内容正文:
题型九 项目化学习试题
类型1 自制密度计的设计与制作
1.自制密度计刻度是否均匀问题→自变量和因变量之间是否为y=kx或y=kx+b。
2.常见密度计/密度秤的相关分析
装置图及测量原理
刻度是否均匀
量程、分度值的改进
弹簧测力
计改装密
度秤
在容器中装入等体积的不同液体
F=G桶+G液
F=G桶+ρ液V液g
刻度均匀
上小下大
(1)增大量程
①减小小桶容积
②减小桶重
(2)提高精度(减小分度值):增大液体体积
将同一物体浸没在不同液体中
F=G物-F浮
F=G物-ρ液gV物
刻度均匀
上大下小
(1)增大量程
①m物不变,V物↓
②V物不变,m物↑
(2)提高精度:增大V物
自制密
度计
将密度计放入不同液体中
V排=V0+Sh
F浮=G
即ρ液g(V0+Sh)=mg
刻度上疏下密
上小下大
/
杠杆改装
密度秤
在容器中装入等体积的不同液体
F1l1=F2l2
Mg·l1=(G桶+G液)·l2
M·l1=(m桶+ρ液V液)·l2
刻度均匀
(1)增大量程
①增大M质量;
②支点左移;
③减小桶重;
④减小桶容积
(2)提高精度
①减小M质量;
②增大液体体积
1.(2025台州路桥区二模)某科学兴趣小组决定利用物体漂浮时,浮力等于重力的原理开展“制作双量程浮力秤”的项目活动。
第1题图
[制作]小组同学利用身边常见的材料,将大塑料瓶B瓶底和小塑料瓶A的瓶口嵌合密封。瓶盖打开后水可以进入到小塑料瓶A内但无法进入到两个塑料瓶之间,最后将重铁环粘在大塑料瓶底部,如图所示。
[标定]①小组同学制作好浮力秤后,闭合瓶盖,将制作好的浮力秤漂浮在水中,此时液面对应的刻度线标为a,记为0刻度。
②继续往塑料瓶A和B内加水,当塑料瓶内水的体积为500毫升时,浮力秤排开水的体积达到最大,此时液面对应的刻度线标为b。
③在ab之间分成50等份,并在每等份刻度上标记相应质量数值。
④将瓶盖打开,将水倒入塑料瓶A、B之间,再用同样的方法在另一侧瓶壁标定刻度线与相应质量数值。
[调试、改进]
评价等级
优秀
合格
待改进
指标一
最小刻度误差小于2克
最小刻度误差在2克~5克之间
最小刻度误差大于5克
指标二
取放固体和液体都很方便
取放液体方便,固体不方便
取放固体和液体都不方便
请回答下列问题:
(1)设计环节,重铁环的作用是 。
(2)制作环节,步骤②中刻度b对应的质量为 克,步骤④标记的刻度是浮力秤的 (选填“大”或“小”)量程。
(3)调试时,“指标一”被评价为优秀,但“指标二”由于测量固体质量的时候,取放不方便而被评价为合格,请针对“指标二”提出一条可行的改进方法: 。
2.研习小组制作了一个可以直接测量液体密度的“液体密度秤”,并制作了一份“制作说明书”,如图所示。
甲 乙
第2题图
“液体密度秤”制作说明书
步骤①:按图甲制作好秤杆,提起提纽,移动秤砣(小螺母),当秤杆水平平衡时,用笔将此秤砣悬挂点B标记为“0”刻度(单位:g/cm3);
步骤②:按图乙将大螺母浸没在水中但不能碰到烧杯底部,提起提纽,移动秤砣。当秤杆再次水平平衡时,用笔将此时秤砣的悬挂点C标记为“1”刻度;
步骤③:将BC两刻度之间均匀分成10等份,并标上相应的刻度;
步骤④:将烧杯中的水换成待测液体,按照步骤②的方法操作。当秤杆水平平衡时,秤砣悬挂点的刻度即待测液体的密度。
【原理探析】为探究“液体密度秤”刻度是均匀的,小东进行了推论:
根据步骤①和②,由杠杆平衡条件可得:
m1g×OA=m2g×OB ①
(m1g-F浮)×OA=m2g×OC ②
①②两式相减,可得:F浮×OA=m2g×BC ③
由阿基米德原理可知:F浮=ρ液gV排 ④
由③④可得:ρ液=
