小明同學(xué)在做“探究電磁鐵 實(shí)驗(yàn)中.使用兩個(gè)相同的大鐵釘繞制成電磁鐵進(jìn)行實(shí)驗(yàn).如圖3所示.下列說(shuō)法中正確的是A.要使電磁鐵磁性增強(qiáng).應(yīng)將變阻器的滑動(dòng)片向右滑動(dòng)B.電磁鐵能吸引的大頭針越多.表明它的磁性越強(qiáng)C.電磁鐵B磁性較強(qiáng).所以通過(guò)它的電流較大D.若將兩電磁鐵上部靠近.會(huì)相互吸引 查看更多

 

題目列表(包括答案和解析)

小明和小紅想利用如圖所示的裝置探究“導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關(guān)系”。兩瓶煤油中都浸泡著一段金屬絲,燒瓶A中的金屬絲是銅絲,電阻比較小,燒瓶B中的金屬絲是鎳鉻合金絲,電阻比較大。兩瓶煤油中溫度計(jì)可以顯示煤油的溫度。

(1)根據(jù)                   法的研究思想,應(yīng)該使這兩個(gè)燒瓶中煤油的質(zhì)量相等。

(2)小紅問(wèn)小明:“打開(kāi)水龍頭就可以得到水,干嘛不用水代替煤油?”對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,小明與他的同學(xué)給出了下列四種答案,你認(rèn)為最合理的是          。

A.因?yàn)槊河陀蓄伾阌谟^察         B.因?yàn)槊河陀斜容^大的熱值

C.因?yàn)槊河陀斜容^小的密度         D.因?yàn)槊河陀斜容^小的比熱容

(3)實(shí)驗(yàn)中,小明和小紅發(fā)現(xiàn)燒瓶B中溫度計(jì)的示數(shù)升高的快。這表明:在電流和通電時(shí)間相同的情況下,導(dǎo)體的電阻越              ,產(chǎn)生的熱量越多。

(4)小紅把實(shí)驗(yàn)裝置作了一些改動(dòng):在相同的燒瓶A、B中裝滿煤油,用細(xì)玻璃管代替溫度計(jì)做實(shí)驗(yàn),當(dāng)煤油溫度上升時(shí),會(huì)看到細(xì)玻璃管內(nèi)的液面明顯上升。下列實(shí)驗(yàn)中也用到這種思想和方法的是           。

A.將不同的電阻絲分別接到同一電路中,通過(guò)比較電流的大小來(lái)比較電阻的大小

B.將乒乓球靠近發(fā)聲的音叉,通過(guò)乒乓球被彈開(kāi)顯示音叉在振動(dòng)

C.讓不同的紙團(tuán)從相同高度同時(shí)下落,通過(guò)落地的先后判斷運(yùn)動(dòng)的快慢

D.將小鐵屑均勻?yàn)⒃诖朋w周?chē),通過(guò)觀察鐵屑的分布情況來(lái)認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)的分布情況

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第十四屆全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽試題

一、(14分)1998年某地區(qū)遭受特大洪澇災(zāi)害。為了抗洪搶險(xiǎn),急需在20h內(nèi)從甲地調(diào)運(yùn)65t鋼材到乙地,F(xiàn)僅剩下一艘滿載時(shí)排水量為80t的貨船,船身(包括船員)質(zhì)量約17t,已知甲、乙兩地的水路距離為80km,船行駛的平均速度為lOkm/h(不計(jì)水流速度)。

    (1)請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)完成此項(xiàng)任務(wù)的可行性方案;

    (2)通過(guò)分析、計(jì)算,找出最佳方案。(鋼材的密度為7.9×103kg/m3)

    

二、(18分)圖l為一種電磁爐的原理示意圖。它是利用高頻電流在電磁爐內(nèi)部線圈中產(chǎn)生磁場(chǎng),磁化鐵磁材料制成的烹飪鍋,在鍋體形成無(wú)數(shù)小的渦流(感應(yīng)電流)而產(chǎn)生焦耳熱。同時(shí),被磁化的鐵磁材料分子因摩擦、碰撞而發(fā)熱。從而使鍋體自身發(fā)熱達(dá)到加熱食物的目的。

  (1)使用電磁爐加熱食物時(shí),不產(chǎn)生明火,無(wú)煙塵,無(wú)廢氣,清潔、安全、高效、節(jié)能。請(qǐng)寫(xiě)出電磁爐在使用中可能涉及的物理知識(shí)(只寫(xiě)名稱不寫(xiě)內(nèi)容,不少于10個(gè)可得滿分)。

(2)在使用電磁爐時(shí),爐和鍋之間的熱是由_______傳

遞給_______的。電磁爐加熱食物的過(guò)程中消耗______

____能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_________能;若用該電磁爐1次蒸熟

5個(gè)饅頭需用時(shí)間25min,那么,1次只蒸熟1個(gè)同樣

大小的饅頭大約需要________min。

(3)某款電磁爐性能參數(shù)如下表所示:

型號(hào)

額定電壓

額定功率

功率調(diào)節(jié)范圍

溫度調(diào)節(jié)范圍

熱效率

SC---16

220V50Hz

1600W

450W--1600W

70℃--2400℃

(大于)90%

    根據(jù)上表數(shù)據(jù),若電磁爐在功率調(diào)節(jié)和溫度調(diào)節(jié)的范圍內(nèi),加熱溫度隨功率調(diào)節(jié)的變化圖象是一直線,電磁爐工作電壓正常,在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,燒開(kāi)一鍋質(zhì)量為3kg、溫度為22℃的水最多需要多少時(shí)間(不計(jì)鍋吸熱及熱散失)?

