2024年陕西省宝鸡市高新区初中学业水平考试中考一模+物理试题+
展开1.(4分)有一款新型充电宝,既可以利用太阳能给自身充电,又能给手机等电子设备充电。下列说法正确的是( )
A.太阳能电池可以把太阳能转化为电能
B.给手机充电时手机电池相当于电源
C.太阳能属于一次、不可再生能源
D.LED指示灯是由超导材料制成的
2.(4分)探究活动中,掌握研究问题的方法非常重要。例如,探究声音产生的条件时,小颗粒物跳动。以下活动中所用方法与上述研究方法相同的是( )
A.如图甲,探究声音的传播时,利用真空罩实验,越向外抽空气,声音越小
B.如图乙,研究光的直线传播时,为了形象地描述光的传播,而引入“光线”
C.如图丙,探究平面镜成像特点时,用两个等大的蜡烛探究像与物的大小关系
D.如图丁,研究声音响度与振幅的关系时,通过乒乓球跳动的远近反映出振幅大小
3.(4分)宽敞明亮的教室,是学生在校期间学习、生活的主场地。对教室内常见物品的估测,最符合实际的是( )
A.教室内的课桌高度约为80cm
B.讲桌上的一支粉笔质量约为2kg
C.光在教室的空气内传播速度约为3×105m/s
D.墙壁上喇叭播放眼保健操的声音约为10dB
4.(4分)关于下面四幅图的说法正确的是( )
A.甲图:活塞压缩空气,硝化棉燃烧,此过程与热机的压缩冲程原理相同
B.乙图:瓶内空气推开瓶塞,内能减少,瓶口出现的白雾是汽化现象
C.丙图:该实验下瓶中气体为空气或二氧化氮均能表明气体间可以发生扩散现象
D.丁图:悬挂重物不能把两块铅块分开,说明分子间存在引力,没有斥力
5.(4分)关于运动和力,下列说法中正确的是( )
A.人推木箱没有推动,是因为人对木箱的推力小于地面对木箱的摩擦力
B.浸没在液体中的物体,其一定受浮力
C.乘坐公交汽车急刹车时,乘客会向前“冲”,是因为受到惯性作用
D.排球运动员用力击球时,手对球的作用力与球对手的作用力大小相等
6.(4分)下列说法中,正确的是( )
A.铅笔芯和橡皮擦都是绝缘体
B.使用测电笔时,手指不能与笔尾金属体接触
C.玻璃棒与丝绸摩擦后,玻璃棒带正电
D.若在某电路中通过两个小灯泡的电流相等,则可以判断两个小灯泡的连接方式一定是串联
7.(4分)下列的四幅图,对应的说法正确的是( )
A.如图甲,通电导线周围存在着磁场,将小磁针移走,该磁场消失
B.如图乙,当水位自动报警器的水位升高到金属块A时,红灯亮
C.如图丙,闭合开关,保持电流方向不变,对调磁体的N、S极,导体的运动方向不变
D.如图丁,闭合开关,该电磁铁右端为N极,将滑动变阻器向右移动,电磁铁磁性增强
8.(4分)如甲图所示,小球从竖直放置的弹簧上方一定高度处由静止开始自由下落,从a处开始接触弹簧,小球在b处速度最大。小球的速度v和弹簧被压缩的长度L之间的关系如乙图所示。不计空气阻力,则从a至c处的过程中( )
A.小球所受重力等于弹簧的弹力
B.小球的重力势能先减小后增大
C.小球减少的机械能转化为弹簧的弹性势能
D.小球的速度一直减小
9.(4分)如图是甲、乙两物体在同一直线上运动的s﹣t图象,从0时刻计时开始,则关于它们运动情况( )
A.出发前,乙在甲的前面,甲运动15s追上乙
B.甲、乙在运动后都做匀速直线运动,且v甲>v乙
C.甲、乙同时出发,甲运动8s追上乙
D.乙比甲先出发7s,第15s末,甲、乙的速度相等
10.(4分)如图所示,电源电压为4V且不变,定值电阻R1=6Ω,滑动变阻器R2最大阻值为10Ω,灯泡上标有“4V,2W”字样(不考虑灯丝电阻随温度的变化),电流表量程均为0~0.6A,下列说法正确的是( )
A.S、S1闭合,S2断开,滑动变阻器滑片向右滑动,电流表A1示数变大
B.S闭合,S1、S2断开,滑动变阻器滑片向右滑动过程中,电压表示数由U变为U1,电流表A1示数由I变为I1,定值电阻R1的功率变化量为(U﹣U1)×(I﹣I1)
C.S、S1、S2均闭合,滑动变阻器滑片向右移,电流表A1示数变小,灯泡L亮度变亮
D.S闭合,S1、S2断开,保证电路安全情况下,滑动变阻器的功率变化范围为0.5W~W
二、填空题(本大题共4小题,11题,12题每空1分,其它每空2分,共16分)
11.(3分)2024年1月,为了迎接南方“小金豆”来到黑龙江赏冰雪,哈尔滨铁路“上大分”(如图甲所示)。小李乘坐由该车体担当的“G909”次列车,旅程中包含了许多物理知识
(1)小李一上车就发现,复兴号智能动车的墙壁上贴着“无线wifi已覆盖”的字样,这是复兴号家族相比于和谐号家族的一大不同 传递信息的。
(2)16点整,列车准时从北京朝阳站驶出,驶向齐齐哈尔南站。在列车经过北京市区段时(如图乙所示),安装“隔音屏”是在 减弱噪声。(选填“声源处”“传播过程中”“人耳处”)
(3)G909次列车在京哈高铁上飞驰,京哈高铁在北京到沈阳这一段,隧道众多。小李拿出他随身携带的机械停表,当列车出隧道时停止计时,此时机械停表的读数(如图丙所示) s。
12.(3分)某柴油机工作一段时间后,油箱里的柴油没有发生变化的是 (选填序号:①质量;②密度;③比热容:④热值)。完全燃烧10kg柴油放出的热量Q= J(q柴油=4.3×107J/kg )。若飞轮的转速为1200r/min,则该汽油机每秒钟做功 次。
