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第二节 微观世界
一、复合题
1．某同学欲测量一根细铜丝的直径，他的实验步骤如下：
A．将细铜丝拉直，用刻度尺测出细铜丝的长度L1；
B．用刻度尺测出铅笔杆上铜丝绕圈总长度L2；
C．用铜丝的长度除以铜丝的圈数，即得细铜丝的直径d；
D．将细铜丝紧密缠绕在铅笔杆上；
E．数出缠绕在铅笔杆上细铜丝的圈n。
（1）以上步骤中，没有必要的步骤是　 　；错误的步骤是　 　，应怎样改正　 　。
（2）实验步骤的合理顺序应是　 　。
2．输水过程中若有管道老化、生锈等状况，会引发二次污染，让原本合格的自来水变得不合格。如图是某品牌净水机的净化原理和流程。
（1）铸铁的管路与　 　接触而生锈，从而影响水质；
（2）活性炭纤维滤芯的主要作用是除去　 　；
（3）最终得到的直饮水属于　 　（填“纯净物”或“混合物”）。
3．探究微观世界的超级显微镜——散裂中子源
物质的微观结构决定其宏观性质。为了探测更微小的物质结构，科学家利用散裂中子源，实现了更加精细化的成像效果。中子是组成原子核的微粒之一（如图甲所示），由于它不带电，不受物质内部电荷间相互作用力的影响，因此中子的穿透力非常强。当中子通过物质内部时，它能更靠近原子核。于是，中子便成为科学家探索微观世界的理想探针。
散裂中子源主要由加速器、靶站和中子谱仪三部分组成（如图乙所示）。加速器的作用是将质子进行加速，用高速质子去轰击靶站里金属物质的原子核，从而产生高速中子流。这些高速中子流射向待测样品，与其中的原子核发生碰撞而散射出去，这时中子流的运动轨迹、能量和动量就会发生变化。于是，科学家通过分析这些物理量的变化，就能探测出物质的微观结构①。这就好比向一张看不见的网上②扔很多弹珠，有的弹珠穿网而过，有的则打在网上弹向不同的方向，根据这些弹珠的运动轨迹就能描绘出这张网的形状。这种将不便于直接测量或观察的现象，用它的外显特征或产生的效应来反映的做法，是一种重要的科学研究方法。
随着我国散裂中子源的建成和开放运行，它已经帮助我国科学家攻克了许多关键的核心技术，未来它还会在物理、新能源、材料科学、化学化工、资源环境、生命科学等方面发挥更多更重要的作用。
请根据以上材料，回答下列问题：
（1）中子之所是探索微观世界的理想探针，主要是因为　 　；
（2）文中提到的研究方法在科学探究过程中有许多应用。除文中的实例①、②外，请你再举出一个实例，并补全表格中的内容。
研究对象 ①　 　 ②看不见的网的形状 ③　 　
可观测到的现象 中子流的运动轨迹、能量和动量 　 　 电流的大小
4．物理学中一个基本的观念是“世界是由物质组成的 ”。
（1）1811 年，意大利物理学家阿伏加德罗将组成物质的仍能保持其化学性质不变的最小微粒命名为 　 　。1911 年，著名物理学家 　 　 在进行了“粒子散射实验后， 提出了原子核式结构模型。该模型认为，原子是由带 　 　 电的原子核和带 　 　 电的核外电子构成。
（2）以氢原子为例，四个图中能正确示意氢原子核式结构的是图 　 　（甲/乙/丙/丁）。
5．某小组同学用水、盐水、同样形状的容器和指针式压强计，验证液体内部压强的规律。压强计指针顺时针偏转的角度越大，表示压强越大。他们的研究情况如图、、所示。容器、中均装满液体，且。
（1）当他们分别选用图与所示的容器进行实验，是为了验证：　 　 。
（2）选用　 　 图所示的容器进行实验，可以验证在液体密度相同的情况下，液体的深度越大，液体的压强也越大的结论。
（3）若在图所示的容器内轻轻放入一个小木块，压强计指针偏转的角度　 　 。选填“变小”、“不变”或“变大”
6．如图，地效飞行器是一种可以低空高速飞行的飞机，它能停在水面或地面上，某型号飞行器的总质量为，总体积为，最大飞行速度为，以最大速度飞行时的运输效率为，运输效率是指飞行器飞行时的总重与发动机推力的比值取。
（1）飞行器的发动机也是热机，　 　冲程是将机械能转化为内能。
（2）飞行器以最大速度水平匀速直线飞行，飞行器受到的阻力是多少？发动机推力的功率为多少可以认为飞行器的总重不变？
