初中物理综合题

马剑同学利用如图甲所示电器，测定自己制作的玩具小飞机所需要的电动机工作数据，已知电源电压恒定，当滑动变阻器滑片从一端滑至另一端的过程中，两个电压表的读数与电流表的读数变化关系如图乙所示，当通过电动机的电流大于 $0.4A$时，电动机转子才转动。

（1）开关 $S$闭合前，滑动变阻器滑片应滑至最　      　端（选填“左”或“右”）；由图可知电源电压为　      　 $V$，其中　　     （选填“ $a$”或“ $b$” $)$是表示 $V_1$与 $A$变化的规律；

（2）求电动机线圈的电阻和滑动变阻器的最大阻值；

（3）在这个过程中，求电动机的最大输出功率；当电动机输出功率最大时，求电动机的效率。

近年来，人们致力于研发以电池为动力的纯电动汽车，期望更加节能环保、安全而高效，并取得了长足的进步，对于某成熟品牌的电动汽车，已知其质量恒为 $m$，在水平路面上行进过程中所受阻力恒定（不计空气阻力）。

（1）该汽车匀速爬上倾角为 $30°$的斜坡时，汽车的动能　    　，重力势能　    　，机械能　    　（选填“增大”、“减小”或“不变”）；

（2）若斜坡长为 $L$，爬坡速度为 $v_1$，求汽车爬坡所用时间；

（3）如果该汽车以 $v_2$的速度在水平路面上行驶，且牵引力的功率为 $P$，行驶 $t_2$时间内，消耗的电能为 $E$，求：在这个过程中，摩擦阻力大小及汽车的效率；

（4）若汽车在相同的水平路面上以 $\frac{1}{2}{v}_2$的速度匀速行驶时间为 $t_3$，试求牵引力在 $t_3$时间内做的功。

在比较水和煤油吸热能力的实验中，使用了相同的酒精灯、相同的设备，首先分别对质量相同的水和煤油加热相同的时间，然后分析温度的变化量得出结论，这种实验探究方法叫做　         　，该实验是利用　         　（选填“热传递”或“做功”）的方法来改变水的内能，若被加热水的质量为 $0.2\mathit{kg}$，加热时间长 $5\mathit{min}$，温度升高了 ${50}^{°}\text{C}$，则水吸收的热量是　         　，已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$；若某同学测出了加热前、后酒精灯质量的变化量为 $m$，并利用上面测出的水吸收的热量 $Q$，通过公式 $q=\frac{Q}{m}$计算出了酒精的热值，则该热值与实际酒精的热值相比　        　（选填“偏大”“偏小”或“不变”）

学习透镜知识时，秦老师与同学们发现照相机、投影仪与放大镜，在距离、成像等方面有差异，经过讨论，确立了探究课题[凸透镜所成像的虚实、大小、倒正跟　       　（选填“物体的大小”或“物距”）有什么关系]，小敏同学利用图示装置进行实验时，发现当物距大于二倍焦距时移动光屏能承接到一个倒立、　       　的实像，与上面研究过的　　        成像原理相同；若想让所成实像变大些，可将蜡烛适当　        　（选填“靠近”或“远离”）透镜。

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。

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 $10N/\mathit{kg})$

小金看到工人为水平广场换新的地砖，他发现砖已经被太阳晒得很热，这引起了他的兴趣：地砖经过一整天的暴晒，温度能达到多高？这么多地砖对广场地面会产生多大的压强？他发现地砖包装盒上印着砖的规格 $50\mathit{cm}\times 50\mathit{cm}\times 4\mathit{cm}$；每块质量为 $30\mathit{kg}$；密度为 $3\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，小金用红外线温度计测得一天内，砖的最高温度为 ${52}^{°}\text{C}$，最低温度为 ${22}^{°}\text{C}$． $(g=10N/\mathit{kg}$，砖的比热为 $900J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right))$根据上述数据，回答下列问题：

（1）广场受到地砖产生的压强为多大。

（2）一块广场砖的温度从 ${22}^{°}\text{C}$升高到 ${52}^{°}\text{C}$，需要吸收热量是多少？

（3）小金查到，晴天时地球表面每平方接受到太阳辐射功率大约为 $1.2\times {10}^{3}W$．若根据这一数据，实际辐射到这块地砖上的太阳能将远远大于问题（2）的计算结果，由此可得地砖的温度将远远高于 ${52}^{°}\text{C}$，为什么出现如此大的差异呢？请你做出分析。

图甲是某小区高层住宅电梯结构的示意图，它主要是由轿厢、滑轮、配重、缆绳及电动机等部件组成，小明家住该小区某栋楼的16楼，他乘电梯从1楼匀速升到16楼用时 $50s$，已知每层楼的高度为 $3m$。小明重 $600N$．轿厢重 $5400N$，动滑轮和细绳的重力以及摩擦力均忽略不计，针对此时程，解答下列问题。

（1）拉力 $F$的功率为多大？

（2）动滑轮 $A$提升小明的机械效率为多少？

（3）图乙是该电梯超载自动报警系统工作原理的示意图，在工作电路中，当电梯没有超载时，触点 $K$与触点 $A$接触，闭合开关 $S$，电动机正常工作，当电梯超载时，触点 $K$与触点 $B$接触，电铃发出报警铃声，即使闭合开关 $S$，电动机也不工作，在控制电路中，已知电源电压为 $6V$，保护电阻 $R_2=100\Omega$，电阻式压力传感器 $R_1$的阻值随乘客压力 $\left(F_{压}\right)$大小变化如图丙所示，电磁铁线圈的阻值忽略不计，当电磁铁线圈电流超过 $0.02A$时，电铃就会发出警报声，若乘客人均重为 $700N$，该电梯最多可以乘载多少人？

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？

问题解决 $--$设计“超重报警器”：

小雨想利用电磁继电器自制一种“超重报警器”。要求：当物重达到 $150N$时，电铃响报警，反之绿灯亮显示正常。他找来以下器材：电磁继电器（部分电路已接好），轻质硬刻度尺、电铃、绿灯、滑轮各一个，线绳和导线若干，一根轻质硬弹簧，一端已经固定，另一端连接触点 $P$，弹簧的最大伸长量与触点 $P$、 $M$之间的距离相等，弹簧能承受的最大拉力为 $50N$。

请利用上述器材帮小雨制作“超重报警器”在虚线框中完成装置设计，并简述工作过程。

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 $y=$　　 $m$。

进入三月份以来，东营街头出现了一种共享电动汽车。下表是这种汽车的主要参数。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

空车质量	$800\mathit{kg}$
每个轮胎与地面接触面积	$50c{m}^2$
电池容量	$44\mathit{kW}·h$
标准承载	$200\mathit{kg}$
最大续航（充满电最大行驶路程）	$200\mathit{km}$
所受阻力与汽车总重的比值	0.09

（1）电动机是电动汽车的核心部分，电动机工作时能量的转化是　　。电动机的工作原理是　　。

（2）标准承载下，电动汽车静止时对水平地面的压强是多少？

（3）图2是电动汽车行驶在某路段的路程与时间图象，标准承载下，电动汽车以速度匀速行驶1分钟的耗电量为 $0.4\mathit{kW}·h$，电动机的效率是多少？

（4）若某燃油汽车百公里耗油6升，每升油5.5元，电动汽车充电每度0.8元，通过计算比较使用燃油汽车与电动汽车哪种更经济？

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。