物理考试与生活器具

一、内容概述

物理学科研究的是自然界最基本的运动规律,自然界中的物理现象蕴藏着无穷的奥秘,生活中的物理现象更是妙趣横生.物理来源于生活,同时也应用于生活.我们学习物理知识的主要目的是用物理知识去解释生活中的各种现象,并运用物理知识去分析各种问题产生的原因,从而来解决问题.因此,中考试题加大了与生活实际的联系,体现“从生活到物理,从物理到社会”的新课程理念.这样的试题,能使同学们感到熟悉、亲切,可以在愉悦的状态下顺利答卷.近几年的中考命题在联系生活、贴近生活方面体现得尤为突出,生活器具逐渐成为命题的一个热点.生活器具有筷子、剪刀、老虎钳、吸盘、水壶、体温计等很多种,生活器具所包含的知识点几乎可以涵盖整个中学物理.因此认识生活器具,了解其基本原理,分析实际问题,提升运用能力,是我们平时所要注意的.

二、典型试题

例1如图1所示的用具中,属于费力杠杆的是().

解析本题首先要求同学们了解这些生活器具是如何工作的,这样就能弄清每个杠杆的支点、动力、阻力,从而很快判断出食品夹的动力臂小于阻力臂,是费力杠杆.

本题选A.

点拨生活器具中可以看作杠杆的很多,如:指甲剪、垃圾桶、钓鱼竿、扫帚……在日常生活中要多留心,勤观察,善于思考其与所学物理知识的联系,这样才能在考试中不感到陌生,做起题来得心应手.

例2照相机的镜头相当于一个凸透镜,在使用照相机拍照时,物体距镜头的距离要(选填“大于”“等于”或“小于”)镜头的二倍焦距;物体在底片上所成像的大小(选填“大于”“等于”或“小于”)实际物体的大小.

解析照相机也是我们常见的一种生活器具,它的工作原理是凸透镜成像原理.照相机成的像在胶片上可以呈现,所以肯定是实像,又因为照相机的底片(像)总比实际物体小,所以物距大于镜头的二倍焦距.

本题填“大于小于”.

点拨照相机涉及到的成像知识比较多,还有当靠近物体时像的大小如何变化?镜头的伸缩情况如何等……这些只要在使用时有心留意,将学到的理论与实践有机地结合,一定会取得很好的效果.

例3物理老师在课堂上用瓶壁较薄的矿泉水瓶做了如下演示:首先旋紧瓶盖,接着两手分别握住瓶的上、下部分,使劲拧紧瓶的下部,使其严重变形压缩瓶内空气,然后迅速旋开瓶盖,可看到瓶盖飞出数米远,瓶口和瓶内有“白雾”产生(如图2).请你从以下情景中找出一个物理现象并指出与该物理现象对应的物理知识(不得与示例重复).

示例:

物理现象:使劲拧矿泉水瓶下部,使其发生严重变形.

物理知识:力可以改变物体的形状.

物理现象:.

物理知识:.

解析这是一道开放性的题目,这类题目一定要抓住产生的现象联系相应的物理知识.如“发生形变”联系到力可以使物体发生形变;“盖子飞出去”可以联系到力可以改变物体的运动状态;“有白气出现”可以联系到液化现象……

答物理现象:瓶口和瓶内有“白雾”产生.物理知识:气体膨胀对外做功时,内能减小,温度降低,使周围空气中的水蒸气液化成小水珠悬浮在空中,出现“白气”现象.

点拨利用生活器具可以做很多物理实验,例如用玻璃杯可以做发声实验、观察筷子被放大的实验、筷子放入水中变弯的光的折射实验等;用吸管可以做哨子研究音调高低与空气柱长短的关系等有趣实验;用电吹风可以做流体压强实验、蒸发快慢与流速的关系实验等.这方面的例子很多,只要我们平时用家用器具做做这些物理实验,并想想其中物理知识,完成试卷中的这类题目一定会变得比较容易.

例4如图3是一把厨房里常见的多功能剪刀,特别是图中标有1、2、3、4、5序号的部位都具有一定的功能,且每一项功能都与物理知识息息相关.请你写出其中的三项功能,并说明所用到的物理知识.

解析(1)做瓶盖撬:应用了杠杆的知识,是一个省力杠杆.

(2)做挤压钳:应用了压强和摩擦力的知识.挤压齿尖且参差不齐,不仅通过减小受力面积的方法增大了压强,还通过增加表面粗糙程度的方法增大了摩擦力,既利于挤压果壳,又避免坚果滑落.

(3)做剪刀:应用了杠杆的知识.

