主题17物理学与工程实践（解析版）

2023年新版物理课标下18个二级主题全攻略（中考全程复习全国通用）第五个一级主题跨学科实践二级主题17.物理学与工程实践课标内容（考点）要求1.了解我国古代的技术应用案例，体会我国古代科技对人类文明发展的促进作用。例1了解我国古代“龙骨水车"的工作原理，尝试设计相关装置。2.调查物理学应用于工程技术的案例，体会物理学对工程技术发展的促进作用。例2调查物理学在桥梁建筑技术方面的应用案例，体会物理学对桥梁发展的促进作用。3.了解物理学在信息技术中的应用。例3了解物理学在信息记录或传播中的应用。典型例题解析【例题1】某大桥设计车速为60km/h，图1为该大桥的实景图，其主通航孔桥采用双塔双索面斜拉桥，可逐步抽象成图2、图3、图4所示的模型。（1）可以看出它用到了（选填“杠杆”或“斜面”）的物理知识。为了减小钢索承受的拉力，在需要与可能的前提下，可以适当（选填“增加”或“减小”）桥塔的高度。（2）若某汽车质量为5×103kg，在大桥上按设计车速水平匀速直线行驶时受到的阻力为汽车重力的0.06倍，则汽车通过该大桥时汽车发动机的功率为W．（g取10N/kg）【答案】（1）杠杆；增加；（2）5×104。【解析】（1）图4所示的模型，可以看做是一个在力的作用下静止在水平位置的硬棒，结合杠杆的定义，即可知道它就是杠杆的模型。所以用到了杠杆的知识。由图可知，若增加塔桥的高度，增加了支点O到钢索的垂直距离，即增大了动力臂，根据公式F1＝，可以得到，在阻力和阻力臂不变的情况下，动力臂越大，动力越小，即桥对钢索的拉力就越小。（2）汽车受到的重力为G＝mg＝5×103kg×10N/kg＝5×104N汽车发动机的牵引力为F＝f＝0.06G＝0.06×5×104N＝3×103N汽车行驶的速度为v＝60km/h＝m/s＝m/s汽车的功率为P＝＝＝Fv＝3×103N×m/s＝5×104W。【例题2】（2022湖南株洲）“3.12”植树节，组织同学们乘车去农场参加植树劳动，如图所示是汽车行驶过程中的导航截图，由图提供的信息可知，剩余路段汽车的平均速度大约是（）A.60km/h B.10km/h C.10m/s D.6m/s【答案】C【解析】ABCD．剩余路段的路程s=24km，需要的时间t=40min，剩余路段汽车的平均速度故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。【例题3】（2022贵阳）古代人们利用阳光下物体影子的变化规律制成日晷仪、利用水的流动规律制成水钟，这些计时工具都是根据自然界物体_______规律发明的。【答案】运动【解析】太阳的位置和高度决定了影子的方向和长短，所以物体影子的变化规律可以制成日晷仪，利用水的流动规律可以制成水钟，是因为水具有流动性，因为太阳和水流不断运动，所以可以制成计时工具。【例题4】（2022湖南益阳）北宋沈括在他的著作《梦溪笔谈》中提到：行军宿营，士兵枕着皮制的箭筒睡在地上，可尽早听到来袭敌人的马蹄声。这样做能尽早听到马蹄声的主要原因是（）A.声音在土地中传播的速度比在空气中快B.使马蹄声的音调变高了C.改变了马蹄声的音色D.提高了士兵的听力【答案】A【解析】A．一般来说，声音在固体中传播速度最快，在液体中次之，在气体中传播速度最慢。士兵利用声音在固体传播速度比在气体中快的特点，可以提前听到夜袭的敌人的马蹄声，做好准备。故A符合题意；BC．马蹄声的音调、音色是由声源决定的，士兵枕着皮制的箭筒睡在地上，并不会改变马蹄声的音调、音色，故BC不符合题意；D．