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27. (6分)读初三的实外学生小王同学不但身强体壮,而且品学兼优,很多家务劳动他都主动承担,家里饮水机的水桶都是他来更换。若如图的水桶内装有18.2L的水,空桶质量为800g,饮水机高度为840mm,小王同学体重为65kg,他的一只鞋底面积为200cm²。(g取10N/kg)求:
(1)小王拿起一桶水静止站立时,他对地面的压强。
(2)小王换一次水对水桶至少要做多少功。

(1)小王拿起一桶水静止站立时,他对地面的压强。
(2)小王换一次水对水桶至少要做多少功。
答案:
27.解:
(1)小王的重力
G人=m人g=65kg×10N/kg=650N,
水的体积V=18.2L=1.82×10⁻²m³,
根据ρ=$\frac{m}{V}$可得,水的质量m水=ρV=1.0×10³kg/m³×1.82×10⁻²m³=18.2kg,
m桶=800g=0.8kg,
则水和桶的总重力
G=(m水十m桶)g=(18.2kg+0.8kg)×10N/kg=190N,
小王拿起一桶水时,他对地面压力
F=G人+G=650N+190N=840N,
对地面的压强
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{840N}{2×200×10⁻⁴m²}$=2.1×10⁴Pa;
(2)小王换一次水,克服水桶总重力做功
W=Gh=190N×840×10⁻³m=159.6J。
答:
(1)小王拿起一桶水时,他对地面的压强为2.1×10⁴Pa;
(2)小王换一次水对水桶至少要做功159.6J。
[考点]功的简单计算;压强的公式的应用。
(1)小王的重力
G人=m人g=65kg×10N/kg=650N,
水的体积V=18.2L=1.82×10⁻²m³,
根据ρ=$\frac{m}{V}$可得,水的质量m水=ρV=1.0×10³kg/m³×1.82×10⁻²m³=18.2kg,
m桶=800g=0.8kg,
则水和桶的总重力
G=(m水十m桶)g=(18.2kg+0.8kg)×10N/kg=190N,
小王拿起一桶水时,他对地面压力
F=G人+G=650N+190N=840N,
对地面的压强
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{840N}{2×200×10⁻⁴m²}$=2.1×10⁴Pa;
(2)小王换一次水,克服水桶总重力做功
W=Gh=190N×840×10⁻³m=159.6J。
答:
(1)小王拿起一桶水时,他对地面的压强为2.1×10⁴Pa;
(2)小王换一次水对水桶至少要做功159.6J。
[考点]功的简单计算;压强的公式的应用。
28. (6分)如图甲所示为一个加湿器内部湿度检测装置的简化电路图,如图乙所示为加湿器内部湿度电阻R的阻值随湿度变化的关系图象。已知电源电压为12V,定值电阻$R_0=10\Omega$,电流表的量程为0~0.6A,电压表的量程为0~3V。在电路安全工作的前提下,请通过计算回答:

(1)电压表的示数为1V时,该电路的电功率是多少?
(2)该加湿器能检测到的最小湿度值是多少?
(1)电压表的示数为1V时,该电路的电功率是多少?
(2)该加湿器能检测到的最小湿度值是多少?