(1)根据推理结果,液体密度秤刻度是均匀的原因是 。
【制作与应用】
小东根据说明书制作了“液体密度秤”,并对已知密度为0.7克/厘米3的液体进行测量验证,发现测量值为0.9克/厘米3,经排查是大螺母放入烧杯的时候有错误操作。
(2)其错误操作可能是 。
【评价与改进】
制作“液体密度秤”评价量表
评价指标
优秀
合格
待改进
指标一
刻度均匀、
量程大
刻度较均匀、
量程一般
刻度不均匀、
量程小
指标二
测量精确
程度高
测量精确
程度一般
测量精确
程度低
(3)根据评价量表该小组制作的密度秤指标一被评为“优秀”,指标二被评为“合格”。为使指标二达到“优秀”,请你提出一条合理的改进意见 。
类型2 其他力学相关的设计与制作
3.(2024台州椒江区期末)某校科技小组同学参加科技节,利用生活中常见的材料自制橡皮筋动力小车,如图,其部分评价量表如表一所示。
第3题图
橡皮筋动力小车模型评价量表(节选)
评价指标
优秀
良好
待改进
指标一
车身稳定
车体略有倾斜
但不影响行驶
▲
指标二
行驶距离
远近可调
行驶距离
不可调
不能行驶
表一
(1)将评价量表一中“指标一”的待改进内容补充完整: 。
(2)该小车的工作原理是把弹性势能转化成 能。
(3)小组同学为探究小车运动距离的影响因素有哪些,设计实验并获得以下数据,如表二所示。
橡皮筋材料
合成橡胶
橡皮筋缠绕圈数
10圈
橡皮筋粗细
粗
细
实验次数
1
2
3
1
2
3
小车行驶距离(厘米)
120
125
130
110
108
112
平均距离(厘米)
125
109
表二
根据实验结果和数据,你能得出什么结论? 。
(4)小车运动距离还可能跟 因素有关。(写出一个即可)
4.“漏刻”是古代一种滴水计时的工具。项目式学习小组制作了一个漏刻,装置如图甲,播水壶不断滴水,受水壶内由标尺与浮块组成的浮箭上升后,通过指针指向浮箭上标尺的刻度即可读取时间。
第4题图甲
(1)【测滴水量】测得1刻钟(每15分钟)滴水的体积为1 600厘米3。
(2)【工作原理】“漏刻”可以作为古代一种滴水计时的工具,它的原理是 。
(3)【分析测算】圆筒形受水壶内部底面积800厘米2,浮箭总重8牛,长方体浮块(不吸水)的底面积400厘米2、高3厘米。滴水后,当浮箭刚浮起时,受到的浮力为多少?此时受水壶内的水面高度为多少?(g取10牛/千克)
(4)【标尺定标】图乙受水壶内无水时,指针对应标尺的位置标记为“开始滴水”。图丙的标尺上每一格表示1厘米,对应标记了1刻钟、2刻钟和3刻钟对应刻度。请解释“1刻钟”对应位置在此处的理由。
乙 丙
第4题图
类型3 电磁相关的设计与制作
5.立定跳远能反映人体下肢爆发力和弹跳力,是体质健康测试项目之一。某兴趣小组开展了“立定跳远自动测距垫设计”的项目活动,包括电路设计、表盘改造、优化改进三个环节。
【电路设计】
立定跳远的距离是指身体落地时离起跳线最近的点到起跳线的垂直距离,如图甲所示。小组同学设计了如图乙所示的电路原理图,其中电源电压恒为3伏,定值电阻R0的阻值为10欧,AB是长度为3米的均匀电阻丝,其阻值与长度的关系如图丙所示。设定A为起跳线位置,电阻丝上每隔1厘米设置一个压力开关,当压力开关受到一定压力时会自动闭合(图中“…”处部分开关未画出)。
第5题图
(1)分析图乙、丙可知,跳远距离越远,电压表的示数 。
【表盘改造】
(2)为方便读数,小组同学想在电压表表盘上标注相应的跳远距离。请通过计算说明电压表示数为1.8伏时测试者的跳远距离。
【优化改进】
起跳前,脚尖不能超过起跳线,否则成绩无效。根据评价量表本电路中缺少“踩线提醒”设计,需要改进。小组同学提出:利用小灯泡、电铃、压力开关S1等元件在原电路图上增加一条电路,使“踩线提醒”评价指标达到★★★。
