请阅读《科学重器一原子钟》并回答32题。科学重器−原子钟星空-优题课

请阅读《科学重器一原子钟》并回答32题。

科学重器 $-$ 原子钟

星空浩瀚，地球转动，四季更替，草木枯荣。从人类意识觉醒开始，“时间”便如影随形。从太阳升落、日晷、沙漏、水钟、机械钟、石英钟到目前最准确的计时工具原子钟，这些计时方法与工具的发展体现了不同时代劳动人民的智慧。计时工具大多是以某种规则运动的周期（完成一次规则运动所用的时间）为基准计时的，比如日晷以日地相对运动的周期为基准；机械摆钟以摆的振荡周期为基准；石英钟以石英晶体有规则的振荡周期为基准。选作时钟基准的运动周期越稳定，测量时间的精准度就越高，基于此科学家制造出了原子钟（如图所示）。它以原子释放能量时发出电磁波的振荡周期为基准，由于电磁波的振荡周期很稳定，使得原子钟的计时精准度可达每百万年才差1秒。

人们通常选取自然界中比较稳定、世界各国都能接受的事物作为测量标准。正是由于原子辐射电磁波振荡周期的高稳定性，适合作为时间的测量标准，于是在1967年，国际计量大会将“1秒”重新定义为铯133原子辐射电磁波荡9192631770个周期的持续时间。时间单位“秒”作为国际通用的测量语言，是人类描述和定义时空的标尺。

虽然制定了统一的时间测量标准，但若各地时间不能同步，也会给人们带来麻烦。比如，若电网调节时间不同步，可能会烧坏电机；金融市场时间不同步，可能会导致巨大的经济损失。这就需要有一个时间基准，用于实现时间的同步，就像日常生活中，我们常常根据电视台播报的时间来校准自己的时间一样。在我国，提供校准时间的是位于西安的国家授时中心的原子钟，它被用作基准钟向电视、广播、网络等提供报时服务。在导航系统中，如果导航定位的精准度为1米，则要求卫星上原子钟的时间同步必须在 $3 \times 10^{- 9}$ 之内，这需要卫星上的原子钟和地面上的基准钟定期校准，以保证定位的精准度。我国自主研制的北斗导航系统中，原子钟堪称“导航卫星的心脏”，使我国在导航精准度方面达到厘米级，处于全球领先水准。北斗导航系统可以给安装了芯片的共享单车设定电子围栏，也可以判断汽车行驶在哪个车道，甚至还可以实现送货的无人机精准地降落在客户的阳台上。计时工具的演变，展现了人类”时间文化”的进程，更彰显出人类精益求精、不断探索、追求卓越的科学精神。

请根据上述材料，回答下列问题：

（1）原子钟可以作为时间同步的基准钟，依据的是原子辐射电磁波振荡周期的　　。

（2）下列物体相比较，最适合提供计时基准的是　　（填写正确选项前的字母）。

$A$ ．摆动的小球 $B$ ．沿直线运动的汽车 $C$ ．静止的书本

（3）在实际生活中会出现各种”标准”。请你结合对文中时间”标准”的理解，除文中提到的实例外，再列举一个“标准”并说明该“标准”在具体实例中是如何应用的。　　

科目物理题型解答题难度中等

知识点：超纲知识

探究水对容器底的压强。将一由 $A$ 和 $B$ 构成、两端开口的玻璃制品的底部扎上薄橡皮膜，做成容器。 $A$ 、 $B$ 的横截面积分别为 $S_{A}$ 和 $S_{B}$ ，且 $S_{A} = 2 S_{B} = 40 c m^{2}$ ．（容器壁的厚度忽略不计， $ρ_{水} = 1.0 \times 10^{3} kg / m^{3}$ ， $g$ 取 $10 N / kg)$ 。实验过程如下：

①将容器固定在放有电子秤的铁架台上，使橡皮膜刚好与电子秤完全接触，且电子秤的示数为零，如图所示。

②往容器内分三次缓慢倒入适量的水，将收集的数据填入下表中。

③继续往容器内缓慢倒入 $60 g$ 水后，水进入了容器中 $B$ 部分，且在 $B$ 内的高度为 $1 cm$ 。然后在容器内再分三次缓慢倒入适量的水，再将收集的数据填入下表中。