(4)做罐头盖(或瓶盖)撬:应用了杠杆的知识.这是一个以与瓶盖接触的点为支点的省力杠杆.

(5)做削皮刀:应用了压强的知识.

点拨有了物理知识的支持,设计工具解决问题就有更开阔的思路,也会有更多的选择,从而设计出更便利的工具.例如厨房里常见的多功能剪刀,实际就是把多种功能集于一体的一种工具,这样一把多功能剪刀集中了图4所示的四种工具的功能,这四种工具从左至右分别是瓶盖起子、坚果夹、削皮刀、剪刀.

例5小华感冒咳嗽,妈妈给她买了“双黄连口服液”.粗心的小华将口服液盒内特制吸管弄丢了,只好拿来一根饮料吸管插入瓶中,结果她费了很大的劲才把药液“吸”上来.后来,她发现这两种吸管的形状不一样:饮料吸管外壁光滑,口服液吸管外壁有棱,两种吸管的截面形状如图5所示.请你运用物理知识解释为什么两种吸管“吸”药的效果不同.

解析饮料吸管插入药液瓶后,由于饮料吸管的外壁光滑,它与药液的橡胶瓶盖紧密接触,空气不能进入,瓶子也很难形变,因此很难“吸”上药液.而药液吸管的外壁是有棱的(或凸凹不平),利于空气的进入,药液在大气压的作用下被压入口中.

点拨用饮料吸管吸饮料和用药液吸管吸药液的原理是相同的,即饮料和药液都是大气压将其压到嘴里的.那么,为什么用饮料吸管吸饮料很容易,而吸“双黄连口服液”却很难呢?你可以注意观察饮料瓶及密封口与装“双黄连口服液”的药瓶及密封口所用的材料有什么不同,饮料瓶一般是用塑料或纸做的,容易形变,密封口一般是塑料薄膜或锡箔,吸管插入后有一定的缝隙,可以进入空气,瓶内大气压将饮料顺着吸管压上去.即使饮料瓶内不能进入空气,因瓶易形变,瓶外大气压也能将饮料通过吸管压上去.当然,饮料吸管做成有棱的吸管也可以方便地吸饮料,为什么要做成光滑的呢?实际上,任何产品不仅要考虑其功能,还要考虑工艺和成本.饮料吸管外壁做成光滑的工艺更简单,成本更低.

例6普通液体温度计的分度值是1℃,而常用体温计的分度值是0.1℃.为此,体温计的内径做得很细,这样对温度的变化会更敏感.但这样会带来另一个问题,就是水银柱太细,看不清楚,给读数带来困难.于是体温计的刻度部分设计为三棱体,横截面如图6所示,其正面呈圆弧形.这样就可看清体温计内极细的水银柱,以便于读数.请解释这样设计的原理.

解析圆弧形玻璃的作用相当于凸透镜.根据凸透镜成像规律,当物体在凸透镜一倍焦距以内时,可以成放大的虚像.只要使圆弧形玻璃的焦距大于水银柱到圆弧形表面的距离,我们就可以通过圆弧形玻璃看到水银柱放大后的虚像.

点拨凸透镜成像规律在日常生活中有广泛的应用,如放大镜、照相机、幻灯机等都利用了凸透镜成像规律.另外,凸透镜对光线还有汇聚作用,老花镜就是利用了这一规律.又如,一种微型手电筒的灯泡做成图7所示的形状,它的前端相当于一个凸透镜,使用这种灯泡可以省去一般手电筒中的反光罩.

与普通液体温度计相比,体温计的玻璃泡较大,内径细得多,因此,只要玻璃泡内的水银产生微小膨胀,内径中水银柱长度就会有较大增长,这样,体温计的分度值就可以达到0.1℃.

另外,我们知道,用温度计测量温度时,不能把温度计从被测物体中拿出来再读数,否则温度计的示数会发生变化,导致读数不准.而体温计测体温时却需要把温度计从身体移开后再读数,这就需要保证温度计移开后示数不变,即体温计内的水银柱不因温度降低而缩回去,为此体温计设计了一个特殊结构,就是在内径上有一个缩口,如图8所示.测量体温时,玻璃泡内的水银受热膨胀,通过缩口进入内径,如图9所示.体温计离开人体后,因温度降低,玻璃泡内的水银收缩,缩口处的水银缩回来,但内径中的水银却因缩口的形状无法缩回去,如图10所示,从而保证了体温计的示数不变.但这又带来一个麻烦,就是开始新的测量体温前需要使劲甩几下体温计,使内径中的水银回到玻璃泡中.

