12.我国10万吨级的“新光华”号半潜船拥有两个标准足球场大的甲板,为亚洲最大。
2019年1月,“新光华”号半潜船从巴西运载2.5万吨的超大型钻井平台回到广州。
半潜船装载钻井平台的工作过程示意图如图所示,半潜船先通过调整水舱里的压载水量,平稳地将船身和甲板潜入约30米深的水下,只露出船楼建筑;然后将漂浮的钻井平台拖拽到甲板正上方水面,半潜船开始排出水舱里的压载水,上浮到甲板与钻井平台底部接触时,将钻井平台绑扎固定在甲板上,继续排出水舱里的压载水,半潜船船身连同钻井平台一起上浮,浮出水面,最后静止。
半潜船在上浮过程中
A.当排出的压载水重大于钻井平台重时才开始上浮
B.当排出的压载水重等于钻井平台重时才开始上浮
C.排出的压载水总重大于钻井平台重
D.排出的压载水总重等于钻井平台重
【答案】C
【解析】
【详解】在半潜船上浮,刚刚接触到钻井平台时,设此时半潜船排开压载水重为G1。
钻井平台原来是漂浮的,即钻井平台刚开始时其本身也受到浮力,且该浮力大小等于钻井平台的重力,此时只要半潜船继续排出压载水,给钻井平台一个支持力,此时钻井平台受到的向上的力(为浮力加半潜船所给的支持力)大于重力,钻井平台就能向上运动。
当钻井平台全部露出水面后,半潜船对钻井平台的支持力F支等于钻井平台的重力,此时F支等于半潜船接钻井平台后继续排出的压载水重G2。
即整个上浮过程中排出压载水总重为G1+G2。
综合以上分析:
A.B.当半潜船接触钻井平台后再继续排出压载水,就能上浮,即排出压载水重大于G1,就能使钻井平台上浮,而G1与压载钻井平台重力无关。
故A、B错误。
C.D.半潜船船身连同钻井平台一起上浮出水面,最后静止。
排出的压载水总重等于G1+G2,而G2等于钻井平台重力,所以排出的压载水总重大于钻井平台重。
故C正确,D错误。
二、填空题
13.人进入老年后,眼睛睫状体对晶状体的调节能力减弱,太远、太近的物体都看不清楚。
近视远视一体眼镜(双光镜)可以解决这个问题,戴上这种眼镜,透过下半部分可以看清书上文字,透过上半部分镜片可以看清远处景物。
由此可知,近视远视一体眼镜下半部分是______透镜,上半部分镜片对光具有_____(选填“会聚”或“发散”)作用。
【答案】
(1).凸
(2).发散
【解析】
【详解】透过下半部分可以看清书上文字,说明不戴眼镜时不能看清近处物体,是远视眼,须凸透镜矫正,所以下半部分是凸透镜;透过上半部分镜片可以看清远处景物,说明不戴眼镜时不能看清远处物体,是近视眼,须凹透镜矫正,所以上半部分是凹透镜,对光具有发散作用。
14.2019年1月3日,嫦娥四号实现了人类探测器首次成功在月球背面软着陆。
嫦娥四号探测器在距离月球表面100米高处悬停,对月球表面识别,并自主避障,选定相对平坦的区域后,开始缓慢地竖直下降,最后成功软着陆。
从距离月球表面100米到软着陆在月球表面的过程中,嫦娥四号探测器的重力势能_______,机械能______。
(选填“增加”或“不变”或“减少”)
【答案】
(1).减少
(2).减少
【解析】
【详解】从距离月球表面100米高处到着陆在月球表面,此过程重探测器质量不变,高度降低为零,则其重力势能减少为零;着陆后探测器的速度减为零,则其动能也减少为零。
因机械能等于动能和重力势能之和,所以机械能减少。
15.我国自行设计和自主研制的蛟龙号载人潜水器,曾创造了下潜7062米的世界同类作业型潜水器最大下潜深度记录,其体积约为50m3。
蛟龙号某次在太平洋某海域下潜到上表面距海面2000m时,进行预定的悬停作业此时上表面受海水压强是_____Pa,蛟龙号受到海水的浮力是____N。
g取10N/kg,ρ海水=1.03×103kg/m3。
【答案】
(1).2.06×107
(2).5.15×105
【解析】
【详解】进行预定的悬停作业时,上表面处于海水中的深度为2000m,则此时上表面受海水压强是p=ρ海水gh=1.03×103kg/m3×10N/kg×2000m=2.06×107Pa;蛟龙号体积约为50m3,则受到的浮力为F浮=ρ海水gV排=1.03×103kg/m3×10N/kg×50m3=5.15×105N。
16.一个标准大气压下,将质量1.0kg的水从20℃加热到沸腾,水吸收的热量是_____J。
小明家天然气热水器的热效率是84%,他某次洗澡,耗水40kg,自来水进热水器的温度是24℃,出热水器的温度是40℃,小明这次洗澡消耗天然气________m3。
已知水的比热容是4.2×10³J/(kg℃),天然气的热值是3.2×107J/m3。
【答案】
(1).3.36×105
(2).0.1
【解析】
