位置静止时最小力F的示意图。
20．（8分）船只停泊在岸边时，常常将缆绳缠绕在码头的立柱上，为什么缆绳要缠绕多圈呢？某校课外兴趣小组展开了研讨，他们猜想：绕绳的圈数越多，绳和立柱间的摩擦力越大，且摩擦力与绕绳的圈数成正比。为了验证猜想，该兴趣小组的同学设计了如下的实验进行探究：
（1）如图甲所示，将弹簧测力计挂在铁架台上，用棉线将重物挂在弹簧测力计下方，测出其重力为7.6N，将数据记录在表格中；
（2）如图乙所示，将铁棒固定在铁架台上，将棉线在铁棒上绕1圈，读出弹簧测力计的示数为2.9N，老师告诉同学们，用重力减去弹簧测力计的示数，就可以算出棉线和铁棒之间的摩擦力，随后同学们算出此时的摩擦力为4.7N；
（3）逐渐增加棉线绕在铁棒上的圈数重复实验，直至弹簧测力计的示数接近于0，并将有关数据记录在表格中；
（4）棉线绕3圈时，弹簧测力计示数如图丙所示，此时示数为 N，棉线与铁棒之间的摩擦是 （选填“静摩擦”或“滑动摩擦”），该摩擦力的大小为 N； （5）分析实验数据，在弹簧测力计的示数接近0之前，关于摩擦力与绳子缠绕圈数之间关系的探究结论是： 。 棉线绕的圈数 0 1 2 3 4 5 弹簧测力计的示数F/N 7.6 2.9 1.1 0.2 0.1 摩擦力的大小f/N 0 4.7 6.5 7.4 7.4 第5页（共22页）
21．（8分）小明学习了《电磁感应 发电机》一节内容后，他查阅了有关资料，知道在电磁感应现象中闭合电路之所以能产生电流，是因为在电路中产生了电压，为了研究这个电压，他买了一套如图甲所示的装置。图中有机玻璃管长度为1.5m，当圆柱形强磁体（直径略小于有机玻璃管内径）从有机玻璃管中下落穿过线圈时，与线圈相连的电压显示器可以显示此时的电压大小。小明想利用此装置探究电磁感应现象中产生的电压大小与线圈匝数及强磁体运动快慢的关系。他进行了如下实验（忽略强磁体下落过程中所受阻力的影响）：
（1）小明将三个匝数相同的线圈和电压显示器的组件固定在有机玻璃管A、B、C处，如图乙所示。他想探究的是电压与 之间的关系。为了使实验效果对比明显，三个线圈之间的距离应该 （选填“近一些”或“远一点”）；
（2）小明分三次在距管口90cm处分别固定匝数为300匝、600匝、900匝的三个线圈和电压显示器的组件，每次都是从管口处由静止开始释放强磁体，记录的实验数据如下表： 线圈匝数N 300 实验次数 1 2 3 600 1 2 3 900 1 2 3 电压显示器示数U/N 2.62 2.50 2.41 5.03 4.84 5.14 7.68 7.38 7.45 7.50 5.00 电压测量值U/V 2.51 请根据上表电压测量值和对应的线圈匝数在图丙坐标纸上描点作图，分析图象可
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知： 。
22．（10分）某实验小组利用如图所示电路探究“导体中电流和电压的关系”，提供的实验器材有：电源（6V）、电流表、电压表定值电阻（10Ω）、滑动变阻器（40Ω 0.5A）、开关和导线若干。
（1）请用笔画线代替导线，将图中实物电路连接完整；
（2）闭合开关前，应该将滑片P置于 端（选填“A”或“B）；
（3）小明同学进行了正确的实验操作，某次电流表的示数为0.2A，此时定值电阻消耗的功率为 W，变阻器接入电路的阻值为 Ω。
（4）同组的小红同学想要探究“导体中电流和电阻的关系”，她又找来了两个阻值分别为5Ω和20Ω的电阻，用图示电路，为完成三次实验，则定值电阻两端电压的最小预设值是 V。
四、解答题（本大题共2小题，共19分．解答时要求写出必要的文字说明、公式和演算过程）
23．（9分）如图甲所示，拉力F通过滑轮组，将正方体金属块从水中匀速拉出至水面上方一定高度处。图乙是拉力F随时间t变化的关系图象。不计动滑轮的重力、摩擦及水和
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空气对金属块的阻力，g＝10N/kg，求： （1）金属块完全浸没在水中时受到的浮力大小； （2）金属块的密度；
（3）如果直接将金属块平放在水平地面上，它对地面的压强大小。
24．（10分）中国95后的天才科学家曹原，在2018年3月5日，成功实现了石墨烯的“超导电实验”，破解了困扰全球物理学界107年的难题，为超导研究打开了一扇新的大门，可能成为常温超导体研究的里程碑，超导应用即将走进我们的生活。现有一个小型水电站，如图所示，发电机提供的电压U＝250V，保持恒定，通过输电线向较远处用户输电，输电线的总电阻R0＝0.15Ω．闭合开关S，若发电机提供给电路的总功率P＝50kW，求： （1）通过输电线的电流和输电线上损耗的热功率P0； （2）用户得到的功率P1和输电效率η；
（3）若将输电线改为超导输电线，在保证用户得到以上功率不变的情况下（此时可在用电器前端加一调压装置，以保证用电器能正常工作），与原来相比，每天节水省的电能可供一个额定功率P2＝1kW的电饭煲正常工作多少天？（假设电饭煲每天工作2小时）
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