    

三、(18分)有人在夏季用簡(jiǎn)易曬水箱給水加熱用來(lái)淋浴,這不僅能節(jié)省能源,而且很方便。李明和張華想利用這樣的裝置估測(cè)太陽(yáng)光對(duì)地球表面輻射的強(qiáng)度的大小。也就是說(shuō),太陽(yáng)光垂直照射地球表面時(shí),地球表面單位時(shí)間單位面積所獲得的能量是多少。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示,曬水箱內(nèi)部是被涂黑的,箱體外加了保溫層,上面開(kāi)口并蓋有透明玻璃板。

    在估測(cè)之前要首先弄清,透過(guò)玻璃板的太陽(yáng)光能量究竟占太陽(yáng)輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?李明和張華各拿一塊實(shí)驗(yàn)用的玻璃板,把陽(yáng)光反射到墻上的同一個(gè)地方,他們發(fā)現(xiàn),兩塊反射光斑重疊處的強(qiáng)度,和太陽(yáng)光直接射到地上的強(qiáng)度差不多。

    (1)透過(guò)玻璃板的太陽(yáng)光能量占太陽(yáng)輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?你在得出這個(gè)結(jié)論時(shí)做了什么假設(shè)?假設(shè)的根據(jù)是什么?

    (2)請(qǐng)你幫助他們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,并寫(xiě)出具體的實(shí)驗(yàn)步驟。

    (3)請(qǐng)你對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的可行性做出評(píng)價(jià)。

    

四、(18分)用電流表和電壓表測(cè)電流和電壓時(shí),通常并不考慮儀表本身電阻對(duì)待測(cè)電路的影響,而將其視為“理想儀表”,即認(rèn)為電流表的內(nèi)電阻為零,電壓表的內(nèi)電阻為無(wú)限大。實(shí)際上,電流表和電壓表都有一定電阻值,因而我們可以把電流表看成一個(gè)能顯示通過(guò)自身電流大小的其阻值很小的電阻;可以把電壓表看成一個(gè)能顯示自身兩端電壓大小的其阻值很大的電阻。所以,把電流表或電壓表接入待測(cè)電路時(shí),就相當(dāng)于在待測(cè)電路中串聯(lián)一個(gè)電阻,或并聯(lián)一個(gè)電阻。這樣,電流表兩端就要有一定的電壓,電壓表中就要通過(guò)一定的電流,因此實(shí)際上很難同時(shí)精確地測(cè)出待測(cè)電阻兩端的電壓和通過(guò)待測(cè)電阻的電流。

    1.現(xiàn)有一個(gè)量程為0.6A,內(nèi)電阻為0.13Ω的電流表,能否用它測(cè)量某電路兩端的電壓?若不能,請(qǐng)說(shuō)明理由。若能,請(qǐng)說(shuō)明用它能測(cè)量的最大電壓值。

    2.現(xiàn)要精確測(cè)量一個(gè)阻值約為8Ω的電阻Rx,實(shí)驗(yàn)室提供下列器材。

    ·電流表A1:量程100mA,內(nèi)電阻r1=4Ω

    ·電流表A2:量程500mA,內(nèi)電阻r2=750Ω

    ·電壓表V:量程10V,內(nèi)電阻r3=10kΩ

    ·變阻器R0:阻值約10Ω·定值電阻R1:阻值為10kΩ

    ·電池E:兩端電壓約l.5V

    ·開(kāi)關(guān)s、導(dǎo)線若干個(gè)

(1)選出你測(cè)量時(shí)所需的適當(dāng)器材,并在虛線方框中畫(huà)出電路圖。

(2)需要測(cè)量哪些物理量?根據(jù)所測(cè)物理量,寫(xiě)出被測(cè)電阻Rx的表達(dá)式。

    

五、(16分)圖3甲是使用汽車(chē)打撈水下重物的示意圖。汽車(chē)通過(guò)定滑輪牽引水下一個(gè)圓柱形重物,在整個(gè)打撈過(guò)程中,汽車(chē)以恒定的速度v=0.2m/s向右運(yùn)動(dòng)。圖3乙是此過(guò)程中汽車(chē)?yán)瓌?dòng)重物的功率P隨時(shí)間t變化的圖象。設(shè)t=0時(shí)汽車(chē)開(kāi)始提升重物,忽略水的阻力和滑輪的摩擦,g取10N/kg。求:

    (1)圓柱形重物的質(zhì)量;(2)圓柱形重物的密度;(3)打撈前,圓柱形重物上表面所受的水的壓力。

    

六、(16分)圖4為一種電飯煲的工作原理圖。下面是王寧同學(xué)對(duì)電飯煲工作原理的研究,請(qǐng)你也參與共同探討。

  按下、扳起電飯煲的開(kāi)關(guān),有一種“粘連”“吸引”的感覺(jué),取出飯鍋,發(fā)現(xiàn)電飯煲的底部有一個(gè)凸起物.它可以上下彈動(dòng),能被磁鐵吸引。王寧同學(xué)通過(guò)用

這個(gè)電飯煲做米飯和燒水來(lái)研究它的工作情況,請(qǐng)回答他在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的如下問(wèn)題。

    (1)圖4中只有兩根外接導(dǎo)線,這樣的用電器有什么危害?應(yīng)當(dāng)怎樣加以完善?

