初中物理实验题

小洋和同学们通过暑期的勤工俭学为残疾人老王买了一辆电动轮椅。为了帮助老王正确使用，小洋研究了说明书，电动轮椅的原理简图如图所示。他了解到，操纵杆可操纵双刀双掷开关 $S$以及滑动变阻器 $R_1$的滑片 $P$．前推操纵杆时轮椅慢慢前进，继续前推操纵杆时轮椅快速前进；后拉操纵杆时轮椅慢慢后退。蓄电池的电压 $U=24V$（保持不变）， $R_2$为定值电阻。

（1）原理图中双刀双掷开关 $S$中间的连接物（深色部分）为　　（选填“导体”或“绝缘体” $)$；

（2）从原理图和以上描述可知，当开关接到　　、　　两个接线柱时，轮椅前进。若轮椅以 $3m/s$的速度匀速前进了 $8s$，此过程中轮椅受到的平均阻力为 $5N$，电池的输出功率为 $25W$，求此过程中轮椅工作的效率；

（3）当轮椅后退时电动机的功率是 $7W$，此时电流表示数为 $0.5A$，求 $R_2$的阻值。

港珠澳大桥是世界上最长的跨海大桥，其海底隧道由33节沉管组成。某节沉管两端密封后的质量为 $7.5\times {10}^7\mathit{kg}$，体积为 $8\times {10}^4{m}^3$．安装时，用船将密封沉管拖到预定海面上，向其水箱中灌入海水使之沉入海底，为了便于观察安装情况，沉管竖直侧壁外表面涂有红、白相间的水平长条形标识（如图），每条红色或白色标识的长度 $L$均为 $30m$，宽度 $d$均为 $0.5m$。海水的密度取 $1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．求：

（1）沉管灌水前的重力；

（2）要使沉管沉入海底至少需要灌入海水的重力；

（3）沉管沉入海底后，两条相邻的红色标识受到海水的压力差。

如图所示的电路中，电阻 $R_1=36\Omega$，闭合开关 $S$后，移动滑动变阻器 $R_2$的滑片处于某一位置时，电压表的示数为 $6V$，电流表的示数为 $0.5A$．求：

（1）此时滑动变阻器 $R_2$接入电路的阻值；

（2）此时滑动变阻器 $R_2$消耗的电功率；

（3）电源电压。

如图1所示，是某学校科技节上展示的两件作品，小明为此作了以下解说：

（1）甲是简易的温度计，它的工作原理是利用　　的性质而制成的。它的测温效果与小玻璃瓶的容积和玻璃管的　　有关；所用的测温物质是煤油而不是水，这是因为煤油的　　较小，吸收（或放出）相同的热量时，玻璃管内液柱变化更为明显。

（2）乙是简易的气压计，当外界气压减小时，玻璃管内液柱的液面会　　。

【提出问题】小华发现甲、乙的构造非常相似，提出乙是否也能做温度计使用？

【设计实验和进行实验】把两装置中的小玻璃瓶同时没入同一热水中，观察到乙装置中玻璃管内液柱上升更明显，这是由于瓶内的　　受热膨胀更显著，故乙也能做温度计使用。

【拓展】查阅相关资料，了解到人们很早就发明了如图2所示的气体温度计，当外界环境气温升高时，该温度计中的管内液面会　　。但由于受外界　　、季节等环境因素变化的影响，所以，这种温度计测量误差较大。

公共场所中经常看到有人饶有兴趣地低头玩手机游戏，殊不知手机中还有很多其它功能。爱好物理的“620”创新小组的同学们，发现手机有一种“镜子”功能。于是，激起了他们探究平面镜成像特点的兴趣。

【设计实验】

由于用手机中的“镜子”作平面镜进行实验，无法找到像的位置。于是他们选用了玻璃板、规格相同的两个棋子、白纸等，组装成如图所示的实验装置。

【进行实验与收集证据】

（1）小华同学将棋子 $A$移到玻璃板前某位置不动，小普同学在玻璃板另一侧帮忙移动棋子 $B$，无论小普在水平桌面上怎样移动棋子 $B$，小华都看不到棋子 $B$与棋子 $A$的像重合，善于观察的小林同学发现这是因为玻璃板与桌面　　，调整后，小华便能看到棋子 $B$与棋子 $A$的像完全重合。