13.(4分)小明用天平和烧杯测量某种消毒液的密度,并绘制了如图所示的m﹣V图象,其中m为烧杯和杯中消毒液的总质量,根据图象分析,消毒液的密度为 kg/m3;烧杯的质量为 kg。
14.(6分)将一盛满水的烧杯放在水平桌面上,缓慢放入一体积为100cm3的实心木块,木块的密度是0.6×103kg/m3,则木块漂浮时受到的浮力是 N;木块露出水面的体积是 cm3。木块放入水中前后,水对杯底的压强 (选填“变大”“变小”或“不变”)。(g取10N/kg)
三、作图题(本大题共3小题,15题2分,16题3分,17题4分,共9分)
15.(2分)如图,是一个人体身高测量仪的电路图,部分元件未画出,要求被测人身高变高时,电表的示数增大。请在“定值电阻”、“电流表”或“电压表”中选两个
16.(3分)米袋刚放上输送带的瞬间,米袋受力情况。
17.(4分)如图所示,S′是点光源S在平面镜中所成的像,S发出的一条光线经平面镜反射后射向凸透镜
(1)射向平面镜的入射光线;
(2)经过凸透镜后的折射光线。
四、实验探究题(木大题共2小题,18题7分,19题12分,共19分)
18.(7分)在“探究杠杆的平衡条件”的实验中:
(1)实验前,在没有挂钩码和弹簧测力计时,小明发现杠杆左端低、右端高 (选填“平衡”或“非平衡”)状态,实验过程中我们需要使杠杆在水平位置平衡,这样做的好处是 ;
(2)如图乙所示,经正确调节后,小明在杠杆左边B处挂2个钩码(每个钩码的重量均为0.5N) 方向拉动杠杆;
(3)如丙所示,改用弹簧测力计在C处竖直向上拉住杠杆,将拉力的方向逐渐向右倾斜如图丁,则弹簧测力计的示数将 (选填“变大”“不变”或“变小”),现分别用丙、丁两种方式将相同钩码向上提升相同的高度,试比较两次杠杆的机械效率η丙 η丁;(选填“<”“=”“>”)
(4)实验结束后,小明提出了新的探究问题:“若支点不在杠杆的中点时,杠杆的平衡条件是否仍然成立?”于是小组同学利用如图戊所示装置进行探究(重心已调至杠杆中点),将支点设计为E点,然后将测力计作用在H点,弹簧测力计的示数为2N,杠杆在由图戊到图己的过程中 J。若再在F点挂8N的钩码,弹簧测力计的示数将为 N。(不考虑摩擦力对本实验的影响)
19.(12分)现有下列器材:学生电源(6V),电流表(0~0.6A,0~3A)、电压表(0~3V,0~15V)(5Ω、10Ω、20Ω各一个)、开关、滑动变阻器和导线若干。
(一)利用这些器材探究“电压不变时,电流与电阻的关系”
(1)请根据图甲所示的电路图用笔画线代替导线将图乙所示的实物连接成完整电路。(要求连线不得交叉)
(2)连接电路时,开关应该 ,闭合开关后,发现电流表无示数,电压表针有明显偏转 ;
(3)实验中依次接入三个定值电阻,调节滑动变阻器的滑片,保持电压表示数不变,利用描点法得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图像,由图像可以得出结论: ;
(4)上述实验中,小强用5Ω的电阻做完实验后,保持滑动变阻器滑片的位置不变,闭合开关,向 (选填“A”或“B”)端移动滑片,使电压表示数为 时,读出电流表示数;
(5)为完成整个实验,应该选取哪种规格的滑动变阻器? ;
A.30Ω 1.0A;
B.50Ω 1.0A;
C.20Ω 1.0A。
(二)小晴断开开关把定值电阻换成额定电压为3.8V的小灯泡,准备测该灯泡的额定功率。
(6)闭合开关S,小晴发现灯泡不发光,电压表无示数,产生故障的原因可能是: ;
A.小灯泡发生了短路;
B.小灯泡发生了断路;
C.滑动变阻器短路;
D.滑动变阻器的滑片松了、不接触。
(7)排除故障后,调节滑动变阻器使小灯泡在额定电压下正常发光时,电流表的指针位置如图丁所示 A,则小灯泡的额定功率为 W;
(8)博仁又设计了如图戊所示的电路,测:只知额定电流(I=0.2A)灯泡的额定功率(电源压不变,R1和R2为滑动变阻器,R2的最大电为R0;
①只闭合开关S、S1,调节R2,使电流表的示数为I额;
②只闭合开关S、S2,保持R2不变,调节R1,使电流表的示数为 A;
③接着将R2的滑片调至最左端,记下电流表的示数为I1;再将R2的滑片P调至最右端,记下电流表的示数为I2,则小灯泡额定功率的表达式P额= (用I额、R0、I1、I2表示)。
五、计算题(本大题共2小题,第20题8分,第21题8分,共16分。解题时要写出必要的文字说明、依据的主要公式或变形公式,运算过程和结果要写明单位,只有结果、没有过程不能得分)
20.(8分)匀速直线运动路程的大小可以用v﹣t图像中的矩形面积来表示。在变速直线运动中,也可以用v﹣t图像中的“阴影部分面积”(图甲所示)来表示变速直线运动的路程大小。如图乙所示0=20m/s的速度在公路上匀速直线行驶,突然,司机看见车的正前方37m处有一只受到惊吓的羊以5m/s的速度在公路上向前奔跑,客车的v﹣t图像如图丙所示,求:
(1)在1s内,客车运动的路程;
(2)从司机看见羊到减速为零这段时间内,客车的平均速度;
(3)假设羊向前奔跑的速度不变,请通过计算说明,羊是否会被撞?
