初中物理综合题

如图所示是百色起义纪念公园内的一块景观石，其质量为 $5200\mathit{kg}$，体积为 $2m^3$，景观石与底座的接触面积为 $1.3m^2$。求：

（1）景观石的密度；

（2）景观石的重力；

（3）景观石对底座的压强。

“测量小灯泡的电功率”实验，小丹同学设计了如图甲所示的电路图。所用电学器材如下：电源（ $6V$）、额定电压为 $2.5V$的小灯泡（正常发光时电阻约为 $11\Omega$）、电流表（ $0～0.6A，0～3A$）、电压表（ $0～3V，0～15V$）、滑动变阻器 $R_1$标有“ $10\Omega 1A$”、滑动变阻器 $R_2$标有“ $20\Omega 1.5A$”、开关、导线若干。

（1）进行实验

①连接电路时，应选用滑动变阻器＿＿＿＿＿（选填“ $R_1$”或“ $R_2$”）进行实验，电流表量程应选＿＿＿＿＿（选填“ $0～0.6A$”或“ $0～3A$”）更合理。

②闭合开关，调节滑动变阻器滑片 $P$，使小灯泡两端的电压分别低于、等于、高于额定电压，记下电压值和电流值，并观察小灯泡的亮度，把实验数据和观察到的现象记录在表格里。

次数	电压U/V	电流I/A	电功率P/W	小灯泡亮暗情况
1	2	0.2		较暗
2	2.5	0.22		正常
3	3	0.24		较亮

（2）分析与归纳

由表格中数据可得：

①小灯泡额定功率为＿＿＿＿＿ $W$。

②小灯泡亮度由＿＿＿＿＿功率决定。

（3）完成上述实验后，小丹同学在缺少电压表的情况下，为了测量另一个额定电流为 $0.25A$的小灯泡的额定功率，设计了如图乙所示的电路。电源电压（未知）保持不变。请完成实验步骤：

①闭合开关，移动滑动变阻器滑片P，使电流表示数为 $0.25A$。

②断开开关，用 $5\Omega$的定值电阻替换灯泡，滑动变阻器滑片 $P$ ＿＿＿＿＿（选填“向左移动”、“向右移动”或“保持不动”）。闭合开关，电流表的示数为 $0.3A$。

③将滑动变阻器滑片 $P$移到最左端，电流表示数为 $0.9A$，可得电源电压为＿＿＿＿＿ $V$。

④小灯泡的额定功率为＿＿＿＿＿ $W$。

歼 $-31$是我国自主研制的战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性等优异性能，该飞机最大起飞质量为 $28t$，最大飞行高度达 $20000m$，最大航行速度达2100 $\mathit{km}/h$，最大载油量为 $10t$，飞行时所受阻力的大小与速度的关系见下表：

速度 $v(m/s)$	100	200	300	400	500
阻力 $f/N$	$0.3\times {10}^4$	$1.2\times {10}^4$	$2.7\times {10}^4$	$4.8\times {10}^4$	$7.5\times {10}^4$

已知飞机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是 $40\%$，飞机使用的航空燃油的热值为 $5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g$取10 $N/\mathit{kg}$，求：

（1）飞机的最大起飞重力为多少牛顿？

（2）当飞机以400 $m/s$的速度匀速巡航时，飞机发动机的输出功率是多少瓦？

（3）飞机发动机完全燃烧7.5 $t$燃油放出的热量为多少焦耳？

（4）若飞机以500 $m/s$的速度巡航时，发动机完全燃烧7.5 $t$燃油，飞机飞行距离为多少？

如图所示，电源电压 $4.5V$保持不变，电流表的量程为 $0~0.6A$，电压表的量程为 $0~3V$，灯泡 $L$标有“ $3V1.5W$”字样，滑动变阻器 $R$标有“ $20\Omega 1A$”字样。闭合开关 $S$，调节滑动变阻器滑片 $P$，使灯泡正常工作，不考虑灯丝电阻的变化。求：

（1）灯泡正常工作时的电流和电阻；

（2）灯泡正常工作 $1\mathit{min}$所放出的热量；

（3）在保证电路安全的条件下，滑动变阻器连入电路的电阻变化范围。

微波通信

电磁波可以用来传递信息，通常用于广播、电视等通信。微波是电磁波家族中的一员，它的性质比中波和短波更接近光波。信息理论表明，作为载体的电磁波，与中波和短波相比，微波在相同的时间内可以传输更多的信息。

