初中物理能源与可持续发展实验题

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（(选填“=”、“ ＞”或“＜”)，h与ρ_水、ρ_液，及H的关系式是h=         。
（3）小明根据图15（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    （选填“上”或“下”）方，相邻刻线的间距      （选填“均匀”或“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）所示的情景，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：                             。

为了鉴别水和酒精，同学们进行了如下探究．

（1）小唐把压强计的金属盒分别浸入到两种液体中，发现图（甲）中U形管两边的液柱高度差较小，小唐认为图（甲）烧杯中盛的是酒精．他的结论      （选填“可靠”或“不可靠”）．
（2）小丽想通过测定密度来鉴别酒精和水，她自制了一个可测液体密度的“浮标”——在竹筷子下面缠绕一些铁丝，她分别将“浮标”浸入酒精和水中并使其漂浮，待静止后，筷子上与液面相平的位置分别标记为A和B，如图丙所示．则当筷子浸入酒精中时液面的位置在         （选填“A”“B”）处，筷子在酒精和水中所受的浮力的大小关系为F_A          F_B（选填“大于”“等于”““小于”）．在实际测量过程中，发现“浮标”杆上的二条标记线靠得很近，为了更易区分，请你提出一条改进“浮标”的建议          ．
（3）小明取来A、B 两个完全相同的薄壁柱形金属容器（如图丁所示）, 容器的质量为0. 5kg, 底面积为0. 01m² ,容器高50cm, 分别装有2. 0×10^-3m³的水和3. 0×10^-3m³的酒精, 置于水平桌面上( ρ_酒精=" 0." 8×10³ kg/m³ , g =10N/kg)．求:
①A容器对水平桌面的压强；
②依据题意，下述情境是否有可能出现:当两个容器中的液体在增大同一深度△h 后, 容器对桌面的压强能够达到P_A> P_B? 请写出判断的过程．

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）

海洋的表面积为地球表面的70%，约3.6×10⁸km²。海洋受太阳照射，把太阳能转化为热能，是最大的太阳能收集和贮存器。所以，海洋中蕴藏着巨大的热能。
海洋表层与深层的温度不同。在热带地区，表层与1000m深处海水的温差可达25℃。如果以上下两层不同温度的海水热源和冷源，就可利用它们的温度差发电。 
现代的海洋温差发电可用闭路循环的方式（如图所示）。闭路循环以氟里昂这种低沸点物质为工作介质（简称工质）。液态工质在蒸发器内吸收温海水的能量，沸腾汽化为几个大气压的蒸汽，蒸汽推动汽轮发电机发电，然后被抽上来的深层冷海水重新冷凝成液体，再泵回蒸发器循环使用。这种方式代表海洋温差发电的发展方向。世界上第一座海洋温差试验电站在夏威夷建成，发电功率为50kW。

（1）你认为海洋温差发电能量是如何转化的？
______________________________________________________________________
（2）该发电系统以氟利昂为工作介质，你认为对环境有何影响？
______________________________________________________________________
（3）你认为海洋温差发电的优点有哪些？（至少说出两点）
______________________________________________________________________

受阿基米德辨别真假皇冠故事的启发，小明设计了一个测量碗的密度的探究实验，实验步骤及实验数据如图所示。根据实验数据，填写计算结果：

（1）碗的体积为     cm³；
（2）碗的质量为     g；
（3）碗的密度为     g/cm³。

在课外实践活动中，小明做了以下实验：
（1）调节天平时，发现指针位置如图甲所示，此时应将右端的平衡螺母向____调，使天平平衡。测量李子质量时，天平右盘内砝码的质量和游码在标尺上的位置如图乙所示，则李子质量是___g。往量筒中注入60 ml的水，将该李子浸没在水中后，水而位置如图丙所示，则李子的体积是____cm³，密度是    _g/cm³。

（2）将李子浸设在清水中，李子沉入水底，如图丁（a）所示，此时李子受到的浮力       （选填“大于”、“等于”或“小于”）李子的重力。往杯中逐渐加盐后，李子开始上浮，说明李子受到的浮力与液体的____有关，李子露出液面后继续上浮，直至漂浮在液面上如图丁（b）所示，说明浮力随____的减小而减小。

甲乙两位同学分别对“物体的浮沉条件”进行了探究．
（1）甲同学的探究方案
实验器材：弹簧测力计（量程0～5N，分度值0.2N）、天平（带砝码盒）、量筒及水、蜡块（10g左右）
探究问题：蜡块的上浮条件．
实验过程：
①首先测量蜡块的重力：方案一是用弹簧测力计直接测出蜡块的重力；方案二是用天平测出蜡块的质量，再求出重力．
你支持方案          ，理由是                                     ．
②测量蜡块受到的浮力：量筒中放入适量的水，把蜡块放在水中浮在水面时，测出蜡块排开水的体积，用阿基米德原理求出浮力．你认为上述操作存在的问题是             
                              ．
③通过比较蜡块的重力和受到的浮力，可知物体上浮的条件．
（2）乙同学的探究方案
实验器材：装有水的大烧杯、蜡块、铁钉（见图）．

