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    6．今年入春以来，我国先后发生了多次沙尘暴，沙尘暴肆虐我国华北、华中、华南等地区，还影响到香港、台湾地区，甚至涉及了大半个亚洲．历史上2007年2月28日，从乌鲁木齐驶往阿克苏的5806次列车遭遇特大沙尘暴，列车从第1节到第11节车厢相继被推翻（如图）．看了这个报道后，某研究小组为探究沙尘暴的威力，进行了模拟研究．如图为测定沙尘暴风力的实验装置图，其中AB是一段水平放置的长为L的光滑均匀电阻丝，电阻丝的阻值为100欧，一质量和电阻都不计的细长金属丝一端固定于O点，另一端悬挂球P，无风时细金属丝竖直，恰与电阻丝在B点接触，有风时细金属丝将偏离竖直方向，细金属丝与电阻丝始终保持良好的导电接触，电源电压为10V．研究小组的小明同学对此装置分析中，知道金属球单位面积上所受到的水平风力大小（p）与电压表的读数（U）成正比．他们对决定金属球单位面积上所受到的风力大小的因素进行了如下的实验研究：

    实验 1：在含沙量相同条件下，改变风速，记录不同风速下电压表的示数如表．
    实验2：在风速大小相同条件下，改变风中空气的含沙量，记录不同含沙量时电压表的示数．
    风速v（m/s）5101520
    电压表示数（V）0.62.45.49.6
    （1）无风时，电压表示数为多少？电路中的电流时多少？
    （2）为何不在电路中串联电流表，将电流表改成风力表？
    （3）根据实验1及上表中数据可知电压表示数与风速的关系；小明对实验2中数据进行分析处理，发现单位面积上所受到的风力（p）与含沙量（ρ）成正比．请你写出单位面积上所受到的风力大小（p）与风速（v）和含沙量（ρ）的关系式．（设比例系数为k）．
    （4）若问题3中关系式的比例系数k为0.6，请计算当被推翻的车厢高度h为3m，车厢长度l为25m，车厢质量为50t，铁轨间距d为1.5m，沙尘暴中含沙量为5kg/m3，当时的风速至少为多大？（g=10N/kg，假设车厢是规则物体，风力集中作用在车厢的重心且与车厢侧面垂直）．

    分析 （1）无风时，线竖直向下垂，此时电压表被短路，从而可得电压表的示数；
    根据I=$\frac{U}{R}$可计算出电路中的电流大小．
    （2）根据电路图分析，风力发生变化时，接入电路中的电阻值不变，电路中的电流不变；
    （3）分析表中实验数据，找出电压与风速、空气密度的关系，然后求出单位面积受力大小与风速的关系式．
    （4）应用杠杆平衡条件可以求出风速大小．

    解答 解：（1）无风时，线竖直向下垂，此时电压表被短路，所以电压表的示数为0V；
    电路中的电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{10V}{100Ω}$=0.1A；
    （2）由题意知，风力改变时，电路中的电流不变，所以不能用电流表示数反映风力的变化；
    （3）①分析数据可看出风速每增加5m/s，电压表的示数增加量分别是1.8V、3V、4.2V，也就是说，在这里，风速和压力并不是呈一次函数关系，可以假设一个方程，即：U∝av3+bv2+cv+d，把表中实验数据代入表达式，解得：a=0，b=0.024，c=0，d=0，即U∝0.024v2；
    ②分析含沙量与电压表示数的数据，含沙量每增加1.1Kg/m3，电压增量即为1.2V，也就是说，含沙量与压力成正比，U∝ρ；
    风力越大，导线的偏移量与电压成正比，单位面积所受压力即压强，则p=kρv2，ρ为含有沙尘的空气密度，k为比例常数．
    （2）车厢可以看做杠杆，由杠杆平衡条件得：F•$\frac{h}{2}$=G•$\frac{d}{2}$，则风力F=$\frac{d}{h}$G，F=pS=kρv2S=kρv2hL，则v=$\sqrt{\frac{dG}{kρ{h}^{2}L}}$=$\sqrt{\frac{1.5×50×1{0}^{3}kg×10N/kg}{0.6×4kg/{m}^{3}×（3m）^{2×}25m}}$≈33.3m/s．
    故答案为：（1）0V；0.1A；（2）风力改变时，电路中的电流不变，所以不能用电流表示数反映风力的变化；（3）p=kρv2；（4）当时的风速至少为33.3m/s．

    点评 本题考查了求单位面积所受的压力、风速等问题，难度较大，正确分析电路，认真分析表中实验数据、找出力电压与风速、空气密度的关系是正确解题的关键．应用杠杆平衡条件即可正确解题．

    练习册系列答案
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    科目：初中物理 来源： 题型：选择题

    20．如图所示的简单机械，在使用中属于费力的是（　　）
    A．B．C．D．

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    科目：初中物理 来源： 题型：解答题

    1．探究透明物体、不透明物体的颜色
    （1）如图甲所示，让太阳光透过硬纸板的圆孔，射到白纸上，先后将红、绿、蓝三种透明塑料薄膜蒙在硬纸板的圆孔上，则将在白纸上依次看到的颜色是红、绿、蓝．
    （2）如图乙所示，让太阳光穿过纸板的狭缝射到三棱镜上，经三棱镜分解后的彩色光带先后通过红、绿、蓝三块有色玻璃板，你在白纸上观察到的光带分别是什么颜色．
    （3）仍用图乙实验装置，分别使用红、绿、蓝、黑四种颜色的纸屏，直接吸收经棱镜色散后的彩色光带，你观察到纸屏上分别出现什么颜色的条纹？
    （4）根据以上实验现象填空：
    ①透明物体的颜色是它能通过的颜色；
    ②不透明体的颜色跟被它反射的色光的颜色相同，吸收跟物体颜色不相同（选填“相同”或“不相同”）的色光．

