?專題57 雜技魔術(shù)科技活動(dòng)中的物理問題

一、雜技魔術(shù)
魔術(shù)會(huì)用到許多物理知識(shí)，將魔術(shù)思想滲透中考試題，是命題者創(chuàng)造性的開發(fā)資源，能夠讓學(xué)生通過解決試題辨別真?zhèn)?、知道虛?shí)，這類問題是時(shí)代發(fā)展創(chuàng)新舉措。
二、自制教具主要類型
1.用來演示物理現(xiàn)象的自制教具.初中自制教具的常見內(nèi)容：慣性、流體流速與壓強(qiáng)的關(guān)系、電流的效應(yīng)、超重失重現(xiàn)象、靜電感應(yīng)現(xiàn)象、電磁感應(yīng)現(xiàn)象、光的反射、折射現(xiàn)象，壓縮氣體溫度升高、氣體急速膨脹時(shí)溫度下降現(xiàn)象等。如：《探究聲音的產(chǎn)生》、《測(cè)平均速度》、《研究摩擦力》、《研究流體的壓強(qiáng)與流速的關(guān)系》、《研究杠桿的平衡條件》、《研究平面鏡成像》、《測(cè)量斜面的機(jī)械效率》，還有課本上設(shè)置的許多有趣實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)都可以用自制的教具來完成。
2.用來模擬物理現(xiàn)象的自制教具.在物理實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)成配置的儀器中有許多現(xiàn)成的物理模型，如“磁感線模型”、“眼球模型”，“布朗運(yùn)動(dòng)模擬演示器”等。在自制教具中，也出現(xiàn)了很多模擬物理現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)作品，諸如：汽輪機(jī)等。
3.用來探究和揭示各種物理規(guī)律的自制教具.在中學(xué)物理教學(xué)中，涉及到的物理規(guī)律很多，諸如：阿基米德原理、歐姆定律、焦耳定律等， 物理規(guī)律來之于實(shí)驗(yàn)，而實(shí)驗(yàn)方法和手段不斷推陳出新，為自制教具提供了廣闊的天地。如：利用數(shù)碼照相機(jī)制作“頻閃照片”，就是近年來新技術(shù)出現(xiàn)后引入的新實(shí)驗(yàn)器材和方法。
4.生活中的簡(jiǎn)易模型.常見的制作或發(fā)明如：簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)、簡(jiǎn)易發(fā)電機(jī)、自制照相機(jī)、自制收音機(jī)、門鈴、延時(shí)開關(guān)、日光燈電路、簡(jiǎn)易熱機(jī)、靜電除塵裝置、自制簡(jiǎn)易金屬探測(cè)器、太陽能路燈原理演示裝置，自制門電路、溫度傳感器、簡(jiǎn)易動(dòng)圈式揚(yáng)聲器、靜電風(fēng)車、電子秤測(cè)量原理演示裝置、電飯鍋控溫原理裝置、傳感器應(yīng)用——闖紅燈照相、火力發(fā)電演示實(shí)驗(yàn)、磁流體發(fā)電機(jī)等。

【例題1】（2020河南）在科學(xué)晚會(huì)上，小明所在的科技小組示了一個(gè)“隔板推物”的節(jié)日，其原理如圖所示：甲、乙兩線圈分別懸掛在兩個(gè)蹄形磁鐵的磁場(chǎng)中，兩線圈通過導(dǎo)線連接構(gòu)成一個(gè)閉合電路，用手推動(dòng)甲線圈擺動(dòng)時(shí)，乙線圈會(huì)隨之?dāng)[動(dòng)，對(duì)于這個(gè)過程，下列說法正確的是（ ）

