2023年第十六届全国数理化生综合实践活动应用知识展示九年级物理试题

第十六届中学生数理化生合实践活动 九年级物理参考答案及评分标准 一、选择题 (本大题共8小题,每小题4分,共32分,每小题只有1个选项正确) 1.B 解析：速度的单位为，密度单位为，压强的单位为；所以的单位是,的单位是，无单位，故的单位与速度的单位相同。故选B。 2.C 解析：A．按照最初的协议，A学生和B学生的灯泡串联，则各获得的电压，根据 可知，每个灯泡的实际功率变为原来的，即获得的实际的照明功率均为25W，选项A错误；BCD．实际上，根据可知，A学生安装的200W的灯泡与B学生的50W的灯泡电阻分别为，。则电流，则AB各获得功率，。相比较之下，B同学在花费相同的电费的情况下，获得了更多的照明功率，选项C正确，BD错误。故选C。 3.A 解析：设由题意可知，三蜡烛的质量之比应等于长度之比，设A的质量为m，则B的质量为2m，C的质量为m；开始时直尺平衡，则由杠杆的平衡条件可知，则，当蜡烛燃烧掉质量为时，左侧力及力臂的乘积为，右侧力及力臂的乘积为，则用左侧的乘积减去右侧，可得，因，则，故左侧力及力臂的乘积大于右侧乘积，故杠杆会向左倾斜，则B、C端下沉。故选A。 4.C 解析：电动机内阻为，故A错误；B．电压为1V时该电机的输出功率，故B错误；电压为1V时该电机的输出效率为，故C正确；电压0.1V时该电机不转动，机械功率为0，故D错误。故选C。 5.C 解析：A、若电热壶所在的C、D两点间发生了断路故障，则电饭煲应该可以正常工作，但现在电热壶也不工作，加之试电笔插入插座的左、右插孔，氖管均能发光．故A错误； B、若是电热壶所在的C、D两点间发生了短路故障，则灯泡不可能正常发光，故B错； C、只有导线AB断路，导致电热壶不能正常工作，同时试电笔插入插座的左、右插孔，氖管均能发光．故C正确；D、因插座用导线接地，没有影响火线与零线．故D错误；故选C 6. D 解析：设热水的质量为m1，冷水的质量为m2，冷水的初温为t0，将一半冷水倒入热水中，则冷水吸收的热量等于热水放出的热量，则有cm1×(93-63)℃=c×m2×(63℃-t0)，此为①式； 再将剩余冷水的一半倒入热水中，同理有c(m1+m2)×(63-57)℃=c×m2×(57℃-t0)，此为②式。解①②式得t0=33℃，，设杯中冷热水混合的最终温度为t，则有c(m1+m2+m2)×(57℃-t)=c×m2×(t-t0)，此为③式。将t0=33℃，代入③式得t=53℃ 故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。 7. B 解析：除运动员外，与摄影机相对静止的还有摄影师。故选B。 8.D 解析：A．物体的重力G=mg=10kg×10N/kg=100N，由甲图可知，与动滑轮相连的绳子股数为3，在不计绳重和绳与轮之间的摩擦时绳子自由端的拉力，在2~3s内时，物体未和地面接触，且匀速上升，将拉力40N和物重100N代入上式，解得动滑轮重力G动=20N。在0~1s内时，物体和地面接触，物体受到绳子竖直向上的拉力、竖直向上的支持力，以及自身的重力，并且在这3个力的作用下保持静止状态，由滑轮组力的关系可得，解得F拉=70N，所以F支=G-F拉=100N-70N=30N，故A错误；B．在1~2s内，由乙图可知拉力为50N，由丁图可知物体上升的距离为0.1m，所以绳子自由端移动的距离为0.3m，则拉力做功W=F2s=50N×0.3m=15J，故B错误；C．在2~3s内，由乙图可知拉力为40N，由丙图可知物体上升的速度为0.2m/s，所以绳子自由端移动的速度为0.6m/s，则拉力的功率P=F3×v=40N×0.6m/s=24W，故C错误；D．由效率公式得，故D正确。 二、填空及实验探究题(本大题共4小题,共27分) 9 .几乎不变     折射     （每空3分） 解析：先将凸透镜和光屏的位置固定，将光源从紧贴凸透镜的位置缓慢向外移动到某一位置，光屏上出现一个与透镜直径相近的光斑，说明此时光源正好在透镜的焦点上，从光源发出的光经透镜折射后平行于主光轴，在光屏上形成与透镜直径相近的光斑；再将光屏远离透镜，移动的过程中，光屏上光斑的大小几乎不变，因此光源到凸透镜的距离即为凸透镜的焦距。 