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第二轮　专题突破
第27讲 综合能力专题
◇ 限时训练
◇ 优化提升
第27讲　综合能力专题
　　综合能力题是新课标改革中很多省、市物理中考的标志题型。题目往往以科技前沿技术或者社会的新事物为载体，考查考生综合应用知识、科学探究、创新意识和实践能力。老师在指导考生复习过程中可以适当引导考生多关注科技前沿技术或者社会动态。这类试题的形式通常有实验设计、阅读研究、问题探究、现象解释等，本专题将从上述几类题型进行分类复习。通过老师的指导与考生在练习中的反思，掌握综合能力题的解题思维与方法。
【学法指导】
(1)实验设计类：通常要仔细看清给出了哪些器材，明确要设计什么实验，涉及什么原理，可以观察到什么现象，能够归纳出什么结论；同时还要仔细看清题目有没有规定只能在所给出的器材中选择相关器材进行设计等。
(2)阅读研究类：通常要认真阅读所给出的材料，依据材料所提供的信息去分析、归纳，甚至可以通过计算、推演，找出解决问题的方法，而要解决的问题肯定与材料有关。
(3)问题探究类：通常是从问题出发，挖掘、分析解决问题所需要的条件，从而找出解决问题的方法。
(4)现象解释类：首先要明确该现象属于哪类问题，如声现象、光现象、力现象、热现象、电磁现象等，再用相应的物理知识加以解释。
【例题精选】
1.小明根据杠杆平衡条件在家测量某液体的密度，其装置放在水平面上。如图27-1所示，轻质杠杆OA和BC垂直固定在一起，BC压在电子秤上，O为支点，且测量过程中O点和C点位置保持不变。
(1)调节杠杆OA在水平位置平衡，其目的是　　　　　　　　　　　。
(2)将一个质量不计的矿泉水瓶装满水，用细线将矿泉水瓶悬挂在OA的D点上，记录此时电子秤的示数为m，测量悬挂点D到O的距离为L1。
(3)取下装水的矿泉水瓶，将另一个完全相同的矿泉水瓶装满待测液体，用细线将矿泉水瓶悬挂在D点。此时电子秤的示数小于m，则待测液体的密度　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)水的密度，向　　　(选填“左”或“右”)移动悬挂点的位置，直到电子秤的示数仍为m，测量此时悬挂点到O的距离为L2。
便于测量力臂大小
小于
左
(4)待测液体密度的表达式为ρ液=　　　　(水的密度用ρ水表示)。
(5)若考虑矿泉水瓶的质量，测量结果为ρ'液，则ρ'液　　　　(选填“>”“<”或“=”)ρ液。
ρ水
<
分析：本题为设计实验类综合题，利用杠杆平衡条件的知识来测量未知液体的密度，用电子秤的示数间接代替弹簧测力计的作用，考查考生运用已知知识解决问题的能力。
答案：(1)便于测量力臂大小　(3)小于　左　(4)ρ水　(5)<
2.(2023·苏州市)纯电动汽车是一种采用蓄电池作为唯一动力源的汽车。电池的安全性主要体现在对其温度的控制上，当某组电池温度过高时，立即启动制冷系统进行降温。图27-2甲是小明设计的模拟控温装置示意图。电磁继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器Rp串联接在电压为6 V的电源两端。当电磁铁线圈(电阻不计)中的电流I大于或等于25 mA时，衔铁被吸合。热敏电阻置于温度监测区域，其阻值Rt与温度t的关系如图27-2乙所示，滑动变阻器的最大阻值为200 Ω。
(1)图甲中应将b端与　　　　端相连。
(2)当闭合开关S时，电磁铁上端为　　　　极。
(3)若设置电池温度为60 ℃时启动制冷系统，则滑动变阻器阻值应为
　　　　Ω。
(4)该电路可设置启动制冷系统的最高温度是　　　　℃。
c
N
170
90
(5)现利用一只电阻箱在室温条件下对上述电路进行调试，使电路能在60 ℃时启动制冷系统。为此，先将电阻箱调为70 Ω，然后还需要经过三个关键的调试步骤才能完成调试。
第一步：断开开关，　　　　　　　　　　　　；
第二步：闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到继电器的衔铁被吸合；
第三步：断开开关，　　　　　　 　　　完成电路调试。
用电阻箱替换热敏电阻
