初中物理综合题

我国万米深潜作业次数和下潜人数位居世界首位。图甲所示为我国“奋斗者”号载人潜水器的海试现场。

（1）潜水器的前边固定着一个采样篮，里面放着海底沉积物采样器等工具，采样器是一个下端开口的圆柱形玻璃管。潜水器两侧各连着一只机械手臂，其中一只机械手臂的简化示意图如图乙所示，它由金属杆AB、OC和可以伸缩的液压杆AC组成，C点为机械手臂和潜水器的连接点。当液压杆伸长或缩短时，会带动金属杆AB绕着O点转动，金属杆B端就会向上提或向下压采样器。（ ${\rho }_{\mathrm{海水}}＝1.0\times {10}^{3}kg/m^3$）

①请在图乙中画出水平金属杆的B端竖直向下压采样器时，采样器对金属杆AB的力的示意图。

②若OA、OC和AC的长分别是 $18cm、24cm$和 $30cm$，OB的长是 $72cm$，这只机械手臂的液压杆AC对水平金属杆A端的拉力是 $200N$，玻璃管水平的圆环形管口和海底沉积物的接触面积是 $2c{m}^2$时，则竖直状态下的玻璃管的圆环形管口对海底沉积物产生的压强是多少 $Pa$？（不考虑金属杆AB和采样器它们受到的重力和浮力）

（2）总质量是 $36t$且处于悬浮状态的潜水器在海底完成作业后，会抛卸吸附在舱外的压载铁再上浮。为了确保舱内作业人员的安全，科学家们在设计“奋斗者”号时，可以让潜水器在不能抛卸压载铁时进行“断臂求生”，即让潜水器在深海抛掉两只机械手臂和采样篮等物体后再上浮。若某次深海演练抛掉质量是 $1.8t$、体积是 $0.3m^3$的两只机械手臂和采样篮等物体，则此时潜水器受到的浮力是多少 $N$？浮力比重力大多少 $N$？

新型节能电炖锅的发热体是由PTC半导体陶瓷材料制成的，PTC的发热效率较高，它有一个人为设定的温度，低于设定温度时，其电阻值随温度升高而变小；高于设定温度时，其电阻值随温度升高而变大，从而可以自动调节电炖锅的温度和电功率。有一种型号电炖锅，其简化工作电路如图1所示，电源电压为220V，R ₀是定值电阻，R _t是PTC电阻，它的阻值随温度t的变化曲线如图2所示。炖汤时，汤水沸腾后，电炖锅能在较低功率档位长时间保持水的沸腾，这样既能节约用电，又能使炖出来的汤味道鲜美且不失营养，此时R _t的温度为110℃，电炖锅功率为440W．求：

（1）当R _t的温度为50℃时，R _t的阻值；

（2）当R _t的温度约为110℃时，电炖锅的工作电流；

（3）R _t的温度从20℃升高到110℃的过程中，电炖锅的最大功率。

1901年，挪威人伯克兰造出世界上第一台电磁发射器，首开电磁炮先河。为了认识电磁炮的一些特性，小柯制作了一个电磁炮模型，其原理如下图。螺线管通电后，铁制撞针迅速前移，推动炮弹射出炮管。

（1）小柯要增强电磁炮中螺线管磁场，下列方法可行的是        （选填字母）。
A.增加螺线管的线圈匝数
B.改变线圈中的电流方向
C.增大通过螺线管的电流
（2）炮弹的动能影响它的威力。直接测量动能小柯遇到困难，所以，他通过测量同一炮弹的射程（炮弹出射点离落地点间的水平距离）来间接比较。此研究方法与下列        （选填字母）实验所用方法相同。
    
A.用刻度尺测物体长度     B.用量筒测液体体积    C.用压强计研究液体内部压强
（3）小柯测得的一项实验数据（取多次实验的平均值）如下表。

实验次数	第1次	第2次	第3次	第4次	第5次
撞针质量（克）	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
射   程（米）	0.48	0.54	0.81	0.46	0.41

 
小柯得出了“当其他条件相同的情况下，撞针质量为0.3克时电磁炮的射程最远”的结论。
小妍觉得这个结论还不可靠，建议再取不同质量的撞针进行实验。你认为选择撞针质量范围在        克之间进行进一步实验比较合理。

