初中物理综合题

有一种WSJ﹣60型号电水壶，图甲是电水壶的电路图，L₁为电源指示灯、L₂为保温指示灯、L₃为加热指示灯，R₁、R₂、R₃；为指示灯的保护电阻，其大小为100kΩ左右；R为加热器，其电阻小于100Ω；S₁、S₂为压键开关；ST温控器是一个双金属片温控开关，当温度较低时，其处于闭合状态，当温度升高到一定值后，会自动断开，从而实现了自动温度开关控制．

当水壶放在底座上时，就分别压下开关键S₁、S₂，并通电路，如果插头插入插座后，就接通了电源，电源指示灯就亮，反之就断开．
该壶有手动和自动两种工作状态．
当钮子开关拨到手动挡时，加热电阻连入，开始加热，水沸腾以后再将钮子开关拨回．
当钮子开关拨到自动挡时，此时通过ST温控器将加热电阻连入，并开始加热；当水沸腾后，ST温控器的触点断开，进入保温状态，保温指示灯亮；当水的温度低于某温度后，ST温控器又重新接通，再次进入加热状态．
若加热器电阻阻值随温度改变而发生的变化可忽略不计，根据以上叙述与观察，请回答以下问题．
（1）在下列空格中填写“亮”或“不亮”．
a．手动状态通电工作时，电源指示灯      ．加热指示灯      ．保温指示灯      ．
b．自动状态通电工作时，水沸腾前：电源指示灯      ，加热指示灯      ，保温指示灯      ．水沸腾后：电源指示灯      ，加热指示灯      ，保温指示灯      ．
（2）现将一满壶25℃的水在标准大气压下烧开需时10min．请汁算该电水壶的热效率．水的比热容c=4.2×10³J/（kg•℃）．
（3）通过分析电水壶的电路，说明为什么处于自动状态下，水未沸腾前，保温指示灯是不亮的？

歼 $-31$是我国自主研制的战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性等优异性能，该飞机最大起飞质量为 $28t$，最大飞行高度达 $20000m$，最大航行速度达2100 $\mathit{km}/h$，最大载油量为 $10t$，飞行时所受阻力的大小与速度的关系见下表：

速度 $v(m/s)$	100	200	300	400	500
阻力 $f/N$	$0.3\times {10}^4$	$1.2\times {10}^4$	$2.7\times {10}^4$	$4.8\times {10}^4$	$7.5\times {10}^4$

已知飞机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是 $40\%$，飞机使用的航空燃油的热值为 $5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g$取10 $N/\mathit{kg}$，求：

（1）飞机的最大起飞重力为多少牛顿？

（2）当飞机以400 $m/s$的速度匀速巡航时，飞机发动机的输出功率是多少瓦？

（3）飞机发动机完全燃烧7.5 $t$燃油放出的热量为多少焦耳？

（4）若飞机以500 $m/s$的速度巡航时，发动机完全燃烧7.5 $t$燃油，飞机飞行距离为多少？

五一假期，小明一家驾车外出旅游．一路上，所学的运动学知识帮助他解决了不少实际问题．
（1）经过如图某交通标志牌时，小明注意到了牌上的标志如图所示．小明想了想，马上就明白了这两个数据的含义：

18的含义：      ；
40的含义：      ．
（2）若小明爸爸驾车通过这段路程用时30min，则车速应为多少？
（3）当汽车行至某高速公路人口处时．小明注意到这段高速公路全长180km，行驶速度要求为：最低限速60km/h，最高限速120km/h，小明看表此时正好是上午10：00，他很快算出并告诉爸爸要跑完这段路程，必须在哪一段时间内到达高速公路出口处才不会违规．请你通过计算，说明小明告诉他爸爸的是哪一段时间．

呼和浩特市共享单车的投放，为呼和浩特市市民的出行提供了极大的便利。小董同学通过手机扫码，解锁了一辆电动自行单车。如果她骑行电动自行单车在平直的乡间小路上做直线运动，且以恒定的功率

行驶。通过收集数据，得到如图所示的 $v-t$图象。在第 $16s$时速度达到 $10m/s$，然后以 $10m/s$做匀速直线运动。已知小董质量为 $50\mathit{kg}$，电动自行单车质量为 $10\mathit{kg}$，骑行时所受阻力恒为人和车总重的 $\frac{1}{15}$．求：