士兵的听力是士兵自身的一种能力，士兵枕着皮制的箭筒睡在地上并不会改变，故D不符合题意。【例题5】（2022湖北随州）2022年5月14日国产大飞机C919首飞试验成功（如图）。有网友兴奋地说，中国商飞将可能成为继波音和空客之后的第三大民航飞机制造者。有报道称C919最大起飞质量达77吨，如此庞然大物能飞上天，下列说法中正确的是（）A.C919不能垂直地面腾空而起，先滑行再起飞是为了让乘客充分欣赏机场景色B.C919起飞原理是利用了流体压强与流速的关系C.C919在高空水平飞行时机翼下方空气的流速远大于机翼上方空气的流速D.C919在长长的跑道上加速滑行再逐渐离地起飞，此过程飞机对地面的压力增大，对地面的压强也增大【答案】B【解析】C919起飞的原理是利用了流体压强与流速的关系。飞机的机翼上凸下平，飞机飞行时，在相同的时间内，经过机翼上方的空气路程长，机翼上方的空气流速快，压强小，经过机翼下方的空气路程短，下方的空气流速慢，压强大，上下表面从而产生了压力差，使飞机获得向上的升力，只有当速度足够快，升力足够大，飞机才能起飞，所以飞机不能垂直起飞，需要先滑行获得足够的速度，才能起飞，故AC错误，B正确。D．C919在长长的跑道上加速滑行再逐渐离地起飞，飞机受到的升力不断增加，对地面的压力不断减小，由于受力面积不变，根据压强的公式得，压力变小，受力面积不变，压强也变小，故D错误。【例题6】（2022海南）2022年4月16日，神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。返回舱在减速下降过程中（）A.动能增加 B.重力势能增加 C.机械能增加D.机械能减少【答案】D【解析】返回舱在减速下降的过程中，质量不变，高度变小，重力势能减小，速度变小，动能变小，所以机械能减小，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。物理学与工程实践达标训练1.（2022福建）如图为我国纳西族东巴象形文字“晒干”，所描述的物态变化是（）A.液化 B.熔化 C.汽化 D.凝固【答案】C【解析】由图可知字上部：太阳光线；字中部：水气；字下部：大地，说明地面上的水分在阳光的照射下发生了蒸发现象，蒸发属于缓慢的汽化现象。故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。2.（2022江苏常州）如图所示为西汉时期的熊足青铜鼎。考古学家打造了一个仿制品进行实验：鼎内装较多水、盖上向外凸起的鼎盖、闭合锁扣，鼎下堆放干柴燃烧，当鼎外为1标准大气压时，鼎内的水在120℃沸腾，因此该鼎被誉为“古代高压锅”。下列事实中，不能导致“鼎内的水在120℃沸腾”的是（）A.鼎盖厚实自重较大B.鼎盖与鼎体结合处平整，密封性好C.锁扣给鼎盖施加向下的压力D.鼎内所装水的质量较大【答案】D【解析】A．鼎盖厚实自重较大，能承受鼎内更大的气压，使鼎内水的沸点增大，故A不符合题意；B．鼎盖与鼎体结合处平整，密封性好，有效防止漏气，增大鼎内气压，进而使鼎内水的沸点增大，故B不符合题意；C．锁扣给鼎盖施加向下的压力，使鼎盖承受更大的气压，使鼎内水的沸点增大，故C不符合题意；D．鼎内所装水的质量较大，不能增大水的沸点，故D符合题意。故选D。3.（2022湖南长沙）我国出土的文物“水晶饼”为中部鼓起的透明圆饼，古籍记载“正午向日，以艾承之，即火燃”。