    (2)將三腳插頭插入電源插座,不用按開(kāi)關(guān),指示燈就發(fā)亮,按下開(kāi)關(guān)后,指示燈亮度不變。此時(shí)為什么開(kāi)關(guān)對(duì)指示燈的亮度沒(méi)有影響?

    (3)電飯煲工作了15min,會(huì)出現(xiàn)大量“白氣”,這些“白氣”是怎樣形成的?

    (4)電飯煲工作了25min,聽(tīng)到“啪”的一聲,指示燈不亮了。以此推測(cè),感溫軟磁體的磁性可能受什么因素影響?怎樣影響?

    (5)聽(tīng)到“啪”的一聲后又過(guò)了l0min,指示燈又發(fā)光,一會(huì)兒指示燈又熄滅了。分析在相同條件下,不同種類金屬的熱脹冷縮程度是否一樣?

    (6)要想獲得恒溫的溫水,你可以怎樣做?

    (7)電飯煲使用較長(zhǎng)一段時(shí)間后,常常在飯未完全熟透時(shí)就“跳閘”,這樣就會(huì)出現(xiàn)“夾生飯”,請(qǐng)問(wèn)這種情況電飯煲可能在什么地方出現(xiàn)了故障?為什么?

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第十四屆全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽試題

一、(14分)1998年某地區(qū)遭受特大洪澇災(zāi)害。為了抗洪搶險(xiǎn),急需在20h內(nèi)從甲地調(diào)運(yùn)65t鋼材到乙地。現(xiàn)僅剩下一艘滿載時(shí)排水量為80t的貨船,船身(包括船員)質(zhì)量約17t,已知甲、乙兩地的水路距離為80km,船行駛的平均速度為lOkm/h(不計(jì)水流速度)。

    (1)請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)完成此項(xiàng)任務(wù)的可行性方案;

    (2)通過(guò)分析、計(jì)算,找出最佳方案。(鋼材的密度為7.9×103kg/m3)

    

二、(18分)圖l為一種電磁爐的原理示意圖。它是利用高頻電流在電磁爐內(nèi)部線圈中產(chǎn)生磁場(chǎng),磁化鐵磁材料制成的烹飪鍋,在鍋體形成無(wú)數(shù)小的渦流(感應(yīng)電流)而產(chǎn)生焦耳熱。同時(shí),被磁化的鐵磁材料分子因摩擦、碰撞而發(fā)熱。從而使鍋體自身發(fā)熱達(dá)到加熱食物的目的。

  (1)使用電磁爐加熱食物時(shí),不產(chǎn)生明火,無(wú)煙塵,無(wú)廢氣,清潔、安全、高效、節(jié)能。請(qǐng)寫(xiě)出電磁爐在使用中可能涉及的物理知識(shí)(只寫(xiě)名稱不寫(xiě)內(nèi)容,不少于10個(gè)可得滿分)。

(2)在使用電磁爐時(shí),爐和鍋之間的熱是由_______傳

遞給_______的。電磁爐加熱食物的過(guò)程中消耗______

____能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_________能;若用該電磁爐1次蒸熟

5個(gè)饅頭需用時(shí)間25min,那么,1次只蒸熟1個(gè)同樣

大小的饅頭大約需要________min。

(3)某款電磁爐性能參數(shù)如下表所示:

型號(hào)

額定電壓

額定功率

功率調(diào)節(jié)范圍

溫度調(diào)節(jié)范圍

熱效率

SC---16

220V50Hz

1600W

450W--1600W

70℃--2400℃

(大于)90%

    根據(jù)上表數(shù)據(jù),若電磁爐在功率調(diào)節(jié)和溫度調(diào)節(jié)的范圍內(nèi),加熱溫度隨功率調(diào)節(jié)的變化圖象是一直線,電磁爐工作電壓正常,在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,燒開(kāi)一鍋質(zhì)量為3kg、溫度為22℃的水最多需要多少時(shí)間(不計(jì)鍋吸熱及熱散失)?

