济南南绕城高速是全球首条承载光伏的路面。光伏高速公路的路面可分为三层:表面层与车辆行人接触是保护层,用的是“透明混凝土”,不仅要承载小型电动汽车的行驶,还要能承载中型货车的行驶,其技术指标和通行安全系数均超过当前普遍使用的沥青混凝土路面;中间层,铺设有光伏电池,还埋藏有线圈,线圈通电后产生磁场,能使行驶中的电动汽车内的线圈产生感应电流,从而给电动汽车充电;底层,是隔绝下方湿气的绝缘层。
该高速公路试运行一百天,仅发电量一项指标就达到了十万千瓦时(105kW•h)。试想所有的公路都换成光伏路面,中国的能源供给结构将发生巨大的改变。
请根据提示完成填空。
(1)“光伏路面”的底层是绝缘层,陶瓷、橡胶、石墨、塑料中不属于绝缘体的是
(2)冬天路面积雪,中间层能将
(3)行驶中的电动汽车能自动充电,其原理是
A、 B、 C、 D、
(4)若该高速公路100天的发电量由火力发电站来提供,煤的热值是2.9×107J/kg,热电转化效率约为40%,则需要燃烧
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材料与社会发展
我们周围的生活用品是由各种材料制成的:金属、陶瓷、玻璃、塑料等等。一般来说,不同的材料具有不同的物理性质。除密度不同外,材料的导电性、磁性、弹性、硬度、延展性等也往往各不相同。生活、生产中,人们利用各种材料的优点,设计出所需的物品。某一种新材料的问世,往往会引起人类社会的重大变革。当今,问世的新材料及其特性有:
①铌钛:实用超导材料的代表。
②太阳能电池材料:多层复合太阳能电池,转换率可达40%。
③气凝胶:具有低密度、低热导率,隔热保温优异等特性。
④钕铁硼:高性能永磁材料。
⑤离子液体:在热稳定性、导电性等方面具有独特的优势。
……
仿照示例,对短文中提到的某种新材料的应用及优点,说出你的设想(示例除外):
【示例】用铌钛材料制成导线 导线没有电阻,导电时不会发热。
(1)
(2)
电容式触摸屏
现在,智能手机、平板电脑等数码移动设备,都使用触摸屏,触摸屏是通过传感器来感知物体在屏上的运动,目前触摸屏大多采用电容式触摸屏。
电容通常就是由两片相距很近的导电极板组成。电容式触摸屏是一块多层复合玻璃,在夹层中涂有具有导电性且透明的薄膜材料。当手指触碰到触摸屏时,手指和导电薄膜就会形成一个电容,将人体上的电荷传递到触摸屏上。通过触摸屏周边分布的电极检测电荷分布的变化,就可以计算触摸点的位置,进而感知手指在屏上的运动轨迹。如果较厚的绝缘材料把手指与导电薄膜之间隔离,无法形成有效电容,就不能正常操作触摸屏了。由于电容式触摸屏需要感应到人体的电流,只有人体才能对其进行操作,用其他物体触碰是并不会有所响应,所以基本避免了误触的可能。电容式触摸屏使用时,在防水、防尘、防污和耐磨方面都有良好的表现。
根据上述材料,回答下列问题:
(1)电容式触摸屏夹层中的薄膜材料是
(2)通过触摸屏周边分布的电极检测的
(3)冬天,戴上厚厚的绝缘材料做成的保暖手套,不能正常操作电容式触摸屏的原因是
(4)要制作一副保暖触摸屏手套,你的方法是
(1)给电容式触摸屏的手机充电时,手机相当于简单电路中的
(2)电容式触摸屏夹层中的薄膜材料是
(3)冬天,戴上厚厚的绝缘材料做成的保暖手套,不能正常操作电容式触摸屏的原因是
空气的动力
空气动力是指空气与物体做相对运动时作用在物体上的力,简称气动力。当我们快速地松开鼓起来的气球时,气球会“嗖”的一下飞出去了,这时气球获得了气动力。经过长时间探索,人们已经成功制造出多种使用压缩空气为动力,推动叶片或者活塞运动的发动机,即叶片式、活塞式空气发动机。如图是某新型的以空气发动机为动力的汽车。它共有4个压缩空气缸,总容量为90L,可储存标准大气压下90m³的空气,其设计最高速度可达154km/h,平均每加一次气能行驶200km或10h。
由于空气发动机不直接使用燃料,因而具有体积小、结构简单、维修成本低、操控方便、“零排放”的优点。即使因为技术不成熟导致某些缺点,在科学界引起不小的争议,但这项技术仍然具有广阔的发展空间。根据上述材料,回答下列问题:
