初中物理解答题

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　　 $\Omega$．

在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中，实验过程如图所示，其中弹簧测力计示数的大小关系是： $F_1>F_2>F_3$， $F_3<F_4$，水的密度用 ${\rho }_{水}$表示。

（1）比较　　两图可知，浮力的大小跟物体排开液体的体积有关。

（2）比较丙、丁两图可知，浮力的大小跟　　有关。

（3）分析甲、丙两图可得，物体浸没在水中时受到的浮力 $F_{浮}=$　　，物体的密度 ${\rho }_{物}=$　　。

（4）深入分析丙、丁两图，比较水对烧杯底的压强 $p_{水}$和某液体对烧杯底的压强 $p_{液}$的大小关系，则 $p_{水}$　　 $p_{液}$。

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　　。

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。

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　　。

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？

$75\%$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）。

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。

小谦根据如图甲所示的电路组装成调光灯，并进行测试。电源电压保持不变，小灯泡的额定电压是 $6V$，小灯泡的 $I-U$图象如图乙所示。

求：

（1）小灯泡正常发光时的电阻。

（2）小灯泡正常发光 $10\mathit{min}$消耗的电能。

（3）经测算，小灯泡正常发光时的功率占电路总功率 $50\%$，如果把灯光调暗，使小灯泡两端电压为 $3V$，小灯泡的实际功率占电路总功率的百分比是多少？

（4）小谦认为这个调光灯使用时，小灯泡的功率占电路总功率的百分比太低，请写出一种出现这种情况的原因。

如图所示，电源电压可调，灯泡 $L$规格为“ $15V45W$”，且灯丝电阻不随温度变化。电流表量程为“ $0~0.6A$”和“ $0~3A$ “，滑动变阻器的规格分别为“ $25\Omega 2A$’和“ $10\Omega 3A$”。

（1）将电源电压调到 $18V$，闭合开关，移动 $P$，可使灯泡正常发光。求灯泡正常发光时的电阻和灯泡消耗的最小功率。

（2）将电源电压调到 $15V$，用定值电阻 $R_0$替换灯泡， $P$置于中点 $A$，闭合开关，电流表指针指到满偏刻度的三分之二位置（可能重新选择了电流表量程和变阻器 $R)$。然后将 $P$从 $A$移到最左端 $B$，两表示数的 $I-U$关系如图所示。通过计算判断所用变阻器的规格。

阅读短文，回答问题

无人机作为空中平台，以高分辨率高速摄像机、轻型光学相机、激光扫描仪等设备获取信息，用计算机对图象信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图象。无人机航拍影像具有高清晰、高现实性的优点。下表是某小型无人机的部分参数：

参数名称	最大飞行 半径 $/\mathit{km}$	最大巡航速度 $/\mathit{km}·h^{-l}$	电池电压 $/V$	电池容量 $/\mathit{mAh}$	电动机额定功率 $/W$	拍摄速度 $/$帧 $·$秒 ${}^{-1}$
数据	5	50	24	2500	20	11000

（电池容量 $=$放电电流 $\times$放电时间，例如， $1\mathit{mAh}$是指以 $1\mathit{mA}$的电流能连续工作 $1h$。帧 $·$秒 ${}^{-1}$是指每秒拍摄的画面数）

（1）人们是利用遥控器通过　　传输信息操控无人机的，其有效操控距离至少为　　 $\mathit{km}$。

（2）小轿车在高速公路上限速 $120\mathit{km}/h$。如图甲所示，交警部门利用无人机进行高速公路通行情况的实时监测。一辆小轿车在通行 $0.5m$的过程中，高速摄像机拍摄帧数为110帧，据此判断小轿车是否超速？　　（是 $/$否）。

（3）如图乙，是无人机竖直向上运动的 $v-t$图象，由图象可知，在 $0~5s$内，无人机受到的升力　　 $(>/=/<)$重力。

（4）电动机是控制无人机飞行状态的关键动力设备，当它正常工作时， $12s$内消耗的电能是　　 $J$．已知电动机消耗的功率是电源总功率的 $50\%$，则无人机在空中以额定功率飞行的时间不能超过　　 $h$。

（5）为增大小型无人机的巡航时间，请从研制方面，提出一条合理化建议：　　。

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。