初中物理能源与可持续发展实验题

除图中的仪器外，还可提供足够的水，测量漂浮在水面的玩具鸭所受重力. 简要写出合理方案（可用画图或文字表述），并用题目所给及所测的物理量推导出玩具鸭所受重力的表达式。（玩具鸭不放入量筒）.

（2014·青岛）归纳式探究-研究带电粒子在回旋加速器中的运动：
（1）磁体周围存在磁场，磁场的强弱用磁感应强度描述，用符号B表示，单位是特斯拉，符号是T．我们可以用磁感线的疏密程度形象地表示磁感应强度的大小．磁感应强度大的地方，磁感线密；磁感应强度小的地方，磁感线疏．
条形磁体外部的磁感线分布如图甲所示，则a、b两点磁感应强度较大的是  ．
磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场叫做匀强磁场．
（2）回旋加速器的原理如图乙所示，D₁和D₂是两个中空的半径为R的半圆金属盒，被置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中，它们接在电压一定的交流电源上，从D₁的圆心O处释放不同的带电粒子（加速度可以忽略，重力不计），粒子在两金属盒之间被不断加速，最终离开回旋加速器时，获得一定的最大动能．改变带电粒子质量为m，电荷量为q，磁感应强度B，金属盒半径R，带电粒子的最大动能E_k随之改变．得到数据如表：

次数	m/kg	q/C	B/T	R/m	Ek/J
1	3.2×10^-27	1.6×10^-19	1×10^-2	1	4×10^-16
2	6.4×10^-27	1.6×10^-19	1×10^-2	1	2×10^-16
3	3.2×10^-27	4.8×10^-19	1×10^-2	1	36×10^-16
4	6.4×10^-27	1.6×10^-19	2×10^-2	1	8×10^-16
5	1.6×10^-27	1.6×10^-19	1×10^-2	3	72×10^-16

①E_k= k   ，其中k=     （填上数值和单位）．
②对于同一带电粒子．在不同的同旋加速器中，要获得相同的最大动能，则金属盒半径R与磁感应强度B的关系可以用图象中的图线   表示．

某兴趣小组在制作“浮沉子”时，为了研究受力情况对“浮沉子”浮沉的影响。他们用两个玻璃管进行实验，玻璃管一端开口，重力为4N，粗细相同、长度不同。实验中将玻璃管开口端向下插入水中的不同位置，玻璃管上部始终有一部分气体（质量忽略不计），管内液面距离水面深度为h，用DIS实验设备测量出玻璃管顶上侧所受压力F₁和下侧所受压力F₂，同时观察玻璃管由静止释放后的运动情况。小佳和小汇分别用长度不同的玻璃管进行了实验，表一、表二是他们各自记录的实验数据。

表一（玻璃管长l1，实验记录：小佳）            表二（玻璃管长l2，实验记录：小汇）
	第二列	第三列	第四列	第五列	第六列		第八列	第九列	第十列	第十一列	第十二列
实验序号	实验装置示意图	管内液面深度h（cm）	管顶上侧压力F1（N）	管顶下侧压力F2（N）	释放后管运动情况	实验序号	实验装置示意图	管内液面深度h（cm）	管顶上侧压力F1（N）	管顶下侧压力F2（N）	释放后管运动情况
1		4	40	44	漂浮	7		4	40	44	漂浮
2	6	40	46	上浮	8	6	40	46	上浮
3		8	43	48	上浮	9		10	45	50	上浮
4	10	46	50	悬浮	10	12	48	52	悬浮
5	12	49	52	下沉	11	14	51	54	下沉
6	14	52	54	下沉	12	16	54	56	下沉

①分析比较第三、五列或第九、十一列中的实验数据，可得出的初步结论是：                       ，
且进一步分析比较可得：                                   。
②进一步综合分析比较表一、表二中的实验数据及相关条件，可得出初步结论。
分析比较实验序号1、4或7、10的实验数据及相关条件，得到的初步结论是：                         时物体处于平衡状态。
分析比较实验序号2、3或8、9的实验数据及相关条件，得到的初步结论是：                          时物体上浮。
分析比较实验序号5、6或11、12的实验数据及相关条件，得到的初步结论是：                          时物体下沉。
③进一步综合分析比较实验序号4与9或5与10或6与11中的实验数据及相关条件，得出的初步结论是：长度不同的玻璃管浸没后，当管内液面的深度相同时，             。