【详解】一个标准大气压下水的沸点是100℃,则将质量1.0kg的水从20℃加热到沸腾需要吸收的热量是Q=cm△t=4.2×10³J/(kg℃)×1kg×(100℃-20℃)=3.36×105J;初温为24℃,质量为40kg的自来水温度升到40℃需要吸收的热量为Q吸=cm△t=4.2×10³J/(kg℃)×40kg×(40℃-24℃)=2.688×106J,因天然气热水器的热效率是84%,根据η=
,则天然气需要放出的总热量为Q放=
=
=3.2×106J。
再根据燃料放热公式Q放=Vq,则消耗天然气为V=
=
=0.1m3。
17.某一天晚上睡觉前,小文同学用有预约功能的电饭煲为家人第二天早餐煲粥。
小文将大米等食材放入电饭煲内,接通220V家庭电路,经过了待机、加热、保温三个过程,早餐前断开电源,电饭煲消耗的电功率随时间变化的图像如图甲所示,电饭煲加热过程消耗的电能是______kW·h。
已知小文家电饭煲加热和保温部分基本电路原理如图乙所示,S是接通家庭电路的开关,S1是自动开关,R1和R2为电阻不变的电热丝,则R2=_____Ω。
【答案】
(1).0.88
(2).220
【解析】
【详解】由甲图可知,0-5h功率为44W,此时间段为待机;5-6h功率为880W,此时间段为加热;6-7h功率为220W,此时间段为保温。
电饭煲加热过程时间为1h,则加热过程消耗的电能为W=Pt=0.88kW×1h=0.88kW·h;由电路图可知,当开关S、S1同时闭合时,R1和R2并联,电路总电阻最小,发热功率最大,为加热电路;当开关S闭合、S1断开时,R1断路没有工作,电路中只有R2工作,为保温电路。
因保温功率为220W,即R2功率为220W,则R2=
=
=220Ω。
三、实验探究题
18.在“探究光折射时
特点”试验中,让光源发出的一束光从水中以不同的角度射入空气,观察到光束在水中和空气中的径迹如图所示。
回答以下问题:
(1)此现象说明_______(选填序号)
A.光路可逆
B.光在水面只发生了折射
C.光在水面只发生了反射射
D.光在水面既发生了折射又发生了反射
(2)增大这一束光与竖直方向的夹角,发现射入空气的光的径迹与竖直方向的夹角也增大,此现象说明_________(选填序号)
A.入射角增大,折射角减小
B.入射角增大,折射角增大
C.折射角的大小与入射角的大小成正比
D.折射角的正弦值与入射角的正弦值成正比
(3)让这一束光垂直于水面射入空气。
传播方向__________(选填序号)。
A.向右偏B.向左偏C.不偏
【答案】
(1).D
(2).B(3).C
【解析】
【详解】
(1)由图可看出,光从水中斜射入空气中,光在水面既发生了折射又发生了反射。
(2)增大这一束光与竖直方向的夹角,即增大了入射角。
根据折射规律,入射角增大,折射角也增大,即射入空气的光的径迹与竖直方向的夹角增大。
(3)当入射角为零时(光垂直于水面射入空气),折射角也为零(射入空气的光的径迹也垂直于水面),即此时传播方向不偏。
19.测量标有“2.5V”字样的小灯泡在额定电压下工作时的电阻,小灯泡的额定功率估计在0.8W左右。
实验室提供的器材有:
两节干电池、电压表V(量程0—3V)、滑动变阻器、导线若干、开关、待测小灯泡。
供选择的电流表:
A1(量程0—0.6A)、A2(量程0—3A)。
回答下列问题:
(1)电流表应选用_______(“A1”或“A2”)。
(2)连接好如图所示的实验电路,闭合开关,发现灯泡不亮,电流表无示数,电压表有较大的示数。
电路的故障可能是_________(选填序号)
A.电压表断路B.小灯泡断路
C.电压表短路,且小灯泡断路D.电流表短路,且小灯泡断路
(3)排除故障后,闭合开关,调节滑动变阻器使电压表示数为2.5V,电流表示数如图乙所示,小灯泡正常发光时的电阻是_______Ω(小数点后保留一位数字)。
【答案】
(1).A1
(2).BD(3).8.3
【解析】
【详解】
(1)因灯泡额定电压为2.5V,额定功率约0.8W,则电路中电流约为I=
=
=0.32A。
所以电流表应选用量程为“0—0.6A”的A1。
(2)闭合开关,灯泡不亮,电流表无示数,说明电路不通,即发生了断路。
电压表有较大的示数,证明了与电压表并联的元件发生了断路,导致电压表相当于直接接到了电源两端测电源电压。
综上分析,故选择B、D。
A:
若电压表断路,则电压表应该没有示数,故A错误;C:
若电压表短路,且小灯泡断路,则电路是接通的,电流表示数应不为零。
故C错误。
(3)乙图中电流表分度值为0.02A,则其示数为0.3A,所以小灯泡正常发光时的电阻为R=
=
≈8.3Ω
20.测量小石块的密度。
实验室器材有:
托盘天平、量筒、细线、装有适量水的烧杯和待测小石块。
请按以下实验步骤完成实验:
(1)调节天平平衡。