答案:
28.解:
(1)由图甲可知,R、R₀串联,电流表测量电路中的电流,电压表测量R₀两端的电压,
电压表的示数为1V时,该电路中的电流I=
I₀=$\frac{U₀}{R₀}$=$\frac{1V}{10Ω}$=0.1A,
电路的电功率P=UI=12V×0.1A=1.2W;;
(2)由图乙可知,湿敏电阻R的阻值随湿度减小而减小,
根据电压表的量程可知,R₀两端的最大电压U₀大=3V,
则电路中的最大电流Iₘₐₓ=I₀'=$\frac{U₀'}{R₀}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A,
根据串联电路的电压特点可知,R两端的最小电压U_R小=U−U₀大=12V−3V=9V,
根据欧姆定律可知,R的最小阻值Rₘᵢₙ=$\frac{U_{R小}}{I_{max}}$=$\frac{9V}{0.3A}$=30Ω,
由图乙可知,该加湿器能检测到的最小湿度值是20%。
答:
(1)电压表的示数为1V时,该电路的电功率是1.2W;
(2)该加湿器能检测到的最小湿度值是20%。
[考点]电功率的综合计算;欧姆定律的应用。
(1)由图甲可知,R、R₀串联,电流表测量电路中的电流,电压表测量R₀两端的电压,
电压表的示数为1V时,该电路中的电流I=
I₀=$\frac{U₀}{R₀}$=$\frac{1V}{10Ω}$=0.1A,
电路的电功率P=UI=12V×0.1A=1.2W;;
(2)由图乙可知,湿敏电阻R的阻值随湿度减小而减小,
根据电压表的量程可知,R₀两端的最大电压U₀大=3V,
则电路中的最大电流Iₘₐₓ=I₀'=$\frac{U₀'}{R₀}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A,
根据串联电路的电压特点可知,R两端的最小电压U_R小=U−U₀大=12V−3V=9V,
根据欧姆定律可知,R的最小阻值Rₘᵢₙ=$\frac{U_{R小}}{I_{max}}$=$\frac{9V}{0.3A}$=30Ω,
由图乙可知,该加湿器能检测到的最小湿度值是20%。
答:
(1)电压表的示数为1V时,该电路的电功率是1.2W;
(2)该加湿器能检测到的最小湿度值是20%。
[考点]电功率的综合计算;欧姆定律的应用。
29. (10分)小明在学习了《质量和密度》一章后设计了两种方案完成“测量金属片密度”的实验。
(1)方案甲:天平、烧杯A和B、水、金属片、细线(细线质量和体积均不计)。
①用天平测出金属片的质量$m_1$;
②将金属片放入烧杯A中,然后向杯中注入适量水,在正对水面处作记号;
③缓慢取出金属片,再用烧杯B取一定量的水,用天平测量其质量$m_2$;
④将烧杯B中的水倒入烧杯A中,直至水面上升到正对所作记号,用天平测量烧杯B剩余质量$m_3$;
⑤金属片密度的测量值$\rho=$
(2)方案乙:电子秤、溢水杯、水、金属片、细线(细线质量和体积均不计),如图所示。

①往烧杯中加入适量的水,用电子秤测得烧杯和水的总质量$m_1=110.0g$,如图A所示;
②把金属片浸没在水中,并在水面位置处做上标记,用电子秤测得金属片、烧杯和水的总质量$m_2=194.2g$,如图B所示;
③取出金属片,如图C所示;
④用纸杯往烧杯中加水,直到标记处,再用电子秤测出此时烧杯和杯中水的总质量$m_3=120.0g$,如图D所示;
⑤金属球密度的测量值是
(3)评估:在所有操作均正确的情况下,且排除实验中取出金属片时会带出一些水对测量的影响,发现两种方案测量结果依然有差异,你认为产生差异的主要原因是
(1)方案甲:天平、烧杯A和B、水、金属片、细线(细线质量和体积均不计)。
①用天平测出金属片的质量$m_1$;
②将金属片放入烧杯A中,然后向杯中注入适量水,在正对水面处作记号;
③缓慢取出金属片,再用烧杯B取一定量的水,用天平测量其质量$m_2$;
④将烧杯B中的水倒入烧杯A中,直至水面上升到正对所作记号,用天平测量烧杯B剩余质量$m_3$;
⑤金属片密度的测量值$\rho=$
$\frac{m₁}{m₂−m₃}$ρ水
(用所测物理量的符号表示,水的密度用$\rho_水$表示);由于实验中取出金属片时会带出一些水,则金属片密度的测量值偏小
(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。(2)方案乙:电子秤、溢水杯、水、金属片、细线(细线质量和体积均不计),如图所示。
①往烧杯中加入适量的水,用电子秤测得烧杯和水的总质量$m_1=110.0g$,如图A所示;
②把金属片浸没在水中,并在水面位置处做上标记,用电子秤测得金属片、烧杯和水的总质量$m_2=194.2g$,如图B所示;
③取出金属片,如图C所示;
④用纸杯往烧杯中加水,直到标记处,再用电子秤测出此时烧杯和杯中水的总质量$m_3=120.0g$,如图D所示;
⑤金属球密度的测量值是
8.42
g/cm³,采用该方案测量金属片密度的测量值不变
(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。(3)评估:在所有操作均正确的情况下,且排除实验中取出金属片时会带出一些水对测量的影响,发现两种方案测量结果依然有差异,你认为产生差异的主要原因是
方案(1)中,测量的质量有偏差
。
答案:
29.