7．小明同学在探究影响浮力大小的因素时，做了如图甲所示的实验。请你根据小明的实验探究回答下列问题。
（1）在、、三图中，研究了浮力与　 　的关系；根据图中所标的实验数据，可知物体浸没在水中所受的浮力为　 　，浸没在盐水中所受的浮力为　 　。
（2）小明对、、、四个步骤进行了观察研究，发现浮力的大小有时与深度有关，有时与深度又无关。对此正确的解释是　 　，浮力的大小与　 　有关，当物体浸没在水中后该物理量不变，所以物体所受浮力不变。
（3）在小明实验的基础上，根据有关实验数据，可以计算出盐水的密度为　 　，物体的密度为　 　。
（4）为了探究物体浸在水中不同深度所受浮力的变化情况，小明又进行了如下的实验：将一挂在弹簧测力计下的圆柱型金属体高度为缓慢浸入水中水足够深，如图乙所示，从圆柱体接触水面至接触容器底之前，分别记下圆柱体下表面所处的深度h和弹簧测力计的示数实验数据如表：
实验次序
根据表中数据可以算出第次实验中浮力的大小为　 　；根据表中数据，在如图丙所示的坐标系中画出浮力与深度h关系的图象；通过对图象的分析，可以得出结论：浮力大小与物体浸没在液体中的深度　 　填“有关”或“无关”。
8．在探究“比较不同物质吸热的情况”的实验中，实验装置如图甲所示。
（1）在图甲中除了所给的实验器材外，还需要的测量工具有天平和 　 　。
（2）选用两个规格相同的电加热器，目的是使A和B两种液体在相等时间　 　。
（3）实验中应量取　 　（选填“质量”或“体积”）相同的A、B两种液体。当它们吸收相同热量时，通过比较　 　来判断吸热能力的强弱。
（4）图乙为某时刻的温度，其示数为 　 　℃。
（5）分析图丙可知，吸收相同热量，　 　液体升温更高；　 　液体更适合作为汽车发动机的冷却液。（两空均选填“A”或“B”）
9．为了“探究光的反射规律”，同学们进行了分组实验，平面镜放在水平桌面上，、是两块粘接起来的白色硬纸板，且板可绕转动。
（1）实验中让入射光线远离法线，反射角会　 　选填“变大”“变小”或“不变”。
（2）某组同学实验时，当纸板、在同一平面上时，让入射光线沿纸板射向镜面，在纸板上并没有发现反射光线，其原因可能是　 　。
（3）经调整后，在纸板上可看到反射光线，并用量角器测量入射角的大小为，反射角的大小，便立即得出实验结论：反射角等于入射角。你认为这样得出的结论　 　选填“合理”或“不合理”，原因是　 　。
10．近年来，渣土车因“多拉快跑”而引发的交通事故时有发生，引起了交通管理部门的高度重视。小彤设计了如图所示的实验来模拟汽车超速、超载带来的危害，通过电磁铁的控制，让质量分别为m1和m2（m1＜m2）的小钢球从圆弧轨道的一定高度（h1＜h2）由静止滚下，撞击水平面上的纸盒并将纸盒推动一段距离（实验中的圆弧轨道、水平面和纸盒均不变）。
（1）分析甲、乙两图可知，　 　（选填“甲”或“乙”）图中的小钢球在刚到达水平面时的速度更大，由此可得出结论：　 　，动能越大；
（2）比较　 　两图可以模拟汽车超载带带来的危害；
（3）在水平面上，纸盒被撞击后的运动情况是　 　；三次实验中，纸盒克服摩擦力做功的大小关系W甲　 　W乙　 　W丙（选填“＞”“＜”或“=”）；
（4）实验后小彤将小球从一光滑斜槽轨道（OAB）O点自由滚下，依次经过A、B两点到达C点，如图丁，假设小球运动到点C时所受的外力全部消失，则小球将____。
A．沿a轨迹运动　　 B．沿b轨迹运动　　
C．沿c轨迹运动　　 D．保持静止
11．如表是小明测一轮滑组机械效率时记录的有关数据，请你解答下列问题：
项目数据 次数 动滑轮重 物重 钩码上升高度 拉力 拉力作用点移动距离 滑轮组的机械效率
甲
（1）请在图中画出实验中滑轮组的绕绳。
（2）通过计算得出表格中甲的机械效率是　 　。
（3）由表格收集的数据可知，用同一滑轮组提升不同的重物至同一高度，随着提升物重的增加，滑轮组的机械效率将　 　选填“变大”或“变小”。
（4）进一步分析表格数据可知，随着提升物重的增加，滑轮组的额外功　 　选填“变大”“变小”或“不变”。