透镜边缘以外的光线沿直线传播，边缘以内的光线会发生偏转，二者之间会形成一个没有光线的黑色区域，这就是暗环，因此暗环形成的原因是：透镜外侧沿直线传播的光与经透镜折射的光在屏上形成无光区。若光源在左焦点处，光屏在右焦点处，如图所示。 图中凸透镜正好相当于大三角形的中位线，那么圆环大圆的直径就是2D，半径是D，小圆的直径就是D，半径就是，那么暗环的面积为 10.105°（6分） 解析：由于，则有，可得，故反射光线与折射光线间的夹角为 11. ① 12 ② 10（每空3分） 解析：由电路图可知，定值电阻和滑动变阻器串联，电压表V1测R两端的电压，电压表V2测滑动变阻器两端的电压，电流表测电路中的电流。串联电路总电阻等于各部分电阻之和，当滑片位于a点时，滑动变阻器接入电路中的电阻最小，此时电路的总电阻最小，根据欧姆定律可知电路中的电流最大，由图乙可知，两电压表的示数均为6V，电流表的示数为0.6A，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，电源的电压U=UR+Ua=6V+6V=12V。滑片在a点时滑动变阻器的阻值 12. ②④（6分） 解析：①由图乙可知，当注入液体质量大于2kg时，圆柱体对容器底部的压力不变，说明此时圆柱体浸没在液体中，即圆柱体沉底了，由浮沉条件可知，圆柱体的密度大于液体密度，故①错误； ②圆柱体的底面积为 圆柱体的体积为 正方体容器的底面积为 圆柱体刚好浸没时，液体的体积为 由图乙可知，圆柱体刚好浸没时，注入液体的质量为2kg，则液体的密度为 根据阿基米德原理可得，当圆柱体刚被浸没时，它受到的浮力为 故②正确； ③④由②可知，圆柱体刚好浸没时，注入液体的质量为2kg，当注入液体的质量m1小于或等于2kg时，容器内液体的深度为 液体对容器底的压强为 由图乙可知，当没有注入液体时，圆柱体对容器底的压力为150N，即圆柱体的重力为150N，则注入液体后，容器对桌面的压力为 容器对桌面的压强为 又，结合以上的式子解得，m1=3kg。因为其大于2kg，与液体的质量m1小于或等于2kg矛盾，因此注入液体的质量大于2kg，即注入液体的深度大于10cm，因液体体积与圆柱体的体积之和等于容器底面积乘以液体的深度，即，根据可得，液体的体积为，因此有 此时液体的深度为 此时液体对容器底的压强为 容器对桌面的压强为 又，结合以上的式子解得，m2=4.5kg。此时液体的深度为 圆柱体下表面受到的液体压强为 圆柱体下表面受到的液体压力为 故③错误，④正确。 三、解答题(本大题共3小题,共41分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步 骤．只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位) 13.（13分） 解：（1）无风时，金属丝OP自然下垂，电阻丝的总电阻RAB与R0串联，电流表测电路中的电流，此时电阻丝的电阻 RAB＝2Ω/cm×8cm＝16Ω.....................................1分 因串联电路中的总电阻等于各分电阻之和，所以，由可得，电源的电压 U电源＝I（R0+RAB）＝0.6A×（4Ω+16Ω）＝12V..............................1分 当F＝6N时，根据F＝Gtanθ可知 ..............................1分 故θ＝45°，则右侧的三角形AOC为等腰直角三角形，AB接入电路的长度为 8cm﹣6cm＝2cm RAB1＝2Ω/cm×2cm＝4Ω..............................1分 根据欧姆定律可得电路电流 ..............................1分 则电压表的示数为 ..............................1分 （2）当电阻丝接入电路中的电阻为零时，此装置将失去测定作用。