甲图为升降机电路的部分原理图。电源电压恒为6V，R₀为定值电阻，电压表量程为0～3V，压敏电阻R₁的阻值与所受压力大小的关系如图乙所示。

（1）压敏电阻不受压力时，电压表示数为2V，定值电阻R0的电功率为多少?
（2）在电路正常工作时，此压敏电阻能承受的最大压力为多少?
（3）在不改变电表的条件下，要增大压敏电阻的承压范围，应如何调整? （写出一条）
（4）若在升降机底板上放置一个物块，静止时电压表示数为U₀，当升降机匀速下降时，电压表示数    （选填“大于”、“等于”或“小于”）U₀。

经济建设中使用大量的机械设备，某种起重机结构如图所示，A处是动滑轮，B、O处是定滑轮，D是柱塞（起重时柱塞沿竖直DC方向对吊臂C点有支撑力），E是卷扬机。作用在动滑轮A上共有3股钢丝绳，卷扬机转动使钢丝绳带动动滑轮A提升重物，起重机的吊臂OCB可以看做杠杆，且OB：OC＝5：1，用该起重机将浸没在水中的长方体集装箱匀速提出（忽略水的阻力），放在水平地面上，集装箱质量为4×10 ⁴kg、底面积为10m ²、高为2m。（g取10N/kg，ρ _水＝1.0×10 ³kg/m ³）求：

（1）浸没在水中的集装箱受到的浮力；

（2）当集装箱放在水平地面上，起重机未对集装箱施力时，集装箱对地面的压强；

（3）若集装箱在水中被提升2m（没露出水面），集装箱受到的拉力所做的功；

（4）当集装箱被提起且仍浸没在水中时，若起重机立柱DC对吊臂C点竖直向上的作用力为2×10 ⁶N，起重机的滑轮组的机械效率。（吊臂、定滑轮、钢丝绳的重力以及轮与绳的摩擦不计）

图1所示为一种自动蓄水装置示意图：轻质弹簧上端固定，下端与木块相连，轻质滑片P的右端固定在弹簧最下端，左端位于粗细均匀的金属电阻R₂的最下端A处且接触良好，闭合S，水泵工作，向空水箱里缓慢注水，当P上滑至B处（R₂的中点）时，水面到达设定高度，水泵自动停止注水，在此过程中，弹簧弹力F与滑片P上滑长度x之间的关系如图2所示，

已知：电阻箱R₁接人电路中的阻值为20Ω，R₂的总电阻为20Ω，长度为l；当线圈中电流I≥0.lA时，衔铁被吸下g= l0N/kg，弹簧始终处于弹性限度范围内，不考虑线圈的电阻和滑片P滑动时的摩擦。
（1)求电源电压U； （2)求木块所受的重力； （3)当P滑至B处时，求木块浸入水中的体积； （4)若将R₁调至l0Ω，则水箱内最高水位与原设定水位的高度差△h   0.5l（选填“>”、“<”或“=”)，你判断的理由是：   ．

如图所示，质量为8kg，边长为5cm的正方体物块A置于水平地面上，通过细绳系于轻质杠杆BOC的B端，杠杆可绕O点转动，且CO=3BO，在C端用F=20N的力竖直向下拉杠杆，使杠杆在水平位置平衡．（绳重不计，g取10N/kg）
求：
（1）物体A的重力G；
（2）B端细绳的拉力F_拉；
（3）物体A对地面的压力F_压；
（4）物体A对地面的压强P．

暑假期间，小明和家人自驾去秦始皇兵马俑博物馆参观。

（1）全家人上车后，汽车对水平地面的压强比空载时 　　。

（2）若该车在某段水平路面上匀速行驶 $10\mathit{min}$，牵引力做功 $4.8\times {10}^{7}J$，此过程中牵引力的功率是多大？

（3）到达目的地，他们将车停放在露天停车场后进入博物馆参观。参观完毕准备返回时，打开车门发现车内温度特别高，无法立刻进入。回家后小明想探究太阳暴晒对车内空气温度的影响，他回想起曾经看过的一档科普电视节目做过的实验，实验测得太阳暴晒下， $3~5\mathit{min}$车内温度就能达到 $40~{50}^{°}\text{C}$。通过回看该节目，他获取了一组有关太阳辐射和小汽车的数据：夏天正午时，某城市地表上每秒每平方米获得的太阳辐射能量约 $500J$，其中能使物体吸热升温的主要是红外辐射，其能量约占太阳辐射能量的一半，小汽车的有效吸热面积约为 $8m^2$，车内空气体积约为 $2m^3$，车内空气吸热效率约为 $50\%$。

