初中物理综合题

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一起向未来

2022年4月16日，圆梦天宫，英雄凯旋，在太空“出差”183天的中国航天员三人组平安返回地球。随着我国航天事业的不断发展，让普通人进入太空旅行的计划正在逐步实施，未来，会有更多的人实现上九天揽月的飞天梦。

太空中没有空气，人若暴露在太空中无法获得氧气，这种状态下 $10s$就会失去意识；太空中没有作用于身体的大气压，体液就会快速沸腾，从而使身体组织膨胀，体温降低而冻结；太空中处于真空状态，阳光直射下温度可高达 $120℃$，而在阴影处温度则会骤降至 $﹣150℃$；太空中还有速度极快的微小陨石，人体一旦碰到将造成极大伤害。

为实现太空旅行，人们不断研发各类宇航服，每一批新型宇航服的诞生都是人类技术的又一次巨大飞跃。可以想象，未来的宇航服将是个人太空旅行的宇宙飞船。

（1）太空中没有作用于人体的大气压，体液就会快速＿＿＿＿＿，其原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（2）沙克尔顿环形山位于月球南极，在山的边缘阴影区永无日照，保持着太阳系最低温的记录，请你推测这个最低温可能是＿＿＿＿＿ $℃$。

（3）假如，你穿着自己设计制作的宇航服，在星空中遨游、月球上漫步。你的宇航服应具备哪些功能？＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（至少两点，答案合理即可）。

2020年6月20日，我国自主设计和建造的“海斗号”载人潜水器，成功下潜到太平洋“马里亚纳海沟”10000米深处。创造了载人潜水器海水深潜的世界纪录。潜水器由双层船壳构成，外层与海水接触，外壳选择了钛合金作主材，潜水器在上浮和下潜时，其体积是一定的。潜水器近似可以看作长方体，其规格：长 $9m$、宽 $3m$、高 $3.4m$。该潜水器悬浮在海水中时总质量为 $25t$（海面大气压 $1.0\times {10}^5\mathit{Pa}$， $g=10N/\mathit{kg})$。

（1）假设海水密度不随深度变化，质量不变的潜水器在上浮且未浮出水面过程中，受到水的浮力　     　（选填“变大”、“变小”或“不变”）；

（2）“海斗号”悬浮在海水中，求所受到的浮力；

（3）载人潜水器在10000米深处，其上表面受到的压力约为 $2.78\times {10}^{9}N$，求海水的密度。

小明同学利用伏安法测电阻。

（1）请你根据小明设计的如图所示电路图甲，用笔画线代替导线将图乙的电路连接完整；

（2）小明进行第二次测量时，电表示数如图丙所示，请你将下表补充完整。

实验次数	电压 $U/V$	电流 $I/A$	电阻 $R/\Omega$	电阻平均值 $R/\Omega$
1	$1.7$	$0.16$	$10.6$	＿＿＿＿＿
2	＿＿＿＿＿	＿＿＿＿＿	＿＿＿＿＿
3	$2.8$	$0.28$	$10.0$

如图所示，处于水中的点光源 $S$，发出一条光线从水中斜射入空气。

（1）在图中作出这条入射光线的反射光线与折射光线的大致位置；

（2）画出关于水面所成像的位置点；

（3）光在真空中的传播速度为　              　。

如图为某自动冲水装置的示意图，水箱内有一个圆柱浮筒A，其重为 $G_A=4N$，底面积为 $S_1=0.02m^2$，高度为 $H=0.16m$。一个重力及厚度不计、面积为 $S_2=0.01m^2$的圆形盖片B盖住出水口并紧密贴合。A和B用质量不计、长为 $l=0.08m$的轻质细杆相连。初始时，A的一部分浸入水中，轻杆对A、B没有力的作用。水的密度为 $\rho =1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，g取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）求A所受浮力的大小 $F_{浮}$。

（2）求A浸入水的深度 $h_1$。

（3）开始注水后轻杆受力，且杆对A和B的拉力大小相等。当水面升高到某位置时，B刚好被拉起使水箱排水，求此时杆对B的拉力大小F。

（4）水箱开始排水时，进水管停止注水。为增大一次的排水量，有人做如下改进：仅增大B的面积为 $S_2\text{'}=0.012m^2$。试通过计算说明该方案是否可行？若可行，算出一次的排水量。（水箱底面积 $S=0.22m^2$供选用）

解放前，我国经济很落后，一些地区过着极其原始的生活。如图所示，就是为了解决饮水问题，需要到很远地方挑水的示意图。为了防止道路不好水溅出桶外，在水面上覆盖木板（如图），若一个木板质量为 $500g$，密度为 $0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，每个桶内水深 $30\mathit{cm}\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$，求：