A. 甲線圖相當(dāng)于電源，乙線圈相當(dāng)于用電器
B. 推動(dòng)甲線圈擺動(dòng)時(shí)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
C. 乙線圈隨之?dāng)[動(dòng)時(shí)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能
D. 乙線圈擺動(dòng)是因?yàn)橥妼?dǎo)線在磁場(chǎng)中受力
【答案】AD
【解析】A．由題意知，甲線圈擺動(dòng)的過程做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，閉合的回路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，相當(dāng)于電源；乙線圈擺動(dòng)的原理是通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力，相當(dāng)于用電器，故A正確；
B．推動(dòng)甲線圈擺動(dòng)時(shí)，是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，故B錯(cuò)誤；
C．乙線圈隨之?dāng)[動(dòng)時(shí)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；故C錯(cuò)誤；
D．乙線圈相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)，乙線圈擺動(dòng)的原理是通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力。故D正確。
【對(duì)點(diǎn)練習(xí)】雜技節(jié)目表演中，一位雜技小丑穿著很長的大皮鞋，站在水平舞臺(tái)上向觀眾鞠躬致意，雙腳不動(dòng)上身沒有躬下，而是整個(gè)身子筆直緩慢向前傾斜卻不倒下。下列說法不正確的是（ ）
A. 小丑的鞋子可能很重，有助于降低重心
B. 小丑的鞋子長，支撐面擴(kuò)大了，使重心在支撐面以內(nèi)
C. 小丑的鞋底受到了地面的摩擦力
D. 小丑對(duì)地面的壓力與地面對(duì)小丑的支持力大小相等
答案：C
解析：A．穩(wěn)度與物體的重心，底面的面積有關(guān)。在底面積不變時(shí)，重心越低越穩(wěn)；所以小丑的鞋子可能很重，有助于降低重心，故A正確；
B．在重心不變時(shí)，底面積越大越穩(wěn)，故小丑的鞋子長，支撐面擴(kuò)大了，使重心在支撐面以內(nèi)。故Ｂ正確；
Ｃ．因?yàn)樾〕笫请p腳不動(dòng)上身沒有躬下，全身上下是靜止的，自身沒有受到任何推力，也沒有運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)（注意，是緩慢移動(dòng)，意思就是沒有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)），既然這樣，那么有兩種可能：一是沒運(yùn)動(dòng)，沒有動(dòng)摩擦；二是沒有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，沒有靜摩擦，故Ｃ錯(cuò)誤；
D．小丑對(duì)地面的壓力與地面對(duì)小丑的支持力是相互作用力，大小相等。故D正確。
【例題2】（2020湖南婁底模擬）小華同學(xué)在科技館觀摩自行車走鋼絲表演后回家做了一個(gè)模型，如圖所示，下列說法正確的是（　?。?br />
A．自行車的重力與鋼絲對(duì)自行車的支持力是一對(duì)平衡力
B．自行車和所掛物體總重力與鋼絲對(duì)自行車的支持力是一對(duì)平衡力
C．自行車對(duì)鋼絲的壓力與鋼絲對(duì)自行車的支持力是一對(duì)平衡力
D．自行車對(duì)繩的拉力與鉤碼的重力是一對(duì)平衡力
【答案】B
【解析】平衡力指作用在同一個(gè)物體上的兩個(gè)力，大小相等、方向相反、作用在同一直線上，由此分析解答。
A．鋼絲對(duì)自行車的支持力等于自行車和所掛物體的重力的和，不等于自行車的重力，不是一對(duì)平衡力，故A錯(cuò)誤；
B.自行車和所掛物體總重力與鋼絲對(duì)自行車的支持力滿足二力平衡的四個(gè)條件，是一對(duì)平衡力，故B正確；
C.自行車對(duì)鋼絲的壓力與鋼絲對(duì)自行車的支持力沒有作用在同一個(gè)物體上，不是一對(duì)平衡力，故C錯(cuò)誤；
D.自行車對(duì)繩的拉力與鉤碼的重力沒有作用在同一個(gè)物體上，不是一對(duì)平衡力，故D錯(cuò)誤。
【對(duì)點(diǎn)練習(xí)】如圖是小明制作的簡(jiǎn)易“蒸汽船”型。將盛有一定量水的銅容器安裝在“船體”上，用蠟燭對(duì)銅制容器底部加熱，一段時(shí)間后銅管會(huì)向右噴蒸汽，“蒸汽船”就向左行駛。

（1）蠟燭對(duì)銅制容器加熱導(dǎo)致容器內(nèi)水溫升高這是通過_______的方式改變水的內(nèi)能。
（2）當(dāng)銅管向右噴蒸汽時(shí)“船體”獲得噴出的蒸汽對(duì)其向左的推力，這說明了________。
【答案】（1）熱傳遞 （2）力的作用是相互的
【解析】（1）改變物體的內(nèi)能有兩種方式，做功和熱傳遞，結(jié)合題意，蠟燭對(duì)銅制容器加熱導(dǎo)致容器內(nèi)水溫升高這是通過熱傳遞的方式改變水的內(nèi)能。（2）當(dāng)銅管向右噴蒸汽時(shí)“船體”獲得噴出的蒸汽對(duì)其向左的推力，這說明力的作用是相互的。