（1）在 $0~16s$时间内，单车通过的路程　      　 $80m$（选填“大于”或“等于”或“小于”），这段时间内，电动机对单车产生的牵引力　       　单车所受的阻力（选填

“大于”或“等于”或“小于”）；

（2）电动自行单车做匀速直线运动时，加在电动机上的电压为 $50V$，通过的电流 $10A$，电动机提供的电功率多大，该电动机的效率为多少，（不计机械摩擦损失），电动机线圈电阻是多少；

（3）在 $0~16s$时间内，单车通过的路程。（提示：能量守恒。动能计算公式为 $0.5m{v}^2$， $m$表示质量， $v$表示速度）

黑夜看不见开关位置，为此小明设计了如图所示的电源，当单刀双掷开关合向b时，照明灯亮，指示灯灭，避免指示灯费电，合向a时，照明灯灭，指示灯亮，显示开关S位置只能处于这两种状态，他利用一个“l0V、2W”的小灯泡和一段2.0×10⁴Ω/m的电阻丝安装指示灯．

（1）为使指示灯正常发光，在图中方框内完成指示灯和电阻丝的连接电路．
（2）按上述设计，电阻丝需截用多长一段？
（3）若照明灯一天使用6h，则整个电路一天（24小时）总共耗电多少度？

上海洋山港是全球最大的智能集装箱码头，图甲是将我国自行研制的大型桥吊从运输船上转运到正在建设中的洋山港码头时的情景。桥吊是码头上进行货物装卸的起重机，其简化示意图如图甲中所示，它由控制室、水平横梁 $\mathit{AB}$以及两个竖直的支架 $\mathit{CD}$和 $\mathit{EF}$组成。运输船中不同位置有数个密封的水舱，向这些水舱加水或减水，能保证牵引车将桥吊从运输船转运到码头的过程中，运输船的甲板始终保持水平且与码头的地面相平。

（1）牵引车将桥吊缓缓向右拖向码头时，支架 $\mathit{CD}$和 $\mathit{EF}$下的轮子会沿顺时针方向转动，请在图乙中画出支架 $\mathit{CD}$下的轮子对运输船甲板摩擦力的示意图。

（2）若牵引车拖行桥吊的功率是 $50\mathit{kW}$， $9s$内将桥吊沿水平方向匀速拖行了 $3m$，则这段时间内牵引车对钢缆的拉力是多少牛？

（3）已知桥吊的总质量是 $2200t$，支架 $\mathit{CD}$和 $\mathit{EF}$的高度均是 $50m$， $C$点到横梁 $A$端的距离是 $60m$， $E$点到横梁 $B$端的距离是 $18m$，桥吊的重心 $O$到横梁 $A$端和 $B$端的距离分别是 $72m$和 $28m$。试求牵引车将桥吊从图甲所示的位置拖到图丙所示的位置时，运输船的水舱中增加了多少立方米的水？

晴天正午，小健与同学从树荫下走过时，发现地面上有许多大小、形状不同的光斑，如图所示．光斑的形状与什么要素有关呢？光斑又是如何形成的呢？对此他们马上进行了探究，他们猜想光斑的形状：a．与树叶形状有关，光斑是树叶的影子；b．与树叶间空隙形状有关；c．与树叶间空隙大小有关．

（1）根据所学知识，可确定猜想a是______ （合理/不合理）的；
（2）为了进行探究，他们制作了甲、乙、丙、丁四个带孔的卡片，如图所示，其中甲、乙卡片中小孔的尺寸均为3mm，甲、丙、丁卡片中的大孔的尺寸均为2cm，且丙、丁卡片中大孔尺寸相同，在进行探究时，他们在地上铺上一张白纸，把带孔的卡片置于上方，让太阳光通过卡片上的孔，观察纸面上出现的光斑形状．

若让你在甲、乙、丙、丁四张卡片中选择一张卡片用来验证光斑的形状与树叶间空隙形状有关，你选用______卡片；在探究光斑形状与树叶间空隙大小是否有关时，小健选用甲卡片进行实验探究，发现白纸上得到四个圆形光斑，由此得出光斑的形状与树叶间空隙大小无关的结论，这结论______（可靠/不可靠）.
（3）小健的同桌为了研究孔的大小对光斑形状的影响，另外设计了四种开有不同形状孔的卡片甲，并用另一张卡片乙覆盖在甲上，如图所示．接着，从图示位置沿箭头方向水平移动乙，观察光斑形状的变化情况．下列合乎要求的是                 （   ）

