初中物理综合题

阅读下面的短文，回答问题．
太阳能热水器
　　太阳能热水器能利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活的需要，它具有安全、节能、环保等优点．
　　如图甲所示，太阳能热水器主要由两部分构成：一部分是由许多根玻璃吸热管组成的集热器，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组成，双层玻璃管之间是真空．如图乙所示是玻璃吸热管的工作原理图，它的结构与保温瓶的玻璃内胆相似，只是在玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料．另一部分是保温储水箱，保温储水箱下部与玻璃吸热管相通．
　　玻璃吸热管工作原理如图乙所示：当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为热能，将管内的水加热．向光一侧的水被加热后体积增大、密度变小而向上运动；背光一侧的水由于温度较低、密度较大而向下运动，从而形成冷热水循环，最终整箱水都升高至一定的温度．玻璃吸热管具有吸热保温作用．
请回答以下问题：
（1）玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，所受到的浮力________重力．
（2）能否将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上？________．简单说明理由：________．
（3）要将质量为100kg、初温为20℃的水加热到60℃，则这些水需要吸收多少热量？[水的比热容是4.2×10³J／（kg·℃）]
（4）某品牌太阳能热水器集热器面积为S＝2m²，热效率为η＝40％（即热水器能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40％转化为水的内能），该地点太阳能辐射到地面的平均功率为P＝1.4×10³W／m²（即平均每平方米每秒钟太阳辐射的能量为1.4×10³J）．在第（3）小题中水吸收的热量由该热水器提供，求需要加热的时间．

2011年3月，日本发生了强烈地震并引发了海啸，对福岛核电站造成了很大的破坏，如图甲所示．
（1）核电站是利用________能来发电的，其能量是原子核发生核________（填“裂变”或“聚变”）所释放的．
（2）由于一系列的爆炸，使得大量的核燃料外泄，周围的人们处在核污染中．图乙中是核辐射标志的是________．
（3）要给处于高温中的核反应堆外壳降温，消防员可通过喷水的方法来有效降温．这是用________的方法来改变内能的．
（4）如果核电站每年需要50t的核燃料，而同等规模的火电站每年需要6×10⁶t的煤炭．6×10⁶t的煤炭完全燃烧放出的热量是________J（煤炭的热值为3×10⁷J／kg）．
（5）能源和环境是世界各国共同面临的问题，保护环境、节约能源要从我做起．下列说法中需要改正的是（　　）

A．尽可能用太阳能热水器代替电热水器

B．养成及时关掉水龙头和人走关灯的习惯

C．用洗脸水冲厕所，将废报纸、空酒瓶等送到废品收购站

D．及时将生活垃圾、废电池装在一起丢入垃圾箱

2010年5月7日，在第四届广东省中学物理教师创新实验能力展示交流活动中，一位老师设计了一个“巧妙测出不规则固体密度”的实验．该实验的主要步骤如下（g取10N／kg）：
①将两个已调好零刻度的弹簧测力计悬挂在铁架台下，将一溢水杯和另一空杯用细线拴在弹簧测力计下，向溢水杯中加入一定量的水，使水满过溢水口流入空杯中；
②当水不再流出时，读出弹簧测力计的示数G₁和G₂；
③将一不溶于水的小石块用细线拴住并慢慢放入溢水杯中，此时溢出的水全部流入另一杯中，当水不再流出时，读出弹簧测力计的示数G₃和G₄；
④根据以上数据，通过计算得出小石块的密度ρ．
（1）上述实验中，他测得G₁＝0.94N，G₂＝0.40N．G₃和G₄的示数如图乙所示，则G₃＝________N，G₄＝________N．
（2）实验中，小石块排开的水的重量是________N，小石块的体积是________m³．
（3）小石块的重量是________N．
（4）通过以上数据，他得出小石块的密度是________kg／m³．
（5）若将小石块换成一个小盐块，其他步骤不变，不考虑弹簧测力计读数的误差，则他测得的盐块的密度ρ_盐′与它的真实密度ρ_盐相比，ρ_盐′________ρ_盐（填“＞”“＝”或“＜”）．

小华同学用一个弹簧测力计、一个金属块、两个相同的烧杯（分别装有一定量的水和煤油），对浸在液体中的物体所受的浮力进行探究，探究过程如图所示．
（1）由图中的实验过程可知，金属块在煤油中受到的浮力是________N．
（2）通过分析图________，说明浮力大小跟液体的密度有关．