④计算水对容器底的压强

次数	1	2	3	4	5	6
容器内水的质量 $/ g$	60	100	160	240	300	360
电子称的读数 $/ g$	60	100	160	280	400
容器内水的深度 $/ cm$	1.5	2.5	4	7	10	13
水对容器的压强 $/ Pa$	150	250	400	700	1000	1300

回答下列问题：

（1）将表格中的空白处补充完整。

（2）分析表中数据可知：水对容器底的压强与水的深度　　。若在一底面积为 $40 c m^{2}$ 的圆柱形容器中装入 $300 g$ 水，水对容器底的压强为　　 $Pa$ ，与表格中第5组数据对比可知，水对容器底的压强与水受到的重力大小　　（选填“有关”或“无关” $)$ 。

（3）容器 $A$ 部分的高度为　　 $cm$ 。

【拓展】完成实验后，小明将一小合金块浸没在容器中， $B$ 内水面上升了 $1 cm$ ，电子秤的读数增加了 $80 g$ ，则合金块的密度为　　 $g / c m^{3}$ 。

用直角三角尺、重垂线来判断桌面是否水平。

操作方法：（也可以用图描述操作方法）

实验现象：①若桌面水平：　　。

②若桌面不水平：　　。

实验中利用的物理知识：重力的方向总是　　。

小谦根据如图甲所示的电路组装成调光灯，并进行测试。电源电压保持不变，小灯泡的额定电压是 $6 V$ ，小灯泡的 $I - U$ 图象如图乙所示。

求：

（1）小灯泡正常发光时的电阻。

（2）小灯泡正常发光 $10 \min$ 消耗的电能。

（3）经测算，小灯泡正常发光时的功率占电路总功率 $50 %$ ，如果把灯光调暗，使小灯泡两端电压为 $3 V$ ，小灯泡的实际功率占电路总功率的百分比是多少？

（4）小谦认为这个调光灯使用时，小灯泡的功率占电路总功率的百分比太低，请写出一种出现这种情况的原因。

如图所示是正在航拍的无人机。起飞前，放在地面上要确保四脚着地；启动后，利用遥控器可控制它运动和工作。无人机的参数如下表，求： $(g$ 取 $10 N / kg)$

（1）无人机从地面飞到离地 $20 m$ 高处，至少要多长时间？

（2）无人机从 $20 m$ 高处降落到地面，重力做功是多少？

（3）无人机停放在水平地面上时对地面的压强是多少？

（4）无人机的突出问题是飞行时间短，请提出一个解决问题的合理建议。

机身质量 $/ kg$	2.4	四脚着地总面积 $/ c m^{2}$	10
电池充满后储存电能 $/ J$	36000	最大水平速度 $/ (m \cdot s^{- 1})$	5
机身尺寸 $/ mm$	$400 \times 300 \times 200$	最大上升速度 $/ (m \cdot s^{- 1})$	1

在测量小灯泡电功率的实验中，已知灯泡额定电压 $U = 2.5 V$ ，电源电压保持不变

（1）用笔画线代替导线把甲图电路连接完整。

（2）调节滑动变阻器，使电压表示数为 $2.5 V$ ，此时电流表示数（如图乙）为　 $A$ ，则小灯泡的额定功率是　　 $W$ 。

（3）如果没有电压表，用如图丙所示电路也可测小灯泡的额定功率。其中，定值电阻的阻值为 $R_{0}$ ．先断开开关 $S_{2}$ 、闭合开关 $S$ 、 $S_{1}$ ，调节滑动变阻器，使电流表的示数为 $\frac{U_{额}}{R_{0}}$ ；再保持变阻器滑片的位置不变，只断开开关　　、闭合其它开关，读出电流表示数为 $I$ ，灯泡额定功率的表达式为 $P_{额} =$ 　　（用 $R_{0}$ 、 $U_{额}$ 、 $I$ 的代数式表示）。