初中物理物质的属性解答题

2020年11月10日，中国"奋斗者"号载人潜水器在"地球第四极"--马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10909米，创造了中国载人深潜的新纪录。本次万米深潜任务成功的一大亮点是采用了许多自主研发的国产新材料。

（1）"奋斗者"号采用的钛合金材料强度高、韧性好、耐腐蚀，与下列哪种材料类型相同？ 　　。

A．	①塑料
B．	②不锈钢
C．	③玻璃

（2）"奋斗者"号下潜时，外部携带了4块压载铁，总质量将近2吨。压载铁被悬挂的模型如图所示。试计算4块压载铁水下浸没时对"奋斗者"号的作用力约为多少？（压载铁的密度近似为 $8\times {10}^3$ 千克 $/$ 米 ${}^3$ ，海水的密度近似为水的密度）

（3）完成水下作业之后，"奋斗者"号抛去压载铁上浮，为了使"奋斗者"号在深海有足够大的浮力返航，采用了一种新的固体浮力材料，由大量纳米级大小的空气玻璃微珠组成。为了满足设计需求，该材料需要具备怎样的性质？ 　　（答出一点即可）。

神奇的光伏高速公路

全球首段承载式光伏高速公路2017年12月28日在山东济南通车，光伏路面全长1120米，路面顶层是类似毛玻璃的新型材料，摩擦系数高于传统沥青路面，保证轮胎不打滑的同时，还拥有较高的透光率，让阳光穿透它：使下面的太阳能把光能转换成电能，发电装机容量峰值功率为 $817.2\mathit{kW}$．预计年发电量约100万千瓦，参与测试的一名中巴车司机说：“路面的感觉和平常高速一样，刹车距离和平常路面一样。”在冬季，这段路面还可以将光能转化为热能，消融冰雪，确保行车安全。

报道称，这光伏滑路面还预留了电磁感应线圈，随着电动汽车无线技术的配套，未来可实现电动车边跑边充电，预留的信息化端口还可接入各种信息采集设备：车辆信息、拥堵状况等信息将汇聚成交通大数据，构建大数据驱动的智慧云控平台，通过智能系统，车辆管控等措施，能更有效的提升高速公路的运行效率。

晒晒太阳就能发电，公路变成”充电宝”，自行融化路面积雪 $\dots$，这就是智见公路的先行案例。

阅读上文，回答下列问题：

（1）交章中有个物理量的单位有误，请你指出来并改正；

（2）简要描述“新型材料”的特性；

（3）光伏高速公路的设计应用了哪些物理知识？（回答三点即可）。

北京8分钟

2018年平昌冬奥会闭幕式上，“北京8分钟”表演惊艳全世界，同时宣告冬奥会进入北京时间。短短8分钟的表演却蕴涵着大量的“中国智慧”和“中国制造”

闭幕式上，演员穿着目前国内最大尺寸的熊猫木偶道具进行轮滑表演，给人留下了

深刻印象。为达到最佳表演效果，需要严格控制道具的质制作团队在原有工艺的基础上不断改良和创新，经过反复对比和测试，最终确定用铝合金管材和碳纤维条作为制作材料。最终版的熊猫木偶道具质量仅为 $10\mathit{kg}$

装载着大屏幕的机器人与轮滑舞者进行了互动表演，为体现冰雪主题，大屏幕也使用了新技术，让它们看起来像是用冰雪制成的“冰屏”，每块“冰屏”长 $3m$。为保证“冰屏”具有较强的抗风能力，“冰屏”的整个结构非常精密，卡槽与屏之间的距离达到微米级，经过风洞测试，每块“冰屏”都能承受 $15m/s$的风速，目前我国的“冰屏”技术已处于世界领先水平。