故 ..............................1分 ..............................1分 （3）由 F＝Gtanθ＝mgtanθ＝0.6kg×10N/kg·tanθ..............................1分 可得，，即右侧的直角三角形AOC中，即，所以AC＝Fcm，则接入电路的电阻 RBC＝2Ω/cm×（8cm﹣F）..............................1分 根据欧姆定律可得电路电流为 ..............................1分 电压表示数 ..............................1分 化简整理得。..............................1分 14.（14分） 解：（1）小船对水平桌面的压力，...........................2分 小船对水平桌面的压强...........................2分 （2）由浮沉条件和阿基米德原理得，金属块的重力...........................2分 由得，金属块的质量...........................2分 （3）根据题意得，将待测物体放入小船中，液面升高，...........................1分 由浮沉条件和阿基米德原理得 ，...........................1分 将物体从小船中取出，使其浸没于水中，液面升高...........................1分 物体的体积为，...........................1分 物体密度为...........................2分 15.（14分） 解：（1）入水前一帧照片对应的位移 ........................3分 运动员入水速度为 ........................3分 （2）设人体建模成的圆柱体密度为，横截面积为，高度为L，水的密度为，记圆柱体进入水下的高度为，则 ........................2分 当其所受合力为零时，记入水高度为l0，则 ........................3分 得........................3分 学科网（北京）股份有限公司 $$第十六届中学生数理化生综合实践活动 九年级物理应用知识展示(A卷) 地区 学校 姓名 信息卡号 测试说明： 1.必须在答题纸上答卷，否则成绩无效；选择题的答案涂到答题纸对应题目的标号上，非 选择题的答案书写在答题纸指定区域内， 2.请在答题纸和试卷上填写有效信息.考试时间为90分钟，满分100分. 3.成绩查询：2024年1月8日起，可通过指定网站(www.isuyang.cn)查询成绩. 一、选择题（本大题共8小题，每小题4分，共32分，每小题只有1个选项正确） 1.一些问题你可能不会解答，但是你仍有可能对这些问题的答案是否合理进行分析和判断， 例如从解得的物理量的单位进行分析，从而判断答案的合理性或正确性，举例如下：声音在空 气中的传播速度v与空气的密度ρ、压强p有关，下列速度表达式中K为比例系数，无单位， 则这四个表达式中可能正确的是( A.=K 2 B.v= K卫 C.v= Ko 0 N卫 D.v=√Kp 2.两个住在相邻宿舍的大学生，为了节约电费，把他们的天花板上的电灯串联了起来，商定双 方都安装照明功率为100W的白炽灯泡，电费平分，但两个人各自心怀鬼胎，A学生安装了照 明功率为200W的灯泡，B学生安装了照明功率为50W的灯泡，假设每个灯泡的电阻不随着 加在其上的电压变化而变化，则下列说法正确的是(). A.按照最初的协议，A学生和B学生获得的实际的照明功率均为50W B.实际上，A获得了32W的照明功率 C.实际上，B获得了32W的照明功率 D.相比较之下，A同学在花费相同的电费的情况下，获得了更多的照明功率 3.如图所示，一把均匀直尺可以绕中点自由转动，尺上垂直放 有A、B、C三支蜡烛，并处于平衡.如三支蜡烛的材料和粗细都 相同，而长度LA=Lc=0.5La,现在同时点燃这三支蜡烛，且 设它们在单位时间内燃烧的质量相等，则在蜡烛燃烧的过程中( ). A.直尺将失去平衡，且B、C端下沉B.直尺将失去平衡，且A端下沉 C.直尺始终保持平衡 D.无法判断 九年级物理(A卷)共6页第1页 4.如图所示为某电机及其伏安特性曲线，由该图像可 知(). 0.5 A.该电动机内阻为2D B.电压为1V时该电机的输出功率为0.5W 00.2 1.0U C.电压为1V时该电机的输出效率为80% D.