12．小组同学比较沙子和水的比热容，实验装置如图甲、乙所示。
（1）在两个相同的易拉罐内分别装入初温、　 　相同的沙子和水；
（2）用两盏相同的酒精灯同时加热沙子和水，加热过程中需用玻璃棒不断搅拌。搅拌的目的是：　 　。测得实验数据如表格所示；
加热时间/ 0 1 2 3 4 5
温度/ 沙子 18 22 29 37 45 —
水 18 19 21 23 25 27
（3） 时，温度计显示沙子的温度如图丙所示，其读数为　 　；
（4）加热相同的时间，发现沙子的温度升得更高，有同学认为此过程中沙子吸收热量比水吸收热量多，该观点　 　（正确/错误）；
（5）分析数据可得沙子的比热容　 　（小于/等于/大于）水的比热容。由此可以解释沿海地区比沙漠地区昼夜温差　 　的现象。
13．为了比较水和沙子吸热本领的大小，小明做了如图所示的实验：在两个相同的烧杯中分别装有质量初温都相同的水和沙子，用两个相同的酒精灯对其加热，实验数据记录如下：
　 质量/g 升高10℃所需时间/s 升高20℃所需时间/s 升高23℃所需时间/s
沙子 30 64 89 124
水 30 96 163 220
（1）用加热时间的长短来表示　 　，采用的物理方法是　 　法。
（2）分析上表中的实验数据可知：　 　。因此　 　的比热容较大。
（3）如果加热相同的时间，质量相同的水和沙子中　 　（选填“沙子”或“水”）升高的温度更高，所以白天在海边会吹　 　（选填“海风”或“陆风”）。
14．在探究“比较不同物质吸热多少”的实验中，明明设计了如图所示的实验装置。在烧杯中装入0.5kg的煤油和水，待到二者均和室温相同后，再用相同的酒精灯加热，并记录实验过程中的数据，请你帮他解决实验中遇到的问题；
时间（min） 0 1 2 3 4 5 6 7
煤油温度（℃） 20 24 34 41 48 55 62 69
水的温度（℃） 20 25 30 35 40 45 50 55
（1）安装装置时，应按照 　 　的顺序安装（选填“从上到下”或“从下到上”）。实验中用 　 　来比较吸热多少，这种实验方法是 　 　法；
（2）明明记录的数据表格，第一分钟内，水的升温比煤油快，之后水的升温比煤油慢，原因是煤油的粘稠度高，热传递比水 　 　（选填“快”或“慢”）；
（3）根据表格中的数据可知，　 　相同时，等质量的煤油升温比水快。由此可以推导出，等质量的水和煤油，升高相同的温度，　 　吸收的热量更多。
15．如图所示是“探究不同物质吸热升温现象”的实验。将质量相等的沙子和水分别装在烧杯中，并测出沙子和水的初温。然后用酒精灯加热并不断搅拌，每隔1 min记录一次温度。
实验记录如下表：
（1）实验中，加热时间实质上反应了　 　。
（2）根据实验数据，在如图中画出沙子和水的温度随时间变化的图象。
（3）分析图象可知，对于质量相等的沙子和水：吸收相等的热量，升温较快的是　 　；若使两者升高相同的温度，则　 　吸收的热量较多。通过大量类似实验，人们发现了物质的又一种物理属性，物理学将这种属性叫做　 　。
16．如图甲所示，这是“探究不同物质吸热能力大小”实验装置，用两个相同的容器（图中用虚线形表示）分别装入A、B两种液体，用相同的装置加热。
（1）组装如图甲所示的装置时，应先固定 　 　（选填“石棉网”或“温度计”）的位置；
（2）实验中容器里A、B两种液体应控制初温和　 　（选填“质量”或“体积”）相同；
（3）根据实验数据绘制的温度与时间的关系图像如图乙所示，分析图像可知：吸热能力较强的是 　 　（选填“A”或“B”）液体；
（4）寒冷的冬天，小明想自制一个暖手袋，应选择 　 　（选填“A”或“B”）液体作为暖手袋的供暖物质。
17．在“比较不同物质的吸热能力”实验中，晓晓同学选择了 、 两种液体，并设计了如下实验步骤：
A．在两个相同的烧杯中分别装入等体积的 、 两种液体；
B．用温度计分别测量两种液体的初温；
C．用相同的加热装置对两个烧杯进行加热，隔一段时间记录下两种液体的温度。
请完成下列问题：
（1）实验需要的测量仪器有温度计、停表和　 　；
