初中物理综合题

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。

某生态园设计了模拟日光和自动调温系统，实现照明、保温和加热的功能，其原理如图所示，电源电压恒为 $220V$， $R_1$和 $R_2$是两个电热丝（不考虑温度对电阻的影响）， $R_2=30\Omega$， $L$是标有“ $220V160W$”的照明灯泡，白天有日光的时候，只开启该系统的保温功能并连续工作 $10h$，此时 $R_1$与 $R_2$的电功率之比为 $1:3$，晚上温度较低的时候，需开启加热和照明功能。灯泡正常发光此状态下系统也需连续工作 $10h$， $q_{\mathit{沼气}}=1.8\times {10}^{7}J/m^3$，请解答下列问题：

（1）晚上工作时电路的总功率是多大？

（2）若一天中工作的 $20h$内电热丝放出的热量完全由该生态园自产的沼气提供，其热效率为 $50\%$，则每天需要完全燃烧多少 $m^3$的沼气？

某实验小组在研究某种物质的属性时，日常需将物体浸没在煤油中保存，将体积为 $1\times {10}^{-3}{m}^3$、重 $6N$的该物体用细线系在底面积为 $250c{m}^2$的圆柱形容器的底部，物体浸没在煤油中，如图所示， $\left(g=10N/\mathit{kg},{\rho }_{\mathit{煤油}}=0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

（1）细线受到的拉力是多大？

（2）若细线与物体脱落，待物体静止后煤油对容器底的压强变化了多少？

演绎式探究 $-$探究太阳的引力系数：

（1）宇宙中任何两个物体之间都存在万有引力，万有引力的大小 $F_{引}=G\frac{m_1{m}_2}{r^2}$，其中 $m_1$、 $m_2$分别为两个物体间的距离，万有引力常数 $G=6.67\times {10}^{-11}N·m^2/k{g}^2$．物体间引力和距离一定时，两个物体质量 $m_1$、 $m_2$分的关系可以用如图中图线　 $b$　来表示。

（2）行星绕恒星的运动可以近似地看作匀速圆周运动。行星受到一个恒定的指向恒星的向心力，向心力的大小 $F_{向}=m{\omega }^{2}r$，其中 $m$为行星质量， $r$为两星之间的距离， $\omega$为行星做圆周运动的角速度，其大小等于单位时间内行星与恒星连线转过的角度。行星绕恒星运动一周所用的时间用周期 $T$表示，角速度 $\omega$与转动周期 $T$的关系为： $\omega =\frac{2\pi }{T}$．行星所受向心力 $F_{向}$的大小等于恒星对行星的引力 $F_{引}$的大小。

每个星球对在它表面附件的物体都存在引力，引力与物体质量的比值叫作引力系数，用 $g$表示，我们学过地球的引力系数 $g_{地}=10N/\mathit{kg}$。对于每个星球来讲，下列公式成立： $R^{2}g=\mathit{GM}$，其中 $R$为星球半径， $g$为星球引力系数， $M$为星球质量，万有引力常数 $G=6.67\times {10}^{-11}N·m^2/k{g}^2$。

已知地球质量为 $m$，地球到太阳的距离为 $L$，太阳半径为 $R$，地球的公转周期为 $T$．请你推导出太阳的引力系数 $g_{日}=\frac{4{\pi }^2{L}^3}{R^2{T}^2}$。

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 $y=$　　 $m$。

某品牌智能滚筒洗衣机具有洗净度高、不伤衣物、可设定洗涤温度、方便安全等优点。其简化等效电路如图所示，此时处于空挡位置。闭合开关 $S$，旋钮绕 $P$转动，实现挡位转换，旋至1档时 $R_1$、 $R_2$同时工作，洗衣机处于加热状态；旋至2档时 $R_2$和电动机同时工作，洗衣机处于保温洗涤状态。 $R_1$和 $R_2$均为电热丝，其阻值不受温度影响， $R_1=22\Omega$，主要参数如下表。 $\left(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right)$

$\ast \ast$牌智能滚筒洗衣机
额定电压	$220V$
加热功率	$2400W$
设定温度范围	${30}^{°}\text{C}~{90}^{°}\text{C}$
电动机功率	$240W$
防电墙电阻	$1\times {10}^6\Omega$

（1）洗衣机内注入 $10\mathit{kg}$的水，在额定电压下连续加热1050秒，水温由 ${20}^{°}\text{C}$上升到 ${50}^{°}\text{C}$，此过程中的加热效率是多少？

（2） $R_2$阻值是多少？

（3）洗衣机处于保温洗涤状态时，干路电流是多少？

（4）防电墙技术的应用是洗衣机未来发展的趋势。防电墙通过在洗衣机内部形成永久性电阻保证人的安全。异常漏电情况下，电流依次经防电墙和人体流入大地，若人体的最大电阻为 $1\times {10}^5\Omega$，人体的安全电压不高于 $36V$，通过计算判断防电墙技术能否保证人的安全。

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 ${\rho }_{水}$）。

小明在做测量滑轮组的机械效率的实验中，用同一滑轮组进行了3次实验，如图所示，实验数据记录如表。

次数	钩码重 $/N$	购码上升距离 $/\mathit{cm}$	弹簧测力计示数 $/N$	弹簧测力计上升距离 $/\mathit{cm}$	机械效率
1	2	10	0.8	30	$83.8\%$
2	4	10	1.5	30	？
3	6	10	？	30	$90.9\%$

（1）第2次实验中滑轮组的机械效率为　         　（结果保留一位小数）。

（2）如图丙所示，第3次实验中弹簧测力计的示数为　         　 $N$。

（3）分析表格中的数据得出结论同一滑轮组，　             　。

（4）在第2次实验时，如果拉力方向与竖直方向有一定夹角，那么所测得的滑轮组的机械效率将会　           　（填“变大”、“变小”或“不变”）。

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　                                         　。