舞台上要求演员衣服轻薄，动作舒展流畅，由于现场气温低至 $-3^{°}\text{C}$，为做好演员的保暖工作，超薄保暖服采用了超级新型纳米材料 $-$一石墨烯发热膜、演员上场前，需先对服饰内的电池进行充电。充电完成后，石墨烯发热膜保暖服可在 $-{20}^{°}\text{C}$的环境中工作4小时，确保了演员穿着舒适和演出成功。

阅读短文，回答问题：

（1）熊猫木偶道具选用铝合金管材和碳纤维条作为制作材料，除了考虑材料的强度和韧性外，还因为这些材料

　　较小；

（2）演员在地面上做曲线运动时，受到的力是　　（选填“平衡力”或“非平衡力” $)$；

（3）在对“冰屏”进行抗风能力的风洞测试中，让屏幕正对风的方向，若增大风速，风对屏幕产生的压强　　（选填“变小”、“变大”或“不变” $)$；

（4）在给保暖服内的电池充电时，电能转化为　　能；保暖服通电发热是通过　　（选填“热传递”或“做功” $)$方式增加保暖服的内能。

在测量某种液体密度时，物理兴趣小组讨论形成了以下方案：

$A$．将量筒中的液体倒入烧杯，测出烧杯和液体的总质量 $m_1$

$B$．将适量的液体倒入量筒，测出液体的体积 $V$

$C$．用天平测出空烧杯的质量 $m_2$

$D$．计算出液体的密度 $\rho$

（1）以上方案中的步骤，其正确顺序是　　（只填写序号即可）。

（2）用所测物理量的符号写出液体密度的表达式 $\rho =$　　。

（3）在用调节好的托盘天平称量空烧杯的质量时，往右盘中加入最小的砝码后，发现指针在分度盘上的位置如图所示。接下来的操作应该是　　。

（4）在对实验方案进行论证时，老师指出该方案误差较大，请分析产生误差的原因及结果。

（5）请结合（4）中的分析，对该物理兴趣小组形成的方案进行完善。

沙漠集水器

（1）有些沙漠紧邻大海，　　（白天 $/$晚上）风通常从大海吹向沙漠，导致空气中富含水蒸气。

（2）伯克利分校的团队设计出一款沙漠集水器 $-\mathit{WaterSeer}$，如图所示，利用风能这种　　（可再生 $/$不可再生）能源，借助风力驱动风轮旋转，带动螺旋桨将讲空气输入金属管中部。

（3）深埋在土壤深处的金属管底部温度较低，由于金属的　　（填物理属性）好使得金属管中部温度也降低。

（4）空气中的水蒸气在金属管中部　　（吸 $/$放热），液化成水滴，水滴在　　力的作用下，沿管壁下落，汇集于金属管底部容器。

（5） $\mathit{WaterSeer}$每天可以收集约 $37L$饮用水，合　　 $\mathit{kg}$，应用前景十分乐观。 $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

某同学想测量一种液体的密度。他将适量的待测液体加入到圆柱形平底玻璃容器里，然后一起缓慢放入盛有水的水槽中。当容器下表面所处的深度 $h_1=10\mathit{cm}$ 时，容器处于直立漂浮状态，如图 $a$ 所示。已知容器的底面积 $S=25c{m}^2$ ， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ， $g$ 取 $10N/\mathit{kg}$ 。

（1）求水对容器下表面的压强；

（2）求容器受到的浮力；

（3）从容器中取出 $100c{m}^3$ 的液体后，当容器下表面所处的深度 $h_2=6.8\mathit{cm}$ 时，容器又处于直立漂浮状态，如图 $b$ 所示。求液体的密度。

文明出行，人人有责。近年来，因不遵守交通法规而造成的安全事故时有发生。

（1）开车打电话发生车祸的风险比正常驾驶高4倍以上，原因是影响了中枢神经系统中　　处理信息的能力。

（2）车辆超载容易导致交通事故，现有一辆核准载重为7吨，车厢体积为8米 ${}^3$的货车，若该车装满沙子，试通过计算判断该车是否超载？ $({\rho }_{沙}=1.6\times {10}^3$千克 $/$米 ${}^3)$