一、選擇題
1.（2019?攀枝花）魔術(shù)師在某次演岀中表演了“獅吼功”：把嘴靠近紅酒杯發(fā)聲將紅酒杯震碎。其奧秘為通過控制聲音的頻率使其與紅酒杯的頻率相同達(dá)到共振而震碎紅酒杯。魔術(shù)師表演中調(diào)節(jié)的是聲音的（　　）
A．音調(diào) B．響度 C．音色 D．聲速
【答案】A
【解析】魔術(shù)師通過控制聲音的頻率使其與紅酒杯的頻率相同達(dá)到共振而震碎紅酒杯，因?yàn)橐粽{(diào)與物體振動(dòng)的頻率有關(guān)，頻率越高，音調(diào)越高，所以，魔術(shù)師表演中調(diào)節(jié)的是聲音的音調(diào)，故A正確，BCD錯(cuò)誤。
2.社團(tuán)活動(dòng)在婁底各校轟轟烈烈開展，小明參加了雜技社團(tuán)，他常常在平整松軟的土地上練習(xí)單腳站立和單手倒立。當(dāng)他單腳站立時(shí)，在地面上留下了一個(gè)凹陷的鞋印，單手倒立時(shí)留下了一個(gè)凹陷的手掌印，那么（ ）
A. 單腳站立時(shí)對(duì)地面的壓力大于單手倒立時(shí)對(duì)地面的壓力
B. 單腳站立時(shí)對(duì)地面的壓力小于單手倒立時(shí)對(duì)地面的壓力
C. 手掌印凹陷的深度大于鞋印凹陷的深度
D. 手掌印凹陷的深度等于鞋印凹陷的深度
【答案】C
【解析】在水平地面上單腳站立或單手倒立對(duì)地面的壓力不變，都等于人體的重力；單手的面積小于單腳的面積；根據(jù)公式可知，單手倒立時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)大，所以手掌印凹陷的深度大于鞋印凹陷的深度。
3.如圖所示，用鉛筆尖頂著一個(gè)紙風(fēng)車，置于一杯熱水上，風(fēng)車就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。以下敘述正確的是（　?。?br />
A．風(fēng)車靜止時(shí)，只受到重力的作用
B．風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，只受到熱空氣推力的作用
C．風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為水的熱能
D．移去熱水，風(fēng)車由于慣性不會(huì)立即停轉(zhuǎn)
【答案】D
【解析】（1）風(fēng)車靜止時(shí)受到平衡力的作用，對(duì)靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)車時(shí)進(jìn)行受力分析從而判斷；
（2）能量轉(zhuǎn)化時(shí)，消耗的能轉(zhuǎn)化為得到的能；
（3）物體具有保持原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)。
A．風(fēng)車靜止時(shí)受力平衡，除受到重力外還受到鉛筆的支持力的作用，故A錯(cuò)誤；
B．風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，風(fēng)車受到熱空氣的推力，同時(shí)還受重力和支持力的作用，故B錯(cuò)誤；
C．在風(fēng)車的下方放置一杯熱水后，熱空氣向上流動(dòng)，推動(dòng)風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故C錯(cuò)誤；
D．移去熱水，風(fēng)車不能立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，是因?yàn)轱L(fēng)車具有慣性，故D正確。
4.“慶六?一文藝會(huì)演”時(shí)，中學(xué)物理組的老師給大家表演了一個(gè)“不怕電”的節(jié)目。首先王老師將一標(biāo)有“PZ220-100”的燈泡接到兩導(dǎo)線頭M、N之間，燈泡正常發(fā)光。隨后將燈泡取下，王老師站到干燥的木凳上后，左右手分別抓住M、N兩導(dǎo)線頭（如圖）。李老師用測(cè)電筆分別測(cè)試M、N及王老師的皮膚，發(fā)現(xiàn)測(cè)電筆的氖管都發(fā)光，而王老師卻談笑自 如。對(duì)以上現(xiàn)象的解釋，你認(rèn)為正確的是（ ）

A．王老師有特異功能，確實(shí)不怕電
B．王老師的雙手戴著絕緣手套
C．在人、燈替換之時(shí)，有人將零線斷開了
D．在人、燈替換之時(shí)，有人將火線斷開了
【答案】C
【解析】此題以“不怕電”的節(jié)目表演作為題設(shè)情境，考查了學(xué)生知識(shí)、能力和態(tài)度等多方面的素質(zhì)，其中選項(xiàng)A直接考查學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，反映了新課標(biāo)中對(duì)學(xué)生“情感、態(tài)度、價(jià)值觀”的要求，也有通過該題引導(dǎo)學(xué)生正確識(shí)別類似的“氣功”表演的作用。對(duì)于“不怕電”現(xiàn)象的解釋，則要求學(xué)生具備靈活運(yùn)用知識(shí)和將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為物理問題的能力。選項(xiàng)B雖然可以防止人觸電，但這樣做明顯不符合“表演”的目的，會(huì)讓觀眾輕易識(shí)破，且戴著絕緣手套后，也不會(huì)出現(xiàn)“測(cè)電筆的氖管都發(fā)光”的現(xiàn)象。選項(xiàng)D也可防止發(fā)生觸電，但不會(huì)出現(xiàn)“測(cè)電筆的氖管都發(fā)光”的現(xiàn)象。將零線切斷后，火線無法構(gòu)成回路，也就沒有電流會(huì)流過人體，故不會(huì)發(fā)生觸電事故。但由于人體此時(shí)仍和火線相通，所以會(huì)出現(xiàn)“測(cè)電筆的氖管都發(fā)光”的現(xiàn)象。此題具有較大的欺騙性。應(yīng)選C。
二、填空題
5.下面是兩則科技新聞：①“天眼一FAST”第一次發(fā)現(xiàn)了一顆距地球4000光年的毫秒脈沖星；②我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，鋰電池單體能量密度已達(dá)230W?h/kg其中“光年”是　　的單位，“W?h”是　　的單位。（填物理量名稱）
【答案】長度；能量。
【解析】光在1年中走過的路程是光年，在天文學(xué)中，用光年表示長度單位，kW?h是能量單位，W?h也是能量單位。物理學(xué)中，“光年”是光在1年中走過的路程，是長度單位；W?h是功率與時(shí)間的乘積，是能量單位。
6.科技館內(nèi)有一個(gè)“靜電球”，當(dāng)人觸摸“靜電球”時(shí)，頭發(fā)絲便會(huì)一根根豎起，形成“怒發(fā)沖冠”的景象，如圖所示，這是由于頭發(fā)絲帶　?。ㄟx填“同種”或“異種”）電荷而互相　　的結(jié)果。

