“声现象”、“物态变化”竞赛专题辅导

来源 :初中生世界·初二物理 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yjqwml
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  编者按:从本期起开设初中应用物理知识竞赛讲座专栏,主要通过例题解读对基本知识和基本技能进行适当扩展。突出实验探究和相关知识在实际问题中的应用。
  第一讲 声现象例1 人的心脏跳动、呼吸以及内脏蠕动等,都会发出声音。有病变时,声音与正常情况相比是不同的,根据声音为患者诊病,这是很古老的医学发明,瞧,如图1医生正在用听诊器为病人诊病呢,听诊器是通过橡皮管将声音传送到耳朵的,请说说,这样做有什么好处?
  讲解来自人体内脏的声音很小,除非将耳朵直接贴近人体,否则将难以听到,使用听诊器,声音在橡皮管中传播,比较集中,这样可以使听到的声音响度较大,(注意:本题是要回答“使用听诊器的好处”,而不是要求回答“如何根据声音的音调或音色来判断病变情况。”)
  例2 你注意过吗,同一辆摩托车从宽阔的马路上驶过和从居民区的小巷子驶过,听起来声音的大小有什么不同?能说出为什么会有这种的不同吗?
  讲解这是一个与声音的响度以及声音的反射(回声)有关的现象,摩托车从巷子驶过,听起来声音特别大,原因有两个方面:
  一是,巷子两侧有建筑物,而且比较狭窄,所以声音比较集中,因而响度大;
  二是,由于巷子狭窄,声音经建筑物反射的回声与原声混在一起,使原声加强,从而提高了响度。
  相关知识:在发生雷电时,虽然雷电只发生了一次,但人们听到的却是隆隆雷声,这是因为:雷声在云层、山丘及地面之间会发生多次反射,反射的回声传到人耳的时间比原声到达人耳的时间晚0.1s以上,所以听到的是“一串”雷声。
  例3 用一根棉线连接两个纸筒(或易拉罐),可以做成了一个“土电话”,瞧,图2中的两位小朋友正在通话呢!请你解释以下两种现象:
  (1)用这样的土电话进行通话时,线必须拉直绷紧,否则就听不到声音,这是为什么?
  (2)用这样的土电话进行通话时,如果线碰到墙壁,或有另外一位小朋友用手掐住线上某处,也不能听到声音,这是为什么?


  讲解应该明确:声音在介质中传播,是因为声源振动引起介质振动而形成声波,如果介质不能振动就不能传播声音,或者传播过程中受到阻碍也不能继续传播。
  (1)拉直绷紧的棉线有一定的弹性,声源振动会引起棉线振动,即声源的振动会沿棉线传播,如果棉线松软就不能振动,也就不能传播振动。
  (2)当棉线碰到墙壁或用手掐住线上某处时,振动传播到此处时会受到阻碍,因而不能继续传播。
  例4对于提琴、吉他、二胡等这些弦乐器来说,即使在弦的张紧程度相同的条件下,发声的音调高低还会与弦的粗细、长短及弦的材料有关,小华想通过实验进行具体的探究,实验时,可选用的琴弦有如下表中所列的几种规格:
  (1)探究音调与琴弦粗细的关系,应该选用编号为_____的琴弦:
  (2)探究音调与琴弦材料的关系,应该选用编号为_____的琴弦:
  (3)探究音调与琴弦长度的关系,应该选用编号为_____的琴弦:
  讲解由于琴弦的音调可能与多种因素有关,因而探究时应按照控制变量的要求选择琴弦。
  (1)为探究音调与琴弦粗细的关系,应选用材料、长度都相同而横截面积不同的琴弦,所以应选用A、B两根弦。
  (2)为探究音调与琴弦材料的关系,应该选用长度、横截面积都相同而材料不同的琴弦,所以应选用D、E两根弦。
  (3)为探究音调与琴弦长度的关系,应该选用材料、横截面积都相同而长度不同的琴弦,所以应选用C、E两根弦。
  例5有人说:敲鼓时,鼓锤敲打的频率每秒钟一般不超过20次,按照课本上介绍的知识,频率为20Hz以下的声音是次声,人应该听不到,可是事实上人是听到鼓声的对此,你作何解释?
  讲解本问题中,鼓是发声体,敲打是为了使鼓面振动,敲打鼓的频率与鼓面振动的频率是两回事,能否听到鼓声并不决定于敲打鼓的频率,而是决定于鼓面振动的频率因为,敲打一次鼓面,鼓面的振动并不是一次,鼓面振动的频率是在人的可听声范围。
  例6某次100m田径比赛,计时员在终点位置计时如果当时的环境条件是:气温为15℃、逆风、风速为2.5m/s,声速与气温有关,下表提供了声速在静风(无风)时随气温变化的部分参考值,可以反映声速随气温变化的规律,那么,当时发令枪声传向计时员的实际速度是_____m/s。
  讲解解答时要注意一个关键点:表格提供的是“无风”条件下声速随气温变化的参考值,而比赛现场是风速为2.5m/s的逆风因此应分两步求解:
  (1)无风条件下,由表中看出:温度每上升2℃,声速相应增加1.2m/s,即温度每上升1℃,声速增加0.6m/s从10℃到15℃,温度上升5℃,声速增加5×0.6m/s=3m/s,因此无风条件下发令枪声的声速是337.5m/s+3 m/s=340.5 m/s。
  (2)由于是逆风,实际的声速会偏小,所以当时发令枪声传向计时员的实际速度是:340.5 m/s-2.5m/s=338m/s。
  第二讲 热现象
  例7冬天手冷时,用嘴向手上“哈气”手会感到暖和,而向手上“吹气”时,手不但不会暖和,反而更冷,这是什么原因?