关于“水晶饼”利用太阳光生火，下列说法正确的是（）A.这是光的反射现象 B.这是光的色散现象C.“水晶饼”对光有会聚作用 D.“水晶饼”对光有发散作用【答案】C【解析】A．“水晶饼”相当于凸透镜，发生的是光的折射现象，故A错误；B．光的色散现象是指太阳光（白光）透过三棱镜分解成各种色光的现象，故B错误；CD．“水晶饼”相当于凸透镜，凸透镜对光有会聚作用，把一束太阳光的能量会聚到焦点上，从而点燃了焦点处的艾草，故C正确，D错误。故选C。4.（2022深圳）《天工开物》是我国第一部关于农业和手工业全书，蕴含了大量的物理知识，下列是《天工开物》中的场景，错误的是（）A、拉弓B、独轮推车C、制糖D、桔槔拉弓拉满了，说明力可以改变物体的形状独轮推车，匀速推动，此时推力大于摩擦力往桶里加水，水对桶底压强逐渐变大用桔槔装水，运用了杠杆原理A.A B.B C.C D.D【答案】B【解析】A．用力拉弓，弓被拉弯，说明力可以改变物体的形状，故A正确，不符合题意；B．因为独轮推车做匀速直线运动，车受到平衡力的作用，故推力等于车所受的摩擦力，故B错误，符合题意；C．往桶里加水，水的深度增加，由p=ρgh可知，水对桶底压强逐渐变大，故C正确，不符合题意；D．由图可知，桔槔有一个固定不动的点和一个可绕其固定点转动的硬棒组成，是杠杆的应用，利用了杠杆原理，故D正确，不符合题意。故选B。5.（2022苏州）景颇族的祖先曾发明一种活塞式点火器，如图所示。以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗。手推杆入筒的过程中，筒内密封气体的（）A.分子动能减小 B.密度不变 C.分子数增加D.内能增大【答案】D【解析】ACD．手推杆入筒的过程中，筒内密封气体的分子数不变，对空气做功，空气内能增大，温度升高，分子动能增大，故D符合题意，AC不符合题意；B．手推杆入筒的过程中，空气体积减小，质量不变，由可知，空气密度增大，故B不符合题意。7.（2022江苏泰州）建设中的常泰大桥为斜拉索公路、铁路两用大桥，如图为小华制作的斜拉索大桥模型，她用长30cm，重5N的质地均匀分布的木条OA做桥面，立柱GH做桥塔，OA可绕O点转动，A端用细线与GH上的B点相连，桥面OA实质是一种（填简单机械名称），保持桥面水平，细线对OA的拉力F＝N；将细线一端的固定点由B点改至C点，拉力F的大小变化情况是，由此小华初步了解到大桥建造很高桥塔的好处。【答案】杠杆5N变小【解析】在力的作用下如果能绕着一固定点转动的硬棒就叫杠杆。OA可绕O点转动，所以桥面OA实质是杠杆。OA保持与桥面水平时，此时拉力F为杠杆OA的动力，由于拉力方向与OA成30度角，所以动力臂为OA长的二分之一，阻力为杠杆OA的重力，阻力臂为OA长的二分之一，为等臂杠杆，根据杠杆平衡原理可知，细线对OA的拉力F为5N。将细线一端的固定点由B点改至C点，动力臂将变大，阻力和阻力臂不变，根据杠杆平衡条件可知，拉力F的大小将变小。8.（2022黑龙江龙东）编钟是我国古代的一种乐器，它是广大劳动人民智慧的结晶。演奏时轻敲或重敲同一位置，所发出声音的（选填“音调”、“响度”或“音色”）不同；亲临现场时，我们能从不同角度看见编钟，是因为光在其表面发生_。【答案】响度漫反射【解析】响度大小与振幅有关，演奏时轻敲或重敲同一位置，物体振动的幅度不同，发出声音的响度不同。编钟表面粗糙，光在其表面发生漫反射，反射光向四面八方反射，人们能从不同角度看见编钟。9.