【答案】同種；排斥。
【解析】同種電荷相斥，異種電荷相吸，故據(jù)此分析即可判斷。
人體是導(dǎo)體，當(dāng)人觸摸靜電球時(shí)，人體也帶了和靜電球同種電荷的電，故人的頭發(fā)上也會(huì)帶上與靜電球同種電荷的電，據(jù)同種電荷相斥可知，頭發(fā)之間帶同種電荷，相互排斥，故頭發(fā)會(huì)蓬松豎起來。
7. “漂移”是一種高難度的汽車表演項(xiàng)目。有一種“漂移”方法如下：當(dāng)汽車在水平地面上勻速疾駛時(shí)，車對(duì)地面的壓力和地面對(duì)車的支持力________（填“是”或“不是”）一對(duì)平衡力，此時(shí)突然剎車，但汽車仍要向前運(yùn)動(dòng)，這是由于汽車具有________。同時(shí)迅速轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，通過摩擦力改變汽車的運(yùn)動(dòng)方向，使汽車急轉(zhuǎn)彎。
答案：不是，慣性。
解析：平衡力是作用于一個(gè)物體的力，而車對(duì)地面的壓力和地面對(duì)車的支持力分別作用于兩個(gè)物體，是一對(duì)相互作用力，而不是平衡力；此時(shí)突然剎車，由于汽車具有慣性，所以仍要向前運(yùn)動(dòng)。
三、實(shí)驗(yàn)探究題
8.制作簡(jiǎn)易氣壓計(jì)，觀察大氣壓隨高度的變化。

(1)如圖所示，在玻璃瓶中倒入適量紅色的水，將插有玻璃管的橡皮塞塞緊瓶口，紅水升到玻璃管一定的高度，但高度不夠，你應(yīng)________，使水上升到瓶口以上適當(dāng)位置，制成了簡(jiǎn)易氣壓計(jì)。
(2)將簡(jiǎn)易氣壓計(jì)從四樓移到一樓過程中，發(fā)現(xiàn)玻璃管內(nèi)水柱________，說明__________。
(3)小明將簡(jiǎn)易氣壓計(jì)放在陽光下，過一會(huì)兒，他發(fā)現(xiàn)玻璃管內(nèi)水柱發(fā)生了變化，這一現(xiàn)象說明，簡(jiǎn)易氣壓計(jì)的測(cè)量結(jié)果會(huì)受到______________影響。
（4）如圖自制的簡(jiǎn)易氣壓計(jì)，瓶中水面上方是空氣，在圖示的狀態(tài)下，瓶?jī)?nèi)的氣壓___瓶外的大氣壓．小明同學(xué)將氣壓計(jì)從山下拿到山上后，細(xì)玻璃管內(nèi)的水柱高度會(huì)____，原因是大氣壓隨高度的增加而____．
【答案】（1）向瓶?jī)?nèi)吹適量的氣；（2）下降；高度越高，大氣壓越低；（3）外界溫度
（4）大于。升高，減?。?br /> 【解析】（1）向瓶?jī)?nèi)吹適量的氣，增大瓶?jī)?nèi)上方空氣壓強(qiáng)，瓶?jī)?nèi)液體就會(huì)被擠壓到玻璃管里，沿著玻璃管上升。
（2）將簡(jiǎn)易氣壓計(jì)從四樓移到一樓過程中，發(fā)現(xiàn)玻璃管內(nèi)水柱下降，高度越高，大氣壓越低；氣壓計(jì)高度越低，大氣壓越高。
（3）氣壓計(jì)放在陽光下，其周圍環(huán)境溫度升高，玻璃管內(nèi)水柱發(fā)生了變化。說明氣壓與溫度有關(guān)系。
（4）瓶中水面上方是空氣，如果此處的氣壓等于瓶外的大氣壓，管內(nèi)和瓶?jī)?nèi)的水面應(yīng)該相平．現(xiàn)在是管內(nèi)的水面高，說明瓶?jī)?nèi)的氣壓高于瓶外大氣壓；將氣壓計(jì)從山下拿到山上后，大氣壓減小，管內(nèi)水柱高度會(huì)增加，說明大氣壓隨高度的增加而減小。
9.同學(xué)們用手邊的鉛筆可以做很多物理小實(shí)驗(yàn)，如圖所示。