21.(8分)在物理项目多元探究学习活动中,某科技小组的同学设计了如图甲所示的船只升降实验模型。模型中的船厢A和所盛水的总重为5N,圆柱形浮筒B底面积为100cm2,重为18N。电路中电源电压恒定,R0为定值电阻,压敏电阻Rx(表面绝缘,厚度不计)固定于容器C底部,上表面积为50cm2,Rx阻值随所受水的压力变化关系如图乙所示。关闭排水阀,向C中注入适量水后关闭进水阀,装置静止时,B浸入水中的深度为7cm(未浸没),闭合开关S1=30mA;再次打开进水阀,向C中缓慢注入一定质量的水,使A下降30cm,稳定后电流表示数I2=24mA。若不计绳重和摩擦,水的密度,g取10N/kg
(1)B浸入水中的深度为7cm时所受的浮力;以及动滑轮的重力;
(2)C中水深为20cm时Rx阻值;
(3)电路中电源电压值。
参考答案与试题解析
一、选择题(本大题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合要求)
1.(4分)有一款新型充电宝,既可以利用太阳能给自身充电,又能给手机等电子设备充电。下列说法正确的是( )
A.太阳能电池可以把太阳能转化为电能
B.给手机充电时手机电池相当于电源
C.太阳能属于一次、不可再生能源
D.LED指示灯是由超导材料制成的
【分析】(1)太阳能电池可以将太阳能转化为电能;
(2)用电器是将电能转化为其他形式能的装置;
(3)可再生能源:不随其本身的转化或被人类利用而减少的能源;不可再生能源:随其本身的转化或被人类利用而减少的能源;
一次能源:直接来自自然界而未经加工转换的能源;二次能源:由一次性能源直接或间接转换而来的能源;
(4)LED指示灯是利用半导体材料制成的。
【解答】解:
A、太阳能电池工作时可以将太阳能转化为电能;
B、在给手机电池充电的过程中,在电路中手机电池消耗电能,故B错误;
C、太阳能是一种是指可以从自然界直接获取的能源一次能源,是可再生能源;
D、充电宝上的LED指示灯是利用半导体材料制成的。
故选:A。
【点评】本题以充电宝为载体,考查了太阳能的转化、电能的转化、能源的分类以及半导体材料的应用等知识,属于基础题目。
2.(4分)探究活动中,掌握研究问题的方法非常重要。例如,探究声音产生的条件时,小颗粒物跳动。以下活动中所用方法与上述研究方法相同的是( )
A.如图甲,探究声音的传播时,利用真空罩实验,越向外抽空气,声音越小
B.如图乙,研究光的直线传播时,为了形象地描述光的传播,而引入“光线”
C.如图丙,探究平面镜成像特点时,用两个等大的蜡烛探究像与物的大小关系
D.如图丁,研究声音响度与振幅的关系时,通过乒乓球跳动的远近反映出振幅大小
【分析】探究声音产生的条件时,将小颗粒物放置在发声的鼓面上,小颗粒物跳动。通过小颗粒物的跳动间接反映鼓面的振动,采用的是转换法。
【解答】解:A.探究声音的传播时,将玻璃罩内的空气越向外抽出。在此基础上得到声音传播需要介质。采用的是科学推理法;
B.研究光的直线传播时,为了形象的描述光的传播,采用的是模型法;
C.在探究平面镜成像特点时,用两个等大的蜡烛探究像与物的大小关系。故C错误;
D.发声体的振幅变化不容易直接观察。研究声音响度与振幅的关系时,采用的是转换法。
故选:D。
【点评】本题考查学生对转换法、模型法、科学推理法、等效替代法的掌握,比较基础。
3.(4分)宽敞明亮的教室,是学生在校期间学习、生活的主场地。对教室内常见物品的估测,最符合实际的是( )
A.教室内的课桌高度约为80cm
B.讲桌上的一支粉笔质量约为2kg
C.光在教室的空气内传播速度约为3×105m/s
D.墙壁上喇叭播放眼保健操的声音约为10dB
【分析】新课程标准要求我们能根据日常经验或自然现象粗略估测一些物理量。例如:长度、质量、时间、温度、力、速度、电功率、电流、电压等。解答估测选择题的方法:利用生活中我们熟悉的一些数据作为根据,进行单位换算,有时要利用基本公式求未知物理量。
【解答】解:A、教室内的课桌高度约为80cm;
B、讲桌上的一支粉笔质量约为20g;
C、光在教室的空气内传播速度约为3×108m/s,故C错误;
D、墙壁上喇叭播放眼保健操的声音约为60dB。
故选:A。
【点评】本题考查了对长度、质量、速度、声音等级的估测,注重理论与实际差异的应变能力的培养,体现新课程的基本理念。
4.(4分)关于下面四幅图的说法正确的是( )
A.甲图:活塞压缩空气,硝化棉燃烧,此过程与热机的压缩冲程原理相同
B.乙图:瓶内空气推开瓶塞,内能减少,瓶口出现的白雾是汽化现象
C.丙图:该实验下瓶中气体为空气或二氧化氮均能表明气体间可以发生扩散现象
D.丁图:悬挂重物不能把两块铅块分开,说明分子间存在引力,没有斥力
【分析】(1)改变内能的方式有两种,即做功和热传递;对物体做功,物体的内能会增加,物体对外做功,其内能会减小;四冲程汽油机的做功冲程对外做功,将内能转化为机械能;压缩冲程有能量转化,将机械能转化为内能。
(2)汽化是从液态变为气态;液化是从气态变为液态;
(3)扩散现象表明,一切物质的分子都在不停地做无规则运动;
(4)分子同时存在相互作用的引力和斥力。
【解答】解:
A、图甲所示,迅速向下压活塞,使得空气的内能增加,故是将机械能转化为内能的过程,故A正确;
B、乙图中,内能减少,故B错误;
C、丙图中,抽去玻璃板后,可能是扩散现象,不能表明气体间可以发生扩散现象;
D、图中两个压紧的铅块能吊起钩码而不分开,但也有斥力。
故选:A。
【点评】知道做功可以改变物体的内能,了解液化现象,熟知扩散现象的实验,了解分子间作用力的特点等,可顺利解答此题。
5.(4分)关于运动和力,下列说法中正确的是( )
A.人推木箱没有推动,是因为人对木箱的推力小于地面对木箱的摩擦力
B.浸没在液体中的物体,其一定受浮力
C.乘坐公交汽车急刹车时,乘客会向前“冲”,是因为受到惯性作用
D.排球运动员用力击球时,手对球的作用力与球对手的作用力大小相等
【分析】(1)物体保持静止状态时,不受力或受平衡力的作用;
(2)浸入液体中物体所受的浮力大小等于浸入液体中物体的上下表面的压力差;
(3)物体保持原来运动状态不变的性质叫惯性,一切物体都具有惯性;惯性只与物体的质量有关,质量越大,惯性越大;
(4)一对相互作用力的大小相等、方向相反、作用在两个物体上。
【解答】解:A、人推木箱没有推动,说明人对木箱的推力等于地面对木箱的摩擦力;
B、浸入液体中的物体所受浮力大小等于液体中物体的上下表面压力差,就不受浮力,不受浮力;
C、汽车刹车时人会向前“冲”;惯性不是力,故C错误;
D、一对相互作用力的大小相等,手对球的作用力与球对手的作用力大小相等。
故选:D。