①小明根据节目所给数据，计算出了理论上一定时间内车内空气升高的温度，并通过查阅资料了解到车内空气升温受车辆散热、空气流通等诸多因素影响，综合分析得出节目实测结果是可信的。请你写出理论上 $1\mathit{min}$车内空气升高温度的计算过程 $[{\rho }_{\mathit{空气}}=1.3\mathit{kg}/m^3$， $c_{\mathit{空气}}=1.0\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，结果保留一位小数 $]$。

②若汽车不可避免地在太阳暴晒下停放较长时间，请你写出一条缓解车内气温快速上升的措施：　　。

阅读下列短文，回答问题，

"天舟一号"与"天宫二号"成功对接

我国自主研制的"天宫二号"空间实验室已于2016年9月15日发射成功"天宫二号"在距地面高度380km圆形轨道上绕地球匀速运行，绕地球一圈的运行时间是90分钟，"天舟一号"货运飞船于2017年4月20日由长征七号火箭成功发射升空，并于2017年4月22日与"天宫二号"首次自动交会对接成功，如图1所示，为我国建立自己的空间站迈出了坚实的一步。

发射"天舟一号"货运飞船的长征七号火箭的燃料由液态煤油和液氢混合构成，火箭点火起飞时，火箭内的燃料燃烧从火箭体尾部喷射出火焰几乎直击发射平台。使得发射平台核心区的温度接近3000℃，足以融化绝大多数金属和非金属材料，长征七号火箭发射时与其它火箭不同的是发射平台旁的"喷水降温降噪系统"，其采取的是国际上先进的喷水降温方法，如图2所示，在发射中火箭飞到5m高以后，"喷水降温降噪系统"向箭体尾部火焰中心喷水20余秒，喷水量约为400t，一部分的水会汽化到大气中，大部分的水则通过导流槽流走，于是大流量喷水能够带走大量的热起到降温作用，防止了火箭发射台内部的仪器设备可能因高温受到影响。[圆周率π＝3，c _水＝4.2×10 ³J/（kg•℃）]

（1）设"喷水降温降噪系统"喷出400t水的初温为20℃，在喷水20秒内全部变成100℃的水，则水带走的热量为 　 　J。

（2）如图3所示，设地球半径为6370km，"天宫二号"空间实验室在圆形轨道上正常运行，圆形轨道的半径为 　 　km，圆形轨道的周长为 　 　km．"天舟一号"货运飞船成功发射及正常入轨后，与"天宫二号"空间实验室对接。对接时"天舟一号"的运行速度为 　 　km/s。

（3）长征七号火箭所搭载的"天舟一号"货运飞船在上升过程中的机械能不断 　 　（选填"变大"、"变小"或"不变"），长征七号火箭燃料的 　 　能燃烧时转化为内能。

2015年3月，全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”（如图所示）开始首次环球飞行，途径我国重庆和南京两个城市，此行的重要目的是传播新能源概念。
（1）该飞机白天飞行时，利用高效太阳能电池版将电磁能（太阳能）转化为____________能；夜间飞行时，利用其超轻薄离子电池储备的____________能转化为电能，首次实现昼夜飞行而不耗费一滴燃油。
（2）该机从重庆飞往南京的航程约为1260千米，用时17.5小时。则它的飞行速度为多少千米/小时？
（3）为降低飞行时的能量消耗，该机选用新型轻质材料，取面积为1平方米，厚度为1毫米的新型材料，测得其质量为250克，则该材料的密度为多少？
（4）该机计划从南京起飞后直飞美国夏威夷，是此次环球航行中最具挑战性的一段航程，飞行时间长达120小时，飞行过程中依靠平均功率为10千瓦的电动机提供动力，其消耗的能源全部由电池板吸收的太阳能提供，则此段航行中至少需要吸收多少太阳能？（太阳能电池板的转化功率约为30%）