例7图11是某同学设计的烧水用水壶和提水用水桶的结构示意图,你认为他的设计合理吗?请简要说明理由.

解析烧水用的水壶应尽可能使底面积大些,这样会增大受热面积,提高热效率.提水用的水桶应尽可能使底面积小些,这样会使提同样的水,桶底受的压力小,桶底更不易脱落,使用寿命更长.所以,两种用具结构均不合理.

点拨日常生活中的工具,因其用途不同,常常需要采用不同的结构.例如,泡茶叶用的茶壶,壶盖上设计有一个小孔,目的是让空气流进茶壶,茶水更容易从壶嘴倒出来.为了利于传热,烧水用的铝制水壶除了底部面积大、壶口面积小外,常常将壶底压制成几个凹凸不平的同心圆圈.同学们可以想一想,将平板压做成几个凹凸不平的同心圆圈有什么好处?

三、对应练习

1.人们用来取暖的一种热水袋如图12所示.它的表面有很多长条状的橡胶突起部分,这些突起部分相互平行且突起的高度较大,做成这种外形的主要目的是().

A.使热水袋美观大方,起到装饰作用

B.使热水袋能同时具有传导、对流和辐射的传热功能

C.这种突起具有良好的弹性,在外界压力作用下容易发生弹性形变,以防止在某种重压下,所灌热水将热水袋胀破

D.减小热水袋与人体的直接接触面积,以降低热水袋的放热速度,实现缓慢放热

2.超市里冷冻食品的塑料包装盒通常选用白色的,并在盒子的底部压制出一些几何图案的凹凸槽,如图13所示,这主要是为了().

A.既轻便又美观

B.既保温又增强抗形变能力

C.减少食品与包装盒的接触面积

D.避免食品受污染

3.有一种酒瓶塞子是软木塞,上下粗细均匀,如图14所示,怎样才能把塞子呢?如图15的开瓶器就是专门针对这种瓶塞设计的.使用时将螺旋钻头旋进软木塞,再用双手按压手柄即可将瓶塞拔出.请指出该开瓶器采用了哪些物理模型?螺旋钻头做成螺旋状的目的是什么?

4.图16是家用煤气灶灶头的示意图,基本操作是:打开煤气阀,拧动点火装置时,煤气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃烧.有同学担心煤气在进口处是不是会向空气中泄漏,你认为是否有可能,说明理由.

参考答案

1.D2.B

3.该开瓶器的主要物理模型是杠杆和轮轴,其中手柄是杠杆模型,螺旋钻是轮轴模型.螺旋钻头做成螺旋状的目的有两个:可以用较小的向下压力把钻头旋进软木塞,避免把软木塞压到瓶中;向外拔木塞时增大软木塞与螺旋钻之间的作用力,避免软木塞脱落.

4.煤气在进口处不会向空中泄漏.当打开煤气开关后,煤气由于有压力,会以一定的速度喷出,而流体速度越大,压强就越小,所以在进口处,大气压会把空气压入进口处,和煤气一起形成混合体供燃烧.即使煤气不能被点燃,燃烧头处有煤气上喷,混合气体仍然会流向出口,而不会在进口处形成泄漏.

煤气燃烧需要空气助燃,当煤气流到燃烧头时,必须有足量的空气流过来才能使煤气充分燃烧.当煤气燃烧的时候,燃烧头上方的空气变热,周围的空气向上流动,几乎不流向燃烧头.所以,尽管燃烧头上有很多孔,周围的空气难以流进去,不能起到助燃的作用.为了让空气在煤气燃烧时能流到燃烧头,在燃烧头下方开一个进气孔.煤气在燃烧头上燃烧时,燃烧头上方的空气压强变小,空气自动从进气孔流到燃烧头.蜂窝煤炉的下部的进气孔的原理与此类似.

第九讲参考答案

1.B2.A3.电乙无污染

4.1,01,0,10,00(他和我是同学).

5.(1)接收通信卫星传来的信号.光缆通信在一定时间内传输的信息多.(2)开、关附近的日光灯时,电流的迅速变化会产生电磁波,被电视机接收会干扰它原来的电信号.(3)雷雨天气要拔下电视机的电源插头,拔下天线或将外天线接地.

6.吸收太阳能的多少与光照面积、时间有关.如果太阳光垂直照射到地面,在每平方米的面积上,平均每分钟能得到8.4×104J的热量.从而可以求出50m2面积的电池板吸收的太阳能.由于吸收的太阳能不能被全部利用,涉及能量的利用率,然后求得有效的能量.答案:“7kW2.8×1010J1.04×103kg”.