三、实验与探究（本题包括3个小题，共21分）
21．小云用如图所示装置探究水的沸腾．
（1）组装实验器材时，应按照 自下而上 的顺序（选填“自上而下”或“自下而上”）．实验室现有水银温度计（﹣20℃﹣120℃）、酒精温度计（﹣80℃﹣60℃）、体温计、寒暑表等不同种类的温度计，本实验应选用的温度计是 水银温度计 ；
（2）实验中，小云观察到水灾沸腾前和沸腾时水中气泡的上升情况不同，如图甲、乙所示．表示沸腾前气泡上升情况的是图 甲 ；水沸腾时，烧杯中不停地冒出“白气”，这些“白气”实际上是 小水滴 （选填“小冰晶”、“小水滴”或“水蒸气”）；
（3）实验完毕，小云撤去酒精灯后发现水继续沸腾了一段时间，原因是 石棉网的余温仍高于水的沸点 ．
【分析】（1）实验时，需用酒精灯的外焰加热，所以要调整好铁圈的高度，然后根据温度计的使用规则固定好其位置；
要正确地选择温度计，需要了解各温度计的量程．体温计、家用寒暑表、酒精温度计的最大测量值都不会达到100℃；
（2）掌握沸腾时和沸腾前的现象：沸腾前，气泡在上升过程中体积逐渐减小，到水面消失．沸腾时，有大量气泡产生，气泡在上升过程中体积逐渐增大，最后破裂；
物质由气态变为液态的过程是液化；
（3）根据水沸腾的条件：达到沸点并继续吸热，通过沸腾的两个条件结合热传递的知识进行分析．
【解答】解：
（1）酒精灯需用外焰加热，所以要放好酒精灯，再固定铁圈的高度；而温度计的玻璃泡要全部浸没到液体中，但不能碰到容器壁和容器底，所以先放好烧杯后，再调节温度计的高度，所以组装实验器材时，应按照自下而上的顺序；
体温计的量程在35℃～42℃，家用寒暑表的量程是﹣20℃～60℃，水银温度计的量程为﹣10℃～110℃，酒精温度计的量程为﹣80℃～50℃；而标准大气压下水的沸点是100℃，所以应选择水银温度计；[来源:学科网ZXXK]
（2）甲图气泡在上升过程中，体积逐渐减小，所以是沸腾前的情况；乙图气泡在上升过程中气泡体积增大，所以是沸腾时的情况；
烧杯中冒出的“白气”是水蒸气液化形成的小水滴；
（3）刚撤掉酒精灯时，铁圈、石棉网的温度还高于水的温度，所以可以继续吸热，不马上停止沸腾．
故答案为：（1）自下而上；水银温度计；（2）甲；小水滴；（3）石棉网的余温仍高于水的沸点．
【点评】探究水沸腾的实验中，有关实验仪器的调节、沸腾的特点、沸腾的现象等，是本实验经常考查的问题，要熟练掌握．
22．如图所示，小亮利用电流表、电压表、滑动变阻器、开关、电源、阻值不同的电阻及导线等实验器材，探究电流与电压、电阻的关系．
（1）请你用笔画线代替导线，帮小亮完成实物电路的连接．要求滑动变阻器滑片P向左移动时，电流表的示数变小，导线不能交叉；
（2）小亮正确连接电路后，闭合开关，无论怎样移动滑片P，电流表的示数始终为0，电压表的示数约为3V，实验所用导线完好无损，则电路中出现的故障是 R断路 ．
（3）实验中，滑动变阻器具有保护电路的作用．另外，在探究电流与电压的关系时，通过移动滑片P来改变 定值电阻两端电压 ；在探究电流与电阻的关系时，通过移动滑片P来控制 电阻两端电压不变 ；
（4）小亮将电阻R换成一个额定电压为3.8V、阻值约为10Ω的小灯泡，想测量它的额定功率．为此，需要对原电路进行两处改动：一是 增加一节干电池 ，二是 电压表 换接0～15V的量程 ．
【分析 】（1）探究电流与电压、电阻的关系时，电阻与滑动变阻器串联，电压表测量定值电阻两端电压，电流表测量电路电流；根据电源电压确定电压表的量程；
当滑动变阻器滑片P向左移动时，电流表的示数变小，说明滑动变阻器接入电路的阻值变大，故需将右下接线柱接入电路；
（2）电流表示数为零，说明电路出现断路故障；电压表有示数，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连，据此判断断路的位置；
（3）探究电流与电压的关系时，需保持电阻不变；探究电流与电阻的关系时，需保持电阻两端电压不变；
（4）题目中告诉小灯泡的额定电压，要注意分析电压表的量程及电源电压．
【解答】解：（1）因为电源电压为3V，所以电压表量程选择0～3V的量程；
使滑动变阻器的右下接线柱与定值电阻R的右接线柱相连，电压表的3V接线柱与R的右接线柱相连，如下图所示：
（2）闭合开关，无论怎样移动滑片P，电流表的示数始终为0，说明电路某处发生断路；电压表有示数，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连，说明R断路；