【点评】本题考查了力的相互作用、惯性、浮力产生的原因,以及力和运动的关系等知识点,难度不大。
6.(4分)下列说法中,正确的是( )
A.铅笔芯和橡皮擦都是绝缘体
B.使用测电笔时,手指不能与笔尾金属体接触
C.玻璃棒与丝绸摩擦后,玻璃棒带正电
D.若在某电路中通过两个小灯泡的电流相等,则可以判断两个小灯泡的连接方式一定是串联
【分析】(1)善于导电的物体叫做导体,不善于导电的物体叫做绝缘体;
(2)在使用测电笔时,应用手接触笔尾的金属体,用笔尖接触导线,当测电笔的氖管发光,则说明接触的是火线;
(3)摩擦起电的实质是电子的转移;
(4)串联电路中电流相等,并联电路中,如果支路的电阻相等,电流也会相等。
【解答】解:A、铅笔芯(石墨)是导体,故A错误;
B、使用测电笔时,不能接触笔尖;
C、用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,使一部分电子从玻璃棒上转移到丝绸上,故C正确;
D、如果两个小灯泡规格相同,因此不能据此判断串并联。
故选:C。
【点评】本题考查了导体绝缘体的区分、测电笔的使用、摩擦起电的实质,串并联电路,考查了学生的知识整合能力。
7.(4分)下列的四幅图,对应的说法正确的是( )
A.如图甲,通电导线周围存在着磁场,将小磁针移走,该磁场消失
B.如图乙,当水位自动报警器的水位升高到金属块A时,红灯亮
C.如图丙,闭合开关,保持电流方向不变,对调磁体的N、S极,导体的运动方向不变
D.如图丁,闭合开关,该电磁铁右端为N极,将滑动变阻器向右移动,电磁铁磁性增强
【分析】(1)通电导线的周围存在磁场,但磁场看不见、摸不着,可以通过小磁针的偏转说明磁场的存在;
(2)由水位的变化导致了控制电路的通断,进一步决定了电磁铁磁性的有无,从而控制了工作电路的动触点的位置的变化,改变了工作电路的连接情况;
(3)通电导体在磁场中受到力的作用,受力方向与磁场方向和电流方向有关,当磁场方向和电流方向其中一个方向变化时,受力方向变化,但当磁场方向和电流方向同时变化时,受力方向不变;
(4)开关闭合后,根据安培定则可判定电磁铁的磁极;由滑动变阻器的滑片移动可得出电路中电流的变化,则可得出电磁铁中磁性的变化。
【解答】解:A、通电导线周围存在磁场,将小磁针移走,故A错误;
B、当水位达到金属块A时。电路中有了电流,向下吸引衔铁,导致了红灯所在的电路接通,故B正确;
C、通电导体在磁场中受到力的作用,电流方向不变,S极,导体的运动方向改变;
D、闭合开关,电磁铁右端为S极,电阻变大,电磁铁的磁性变弱。
故选:B。
【点评】此题考查了电流的磁效应、电磁继电器的应用、磁场对通电导线的作用、影响电磁铁磁性强弱的因素,是一道综合题。
8.(4分)如甲图所示,小球从竖直放置的弹簧上方一定高度处由静止开始自由下落,从a处开始接触弹簧,小球在b处速度最大。小球的速度v和弹簧被压缩的长度L之间的关系如乙图所示。不计空气阻力,则从a至c处的过程中( )
A.小球所受重力等于弹簧的弹力
B.小球的重力势能先减小后增大
C.小球减少的机械能转化为弹簧的弹性势能
D.小球的速度一直减小
【分析】由图象可知,小球速度先变大,后变小。弹簧发生形变从而产生弹力,弹力的大小与弹簧的弹性形变程度有关。
机械能是动能和势能的统称,动能与物体的质量和速度有关;
在运动过程中小球受重力与弹簧的弹力,当两力大小相等时,小球速度最大,此时弹力与重力是一对平衡力。
【解答】解:在小球向下压缩弹簧的过程中,小球受竖直向上的弹簧的弹力;在ab段,合力向下;随着弹簧压缩量的增大,在b处弹力与重力相等;小球再向下运动(bc段),合力向上;
A、整个过程中,然后等于弹簧的弹力,故A错误;
B、小球从a至c的过程中,小球的重力势能一直在减小;
C、小球下落压缩弹簧的过程中,整个装置的机械能守恒,故C正确;
D、由图乙可知,故D错误。
故选:C。
【点评】本题考查了弹力、动能和能量转化以及运动和力关系等问题。解题的关键要读懂图,由图获取弹簧压缩量,小球速度变化的信息分析小球的运动过程,分析弹力的变化情况。
9.(4分)如图是甲、乙两物体在同一直线上运动的s﹣t图象,从0时刻计时开始,则关于它们运动情况( )
A.出发前,乙在甲的前面,甲运动15s追上乙
B.甲、乙在运动后都做匀速直线运动,且v甲>v乙
C.甲、乙同时出发,甲运动8s追上乙
D.乙比甲先出发7s,第15s末,甲、乙的速度相等
【分析】(1)在s﹣t图像中两图线相交代表两物体相遇,由图可知甲、乙相遇时甲运动的时间;
(2)在s﹣t图像中倾斜直线代表物体做匀速运动,直线的倾角越大,代表物体运动的速度越大;
(3)由图可判断甲、乙开始运动的时间;
(4)由上述分析可知甲、乙的运动状态和速度,据此判断第15s末甲、乙的速度大小关系。
【解答】解:A、由图可知,乙离原点O的距离为10m,当第15s时,甲,则甲,此时甲运动的时间为:15s﹣7s=8s,故A错误;
B、由图可知,甲,说明甲,乙的倾角较小,说明甲的速度大于乙的速度甲>v乙,故B正确;
C、由图可知,乙在t=3s时开始运动、乙不是同时出发;
D、由上述分析可知,甲、乙均做匀速直线运动,甲、乙的速度不相等。
故选:B。
【点评】本题考查了对速度公式的应用,理解运动图像的含义是解题的关键。
10.(4分)如图所示,电源电压为4V且不变,定值电阻R1=6Ω,滑动变阻器R2最大阻值为10Ω,灯泡上标有“4V,2W”字样(不考虑灯丝电阻随温度的变化),电流表量程均为0~0.6A,下列说法正确的是( )
A.S、S1闭合,S2断开,滑动变阻器滑片向右滑动,电流表A1示数变大
B.S闭合,S1、S2断开,滑动变阻器滑片向右滑动过程中,电压表示数由U变为U1,电流表A1示数由I变为I1,定值电阻R1的功率变化量为(U﹣U1)×(I﹣I1)
C.S、S1、S2均闭合,滑动变阻器滑片向右移,电流表A1示数变小,灯泡L亮度变亮
D.S闭合,S1、S2断开,保证电路安全情况下,滑动变阻器的功率变化范围为0.5W~W
【分析】(1)S、S1闭合,S2断开时,R1被短路,L断路,电路中只有R2一个工作,电流表A1测电路中的电流;
(2)S闭合,S1、S2断开,R1与R2串联,电压表测R1两端的电压,电流表A1测电路中的电流。
根据P=UI表示出滑动变阻器滑片向右滑动过程中定值电阻R1的功率变化量,然后得出答案;
(3)S、S1、S2均闭合时,R1被短路,灯泡与滑动变阻器R2并联,根据滑片的移动可知接入电路中电阻的变化,根据欧姆定律可知通过R2的电流变化,根据并联电路中各支路独立工作、互不影响可知滑片移动时灯泡的实际功率变化,进一步判断亮暗的变化;