太阳能电池帆板（简称“电池板”）是为“嫦娥”系列探测器及其他空间飞行器提供能源的装置，如图所示。“电池板”通常装有“向日器”，有了“向日器”，“电池板”就像“向日葵”一样迎着太阳转动。某兴趣小组为了研究“影响太阳能电池产生电流大小的因素”，他们用材料相同、面积分别为S和S’的“电池板”进行实验，并改变“电池板”与光线的夹角，用电流表观察电流大小，实验过程如图所示。请根据实验现象及相关条件归纳得出初步结论。


①分析比较图（a）与（b）可得：                                            ；
②分析比较图（a）与（c）可得：                                          。
③根据实验结论可知，太阳能电池帆板安装“向日器”，是为了自动改变太阳能电池板的角度，尽量使________________________________________________________。

某小组同学在学习了密度知识后，根据“浸入水中的铁块最终静止在容器底部、浸入水中的木块最终漂浮在水面上”的现象，猜想物块的密度可能会对它浸入水中后的最终状态有影响。于是他们用若干体积相同、密度不同的实心物块和足够的水进行试验，并把实验数据及观察到的实验现象记录下表中：

（1）分析比较实验序号1、2、3的数据及现象，可得出的初步结论是：当                 时，物块最终静止在容器底部。
（2）分析比较实验序号      的数据及现象，可得出的初步结论是：当浸入水中实心物块的密度小于水的密度时，物块最终漂浮在水面上。
（3）小明同学认为上述实验数据有限，得到的初步结论未必足以使人信服，应该用更多的实验数据进行验证，于是他决定进一步研究密度范围在     千克／米³左右的实心物块浸入水中。
（4）上述6组实验中，受到水的浮力最小的物块是         （填编号）。

小明按照教材中“综合实践活动”的要求制作简易密度计．

（1）取一根粗细均匀的饮料吸管，在其下端塞人适量金属丝并用石蜡封口．塞入金属丝的目的是使吸管
能  在液体中．
（2）将吸管放到水中的情景如图（a）所示，测得浸入的长度为H；放到另一液体中的情景如图（b）所示，浸入的长度为h．用ρ_液、ρ_水分别表示液体和水的密度，则ρ_液  ρ_水（=/＞/＜），h与ρ_水、ρ_液，及H的关系式是h=            ．
（3）小明根据图（a）在吸管上标出1.0刻度线（单位g/cm³，下同），再利用上述关系式进行计算，标出了0.8、0.9、1.1、1.2的刻度线（图中未画出）．结果发现，1.1刻线是在1.0刻线的  （上/下）方，相邻刻线的间距  （均匀/不均匀）．
（4）为检验刻度误差，小明取来食油，先用天平和量筒测量其密度，然后再用这个密度计测量．但操作时却出现子图（c）所示的情形，这让他很扫兴．难道实验就此终止了吗，根据经验或思考，在不更换食油的情况下，你认为可以进行怎样的尝试：             ．

很多同学都喜欢玩橡皮泥，是因为橡皮泥容易捏成各种形状，小萍和小琴想知道橡皮泥的密度到底有多大，她们决定去实验室测一下．实验室老师给她们提供了以下器材：天平（含砝码）、量筒、量杯、水等．
（1）小萍的方案：利用天平和量筒来测量橡皮泥的密度
实验原理：
主要实验步骤：
①用已调好的天平测出一块大小合适的橡皮泥的质量m（如图甲所示）；
②向量筒中倒入适量的水，读出水的体积V₀=18cm³；
③将橡皮泥浸没在量筒内的水中，读出水面所对应的刻度V；（如图乙所示）
④计算出橡皮泥的体积V；
⑤算出橡皮泥的密度ρ．
请将表格中的数据补充完整：