    

三、(18分)有人在夏季用簡(jiǎn)易曬水箱給水加熱用來(lái)淋浴,這不僅能節(jié)省能源,而且很方便。李明和張華想利用這樣的裝置估測(cè)太陽(yáng)光對(duì)地球表面輻射的強(qiáng)度的大小。也就是說(shuō),太陽(yáng)光垂直照射地球表面時(shí),地球表面單位時(shí)間單位面積所獲得的能量是多少。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示,曬水箱內(nèi)部是被涂黑的,箱體外加了保溫層,上面開(kāi)口并蓋有透明玻璃板。

    在估測(cè)之前要首先弄清,透過(guò)玻璃板的太陽(yáng)光能量究竟占太陽(yáng)輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?李明和張華各拿一塊實(shí)驗(yàn)用的玻璃板,把陽(yáng)光反射到墻上的同一個(gè)地方,他們發(fā)現(xiàn),兩塊反射光斑重疊處的強(qiáng)度,和太陽(yáng)光直接射到地上的強(qiáng)度差不多。

    (1)透過(guò)玻璃板的太陽(yáng)光能量占太陽(yáng)輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?你在得出這個(gè)結(jié)論時(shí)做了什么假設(shè)?假設(shè)的根據(jù)是什么?

    (2)請(qǐng)你幫助他們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,并寫(xiě)出具體的實(shí)驗(yàn)步驟。

    (3)請(qǐng)你對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的可行性做出評(píng)價(jià)。

    

四、(18分)用電流表和電壓表測(cè)電流和電壓時(shí),通常并不考慮儀表本身電阻對(duì)待測(cè)電路的影響,而將其視為“理想儀表”,即認(rèn)為電流表的內(nèi)電阻為零,電壓表的內(nèi)電阻為無(wú)限大。實(shí)際上,電流表和電壓表都有一定電阻值,因而我們可以把電流表看成一個(gè)能顯示通過(guò)自身電流大小的其阻值很小的電阻;可以把電壓表看成一個(gè)能顯示自身兩端電壓大小的其阻值很大的電阻。所以,把電流表或電壓表接入待測(cè)電路時(shí),就相當(dāng)于在待測(cè)電路中串聯(lián)一個(gè)電阻,或并聯(lián)一個(gè)電阻。這樣,電流表兩端就要有一定的電壓,電壓表中就要通過(guò)一定的電流,因此實(shí)際上很難同時(shí)精確地測(cè)出待測(cè)電阻兩端的電壓和通過(guò)待測(cè)電阻的電流。

    1.現(xiàn)有一個(gè)量程為0.6A,內(nèi)電阻為0.13Ω的電流表,能否用它測(cè)量某電路兩端的電壓?若不能,請(qǐng)說(shuō)明理由。若能,請(qǐng)說(shuō)明用它能測(cè)量的最大電壓值。

    2.現(xiàn)要精確測(cè)量一個(gè)阻值約為8Ω的電阻Rx,實(shí)驗(yàn)室提供下列器材。

    ·電流表A1:量程100mA,內(nèi)電阻r1=4Ω

    ·電流表A2:量程500mA,內(nèi)電阻r2=750Ω

    ·電壓表V:量程10V,內(nèi)電阻r3=10kΩ

    ·變阻器R0:阻值約10Ω·定值電阻R1:阻值為10kΩ

    ·電池E:兩端電壓約l.5V

    ·開(kāi)關(guān)s、導(dǎo)線若干個(gè)

(1)選出你測(cè)量時(shí)所需的適當(dāng)器材,并在虛線方框中畫(huà)出電路圖。

(2)需要測(cè)量哪些物理量?根據(jù)所測(cè)物理量,寫(xiě)出被測(cè)電阻Rx的表達(dá)式。

    

五、(16分)圖3甲是使用汽車(chē)打撈水下重物的示意圖。汽車(chē)通過(guò)定滑輪牽引水下一個(gè)圓柱形重物,在整個(gè)打撈過(guò)程中,汽車(chē)以恒定的速度v=0.2m/s向右運(yùn)動(dòng)。圖3乙是此過(guò)程中汽車(chē)?yán)瓌?dòng)重物的功率P隨時(shí)間t變化的圖象。設(shè)t=0時(shí)汽車(chē)開(kāi)始提升重物,忽略水的阻力和滑輪的摩擦,g取10N/kg。求:

    (1)圓柱形重物的質(zhì)量;(2)圓柱形重物的密度;(3)打撈前,圓柱形重物上表面所受的水的壓力。

    

六、(16分)圖4為一種電飯煲的工作原理圖。下面是王寧同學(xué)對(duì)電飯煲工作原理的研究,請(qǐng)你也參與共同探討。

  按下、扳起電飯煲的開(kāi)關(guān),有一種“粘連”“吸引”的感覺(jué),取出飯鍋,發(fā)現(xiàn)電飯煲的底部有一個(gè)凸起物.它可以上下彈動(dòng),能被磁鐵吸引。王寧同學(xué)通過(guò)用

這個(gè)電飯煲做米飯和燒水來(lái)研究它的工作情況,請(qǐng)回答他在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的如下問(wèn)題。

    (1)圖4中只有兩根外接導(dǎo)線,這樣的用電器有什么危害?應(yīng)當(dāng)怎樣加以完善?

    (2)將三腳插頭插入電源插座,不用按開(kāi)關(guān),指示燈就發(fā)亮,按下開(kāi)關(guān)后,指示燈亮度不變。此時(shí)為什么開(kāi)關(guān)對(duì)指示燈的亮度沒(méi)有影響?

    (3)電飯煲工作了15min,會(huì)出現(xiàn)大量“白氣”,這些“白氣”是怎樣形成的?