阅读短文，回答问题：
过山车
　　当你在游乐场乘过山车奔驰之际，你是否会想到：过山车为什么不需要引擎来推动就能“翻山越岭”呢？
　　过山车在开始旅行时，是靠一个机械装置推上最高点的，但在第一次下行后，就再没有任何装置为它提供动力了，从这时起带动它沿轨道行驶的唯一“发动机”就是重力势能．过山车的重力势能在处于最高点时达到最大值，当它开始下行时，它的势能不断减小，动能不断增大；由于摩擦，损耗了少量的机械能，所以随后的“小山丘”设计得比开始时的“小山丘”低（如图所示）．
　　像所有列车一样，过山车也安装了机械制动装置，使它在结束行程或在紧急情况下能够准确地停下来．
（1）过山车通过A点向上运动过程中，动能________（选填“变大”“变小”或“不变”）；
（2）后面的“小山丘”设计得比开始时的“小山丘”低，是由于过山车运动过程中，将部分机械能转化为________；
（3）过山车运行过程中，遇到紧急情况能够准确停下来，是由于________________________________________；
（4）过山车第一次下行后，是利用________作为“发动机”的；在生产与生活中，与过山车利用了相同“发动机”的有________（举一例即可）．

“中国山西，晋善晋美”．为了倡导绿色出行，省城太原投放了大量的公共自行车．小明在水平路面上骑行时，人与车总质量约70kg，每个轮胎与地面接触面积约为100cm²．（g＝10N／kg）
（1）此时自行车对地面的压强是多少？
（2）若小明以5m／s的速度匀速骑行5min，所受阻力是总重力的0.06倍，求出小明克服阻力做功的功率．
（3）在自行车的构造和使用上利用了很多物理知识，请写出其中一点．示例：自行车的车座做得宽大，是为了增大受力面积，减小压强．

汽车作为一种交通工具在国内已普及，专家提示：汽车轮胎内的气压（胎压）会影响刹车距离．为确保安全，需经常检查胎压．某汽车技术员为了研究胎压对刹车距离的影响，用同一汽车在晴天和雨天环境下，在车速为60千米／时刹车，测试结果如图所示：
（1）汽车质量为1500千克，有4个轮胎，停在水平地面上时，每个轮胎与地面的接触面积为0.025米²．请计算此时汽车对地面的压强．（g取10牛／千克）
（2）根据测试结果，可以得出在两种环境下胎压对刹车距离的影响是________________________________．
（3）胎压对刹车距离的影响主要是胎压不同导致地面对轮胎的阻力不同．该技术员在雨天环境下，对标准胎压的汽车进行测试时，若在刹车过程中汽车受到地面的平均阻力为3000牛，试计算在刹车过程中，汽车克服地面阻力做功多少焦？

如图所示，工人站在水平工作台D上使用滑轮组提升重物M，滑轮A、B的质量均为3kg，滑轮C的质量与A、B不同，工人的质量为57kg．该工人利用滑轮组匀速提升重物M时，对绳端的拉力为F₁，功率为P，滑轮A对工作台向下的拉力为F_A，工人对工作台的压强为p₁；若重物M浸没于水中，该工人利用滑轮组匀速提升水中的重物M，在M出水面之前，工人对工作台的压强为p₂，滑轮组的机械效率为η，重物M在水中上升的速度为0.5m／s．已知重物M的质量为120kg，密度为2×10³kg／m³，上升的速度始终为0.5m／s，p₁︰p₂＝16︰14．（不计绳重、滑轮轴摩擦及水的阻力，g取10N／kg）求：
（1）重物M浸没在水中时所受的浮力F_浮；
（2）重物M在空中被匀速提升时，滑轮A对工作台向下的拉力F_A和绳端拉力F₁的功率P；
（3）重物M在水中被匀速提升时，滑轮组的机械效率η．

问题解决——测量滑轮组机械效率：
小雨用如图所示滑轮组将一个重物A提起，他想知道此时滑轮组的机械效率．现在他身边除了重物A、两个相同的滑轮、细绳外，还有3只相同的小桶和若干相同的小铁钉．
（1）请你推导出测量此时滑轮组机械效率的数学表达式（不计绳重和摩擦）；
（2）请你说明测量步骤（请配图说明，图画在方框内）．