（2）实验中，步骤　 　存在错误。改正错误后继续实验，并用图像对实验数据进行处理，得到如图所示的温度—时间图像；
（3）根据图像的标记线可以推测出晓晓是通过比较　 　（选填“加热时间”或“温度变化”）来判断不同液体吸热能力的强弱。相同条件下，液体　 　（选填“ ”或“ ”）更适合作液体温度计中的测温物质。
18．物理小组的同学们组装了如图1所示的装置，在完全相同的烧杯中分别装有质量相同的A、B两种液体，在完全相同的燃料盒中分别装有两种不同的燃料．
（1）若要比较液体的吸热本领，应选　 　两图的实验装置进行实验．（在“甲、乙、丙”中选填）
（2）实验过程中，若浸在液体中的温度计示数都升高了50℃，加热时间较短的液体比热容较　 　．
（3）实验过程中，若加热相同的时间，温度升高较多的液体比热容较　 　．
（4）根据实验数据同学们绘制出如图2所示的图象．由图象可知：液体　 　的比热容较大．（选填“A”或“B”）
19．小明和小华分别使用如图甲所示的实验装置做探究“水的沸腾”实验，他们根据实验数据作出的温度与时间关系的图像如图乙所示。
（1）图甲中烧杯上盖纸板的目的是　 　；
（2）由图乙可知，实验中测得的水的沸点是　 　℃，说明此时实验室中的大气压　 　（选填“高于”、“等于”或“低于”）1个标准大气压；
（3）水在沸腾过程中　 　（选填“吸收”或“放出”）热量，温度　 　（选填“升高”、“降低”或“不变”）；
（4）由图乙可知，小华将水加热至沸腾的时间明显较长，最有可能的原因是　 　。
20．如图所示为“探究不同物质吸热能力”的实验装置。
（1）实验时，应该控制两个玻璃杯中装的两种液体 　 　（选填“质量”或“体积”）相同；
（2）实验中可通过 　 　（选填“加热时间”或“温度计示数”）反应物质吸收热量的多少，这是科学探究中常见的 　 　法；
（3）分析图乙可知，　 　（选填“a”或“b”）液体更适合做汽车发动机的冷却液。
21．在探究“沸腾的规律”的实验中，
（1）如图（a）(b)所示，图　 　是水沸腾时的情况．
（2）当水温上升到90℃时，每隔30s记录一次温度，然后作出温度与时间的图像，如图所示.从图像可知，水沸腾时的温度是　 　℃．
（3）实验即将结束，细心的李利同学发现：移开酒精灯，水马上停止沸腾．这说明沸腾过程中需要继续　 　，但温度　 　．
22．演绎探究﹣﹣原子内部电子绕原子核的运动
（1）我们知道，原子由原子核和核外电子组成，核外电子绕原子核高速旋转．按照波尔理论，电子绕原子核做匀速圆周运动，且电子会受到原子的静电吸引力（如图甲）．已知，电子受到的静电吸引力F电与原子序数Z成正比，与无电荷e的平方成正比，与电子运动的轨道半径r的平方的关系如右图乙图象所示，k是静电常数．则电子所受的静电吸引力的数学表达式为：_____．
其中静电常数k=8.85×10﹣12，当物体做匀速圆周运动时，必须受到一个向圆心拉的力，这个力叫做向心力，电子绕原子核做匀速圆周运动的向心力 ，其中m为电子的质量，v为电子的运动速度．且电子做圆周运动的向心力等于电子受到的静电吸引力．
A． B．
C． D．
（2）液尔引用量子理论，提出电子运动的轨道不是任意的，轨道数n从内向外依次为1、2、3、…，（如图丙）并且提出 ，其中n为轨道数，h为常数，h=6.63×10﹣34J s．请推导证明出电子的轨道速度v的数 ．　 　
23．如图甲所示，是“测量小灯泡的电功率”的电路图，其中电源电压恒为6V，小灯泡的额定电压2.5V，正常工作时的电阻约为10Ω。
（1）该实验原理　 　；
（2）闭合开关，当变阻器滑片P移到某一位置时，电压表的示数如图乙所示，要测小灯泡的额定功率，接下来的操作是向　 　（选填“左”或“右”）移动滑动变阻器的滑片；当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率为　 　W；
（3）另一小组同学多次移动滑动变阻器的滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图丁所示的图象；根据图象信息，可算出小灯泡的电压为2V时的功率为　 　W；通过图象还可以发现灯丝的电阻是变化的，原因是：　 　；