用微波传递信息时，必须每隔 $50\mathit{km}$左右就要建设一个微波中继站，如图甲所示。信号传递的距离越远，需要的中继站越多。在雪山上、大洋中，根本无法建设中继站，所以人类用地球同步通信卫星做微波通信的中继站来进行通信。如图乙所示，在地球的周围均匀地配置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三颗同步通信卫星作为太空微波中继站，可使地球上任意两点间保持通信，接收地面站传来的电信号，经过处理后，再发送到另一个或几个地面站。现在通过卫星电视，某地举行体育赛事，其他地方的人几乎可以立刻看到现场的画面。

请根据上述材料，回答下列问题：

（1）用微波传递信息时，必须每隔 $50\mathit{km}$左右就要建设一个微波中继站，这是因为　    　（选填序号）。

①多修建中继站，有利于微波产生更多的信息

②微波的传播距离比中波近，只能传播 $50\mathit{km}$

③微波沿直线传播，不能沿地球表面绕射

（2）如图丙所示， $a$、 $b$分别是Ⅰ、Ⅱ两颗卫星正下方的地面站，把通信卫星假想成一个平面镜，要使地球上 $b$处地面站接收到 $a$处发送的信号，请仿照光路图，在图中画出平面镜及微波传播的路径和方向。

（3）已知三颗通信卫星距地面的高度都是 $3.58\times {10}^4\mathit{km}$，任意两颗卫星之间的距离都是 $7.30\times {10}^4\mathit{km}$．则 $a$处发送的微波信号传送到 $b$处所用的时间是　       　 $s$。

音乐喷泉是集光机电技术于一体的装置，让红、绿、蓝三种色灯照射到水柱上，通过电脑控制三种色灯功率的比例就能让水柱变换颜色，呈现美轮美奂的视觉效果。图甲是某段时间内红、绿两色灯功率随时间变化的图像。

（1）第 $28s$红灯两端的电压为 $100V$，求此时通过红灯的电流；

（2）请计算 $0～30s$内红灯和绿灯消耗的总电能；

（3）图乙是控制喷泉水柱工作的模拟电路。 $AB$两端输入如图丙所示的周期性变化的电压 $U_{AB}$，定值电阻 $R＝2\Omega$， $D$为特殊电子元件。当 $U_{AB}＜6V$时， $D$两端的电压 $U_D＝U_{AB}$；当 $U_{AB}\ge 6V$时， $U_D$恒为 $6V$不变。当通过 $R$的电流满足 $I\ge 2A$时，电路启动喷水，此时 $U_{AB}$至少为多少伏？该电路工作 $10min$，其中喷水时间有多少秒？

如果需要对物体的长度进行更精确的测量，可以选用游标卡尺。某规格游标卡尺的构造如图甲：①是主尺（最小刻度是毫米）；②是游标尺 $(10$个等分刻度）。它是套在主尺上可移动的部件；③是测量爪。移动游标尺，把被测物体夹在两测量爪之间，两爪之间的距离等于被测物体的长度。

（1）图甲中，当测量爪对齐时，游标尺上的0刻线与主尺上的0刻线对齐，游标尺的第10刻线与主尺上 $9\mathit{mm}$刻线对齐，其它刻线都与主尺上的刻线不对齐，则游标尺上每小格比主尺上每小格的长度少　        　毫米。

（2）如果将1张厚度为 $0.1\mathit{mm}$的 $A4$纸夹在测量爪间，游标尺的第1刻线与主尺刻线对齐，读数为 $0.1\mathit{mm}$；如果将2张这样的 $A4$纸夹在测量爪间，游标尺的第2刻线与主尺刻线对齐，读数为 $0.2\mathit{mm}$；依此类推，如果将10张这样的 $A4$纸夹在测量爪间，游标尺与主尺刻线对齐的情况如图乙，读数为 $1.0\mathit{mm}$。如图丙，如果将一个小钢球夹在测量爪间，则这个小钢球的直径为　       　毫米。

（3）用毫米刻度尺测量长度时，只能准确地读到毫米，而用本题中的游标卡尺测量时，就能准确地读到　       　毫米，这个数值叫做游标卡尺的精确度。如果用 $L$表示待测物体的长度，用 $L_0$表示主尺的整毫米数， $k$表示与主尺刻线对齐的游标尺上的刻线序数， $a$表示游标卡尺的精确度，则待测物体的长度表达式可归纳为： $L=$　         　。