（4）小健知道了光斑的成因后，又动手制作简易的针孔相机，他在空易拉罐的底部中央戳个小圆孔，将顶部剪去后，蒙上一层塑料薄膜，如图戊所示．

小健用针孔相机观察校园内旗杆顶上的国旗，如图己所示．则他在塑料薄膜光屏上看到国旗的形状是   （   ）


（5）小健把针孔相机靠近旗杆顶上的国旗进行观察，则塑料薄膜光屏上看到的国旗的像______（变大/变小/不变）．
（6）通过探究，他们得到了以下结论，其中错误的是                   （   ）

A．通过小孔形成的圆形光斑是像，通过大孔形成的光斑不是像

B．小孔形成的光斑与小孔的形状无关，大孔形成的光斑与大孔的形状有关

C．小孔和大孔所形成的光斑，其大小均与孔到地面的距离有关

D．不管光斑是不是像，它们都是由光的直线传播形成的

如图所示，放置在水平桌面上的甲、乙两个相同薄壁圆柱形容器，高度为 $h_1$，底面积为 $S_1＝100c{m}^2$。甲容器内装有水，圆柱形实心物体浸没在水底。物体高度为 $h_2＝8cm$，底面积为 $S_2＝30c{m}^2$，密度为 ${\rho }_2$。乙容器内装有质量为 $m$，密度为 ${\rho }_3$的某种液体。忽略物体吸附液体等次要因素，已知 ${\rho }_{水}＝1.0\times {10}^{3}kg/m^3，g＝10N/kg$。

（1）求物体浸没水底时所受的浮力大小。

（2）将物体从甲容器底部竖直缓慢提升，直到物体上表面高出水面 $5cm$时停止，求这个过程中，水对容器底部的压强变化量。

（3）将物体从甲容器取出后，再缓慢放入乙容器内，为保证液体不会溢出，求乙容器内液体质量m的取值范围（用 ${\rho }_2、{\rho }_3、h_1、h_2、S_1、S_2$表示）。

图甲所示是某型号的浴室防雾镜，其背面粘贴有等大的电热膜，使用时镜面受热，水蒸气无法凝结其上，便于成像，该防雾镜的相关数据如表。

镜子质量	$1.2\mathit{kg}$
额定电压	$220V$
额定功率	$88W$

（1）求防雾镜正常工作时的电流。

（2）经测试，在 $-5^{°}\text{C}$环境下工作 $500s$使平面镜的平均温度升高了 ${44}^{°}\text{C}$，求电热膜给平面镜的加热效率。 $[$玻璃的比热容为 $0.75\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)]$

（3）如图乙所示，小明给防雾镜电路连接了一个滑动变阻器 $R$，能使电热膜的功率在原功率的 $25\%~100\%$之间变化，以满足不同季节使用的需要。请求出 $R$的最大阻值。

汽车已进入千家万户。在综合实践活动中，合作小组的同学们对小亮家的汽车中有关物理学的知识进行了专项研究，请你帮助他们完成以下两方面的实践活动。

实践活动一：设计制作汽车加热坐垫

同学们想利用车上提供的电压为 $12V$的电源，设计具有加热和保温两挡功能的汽车座椅加热坐垫。他们在网上购买了两个阻值为 $6\Omega$的加热电阻片，若干导线和开关。

（1）请你帮助他们设计电路；

（2）求自制加热坐垫的加热和保温功率。

实践活动二：研究汽车中的动力学

（1）如图甲所示，是小亮家汽车的动力系统。该汽车发动机实质是汽油机，它把燃料燃烧产生的内能转化为＿＿＿＿＿能，再通过传动机构，将动力传给车轮，使汽车行驶。

（2）请在图乙中画出汽车在水平地面上静止时受力的示意图。

（3）汽车整车质量约为 $1.6t$，静止时车轮与地面的总接触面积约为 $0.16m^2$，求汽车静止时对水平地面的压强。（ $g$取 $10N/kg$）

（4）如图丙所示，是合作小组的同学们利用频闪摄影技术研究汽车的运动状态时，相机每隔 $0.5s$曝光一次，拍摄到的汽车在平直公路上行驶的频闪照片。若车身长 $3m$，求拍摄过程中汽车的行驶速度。