（4）完成上述实验后，小丽向老师要了一个已知阻值为的定值电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图戊所示的实验电路，测出了额定电压为小灯泡的额定功率，请你帮她完成下列实验步骤：
①连接好实验电路，闭合开关S1，将开关S2拨到触点2，移动滑片，使电压表的示数为　 　；
②将开关S2拨到触点1，滑片　 　（选填“向左移动”“不动”或“向右移动”），读出电压表的示数为U；
③小灯泡额定功率的表达式为　 　（用已知量和测量量表示）。
答案解析部分
1．【答案】（1）A；C；用铜丝的绕圈总长度L除以铜丝的圈数，即得细铜丝的直径d
（2）DBEC
【知识点】长度及其测量
2．【答案】（1）空气中的水和氧气
（2）有机污染物
（3）混合物
【知识点】纳米材料及其应用
3．【答案】（1）中子不带电，不受物质内部电荷间相互作用力的影响，穿透力非常强
（2）物质的微观结构；导体电阻的大小；弹珠的运动轨迹
【知识点】物理学方法；原子结构
4．【答案】（1）分子；卢瑟福；正；负
（2）丙
【知识点】原子结构
5．【答案】（1）液体压强大小与密度的关系
（2）、
（3）变大
【知识点】探究液体压强的特点实验
6．【答案】（1）压缩
（2）解：飞行器的总质量为，
飞行器的总重力；
已知以最大速度飞行时的运输效率为，即其中为发动机的推力，
则发动机的推力，
飞行器以最大速度水平匀速直线飞行，飞行器受到的阻力；
由、得：，
发动机推力的功率：
。
【知识点】功率计算公式的应用
7．【答案】（1）排开液体的密度；；
（2）浮力大小与深度无关；物体排开液体的体积
（3）；
（4）；无关
【知识点】探究影响浮力大小的因素
8．【答案】（1）秒表
（2）吸收相同的热量
（3）质量；温度计升高的示数
（4）39
（5）B；A
【知识点】探究不同物质的吸热能力
9．【答案】（1）变大
（2）硬纸板没有竖直放置
（3）不合理；实验次数太少，使得出的结论不具有普遍性
【知识点】光的反射定律
10．【答案】（1）乙；质量相同时，速度越大
（2）乙、丙
（3）纸盒在水平面上移动的距离越来越远；＜；＜
（4）A
【知识点】探究影响物体动能大小的因素
11．【答案】（1）
（2）
（3）变大
（4）变大
【知识点】滑轮（组）的机械效率；滑轮（组）机械效率的测量实验
12．【答案】（1）质量
（2）让物质受热均匀
（3）52
（4）错误
（5）小于；小
【知识点】探究不同物质的吸热能力
13．【答案】（1）吸收热多少；转换法
（2）质量相同的水和沙子升高相同的温度，水吸热多；水
（3）沙子；海风
【知识点】探究不同物质的吸热能力
14．【答案】（1）从下到上；加热时间的长短；转换
（2）慢
（3）时间；水
【知识点】探究不同物质的吸热能力
15．【答案】（1）水和沙子吸收热量的多少
（2）
（3）沙子；水；比热容
【知识点】探究不同物质的吸热能力
16．【答案】（1）石棉网
（2）质量
（3）A
（4）A
【知识点】探究不同物质的吸热能力
17．【答案】（1）天平
（2）A
（3）温度变化；a
【知识点】探究不同物质的吸热能力
18．【答案】（1）甲、丙
（2）小
（3）小
（4）B
【知识点】控制变量法与探究性实验方案
19．【答案】（1）减少热量损失
（2）98；低于
（3）吸收；不变
（4）小华用的水的质量比小明的大
【知识点】探究水的沸腾实验
20．【答案】（1）质量
（2）加热时间；转换
（3）a
【知识点】探究不同物质的吸热能力
21．【答案】（1）a
（2）98
（3）吸热；不变
【知识点】探究水的沸腾实验
22．【答案】（1）B
（2）n的轨道上速度v的数学表达式为v=
【知识点】原子结构
23．【答案】（1）P=UI
（2）左；0.6
（3）0.4；灯丝电阻随温度的升高而增大
（4）2.5V；不动；
【知识点】功率的测量实验
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