初中物理解答题

某电热加湿器具有防干烧功能，可在水量不足时自动停止工作，其工作原理如图所示；水箱中的加热器具有高、低两挡功率调节功能，其内部电路（未画出）由开关 $S$和阻值分别为 $121\Omega$和 $48.4\Omega$的电阻丝 $R_1$、 $R_2$组成。轻弹簧的下端固定在水箱底部，上端与一立方体浮块相连，浮块内有水平放置的磁铁。该加湿器为防干烧已设定：仅当浮块处于图中虚线位置时，固定在水箱侧壁处的磁控开关方能闭合而接通电路。

（1）当处于高功率挡时，加热器工作 $2.5\mathit{min}$所产生的热量全部被 $1\mathit{kg}$的水吸收后，水温升高了 ${50}^{°}\text{C}$．已知加热器处于低功率挡时的功率为 $400W$，电压 $U=220V$，水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$。

①求加热器处于高功率挡时的功率；

②请画出加热器内部电路。

（2）当向水箱内缓慢加水使浮块上升至图中虚线位置时，浮块下表面积距水箱底部的高度为 $20\mathit{cm}$，弹簧对浮块的弹力大小为 $6N$，浮块（含磁铁）的质量为 $0.4\mathit{kg}$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

①求浮块上升至虚线位置时排开水的体积；

②该加湿器所设定的防干烧最低水面距水箱底部的高度为　　 $\mathit{cm}$，理由是　　。

阅读短文，回答问题。

水陆两栖飞机“鲲龙” $\mathit{AG}600$

2018年10月20日，国产大型水陆两栖飞机“鲲龙” $\mathit{AG}600$成功实现水上起降，如图所示。 $\mathit{AG}600$装有4台国产 $\mathit{WJ}6$涡轮螺旋桨发动机，是国家为满足森林灭火和水上救援的迫切需要，研制的大型特种用途民用飞机，既能在陆地上起降，又能在水面上起降，是一艘会飞的船。

飞机发动机的热效率和推进效率是反映飞机性能的重要指标。发动机的热效率是指发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，推进效率是指发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与获得的机械能之比。

飞机的部分参数如下表所示：

$\mathit{WJ}6$发动机数量	4台	最大起飞质量	$53.5t$
最大巡航速度	$500\mathit{km}/h$	发动机巡航推力	$4.6\times {10}^{4}N$
发动机的热效率	$40\%$	发动机的推进效率	$\dots \dots$

（1）“鲲龙” $\mathit{AG}600$在水面降落的过程中，重力势能　　，动能　　。

（2）机翼外形做成上凸下平的流线型是利用了　　的原理，从水面产生较大的升力。

（3） $\mathit{AG}600$以最大速度满载巡航 $2h$，消耗燃油 $5000\mathit{kg}$，燃油完全燃烧获得的内能是　　 $J$，此过程中发动机的推进效率为　　。（燃油的热值为 $q=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

（4）观看“鲲龙” $\mathit{AG}600$在水面上起降后，小明发现“鲲龙” $\mathit{AG}600$与普通飞机不同，机身下部制成“ $V$”形，除了能减小阻力外，这样设计的目的还有　　。

小萍同学想利用如图甲所示电路研究通过小灯泡（额定电压为3伏）的电流与它两端电压的关系。她根据图甲完成图乙的部分连接，待连接完整后，移动滑动变阻器滑片，记录了多组数据，作出了图像 $a$ ，还作出了电流大小与电源电压大小的关系图像 $b$ （如图丙所示）。（已知滑动变阻器最大阻值为20欧）。

（1）根据图甲将图乙中的实物图连接完整。（要求：滑动变阻器滑片向右移动，小灯泡变亮）

（2）根据图像 $a$ ，描述通过小灯泡的电流与小灯泡两端电压的关系。 　　

（3）当电流表示数为 $0.12A$ 时，电压表的示数为多少？

（4）图丙阴影部分的面积表示 　　。

某科技兴趣小组在实验室看到若干长方体金属导体。它们的材料相同，外形都如图甲所示，他们想探究该种导体电阻与厚度及边长的关系。在老师的帮助下，他们测量了部分导体厚度 $h$、边长 $a$和电阻 $R$，并记录在表格中。（在测量电阻时，老师要求导体都要按照图乙所示的方式通过导线接入电路；实验时环境温度保持不变。 $)$

根据以上信息，请回答下面问题：

（1）分析表格中的数据可得：该种导体电阻大小与边长 $a$　　（选填“有关”或“无关” $)$，与厚度 $h$成　　（选填“正比”或“反比” $)$。

（2）从该种导体中，选取了厚度 $h$之比为 $2:3$、边长 $a$之比为 $2:1$的两个导体 $R_1$、 $R_2$，按图丙方式串联后接在闭合电路中，设两端的电压为 $U_1$， $R_2$两端的电压为 $U_2$，则 $U_1:U_2=$　　。