（1）桶底受到的水产生的压强；

（2）一个木板受到的浮力及静止时露出水面的体积；

（3）扁担与绳质量忽略不计，扁担长度 $1.5m$，每桶水总重 $180N$，扁担与肩膀接触点距离扁担右端 $55\mathit{cm}$，支撑手距离扁担左端也是 $55\mathit{cm}$，则支撑手受到的扁担产生的压力。

在“探究杠杆的平衡条件”实验中：

（1）实验前，杠杆静止在如图甲所示的位置，此时杠杆处于＿＿＿＿（选填“平衡”或“非平衡”）状态。为使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向＿＿＿＿（选填“左”或“右”）调。

（2）调节杠杆在水平位置平衡后，某小组的同学得到了如下表所示的实验数据，由此可总结出杠杆的平衡条件：＿＿＿＿＿＿＿＿（用 $F_1、F_2、l_1、l_2$表示）。

实验序号	动力 $F_1/N$	动力臂 $l_1/cm$	阻力 $F_2/N$	阻力臂 $l_2/cm$
1	$1$	$30$	$3$	$10$
2	$2$	$20$	$1$	$40$
3	$3$	$20$	$6$	$10$

（3）在完成实验后，陶子同学在 $A$处挂了 $3$个钩码（每个钩码重 $1N$，杠杆上每格的长度为 $10cm$），如图乙所示，他将弹簧测力计斜向下拉，杠杆水平平衡（ $OA＝30cm，OB＝40cm$），此时拉力与水平方向的夹角为 $30°$，则弹簧测力计的示数为 ＿＿＿＿ $N$。

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胡克定律

弹力的大小和形变的大小有关系，形变越大，弹力也越大，形变消失，弹力就随着消失。对于拉伸（或压缩）形变来说，伸长（或缩短）的长度越大，产生的弹力就越大。把一个物体挂在弹簧上，物体越重，把弹簧拉得越长，弹簧的拉力也越大。物体发生弯曲时产生的形变叫做弯曲形变。对于弯曲形变来说，弯曲得越厉害，产生的弹力就越大。例如，把弓拉得越满，箭就射得越远；把物体放在支持物上，物体越重，支持物弯曲得越厉害，支持力就越大。

在金属丝的下面挂一个横杆，用力扭这个横杆，金属丝就发生形变，这种形变叫扭转形变。放开手，发生扭转形变的金属丝产生的弹力会把横杆扭回来。金属丝扭转角度越大，弹力就越大。

定量的研究各种形变中弹力和形变的关系比较复杂，我们经常遇到的是弹簧的拉伸（或压缩）形变。实验表明：弹簧弹力的大小 $F$和弹簧伸长（或缩短）的长度 $x$成正比。写成公式就是 $F=\mathit{kx}$，其中 $k$是比例常数，叫做弹簧的劲度系数，在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力。劲度系数跟弹簧的长度、材料、粗细等都有关系。弹簧丝粗的硬弹簧比弹簧丝细的软弹簧劲度系数大。对于直杆和线的拉伸（或压缩）形变，也有上述比例关系。这个规律是英国科学家胡克发现的，叫做胡克定律。

胡克定律有它的适用范围。物体形变过大，超出一定的限度，上述比例关系不再用，这时即使撤去外力，物体也不能完全恢复原状。这个限度叫做弹性限度。胡克定律在弹性限度内适用。弹性限度内的形变叫做弹性形变。

（1）弹簧测力计的工作原理遵从　      　定律。当用弹簧测力计测物体重力时弹簧的形变主要　      　是（选填“拉伸形变”、“弯曲形变”或“扭转形变”）。

（2）使用弹簧测力计时注意不能超过它的量程，是为了避免超过弹簧的　     　。

（3）弹簧的　      　在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力，它与受力大小　       　（选填“有关”或“无关”），它的单位是　      　（选填“ $N/m$”、“ $N/m^2$“或“ $N·m$”）。

如图所示，西汉时期的《淮南万毕术》中记载有“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”请你用学过的光学知识判断“削冰令圆”就是把冰块制成＿＿＿＿＿镜，若要“火生”应把“艾”放在镜的＿＿＿＿＿位置。

巴陵广场是市民休闲的好去处，广场上有座关于后羿斩巴蛇的雕像，高约 $16m$，质量为 $2\times {10}^{6}kg$。小明从家里出发，以 $1m/s$的速度散步去广场， $600s$后到达。