阅读《探海神器——“蛟龙”号》，回答题。
探海神器——“蛟龙”号
2012年6月24日是个伟大的日子！“蛟龙”号载人潜水器深潜7020米新纪录诞生，“神舟九号”宇宙飞船与“天宫一号”手动交会对接成功，“蛟龙”与“神九”互致祝福，进行了穿越海天的对话，实现了“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”的伟大梦想！

目前，“蛟龙”号具备了在全球99.8%的海洋深处开展科学研究、资源勘探的能力。“蛟龙”号的形状外观如图所示，部分参数见下方表格。

“蛟龙”号部分参数
长宽高	8.2米3.0 米 3.4米
自身质量	22吨
最大荷载	240公斤
载人	限3人
最大速度	25海里/小时
巡航速度	1海里/小时
最大工作设计深度	7000米
正常在水下工作时间	12小时

这次深潜纪录的创造反映了“蛟龙”号高端技术的创新与突破。
新技术突破——高速水声通信技术
电磁波在海水中传播的距离很有限，而普通水声传输又有延时长、复杂环境中有效提取信号难等严重缺陷，“蛟龙”号潜入深海数千米，如何实现实时通讯是个重要难题。中国科学院研发了具有世界先进水平的高速水声通信技术——利用通信声呐进行水下通信联络，成功解决了这一难题。通信声呐是由发射基阵和接收基阵组成，基阵又由换能器基元组成。换能器一般用压电陶瓷材料制成，可将发射机产生的电信号转换为声信号，也可以将接收机接收的声信号转换为电信号。此次“蛟龙”与“神九”成功实现穿越海天对话，高速水声通信技术功不可没。
新技术突破二——大容量充油银锌蓄电池
“蛟龙”号搭载的是我国自主研发的、储存电能超过110千瓦时的大容量充油银锌蓄电池，该电池的蓄电能力为美国同类潜水器蓄电池的2倍，成功解决了“蛟龙”号正常水下工作时间长，但又不能携带太重蓄电池的困难。
新技术突破三——悬停定位和自动航行
由于不同海域、不同深度的海水密度不同，“蛟龙”号在水中受到的浮力是变化的。按潜航员叶聪的说法，“这次7000米级海试的试验海域，根据测量，海面海水的密度是每立方米1021公斤，而7000米深的海水密度变成每立方米1059公斤。‘蛟龙’号自重22吨，算下来在7000米深度时受到的浮力大概比在海面时要大800多公斤力”（公斤力是工程中常用的力的单位，1公斤力大约等于10牛）。
浮力的变化要靠压载铁来平衡，所谓“压载铁”，就是给“蛟龙”号增加重量的铁块。“蛟龙”号海试团队用周密的数学模型，能根据在不同海域测得的海水温度、盐度和深度等参数精确地计算下潜时所需要的“压载铁”重量。
“蛟龙”号挂好所需压载铁，注水下潜，当下潜至预定深度时，“蛟龙”号能克服自身晃动、海底洋流等内外干扰，通过适时抛掉一定数量的压载铁，利用相关技术实现悬停。此外，“蛟龙”号还具备自动定向、定高、定深三大功能，能够在复杂环境中自动航行，在已公开的消息中，尚未有国外深潜器具备类似功能．当完成工作后，潜航员再抛掉适量的压载铁，实现上浮，可见，无论是下潜，悬停，还是上浮，压载铁的作用都是巨大的。
“祝愿中国载人深潜事业取得新的更大成就！祝愿我们的祖国繁荣昌盛！”，“神九”航天员景海鹏在太空向“蛟龙”号的祝贺，送出了全体中华儿女的心声！
⑴换能器可实现         信号与         信号的相互转换．
⑵潜艇下潜深度一般是几百米，而“蛟龙”号下潜深度一般是几千米，“蛟龙”号在深海中必须通过抛掉压载铁实现上浮，而不是像潜艇那样采用排水的方法实现上浮，请写出可能的原因及你的理由：       。
(3)请估算“蛟龙”号的体积大小，并写出估算过程。