(4)根据欧姆定律求出电压表的示数为3V时电路中的电流,然后与电流表的量程相比较确定电路中的最大电流,根据电阻的串联和欧姆定律求出变阻器接入电路中的电阻最大时电路中的电流,然后得出电流表示数的变化范围;根据串联电路的特点和欧姆定律表示出滑动变阻器两端的电压,根据P=UI表示出滑动变阻器消耗的电功率,然后根据数据知识求出滑动变阻器消耗的电功率范围。
【解答】解:
(1)S、S1闭合,S2断开时,R4被短路,L断路2工作,电流表A1测电路中的电流,滑动变阻器滑片向右滑动,电路中的电流变小4的示数变小,故A错误;
(2)S闭合,S1、S2断开,R6与R2串联,电压表测R1两端的电压,电流表A4测电路中的电流,
滑动变阻器滑片向右滑动过程中,电压表示数由U变为U1,电流表A1示数由I变为I7,
则滑片移动前R1的功率P=UI,滑片移动后R1的功率P′=U6I1,
定值电阻R1的功率变化量P﹣P′=UI﹣U4I1≠(U﹣U1)(I﹣I3)=UI﹣UI1﹣U1I+U6I1,故B错误;
(3)S、S1、S4均闭合时,R1被短路,灯泡与滑动变阻器R2并联,
滑动变阻器滑片向右移动,接入电路中的电阻变大,
由I=可知6的电流变小,即电流表A1示数变小,
因并联电路中各支路独立工作、互不影响,
所以,滑片移动时,亮暗不变;
(4)当电压表的示数为3V时,电路中的电流:
I′===8.5A,
因串联电路中各处的电流相等,且电流表量程均为0~5.6A,
所以,电路中的最大电流为0.7A,
当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,电路中的最小电流:
I小===0.25A,
则电流表A2的示数变化范围为0.25A~0.2A,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,滑动变阻器两端的电压:
U滑=U﹣IR1=4V﹣I×2Ω,
滑动变阻器消耗的电功率:
P滑=U滑I=(4V﹣I×6Ω)I=2V×I﹣I2×6Ω=﹣2(I2×1Ω﹣V×I)=﹣6(I6×1Ω﹣V×I+W)=A)4×1Ω,
当I=A时,则P滑大=W,
根据前面推出的变阻器消耗功率与电流的二次函数表达式作出P﹣I图象,如图所示
所以,当I=8.5A时,则P滑小=W﹣6(0.4A﹣7×1Ω=0.2W,
则滑动变阻器的功率变化范围为0.5W~W,故D正确。
故选:D。
【点评】本题考查了串并联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的应用以及电路的动态分析,正确的判断滑动变阻器消耗的最大和最小功率以及两电流表示数的变化是关键。
二、填空题(本大题共4小题,11题,12题每空1分,其它每空2分,共16分)
11.(3分)2024年1月,为了迎接南方“小金豆”来到黑龙江赏冰雪,哈尔滨铁路“上大分”(如图甲所示)。小李乘坐由该车体担当的“G909”次列车,旅程中包含了许多物理知识
(1)小李一上车就发现,复兴号智能动车的墙壁上贴着“无线wifi已覆盖”的字样,这是复兴号家族相比于和谐号家族的一大不同 电磁波 传递信息的。
(2)16点整,列车准时从北京朝阳站驶出,驶向齐齐哈尔南站。在列车经过北京市区段时(如图乙所示),安装“隔音屏”是在 传播过程中 减弱噪声。(选填“声源处”“传播过程中”“人耳处”)
(3)G909次列车在京哈高铁上飞驰,京哈高铁在北京到沈阳这一段,隧道众多。小李拿出他随身携带的机械停表,当列车出隧道时停止计时,此时机械停表的读数(如图丙所示) 337.5 s。
【分析】(1)电磁波可以传递信息。
(2)减弱噪声的三种基本途径:在声源处减弱;在传播过程中减弱;在人耳处减弱。
(3)秒表在读数前要先看分针的整数分钟,然后注意分针是在0﹣﹣0.5分钟范围,还是在0.5﹣﹣1分钟范围,如果分针是在0﹣﹣0.5分钟范围,则相应秒针的读数是在0﹣﹣30秒;如果分针在0.5﹣﹣1分钟范围,则秒针的读数是相应在31﹣﹣60秒范围.将分钟数加上秒数就是结果。
【解答】解:(1)无线wifi是利用电磁波传递信息的。
(2)安装“隔音屏”是在传播过程中减弱噪声。
(3)从分针上看,分钟指示的是5min多。秒针的分度值是0.6s,所以此时的读数是5×60s+37.5s=337.7s。
故答案为:电磁波;传播过程中。
【点评】本题考查的是电磁波的特点及应用;知道减弱噪声的方法和秒表的读数。
12.(3分)某柴油机工作一段时间后,油箱里的柴油没有发生变化的是 ②③④ (选填序号:①质量;②密度;③比热容:④热值)。完全燃烧10kg柴油放出的热量Q= 4.3×108 J(q柴油=4.3×107J/kg )。若飞轮的转速为1200r/min,则该汽油机每秒钟做功 10 次。
【分析】(1)密度、比热容和热值都是物质的特性,只与物质的种类有关,与物质的多少无关;质量是指物体所含物质的多少;
(2)根据Q=mq求出柴油完全燃烧放出的热量;
(3)汽油机一个工作循环完成4个冲程,飞轮和曲轴转2圈,对外做功1次。
【解答】解:柴油机工作一段时间后,油箱里的柴油的多少发生了变化,但是柴油这种物质的种类没有发生变化、比热容和热值都没有发生变化;
完全燃烧10kg柴油放出的热量:Q=mq柴油=10kg×4.3×106J/kg=4.3×102J;
飞轮的转速为1200r/min=20r/s,即汽油机的飞轮每秒转20圈,
由于汽油机一个工作循环完成4个冲程,飞轮和曲轴转2圈,所以该汽油机每秒做功10次。
故答案为:②③④;7.3×108;10。
【点评】本题考查热机的有关计算、对物质的质量、密度、比热容和热值概念的理解、燃料完全燃烧放热公式的应用,难度不大。
13.(4分)小明用天平和烧杯测量某种消毒液的密度,并绘制了如图所示的m﹣V图象,其中m为烧杯和杯中消毒液的总质量,根据图象分析,消毒液的密度为 1×103 kg/m3;烧杯的质量为 0.02 kg。
【分析】烧杯和液体的总质量等于烧杯与所盛液体质量之和,从图象得出两组数据,列方程求出液体的密度和烧杯的质量。
【解答】解:设烧杯的质量为m杯,消毒液的密度为ρ液,
烧杯和消毒液的总质量m总=m杯+m液,
由ρ=可得:
m总=m杯+ρ液V液,
由图可知,当烧杯和液体的质量为40g时3,
即:40g=m杯+ρ液×20cm3,﹣﹣﹣﹣﹣①
当烧杯和消毒液的质量为100g时,消毒液的体积为80cm8,
即:100g=m杯+ρ液×80cm3,﹣﹣﹣﹣﹣②
②﹣①得:
60g=ρ液×60cm3,
解得:ρ液=3g/cm3=1×105kg/m3;
把ρ液=1g/cm8代入①得:
40g=m杯+1g/cm3×20cm5,
解得:m杯=20g=0.02kg
所以消毒液的密度为1×108kg/m3;烧杯的质量为0.02kg。