橡皮泥的质量 m/g	水的体积 V0/cm^3	橡皮泥和水的总体积V1/cm^3	橡皮泥的体积 V/cm^3	橡皮泥的密度 ρ/g•cm^﹣3
	18

（2）小琴认为：不用天平，只用量杯（如图丙）和水也可以测出橡皮泥的密度．实验步骤如下：
①取适量水倒入量杯．读出水的体积为v₂；
②将橡皮泥捏成船形，放入量杯，使其漂浮在水面，读出水面所对应的刻度为V₃，计算橡皮泥的质量m= ；（水的密度用表示）
③取出橡皮泥．将它捏成实心体．放入量杯．使它沉人水中．读出水面所对应的刻度为v₄．算出橡皮泥的体积V；
④计算橡皮泥的密度．
（3）请你仔细观察图中的量筒和量杯，发现了什么？ ．由此判断，谁的测量结果误差更大些？   ．

在量筒内注入适量的水，将一木块放入水中，水面达到的刻度是V1，如图（a）所示；再将一金属块投入水中，水面达到的刻度是V2，如图（b）所示；若将金属块放在木块上，木块恰好没入水中，这时水面达到的刻度是V3．如图（c）所示．金属密度＝________．
  
（a）   （b）    （c）

为了探究物体的浮沉条件，实验室提供了如下器材：天平、烧杯、金属块、细线、水及其他简单辅助器材．实验步骤如图：（g取10N／kg、ρ_蜡<ρ_水）

（1）金属块的重力为________牛．
（2）金属块浸没在水中时排开水的体积为______厘米³．
（3）用公式F_浮＝ρ_水gV_排计算金属块浸没在水中受到的 浮力，大小为_________牛．
（4）比较金属块浸没时浮力和重力大小，可知金属块浸 没在水中时会________（填“上浮”、“悬浮”或“下沉”）．
（5）用此方案探究蜡块浮沉条件，需改进之处是                            ．

小明在完成“动手动脑学物理”时，认识了密度计。将其放入液体中，当它竖立静止时，与液面相交的读数即为待测液体的密度。

（1）如图甲、乙所示，让同一支密度计分别静止在水和酒精中，密度计受到的浮力  （选填“变大”、“变小”或“不变”）；装水的容器是             （选填“甲”或“乙”）．
（2）小明将一只铅笔的下端缠绕了适量铜丝，初步做成了一支密度计（如图丙）；为了给密度计标上刻度，他进行了如下实验：．
a．将其放入水中，竖立静止后，在密度计上与水面相平处标上水的密度值1.0g/cm³；
b．将其放入植物油中，用同样的方法在密度计上标上植物油的密度值0.9g/cm³；
c．像标示弹簧测力计刻度的方法一样，他以两刻度线间的长度表示0.1g/cm³将整个铅笔均匀标上刻度;
d．他将做好的密度计放入酒精中进行检验，发现液面明显不在0.8g/cm³刻度处。
①如丙图所示，小明制作的密度计，你认为刻度0.9应该在   点（选填“p”或“q”）。
②在实验步骤c中，小明这样均匀标示刻度对不对？                 
③若被测液体的密度为ρ_液密度计浸入被测液体的深度为h（如图丁）、自制密度计的质量为m铅笔的横截面积为s，请你推导出h与ρ_液的关系式 （用给定的字母表示推导结果）

小明同学利用以下器材进行了浮力的探究实验：

（1）图A中用细线将合金块挂在弹簧测力计下，测出它的      大小；
（2）将合金块浸入装满水的溢水杯中如图B所示，合金块所受浮力是      N；
（3）比较图B和图C可知，合金块在水中所受浮力与浸没的      无关；
（4）该同学做完实验总结出规律后，计算合金块的密度是      kg/m³。

在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中：
实验器材：弹簧测力计、溢杯、空杯、三个大小相同的正方体物块、细线。
小凤所在小组根据老师提供的实验器材进行实验，并将实验数据记录在下表中：

研究对象	物块重G/N	空杯重G杯/N	物块浸没在水中时弹簧测力计的示数F′/N	杯、水总重G总/N	浮力的大小F浮/N	排开水所受的重力G排/N
物块1	1．25	0．35	1．1	0．5	0．15	0．15
物块2	1．15	0．35	1．0	0．5	0．15	0．15
物块3	0．45	0．35	0．3	0．5	0．15	0．15

