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-优题课

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“＜”）．

科目物理题型综合题难度较难

知识点：阿基米德原理的应用

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 $G_{A} = 4 N$ ，底面积为 $S_{1} = 0.02 m^{2}$ ，高度为 $H = 0.16 m$ 。一个重力及厚度不计、面积为 $S_{2} = 0.01 m^{2}$ 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 $l = 0.08 m$ 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 $ρ = 1.0 \times 10^{3} kg / m^{3}$ ，g取 $10 N / kg$ 。

（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 $S_{2}' = 0.012 m^{2}$ 。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 $S = 0.22 m^{2}$ 供选用）

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 $R_{0} = 15 Ω$ 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？

一辆汽车在 $1000 N$ 的牵引力作用下做匀速直线运动， $60 s$ 内行驶了 $600 m$ 。求这个过程中：

（1）汽车的速度；

（2）汽车牵引力做的功；

（3）汽车牵引力做功的功率。

用电能驱动的电动汽车，方便了广大市民的绿色出行。某新型纯电动汽车说明书中有如下表格（g取 $10 N / kg$ ）

装备质量	电池总电能	电池输出电压	续航里程
850kg	$40 kW \cdot h$	240V	360km
注意：电池电能剩余20%时必须立即充电

请根据表格中的参数解答以下几个问题。计算过程中：车上仅有司机1人，车与人总质量以900kg计；实际可利用的电能以电池总电能的80%计；忽略动力以外的电能消耗。

（1）当汽车以 $18 m / s$ 的速度匀速行驶时，阻力刚好是车与人总重的0.02倍，那么此时的阻力是多少N？

（2）请通过计算判断，电池可利用的电能是否能让汽车以 $18 m / s$ 的速度匀速完成续航里程？

（3）如果汽车匀速行驶时的阻力始终与速度的平方成正比，那么汽车以刚好能匀速完成续航里程的速度行驶时，电池的输出电流是多少A？

用天然气灶烧水时，把质量为 $2 kg$ 、初温为20℃的水，加热到70℃，此过程中天然气完全燃烧放出的热量为 $2.1 \times 10^{6} J$ 。已知水的比热容为 $4.2 \times 10^{3} J / （ kg \cdot ℃ ）$ 。求：

（1）水吸收的热量是多少J？

（2）天然气灶烧水时的热效率是多少？