(1)压缩空气动力汽车最理想的加气工具应是
(2)空气发动机是利用
(3)分析上文,下面说法正确的有
A.松开鼓起来的气球时,气球飞出去,这是因为物体受到惯性的作用
B.空气动力汽车工作时将内能转化为机械能
C.以空气发动机为动力的汽车,靠汽缸内空气燃烧产生能量
D.空气动力汽车工作时不会有能量的损失
(4)资料表明,空气发动机排出的尾气温度低于周围空气的温度,对于产生此现象的原因,请你提出一条合理的解释:
图1是某款油电混合动力汽车,同时装备两种动力来源——热动力源(内燃机)与电动力源(电池与电动机)。混合动力汽车主要由一台内燃机和一台电机组成,这台电机既可以充当电动机,也可以充当发电机,汽车启动时内燃机不工作,由蓄电池为电动机供电提供动力,当汽车需要高速行驶或电池电量过低时,改由内燃机工作,为汽车提供动力,同时能通过电机给蓄电池充电。
(1)油电混合动力汽车高速行驶时动力系统没有用到图3中哪幅蕴含的物理知识?
(2)如图2所示是四缸汽油机一个气缸工作循环的四个冲程,工作循环的顺序是
(3)如果测试员驾驶该汽车时是完全由汽油机提供动力,汽车与驾驶员的总质量为4000kg,汽车在平直公路上以90km/h的速度匀速直线行驶了1h,消耗汽油10L,汽车所受的阻力是总重力的0.2倍。已知汽油的热值为4.6×107J/kg,密度为0.8×103kg/m3,g取10N/kg,则:完全燃烧汽油10L,放出
“电磁转换”有两种方式,一种是“电生磁”即电流的磁效应,指通电导线周围会产生磁场,磁场的大小和方向与电流的大小和方向有关,即导体中电流越大,导体周围的磁场越强,电流方向改变时,磁场方向也随之改变;另一种是指“磁生电”即电磁感应现象,是指闭合回路中的磁场发生变化时,回路中将会有感应电流产生。“电磁转换”在日常生活生产中应用广泛,如电磁炉和无线充电技术均是使用电磁转换技术:
(一)电磁炉是加热、烹调食物的家用电热炊具,它具有无明火加热,热效率高的特点。图1甲为一种常见的电磁炉,图1乙是原理示意图。它主要由线圈、铁芯、石英玻璃灶面、金属锅体、工作电路和控制电路等组成,线圈绕在铁芯上,电磁炉工作电路中的主要器件是变换器,它能变换交流电和直流电。
电磁炉工作时,变换器将家庭电路交流电变换成直流电,再逆变成高频交流电流过线圈,线圈产生变化的磁场,该变化的磁场在锅体的锅底形成感应电流而发热。锅底产生的感应电流具有邻近效应,即锅底靠近线圈时,锅底的感应电流最大,且感应电流随锅体离线圈距离的增大而显著减小。在电磁炉上使用的锅体担负着能量转化的任务,故对锅体的材料有一定的要求,一般采用磁性的金属材料制成。
(1)下列材料适宜制作电磁炉的烹饪锅的是
A.玻璃 B.铜 C.铁 D.陶瓷
(2)用电磁炉炒菜时,离得远的地方也能闻到菜肴的气味,这是
(3)电磁炉工作时,锅底内能增大是通过
(二)手机无线充电技术,基本原理就是物理课上学过的“电磁转换”。如图2所示为原理示意图,电流经过充电底座内的发射线圈会产生变化的磁场,当手机内的接收线圈靠近该变化的磁场时就会产生电流给手机电池充电。科技工作者想将无线充电技术应用于电动汽车:在特定路段地面下方安装充电线圈,汽车上安装接收线圈,实现边旅行边充电,从而实现无限续航。随之而来的问题就是所需巨大电力从哪里来。科技工作者设想,在距离地面36000km的太空上建一个发电站,它利用太空中非常充足的太阳光,使用庞大的太阳能电池板,将太阳能转化成电能,再把电能通过特定频率的电磁波发回地面。
(4)手机电池充电时,手机电池相当于电路基本组成中的
(5)手机无线充电时,若手机与充电底座没有紧密贴合,则手机
(6)下列四个实验中的工作原理(现象),电磁炉与无线充电技术没有使用到的是
A.电动机的工作原理 B.电磁感应
C.通电导线周围存在磁场 D.电流的热效应
(7)设想中的太空发电站发出的电磁波,大约需要
共享单车
骑自行车出行有很多益处,不仅可以节能减排、缓解交通压力,而且骑车时,人需要消耗体能,可以强身健体.一个成年人在水平路面上骑车时所受阻力大约20N.