用热敏电阻替换电阻箱
分析：本题为阅读研究类综合题，利用电磁继电器的特点，结合欧姆定律的的实际应用，考查考生应用知识解决问题的能力，综合性强，难度较大。
答案：(1)c　(2)N　(3)170　(4)90　(5)用电阻箱替换热敏电阻　用热敏电阻替换电阻箱
1.随着生产和技术的发展，人们已经开始将太阳能转化为其他形式的能加以利用。目前直接利用太阳能的方式有两种，一种是用吸光性好的材料制成太阳能集热器，实现给水或其他介质加热；另一种是利用半导体材料制成太阳能电池，这种电池目前已用于人造地球卫星、太阳能汽车等。
太阳能作为一种新能源，具有来源丰富、不需运输、不会对环境造成污染等优点。但由于能量比较分散且受季节、气候和昼夜变化的影响很大，又给大规模利用太阳能带来新的技术课题。实验中的无人驾驶太阳能汽车，利用太阳能电池提供能源。
(1)太阳能电池工作时，是将太阳能转化为　　　　。
(2)技术人员可以通过　　　　　　(选填“超声波”“次声波”或“电磁波”)远程操控汽车。
(3)太阳能属于　　　 　(选填“可再生”或“不可再生”)能源。
(4)太阳能汽车的外形做成流线型，上表面弯曲，下表面比较平。汽车高速行驶时对地面的压力　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)汽车静止时对地面的压力。
(5)请你说出太阳能的一条优点：_________________________________
　 。
电能
电磁波
可再生
小于
来源丰富（或不需运输或不会对环境
造成污染等）
2.(2023·广东省模拟)请阅读材料，回答问题。
“冰丝带”——国家速滑馆
国家速滑馆(如图27-3甲所示)是2022年北京冬奥会北京主赛区标志性场馆，它有一个美丽的昵称——“冰丝带”。馆内拥有亚洲最大的冰面。
国家速滑馆力求打造世界上平原地区“最快的冰”。制冰时，混凝土冰板层下方总长约为130 km的管道内输入的是低温的液态二氧化碳。在液态二氧化碳汽化的作用下，混凝土冰板层的温度降低到零下十几摄氏度，通过洒水作业，冻成厚度为几毫米的冰面，经过多次这样的工序，厚度几十毫米的冰面才能冻结成功。冰面温差被控制在0.5 ℃以内，有利于运动员创造好成绩。
(1)混凝土冰板层降温过程是利用了液态二氧化碳　　　　　　(填物态变化名称)时　　　　(选填“吸收”或“放出”)热量的特点。
(2)如图丙所示是运动员在短道速滑男子1000米比赛中通过弯道时的情景，此时他受到的力　　　　(选填“是”或“不是”)平衡力，由于　　　，他到达终点后还能继续向前滑行。
(3)在短道速滑训练中，某男运动员滑1圈需42 s，某女运动员滑1圈需45 s，现两人在起点处同时同向出发，经过　　　　s男运动员第一次与女运动员相遇。
汽化
吸收
不是
惯性
630
一、实验设计题
1.某实验小组想测量额定电流为0.3 A小灯泡的额定功率，同学们设计了如下方案。
(1)实验电路如图27-4甲所示，其中电源电压为6 V：
①连接电路过程中，开关应处于　　 　　状态；
②如图27-4甲是未连接好的电路，请用笔画线代替导线，正确连接实物电路；(要求：滑动变阻器的滑片向右移动时，小灯泡变亮)
③测小灯泡额定功率的原理是　　　　。调节滑片，当电流表示数为0.26 A时，看到电压表的示数(如图27-4乙所示)为　　　　V，此时灯泡的实际功率为　　　　W。
断开
P=UI
3
0.78
②如图所示
(2)为了测出小灯泡的额定功率，关于下一步的操作：
①小丽认为电压表换为0~15 V的量程即可测出小灯泡额定功率。爱思考的小溪说电压表仍选0~3 V量程也能测出小灯泡额定功率，请你在图27-4丙虚线框内画出小溪方案的电路图；
②小丽和小溪谁的方案测量结果更精确？为什么？
小溪的方案测量结果更精确；因为电压表的大量程为0~15 V，其分度值为0.5 V，读数时误差较大，使测量结果偏差较大，而电压表的小量程为0~3 V，分度值为0.1 V，读数时误差较小，使测量结果偏差较小，故小溪的方案测量结果更精确。
2.小明想比较某两种品牌运动鞋的防滑性能，他设计了如图27-5甲所示的实验，实验步骤如下：