（1）圖甲中鉛筆的長度是　　cm。
（2）圖乙中插入水中的鉛筆看起來彎折了，這是光的　　現(xiàn)象。
（3）圖丙中，用手指分別頂在鉛筆的兩端時(shí)，兩只手指的凹陷程度和感覺不同，是由于壓力的作用效果與　　有關(guān)。
（4）將一些細(xì)銅絲繞在鉛筆下端，制成一個(gè)簡(jiǎn)易密度計(jì)，如圖丁所示。如將此密度計(jì)先后放人水和某液體中，浸入部分長度之比為4：5，則該液體的密度
為　　kg/m3（細(xì)銅絲體積忽略不計(jì)）。
【答案】（1）3.00；（2）折射；（3）受力面積；（4）0.8×103。
【解析】A.刻度尺的最小刻度值（或叫分度值）為相鄰的刻度線表示的長度； 使用刻度尺測(cè)量物體長度時(shí)，要觀察是否從0刻度線量起，起始端沒從0開始，要以某一刻度當(dāng)作“0”刻度，讀出末端刻度值，減去前面的刻度即為物體長度，注意刻度尺要估讀到分度值的下一位；
B.光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，光的傳播方向就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，光的折射形成的現(xiàn)象：放在有水的碗中的筷子看起來好像變折了、放大鏡、池水看起來變淺等。
C.從鉛筆所處的平衡狀態(tài)入手，分析兩手指的受力大小關(guān)系。壓力的作用效果與壓力和接觸面的面積有關(guān)；
D.根據(jù)密度計(jì)漂浮，浮力等于重力，求出液體密度。
由圖知：（1）刻度尺的分度值為1mm=0.1cm，鉛筆左側(cè)與0刻度線對(duì)齊，右側(cè)與3.00cm對(duì)齊，所以鉛筆的長度為3.00cm；
（2）水中鉛筆看起來變彎折，屬于光的折射現(xiàn)象，故B錯(cuò)誤；
（3）鉛筆處于靜止?fàn)顟B(tài)，受到的兩手指的壓力是一對(duì)平衡力。據(jù)題可知，右邊手指更疼，這說明壓力的作用效果與受力面積有關(guān)；
（4）設(shè)浸入水中的長度為4h，浸入液體的長度為5h，橫截面積為s，根據(jù)兩次都漂浮，鉛筆的重力等于排開液體的重力，
ρ水gV排水=ρ液gV排液，
ρ水g×s×4h=ρ液g×s×5h，
ρ液==×1.0×103kg/m3=0.8×103kg/m3。
10.某科學(xué)興趣小組對(duì)“測(cè)定空氣中氧氣含量”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)：將數(shù)顯設(shè)備、氣體壓強(qiáng)傳感器和空氣中氧氣含量測(cè)量裝置按如圖所示連接。裝置氣密性良好，調(diào)節(jié)右邊敞口容器和集氣瓶里的水而相平，此時(shí)集氣瓶?jī)?nèi)氣體的體積為V1．關(guān)閉活塞，點(diǎn)燃燃燒匙內(nèi)的紅磷，立即塞緊瓶塞，待火焰熄滅后，過一段時(shí)間打開活塞，觀察到集氣瓶中的水位上升，待集氣瓶?jī)?nèi)的水面不再上升時(shí)，集氣瓶?jī)?nèi)的體體積為V2．然后向右邊容器內(nèi)加人一定量的水至兩邊水面再次相平，此時(shí)集氣瓶?jī)?nèi)的氣體體積為V3，在點(diǎn)燃紅磷至打開活塞這一過程中，觀察到數(shù)顯設(shè)備顯示集氣瓶?jī)?nèi)的氣體壓強(qiáng)先上升后下降，再趨于穩(wěn)定。
請(qǐng)回答：
（1）數(shù)顯設(shè)備顯示，開始一段時(shí)間集氣瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)上升，這是因?yàn)闇囟壬邔?dǎo)致的氣壓變化量　　（選填”大于”、“等于”或“小于”）氧氣量減少導(dǎo)致的氣壓變化量。
（2）基于數(shù)顯設(shè)備顯示的氣壓變化，“過一段時(shí)間打開活塞”中的“一段時(shí)間”指的是火焰熄滅后到　 　所經(jīng)歷的時(shí)間。
（3）在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，集氣瓶中減少的氧氣體積為　 ?。ㄟx填“V1﹣V2“、“V1﹣V3”或“V2﹣V3“）。

【答案】（1）大于；（2）集氣瓶?jī)?nèi)的溫度恢復(fù)到室溫后（或數(shù)顯設(shè)備的示數(shù)已不變，或集氣瓶?jī)?nèi)的氣壓保持穩(wěn)定）；（3）V1﹣V3。
【解析】根據(jù)壓強(qiáng)變化的原因來分析；根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)來分析；根據(jù)參加反應(yīng)的氧氣來分析。
（1）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，紅磷燃燒放熱，由于溫度升高導(dǎo)致的氣壓變化量大于氧氣量減少導(dǎo)致的氣壓變化量，所以開始一段時(shí)間集氣瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)上升；
（2）在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，不要急于打開活塞，防止發(fā)生危害事故，原則上必須等到集氣瓶?jī)?nèi)的溫度恢復(fù)到室溫后（或數(shù)顯設(shè)備的示數(shù)已不變，或集氣瓶?jī)?nèi)的氣壓保持穩(wěn)定）才能打開活塞；
（3）在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，參加反應(yīng)的氧氣即為集氣瓶?jī)?nèi)減少的氧氣，則減少的氧氣體積為：V1﹣V3。
四、綜合應(yīng)用題
11.某制作小組所設(shè)計(jì)的電飯鍋，其結(jié)構(gòu)如圖所示，控制系統(tǒng)中的感溫磁體與受熱面固定在一起，當(dāng)溫度低于103℃時(shí)，感溫磁體具有磁性。煮飯時(shí)用手向下按動(dòng)開關(guān)，通過輕質(zhì)傳動(dòng)桿AOB使永久磁體和感溫磁體吸合，觸點(diǎn)閉合，電路接通，發(fā)熱板開始發(fā)熱。當(dāng)溫度達(dá)到103℃時(shí)，感溫磁體失去磁性，永久磁體受重力及彈簧的彈力作用而落下，通過傳動(dòng)桿使觸點(diǎn)分開，發(fā)熱板停止發(fā)熱。
（1）畫出使觸點(diǎn)分開時(shí)B點(diǎn)受到的力和力臂。
（2）若用4N的力按下開關(guān)，B端受到的阻力為1N，則動(dòng)力臂和阻力臂之比為　　，如果手按下的距離為0.5cm，則永久磁體和感溫磁體之間的距離至少是　　 cm。
（3）用電飯鍋燒水（在標(biāo)準(zhǔn)氣壓下），水沸騰時(shí)　 　（能/不能）自動(dòng)斷電。

