲所示的多功能电饭煲模拟电路，能实现“煮饭时保持高温快煮，快煮后自动保温”。

【电路简介】

工作电路： $S_1$为电源开关； $S_2$为定时器开关，其闭合后自动开始计时，计时结束后自动断开，不再闭合； $R_1$为可调电阻； $R_2$为电饭煲内的电热丝。

控制电路：电磁继电器 $A$和 $B$完全相同， $R_a$和 $R_b$是分别安装在电饭煲内的热敏电阻，它们的阻值随温度的变化如图乙所示，当温度达到 $120℃$时， $L_a$吸引弹性衔铁使 $S_a$断开，当温度降到 $110℃$时， $L_a$释放弹性衔铁使 $S_a$闭合。

【快煮模式】闭合开关 $S、S_1、S_2$，电饭煲进入快煮模式直至定时开关 $S_2$自动断开。在快煮过程中温度将维持在 $110℃～120℃$，工作电路的电热丝在高功率和低功率之间切换，其功率随时间变化如图丙所示。

【保温模式】开关 $S_2$断开后，电饭煲进入保温模式，最后温度维持在 $60℃～80℃$。

（1）由图丙可知，电饭煲在 $24$分钟快煮过程中，电热丝高功率加热的时间为＿＿＿＿＿分钟。

（2）若 $R_1$接入电路的阻值为 $840$欧， $R_2$阻值为 $40$欧，工作电路电源电压为 $220$伏，则电饭煲完成一次快煮，电热丝 $R_2$消耗的电能为多少焦？

（3）请结合图甲、乙说明开关 $S_2$断开后，电饭煲实现自动保温的工作原理。