(1)将两种品牌的运动鞋各取一只，用弹簧测力计分别称出它们的重力。小明观察到未悬挂重物时弹簧测力计示数为0.2 N，图27-5乙是测量其中一只鞋子时弹簧测力计示数，其示数为 　　　　N，鞋子的实际重力为 　　　　N。
(2)用弹簧测力计挂起较轻的那只鞋子，再向里面缓慢加入细沙，直至弹簧测力计示数与悬挂较重鞋子时的示数相同。
(3)在跑步机的传送带上按图甲摆放实验用品，将弹簧测力计正确调零后，其一端固定在跑步机上，另一端钩住鞋子。
2.4
2.2
(4)启动跑步机，待弹簧测力计示数稳定后记录弹簧测力计示数，该示数　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)鞋子受到的摩擦力。
(5)换另一只鞋子，重复步骤(4)，并记录数据。
(6)比较步骤(4)(5)中两次弹簧测力计示数，对应示数　　　　(选填“较大”或“较小”)的鞋子防滑性能好。
(7)如果在步骤(4)中提高传送带速度，那么弹簧测力计示数稳定后，其示数与低速时相比将　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
等于
较大
不变
3.(2021·长春市)鉴定牛奶、酒的品质，农业选种时配制盐水等，都需要测量密度。为此，某科技小组设计了一款多量程密度计，其示意图如图27-6甲所示。电源电压恒定不变，电流表量程选用0~0.6 A，将电流值标记为对应的液体密度值。压敏电阻R1所受压力每增加1 N，阻值减小
6.25 Ω；压敏电阻R2所受压力每增加1 N，阻值减小ΔR，实验中R1、R2的阻值随压力变化的规律不变。(装置中杯子质量忽略不计，ρ水=1.0 g/cm3，g取10 N/kg)
(1)闭合开关，电流表示数如图27-6乙所示，为 A；将杯子放在R1上，向杯子中缓慢注入重1.6 N、密度为1.6 g/cm3的液体，在杯子外表面标记出液面位置，此时R1的阻值为2 Ω，电流表示数为0.6 A。则R1不受压力时的阻值为　　　　Ω，电源两端的电压为　　　　V。
(2)倒出杯子中的液体，将杯子擦干放在R2上，向杯子中缓慢注入水，使水面到达标记处，电流表示数为0.6 A；如果杯子放在R2上时缓慢注入另一种液体，液面到达标记处时，电流表示数为0.5 A，则这种液体的密度应为　　　　g/cm3。
0.4
12
12
0.6
(3)分析发现，与杯子放在R1上制作的密度计相比较，杯子放在R2上制作的密度计的优点是 __________________________________________　
　 。
可以使两条刻度线之间的距离大一些，测量
结果会更准确。
二、阅读研究题
4.(2022·广东省模拟)阅读短文，回答问题。
背负式机动喷雾喷粉机
背负式机动喷雾喷粉机(以下简称背负机，如图27-7所示)主要由机架、离心风机、汽油机、油箱、药箱和喷洒装置等部件组成。离心风机与汽油机输出轴直连，汽油机带动风机叶轮旋转，产生高速气流，并在风机出口处形成一定压力，其中大部分高速气流经风机出口流经喷管，而少量气流流进药箱内，使药箱中形成一定的气压。药液在压力的作用下流到喷头，从喷嘴周围的小孔以一定的流量流出，先与喷嘴叶片相撞，初步雾化，再与高速气流在喷口中冲击相遇，进一步雾化，弥散成细小雾粒，并随气流吹到很远的前方。
某型号背负机相关参数如下：
型号 3 W-650 标定功率/kW 1.25
风机转速/(r/min) 6500 水平射程/m 12
药箱容积/L 15 风量/(m3/s) 0.2
喷量/(L/min)(水平) 2.5 雾粒平均直径/　 105
耗油率/［g/(kW·h)］ 557
(1)如表格中划横线部分，雾粒平均直径的单位是：　　　　(选填“ mm”或“μm”)。
(2)试说明背负机工作时的能量转化：汽油机内部汽油燃烧先将_______　　　能转化为 　　　能，再带动风机叶轮旋转，转化为 　　　　能。
(3)从文中所述可知背负机是利用　　　　使药液从喷嘴处喷出。
(4)该背负机水平喷洒一箱药液至少要消耗　　 　　J的电能。
(5)试计算该背负机工作时的效率为　　　　%。(汽油的热值为4.6×107J/ kg)
μm
化学
内
机械
气压
4.5×105
14.05
5.(2022·广东省模拟)阅读短文，回答问题。
中国古代的“计程车”——记里鼓车