（3）现代集成电路技术需要电子元件微型化，且集成度越高，电子元件越需要微小。现某集成电路需要一只阻值为 $1.6\times {10}^{-3}\Omega$的该种导体，小华从边长 $a$为 $5\mathit{mm}$、 $10\mathit{mm}$、 $15\mathit{mm}$、 $20\mathit{mm}$的四个导体中选择了边长为 $5\mathit{mm}$的导体。与其它三个导体相比，请分析该导体工作时的优缺点：　　。

次数	厚度 $h/\mathit{mm}$	边长 $a/\mathit{mm}$	电阻 $R/\times {10}^{-3}\Omega$
1	1	5	1.6
2	1	10	1.6
3	1	15	1.6
4	1	20	1.6
5	2	10	0.8
6	4	10	0.4
7	5	10	0.32

某同学在研究滑动摩擦力时，先后做了如下两次实验：

实验一：将重为 $G$的物块 $A$放在一水平溥木板上，用弹簧测力计沿水平方向拉动物块，使它在木板上匀速运动，如图甲所示。读出弹簧测力计示数为 $F_0$；

实验二：再将上述木板一端垫起，构成一个长为 $s$、高为 $h$的斜面；然后用弹簧测力计沿斜面拉动物块 $A$，使它在斜面上匀速向上运动，如图乙所示。读出弹簧测力计的示数为 $F_1$，请你结合实验过程，运用所学知识解答如下问题（阅读图丙）

（1）画出物块 $A$在斜面上运动时对斜面的压力 $F_N$的示意图；

（2）求出物块 $A$对斜面的压力 $F_N$。

现有一质地均匀密度为 ${\rho }_0$的实心圆柱体，底面积为 $S_0$、高为 $h_0$，将其中间挖去底面积为 $\frac{S_0}{2}$的小圆柱体，使其成为空心管，如图1所示。先用硬塑料片将空心管底端管口密封（硬塑料片的体积和质量均不计），再将其底端向下竖直放在底面积为 $S$的柱形平底容器底部，如图2所示。然后沿容器内壁缓慢注入密度为 $\rho$的液体，在注入液体的过程中空心管始终保持竖直状态。

（1）当注入一定量的液体时，空心管对容器底的压力刚好为零，且空心管尚有部分露在液面外，求此时容器中液体的深度。

（2）去掉塑料片后，空心管仍竖直立在容器底部，管外液体可以进入管内，继续向容器中注入该液体。若使空心管对容器底的压力最小，注入液体的总质量最小是多少？

在如图所示的电路中，闭合开关 $S$ 后，至少有一个电表发生变化，已知电路中只有一处故障，且发生在电阻 $R_1$ 或 $R_2$ 上。请写出两电表的变化情况及其对应的故障。

如图所示的电路中，电源电压为 $9V$，灯泡 $L$上标有“ $6V1.2W$”的字样，闭合开关 $S$，灯泡恰好正常发光，求此时：

（1）通过灯泡 $L$的电流；

（2）电阻 $R$的阻值；

（3）整个电路消耗的电功率。

在不用电池的情况下，要使旱冰鞋轮子转动时，轮子里的 $\mathit{LED}$灯发光，请你利用学过的物理知识，设计一个可行性方案，并说明其发光原理。

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。

建设居民楼雨水蓄水系统是镇江市海绵城市建设项目之一，让市民不再“城市看海”。图1是小明设计的地下蓄水池（未画出）水位监测及排水电路， $R$为电阻箱， $R_F$为置于池底的压力敏感电阻，其阻值随上方水的压力的变化而变化，已知：电压 $U=12V$；当电磁铁线圈中的电流 $I⩽0.04A$时，铁质开关 $K$被释放，当 $I⩾0.048A$时， $K$被吸上，从而通过控制池底水泵将水位保持在一定的范围内；电磁铁线圈电阻不计， $R_F$的阻值随池内水位变化关系如图2所示。

（1）当池内水位升高时， $R_F$受到水的压力将变　　；

（2）请在图1中接入一电压表，要求当水位升高时电压表的示数增大

（3）若此电路能控制池内的最低水位 $0.5m$，求所能控制的最高水位。

（4）为既能调高池内最高水位，又能使池内最高与最低水位的高度差保持不变，小明采取了减小 $R$的调节方案，该该方案是　　的（选填“可行”或“不可行” $)$，你的理由是　　。