近年来,我国多个城市推出了多种新型共享单车,北京市的许多街道旁也随处可见,如图所示.这种单车外观结构简单,单车的质量约25kg,比普通自行车质量要大些.
单车的车锁内集成了嵌入式芯片、GPS定位模块和SIM卡等,便于监控单车的具体位置和状态,其工作原理如图所示.用户可使用手机下载单车APP,查看并找到单车的位置,然后用手机扫描车身上的二维码,通过手机网络发送电磁波到云端请求解锁,云端收到请求后识别该车辆并发云铃系统送解锁指令,单车执行解锁指令自动开锁,用户便可以开计费结果与信息始骑行,手机APP就显示计睦、计价等信息.
此外,此种单车的第一次代,当用户在骑行过程中踩动状态和定位上报脚踏板,可将机械能转化为电能,为车内蓄电池充电,以满足单车定位和自动开锁等过程中的用电需要.
请根据上述材料,回答下列问:
(1)此种单车和手机之间是利用
(2)此种单车的第一代,在骑行过程中可将机械能转化为电能,是利用
(3)当手机扫描二维码时,下列说法正确的是
A.扫描时手机接收到的信号时利用了次声波 B.二维码位于摄像头的一倍焦距以内
C.二维码是光源 D.摄像头相当于凸透镜
(4)一个成年人在水平路面上以正常的速度保持匀速骑行半小时,消耗的能量最接近
A.2×103J B.2×105J C.2×107J D.2×109J
(5)李嘉轩放学回家途中把自行车骑得飞快,妈妈看见后警告他说“以后骑自行车慢点,不然很危险”,用所学物理知识解释:
广船国际建成国内最大吨位半潜船
2015年2月12日,由广州广船国际股份有限公司为全球最大半潜船运营商﹣荷兰Dockwise航运公司建造的7.2万吨半潜船在南沙区龙穴造船基地命交付.该船是目前国内建成的最大吨位半潜船,船身能像潜艇一样潜入水下26米,也能像巨轮一样满载7.2万吨超重、超大且不可分割的货物在海上航行.
该船船体长216米,宽63米,甲板长197米,装货甲板面积达到12400平方米,相当于1.7个标准足球场的面积,另外,该船高近50米,从主甲板到驾驶室也有36米的高度,相当于13层楼高,该船配有两套5200千瓦的电力推进系统和一台8500千瓦的涡轮增压中速柴油机推进系统,三个螺旋桨可同时工作,航速达到14.3节(1节=1海里/小时=1.852km/h≈0.5m/s).该船同时考虑到经济性,也可以由一台柴油机推进,航速约为10节,为两套电力推进系统提供电源的是4台功率为3690千瓦的中压发电机,供电电压为6600伏,即使其中两台发电机瘫痪不能工作,船舶仍然可以正常行驶,该船还设有15道水密门,可迅速隔离危险.