将天平放在水平桌面上,把游码放在标尺左端的零刻度线处,发现指针在分度盘的位置如图甲所示,应将右边平衡螺母向________调节(选填“左”或“右”)。
(2)用调节好的天平称小石块质量。
三次测量结果记录在下表中。
序号
1
2
3
小石块质量m/g
52.8
52.4
52.4
(3)在量筒中装入60mL的水,把小石块放入量筒内,量筒中的水面如图乙所示,则小石块的体积是________cm3。
(4)小石块的密度是________g/cm3(小数点后保留两位数字)。
(5)实际上,小石块要吸水,本实验测得的小石块的密度________(选填“大于”或“小于”或“等于”)小石块的真实密度。
【答案】
(1).右
(2).20(3).2.63(4).大于
【解析】
【详解】
(1)将天平放在水平桌面上,把游码放在标尺左端的零刻度线处,指针指在分度盘的左侧,说明天平左侧偏重,不论哪侧的平衡螺母,都应向右调节。
(3)由乙图可看出,小石块放入量筒后水和小石块的总体积为80mL,量筒中原来水的体积为60mL,则小石块的体积为V=80mL-60mL=20mL=20cm3。
(4)将步骤
(2)中测得
小石块质量取平均值,则小石块的质量为m=
=52.53g。
则小石块的密度为ρ=
=
=2.63g/cm3。
(5)实际上,小石块要吸水,将石块放入量筒后,石块会吸收一部分水,导致水和石块的总体积小于偏小,则计算出的石块体积偏小,根据ρ=
,最终会导致测得的小石块的密度偏大。
四、综合应用题
21.甲、乙两地相距100km,在甲、乙两地之间沿直线架设了两条用同种材料制成的粗细均匀的输电线,投入使用前,需要对输电线进行测试。
技术人员在甲地用电源、电压表和电流表接成如图所示电路进行测试,当在乙地输电线两端接入阻值为10Ω的电阻时(图中未画出),电压表示数为5.0V,电流表示数为0.10A;保持电源电压不变,技术人员在某处将输电线线设置成短路(图中未画出),再次测试时,电流表示数为0.25A。
求:
(1)甲、乙两地间每条输电线的电阻值;
(2)短路位置离甲地
距离。
【答案】
(1)20Ω;
(2)50km
【解析】
【详解】
(1)当在乙地接入阻值为R=10Ω的电阻时,电压表示数(电源电压)为5.0V,电流表示数为0.10A。
则电路中总电阻为R总=
=
=50Ω。
因R总=R+2R线,所以甲、乙两地间每条输电线的电阻值为R线=
=
=20Ω。
(2)因甲、乙两地相距s=100km,每条输电线的电阻值为R线=20Ω,则每千米输电线的电阻为R0=
=
=0.2Ω/km。
将输电线线某处设置成短路,电流表示数为I′=0.25A,则此时电路总电阻为
=
=
=20Ω,所以此时单根输电导线的电阻为
=
=
=10Ω。
则短路位置离甲地的距离为s′=
=
=50km。
22.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18km/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64.8km/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2400kg,在水平地面上时每个轮胎与地面的接触面积是0.06m2,使用的液冷恒温电池包充满电后蓄电池电能是70kW·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336km。
g取10N/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kW·h的电能。
【答案】
(1)1×105Pa
(2)4.8×105J(3)2.33kW·h
【解析】
【详解】
(1)空载时整车对水平地面的压力为F=G车=m车g=2400kg×10N/kg=24000N,则轮胎对地面的压强为p=
=
=1×105Pa。
(2)完成1个市区工况,v1=18km/h=5m/s,t1=200s,行驶的路程为s1=v1t1==5m/s×200s=1000m。
牵引力大小F牵=480N,则电动汽车牵引力做的功为W=F牵s1=480N×1000m=4.8×105J。
(3)完成1个市郊工况,v2=64.8km/h=18m/s,t2=400s,行驶的路程为s2=v2t2==18m/s×400s=7200m。
完成一套循环,电动汽车行驶的路程为s=4s1+s2=4×1000m+7200m=11200m=11.2km。
因电动车将电能耗尽能行驶s总=336km,则电动车所有电能能完成的循环套数为n=
=
=30。
又因电动车所有电能为W总=70kW·h,则完成一套循环,平均消耗的电能为W′=
=
=2.33kW·h。