梅雨季节，湿衣服久晾不干，令人烦恼。小组同学设计出两款自动控制“干衣神器”，可使得衣服快速变干，请选择其中一种方法完成电路原理设计并算出相应答案。（两种方法都做，以第一种为准）

方法一	方法二
器材：开关 $S$，电源转换器（把 $220V$交流电压转换为 $6V$直流电压），定值电阻 $R_0$，热敏电阻 $R_x$（电阻随温度的变化关系如图所示）。电磁继电器（线圈电阻不计，线圈电流大于 $0.2A$时衔铁被吸下，线圈电流小于 $0.2A$时衔铁被弹回），电风扇，电热丝（电阻不变）。 功能：①闭合开关 $S$．当温度低于 ${60}^{°}\text{C}$时，机器吹热风；当温度高于 ${60}^{°}\text{C}$时，机器吹冷风。 ②受控电路 $(220V$工作电路）吹热风时功率为 $120W$、吹冷风时功率为 $20W$。 （1）请以笔画线代替导线完成电路连接。 （2）定值电阻 $R$的阻值为　　 $\Omega$。 （3）电热丝的阻值为　　 $\Omega$．	器材：开关 $S$，电源转换器（把 $220V$交流电压转换为 $6V$直流电压），定值电阻 $R_0$，湿敏电阻 $R_x$（电阻随摆度的变化关系如图所示），电磁继电器（线圈电阻不计，线圈电流大于 $0.2A$时衔铁被吸下，线圈电流小于 $0.2A$时衔铁被弹回），电风扇，电热丝（电阻不变） 功能：①闭合开关 $S$．当湿度大于 $40\%$时，机器吹热风；当湿度小于 $40\%$时，机器吹冷风。 ②受控电路 $(220V$ 工作电路）吹热风时功率为 $120W$，吹冷风时功率为 $20W$。 （1）请以笔画线代替导线完成电路图连接。 （2）定值电阻 $R_0$的阻值为　　 $\Omega$。 （3）电热丝的阻值为　　 $\Omega$．

如图为某校物理小组设计的具有加热和保温功能的电热器内部简化电路。为热敏电阻，阻值随温度升高而减小。、、均为电热丝，且．闭合开关、，电热器开始加热。

（1）控制电路中，电磁铁的上端是　　极。

（2）加热时，动触点与上方静触点，接通，工作电路的总功率是多少？

（3）电磁铁对衔铁的吸引力与控制电路中电流的关系如图所示。当电磁铁对衔铁的吸引力为时，动触点与下方静触点接通，进入保温状态，此时热敏电阻的阻值是多少？

（4）保温状态下，的功率为，则工作电路消耗的电能是多少？

2020年初，一场罕见的大雪袭击了加拿大。厚达 $2m$的积雪，给市民出行带来了极大不便。若积雪的密度约为 $0.2\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）请计算 $2m$厚的积雪对水平地面的压强；

（2）若 $2m$厚的积雪，压在面积为 $5m^2$的汽车顶部，请计算汽车顶部所受的压力。

小明设计了如图甲所示的多功能电饭煲模拟电路，能实现“煮饭时保持高温快煮，快煮后自动保温”。

【电路简介】

工作电路： $S_1$为电源开关； $S_2$为定时器开关，其闭合后自动开始计时，计时结束后自动断开，不再闭合； $R_1$为可调电阻； $R_2$为电饭煲内的电热丝。

控制电路：电磁继电器 $A$和 $B$完全相同， $R_a$和 $R_b$是分别安装在电饭煲内的热敏电阻，它们的阻值随温度的变化如图乙所示，当温度达到 $120℃$时， $L_a$吸引弹性衔铁使 $S_a$断开，当温度降到 $110℃$时， $L_a$释放弹性衔铁使 $S_a$闭合。

【快煮模式】闭合开关 $S、S_1、S_2$，电饭煲进入快煮模式直至定时开关 $S_2$自动断开。在快煮过程中温度将维持在 $110℃～120℃$，工作电路的电热丝在高功率和低功率之间切换，其功率随时间变化如图丙所示。

【保温模式】开关 $S_2$断开后，电饭煲进入保温模式，最后温度维持在 $60℃～80℃$。

（1）由图丙可知，电饭煲在 $24$分钟快煮过程中，电热丝高功率加热的时间为＿＿＿＿＿分钟。

（2）若 $R_1$接入电路的阻值为 $840$欧， $R_2$阻值为 $40$欧，工作电路电源电压为 $220$伏，则电饭煲完成一次快煮，电热丝 $R_2$消耗的电能为多少焦？

（3）请结合图甲、乙说明开关 $S_2$断开后，电饭煲实现自动保温的工作原理。