【答案】（1）見解析圖；（2）1：4；2；（3）不能。
【解析】永久磁體受重力及彈簧的彈力作用而落下，畫出使觸點(diǎn)分開，由此畫出B點(diǎn)受到的力，再由畫出其力臂；根據(jù)杠桿的平衡條件計(jì)算動(dòng)力臂和阻力臂之比；根據(jù)功的原理計(jì)算永久磁體和感溫磁體之間的距離；根據(jù)水的沸點(diǎn)結(jié)合感溫磁體失去磁性的溫度分析解答。
（1）由題知，永久磁體受重力及彈簧的彈力作用而落下，則使觸點(diǎn)分開時(shí)B點(diǎn)受到的力是豎直向下的，由此畫出B點(diǎn)受到的力，再由支點(diǎn)O作這個(gè)力作用線的垂線段，即為其力臂L，如圖所示：

（2）若用4N的力按下開關(guān)，即動(dòng)力FA=4N，B端受到的阻力FB=1N，
由杠桿的平衡條件有：FALA=FBLB，
所以動(dòng)力臂和阻力臂之比：===；
由題意和圖示可知，手按下開關(guān)時(shí)，B端上升的升高應(yīng)等于永久磁體和感溫磁體之間的距離，
由功的原理有：FAhA=FBhB，
所以永久磁體和感溫磁體之間的距離：L=hB===2cm；
（3）由題知，當(dāng)溫度達(dá)到103℃時(shí)，感溫磁體失去磁性，永久磁體受重力及彈簧的彈力作用而落下，通過傳動(dòng)桿使觸點(diǎn)分開，發(fā)熱板停止發(fā)熱，
在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)為100℃，則水沸騰時(shí)感溫磁體不會(huì)失去磁性，故不能將觸點(diǎn)分開而自動(dòng)斷電。
12.某物理興趣小組設(shè)計(jì)了一個(gè)壓力報(bào)警裝置，工作原理如圖所示。ABO為一水平杠桿，OA長120cm，O為支點(diǎn)，AB：OB=5：1；已知報(bào)警器R0的阻值恒為10Ω，壓力傳感器R固定放置，R的阻值隨所受壓力F變化的關(guān)系如表所示。閉合開關(guān)S，水平踏板空載時(shí)，電壓表的示數(shù)為2V；當(dāng)水平踏板所受壓力增大，電壓表示數(shù)達(dá)到5V時(shí)，報(bào)警器R0開始發(fā)出報(bào)警信號(hào)。踏板、壓桿和杠桿的質(zhì)量均忽略不計(jì)。求：
F/N
0
5
10
15
20
25
30
…
R/Ω
45
34
24
18
14
12
10
…
（1）電源電壓為多少？
（2）當(dāng)報(bào)警器開始報(bào)警時(shí)，踏板設(shè)定的最大壓力值為多少？
（3）若電源電壓變?yōu)?4V，為保證報(bào)警器仍在踏板原設(shè)定的最大壓力值時(shí)報(bào)警，應(yīng)在杠桿上水平調(diào)節(jié)踏板觸點(diǎn)B的位置。試計(jì)算說明觸點(diǎn)B應(yīng)向哪個(gè)方向移動(dòng)多少厘米？