探究问题：蜡块的下沉条件．
实验过程：把蜡块浸没在水中，松手后，发现
蜡块要上浮直至漂浮在水面．为了使浸没在水中的蜡块会下沉，设计了两种实验方案．
方案一：将一根铁钉全部插入蜡块中，然后将蜡块浸没在水中松手，发现蜡块沉入水底．
方案二：用同样的铁钉，但只将其部分插入蜡块中，将蜡块浸没在水中松手，发现蜡块也沉入水底．
①从物体受力的角度看，在蜡块中插入铁钉是为了改变            的大小．
②能够得到的实验结论是：                                    ．
③虽然两种方案的实验结果基本一致，但老师认为方案一更科学．你认为老师这样评价的主要理由是                                             ．

小红的妈妈有一只翠玉手镯，她想知道手镯的密度。现在只有如下器材：一个水槽和足量的水、细线、刻度尺、一个正方体木块。请你按照下面的实验设计思路，把实验步骤补充完整，并利用测量中的表示符号和水的密度ρ_水，写出测量翠玉手镯密度的数学表达式。
实验步骤：
①水槽中装入适量水，将木块放入水槽中，用刻度尺测出木块下表面到水面的距离h₁；
②将手镯放于木块上，如图所示，用刻度尺测出木块下表面到水面的距离h₂；

③                                       。
翠玉手镯密度的数学表达式：ρ=            。

为了探究物体的浮沉条件，实验室提供了如下器材：弹簧测力计、量筒、烧杯、金属块、木块、细线、水及其他简单辅助器材．

第一小组：探究金属块的下沉条件．实验中，他们用两种方法测量了物体受到的浮力：
方法1：称重法．测量过程及示数如图（甲）所示，则金属块所受的浮力为      N．
方法2：阿基米德原理法．测量过程与示数如图（乙）所示，则排开水的体积为      mL，根据F_浮=G_排=ρ_水V_排g可计算出浮力．
第二小组：探究木块上浮的条件．要测量木块浸没时的浮力，你准备选用上述两方法中的方法      （选填“1”或“2”），并简要说明操作中还应采取的措施：      ．

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，             。

某实验小组同学发现，漂浮在不同液面上的实心物体浸入液体的体积不同，于是他们猜想：物体的密度、物体的体积、液体的密度可能会对漂浮在液面上的实心物体浸入液体的体积有影响。
为验证猜想，他们选用了若干不同的实心圆柱体和足够深的不同液体进行实验（实验时物体均能漂浮在液面），并将物体的密度、物体的体积、液体的密度，以及物体浸入液体的体积记录在表一、表二和表三中。
表一

实验 序号	物体密度 （千克/米^3）	物体体积 （厘米^3）	液体密度 （千克/米^3）	浸入液体体积 （厘米^3）
1	0.4×10^3	15	1.0×10^3	6
2	0.4×10^3	20	1.0×10^3	8
3	0.4×10^3	25	1.0×10^3	10

表二

实验 序号	物体密度 （千克/米^3）	物体体积 （厘米^3）	液体密度 （千克/米^3）	浸入液体体积 （厘米^3）
4	0.6×10^3	15	1.0×10^3	9
5	0.6×10^3	15	1.2×10^3	7.5
6	0.6×10^3	15	1.5×10^3	6

表三

实验 序号	物体密度 （千克/米^3）	物体体积 （厘米^3）	液体密度 （千克/米^3）	浸入液体体积 （厘米^3）
7	0.8×10^3	15	1.0×10^3	12
8	0.8×10^3	15	1.2×10^3	10
9	0.8×10^3	15	1.5×10^3	8

① 分析比较实验序号1与2与3的数据及相关条件，可得的初步结论是：密度相同的
实心物体漂浮在同种液体中，      （11）      。
② 分析比较实验序号     （12）          的数据及相关条件，可得出的初步结论是：密度和体积相同的实心物体漂浮在不同液体中，浸入液体的体积与液体密度成反比。
③ 分析比较实验序号     （13）          的数据及相关条件，可得出的初步结论是：体积相同的实心物体漂浮在同种液体中，浸入液体的体积与物体密度成正比。
④ 实验小组同学对表一、表二、表三中2、3、4列数据进行了一定的运算，并结合相关条件，可得出的进一步结论是：
（a）当             （14）                     时，物体浸入液体的体积相同；
（b）当             （15）                                        。

小明同学利用如图所示的小烧杯、大水槽、量筒、水、滴管、记号笔、细线等器材测量一块金属块的密度，他设计了如下实验步骤。

(1)将金属块放入烧杯中，使烧杯直立在漂浮大水槽中，用签字笔在烧杯上标出水面的位置； 
(2)用量筒测出________ 的体积为V₁；
(3)将烧杯直立漂浮在大水槽中，向烧杯中倒入适量的水，使_________________；
(4)用量筒测出烧杯中水的体积V₂；
(5)金属块密度的表达式为ρ_金=" ____________________" .

理想实验是科学研究中的一种重要方法，它是将实验条件、过程在思维中以理想化的方式表现出来，如为了研究轻重不同的物体咋真空中的下落快慢，科学家曾做过下面的理想实验．
将大小相同的金、铅、木三个实心小球，分别同时放入三种密度不同的介质中（ρ_介质1＞ρ_介质2＞ρ_介质3），观察比较三个小球下落的快慢，如图所示．

试回答下列问题：
（1）“下落的快慢”可以通过比较三个实心小球在同种介质的同一高度，由静止同时释放，下落到相同位置时所需的        得出．
（2）在上述实验中，三个小球下落快慢的差异由大到小的介质依次是                ．
（3）进一步推理可得，当三个小球在真空时，它们下落快慢的差异将            ．

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）。

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？   ．