(1)半潜船是通过改变
(2)当该船以经济性模式行驶时,柴油机对半潜船的牵引力约为
(3)下列哪幅图可以用来说明发电机的工作原理
甲 乙 丙 丁
空气发电机
清洁能源被认为是未来的趋势。一种发电装置名为“空气发电机”,可以直接利用空气中的水分发电,这项技术未来可能会对可再生能源、气候变化和医疗领域产生重大影响。如图所示,这种“空气发电机”主要由微生物地杆菌产生的导电蛋白纳米线形成了7微米的薄膜构成,薄膜的底部和顶部各有一个电极。当蛋白纳米线与电极相连后,就可以利用薄膜从空气中吸收水分,水分子被分解成氢离子和氧离子,导致电荷在薄膜顶部聚集,利用两个电极形成的电荷差让电子流动,从而产生电能。
此外,“空气发电机”在湿度为45%的空气中效果最好,但即便在极度干燥的地方,比如撒哈拉沙漠,一样能发电,这与太阳能和风能等可再生能源相比,“空气发电机”有着明显优势,它不需要风力和太阳,在室内也能运行。不过这种“空气发电机”产生的电量十分有限,单个设备只能产生约0.5V的持续电压,电流密度约为1.7×10⁻2mA/cm2,需要多个设备一起运行才能实现供电。
(1)“空气发电机”在湿度为
(2)下列关于“空气发电机”的说法错误的有
A.“空气发电机”主要由微生物地杆菌构成
B.“空气发电机”可以在室内运行
C.“空气发电机”工作时将水分子分解成氢离子和氧离子
D.“空气发电机”违背了能量守恒定律
(3)“空气发电机”与电磁感应发电机原理
(4)若让5个薄膜为4cm2的“空气发电机”同时工作,在1h内产生的电能为
爆米花
爆米花是一种很受欢迎的食品,它通常是由玉米加工而成。那么玉米粒是如何变成爆米花的呢?传统的爆米机实际上是一个带有密封盖的铁罐子。加工爆米花时,用煤炉给装有玉米粒的爆米机加热,其中的水分逐渐变成水蒸气,玉米粒内部压强不断增大。部分水蒸气从玉米粒中跑出,而铁罐内气体的温度也在不断升高,压强越来越大。玉米粒像吹足气的小气球,它们不能爆开。加热到一定程度时,打开爆米机的密封盖,高温高压的玉米粒突然进入气压较低的环境中,便迅速爆开,变成了爆米花。
(1)加工爆米花的过程中,通过
(2)加热过程中,玉米粒中的水发生的物态变化是
(3)在整个加工过程中,能反映罐内气体压强p和温度t变化情况的图像是
A.B.C.D.
(4)如果加工两次爆米花需要消耗1kg的无烟煤,若这些无烟煤充分燃烧,则加工一次放出的热量为
电机 | 电池 | 整车 | |
输出最大功率/kW | 输出电压/V | 最大容量/J | 质量/t |
99 | 300 |
(2)驾驶员乘坐汽车时应系好安全带,这是防止汽车紧急刹车或碰撞时人由于
(3)汽油机使用水做冷却剂,若4kg的水的温度升高50℃,水吸收的热量是
(4)在测试过程中,该汽车的能量利用率为
混合动力汽车
为保护环境和应对将来石油资源枯竭,全球许多车企正在研发制造油电混合动力汽车。混合动力汽车一般在起步和低速行驶时采用纯电动模式:在急加速、爬陡坡等需要较大动力的情况下,采用电动机和汽油机共同协调工作;在下坡、减速滑行时开启充电系统。在某次进行充电测试过程中,混合动力汽车满电行驶100km的油耗为3.8L,而同等级的汽油汽车在相同情况下行驶100km的油耗为8.0L,混合动力汽车具有较好的燃油经济性和较低的排放等优势。[汽油的热值为4.6×107J/kg,汽油密度约为0.7×103kg/m3,水的比热容c水=4.2×103J/(kg•oC)]
(1)混合动力汽车在汽油机提供动力时,将内能转化为
(2)假设某款纯电动汽车在平直公路上匀速行驶时,每百公里耗电1.08×108J,若电能转化为机械能效率为85%,则汽车匀速行驶时受到阻力为