电压为0.1V时该电机的机械功率为0.025W 5,某居民家中的电路如图，开始时各部分工作正常，将电饭煲 火线 的插头插人三孔插座后，正在烧水的电热壶突然不能正常工 200V 作，但电灯仍正常发光.拔出电饭煲的插头，把测电笔分别插入 电热壶 插座的左、右插孔，氖管均能发光，则(). 零线 A A.仅电热壶所在的C、D两点间发生了断路故障 S左 右孔 B.仅电热壶所在的C、D两点间发生了短路故障 C.仅导线AB间断路 D.因为插座用导线接地，所以发生了上述故障 6.小明同学体育锻炼完回到教室，用两个相同的杯子从饮水机分别接了部分热水和部分冷 水，准备用两杯水混合来得到温度适宜的饮用水.已知热水的初温为93℃.他先将冷水杯内一 半的冷水倒入热水杯内，摇匀且稳定后，热水杯内水的温度降低到63℃；他再将冷水杯内剩余 冷水的一半倒人热水杯内，摇匀且稳定后，热水杯内的水温降低到57℃；小明最后将冷水杯内 剩余的冷水全部倒入热水杯内，摇匀且稳定.则混合前，两杯子内最初的热水和冷水的质量之 比和最终混合后水的温度为( )(整个过程水没有溢出杯子，不计水的质量变化、状态变化 和热量损失). 'A.1:421℃B.4：121℃ C.2:153℃D.1：253℃ 7.如图所示，拍摄滑板运动的照片中，运动员清晰可见，其 他都模糊成背景，造成强烈的视觉效果，这种摄影方法叫 追随摄影，基本原理是摄影机跟着被摄主体，以相对接近 的速度做同方向运动除运动员外，与摄影机相对静止的还 有(). A.地面B.摄影师C.房屋D.树木 8.用图甲所示的滑轮组装置将放置在水平地面上、质量为10kg的物体向上提升.当用图乙所 示的随时间变化的竖直向上的拉力F拉绳时，物体的速度v和物体上升的高度h随时间变化 的关系图像分别如图丙和丁所示（不计绳重和绳与轮之间的摩擦，g取10N·kg1).下列计 算结果正确的是(). 九年级物理(A卷)共6页第2页 ◆(m·s) ◆h/m 0.2 0.3 0 0.2 20 0.1 10 0123t/s 2 3 t/s 0 23 甲 丙 A.0~1s内，地面对物体的支持力为10N B.12s内，拉力F做的功为5J C.2~3s内，拉力F的功率为8W D.2~3s内，滑轮组的机械效率约为83.3% 二、填空及实验探究题（本大题共4小题，共27分） 9.(9分)小明测焦距时先将凸透镜和光屏的位置固定，将光源从紧贴 光屏 凸透镜的位置缓慢向外移动到某一位置，光屏上出现一个与透镜直径 相近的光斑，此时固定光源、凸透镜，再将光屏远离透镜，移动的过程 中，若光屏上光斑的大小 (填“逐渐变大”“几乎不变”或“先变 小后变大”)，则说明光源到凸透镜的距离即为凸透镜的焦距；在准确测 量焦距时，小明发现在光屏上光斑外侧还有一个暗环，他猜想可能是凸 透镜的边框造成的，于是他拆除边框直接将凸透镜固定在原位置，进行 实验验证，发现暗环仍然存在.你认为暗环形成的原因是光的直线传播 和光的 形成：若光源在左焦点处，光屏在右焦点处，如图所示，已知凸透镜的直径为 D,请算出暗环的面积 10.(6分)物理学中，把光线从真空（或空气）射入某介质发生 入射光线 折射时，入射角i与折射角r的正弦之比n叫作介质的折射 空气 率，即m=n,光线以人射角0从空气射向折射率n=2的 玻璃 sin r 玻璃表面.当入射角0=45°时，反射光线与折射光线间的夹角 折射光线 为 九年级物理(A卷)共6页第3页 11.(6分)如图甲示电路，电源电压保持 A 0 不变，两个电压表的量程都是0~15V,电流 表的量程是0~0.6A.闭合开关，滑动变阻器 -----U八V 的滑片从最右端移动到a点的过程中，电路 01234567891011 甲 乙 中的电流与两个电压表示数的关系如图乙所 示，则电源电压为 V,滑片在a点时滑动变阻器连入电路中的阻值为 n. 12.(6分)如图甲所示为边长为20cm的薄壁正方 AF/N 体容器（质量不计）放在水平桌面上，将质地均匀的实 150 心圆柱体竖直放在容器底部，其横截面积为200 cm2、高为10cm.