故答案为:3×103;0.02。
【点评】本题考查了密度公式的应用,会识图并从中获取相关信息是关键。
14.(6分)将一盛满水的烧杯放在水平桌面上,缓慢放入一体积为100cm3的实心木块,木块的密度是0.6×103kg/m3,则木块漂浮时受到的浮力是 0.6 N;木块露出水面的体积是 40 cm3。木块放入水中前后,水对杯底的压强 不变 (选填“变大”“变小”或“不变”)。(g取10N/kg)
【分析】(1)已知实心木块的体积和密度,由密度公式变形可求得其质量,由G=mg可求得其重力,木块漂浮时受到的浮力等于其重力;
(2)由F浮=ρgV排计算木块排开水的体积,即木块浸在水中的体积,用总体积减去浸在水中的体积即为露出水面的体积;
(3)由p=ρgh分析木块放入水中前后,水对杯底的压强变化。
【解答】解:(1)木块的体积V=100cm3=1×10﹣2m3,
由ρ=可得木V木=0.6×103kg/m3×8×10﹣4m3=8.06kg,
木块的重力G木=m木g=0.06kg×10N/kg=0.3N,
木块漂浮时受到的浮力F浮=G木=0.6N,
(2)由F浮=ρgV排可得,木块排开水的体积:
V排===0.7×10﹣4m3,
木块露出水面的体积V露=V﹣V排=4×10﹣4m3﹣4.6×10﹣4m3=0.4×10﹣5m3=40cm3,
(3)因为是盛满水的烧杯,当木块放入水中,即水的深度不变,木块放入水中前后。
故答案为:3.6;40。
【点评】本题考查了学生对密度公式、重力公式、阿基米德原理的掌握和运用,虽难度不大,但知识点多、综合性强。
三、作图题(本大题共3小题,15题2分,16题3分,17题4分,共9分)
15.(2分)如图,是一个人体身高测量仪的电路图,部分元件未画出,要求被测人身高变高时,电表的示数增大。请在“定值电阻”、“电流表”或“电压表”中选两个
【分析】滑片上移,滑动变阻器R接入电阻变大,电源电压一定,根据欧姆定律,电路中电流变小,接入电表不可能为电流表,根据电压表使用方法,电压表应与R并联,与R串联的应该为定值电阻,根据串联电路分压的规律,当滑片上移,接入电阻变大,R两端分得电压变大,据此分析可得答案。
【解答】解:如图所示,滑片上移,电源电压一定,电路中电流变小,电压表应与R并联,根据串联电路分压的规律,接入电阻变大,电压表示数变大
【点评】本题考查了欧姆定律的应用,特别是对串联电路的分压规律的考查,属于常考题。
16.(3分)米袋刚放上输送带的瞬间,米袋受力情况。
【分析】输送带是向右匀速运动的,米袋刚放上时,由静止变为向右运动,水平方向没有其他拉力或推力,所以只受向右的摩擦力,竖直方向上受重力和支持力。
【解答】解:米袋刚放上输送带的瞬间,米袋相对于传送带向左滑动,
竖直方向上,米袋受重力和支持力的作用,大小相等。如图所示:
【点评】本题是易错题,记住摩擦力与相对运动或运动趋势方向相反,并不是与运动方向相反;在传送带上匀速运动时是不受摩擦力的。
17.(4分)如图所示,S′是点光源S在平面镜中所成的像,S发出的一条光线经平面镜反射后射向凸透镜
(1)射向平面镜的入射光线;
(2)经过凸透镜后的折射光线。
【分析】首先根据平面镜成像的特点像与物关于平面镜对称作出光源S的位置;然后连接光源S与入射点补出入射光线;再根据凸透镜的三条特殊光线作图。
【解答】解:(1)作S′关于平面镜的对称点S,即为光源S的位置,则SO为光线OA的入射光线;
(2)由图可知,光线OA平行于凸透镜的主光轴,如图所示:
【点评】本题考查了平面镜成像特点的应用、凸透镜三条特殊光线,注意作图要规范。
四、实验探究题(木大题共2小题,18题7分,19题12分,共19分)
18.(7分)在“探究杠杆的平衡条件”的实验中:
(1)实验前,在没有挂钩码和弹簧测力计时,小明发现杠杆左端低、右端高 平衡 (选填“平衡”或“非平衡”)状态,实验过程中我们需要使杠杆在水平位置平衡,这样做的好处是 方便测量力臂的大小 ;
(2)如图乙所示,经正确调节后,小明在杠杆左边B处挂2个钩码(每个钩码的重量均为0.5N) 竖直向下 方向拉动杠杆;
(3)如丙所示,改用弹簧测力计在C处竖直向上拉住杠杆,将拉力的方向逐渐向右倾斜如图丁,则弹簧测力计的示数将 变大 (选填“变大”“不变”或“变小”),现分别用丙、丁两种方式将相同钩码向上提升相同的高度,试比较两次杠杆的机械效率η丙 = η丁;(选填“<”“=”“>”)
(4)实验结束后,小明提出了新的探究问题:“若支点不在杠杆的中点时,杠杆的平衡条件是否仍然成立?”于是小组同学利用如图戊所示装置进行探究(重心已调至杠杆中点),将支点设计为E点,然后将测力计作用在H点,弹簧测力计的示数为2N,杠杆在由图戊到图己的过程中 0.12 J。若再在F点挂8N的钩码,弹簧测力计的示数将为 6 N。(不考虑摩擦力对本实验的影响)
【分析】(1)杠杆的平衡是指静止或匀速转动;杠杆使用前应调节在水平位置平衡,杠杆在水平位置平衡便于测量力臂的大小;
(2)当弹簧测力计倾斜拉动杠杆时,拉力的力臂变小,只有竖直向下拉动弹簧测力计;
(3)当拉力F向右倾斜时,分析出力臂的变化结合杠杆的平衡条件判断力的变化;
克服钩码重力做的是有用功,拉力做的是总功,根据公式η=计算即可;当拉力的方向发生变化时,做的总功是不变的,据此解答即可;
(4)运用功的公式W=Fs和杠杆平衡的条件F1L1=F2L2进行分析解答。
【解答】解:
(1)实验前没有挂钩码和弹簧测力计时,发现杠杆左端高右端低,杠杆平衡;
实验过程中,杠杆在水平位置平衡;
(2)如图乙所示,经正确调节后,在右边A处用弹簧测力计沿竖直向下方向拉动杠杆;
(3)若拉力F向右倾斜时,此时F的力臂变短,力变大;
克服钩码重力做的是有用功,拉力做的是总功计算即可,有用功不变,即做的总功是不变的;
(2)杠杆处于图乙平衡状态时,由杠杆平衡的条件可得F1L1=GL7,即2N×6×3cm=G×3×1cm,解得杠杆自重G=5N;
杠杆在由图甲到图乙的过程中,杠杆的重心F上升了3个小格。
若再在F点挂8N的钩码,由杠杆平衡的条件可得F5′L1=(G+G钩码)L2,即F2′×6×1cm=(4N+4N)×3×5cm,
解得F1′=6N。
故答案为:(1)平衡;方便测量力臂的大小;(3)变大;=;8。
【点评】知道杠杆的平衡条件,理解杠杆的力臂定义,并能结合相关的数学知识进行计算是解题的关键。
19.(12分)现有下列器材:学生电源(6V),电流表(0~0.6A,0~3A)、电压表(0~3V,0~15V)(5Ω、10Ω、20Ω各一个)、开关、滑动变阻器和导线若干。
(一)利用这些器材探究“电压不变时,电流与电阻的关系”
(1)请根据图甲所示的电路图用笔画线代替导线将图乙所示的实物连接成完整电路。(要求连线不得交叉)