    (4)電飯煲工作了25min,聽(tīng)到“啪”的一聲,指示燈不亮了。以此推測(cè),感溫軟磁體的磁性可能受什么因素影響?怎樣影響?

    (5)聽(tīng)到“啪”的一聲后又過(guò)了l0min,指示燈又發(fā)光,一會(huì)兒指示燈又熄滅了。分析在相同條件下,不同種類金屬的熱脹冷縮程度是否一樣?

    (6)要想獲得恒溫的溫水,你可以怎樣做?

    (7)電飯煲使用較長(zhǎng)一段時(shí)間后,常常在飯未完全熟透時(shí)就“跳閘”,這樣就會(huì)出現(xiàn)“夾生飯”,請(qǐng)問(wèn)這種情況電飯煲可能在什么地方出現(xiàn)了故障?為什么?

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焦耳

  焦耳(James Prescort Joule,1818~1889)英國(guó)杰出的物理學(xué)家。1818年12月24日生于曼徹斯特附近的索爾福德。父親是個(gè)富有的啤酒廠廠主。焦耳從小就跟父親參加釀酒勞動(dòng),學(xué)習(xí)釀酒技術(shù),沒(méi)上過(guò)正規(guī)學(xué)校。16歲時(shí)和兄弟一起在著名化學(xué)家道爾頓門(mén)下學(xué)習(xí),然而由于老師有病,學(xué)習(xí)時(shí)間并不長(zhǎng),但是道爾頓對(duì)他的影響極大,使他對(duì)科學(xué)研究產(chǎn)生了強(qiáng)烈的興趣。1838年他拿出一間住房開(kāi)始了自己的實(shí)驗(yàn)研究。他經(jīng)常利用釀酒后的業(yè)余時(shí)間,親手設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)儀器,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。焦耳一生都在從事實(shí)驗(yàn)研究工作,在電磁學(xué)、熱學(xué)、氣體分子動(dòng)理論等方面均作出了卓越的貢獻(xiàn)。他是靠自學(xué)成為物理學(xué)家的。

  焦耳是從磁效應(yīng)和電動(dòng)機(jī)效率的測(cè)定開(kāi)始實(shí)驗(yàn)研究的。他曾以為電磁鐵將會(huì)成為機(jī)械功的無(wú)窮無(wú)盡的源泉,很快他發(fā)現(xiàn)蒸汽機(jī)的效率要比剛發(fā)明不久的電動(dòng)機(jī)效率高得多。正是這些實(shí)驗(yàn)探索導(dǎo)致了他對(duì)熱功轉(zhuǎn)換的定量研究。

  從1840年起,焦耳開(kāi)始研究電流的熱效應(yīng),寫(xiě)成了《論伏打電所生的熱》、《電解時(shí)在金屬導(dǎo)體和電池組中放出的熱》等論文,指出:導(dǎo)體中一定時(shí)間內(nèi)所生成的熱量與導(dǎo)體的電流的二次方和電阻之積成正比。此后不久的1842年,俄國(guó)著名物理學(xué)家楞次也獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了同樣的規(guī)律,所以被稱為焦耳-楞次定律。這一發(fā)現(xiàn)為揭示電能、化學(xué)能、熱能的等價(jià)性打下了基礎(chǔ),敲開(kāi)了通向能量守恒定律的大門(mén)。焦耳也注意探討各種生熱的自然“力”之間存在的定量關(guān)系。他做了許多實(shí)驗(yàn)。例如,他把帶鐵芯的線圈放入封閉的水容器中,將線圈與靈敏電流計(jì)相連,線圈可在強(qiáng)電磁鐵的磁場(chǎng)間旋轉(zhuǎn)。電磁鐵由蓄電池供電。實(shí)驗(yàn)時(shí)電磁鐵交替通斷電流各15分鐘,線圈轉(zhuǎn)速達(dá)每分鐘600次。這樣,就可將摩擦生熱與電流生熱兩種情況進(jìn)行比較,焦耳由此證明熱量與電流二次方成正比,他還用手搖、砝碼下落等共13種方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),最后得出:“使1磅水升高1°F的熱量,等于且可能轉(zhuǎn)化為把838磅重物舉高1英尺的機(jī)械力(功)”(合460千克重米每千卡)?偨Y(jié)這些結(jié)果,他寫(xiě)出《論磁電的熱效應(yīng)及熱的機(jī)械值》論文,并在1843年8月21日英國(guó)科學(xué)協(xié)會(huì)數(shù)理組會(huì)議上宣讀。他強(qiáng)調(diào)了自然界的能是等量轉(zhuǎn)換、不會(huì)消滅的,哪里消耗了機(jī)械能或電磁能,總在某些地方能得到相當(dāng)?shù)臒。這對(duì)于熱的動(dòng)力說(shuō)是極好的證明與支持。因此引起轟動(dòng)和熱烈的爭(zhēng)議。