（3）汽车司机开车时，常因发现意外情况而紧急刹车，从看到情况到操纵制动器所通过的距离叫反应距离，制动刹车后，汽车继续前行的距离叫制动距离，下表是一辆性能良好的汽车在干燥公路上以不同的速度行驶刹车后，测得的反应距离和制动距离。

速度（千米 $/$时）	反应距离（米 $)$	制动距离（米 $)$
60	11	20
80	15	34
100	19	54

表中数据说明了什么？据此请给汽车司机开车提一条建议。

利用如图所示的仪器和药品，测量一定质量大颗粒食盐晶体的体积，同学们展开了讨论，（不考虑杂质对实验的影响）

（1）小柯提出，在量筒内倒入一定量的水，然后将一定质量的食盐晶体放入，观察液面的变化来测量食盐的体积。但他的想法马上遭到大家的否定，原因是　　。

（2）同学们讨论后提出，只要将量筒内的水换成另一种液体（只能利用图中的仪器和药品），实验就能取得成功，该液体是　　。

$75\%$的医用酒精可以有效灭活新型冠状病毒，小刚从网上购置了两瓶某品牌 $75\%$的医用酒精，说明书如图甲所示，小刚查到 $75\%$的医用酒精密度为 $0.87g/c{m}^3$，于是想通过测量该酒精的密度来鉴定其产品是否合格：

（1）小刚取适量该酒精进行实验：

①     为使测量结果更准确，以下实验操作步骤合理顺序是　　（用字母表示）。

$A$．计算酒精的密度

$B$．用天平测出烧杯的质量 $52.4g$

$C$．在烧杯中盛适量的酒精，用天平测出酒精和烧杯的总质量

$D$．调节天平平衡

$E$．将烧杯中的酒精倒入量筒中，读出其体积，如图乙所示

②测量酒精和烧杯总质量时，砝码和游码的位置如图丙所示。则总质量为　　 $g$，该酒精的密度是　　。

③根据测量结果，小刚能否鉴定该产品是否合格？并说明理由　　。

（2）在学完浮力的知识后，小刚又想到可以利用弹簧测力计，水、烧杯，细线和小石块来测量该酒精的密度。实验操作步骤如下：

$a$．用细线将小石块绑好，挂在弹簧测力计下，读出测力计示数 $F_1$

$b$．在烧杯中倒入适量的水，将小石块挂在弹簧测力计下使其浸没在水中，读出测力计示数 $F_2$

$c$．算出小石块的体积 $V_{石}$

$d$．在擦干水的烧杯中倒入适最的酒精，将已擦干的小石块挂在弹簧测力计下，使其浸没在酒精中，读出测力计示数 $F_3$

根据上述操作步骤，请你帮助小刚推导出该酒精密度 $\rho$的表达式为　　（表达式用测量量的字母表示，水的密度用 ${\rho }_{水}$表示，推导过程要有必要的文字说明）。

为了测量盐水的密度，尼玛同学取适量盐水的样品进行了如下实验：

（1）将天平放在水平台上，游码归零后，发现分度盘指针如图甲所示，应将平衡螺母向　　调节（选题“左”或“右” $)$，指针指向分度盘中央。

（2）天平调平后，将盛有适量盐水的烧杯放在天平左盘内，改变右盘中的砝码个数及和游码的位置，使天平在水平位置重新平衡，此时砝码的质量和游码的实数如图乙所示。则烧杯和杯内盐水的总质量是　　 $g$。

（3）将烧杯中的一部分盐水倒入量筒中，如图丙所示。量筒中盐水的体积为　　 $c{m}^3$，再用天平测出烧杯和剩余盐水的总质量为 $106g$。

（4）根据上述实验数据计算出盐水的密度　　 $\mathit{kg}/m^3$。

某校同学参加社会实践活动时，在山上发现一块很大的岩石，他们想测出这块岩石的密度。几位同学随身携带的工具和器材有：电子天平（附说明书）、购物用的弹簧秤、卷尺、喝水用的茶缸、铁锤、细线和一瓶饮用水（已知水的密度为 ${\rho }_0)$请你从中选用部分工具和器材，帮他们设计一种精确测量岩石密度的实验方案要求