(2)连接电路时,开关应该 断开 ,闭合开关后,发现电流表无示数,电压表针有明显偏转 定值电阻R开路 ;
(3)实验中依次接入三个定值电阻,调节滑动变阻器的滑片,保持电压表示数不变,利用描点法得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图像,由图像可以得出结论: 在电压一定时,导体中的电流跟导体的电阻成反比 ;
(4)上述实验中,小强用5Ω的电阻做完实验后,保持滑动变阻器滑片的位置不变,闭合开关,向 A (选填“A”或“B”)端移动滑片,使电压表示数为 2V 时,读出电流表示数;
(5)为完成整个实验,应该选取哪种规格的滑动变阻器? B ;
A.30Ω 1.0A;
B.50Ω 1.0A;
C.20Ω 1.0A。
(二)小晴断开开关把定值电阻换成额定电压为3.8V的小灯泡,准备测该灯泡的额定功率。
(6)闭合开关S,小晴发现灯泡不发光,电压表无示数,产生故障的原因可能是: A ;
A.小灯泡发生了短路;
B.小灯泡发生了断路;
C.滑动变阻器短路;
D.滑动变阻器的滑片松了、不接触。
(7)排除故障后,调节滑动变阻器使小灯泡在额定电压下正常发光时,电流表的指针位置如图丁所示 0.3 A,则小灯泡的额定功率为 1.14 W;
(8)博仁又设计了如图戊所示的电路,测:只知额定电流(I=0.2A)灯泡的额定功率(电源压不变,R1和R2为滑动变阻器,R2的最大电为R0;
①只闭合开关S、S1,调节R2,使电流表的示数为I额;
②只闭合开关S、S2,保持R2不变,调节R1,使电流表的示数为 0.2 A;
③接着将R2的滑片调至最左端,记下电流表的示数为I1;再将R2的滑片P调至最右端,记下电流表的示数为I2,则小灯泡额定功率的表达式P额= (用I额、R0、I1、I2表示)。
【分析】(1)电压表与电阻并联,变阻器按一下一上接入电路中;
(2)为保护电路,连接电路时,开关要断开;电流表示数为0,说明故障可能是开路;电压表有示数,电压表两接线柱之外与电源连接的电路是通路,并联部分有开路;
(3)由图丙,求出电流与电阻的乘积,据此得出结论;
(4)根据控制变量法,研究电流与电阻的关系时,需控制定值电阻的电压相同,当换上大电阻时,根据分压原理确定电压表示数的变化,由串联电路电压的规律结合分压原理确定滑片移动的方向;
(5)探究电流与电阻的关系,应保持电阻两端的电压不变;根据串联电路电压的规律求出变阻器分得的电压,根据分压原理,求出当接入20Ω电阻时变阻器连入电路中的电阻,确定变阻器的规格。
(6)电流表有示数,说明整个电路是通路,电压表无示数,说明电压表开路或被短路;
(7)由图丁确定电流表选用的量程、对应的分度值,根据指针位置读数,利用P=UI求灯的额定功率;
(8)根据P=I2R,在只有电流表的情况下,测量出灯正常发光的电阻即可;
①只闭合开关S、S1,此时灯泡和滑动变阻器R2串联,调节R2使电流表的示数为I额,即小灯泡正常发光;
②只闭合开关S、S2,此时两滑动变阻器R1、R2串联,保持R2滑片位置不变,调节R1,使电流表示数为小灯泡的额定电流,根据等效法,此时滑动变阻器R1连入电路中的电阻大小等于灯正常发光时的电阻大小;
③为求出此时滑动变阻器R1使连入电路中的电阻,接着将R2的滑片P调至最左端,记下电流表的示数为I1,再将R2的滑片P调至最右端,记下电流表的示数为I2,根据串联电路的规律和欧姆定律求出R1的大小,即小灯泡电阻的大小,再利用P=I2R,求出小灯泡额定功率。
【解答】解:(1)电压表与电阻并联,变阻器按一下一上接入电路中
(2)为保护电路,连接电路时;
电流表示数为0,说明故障可能是开路,电压表两接线柱之外与电源连接的电路是通路,即定值电阻R开路;
(3)由图丙知,电流与电阻的乘积为U=IR=0.5A×5Ω=﹣﹣﹣﹣0.8A×20Ω=2V,导体中的电流跟电阻成反比;
(4)根据串联分压原理可知,将定值电阻由5Ω改接成10Ω的电阻,其分得的电压增大,即应保持电阻两端的电压不变,由分压原理,所以滑片应向A端移动,读出电流表的示数;
(5)由图知,电阻两端的电压始终保持U=3V,变阻器分得的电压:
U滑=6V﹣2V=7V,变阻器分得的电压为电压表示数的,根据分压原理,变阻器连入电路中的电阻为:
R滑=5×20Ω=40Ω,故为了完成整个实验,故选B。
(6)根据电路图可知,灯泡和滑动变阻器串联,电流表测量电路电流。
A、如果小灯泡发生短路,电压表示数为零。
B、如果小灯泡发生了断路,电流表示数为零,故B不符合题意。
C、如果滑动变阻器短路,电流表,故C不符合题意。
D、滑动变阻器的滑片接触不良,电流表,故D不符合题意。
故选A;
(7)由图丁知,电流表的量程为0~0.6A,示数为0.3A,
则灯泡的额定功率:P=UI=5.8V×0.2A=1.14W;
(8))①只闭合开关S、S1,此时灯泡和滑动变阻器R8串联,调节R2使电流表的示数为I额;
②只闭合开关S、S2,此时两滑动变阻器R2、R2串联,保持R2滑片位置不变,调节R8,使电流表示数为I额,根据等效替代的方法,此时R1=RL;
③接着将R2的滑片P调至最左端,记下电流表的示数为I8,此时R2连入电路中的电阻为0,设电源电压为U7R1﹣﹣﹣﹣Ⅰ,
再将R2的滑片P调至最右端,记下电流表的示数为I8,此时R2连入电路中的电阻为R0,则:U=I8R0+I2R2﹣﹣﹣Ⅱ,
由Ⅰ、Ⅱ两式可得1R1=I2R0+I2R8,
RL=R1=,
小灯泡额定功率为:P=I额3RL=I额2×=。
故答案为:(1)见解答图;(2)断开;(3)在电压一定时;(4)A;(5)B;(7)0.3;(8)0.2;。
【点评】本题探究电流与电阻关系,考查电路的连接、操作注意事项、根据图象得出结论的能力、故障的分析、实验操作的过程及在没有电压表情况下,设计方案测量灯的额定功率的能力,综合性强,有一定难度。
五、计算题(本大题共2小题,第20题8分,第21题8分,共16分。解题时要写出必要的文字说明、依据的主要公式或变形公式,运算过程和结果要写明单位,只有结果、没有过程不能得分)
20.(8分)匀速直线运动路程的大小可以用v﹣t图像中的矩形面积来表示。在变速直线运动中,也可以用v﹣t图像中的“阴影部分面积”(图甲所示)来表示变速直线运动的路程大小。如图乙所示0=20m/s的速度在公路上匀速直线行驶,突然,司机看见车的正前方37m处有一只受到惊吓的羊以5m/s的速度在公路上向前奔跑,客车的v﹣t图像如图丙所示,求:
(1)在1s内,客车运动的路程;
(2)从司机看见羊到减速为零这段时间内,客车的平均速度;
(3)假设羊向前奔跑的速度不变,请通过计算说明,羊是否会被撞?