（2022安徽）我国古代科技著作《天工开物》中，对釜的铸造有“铁化如水，以泥固针铁柄勺从嘴受注”（如图）这样的记载。其中“铁化如水”描述的物态变化是。【答案】熔化【解析】“铁化如水”的意思是把固态的铁通过加热变成液体的“铁水”，这个过程是熔化。10.（2022黑龙江大庆）曾侯乙编钟是我国迄今发现数量最多、音律最全的一套编钟。演奏者敲击编钟使其发出悠长的声音，钟振动幅度越大，越大；钟振动频率越高，越高。【答案】响度音调【解析】响度与振幅有关，钟的振幅越大，响度越大。音调与频率有关，钟振动频率越高，音调越高。11.（2022湖北随州）多米诺骨牌是一种用木制、骨制或塑料制成的长方体骨牌，起源于中国北宋时期，由意大利传教士带往欧洲。玩时将骨牌按一定间距排列成各种造型（如图甲），轻轻碰倒第一张骨牌，其余的骨牌就会产生连锁反应，依次倒下（如图乙）。多米诺骨牌效应的说法被广泛用来比喻许多社会现象。用物理学知识对多米诺骨牌效应发生过程进行分析：（1）在骨牌依次击倒的过程中，骨牌的重心如何变化：_；（2）骨牌依次击倒，从能量的角度分析，涉及到不同形式的能量间的转化，请分析其中的能量转化情况：。【答案】（1）重心降低（2）重力势能转化为动能【解析】（1）实际上，每张骨牌的重心先微小提升，然后有明显的降低，整体而言重心是降低的。（2）骨牌倒下时质量不变，重心会降低，所以其重力势能会减小；重力势能减小后会使得骨牌倒下速度增大，动能增大，重力势能转化为了动能。12.（2022海南）如图所示为我国古代货物装船的场景。此时木棒属于杠杆（选填“省力”“等臂”或“费力”），将重1000N的货物提升1.5m，杠杆对货物做功为J。【答案】省力1500【解析】如图所示，动力臂大于阻力臂，动力小于阻力，故是省力杠杆。杠杆对货物做功为13．（2019福建）“国之润，自疏浚始”。新一代国之重器“天鲲号”绞吸挖泥船在河道清淤、湖泊疏浚、吹填造陆等方面发挥着重大作用。（1）“天鲲号”以功率P1＝6600kW进行绞吸，同时以功率P2＝13400kW向远处输送岩石泥沙，工作时间t＝10min，共做功多少焦？（2）“天鲲号”绞刀的工作原理与家用破壁机相似。某破壁机的额定电压U＝220V，额定电流I＝10A．“天鲲号”绞刀以功率P1＝6600kW工作，相当于多少台这种破壁机正常工作消耗的总功率？【答案】（1）共做功1.2×l010J；（2）相当于3000台这种破壁机正常工作消耗的总功率。【解析】（1）“天鲲号”工作时的总功率：P＝P1+P2＝6600kW+13400kW＝20000kW＝2×l07W，工作时间t＝10min，所做的总功：W＝Pt＝2×l07W×10×60s＝1.2×l010J；（2）每台破壁机的功率：P0＝UI＝220V×l0A＝2200W，“天鲲号”绞刀以功率P1＝6600kW工作，相当于破壁机正常工作的台数：n＝＝＝3000（台）。14.（2022贵阳）《天工开物》中记录了古代劳动者煮海水制盐的方法，如图甲所示。用于制盐的海水密度有严格要求，在《西溪丛语》中谈到了用莲子选定海水的方法：采用多粒莲子投入盛有海水的容器中，若所有莲子均浮，则海水含盐重；若所有莲子均沉，则这样的海水就毫无制盐价值。后来《熬波图咏》中谈到，将莲子分别浸入不同密度等级的海水中（一等海水密度最大，二、三、四等依次次之），充分浸泡后制备成不同测定标准的“浮子”。将“浮子”放入盛有待测海水的竹管内，如图乙所示，根据浮起的“浮子”数即可判断待测海水的密度范围。请回答下列问题：（1）煮海水制盐过程中，水发生