  讲解先想想“哈气”和“吹气”分别是怎样的动作,有什么不同;“暖和”意味着吸热升温,而“更冷”则是散热降温。
  冬天人呼出的气体(水蒸气)温度比手的温度高,“哈气”就是呼出温度较高的水蒸气,温度较高的水蒸气遇到冷手时液化放热,所以手感到暖和。
  “吹气”则不同,吹气是使空气流动加快,从而加快了皮肤表层水分的蒸发,由于蒸发吸热使手的温度降低,所以手感到更冷,
  例8有一种木胶(木料粘合剂),平常是固态的服用前,规定在不超过100℃的温度条件下使它熔化,如果超过100℃,就会降低粘性,甚至会变焦,为此,有人特制了一种双层锅,内锅里放胶,内锅和外锅的夹层里注水,如图3所示,用这种双层锅熬胶,就不会把胶熬焦试说明物理道理。
  讲解这是“液体沸腾的特点”在技术上的应用,当夹层里的水沸腾后,尽管继续加热,水温可以保持不变,从而确保胶的温度不超过100℃。
  例9如果给半壶水加热,其温度与时间的关系图线为如图4中的。(实线)所示在其他条件不变时,如果给一壶水加热,那么,温度与时间的关系将是图4中的图线(选填“6”“c”或“d”),其理由是___。
  讲解
  由图看出,每条图线均有表示吸热升温和吸热温度不变两部分组成其中“吸热温度不变”表示的是水的沸腾过程。
  “给一壶水加热”对应哪条图线?其实应先将“理由”想清楚,第一,一壶水比半壶水多,升温应该比较慢,从这个角度分析,对应的图线可能是c,也可能是d;第二,不论是半壶水还是一壶水,都是水,而水的沸点应该 是相同的,即沸腾时的温度应该与。图线相同,由此可以确认,给一壶水加热所对应的图线应该是c。
  例10如图5表示这样的情景:甲、乙两个房间里,各有一个同样的水壶在烧水,且水都已经烧开了,你能从图上看出所发生的现象有什么差异吗?请解释出现这种差异的原因。
  讲解能够明显观察到的现象差异是:甲房间水壶嘴上方的“气团”大些,关于原因,有的同学可能会说:由于甲房间水壶里的水沸腾得更剧烈(更厉害),所以它喷出的水蒸气多些,其实这是不对的。
  首先,要搞清楚壶嘴上方的“气团”是什么,同样的水壶,同样是水,沸腾时的温度是一样的,因此,不存在谁沸腾得更剧烈或更厉害的问题,据平时观察,壶嘴上方出现的是“白色气团”,这些看起来是白色的气体,实际上是由于外界环境温度比较低,水蒸气液化形成的大量的小水珠如果外界环境温度比较高,喷出的水蒸气不容易发生液化,看到的“白色气体”就少;外界环境温度越低,喷出的水蒸气就越容易液化,看到的“白色气体”就越多,因此,真正的原因应当是:甲房间的温度比较高,乙房间的温度比较低,
  例11
  有一支温度计,它上面所标的0-100℃之间有100个刻度线,刻度线是均匀的,但多次测量发觉它和用别的温度计测量的读数不同,后来在检验时发现:当测量冰水混合物的温度时,其读数是5℃,而在测量实际为100℃的沸水温度时,其读数为95℃,若该温度计放在某室内时的读数为23℃,那么该室内的实际温度为_____。
  讲解求实际温度的最好办法是画图寻找关系,如图6所示。
  把它显示的5℃,看作是零刻线以上的第5格,把95℃看作是零刻线以上的第95格,23℃看作是零刻线以上的第23格,第5格实际所对应的温度是0℃,第95格实际所对应的温度是100℃,那么第23格实际所对应的是几度呢?