记里鼓车是我国古代用于计算道路里程的车。如图27-8甲所示是汉代记里鼓车示意图，当车行1里时，车上的木人就敲一下鼓，当车行到10里时，车上的木人就敲一下镯(古代的乐器)。
图27-8乙为记里鼓车俯视结构图，马匹拉着该车向前行走，带动左、右足轮转动。立轮(齿数为18)与左、右足轮同轴，并与下平轮啮合，从而带动下平轮(齿数为54)水平转动；旋风轮(齿数为3)与下平轮同轴，并与上平轮(齿数为100)啮合，当上平轮转动一圈，轮上的拔子便拨动上层木人击鼓一次，提示车行1里。
某次出行，记里鼓车由两匹马拉动，每匹马的拉力为300 N，相邻两次镯声之间的时间间隔30 min，左、右足轮直径取2 m，圆周率取3。
齿轮传动的原理如下：如图27-8丙所示，齿轮A的齿数为24，齿轮B的齿数为36，齿轮A、B啮合(严密咬合)，当齿轮A转一周即转过24齿时，齿轮B也转24齿，B转动不到一周，图中齿轮C与齿轮B同轴，当齿轮B转一圈时，齿轮C也转一圈。
(1)记里鼓车的鼓声是由鼓面的　　　　　而产生的，人们主要是根据鼓和镯发声的　　　　(选填“响度”“音调”或“音色”)不同来确定车行驶的路程。
(2)如图27-8丙所示，当齿轮C转动一圈时，齿轮B和齿轮A分别转动
　 　　圈和　 　　圈。
(3)记里鼓车行驶过程中，立轮转动1圈车行进的路程为　　　　 m；在某次出行中，两次镯声之间的时间间隔为30 min，则两匹马对车拉力做功的功率为 　　　　W。
振动
音色
1
1.5
5
1680
三、问题探究题
6.学习了电磁感应现象后，小雨同学还想进一步探究感应电流的大小与哪些因素有关。他使用的装置如图27-9所示：铁块E、F上绕有导线并与开关、滑动变阻器、电源、灯泡组成电路。线框abcd与灵敏电流计G相连。(线框abcd在铁块E、F上方，实验过程中线框不扭转)
【猜想与假设】
小雨做出了如下猜想：
猜想A：感应电流的大小与磁场的强弱有关；
猜想B：感应电流的大小与导体切割磁感线的速度有关。
【设计与进行实验】
(1)小雨探究猜想A的设计思路如下：改变电磁铁的　　　　　　进行多次实验，每次实验保持线框沿竖直向下穿过电磁铁磁场的速度相等，观察并记录每次实验中灵敏电流计G指针偏转的格数。
(2)要探究猜想B，实验时应保持电磁铁　　　　不变，改变线框切割磁感线的速度进行多次实验，分别记下每次实验中灵敏电流计指针偏转的格数，实验数据记录如表所示。
实验次数 切割磁感线的速度 电流计指针偏转格数
1 慢速 1.5格
2 中速 2.5格
3 快速 4格
磁性强弱
磁性
【分析论证】
(3)分析表格数据可得出的结论是：其他条件都相同时，____________
　　　　　　　 　　　，闭合电路中产生的感应电流越大。
【交流评估】
(4)实验中用电磁铁代替永磁体的好处是：_______________________。
(5)按照小雨的设计思路探究猜想A，实验时在操作上存在的困难是：
　 。
导体切割磁感线的速度越大
易于改变磁体的磁性强弱
难以控制每次移动线框的速度相等
7.(2023·广东省模拟)小刚发现汽车在柏油马路上容易停下来，而在冰雪路面上不容易停下来。
(1)由此小刚猜想：滑动摩擦力的大小可能与　　　　　　　　　　有关。于是小刚利用长木板、毛巾、装有沙子的纸盒A、长方体物块B，以及弹簧测力计做了如图27-10所示的实验。
接触面的粗糙程度
(2)实验时用弹簧测力计水平拉动木块，使其做　　 　　运动，根据
　　 　　的知识，得出滑动摩擦力与拉力大小相等。
(3)小刚通过比较　　　 　两图的弹簧测力计示数，可以验证他的猜想。
匀速直线
二力平衡
甲、乙
(4)小刚还发现，汽车速度越快，越不容易停下来。他想探究滑动摩擦力大小与物体运动速度的关系。由此，他改进探究实验的装置，如图27-11甲所示，电动传送带做匀速运动，当木块相对地面静止时，弹簧测力计的示数如图27-11乙所示。(忽略滑轮的摩擦)
①木块相对地面静止时，木块受到的摩擦力大小为　　　　N；
②小刚改变传送带速度，根据实验数据绘制的速度与时间(v-t)和拉力与时间(F-t)的关系图象，如图27-11丙、丁所示，分析图象可知，滑动摩擦力的大小与物体运动速度大小 　　　　(选填“有关“或“无关”)，理由是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