定滑轮在使用时相当于一个杠杆．如图所示，某人用绳子沿着倾斜方向通过定滑轮拉住钩码，已知人手的拉力为F，钩码重力为G．
（1）请在图中标出这个“杠杆”的支点O，厕出拉力F、钩码重力G及它们的力臂（保留作图痕迹）；
（2）若不计摩擦、滑轮重和绳重，请用杠杆平衡条件推证：F＝G．

如图所示，滑轮下挂重600N的物体G，滑轮重60N，绳和杠杆都是轻质的．要在图示位置使杠杆平衡．
（1）请在图中作出绳对杠杆的作用力F′，力F′的大小是________N．
（2）在杠杆的A处，所加的竖直向上的力F应是________N．（杠杆上刻线的间距相等）

郝强同学对建筑工地上的长臂吊车（如图甲）有些疑惑：不吊物体它能平衡，吊重物也能平衡，重物沿臂移动仍能平衡．后来他通过设计“移动支点式杠杆”模型（如图乙）弄懂了类似问题：密度及粗细都均匀的直棒AB＝1.8m，放在一个宽度为40cm的凳子上，当在棒的A端固定一个铅块（忽略大小）m_铅＝2kg时，棒刚好绕O₁点有转动的趋势（AO₁＝30cm）．
（1）求棒的质量m_棒；
（2）当在P处挂一重物时（PB＝10cm），棒刚好绕O₂点有转动的趋势．求重物质量m_物及此时棒对O₂点的压力F（g取10N／kg）；
（3）当悬线带着重物缓慢向A端移动时，可以认为凳面上只有某点E（即新支点）对棒有支持力．回答：随着重物左移，E点将“左移”或“右移”还是“不动”？棒对E点的压力F_E是“变大”或“变小”还是“不变”？（不必说明理由）

流量表示单位时间内通过某一横截面的流体的体积，用字母Q表示．流量在生产和生活中有广泛的应用，如每到汛期，监测湘江的流量是抗洪防汛的重要工作．
（1）如图所示，水流在粗细均匀的水平管道内向右匀速流动，设水流速度为v，管内通道的横截面积为S．取一段管道AB，水从B端流到A端所用时间为t，则AB间水柱的长度l＝________，体积V＝________（要求用S、v、t表示）．根据流量的定义可得Q＝vS，它表示流量等于流速与横截面积的乘积．

（2）打开水龙头，自来水通过导管流过如图所示的玻璃管．待水流稳定后，比较图中1、2两处的流速，________处的流速较大；比较C、D玻璃管中的水面高度，________管中的水面较高．

（3）打开水龙头后，只要水流不散开，就可以观察到水柱越来越细，如图所示．请你指出产生这种现象的原因：________________________________________________．（提示：流量不变）

（4）利用流量Q＝vS，请你设计一个测量水龙头出水速度的实验方案．要求：
a．列出主要的操作步骤；b．说明需要测量的物理量；c．写出出水速度的表达式．

某教师用“试管爬升”实验验证大气压的存在，其做法如下：取两个直径相差很小的平底试管，将细试管底部插入装满水的粗试管内，再将两试管迅速倒置（保持竖直），会看到细试管慢慢“爬进”粗试管里，如图所示．细试管能否在粗试管内竖直向上“爬升”，取决于开始时细试管插入粗试管内的深度，如果插入过浅细试管就不能自动上升．
若细试管的重为G，外直径为d，水的密度为ρ₀，大气压强为p₀，请你通过推导计算，回答下列问题：
（1）细试管在“爬升”时，受到大气对它竖直向上的压力是多少？
（2）细试管开始插入的深度h₀满足什么条件时，它刚好可以向上“爬升”．

高压锅是生活中一种密闭的加热容器．锅盖中央有一出气孔，孔上盖有限压阀，当锅内气压达到限定值时，限压阀被锅内气体顶起放出部分气体，实现了对锅内气体压强的控制．如图所示，某高压锅锅体的内底面积为S，侧壁竖直，出气孔横截面积为S₀，限压阀质量为m₀，限压阀顶部面积为S_t（已知大气压强为p₀）
（1）写出液体沸点与气压的关系．
（2）求出使用高压锅时锅内气体的最大压强．
（3）为保证使用安全，不可随意增加限压阀质量．如果限压阀的质量增加m，请计算锅体与锅盖咬合处锅体对锅盖的最大作用力增大多少．