  為了進(jìn)一步說(shuō)服那些受熱質(zhì)說(shuō)影響的科學(xué)家,他表示:“我打算利用更有效和更精確的裝置重做這些實(shí)驗(yàn)!币院笏淖儨y(cè)量方法,例如,將壓縮一定量空氣所需的功與壓縮產(chǎn)生的熱量作比較確定熱功當(dāng)量;利用水通過(guò)細(xì)管運(yùn)動(dòng)放出的熱量來(lái)確定熱功當(dāng)量;其中特別著名的也是今天仍可認(rèn)為是最準(zhǔn)確的槳葉輪實(shí)驗(yàn)。通過(guò)下降重物帶動(dòng)量熱器中的葉片旋轉(zhuǎn),葉片與水的摩擦所生的熱量由水的溫升可準(zhǔn)確測(cè)出。他還用其他液體(如鯨油、水銀)代替水。不同的方法和材料得出的熱功當(dāng)量都是423.9千克重·米每千卡或趨近于423.85千克重·米每千卡。

  在1840~1879年焦耳用了近40年的時(shí)間,不懈地鉆研和測(cè)定了熱功當(dāng)量。他先后用不同的方法做了400多次實(shí)驗(yàn),得出結(jié)論:熱功當(dāng)量是一個(gè)普適常量,與做功方式無(wú)關(guān)。他自己1878年與1849年的測(cè)驗(yàn)結(jié)果相同。后來(lái)公認(rèn)值是427千克重·米每千卡。這說(shuō)明了焦耳不愧為真正的實(shí)驗(yàn)大師。他的這一實(shí)驗(yàn)常數(shù),為能量守恒與轉(zhuǎn)換定律提供了無(wú)可置疑的證據(jù)。

  1847年,當(dāng)29歲的焦耳在牛津召開(kāi)的英國(guó)科學(xué)協(xié)會(huì)會(huì)議上再次報(bào)告他的成果時(shí),本來(lái)想聽(tīng)完后起來(lái)反駁的開(kāi)爾文勛爵竟然也被焦耳完全說(shuō)服了,后來(lái)兩人合作得很好,共同進(jìn)行了多孔塞實(shí)驗(yàn)(1852),發(fā)現(xiàn)氣體經(jīng)多孔塞膨脹后溫度下降,稱為焦耳-湯姆孫效應(yīng),這個(gè)效應(yīng)在低溫技術(shù)和氣體液化方面有廣泛的應(yīng)用。焦耳的這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在1850年總結(jié)在他出版的《論熱功當(dāng)量》的重要著作中。他的實(shí)驗(yàn),經(jīng)多人從不同角度不同方法重復(fù)得出的結(jié)論是相同的。1850年焦耳被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。此后他仍不斷改進(jìn)自己的實(shí)驗(yàn)。恩格斯把“由熱的機(jī)械當(dāng)量的發(fā)現(xiàn)(邁爾、焦耳和柯?tīng)柖。┧鶎?dǎo)致的能量轉(zhuǎn)化的證明”列為19世紀(jì)下半葉自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)的第一項(xiàng)。

選自:《物理教師手冊(cè)》

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摘要:本文分析了如何挖掘物理題中隱含條件的途徑和方法。并對(duì)物理學(xué)試題題型進(jìn)行歸類、例舉和解析。學(xué)生要解好物理題,必須要有扎實(shí)的物理知識(shí)和相關(guān)學(xué)科的知識(shí),綜合分析和解決問(wèn)題的能力。因此,在物理教學(xué)過(guò)程中要注重提高學(xué)生的解題能力,加強(qiáng)對(duì)解題方法的教學(xué)。

關(guān)鍵詞:隱含條件 物理學(xué) 解題能力

學(xué)習(xí)在解物理習(xí)題時(shí),經(jīng)常會(huì)遇到這種情況,有些解題的必要條件,題中并為明確給出,而是隱含在字里行間。充分挖掘隱含條件,明確題目要求,采用合適方法,選擇正確答案,是解好這類題的關(guān)鍵。本文就如何挖掘試題中的隱含條件,提高解題能力作一例析。

一、從關(guān)鍵詞中挖掘隱含條件

在物理題中,常見(jiàn)的關(guān)鍵用語(yǔ)有:表現(xiàn)為極值條件的用語(yǔ),如“最大”、“最小”、“至少”、“剛好”等,它們均隱含著某些物理量可取特殊值;表現(xiàn)為理想化模型的用語(yǔ),如“理想滑輪”、“輕質(zhì)杠桿”、“光滑水平面”等,扣住關(guān)鍵用語(yǔ),挖掘隱含條件,能使解題靈感頓生。

例1 一個(gè)物體在平衡力的作用下,在光滑水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)這對(duì)平衡力突然消失,則物體將(。

A.立刻停止運(yùn)動(dòng)

B.運(yùn)動(dòng)速度越來(lái)越快

C.速度減慢,最后停止

D.仍作勻速直線運(yùn)動(dòng)

解析:題中“光滑水平面”為關(guān)鍵詞。光滑水平面意味著物體不受摩擦力的作用。題目中的物體待平衡力消失后,將不再受力的作用,因此仍要保持勻速直線運(yùn)動(dòng)(牛頓第一定律)。

答案:D

二、從物理學(xué)常識(shí)中找隱含條件

有些題目幾乎沒(méi)有條件,但仔細(xì)研究就會(huì)發(fā)現(xiàn)條件其實(shí)全部隱含于物理常識(shí)中,這就要求學(xué)生根據(jù)題意進(jìn)行發(fā)散性思維,努力挖掘相關(guān)知識(shí),在條件不足的情況下,根據(jù)常識(shí)假設(shè)適當(dāng)?shù)臈l件和數(shù)據(jù)以彌補(bǔ)題中明確給出的已知條件的不足。