向容器内缓慢注入某种液体，圆柱 m/kg 体始终竖直，圆柱体对容器底部的压力与注人液体的 质量关系如图乙所示则下列表述正确的是 ①圆柱体的密度小于液体的密度 ②当注人液体质量为2kg时，圆柱体所受的浮力为20N ③当液体对容器底的压强与容器对桌面的压强之比为1：3时，注入液体质量为3kg ④当液体对容器底的压强与容器对桌面的压强之比为1：3时，圆柱体下表面受到的液 体压力为32.5N 三、解答题（本大题共3小题，共41分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步 骤.只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位) 13.(13分)某研究学习小组设计了一种测定强度不大的风力 (在实验室用鼓风装置产生)的装置.其原理如图所示，质量 m=0.6kg的小球用一根长度为10cm的轻质细金属丝OP 悬于O点：AB为一根水平放置的材质均匀的电阻丝，已知 源 电阻丝AB=8cm,且单位长度电阻λ-22·cm1;OP与 一风向 B C P AB可保持良好接触（看作点接触，即OP与AB接触时相交 小球 于一点)；R。=42为一个定值电阻；理想电压表测量范围足够；电源两端电压保持不变.无风 时细金属丝OP自然下垂，恰在A点与电阻丝AB接触，悬挂点O与电阻丝A端的距离OA= 6cm,此时电流表示数为0.6A.有风时细金属丝OP将发生偏转，小球稳定时与竖直方向的 夹角0，风力F始终保持方向水平向左.已知偏转角0与小球所受风力F满足：F=Gtan0. g取10N·kg1,细金属丝OP和导线电阻忽略不计，OP形变量远小于其原长，即OP始终长 为10cm.则 九年级物理(A卷)共6页第4页 (1)当风力F=6N时，电压表示数为多少？ (2)当风力大小F超过多少时，此装置将失去测定作用？ (3)请给出正常工作时风力大小F与电压表示数U之间满足的关系式？(F单位取N,I 单位取A) 14.(14分)某兴趣小组制作了一只平底小船，重力为1.2N,放在水平桌面上，与桌面的接触 面积为1×10-2m2. (1)求小船对水平桌面的压强； (2)如图甲所示，把小船放入盛有适量水的长方体水槽中，漂浮在水面上.在小船中放入金 属块后，小船仍漂浮在水面上，排开水的体积增加了2×104m3.求金属块的质量(g取10N· kg,p水=1.0×102kgm3)； 2△ 2△ (3)小组成员通过探究发现，可以利用图甲装置的液面升降来测量物体的质量和体积，从 而求出物体的密度.实际测量过程中，发现水面升降不明显，于是想出了一个将水面升降放大 的方法：如图乙所示，使一束激光与水平面呈α角斜射到水面，反射光照射在水平标尺上的A 点；当水面上升△h时，光点A移动了距离L,推理可知二者关系为△h=2lana,改变a角可 调节放大倍数：实际测量时，保持入射光不变，标记光点A的位置.将待测物体放人小船中，小 船仍漂浮，光点A移动的距离记为1：将物体从小船中取出，使其浸没于水中，光点A移动的 距离记为12.请你推导出物体密度p的表达式（水的密度用ρ水表示）. 九年级物理(A卷)共6页第5页 15.(14分)中国国家跳水队是中国体育界的王牌之师，自1984年首次参加洛杉矶奥运会以 来，已为中国体育代表团累计贡献了40枚奥运金牌，在各项奥运项目中高居榜首，被誉为跳水 “梦之队”，在2023年9月杭州召开的第19届亚运会，中国跳水队赢得了10枚金牌.有位同学 对跳水中的物理问题很感兴趣，打算利用频闪照相技术详细研究跳水的过程.在下面的问题 中，空气阻力均可忽略，重力加速度g取10N·kg (1)该同学在研究某运动员高台跳水过程的频闪照片时，观察 到该运动员从离水面10m高的平台向上跃起，到达最高点后近似 竖直下落直至入水该同学将照片放大进行观察，发现照片中的最 后一个影像恰好为人水前一瞬间，由于运动员的运动，这一影像与 上一影像错开的距离约为1.44mm.已知相机单次曝光时间为 0.01s,实际高为10m的跳台在照片中高10cm,试估算运动员的 入水速度. (2)运动员入水时往往是头部朝下，身体竖直且呈绷直状态，从 运动员指尖触碰到水面到脚尖刚好完全进入水里的人水过程中，可以将人体简化为一竖直方 向的均匀实心圆柱，并且只考虑人的重力和水的浮力对人的作用（即忽路水的阻力）.请推导运 动员在入水过程中所受合外力与入水深度之间的关系，并计算所受合力为零时的入水深度： 可以认为水的密度略大于人的密度.（注意：在解题过程中需要用到，但题目没有给出的物理 量，需要在解题时做必要说明) 九年级物理(A卷)共6页第6页