4.0
无关
压力和接触面粗糙程度不变，滑动摩擦力的大小不变
8.小科开展了课外探究活动：串联电路中，滑动变阻器的电功率与其接入电路电阻的关系。
【建立猜想】
猜想1：滑动变阻器的电功率会随其接入电路电阻的增大而增大；
猜想2：滑动变阻器的电功率会随其接入电路电阻的增大而减小；
猜想3：滑动变阻器的电功率会随其接入电路电阻的增大先增大后减小。
【进行实验】
将5 Ω的定值电阻R0、“10 Ω　3 A”的滑动变阻器R、电压恒为15 V的电源、数字电流表和电压表、开关、若干导线按如图27-12甲所示电路图连接。
(1)图27-12甲中电压表测　　　　 　两端的电压。
(2)实验中，将滑动变阻器滑片向　　　　移动(选填“左”或“右”)，电流表示数变小。
滑动变阻器
右
(3)实验中，R分别取约0 Ω、1 Ω……10 Ω接入电路，观察记录并处理数据，得到下表，请将表中缺失的数据补充完整。
R阻值/ Ω 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
电流/A 3.00 2.50 2.14 1.88 1.67 1.50 1.36 1.24 1.14 1.06 1.00
电压/V 0.00 2.50 4.28 5.64 6.68 7.50 8.16 8.68 9.12 9.54 10.00
电功率/W 0.00 6.25 9.16 10.60 11.16 11.10 10.76 10.40 10.11 10.00
11.25
【得出结论】
根据实验数据，作出滑动变阻器的电功率随其接入电路电阻变化的曲线(如图27-12乙)，小科得出结论：猜想3成立，且当R=R0时，滑动变阻器的电功率最大。
【交流评价】
(4)小科只通过上述探究得出实验结论可靠吗？说明理由。
不可靠。只通过一次实验不能探究得出可靠的实验结论，需要多次测量找普遍规律。
四、现象解释题
9.物理学是一门十分有趣的科学，课堂上老师让同学们观察了这样一个有趣的实验，如图27-13所示，水沸腾后把烧瓶从火焰上拿开，水会停止沸腾；迅速塞上瓶塞，把烧瓶倒置并向瓶底浇冷水，则烧瓶中的水会发生什么现象？请解释发生这种现象的原因。
答：烧瓶中的水重新沸腾。因为当向瓶底浇冷水时，瓶内气体温度突然降低，水蒸气液化成小水滴，导致瓶内液面上方气压减小，且水的沸点随气压的减小而降低，所以水重新沸腾。
10.如图27-14所示，小冰在课前展示了一盏自制的“铅笔芯电灯”。他将8节1号电池串联起来做电源，用两条铝箔纸条做导线，拿一根2B自动铅笔芯穿过铝箔纸条，架在烧杯口处。戴上绝缘隔热手套，将铝箔纸条的两端连接在电源的正负极上，稍等一会儿，小小的铅笔芯竟然热得发光，而与它相连的铝箔纸条却不怎么热。请分析解释上述现象。
答：电池、铝箔纸条、铅笔芯组成通路，电路中有电流通过，电流通过导体会产生热；铅笔芯的温度升高，经过一段时间，电流产生的热量增多，当铅笔芯的温度达到一定程度时（或导体通电时间越长产生热量越多），“铅笔芯电灯”发光；铝箔纸条和铅笔芯串联电流相等，通电时间相等，铝箔纸条的电阻小于铅笔芯的电阻，由焦耳定律Q=I2Rt可知，铝箔纸条产生的热量少，温度比铅笔芯的低，所以不怎么热。
11.火的使用推动了人类文明的进步。随着科技的发展，生活中的点火方式越来越便捷多样，但火柴(如图27-15甲)仍是实验室常用的点火工具。火柴引燃过程：划动火柴→擦火皮(含微量易燃物)产生火星→引发火柴头燃烧。图乙是小丽设计的三种引燃火柴的方式，若F1=F2>F3，且B、C的火柴棒与擦火皮夹角相同，则哪种方式更容易将火柴引燃？请用所学知识解释。
答：方式B更容易将火柴引燃。火柴头与擦火皮之间的压力越大，产生的摩擦力越大；火柴滑动过程中，克服摩擦力做功越多，机械能转化为内能越多；内能增大，温度升高，温度达到擦火皮上易燃物的着火点，产生火星；放出的热量传递到火柴头，引发火柴头燃烧。方式B中，柴头与擦火皮之间的压力最大，更容易点燃火柴。
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