例2 一個(gè)中學(xué)生對(duì)地面的壓強(qiáng)大約是( )

A.10Pa   B.100Pa   C.1000Pa     D.10000Pa

解析:此題隱含條件有兩個(gè),一是中學(xué)生的體重約為50kg,二是中學(xué)生雙腳底面積約為5dm2,而這兩個(gè)條件都非常隱蔽,屬于物理學(xué)常識(shí),只要明確了這兩點(diǎn),不難得出正確答案D。

三、從物理學(xué)發(fā)展史中尋找隱含條件

這類試題一般涉及對(duì)物理學(xué)研究有貢獻(xiàn)的科學(xué)家、科研成果和歷史進(jìn)程等,增加了學(xué)生的愛(ài)國(guó)情感,有利于培養(yǎng)學(xué)生的高尚情操,激起學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)的遠(yuǎn)大理想。

例3 發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的發(fā)明使人類步入電氣化時(shí)代,制造發(fā)電機(jī)的主要依據(jù)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,首先發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是(。

A.愛(ài)因斯坦

B.帕斯卡

C.奧斯特

D.法拉第

解析:知道這些科學(xué)家的研究成果和對(duì)社會(huì)的巨大貢獻(xiàn),很快就能準(zhǔn)確地選出正確答案D。

四、從物理現(xiàn)象的出現(xiàn)條件中尋找隱含條件

一定的物理現(xiàn)象的出現(xiàn),是以具備一定的條件為前提的,當(dāng)知道什么條件具備時(shí)可出現(xiàn)什么現(xiàn)象后,一旦題目給出某種現(xiàn)象,馬上可以找出相應(yīng)的隱含條件。

例4 我國(guó)“遠(yuǎn)望號(hào)”衛(wèi)星測(cè)控船從江陰出發(fā)執(zhí)行任務(wù),由長(zhǎng)江進(jìn)入海洋。下列有關(guān)測(cè)控船所受浮力的說(shuō)法正確的是(。

A.由于海水的密度大,所以船在海洋力受到的浮力大

B.由于船排開(kāi)海水的體積小,所以它在海洋里受到的浮力小

C.由于船排開(kāi)的海水的體積大,所以它在海洋力受到的浮力大

D.由于船始終漂浮在水面上,所以它受到的浮力不變

解析:“一個(gè)物體漂浮在液面上……”,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的條件是物體所受浮力等于物重,所以隱含條件是物體受到的浮力等于重力。

答案:D

例5 放在水平常木板上重10N的木塊,受到水平向右,大小為5N的拉力作用,沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),這時(shí)木板水平方向受的合力為_(kāi)______N。當(dāng)拉力增大到8N時(shí),木塊受到的合力為_(kāi)______N。

解析:“一個(gè)物體勻速運(yùn)動(dòng)……”要出現(xiàn)這種現(xiàn)象,前提條件是物體必須不受力或受平衡力作用,所以隱含條件為:物體不受力或受平衡力作用。

答案:0;3

五、從物理概念、物理原理中尋找隱含條件

有些物理學(xué)問(wèn)題、現(xiàn)象、判斷等條件隱含于相關(guān)的概念和原理中,或是命題時(shí)有意混淆概念,偷換概念,要求學(xué)生對(duì)概念掌握準(zhǔn)確,理解要透徹。

例6 晴天,幾位大學(xué)生在森林中迷路了,下面四種利用風(fēng)向引導(dǎo)他們走出森林的說(shuō)法中,正確的是_______(圖中虛線為空氣流動(dòng)形成風(fēng)的路徑示意圖)

A.森林吸熱,溫度升高慢,空氣溫度低、密度大,地面空氣從森林流向外界,應(yīng)順風(fēng)走

B.土地吸熱,溫度升高快,空氣溫度高、密度小,地面空氣從外界流向森林,應(yīng)順風(fēng)走

C.森林吸熱,溫度升高慢,空氣溫度低、密度大,地面空氣從森林流向外界,應(yīng)迎風(fēng)走

D.土地吸熱,溫度升高快,空氣溫度高、密度小,地面空氣從外界流向森林,應(yīng)迎風(fēng)走

解析:本題中隱含了比熱容的概念。物體的比熱容越大,吸收熱量后溫度變化越小。

土地的比熱容大,吸熱后溫度升高較快,空氣溫度高。熱空氣因密度小而向上升,地面空氣從森林流向外界,應(yīng)順風(fēng)走。

答案:A

六、數(shù)學(xué)關(guān)系之中尋找隱含條件

正確的示意圖不僅能幫助我們理解題意、啟發(fā)思路,而且還能通過(guò)數(shù)學(xué)關(guān)系找出題中的隱含條件。這種方法不僅在幾何光學(xué)中有較多的應(yīng)用,而且在其它物理問(wèn)題中也經(jīng)常應(yīng)用。