(1)⑤$\frac{m₁}{m₂−m₃}$ρ水 偏小
(2)⑤8.42 不变
(3)方案
(1)中,测量的质量有偏差
解析:
(1)不考虑金属片取出时带水的体积,从烧杯B倒入烧杯A中的水的体积等于金属片的体积Vₓ=V=$\frac{m₂−m₃}{ρ水}$,金属片的密度ρ=$\frac{m₁}{V}$=$\frac{m₁}{\frac{m₂−m₃}{ρ水}}$=$\frac{m₁}{m₂−m₃}$ρ水。若取出金属片时会带出一些水,则测得的体积会偏大,故密度的测量值会偏小。
(2)金属片的质量等于m'=m₂−m₁=194.2g−110.0g=84.2g,金属片的体积等于图D中水的体积减去图A中水的体积V'=△Vₓ=$\frac{m₃−m₁}{ρ水}$=$\frac{120.0g−110.0g}{1.0g/cm³}$=10cm³,金属片的密度ρ'=$\frac{m'}{V'}$=$\frac{84.2g}{10cm³}$=8.42g/cm³。
(3)在所有操作正常的情况下,且排除实验中取出的金属片时会带出一些水对测量的影响下,发现两种方案测量结果仍然,主要是方案
(1)中测量的质量有偏差,因为方案
(1)中测量的密度ρ=$\frac{m₁}{m₂−m₃}$ρ水,当测量质量有偏差时,分子数据有偏差,分母没有偏差,测量的结果与真实值有偏差,方案
(2)密度ρ'=$\frac{m₂−m₁}{m₃−m₁}$ρ水,测量的密度和真实值相等。
[考点]测量固体的密度。
(1)⑤$\frac{m₁}{m₂−m₃}$ρ水 偏小
(2)⑤8.42 不变
(3)方案
(1)中,测量的质量有偏差
解析:
(1)不考虑金属片取出时带水的体积,从烧杯B倒入烧杯A中的水的体积等于金属片的体积Vₓ=V=$\frac{m₂−m₃}{ρ水}$,金属片的密度ρ=$\frac{m₁}{V}$=$\frac{m₁}{\frac{m₂−m₃}{ρ水}}$=$\frac{m₁}{m₂−m₃}$ρ水。若取出金属片时会带出一些水,则测得的体积会偏大,故密度的测量值会偏小。
(2)金属片的质量等于m'=m₂−m₁=194.2g−110.0g=84.2g,金属片的体积等于图D中水的体积减去图A中水的体积V'=△Vₓ=$\frac{m₃−m₁}{ρ水}$=$\frac{120.0g−110.0g}{1.0g/cm³}$=10cm³,金属片的密度ρ'=$\frac{m'}{V'}$=$\frac{84.2g}{10cm³}$=8.42g/cm³。
(3)在所有操作正常的情况下,且排除实验中取出的金属片时会带出一些水对测量的影响下,发现两种方案测量结果仍然,主要是方案
(1)中测量的质量有偏差,因为方案
(1)中测量的密度ρ=$\frac{m₁}{m₂−m₃}$ρ水,当测量质量有偏差时,分子数据有偏差,分母没有偏差,测量的结果与真实值有偏差,方案
(2)密度ρ'=$\frac{m₂−m₁}{m₃−m₁}$ρ水,测量的密度和真实值相等。
[考点]测量固体的密度。
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