（1）求小明从家到广场经过的路程；

（2）求雕像所受的重力大小；

（3）小明估测雕像与水平地面的接触面积约为 $100m^2$，求雕像对地面的压强。

九一班开展“节约一度电”主题活动。请你和他们一起，完成以下活动内容。

（1）某型号洗衣机的洗涤功率为 $250W$，完成一次洗涤的时间为 $30\mathit{min}$，则一度电可供该洗衣机完成几次洗涤？

（2）若自来水的温度为 $15℃$，某电热水器的电加热效率为84%，则一度电可使该电热水器将多少千克的自来水加热至 $45℃$？[ $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/（\mathit{kg}·℃）$]

（3）请写出一条节约用电的建议，并用所学的物理知识加以解释。

小明是家务小能手，经常用挂烫机熨烫衣服。挂烫机是通过电热丝加热水箱中的水，产生水蒸气来熨烫衣服。它的正常工作电压为 $220V$，水箱最多装水 $0.2\mathit{kg}$，加热功率有大、小两个挡位，其工作原理图如图甲所示。其中电热丝 $R_1=60\Omega$， $R_2=40\Omega$。

（1）熔断器在电路中起到 　 　作用。

（2）若将水箱中 $0.2\mathit{kg}$的水从 $20℃$加热到 $100℃$，水吸收多少热量？[水的比热容 $c＝4.2\times {10}^{3}J/（\mathit{kg}·℃）$]

（3）挂烫机在大挡位工作时的额定功率是多大？

（4）小明是一个爱思考的孩子，他把电路原理图改为乙图，也设有两个挡位。已知熔断器允许通过的最大电流为 $8A$，请判断乙图电路是否合理，通过计算说明原因。

小宸利用一个电池组，两只电流表（ $A_1$和 $A_2$），一个开关，一个阻值为 $R_0=15\Omega$的定值电阻和若干导线，来测量未知电阻 $R_x$的阻值，他设计好电路并正确操作，发现 $A_1$、 $A_2$的示数如图所示。

（1） $A_1$、 $A_2$的示数 $I_1$、 $I_2$分别是多少？

（2）在你不确定电路设计的情况下，请判断电阻 $R_x$可能的阻值为多少？

“探究电流与电压和电阻的关系”的实验中，准备的电学器材如下：电源（ $4.5V$）、电流表、电压表、滑动变阻器 $R$标有“ $30\Omega 1A$”、定值电阻（ $5\Omega 、10\Omega 、20\Omega 、30\Omega$）、开关、导线若干。

（1）“探究电流与电压的关系”实验

①某同学＿＿＿＿＿开关，按如图甲所示电路图连接实物。试触时发现：电流表指针向零刻度线左侧偏转，如图乙所示，则电路连接出现的错误是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

②纠正错误后开始实验，应将滑动变阻器滑片 $P$向＿＿＿＿＿（选填“左”或“右”）滑动，使电阻 $R_0$两端电压由 $1.5V$逐渐增大到 $2V、2.5V$，读出所对应的电流值。其中第二次电流表示数如图丙所示为＿＿＿＿＿ $A$。实验数据如表所示。

实验次序	1	2	3
U/V	1.5	2	2.5
I/A	0.15	△	0.25

③分析数据，得出结论：电阻一定时，导体中的电流与导体两端电压成＿＿＿＿＿比。

④善于预习的小辉，分析表中数据可知该同学所用的定值电阻阻值为＿＿＿＿＿ $\Omega$。

（2）“探究电流与电阻的关系”实验

①将 $10\Omega$的定值电阻接入A、B两点间，调节滑动变阻器的滑片 $P$，使电压表示数为 $2V$，读出电流表示数。

②接下来用 $20\Omega$的电阻替换 $10\Omega$的电阻，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片 $P$，使电压表示数＿＿＿＿＿（选填“大于”、“小于”或“等于”） $2V$时，读出电流表示数。

③将实验器材中＿＿＿＿＿（选填“ $5\Omega$”或“ $30\Omega$”）定值电阻接入 $A、B$两点间，无论怎样移动滑片 $P$都无法完成实验。

林椿同学在疫情居家期间，仔细研究家里照明电路中，一盏白炽灯泡电阻、电功率随电压变化的特点。收集分析数据后，画出了灯泡电流随电压变化图像，如图所示。

（1）由图可知，随电压增大，灯泡的电阻值＿＿＿＿（选填“不变”或“增大”或“减小”）；

（2）当灯泡正常工作时，其电压为 $220V$， $1min$消耗的电能为 $2400J$，求灯泡的额定功率和额定电流；

（3）当灯泡电压为 $180V$时，间接测得其电流为 $0.16A$。因为照明电路电压恒为 $220V$，需要给灯泡＿＿＿＿（选填“串联”或“并联”）一个电阻，才能实现灯泡电压 $180V$，求该电阻的电阻值。