边长为 $20\mathit{cm}$的薄壁正方形容器（质量不计）放在水平桌面

上，将质地均匀的实心圆柱体竖直放在容器底部，其横截面积为 $200c{m}^2$，高度为 $10\mathit{cm}$。如图1所示。然后向容器内缓慢注入某种液体，圆柱体始终直立，圆柱体对容器底部的压力与注入液体质量的关系如图2所示。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）判断圆柱体的密度与液体密度的大小关系，并写出判断依据；

（2）当圆柱体刚被浸没时，求它受到的浮力；

（3）当液体对容器底部的压强与容器对桌面的压强之比为 $1:3$时，求容器内液体的质量。

浮筒法，是海洋沉船打捞技术中常用的方法之一。先让浮筒灌满海水，靠自重自由下沉。到达海底沉船处，将若干个浮筒与沉船固定。给浮筒充气，排出筒内海水，产生向上的上举力，让沉船上浮。已知，每个浮筒质量为 $4.8\times {10}^{3}kg$，体积为 $160m^3$，海水密度为 $1.03\times {10}^{3}kg/m^3$。求：

（1）每个浮筒在海底沉船处，充气，海水全部排出后，受到的浮力大小和产生的上举力大小；

（2）若沉船在海平面下方 $200m$处，海平面大气压为 $1.0\times {10}^{5}Pa$，浮筒排出海水时，充气压强的最小值；

（3）若沉船需要受到向上 $4.1\times {10}^{7}N$的上举力，才能上浮，则至少需要多少个浮筒与沉船固定。

武都引水工程被誉为“第二个都江堰”，具有防洪、灌溉、生态环保、国土资源保护、工业生活供水、旅游以及发电等综合利用功能的大型骨干水利工程。作为武引一期工程的骨干屯水库 $--$沉抗水库位于绵阳市的游仙区沉抗镇境内，距离绵阳市区15公里，现已成为绵阳的著名旅游景点“仙海风景区”。作为二期工程内容的武都水库位于我市江油武都镇的涪江干流上。总库容5.72亿立方米，碾压混凝土大坝高120米，设计控灌面积228万亩。武都电站是依托武都水库兴建的坝后式电站，装有三台机组，总装机容量15万千瓦 $\left(g=10N/\mathit{kg},{\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$。

①若电站实际年平均发电量为6.1亿 $\mathit{kW}\cdot h$，电力系统吸收的有效电量为5.745亿 $\mathit{kW}\cdot h$，其中电厂用电 $0.5\%$，出厂后专用输变电损失 $1\%$，按平均上网电价0.28元 $/\mathit{kW}\cdot h$计算，电站年收益多少亿元？（保留三位数）

②若电站水面落差（水面与发电机之间的高度差）为 $80m$，按装机容量满负荷发电，发电机机械能转化为电能的效率为 $75\%$，水的流量 $Q$为多少？（流量 $Q:$单位时间内流过截面积的体积）

③仙海中学兴趣小组在仙海湖面上做实验，用一机动船拖拉一无动力的木船以 $1.5m/s$匀速前进，机动船的质量为 $2\times {10}^3\mathit{kg}$，内燃机功率为 $170\mathit{kW}$，木船下部都可以视为长方体，底面面积为 $12m^2$，吃水深度 $0.4m$，两船受到的阻力都是船重的0.5倍，机动船的内燃机效率是多少？

问题解决 $--$制作电子拉力计：

现有如下器材：

一个电压恒为 $12V$的电源；一个阻值为 $20\Omega$的定值电阻 $R_0$；一个量程为 $0~0.6A$的电流表；一个开关；若干导线；一根长为 $8\mathit{cm}$、阻值为 $40\Omega$的均匀电阻丝 $R_1$（它的阻值与其长度成正比）；一根轻质弹簧，一端可以固定，另一端和金属滑片 $P$固定在一起 $(P$与 $R_1$间的摩擦不计），它的伸长量与受到的拉力关系图象如图乙所示。