例7 有一均勻正方體對(duì)水平地面的壓力是F,壓強(qiáng)是P,如下圖所示。若切去陰影部分,則剩余部分對(duì)地面的壓力是原來(lái)的_______倍,壓強(qiáng)是原來(lái)的_______倍。

解析:該題的條件隱含在數(shù)學(xué)關(guān)系之中,解題的關(guān)鍵要建立物理模型的空間想象力。切去部分的正方體邊長(zhǎng)為a/2,體積為V/8。切去陰影部分后,其質(zhì)量為7/8m,底部受力面積為3/4S,剩余部分壓強(qiáng)為P’=m/S=7/6P,壓力為F’=Ps=7/8F。

答案:7/8;7/6

七、從圖形、圖表與曲線關(guān)系中尋找隱含條件

圖示是貯存和傳遞科學(xué)文化知識(shí)比較便捷的一條途徑,它能夠高度濃縮物理學(xué)的基本概念及原理,使之更加形象、直觀。試題圖文并茂,生動(dòng)活潑,但圖表曲線中隱含了相當(dāng)多的沒(méi)有敘述和未提及的條件,解題時(shí)結(jié)合題設(shè)條件分析圖形,從圖形中挖掘隱含條件,才能正確作答,較好地培養(yǎng)學(xué)生的觀察和分析問(wèn)題的能力。

例8 在如圖所示的各圖中,關(guān)于磁場(chǎng)的描述和小磁針表示正確的是(。

解析:這是一道集概念、實(shí)驗(yàn)和理論于一體的圖形選擇題,要求學(xué)生明確磁場(chǎng)的概念、磁場(chǎng)方向及磁場(chǎng)方向的規(guī)定等情況,這樣才可選出正確答案為B。

八、從實(shí)驗(yàn)的器材、操作過(guò)程或結(jié)果中尋找隱含條件

在理論試題中,也有相當(dāng)多的題干條件看似不足,其實(shí)隱含在實(shí)驗(yàn)器材、操作步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果之中,要求學(xué)生根據(jù)已有知識(shí),挖掘這些隱含條件,從而得出正確答案,這有利于考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

例9 如圖所示電路,圖中1、2、3表示電流表或電壓表,請(qǐng)?zhí)钌细鞅黼娐贩?hào).并標(biāo)出正、負(fù)接線柱的位置。

解析:判斷電表的類型,需了解器材的使用規(guī)則。電流表要串聯(lián)接入電路,電壓表要并聯(lián)接入電路。判斷時(shí),可假設(shè)將改表處斷開(kāi),凡對(duì)電路結(jié)構(gòu)有影響的是電流表,沒(méi)有影響的是電壓表。答案如上圖。

九、選擇合適的方法

確定解題思路,根據(jù)題型特點(diǎn),充分理解題意。采用合適方法,能很好地提高解題能力,常用的物理方法有控制變量法、等效法、轉(zhuǎn)換法、數(shù)據(jù)歸納法等。

例10 下表列出由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的幾種物質(zhì)的比熱容。認(rèn)真閱讀,你一定會(huì)有所發(fā)現(xiàn),請(qǐng)?zhí)畛鋈我馊龡l:

水4. 2×103

冰 2.1×103

鋁 0.88×103

鋼鐵 0.46×103

酒精 2.4×103

蓖麻油1.8×103

干泥土0.8×103

水銀0.14×103

煤油2.1×103

砂石0.92×103

銅0.39×103

鉛0.13×103

(1)________________________________________;

(2)________________________________________;

(3)________________________________________。

解析:給表找規(guī)律時(shí)一般采用比較分析,綜合分析的方法,即可找一般規(guī)律如某種變大或變小的趨勢(shì),共性等,也可找特殊規(guī)律。此表中12種物質(zhì)除煤油和冰比熱相同外,其他不同。說(shuō)明不同物質(zhì)得比熱一般不同,這是共性。但冰和煤油不同物質(zhì)比熱相同這是特殊性質(zhì)。水、冰同種物質(zhì),狀態(tài)不同,比熱容也不同。且可將物質(zhì)分為金屬、非金屬進(jìn)行比較。還可找比熱容最大的、最小的。

例11 用實(shí)驗(yàn)研究決定電阻大小的因素,供選擇的導(dǎo)體規(guī)格如下表:

材料

編號(hào)

長(zhǎng)度(m)

橫截面積(mm)2

鎳鉻合金

1

0.5

1.5

0.5

錳銅

1

0.5

1.5

1

①要比較電阻與長(zhǎng)度的關(guān)系應(yīng)選擇導(dǎo)線:_______________________;

②要比較電阻與橫截面積的關(guān)系應(yīng)選擇導(dǎo)線:_______________________;

③要比較電阻與材料的關(guān)系應(yīng)選擇導(dǎo)線:_______________________。

解析:本題中導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、材料、橫截面積三個(gè)物理量有關(guān),要探究它們之間的關(guān)系,要采用“控制變量法”。要驗(yàn)證猜想一,就要取不同的長(zhǎng)度,相同材料和橫截面積的導(dǎo)線,所以應(yīng)選序號(hào)1、2,同理可選出另兩個(gè)猜想的序號(hào)。

答案:(1)1、2;(2)3、4;(3)1、3

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