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    科目：初中物理 来源： 题型：解答题

    14．在探究“弹性势能的大小跟哪些因素有关”时，小明提出如下猜想：
    猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关；
    猜想二：弹性势能的大小与弹簧的材料有关．
    为此，小明选用长度和粗细分别相同，但材料不同的两根弹簧A和B，小球、木块等器材，利用如图所示的实验装置进行实验．实验数据记录如表．
    实验次数使用的弹簧被压缩后弹簧的长度/cm木块移动的距离
    ①弹簧A5
    ②弹簧A8
    ③弹簧B5
    ④弹簧B8
    （1）弹簧将小球弹开的过程中，弹性势能转化成小球的动能．
    （2）针对猜想一的实验探究中，自变量是弹簧被压缩的程度，因变量是弹性势能．
    （3）为探究猜想二，可选用实验序号②和④记录的数据进行比较．若木块移动距离不相等，则说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关．
    （4）由于弹性势能的大小不便用仪器测量，本实验把弹性势能的大小转换为木块移动距离的大小，这种研究方法叫转换法．下列实验中用到此方法的是B．
    A．探究物体的浮沉条件               B．探究液体内部的压强特点
    C．探究动滑轮的工作特点　　         D．探究铁块的质量与体积的关系．

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    科目：初中物理 来源： 题型：解答题

    1．动能的大小与哪些因素有关呢？小雨猜想：
    （1）动能的大小可能与物体质量有关；
    （2）动能的大小可能与物体运动速度有关．
    为了探究动能的大小与哪些因素有关，小雨用同一个斜面、同一个长木板和同一个纸盒，两个不同质量的小球，设计了如图所示的甲乙丙三次实验，测量出每次实验中纸盒移动的距离，再通过比较分析，得出结论，上述实验中：
    （1）小雨是通过纸盒移动的距离来比较小球动能的大小；
    （2）从控制变量法来看，甲乙两次让小球从斜面上同一位置A滚下是为了控制到达水平面时的速度相同．

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    科目：初中物理 来源： 题型：解答题

    11．如图，在“研究物体动能与哪些因素有关”的实验中，将A、B、C三小球先后从同一装置的hA、hB、hC高处滚下（hA=hC＜hB，mA=mB＜mC，推动纸盒运动一段距离后静止．

    （1）要研究动能与质量的关系，我们应选择（a）、（c）两图来进行比较．
    （2）从图中可以看出A、B、C三个小球刚到达水平面时，C球的动能最大．
    （3）比较a、b可得出结论：当物体质量一定时，速度越大的物体具有的动能越大．
    比较 a、c可得出结论：当物体速度一定时，质量越大的物体具有的动能越大．
    （4）表给出了一头牛慢步行走和一名普通中学生百米赛跑时的一些数据．
    物体质量m（kg）速度v（m/s）动能E（J）
    牛约600约0.5约75
    中学生约50约6约900
    分析数据，可以看出，对物体动能大小影响较大的因素是速度，你这样判断的依据是人的质量约是牛的质量的$\frac{1}{12}$，而速度约是牛的12倍，此时动能约是牛的12倍，所以速度对动能的影响较大．

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    科目：初中物理 来源： 题型：解答题

    18．小明同学用一个弹簧测力计、一个金属块、两个相同的烧杯（分别装有一定量的水和煤油），对浸在液体中的物体所受的浮力进行了研究，下图表示探究过程及有关数据．

    （1）分析图B、C、D，说明浮力大小跟物体排开液体的体积有关．
    （2）分析图ADE，说明浮力大小跟液体密度有关．
    （3）物体完全浸没在煤油中所有的浮力是2.4 N．
    （4）小明还想探究浮力大小与物体形状是否有关，他找来一小团橡皮泥、烧杯和水进行实验，实验步骤如下：
    步骤一：将橡皮泥团放入盛有适量水的烧杯中，橡皮泥团下沉至杯底．
    步骤二：将橡皮泥团捏成“碗状”再放入水中，它漂浮在水面上．
    A、小明通过分析得出结论：由于第一次橡皮泥团受到的浮力大于（选填“大于”、“等于”或“小于”）第二次呈“碗状”时受到的浮力，所以物体受到的浮力与其形状有关．
    B、同组的小红不同意小明得出的结论，她指出小明的实验有一处错误，所以才会得出错误的结论，错误的原因是：他只关注了橡皮泥形状的改变，没有控制物体都要排开相同体积的液体．

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    科目：初中物理 来源： 题型：填空题

    15．小明乘坐匀速转动的“摩天轮”向最高点运动的过程中，小明的重力势能增大，动能减小．（本题每空均选填变大/变小/不变）．

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    科目：初中物理 来源： 题型：选择题

    16．人类对原子结构的探究最早是从静电现象开始的．关于静电现象，下列说法正确的是（　　）
    A．摩擦起电是由于摩擦产生了电荷
    B．与丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，而丝绸不带电
    C．小通草球与毛皮摩擦过的橡胶棒吸引，则该小通草球一定带正电
    D．自然界只存在正电荷和负电荷两种电荷

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