（3）探究电流与电压的关系时，通过移动滑片P来改变定值电阻两端电压；
在探究电流与电阻的关系时，通过移动滑片P来控制电阻两端电压不变；
（4）额定电功率是小灯泡在额定电压下实际的功率，小灯泡两端的电压必须达到它的额定电压，测一个额定电压为3.8V、阻值约为10Ω的小灯泡的额定功率，小灯泡两端的电压必须能达到3.8V，因此电源必须增加一节干电池，此时电源电压成了1.5V×3=4.5V，电压表的量程也应选择0～15V．
故答案为：（2）R断路；（3）定值电阻两端电压；电阻两端电压不变；（4）增加一节干电池；电压表换接0～15V的量程．
【点评】（1）连接实物电路图时，开关断开，滑动变阻器的滑片移到最大阻值处，电压表根据电源电压选量程，电流表根据电路中最大电流选量程；
（2）掌握控制变量法的应用，理解额定功率的物理意义，会测量用电器的额定功率．
23．为了探究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关，小明选用以下能满足实验要求的器材做了一系列的实验：形状相同的木块和铁块、表面平整的长木板、弹簧测力计等．小明做的部分实验如表所示（实验时，长木板固定在水平 桌面上）：
序号 实验方法 图示
1 把木块平放在长木板上，用弹簧测力计水平拉动木块，使木块做匀速直线运动，记下弹簧测力计的示数F1；
2 把铁块侧放在长木板上，用弹簧测力计水平拉动铁块，使铁块做匀速直线运动，记下弹簧测力计的示数F2；
3 木块在下，铁块在上叠放在一起后放到长木板上，用弹簧测力计水平拉动木块，使它们做匀速直线运动，记下弹簧测力计的示数F3．
小明发现，三次实验中弹簧测力计的示数均不相同，即F1≠F2≠F3，且F1＜F3．
（1）比较1、3两次实验，由F1＜F3得出的结论是 接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大 ；
（2）比较1、2两次实验，根据F1≠F2，小明认为：滑动摩擦力的大小与接触面积有关．小明得出这个错误结论的原因是 没有控制压力大小、接触面粗糙程度相同 ．
（3）实验中运用了转换法，把摩擦力的大小转换为 拉力大小 ．为了保证转换的正确性，实验中采取的措施是 拉动木块做匀速直线运动 ．
（4）小明想：木块表面粗糙还是铁块表面粗糙？请你利用现有器材增加一次实验，解决小明的问题．写出实验方法和结论：方法 将铁块叠放在木块之上，重复步骤3的实验，记下弹簧测力计的示数F4，比较F3和F4的大小 ；结论 若F3＞F4，则说明木块的表面粗糙，若F3＜F4，则说明铁块的表面粗糙． ．
【分析】本实验中，用弹簧测力计拉动木块在水平面上进行匀速直线运动，拉力和滑动摩擦力是一对平衡力，大小相等，间接测量滑动摩擦力大小．
滑动摩擦力大小跟压力大小和接触面粗糙程度有关．探究滑动摩擦力大小跟压力大小关系时，控制接触面粗糙程度不变，改变压力大小，观察滑动摩擦力大小的变化；探究滑动摩擦力大小跟接触面粗糙程度关系，控制压力大小不变，改变接触面粗糙程度，观察滑动摩擦力大小的变化．据此结合实验过程做出解答．
【解答】解：（1）比较1、3两次实验可以看出，接触面相同，压力不同，最终拉力F1＜F3，可得出的结论是：接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；
（2）比较1、2两次实验可以看出，两次的压力不同，接触面也不同，因此根据F1≠F2，得出：滑动摩擦力的大小与接触面积有关，这一结论是不可靠的．原因是他没有控制压力大小、接触面粗糙程度相同．
（3）实验中运用了转换法，把摩擦力的大小转换为拉力大小．为了保证转换的正确性，实验中应拉动木块做匀速直线运动，使摩擦力与拉力是一对平衡力．
（4）在步骤3的基础上，可将铁块叠放在木块之上，重复步骤3的实验，记下弹簧测力计的示数F4，比较F3和F4的大小；
若F3＞F4，则说明木块的表面粗糙，若F 3＜F4，则说明铁块的表面粗糙．
故答案为：（1）接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；
（2）没有控制压力大小、接触面粗糙程度相同；
（3）拉力大小；拉动木块做匀速直线运动；
（4）将铁块叠放在木块之上，重复步骤3的实验，记下弹簧测力计的示数F4，比较F3和F4的大小．