小明探究凸透镜的成像原理，与老师一起研制了如图所示的实验装置，用水透镜模拟眼睛，光屏模拟视网膜，通过对水透镜注水或抽水可改变水透镜的厚薄。蜡烛、光屏和水透镜在光具座上的位置如图所示。

（1）实验时，首先要使烛焰、水透镜、光屏三者的中心在　       　上，目的是使像成在光屏中心。

（2）三者摆放位置如图甲所示，在光屏上成了一个清晰的像（像未画出），该像为倒立、　   　的实像。此时水透镜的焦距 $f$的范围为　      　。

（3）用水透镜模拟正常眼睛，将图甲中的烛移动到光具座上 $40\mathit{cm}$处，光屏不动，此时应对水透镜　      　（填“注水”或“抽水”），使其焦距变　      　（填“长”或“短”），才能在光屏上重新得到一个清晰的像。

（4）用水透镜模拟爷爷的老花眼，如图乙所示，若爷爷不戴老花镜时恰好能够看到图中位置上的蜡烛，在图中的虚线框内安装上适当度数的老花镜的镜片，则爷爷将能看清蜡烛位置　      　（填“左侧”或“右侧”）的物体。小明因为长期不注意用眼卫生，变成了近视眼，应该配戴　　      （填“凸“或“凹”）透镜矫正。

小明同学为了比较不同物质的吸热情况，在两个相同的烧杯中分别装有质量相同的牛奶、豆浆，用相同的酒精灯和相同的温度计同时进行了如图所示的实验。

（1）本实验中，通过比较　       　的多少来反映物质吸收热量的多少。

（2）本实验中，使牛奶、豆浆　       　的温度，比较吸收热量多少。分析表格数据可知，牛奶吸收的热量　      　（填“大于”“小于”或“等于”）豆浆吸收的热量，这表明　        　的吸热能力强。

（3）为了比较不同物质的吸热能力，物理学中引入　      　来表示不同物质在这种性质上的差异。

名称	质量 $/g$	温度升高 ${10}^{°}\text{C}$加热时间 $/s$	温度升高 ${20}^{°}\text{C}$加热时间 $/s$	温度升高 ${30}^{°}\text{C}$加热时间 $/s$
牛奶	350	260	520	650
豆浆	350	220	330	550

小明同学利用斜面、小车、刻度尺、停表测量小车沿斜面下滑时的平均速度。

（1）该实验的原理是　        　。

（2）实验中小车从 $A$位置运动到 $C$位置的路程如图所示，并测得小车在这段路程内运动的时间为 $2s$，则小车在这段时间内的平均速度为　      　 $m/s$。

（3）实验过程中，由于小车的运动时间较短，不便于计时，可以通过使斜面的倾斜程度变　   　（填“陡”或“缓”）的方式，改变小车的运动时间，达到便于测量时间的目的。

（4）完成上述实验后，他在斜面底端放置了一个小木块，想继续探究小车的动能与速度的关系，他应将同一小车从斜面　　   （填“相同”或“不同”）的高度由静止释放，可以通过观察小木块　    　得到结论；若再探究小车的动能与质量的关系，他应将质量不同的小车从斜面　     　（填“相同”或“不同”）的高度由静止释放，目的是　   　。

某同学在探究“并联电路中干路电流与各支路电流的关系”的实验中，所用的实验器材有两节干电池串联组成的电池组，电流表（量程分别为 $0~0.6A$、 $0~3A)$和开关各一个，定值电阻三个（阻值分别为 $5\Omega .10\Omega .15\Omega )$，导线若干。

（1）该同学选用两个电阻连接并联电路，在连接电流表时需要选择电流表的量程，请简单描述如何进行实验操作，如何选择量程。

（2）某次实验中，所用的两个电阻阻值分别为 $10\Omega$和 $15\Omega$，未连接完整的电路如图所示，请将电路连接完整（要求：电流表测量 $10\Omega$电阻所在支路的电流）。

（3）该同学继续进行实验，记录的实验数据如表。

$10\Omega$电阻所在支路的电流 $I_1/A$	$15\Omega$电阻所在支路的电流 $I_2/A$	干路电流 $I/A$
0.28	0.18	0.46

分析实验数据得出的探究结论是　                                           　。

（4）为了验证该探究结论是否具有普遍性，该同学使用 $5\Omega$电阻分别与 $10\Omega$， $15\Omega$电阻组成并联电路，重复上述实验，比较　      　（填“测量的数据”或“得出的结论”）是否一致。

某实验小组猜想水吸收的热量与水的质量和升高的温度有关，在探究“水吸收的热量与水的质量是否有关”的实验中，所用的实验器材有托盘天平、秒表各一个，相同规格的电加热器、温度计、烧杯和铁架台各三个，足量的水。

（1）请设计记录实验数据的表格，表中要有必要的信息涉及的物理量用字母表示即可。

（2）实验台上三个温度计的示数均相等如图所示，示数为　     　 ${}^{°}\text{C}$。

（3）制订好实验计划后，小组内同学按自己的预设，使用相同的实验器材先后实验，进行实验和收集证据后发现：甲、乙两位同学预设的水的质量和升高的温度都相同，只是甲同学实验的水温从 ${30}^{°}\text{C}$升高到 ${40}^{°}\text{C}$，乙同学实验的水温从 ${40}^{°}\text{C}$升高到 ${50}^{°}\text{C}$，但乙同学所用加热时间总是比甲同学多。他们分析后认为，乙同学在加热过程中，水散失的热量比较多。请说出他们做出该分析的两点理由：

①　                   　；②　                 　。