根据实验器材和表中数据，完成下列题目：
（1）浸入液体中的物体所受浮力的大小________物体排开的液体所受重力的大小。
（2）把物块1浸没在水中，放手后将________（选填“上浮”、“下沉”或“悬浮”）。
（3）由本次实验可确定，浸入液体中的物体，所受浮力的大小与物体的________无关。
（多选题，只填写字母）
A．重力B．质量C．体积D．密度E．形状

“远征号”潜水艇在我国钓鱼岛执行任务时既能下沉又能上浮，俊析物理兴趣小组的同学对此问题进行了以下探究。
【提出问题】“远征号”潜水艇在执行任务时是如何实现上浮和下沉的呢？
【进行猜想】物体的浮沉取决于物体的重力与浮力的大小
【实验器材】一个小玻璃空药瓶、干抹布、橡皮筋、细线、烧杯、水、刻度尺、薄膜塑料袋、餐巾纸
【进行实验】
(1)将小玻璃空药瓶装入大部份水，旋紧瓶盖，放入水中，观察到小瓶下沉，捞出后用用餐巾纸擦干小瓶，用细线系着挂在橡皮筋下(如图甲所示)，并用刻度尺量出橡皮筋的长度为L₁；
(2)在薄膜塑料袋内放一装满水的烧杯，将此瓶浸没在烧杯中，用薄膜塑料袋收集从烧杯中溢出的水，再将塑料袋及收集的水挂在同一橡皮筋下，用刻度尺且出此时橡皮筋的长度为L₂；此时L₁>L₂，说明浮力____重力(选填“>”、“<”或“=”)，物体会下沉。
(3)倒出小瓶中的水，用餐巾纸擦干小瓶，旋紧瓶盖，将小瓶浸没水中放手后，观察到小瓶上浮，捞出小瓶，用餐巾纸擦干，旋紧瓶盖:挂在同一橡皮筋下，用刻度尺量出此时橡皮筋的长度为L₃，此时应通过比较_____和L₃的长短，就能比较物体受到的浮力与重力的大小，于是，知道物体上浮的条件。
(4）在小瓶不断上浮未露出水面的过程中，它受到的浮力将________(选填“变大”或 “变小”或“不变”)。
(5)改变小瓶中水的多少，重复上面的实脸，进行多次实验。
【实验结论】如图乙所示的潜水艇结构模型和实验所用的小药瓶实现浮沉的共同之处，都是靠改变______ 来实现浮沉的。“远征号”潜水艇在执行任务时就是依据此原理实现上浮和下沉。

问题解决--测量浮力：
小雨想要知道一块形状不规则的塑料泡沫浸没在水中时所受浮力的大小，身边只有一个轻质滑轮，一把轻质硬木刻度尺，一个密度小于水的正方体木块，一个盛有适量水的水槽和线绳．
（1）测量步骤（配图说明）；
（2）计算出浮力的大小F_浮=         ．

小明用一根粗细均匀两端开口的薄壁玻璃管、薄橡皮膜、刻度尺、烧杯和水(已知ρ_水=1.0×10³kg/m³)来测量某种液体的密度。实验过程如下：
①将玻璃管的一端用薄膜扎好。
②将玻璃管扎有薄膜的一端逐渐放入装有水的烧杯中。
③往玻璃管内缓慢地加入待测液体直到薄膜变平为止(如图所示)；测出薄膜到水面和液面的距离分别为h₁和h₂。

④计算待测液体的密度ρ_液。
回答下列问题：
⑴小明将玻璃管扎有薄膜的一端放入水中，薄膜向上凸起，说明                                    ；玻璃管浸入水中越深，薄膜向上凸起程度____________(选填“越大”、“越小”或“不变”)
⑵在下面空白处画出小明收集实验数据的表格。
⑶待测液体的密度ρ_液=_______________kg/m³。
⑷已知玻璃管的横截面积为5cm²、质量为20g，厚度忽略不计。当薄膜变平后，小明松开手，玻璃管将____________（选填“向上”或“向下”）运动；玻璃管静止后，薄膜到水面的距离__________cm。（g取10N/kg）