（2）把棋子 $A$在玻璃板前移动多次，同时调整玻璃板后棋子 $B$的位置，每次都使得棋子 $B$与棋子 $A$的像的位置重合，这不仅可以找到像的位置，还可以比较出像与物的　　关系。

（3）实验中还需要　　，用来测量像与物到玻璃板的　　。

【分析与论证 $]$

平面镜成像的特点是：像与物的大小　　；像与物到镜面的距离　　。利用数学中的知识，平面镜成像的规律也可以表述为：像与物关于镜面　　。

智能手机进入平常百姓家，很多人对它爱不释手。瑞瑞同学学习了物理知识后，对手机的一些功能进行了科学探究。

（一 $)$拍照功能

【提出问题】如图1所示，同一位置，拍同一地点，为什么会变大呢？

【猜想与假设】手机的镜头可能是一个焦距可以改变的凸透镜。

【设计实验】瑞瑞同学设计制作了一个水透镜，探究实验装置如图2所示。

【进行实验与收集证据】

（1）保证蜡烛和水透镜的位置不动，利用注射器注入或吸出水的多少，改变水透镜的厚薄，从而改变水透镜焦距；

（2）测出水透镜焦距的大小，并移动光屏，得到清晰的像后，将观察到的现象与数据记录在下表：

凸透镜	焦距 $f=14\mathit{cm}$			焦距 $f=16\mathit{cm}$
实验序号	1	2	3	4	5	6
物距 $u/\mathit{cm}$	30	40	60	30	40	60
像距 $v/\mathit{cm}$	26	22	18	34	27	22
像的正倒	倒立	倒立	倒立	倒立	倒立	倒立
像的大小	缩小	缩小	缩小		缩小	缩小
实像的大小	由大变小			由大变小

【分析与论证】

通过对实验序号2与5、3与6的数据分析，得出初步结论：在物距一定时，凸透镜的焦距越大，所成实像的像距　　，像距与物距的比值越大，所成实像的大小　　（选填“越大”、“越小”或“不变” $)$

【评估】

（1）请你补充实验序号4中漏填的实验记录：　　；

（2）在成实像的情况下，焦距不同的凸透镜，成像的共同特点都是　　（选填“倒立”或“缩小”或“不变” $)$

（二 $)$无线充电

如图3所示，是一个手机无线充电装置。该装置是利用了　　的原理对手机进行充电的。

（三 $)$微信运动

利用微信运动软件，可以记录每天行走的步数。假如瑞瑞同学每天行走1万步，其平均步长为 $50\mathit{cm}$，由此可知瑞瑞同学每天大约行走　　 $\mathit{km}$。

（四 $)$振动模式

振动可以发声，某些手机的振动模式，是因为其内部有个微型电动机会带动转轴上的叶片振动，如图4所示，能实现振动功能的叶片可能是哪一种：　　。

某实验小组用天平和刻度尺分别测出了质地均匀的正方体蜡块和盐水的密度。

（1）用天平测蜡块的质量时，应将蜡块放在天平的　　盘，如图甲所示，蜡块的质量是　　 $g$；

（2）用细长针使蜡块浸没在装满水的溢水杯中，再用天平测得溢出水的质量为 $10g$，则蜡块的体积是　　 $c{m}^3$，蜡块的密度 ${\rho }_{蜡}=$　　 $g/c{m}^3$；

（3）用刻度尺测出正方体蜡块的高度为 $h_1$，如图乙所示，蜡块漂浮在盐水中，再用刻度尺测出蜡块露出液面的高度为 $h_2$，则盐水的密度 ${\rho }_{\mathit{盐水}}=$　　（用 $h_1$、 $h_2$和 ${\rho }_{蜡}$表示）