小明把两端开口的细玻璃管插入水中，发现管内的液面上升（如图）。他查资料得知：管内外液面高度差与水温、管的内径有关，小明想利用这支细玻璃管探究管内外液面高度差与水温的定量关系，请你帮他设计实验方案。

（1）实验器材：细玻璃管、 　 　。

（2）实验步骤（可画图或文字表述）；

（3）设计记录数据的表格。

边长为 $20\mathit{cm}$的薄壁正方形容器（质量不计）放在水平桌面

上，将质地均匀的实心圆柱体竖直放在容器底部，其横截面积为 $200c{m}^2$，高度为 $10\mathit{cm}$。如图1所示。然后向容器内缓慢注入某种液体，圆柱体始终直立，圆柱体对容器底部的压力与注入液体质量的关系如图2所示。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）判断圆柱体的密度与液体密度的大小关系，并写出判断依据；

（2）当圆柱体刚被浸没时，求它受到的浮力；

（3）当液体对容器底部的压强与容器对桌面的压强之比为 $1:3$时，求容器内液体的质量。

阅读短文回答问题
汽车再生制动器
目前汽车刹车器均采用油压制动，油压制动刹车时消耗的机械能以内能形式排放掉，形成能源的浪费。现有一种汽车再生制动器，能把汽车制动时消耗的部分机械能转化为电能而储存起来，有效地利用了能量。这种制动器有个重要参数叫“储能效率”，储能效率是指汽车正常行驶时关闭发动机，直至汽车停止运动的过程中，将机械能转化为电能的效率．
实际上汽车刹车时再生制动器无法提供足够的刹车阻力，仍需要与油压制动器 配合使用，产生恒定的刹车阻力来满足刹车要求，若某汽车以20km/h的速度行驶，刹车时再生制动器产生的阻力随时间变化的关系如下表：

时间t/s	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4	1.6
再生刹车阻力f/×103N	8.0	8.1	8.4	9.0	10.0	10.0	10.0	7.5	5.0

（1）油压制动刹车时消耗的机械能转化为内能，而这些内能却不能再次转化为汽车的机械能，说明能量的转移和转化具有_    _性；汽车再生制动器中将机械能转化为电能的装置是__   （电动机/发电机）.
（2）某次汽车正常行驶时的机械能为3.75×10⁵J ①若关闭发动机，直至停止运动，有1.5×10⁵J的机械能车化为内能，则该汽车的储能效率是_    _。②若制动时油压制动器与再生制动器同时工作，产生的内能将_     （大于/小于/等于）1.5×10⁵J。
（3）在图中作出汽车刹车时再生制动器0～1.0s内产生的刹车阻力随时间变化的图像。

（4）如果汽车制动时需要产生恒定的刹车阻力为1×10⁴N，由图像可知t=0.7s时，油压制动器需提供_   N的刹车阻力．

阅读短文，回答问题：

防冻冷却液

汽车行驶时，发动机的温度会升得很高，利用防冻冷却液在散热器管道内循环流动，将发动机多余内能带走，使发动机能以正常工作温度运转。防冻冷却液主要由水和不易汽化、密度比水小的某种防冻剂（简称原液）混合而成，原液含量（防冻剂占防冻冷却液体积的比例）越高，防冻冷却液的比热容越小，防冻冷却液的凝固点和沸点与原液含量的关系图象见图2和图3所示。选用时，防冻冷却液的凝固点应低于环境最低温度以下，而沸点一般要高于发动机最高工作温度以上。

请回答下列问题：

若用水代替防冻冷却液，在北方寒冷的冬天，停车时间比较长，会因水结冰容易导致散热器管道胀裂，为什么？因为当水结冰时，　　，所以把散热器管道胀裂。

（2）设某品牌汽车的发动机工作温度为，所在地区最低温度为，应选用何种较合适比例的防冻冷却液　　（选填“”、“ ”、“ ”或“” ，简述选用理由：　　。

（3）现有原液含量为的防冻冷却液长时间使用后，由于汽化会减少，与原来相比，防冻冷却液的哪些物理量发生了什么变化，如何变化？（示例：体积变小）

①　　，②　　，③　　，

④　　，⑤　　。