（1）写出主要的实验步骤

（2）写出岩石密度的数学表达式（用已知量和测量量表示）

下面是小明同学的实验报告，请按要求帮他将报告补充完整。

实验：测量食用油的密度

实验目的：测量油的密度

实验器材：天平（砝码）、量筒、烧杯、油

实验原理：　 $\rho =\frac{m}{V}$　

主要实验步骤：

（1）调节天平横梁平衡时，发现指针指在分度盘中线的右侧，要使横梁平衡，应将平衡螺母向　　（选填“左”或“右” $)$侧调节。

（2）往量筒中倒入适量的油，测出油的体积，如图1所示。

（3）用天平测出空烧杯的质量为 $30g$。

（4）将量筒中的油全部倒入烧杯中，测出烧杯和油的总质量，如图2所示。

实验数据记录：

在虚线框内设计一个记录本次实验数据的表格，并将测量数据及计算结果填入表中。

实验评估：

按照上述实验方案测出的油的密度值比真实值　　（选填“偏大”或“偏小” $)$。

小红想测量一小金属块的密度，她在实验室里找到了一架天平，但没有砝码，除此之外还有如下器材：两个质量相近的烧杯、量筒、细线、滴管和足量的水（已知水的密度为 ${\rho }_{水})$．请利用上述器材帮她设计一个实验方案，比较精确地测量金属块的密度。

要求：

（1）写出主要实验步骤及所需测量的物理量；

（2）写出金属块密度的数学表达式（用已知量和测量量表示）。

科学探究中能够准确表达自己的观点，表述探究的问题，过程和结果都很重要，以下是小华和小红对通电螺线管的外部磁场进行探究后的展示与汇报：

①我们想知道通电螺线管的外部是否存在磁场？

②因此设计了如图甲所示的实验；

③闭合开关，发现小磁针发生了偏转；断开开关，小磁针又回到原位；

④此现象说明通电螺线管的周围存在磁场；

⑤那么通电螺线管外部磁场的分布情况如何？

⑥我们在通电螺线管周围的有机玻璃上撒铁屑并轻敲；

⑦铁屑的分布情况如图乙所示

⑧由此可知通电螺线管的外部磁场与条形磁体的磁场相似。

根据上述提示与汇报，请你回答以下问题：（填写上面对应的序号）

（1）属于提出问题的有　　；

（2）属于进行操作的有　　；

（3）属于进行观察的有　　；

（4）属于得出结论的有　　。

“620”创新实验小组像科学家一样进行科学研究：

他们进入一个环境温度可以保持在 $0^{°}\text{C}$的实验室，尝试测量冰的密度。

【实验器材】天平（砝码）、弹簧测力计、量筒、烧杯、刻度尺、水、细木棒、形状不规则的小冰块

【实验步骤】

（1）选择合适的器材、测出小冰块的质量 $m$；

（2）选择器材　　、　　和水，测出小冰块的体积 $C$；

（3）根据 $\rho =$　　，代入所测得的实验数据，并通过计算得到冰的密度为 $0.9\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$

小华同学做完实验，意犹未尽，还想回家测量正方体小冰块的密度是否与实验室中所测冰的密度一致，经王老师同意，他将实验桌上的所与器材带回了家，请你仅利用所带回家的器材，为小华设计一个最简便的实验方案，测出该冰块的密度。

【实验步骤】

（4）选择器材　　、　　，测得冰块的质量；

（5）选择器材　　，测出该冰块的　　。

（6）通过计算得出冰的密度。

【实验分析】

小华同学发现所测冰的密度比实验室中所测得冰的密度更大，原因可能是　　。