牛顿曾说过，如果说我比别人看得更远些，那是因为我站在了巨人的肩膀上。这体现了牛顿谦逊的品质。但前任的研究确实对牛顿产生了启迪，其中的一位巨人就是伽利略，他400多年前的研究思想一致闪耀着理性的光辉。

伽利略之前观测到，钟摆来回摆动的高度是相同的，如图甲。因此他设想了这样一个实验：在左边一个固定的斜坡上滚下一个球，球又滚上右边不同坡度的斜坡，如果球没有受到摩擦的作用，他认为这个球在右边任何坡度的斜坡上滚到的高度都与起始高度一样，好像这个球“记住”了起始高度。经过进一步思考，伽利略推断，如果右边的斜坡变成平坦，球将会一直匀速滚动下去，如图乙。

（1）像科学家那样“进一步思考”：图丙是伽利略想象的每隔相同时间在右边不同坡度的斜坡上球的位置，他认为当斜坡倾角变小时，　　。于是他大胆推测：当斜坡变成平坦时，球的速度不再变小，球将做匀速滚动。

（2）伽利略认为，球匀速滚动是球的“自然运动”状态。“自然运动”是球所具有的属性。在我们今天看来，球的这种属性称为　　。

（3）我们学习了“能量”的知识后知道，事实球“记住”的是能量。因为有摩擦的存在，球将不会到达起始高度，因此过程中球的机械能减少，但减少的机械能转化为　　能，而能的总量保持不变。

小梅在物理老师的指导下，利用一个重物、细线、若干钩码及杠杆来探究“杠杆平衡的条件”。

（1）实验前，为便于力臂的测量，她应通过调节杠杆两端的　　使杠杆在　　位置平衡。

（2）实验时，小梅决定先保持阻力 $F_2$和阻力臂 $l_2$不变，探究“杠杆平衡时，动力臂和动力之间的关系”。

于是，她用细线将重物固定到杠杆左侧某一位置处；然后在杠杆右侧用细线悬挂一个钩码，移动其悬挂的位置，使杠杆重新在水平位置平衡，如图所示，将动力 $F_1$和动力臂 $l_1$记录下来。

接下来，她要改变　　并移动其悬挂的位置，多次重复前面的实验，并把相应的数据记录下来。

（3）小梅通过实验得到的实验数据如表1所示。

表一 保持阻力 $F_2$和阻力臂 $l_2$不变，探究杠杆平衡时动力臂和动力之间的关系

实验序号	动力 $F_1/N$	动力臂 $l_1/m$
1	0.5	0.20
2	1.0	0.10
3	1.5	0.07
4	2.0	0.05
5	2.5	0.04

分析表1中的数据，小梅得出的结论是：保持阻力和阻力臂不变，杠杆平衡时，动力臂 $l_1$跟动力 $F_1$成　　关系。

（4）在前面实验的基础上，小梅进一步猜想：在更普遍的情况下，杠杆平衡时可能满足“动力 $F_1\times$动力臂 $l_1=$阻力臂 $F_2\times$阻力臂 $l_2$”

为了验证小梅的这个猜想，小丽通过实验得到的实验数据如表2所示

表2 探究杠杆平衡时，动力 $F_1$、动力臂 $l_1$和阻力 $F_2$、阻力臂 $l_2$之间的关系

实验次数	动力 $F_1/N$	动力臂 $l_1/m$	阻力 $F_2/N$	阻力臂 $l_2/m$
1	1.0	0.10	1.0	0.10
2	1.5	0.08	1.5	0.08
3	2.0	0.07	2.0	0.07

小梅认为，表2中小丽的实验数据缺乏普遍性，用来验证她的猜想不够充分，于是对小丽的实验和收集数据提出了具体的建议。

小梅的建议是：小丽还要在　　的情况下进行实验和收集数据。

小明和同学们探究“电流与电阻的关系”的实验：

（1）小明选择了如下器材：电源（电压恒为 $4.5V)$、滑动变阻器“ $20\Omega 2A$“、电流表、电压表、开关、定值电阻 $(5\Omega$、 $10\Omega$、 $15\Omega$、 $20\Omega$的各一个）、导线若干。