若F3＞F4，则说明木块的表面粗糙，若F3＜F4，则说明铁块的表面粗糙．
【点评】本实验中，要熟知影响滑动摩擦力大小的因素，能运用控制变量法和转换法对实验的过程进行分析，并得出结论，是正确解答的关键．
四、分析与计算（本题包括2个小题，共15分）
24．在水平台面上放置一个底面积为100cm2的圆筒形容器，容器内水深20cm，将一个长方体用细线拴好悬挂在弹簧测力计下，从水面开始逐渐浸入直至浸没到水面下某处停止．此过程中，弹簧测力计的示数F与长方体下表面到水面的距离h的关系图象如图所示．（g=10N/kg，容器厚度、细线重均不计，容器内的水未溢出）．求：
（1）长方体浸没在水中受到的浮力；
（2）长方体浸没时，水对容器底的压强．
【分析】（1）由图象知，当h=0时，此时测力计的示数等于圆柱体的重力；当h≥10cm时，测力计的示数不变，说明此时浮力不变，圆柱体完全浸没，知道弹簧测力计的示数，利用F浮=G﹣F示求长方体浸没在水中受到的浮力；
（2）求出了长方体浸没在水中受到的浮力，利用F浮=ρ水gV排得排开水的体积；利用V=Sh求容器内水的体积，可得长方体浸没时，水和物体的总体积，进而求出容器内水的深度，再利用液体压强公式求水对容器底的压强．
【解答】解：
（1）由图象知，当h=0时，此时测力计的示数等于圆柱体的重力，所以G=9N；
当h≥10cm时，测力计的示数不变，说明此时浮力不变，圆柱体完全浸没，此时F示=5N；
所以长方体浸没在水中受到的浮力：
F浮=G﹣F示=9N﹣5N=4N；
（2）由F浮=ρ水gV排得排开水的体积：
V排= = =4×10﹣4m3，
容器内水的体积：
V水=100cm2×20cm=2000cm3=2×10﹣3m3，
长方体浸没时，水和物体的总体积：
V=V水+V排=2×10﹣3m3+4×10﹣4m3=2.4×10﹣3m3，
容器内水的深度：
h= = =0.24m，
水对容器底的压强：
p=ρgh=1×103kg/m 3×10N/kg×0.24m=2400Pa．
答：（1）长方体浸没在水中受到的浮力为4N；
（2）长方体浸没时，水对容器底的压强为2400Pa．
【点评】本题考查了浮力和液体压强的计算，能从图象得出相关信息是关键，难点在于求出物体浸没水中后水的深度..[来源:学科网ZXXK]
25．如图所示，小灯泡L标有“2.5V 1.5W”的字样，电源电压6V保持不变，R2为定值 电阻．
（1）开关S、S1、S2都闭合时，R2消耗的电功率为3W，求R2的阻值；
（2）闭合S，断开S1、S2，移动滑动变阻器的滑片P使小灯泡正常发光，求此时滑动变阻器接入电路的电阻值（计算结果保留整数）．
【分析】（1）开关S、S1、S2都闭合时，R1与R2并联，根据并联电路的电压特点和P= 表示出R2消耗的电功率即可求出R2的阻值；
（2）闭合S，断开S1、S2时，R1与L串联，灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，根据串联电路的电压特点求出R1两端的电压，根据串联电路的电流特点和P=UI求出电路中的电流，根据欧姆定律求出此时滑动变阻器接入电路的电阻值．
【解答】解：（1）开关S、S1、S2都闭合时，R1与R2并联，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，由P= 可得，R2的阻值：
R2= = =12Ω；
（2）闭合S，断开S1、S2时，R1与L串联，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，且灯泡正常发光，
所以，R1两端的电压：
U1=U﹣UL=6V﹣2.5V=3.5V，
由P=UI可得，电路中的电流：
I= = =0.6A，
此时滑动变阻器接入电路的电阻值：
R1= = ≈6Ω．
答：（1）R2的阻值为12Ω；
（2）闭合S，断开S1、S2，移动滑动变阻器的滑片P使小灯泡正常发光，此时滑动变阻器接入电路的电阻值为6Ω．
【点评】本题考查了串并联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的应用，要注意灯泡正常发光时的电压和额定电压相等．
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