(3)改进后的部分电路连接如图丁所示,请自选元件,将电路图补充完整。
立定跳远自动测距垫设计评价量表(节选)
评价指标
★
★★
★★★
踩线提醒
起跳踩线时
无提醒
起跳踩线时
有亮灯或声
音等提醒
起跳踩线时
同时有亮灯
和声音提醒
……
……
……
……
6.(2023温州中考)项目学习小组实验发现,装在筒内的电动机带动风叶转动时,电动机转动方向改变,气流方向也改变,如图甲所示。于是想利用带风叶的电动机制作一款“书桌神器”:既能收集书桌上的小纸屑,又能吹风纳凉。他们制定的产品评价表如下。
评价指标
评价等级
优秀
合格
待改进
指标一
能吸纸屑、吹风且风速可调
能吸纸屑、吹风,风速不可调
只能吸纸屑或只能吹风
指标二
吸纸屑后,吹风时无纸屑吹出
吸纸屑后,吹风时有部分纸屑吹出
吸纸屑后,吹风时全部纸屑吹出
小组同学设计如图乙电路,利用带风叶的电动机、电池、旋钮式电阻等材料制作模型,其工作原理示意图如图丙。
甲 乙 丙
第6题图
(1)图乙中,通过切换开关S,可以改变电动机转向的原因是 。
(2)将开关S与“1”连接,旋钮OP绕O点沿箭头方向转动时,电动机转速如何变化? 。
(3)对模型测试时,其“指标一”为优秀。结合评价表,判断该模型的“指标二”评价等级为 。
参考答案
1.(1)使浮力秤竖直漂浮
(2)500 小
(3)瓶上放轻质托盘(其他答案合理也可以)
【解析】(2)塑料瓶内水的体积为500 mL时,塑料瓶内水的质量m=ρ水V=1 g/cm3×500 cm3=500 g,故步骤②中刻度b对应的质量为500 g。步骤④中将瓶盖打开,此时浮力秤漂浮在水中部分的横截面积变小,因其漂浮在水中,故浮力大小等于重力,根据F浮=ρ液gV排可知,排开水的体积相同时,浮力秤浸入水中的深度应增大了。故浸入水中相同深度时,所测量的质量将变小,因此步骤④标记的刻度是浮力秤的小量程。(3)“指标二”由于测量固体质量的时候,取放不方便而被评价为合格,为了使取放固体方便,可以在瓶上放置一托盘,方便取放。
2.(1)由于m2、V排、OA都是定值,根据ρ液=可知,ρ液与BC成正比,所以液体密度秤刻度是均匀的
(2)大螺母与烧杯底部接触了
(3)增大大螺母的体积或减小小螺母的质量
3.(1)车体倾斜严重,无法正常行驶
(2)动
(3)橡皮筋缠绕圈数相同时,橡皮筋越粗小车行驶距离越远
(4)橡皮筋缠绕圈数或小车自身重量或地面光滑程度或橡皮筋的弹性系数等
4.(2)相等的时间里播水壶里滴出相同质量的水(播水壶均匀滴水)
(3)解:当浮箭刚浮起时,浮箭处于漂浮状态,受到的浮力与重力相等,则有F浮 =G浮=8 N
由F浮 =ρ液 gV排 可得,浮箭排开水的体积
V排===8×10-4 m3=800 cm3
由V=Sh可得,水的高度h===2 cm
(4)从开始滴水到浮块刚好浮起,需要800 cm3的水,滴这些水需要 0.5 刻钟,此时指针一直指在开始滴水处未动,之后,浮块每 0.5刻钟上浮 1 cm,故从开始滴水时开始计算,“1刻钟”对应位置在1 cm处
5.(1)越大
(2)解:当电压表示数U=1.8 V时,U0=3 V-1.8 V=1.2 V
由=得,=,解得R=15 Ω
由图丙可知,电阻丝接入电路部分长度为1.5 m
则电压表刻度为1.8 V的位置上所标注的跳远距离应为1.5 m
(3)如答图所示
第5题答图
6.(1)改变通过电动机中的电流方向 (2)变小 (3)合格
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