【分析】(1)由s=vt可得1s内客车的路程;
(2)由图象可知,客车的路程为图线与坐标轴围成的面积,由速度公式v=可得平均速度;
(3)分别计算客车和羊在4秒内通过的路程,可知羊会被撞。
【解答】解:(1)1s内客车的路程为s1=v4t=20m/s×1s=20m
(2)从司机看见羊到减速为零这段时间内,客车的路程为图线与坐标轴围成的面积s=,平均速度为v==
(3)当客车速度为3m/s时,经过的路程为s2=20m+=57.5m2=v3t3=8m/s×4s=20m,因为s3+37m=20m+37m=57m<s8,故羊会被撞。
答:(1)1s在内,客车运动的路程为20m;
(2)从司机看见羊到减速为零这段时间内,客车的平均速度为12m/s;
(3)羊会被撞。
【点评】本题考查速度公式的灵活运用,有一定难度。
21.(8分)在物理项目多元探究学习活动中,某科技小组的同学设计了如图甲所示的船只升降实验模型。模型中的船厢A和所盛水的总重为5N,圆柱形浮筒B底面积为100cm2,重为18N。电路中电源电压恒定,R0为定值电阻,压敏电阻Rx(表面绝缘,厚度不计)固定于容器C底部,上表面积为50cm2,Rx阻值随所受水的压力变化关系如图乙所示。关闭排水阀,向C中注入适量水后关闭进水阀,装置静止时,B浸入水中的深度为7cm(未浸没),闭合开关S1=30mA;再次打开进水阀,向C中缓慢注入一定质量的水,使A下降30cm,稳定后电流表示数I2=24mA。若不计绳重和摩擦,水的密度,g取10N/kg
(1)B浸入水中的深度为7cm时所受的浮力;以及动滑轮的重力;
(2)C中水深为20cm时Rx阻值;
(3)电路中电源电压值。
【分析】(1)当B浸入水中的深度为7cm时,浸入水中的体积VB=SBhB,由F浮=ρ液gV排可得B浸入水中所受的浮力;
模型中的船厢A和所盛水的总重为5N,由图甲可知滑轮组绳子有效段数n=3,可得绳子对动滑轮的拉力F1,浮筒B对动滑轮向下的拉力F2,对动滑轮进行受力分析可知F1=F2+G动可得动滑轮的重力;
(2)根据p=ρgh可得当水深为20cm时,根据p=ρgh水对容器C底部压强,由p=可得容器底部受到的压力F,结合乙图象可知,当压力为10N时,Rx=100Ω;
(3)在容器C中注水后,船厢A的总重力不变,滑轮组绳子的拉力不变,则浮筒B受到竖直向上的拉力不变,由F浮=G﹣F拉可知,浮筒B受到的浮力不变,
当浮筒B浸入水中的深度仍为7cm时,在容器C中再注入一定质量的水,浮筒B将上升,使船厢A下降30cm,浮筒B浸入水中的深度不变,此时水面上升高度
10cm,容器底部受到水的压强的增加量Δp=ρ水gΔh=1000Pa,压敏电阻受到的总压力15N,由图乙可知,此时Rx′=140Ω,根据欧姆定律I=可列出电源电压的方程程可得电源电压大小。
【解答】解:(1)当B浸入水中的深度为7cm时,浸入水中的体积:
VB=SBhB=100×10﹣4m5×7×10﹣2m=2×10﹣4m3,
由F浮=ρ液gV排可得,B浸入水中的深度为6cm时所受的浮力:
F浮=ρ水gV排=1.0×107kg/m3×10N/kg×7×10﹣3m3=7N;
模型中的船厢A和所盛水的总重为7N,由图甲可知滑轮组绳子有效段数n=3,
绳子对动滑轮的拉力:
F1=2GA=3×5N=15N,
浮筒B对动滑轮向下的拉力:
F7=GB﹣F浮=18N﹣7N=11N,
对动滑轮进行受力分析可知:
F1=F6+G动,
所以,G动=F1﹣F2=15N﹣11N=8N;
(2)根据p=ρgh可得当水深为20cm时,水对容器C底部压强为:
p=ρgh=1.0×104kg/m3×10N/kg×20×10﹣2m=3×103Pa,
由p=可得容器底部受到的压力:
F=pSC=2×104Pa×50×10﹣4m2=10N,
由图乙可知,当压力为10N时,Rx=100Ω;
(3)在容器C中注水后,船厢A的总重力不变,则浮筒B受到竖直向上的拉力不变浮=G﹣F拉可知,浮筒B受到的浮力不变,
当浮筒B浸入水中的深度仍为8cm时,在容器C中再注入一定质量的水,使船厢A下降30cm,此时水面上升高度
Δh=×30cm=10cm,
容器底部受到水的压强的增加量:
Δp=ρ水gΔh=3.0×103kg/m8×10N/kg×10×10﹣2m=1000Pa,
容器底部受到水的压力的增加量:
ΔF=ΔpSC=1000Pa×50×10﹣4m4=5N,
压敏电阻受到的总压力:
F′=F+ΔF=10N+5N=15N,
由图乙可知,此时Rx′=140Ω,
根据欧姆定律I=可得电源电压:
U=I7(Rx+R0)=0.03A×(100Ω+R8) ①
U=I2(Rx′+R0)=6.024A×(140Ω+R0) ②
由①②解得:R0=60Ω,U=6.8V。
答:(1)B浸入水中的深度为7cm时所受的浮力为7N;动滑轮的重力为4N;
(2)C中水深为20cm时Rx阻值为100Ω;
(3)电路中电源电压值为4.6V。
【点评】本题考查体积公式、阿基米德原理、动滑轮特点、串联电路特点、欧姆定律、压强定义式、液体压强公式的灵活运用,综合性强,难度大。
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