【答案】（1）電源電壓為11V；
（2）當(dāng)報(bào)警器開始報(bào)警時(shí)，踏板設(shè)定的最大壓力值為150N；
（3）若電源電壓變?yōu)?4V，為保證報(bào)警器仍在踏板原設(shè)定的最大壓力值時(shí)報(bào)警，應(yīng)在杠桿上水平調(diào)節(jié)踏板觸點(diǎn)B的位置，觸點(diǎn)B應(yīng)該向左移動(dòng)8cm。
【解析】由圖乙可知當(dāng)踏板空載時(shí)，壓力傳感器的電阻為45Ω，閉合開關(guān)時(shí)，壓力傳感器和報(bào)警器串聯(lián)，根據(jù)歐姆定律求出電流，再求出電源電壓；電壓表示數(shù)達(dá)到5V時(shí)，報(bào)警器R0開始發(fā)出報(bào)警信號(hào)，根據(jù)歐姆定律求出電流，再求出壓力傳感器兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出壓力傳感器的阻值，從圖象中找出壓力值，再根據(jù)杠桿平衡條件求出踏板設(shè)定的最大壓力值；電源電壓升高時(shí)，R0兩端分得的電壓增大，為保證報(bào)警器仍在踏板原設(shè)定的最大壓力值時(shí)報(bào)警，應(yīng)減小R0兩端的電壓，根據(jù)杠桿的平衡條件判斷踏板觸點(diǎn)移動(dòng)的方向。
若電源電壓變?yōu)?4V，為保證報(bào)警器仍在踏板原設(shè)定的最大壓力值時(shí)報(bào)警，電路中的電流仍變?yōu)?.5A，根據(jù)歐姆定律算出R的電電阻，從表格中判斷出壓力F，據(jù)杠桿平衡條件求出OB的長度，判斷出移動(dòng)的距離。
（1）閉合開關(guān)時(shí)，壓力傳感器R和R報(bào)警器R0串聯(lián)，電壓表測(cè)報(bào)警器R0兩端的電壓，
由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)踏板空載時(shí)（F=0N），壓力傳感器的電阻為R=45Ω，R0=10Ω，電壓表的示數(shù)為2V，
此時(shí)電路中的電流：I===0.2A，
電源電壓為：U=I（R+R0）=0.2A×（10Ω+45Ω）=11V；
（2）報(bào)警器R0開始發(fā)出報(bào)警信號(hào)時(shí)，其電壓為U0′=5V，
此時(shí)電路中的電流：I′===0.5A，
傳感器兩端的電壓：U傳=U﹣U0′=11V﹣5V=6V，
此時(shí)傳感器的阻值：R′===12Ω，
由圖象可知，當(dāng)傳感器的阻值為12Ω時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓力F壓=25N，
由題知，ABO為一水平杠桿，O為支點(diǎn)，AB：OB=5：1，則OB=OA=×120cm=20cm，
根據(jù)杠桿平衡條件可得：F壓×OA=F踏×OB，即25N×6=F踏×1，
解得F踏=150N，即踏板設(shè)定的最大壓力值為150N；
（3）若電源電壓增大變?yōu)?4V時(shí)，R0兩端分得的電壓增大，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)可知，應(yīng)增大壓敏電阻分擔(dān)的電壓，保證R0兩端分得的電壓不變，此時(shí)就應(yīng)該增大壓敏電阻的阻值；
因壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，所以應(yīng)該減小壓桿對(duì)傳感器的壓力，由杠桿平衡條件F壓×OA=F踏×OB可知，OA不變，F(xiàn)踏不變，所以F壓和OB成正比，要減小壓桿對(duì)傳感器的壓力，應(yīng)減小OB，即把踏板觸點(diǎn)B向左移動(dòng)。
若電源電壓變?yōu)?4V，為保證報(bào)警器仍在踏板原設(shè)定的最大壓力值時(shí)報(bào)警（即電壓表示數(shù)仍然為5V），電路中的電流仍為0.5A；
報(bào)警時(shí)壓力傳感器的電阻：R″===18Ω；
由圖象可知，當(dāng)傳感器的阻值為18Ω時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓力為F壓′=15N，
根據(jù)杠桿平衡條件可得：F踏×OB′=F壓′×OA，即150N×OB′=15N×1.2m，
解得OB′=0.12m=12cm；
移動(dòng)的距離：s=OB﹣OB′=20cm﹣12cm=8cm，
故觸點(diǎn)B應(yīng)該向左移動(dòng)8cm。
13.小宇給家里樓頂?shù)乃渲谱髁艘粋€(gè)自動(dòng)加水裝置，初步設(shè)計(jì)如圖所示，將兩個(gè)完全相同的實(shí)心圓柱體A、B通過細(xì)線與一壓力傳感開關(guān)相連，吊在水平放置的圓柱形水箱中，已知每個(gè)圓柱體重為6N，底面積為50cm2．當(dāng)水箱儲(chǔ)水深度降到10cm，圓柱體B一半浸在水中時(shí)，壓力傳感開關(guān)所受拉力達(dá)到10N，其閉合開始加水。（細(xì)線質(zhì)量與體積均忽略不計(jì)，g取10N/kg）請(qǐng)求：
（1）剛開始加水時(shí)，水箱底部所受水的壓強(qiáng)。
（2）圓柱體的密度。
（3）當(dāng)水箱儲(chǔ)水深度達(dá)到1.5m時(shí)，壓力傳感開關(guān)所受拉力為5N，其斷開停止加水，求應(yīng)設(shè)計(jì)A、B間細(xì)線的長度。