①小明在检查实验仪器时，发现电流表的指针偏向“0”刻度线的左侧，小明应　       　；

②请用笔画线代替导线帮助小明完成图甲电路的连接；

③开关闭合前，小明应将滑动变阻器的滑片置于　      　（选填“ $A$”或“ $B$“） 端；闭合开关后，发现电流表有示数，电压表示数为零。经检查，电流表、电压表正常且连接完好，则电路存在的故障可能是　      　。

④排除故障后，小明先将 $5\Omega$电阻接入电路，调节滑动变阻器滑片使电阻两端的电压为 $2V$，再将 $5\Omega$电阻换成 $10\Omega$电阻后，小明接下来的操作是　        　；当把 $10\Omega$的电阻换成 $20\Omega$的电阻后，无论怎样调节滑动变阻器滑片都无法使电压表示数达到控制值，说明　        　。

⑤更换器材后重新实验，小明得出的结论是：当电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成　          　比。

（2）上述实验结束后，小明和同学们想要测量额定电流为 $0.3A$小灯泡的额定功率，却发现电压表已经损坏，

于是他们利用“ $20\Omega 2A$”的滑动变阻器以及原有器材，又设计了如图乙所示电路，测量过程如下：

①　         　（填开关通断情况），移动滑动变阻器的滑片，当电流表的示数为 $0.3A$时，小灯泡正常发光；

②保持滑动变阻器的滑片位置不动，　        　（填开关通断情况），记下电流表的示数为 $0.3A$；

③则小灯泡的额定电功率为　      　 $W$。

小久利用电压恒为 $6V$的电源，额定电压为 $3.8V$的小灯泡， $10\Omega$、 $20\Omega$、 $30\Omega$、 $40\Omega$、 $50\Omega$的定值电阻，铭牌上标有“ $20\Omega 1A$”的滑动变阻器，电压表电流表，开关，导线完成了下列电学实验。

（1）探究电流与电阻关系。

①他设计的电路图如图甲所示，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应调到最　    　（填“左”或“右”）端。他将 $10\Omega$的定值电阻接入电路中，调节滑动变阻器的滑片，使定值电阻两端电压为 $4V$读出电流表示数。保持滑动变阻器的滑片位置不变，把 $10\Omega$的定值电阻换成 $20\Omega$的定值电阻，为了使电压表的示数保持不变，应将滑动变阻器的滑片向　    　（填“左”或“右”）端移动。

②他将定值电阻分别单独接入电路中，保持定值电阻两端电压为 $4V$，最多可以完成　　次实验。通过实验可得出结论：电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成　   　。

（2）测量小灯泡额定功率。

①小久设计了如图乙所示的电路。闭合开关，观察到小灯泡不发光，电流表无示数，则电压表示数为　   　 $V$。

②小久检查电路时，发现所连接电路存在一处错误。请你在错误的导线上画“ $\times$”，用笔画线代替导线，画出正确的连线。

③排除故障后闭合开关，移动滑动变阻器的滑片。当电压表示数为 $3.8V$时，电流表的示数如图丙所示，则电流表示数为　     　 $A$，小灯泡的额定功率为　     　 $W$。

（3）小久找来额定电压为 $2.5V$的小灯泡和开关，利用上述实验用过的电压为 $6V$的电源和“ $20\Omega 1A$”的滑动变阻器，设计了如图丁所示的电路，测出了额定电压为 $2.5V$小灯泡的额定功率。请帮他将实验过程补充完整：

①闭合开关 $S$、 $S_1$、 $S_2$，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为　     　 $V$时，小灯泡正常发光。

②闭合开关 $S$、 $S_1$，断开 $S_2$，保持滑片位置不变，读出电压表示数为 $2.5V$。

③　      　（填所有开关的闭合或断开状态），读出电压表的示数为 $5V$。

④小灯泡的额定功率 $P_{额}=$　       　 $W$．

随着时代的发展和社会的进步，小轿车已经逐步进入普通百姓的家庭。去年寒假，小明家新买了一辆国产小轿车，当天天气晴朗，爸爸带他一起去试车，小明拿着汽车使用说明书想要了解汽车的功能。