（1）请利用上述器材制作电子拉力计，在图甲所示方框中画出设计的电路图。

（2）请推导出拉力 $F$与电流表示数 $I$的关系式，并在图丙所示的电流表表盘上标出拉力为 $0N$， $20N$， $40N$对应的刻度值。

如图所示装置中，轻质杠杆支点为 $O$，物块 $A$、 $B$通过轻质细线悬于 $Q$点，当柱形薄壁容器中没有液体时，物体 $C$悬挂于 $E$点。杠杆在水平位置平衡；当往容器中加入质量为 $m_1$的水时，为使杠杆在水平位置平衡，物块 $C$应悬于 $F$点。 $A$． $B$为均匀实心正方体， $A$． $B$的边长均为 $a$。连接 $A$， $B$的细线长为 $b$， $B$的下表面到容器底的距离也为 $b$，柱形容器底面积为 $S$．已知： $a=b=2\mathit{cm}$， $S=16c{m}^2$， $O$、 $Q$ 两点间的距离为 $L_{\mathit{OQ}}=4\mathit{cm}$；三个物块的重为 $G_A=0.016N$． $G_B=0.128N$， $G_C=0.04N$， $m_1=44g$； ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg}$。杠杆重力对平衡的影响忽略不计，细线重力忽略不计，物块不吸水。

（1） $O$、 $E$两点间的距离 $L_{\mathit{OE}}=$？

（2） $E$、 $F$两点间的距离 $L_{\mathit{EF}}=$？

（3）如果剪断物块 $A$上方的细线，往容器中加水，直到容器中水的质量为 $m_2=120g$，则物块处于平衡位置后，水对物块 $B$上表面的压力 $F_b=$？

如图1所示，置于水平地面的薄壁容器上面部分为正方体形状，边长 $l_1=4\mathit{cm}$，下面部分也为正方体形状，边长 $l_2=6\mathit{cm}$，容器总质量 $m_1=50g$，容器内用细线悬挂的物体为不吸水的实心长方体，底面积 $S_{物}=9c{m}^2$，下表面与容器底面距离 $l_3=2\mathit{cm}$，上表面与容器口距离 $l_4=1\mathit{cm}$，物体质量 $m_2=56.7g$。现往容器内加水，设水的质量为 $M$，已知 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg}$。

（1）当 $M=58g$时，水面还没有到达物体的下表面，求此时容器对水平地面的压强；

（2）当 $M=194g$时，求水对容器底部的压力；

（3）当 $0⩽M⩽180g$时，求出水对容器底部的压力 $F$随 $M$变化的关系式，并在图2中作出 $F-M$图像。

为减少碳排放，国家鼓励发展电动车。综合续航里程是电动车性能的重要指标，我国目前测试综合续航里程的标准是：电动车充满电后，重复以下一套循环，将电能耗尽后实际行驶的里程就是综合续航里程。一套循环：由4个市区工况与1个市郊工况组成。市区工况是模拟在市区速度较低的情况，每1个市区工况平均时速 $18\mathit{km}/h$，行驶时间 $200s$；市郊工况是模拟交通畅通的情况，每1个市郊工况平均时速 $64.8\mathit{km}/h$，行驶时间 $400s$。

国产某型号的电动汽车有四个相同的轮胎，空载整车质量 $2400\mathit{kg}$，在水平地面上时每个轮胎与地面的接触面积是 $0.06m^2$，使用的液冷恒温电池包充满电后蓄电池电能是 $70\mathit{kW}·h$。

某次测试，在市区工况行驶过程中，电动汽车平均牵引力大小是 $480N$，在市郊工况行驶过程中，电动汽车平均牵引力大小是 $600N$，测得的综合续航里程是 $336\mathit{km}$。 $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）空载时轮胎对地面的压强。

（2）本次测试中，完成1个市区工况，电动汽车牵引力做的功。

（3）本次测试中，完成一套循环，电动汽车平均消耗多少 $\mathit{kW}·h$的电能。

如图所示，足够高的薄壁圆柱形容器放在水平桌面上，容器内水的质量为 $1\mathit{kg}$，水的深度为 $10\mathit{cm}$。实心圆柱体 $A$质量为 $400g$，底面积为 $20c{m}^2$，高度为 $16\mathit{cm}$。实心圆柱体 $B$质量为 $m_0$克 $(m_0$取值不确定），底面积为 $50c{m}^2$，高度为 $12\mathit{cm}$。实心圆柱体 $A$和 $B$均不吸水，已知 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，常数 $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）求容器的底面积。

（2）若将圆柱体 $A$竖直放入容器内，求静止时水对容器底部的压强 $p_1$。

（3）若将圆柱体 $B$竖直放入容器内，求静止时水对容器底部的压强 $p_2$与 $m_0$的函数关系式。