  观察图可知,该温度计每格代表的温度是100℃/90格
  由于5格(真正的0℃)到23格之间有18格,这18格所代表的温度是实际温度因此,实际温度是:t=100℃/90格×18格=20℃
  例12小芳同学探究泡沫塑料和棉絮的保温性能,她分别用这两种材料包着装有热水的密闭烧瓶(瓶中插有温度计),让其自然冷却,每隔10min读一次温度计的读数,实验测得的数据下表:
  (1)她是通过观察______来判断不同材料的保温性能的,由于进行的是比较性实验。所以在实验时,除了取大小、厚度相同的泡沫塑料和棉絮外,还应考虑影响水温变化的其他因素,如烧瓶相同、水的初温以及相同,并置于相同环境中。
  (2)分析实验数据可知:实验时的环境温为______℃:经历相同时间,用泡沫塑料包的那个烧瓶中的水降温______,所以可得的初步结论是________。
  (3)除了根据相同时间水的降温情况来比较这两种材料的保温性能外,还可以根据降低相同温度所需的时间来比较这两种材料的保温性能,例如:______。
  讲解第一个问题涉及实验原理与方法,应该知道,“保温”是针对温度变化的,吸热会升温,散热会降温,本题的“保温”是针对“散热降温”的因此,从实验原理看,小芳的实验是通过观察“温度变化”来判断不同材料的保温性能的,比较性实验必须控制变量,所以除了题目中已说明的一些相同条件外,还应包括“水量”(水的多少)。
  第二个问题是数据分析,初温为80℃的水,经历相当长的时间后,最终会与环境温度相同,因此,从表格最后一栏看,环境温度是:20℃,从每隔10min记录的温度看,每次都是用泡沫塑料包的那个烧瓶中的水“降温少”,所以可得的初步结论是“泡沫塑料的保温性能好些”。
  第三个问题涉及运用数据说明问题的又一种方法,即“根据降低相同温度所需的时间也能比较两种材料的保温性能”,例如:温度降到20℃,包着泡沫塑料的需经历180min,而包着棉絮的只需150min。
  例13小刚设计了一个实验,将水和酒精混合后放入一个透明冰柜中,每隔2min观察一次置于液体中的温度计读数,他把观察到的现象与温度记录如下表:
  (1)在图7中作出混合液温度随时间变化图像。
  (2)从实验数据可以看出,水和酒精混合液的凝固点是
  (3)你认为水和酒精混合液的凝固点比水的凝固点低的原因是什么?________
  (4)水和酒精混合液的凝固点并是固定不变的,那么,水和酒精混合液的凝固点会与什么因素有关呢?请根据你的思考提出一个合理的猜想:_____。
  讲解(1)见网8
  (2)液体必须达到凝固(结冰)温度(凝固点)时才开始凝固,并且在凝固过程中温度保持不变由此,从实验数据可以看出,水和酒精混合液的凝固点是-6℃。
  (3)因为水的凝固点是0℃。而酒精的凝固点是117℃,当两者混合时,其凝固点就会低于0℃而高于-117℃。
  (4)由上而所说的原因,应该很容易想到:水和酒精混合的比例是影响水和酒精混合液凝固点的因素,酒精占的比例越大,混合液的凝同点越低。
  例14阅读短文。回答问题,
  汽车防冻液
  汽车在行驶时,发动机的温度会升得很高,为了确保安全,可用水循环进行冷却实际上,水中往往还要加入不易挥发的防冻液(原液),加入防冻液后的混合液冬天不容易凝固,长时间开车也不容易沸腾。
  有关资料表明,防冻液与水按不同的比例混合,混合液的凝固点、沸点不同,具体数值参见下表(表中防冻液含量是指防冻液在混合液中所占体积的百分比)。
  在给汽车水箱中加防冻液时,宜使混合液的凝固点比本地常年最低气温低10-15℃考虑到混合液比热容的减小会影响散热效果,因此,混合液中防冻液的含量不宜过高,
  (1)在混合液中。如果防冻液含量由30%逐渐增大到90%,则混合液凝固点的变化情况是______
  A,逐渐升高
  B,逐渐降低
  C,先升高后降低
  D,先降低后升高
  (2)若某地常年最低气温为-15℃,对该地区汽车来说,在下列不同防冻液含量的混合液中,宜选
  A,30% B,40%
  C,60% D,90%
  (3)请在图9中作出混合液沸点与防冻液含量的关系图像;由图像可以推知,防冻液的含量达到75%时,混合液的沸点大约是_____℃。
  (4)长时间使用后。汽车水箱中的混合液会减少,与原来相比,混合液的沸点________(选填“升高”、“降低”或“不变”)其原因是____。
  讲解(1)混合液凝固点的变化情况可以从表格提供的数据直接看出,即D选项所反映的特点。
  (2)根据题中“宜使混合液的凝固点比本地常年最低气温低10-15℃”的说明,当常年最低气温为-15℃时,其混合液的凝固点应取-25--30℃,但从表中数据看,-28℃的凝固点对应40%和90%两个防冻液含量值,这时应注意到题中“混合液中防冻液的含量不宜过高”这一说明,因此。答案应该是B,即防冻液含量应为40%。
  (3)所作图线如图10由图线看出,这时混合液的沸点大约是在119—121℃之间,
  (4)回答本问题应意识到:水箱中的混合液减少,主要是其中的水减少,因为,题中有“防冻液不易挥发”的说明,所以答案应是:混合液的沸点(升高);其原因是(水由于汽化而减少,防冻液的含量增大)。
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