（1）说明书上提到该汽车上的导航系统采用的是令国人骄傲的北斗导航系统，该系统通过　       　（选填“超声波”或“电磁波”）实现卫星和汽车之间的信号传输。

（2）汽车启动后，爸爸不小心碰到了方向盘旁边的一个手柄，导致玻璃水喷到前挡风玻璃的外侧，雨刮器自动工作，刮去了玻璃水。小明想，这么冷的天，玻璃水为什么不会凝固呢？应该是这款玻璃水的凝固点比普通水的凝固点　        　（选填“高”或“低”）的缘故。

（3）爸爸刚把车开出不久，车窗上出现了“哈气”，雨刮器　       　（选填“能”或“不能”）将“哈气”快速刮去。

（4）车内空调既能调节温度，又能调节风速，还能调节出风口的吹风方向。小明结合所学知识判断，如果要快速提高车内整体温度，除了调节好温度和风速之外，出风口最好是向　        　（选填“上”或“下”）吹暖风。

（5）说明书上提到了“驾驶员疲劳提示”的功能，小明经仔细阅读说明书得知，在高速公路上行驶时，汽车会智能地分析出司机的疲劳程度。如果发现司机打瞌睡，车内会立即响起警报声警示司机。如果司机连续驾驶达到 $2h$，仪表盘上会亮起一盏提示灯，提示司机休息。

①小明回家后，根据说明书对这个功能的介绍，设计了一个“驾驶员疲劳提示”的模拟电路，如图所示。当司机打瞌睡时，相当于只有开关 $S_1$闭合，铁片被电磁铁 $A$吸引向左偏，电铃响起（相当于警报声响起）：当司机连续驾驶达到 $2h$时，相当于只有开关 $S_2$闭合，铁片被电磁铁 $B$吸引向右偏，灯泡亮起（相当于提示灯亮起）。图中虚线框内电源的一端已经与铁片相连，还有一根导线没有画出，请你用笔画线代替导线，完成模拟电路的设计。

②小明按照设计，正确连接电路，上述功能均已在测试中实现。但由于两个电磁铁完全相同，在开关 $S_1$和 $S_2$同时闭合时，两个电磁铁吸引铁片的力也相同，导致铁片处于原中间位置静止不动，虚线框内电路无法接通，电铃和灯泡都不工作。这相当于司机连续驾驶 $2h$的同时又恰好打瞌睡，但警报系统不工作，无法起到警示作用。结合学过的“电磁铁磁性强弱与哪些因素有关”的知识，小明只在原电路中又连入了一个阻值合适的定值电阻，就解决了这个问题。请你在后面横线处写出这个定值电阻是与哪个电磁铁如何连接的：　                                         　。

小明用图甲所示的电路测量额定电压为 $2.5V$的小灯泡的额定功率。

（1）请你用笔画线代替导线，帮小明把图甲电路连接完整，要求滑动变阻器的滑片向左滑动时灯泡变亮。

（2）正确连接电路后，闭合开关，小灯泡不发光，电流表无示数，电压表示数约等于电源电压，则故障原因可能是　         　。

（3）故障排除后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为 $2.5V$．此时电流表的示数如图乙所示，则通过小灯泡的电流是　           　 $A$，小灯泡的额定功率是　            　 $W$。

（4）完成实验后，小明又设计了如图丙所示的电路图，只用电压表就测量出额定电压为 $U_{额}$的小灯泡的额定功率。已知电源电压恒为 $U$，定值电阻的阻值为 $R_0$．请将实验步骤补充完整。

①　        　（填三个开关闭合与断开情况），调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为　         　，小灯泡正常发光。

②保持滑动变阻器滑片位置不动，　          　（填三个开关闭合与断开情况），记录电压表示数为 $U_{滑}$。

③小灯泡额定功率的表达式 $P_{额}=$　        　（用已知量和所测物理量符号表示）。

聪聪在实验室中找到学生电源、四个定值电阻 $(5\Omega$、 $10\Omega$、 $20\Omega$、 $25\Omega )$、“ $25\Omega 1A$”的滑动变阻器 $R_1$、最大阻值未知的滑动变阻器 $R_2$、电流表、电压表、开关及导线若千。完成了下列电学实验。