【答案】（1）剛開始加水時(shí)，水箱底部所受水的壓強(qiáng)1×103Pa；
（2）圓柱體的密度1.5×103kg/m3；
（3）A、B間細(xì)線的長度1.3m。
【解析】知道水的深度，根據(jù)p=ρ水gh求出水箱底部所受水的壓強(qiáng)；根據(jù)題意求出圓柱體B受的浮力，再根據(jù)F浮=ρ水gV排求出圓柱體B浸在水中的體積，進(jìn)而求出圓柱體B的體積，再根據(jù)G=mg=ρgV求出圓柱體的密度；當(dāng)水箱儲(chǔ)水深度達(dá)到1.5m時(shí)，壓力傳感開關(guān)所受拉力為5N，求出此時(shí)AB受到的浮力，進(jìn)而求出AB浸在水中的體積，再求出浸入水中的深度，再求AB浸入水中增加的深度，進(jìn)而求出A、B間細(xì)線的長度。
（1）剛開始加水時(shí)，水的深度h=10cm=0.1m，
水箱底部所受水的壓強(qiáng)：
p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1×103Pa；
（2）圓柱體B一半浸在水中時(shí)，壓力傳感開關(guān)所受拉力達(dá)到10N，
把2個(gè)圓柱體看作一個(gè)整體，受向上的浮力、向上的拉力和向下的總重力，
由力的平衡條件可得：F浮+F拉=G，
此時(shí)圓柱體B受的浮力：
F浮=G﹣F拉=2×6N﹣10N=2N，
由F浮=ρ水gV排得，圓柱體B浸在水中的體積：
V排===2×10﹣4m3，
由題知，此時(shí)圓柱體B一半浸在水中，
則圓柱體B的體積：V=2V排=2×2×10﹣4m3=4×10﹣4m3，
由G=mg=ρgV得，圓柱體密度：
ρ===1.5×103kg/m3；
（3）當(dāng)水箱儲(chǔ)水深度達(dá)到h2=1.5m時(shí)，壓力傳感開關(guān)所受拉力為5N，
此時(shí)AB受到的總浮力：
F浮′=G﹣F拉′=2×6N﹣5N=7N，
由F浮=ρ水gV排得，AB浸入水中的總體積：
V排′===7×10﹣4m3，
圓柱體的底面積為50cm2=5×10﹣3m2，
AB浸入水中的總深度：
hAB===0.14m，
當(dāng)水深為h1=10cm時(shí)，B浸入水中的深度：
hB===0.04m，
則AB浸入水中增加的深度：
△h=hAB﹣hB=0.14m﹣0.04m=0.1m，

AB間細(xì)線的長度：
h=h2﹣h1﹣△h=1.5m﹣0.1m﹣0.1m=1.3m。
14.在綜合實(shí)踐活動(dòng)中，科技小組設(shè)計(jì)了一個(gè)能反映水平風(fēng)力大小的裝置，如圖甲所示，電源電壓恒為16V，R0為定值電阻，L為額定電壓是2.5V的小燈泡，其I﹣U關(guān)系的部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖乙所示，AB為長14cm、阻值60Ω粗細(xì)均勻的電阻絲（電阻絲的阻值與長度成正比），OP為質(zhì)量、電阻均不計(jì)的金屬細(xì)桿，下端連接一個(gè)重2N的圓球P．閉合開關(guān)S，無風(fēng)時(shí)，OP下垂并與A端接觸，此時(shí)電流表示數(shù)為0.2A；有風(fēng)時(shí)，OP繞懸掛點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)對(duì)球的作用力F方向始終水平向右，已知OA為10cm，OP始終與AB接觸良好且無摩擦；求：

（1）電流表示數(shù)為0.2A時(shí)，燈泡的電阻為　　Ω；
（2）無風(fēng)時(shí)R0消耗的電功率。
（3）為保護(hù)電路，允許風(fēng)對(duì)球施加的最大作用力。
【答案】（1）5；（2）無風(fēng)時(shí)R0消耗的電功率為0.6W。
（3）為保護(hù)電路，允許風(fēng)對(duì)球施加的最大作用力為1.4N。

【解析】（1）由圖可知，燈泡、定值電阻R0和電阻絲串聯(lián)；
因串聯(lián)電路電流處處相等，所以，當(dāng)電流表示數(shù)為0.2A時(shí)，通過燈泡的電流為0.2A，
由圖乙可知此時(shí)燈泡兩端的電壓為1V，
則根據(jù)I=U/R可得，燈泡的電阻：RL===5Ω；
（2）無風(fēng)時(shí)，OP下垂并與A端接觸，電阻絲接入阻值最大為60Ω，
根據(jù)I=U/R可得，電阻絲兩端的電壓：UAB=IRAB=0.2A×60Ω=12V，
根據(jù)串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和可得，R0兩端的電壓：
U0=U﹣UL﹣UAB=16V﹣1V﹣12V=3V，
則此時(shí)R0消耗的電功率：P0=U0I=3V×0.2A=0.6W；
（3）根據(jù)I=U/R可得R0的阻值：R0===15Ω；
由于燈泡的額定電壓為2.5V，則電路中最大電流等于燈泡正常工作時(shí)的電流，由圖乙可知最大電流為I′=0.3A，此時(shí)風(fēng)對(duì)球的壓力最大，OP繞O轉(zhuǎn)動(dòng)的角度最大，設(shè)此時(shí)OP與AB的接觸點(diǎn)為C，
則根據(jù)歐姆定律可得，R0兩端的電壓：U0′=I′R0=0.3A×15Ω=4.5V，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以RBC兩端的電壓：
UBC=U﹣U額﹣U0′=16V﹣2.5V﹣4.5V=9V，
根據(jù)I=U/R可得此時(shí)電阻絲連入電路的電阻：
RBC===30Ω；
由于電阻絲的電阻與電阻絲的長度成正比，則：=，
所以，BC=×AB=×14cm=7cm，
則AC=AB﹣BC=14cm﹣7cm=7cm，
如右圖，把OP視為一根杠桿，F(xiàn)的力臂為OD，G的力臂等于PD，
根據(jù)杠桿平衡條件可得：
F×OD=G×PD，則：=；
由于△OAC∽△ODP，根據(jù)相似三角形的知識(shí)可得：=，
所以，=，
則：F==×2N=1.4N。


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