（5）查阅资料可知，汽车行驶时所受阻力约为车重的 $0.3$倍，求拍摄过程中汽车发动机的输出功率。

如图所示，工人师傅用滑轮组将重为500N的物体在30s内匀速提升到6m高的楼上，已知动滑轮重为100N，不计绳重及摩擦。求：

（1）拉力F；

（2）拉力的功率；

（3）滑轮组的机械效率。（计算结果保留一位小数）

我国自主研制的载人深潜器下潜深度已突破 $10000m$，在载人深潜领域达到世界领先水平。（取 ${\rho }_{\mathrm{海水}}＝1.03\times {10}^{3}kg/m^3，{\rho }_{水}＝1.0\times {10}^{3}kg/m^3，g＝10N/kg$）

（1）潜水艇活动的海水深度一般为 $300m$至 $600m$。它可以通过水舱排水或充水来改变 　＿＿＿＿＿，从而实现浮沉。

（2）深潜器可进入更深的水域，在 $10000m$的深处，海水产生的压强为＿＿＿＿＿ $Pa$。由于深海海水压强太大，深潜器实现浮沉的方法与潜水艇有所不同。

（3）小明阅读资料后，利用如图的装置模拟深潜器在水中的运动过程。物体甲、乙由一条细线连接且在水中处于静止状态，已知乙的质量为 $0.2kg$，体积为 $25c{m}^3$，则乙所受浮力的大小为＿＿＿＿＿ $N$，乙受到细线的拉力为＿＿＿＿＿ $N$。若剪断细线，甲将＿＿＿＿＿（选填“上浮”“悬浮”或“下沉”），此时甲所受浮力＿＿＿＿＿（填字母）。

A．	增大，且大于重力
B．	不变，且等于重力
C．	不变，且大于重力
D．	减小，且小于重力

研究物体的沉浮条件时，一实验小组将一质量为54g的橡皮泥放入盛水的水槽中，橡皮泥下沉。老师请大家思考能否让橡皮泥漂浮在水面上呢？他们经过思考后将橡皮泥捏成了如图所示的厚度均匀的半球状“小碗”，将碗口朝上轻轻放在水面上，小碗漂浮。（ ${\rho }_{泥}＝1.2g/c{m}^3，{\rho }_{水}＝1.0g/c{m}^3$，半球的体积公式是 $V=\frac{2}{3}\pi R^3$， $\pi 取3$， $\sqrt[3]{4.5}取1.65$）

（1）橡皮泥放入水槽前，水的深度是 $0.1m$，求水对水槽底部的压强；

（2）求橡皮泥的体积；

（3）橡皮泥“小碗”漂浮在水面上受到的浮力是多少？

（4）橡皮泥“小碗”的厚度 $d$要满足什么条件，才能够漂浮在水面上？

在我们使用电器的时候，按一下遥控器的待机键，电器即进入等待开机的状态，即为待机模式。有的电器虽然没有待机按钮，可如果没有切断电源，也相当于处在待机状态。下表是常用家用电器在 $220V$电压下的工作功率和待机功率。

电器种类	空调	电视机	机顶盒	洗衣机
工作功率（瓦 $)$	2600	150	15.4	500
待机功率（瓦 $)$	1.1	0.2	15.2	0.03

请回答：

（1）在家庭电路中，机顶盒和电视机　　（选填”串“或”并“ $)$联在火线和零线上。

（2）根据表中数据，电视机的工作电流为　　安。（精确到0.01安）

（3）若机顶盒每天处于待机状态的时间为20小时，计算1个月（以30天计）机顶盒在待机状态下消耗的电能。

如图甲所示是一种家庭水箱水位测量装置示意图，电源电压 $18V$保持不变，电压表量程 $0-15V$，电流表量程 $0-3A$， $R_0$是阻值为 $10\Omega$的定值电阻， $R_1$是长 $20\mathit{cm}$、阻值为 $20\Omega$的电阻丝，滑片 $P$把电阻丝与轻质弹簧的指针连在一起。圆柱体 $M$长 $80\mathit{cm}$，底面积为 $200c{m}^2$．当水位处于最高处时， $M$刚好浸没在水中，滑片 $P$恰好在 $R_1$的最上端。轻质弹簧阻值不计， $M$全部露出水面前，弹簧的伸长长度△ $L$始终与受到的拉力 $F$成正比，如图乙所示。

（1）当水位下降时，电路中示数会随之减小的电表是　　。

（2）当水位处于最高处时，电压表的示数为多少？

（3）当水位下降，圆柱体露出水面部分的长度为 $50\mathit{cm}$时，电流表示数为多少？ $(g$取 $10N/\mathit{kg})$