（一）探究“电流与电阻的关系”。

（1）如图甲是聪聪连接的电路，还有一根导线没有接上，请你用笔画线代替导线将电路连接完整，并保证连接这根导线后滑动变阻器的滑片位于阻值最大处。

（2）正确连接后，闭合开关，聪聪发现电流表无示数，电压表示数较大，可能是定值电阻发生了　       　（填“短路”或“断路”）。

（3）实验中保持电压表的示数为 $2V$不变，为保证四个定值电阻单独接入电路都能成实验，电源的电压值不应超过　      　 $V$。

（4）正确完成四次实验后，可以得出结论：电压一定时，电流与电阻成　        　。

（5）聪聪又在实验室中找到一个标有“ $0.3A$”字样的灯泡，他想用这个灯泡探究“电流与电压的关系”，老师告诉他不可以，原因是　       　。

（二）测量滑动变阻器 $R_2$的最大阻值。

（1）聪聪连接了如图乙所示的电路，将滑动变阻器 $R_2$的滑片调至最右端。闭合开关，适当调节 $R_1$的阻值，电流表和电压表的示数如图丙所示，电流表的示数为　      　 $A$， $R_2$的最大阻值为　      　 $\Omega$。

（2）实验中至少需要测量三组数据，目的是　      　（填“寻找普遍规律”或“减小误差”）。

（三）聪聪又找来最大阻值为 $30\Omega$的滑动变阻器 $R_3$和最大阻值为 $20\Omega$的滑动变阻器 $R_4$，利用学生电源（电压调为 $12V$不变），设计了如图丁所示电路，测量标有 $0.3A$”字样灯泡的额定功率，请将他的实验过程补充完整：

（1）只闭合开关 $S$、 $S_2$，将滑动变阻器　    　的滑片调到阻值最大处，移动另一个滑动变阻器的滑片直至电压表的示数为　      　 $V$，此时灯泡正常发光。

（2）保持两个滑动变阻器的滑片位置不动，只闭合开关 $S$、 $S_1$，读出电压表的示数为 $7V$。

（3）灯泡的额定功率 $P_{额}=$　       　 $W$。

在“测量小灯泡的电阻”的实验中，电源电压保持不变，小灯泡的额定电压为 $2.5V$。

（1）图甲是小亮同学连接的实物电路，图中有一处导线连接错误。请在连接错误的导线上画“ $\times$”，并用笔画线代替导线在图上画出正确的连线。

（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片调至最大阻值处，是为了　            　。

（3）改正电路后，他将测得的数据及计算结果填写在表格中。则小灯泡正常发光时的电阻为　            　欧（结果保留一位小数）。

实验次数	1	2	3	4
电压 $/V$	1.0	1.5	2.0	2.5
电流 $/A$	0.20	0.22	0.26	0.30
电阻 $/\Omega$	5.0	6.8	7.7

（4）小亮从数据中发现，小灯泡的电阻是变化的，你认为影响小灯泡电阻变化的主要原因是　          　。

（5）完成上述实验后，小亮还想测另一小灯泡的额定功率，他设计了如图丙所示的电路图并连接了电路。（已知小灯泡的额定电压为 $U_{额}$， $R_1$的最大阻值为 $R_0$，电源电压保持不变）具体操作如下：

①闭合开关　         　，调节 $R_1$接入电路的电阻，使电压表的示数为 $U_{额}$。

②保持 $R_1$的滑片位置不变，断开开关　        　，再闭合开关　        　，调节 $R_2$接入电路的电阻，使电压表的示数仍为 $U_{额}$。

③接着将 $R_1$的滑片调至最右端，电压表的示数为 $U_1$；再将 $R_1$的滑片调至最左端，电压表的示数为 $U_2$。

④小灯泡的额定功率 $P_{额}=$　        　（用 $U_{额}$、 $R_0$、 $U_1$、 $U_2$表示）