电热服
电热服是将电源、控温装置、安全保护装置、发热元件等通过导线连接组成电路,利用电器控制服装内部的电热元件产生热量的一类服装的总称,如图甲所示。
电热服通过移动电源提供能量,发热元件(柔软发热片)为身体提供热量,保暖身体,抵御严寒。移动电源在家庭电路中直接充电,非常方便。电热服的温度可以通过控温装置调控,用户可以根据环境温度和自身情况调整为自己最适宜最舒服的温度。电热服中有过热保护装置,温度较高时自动跳转至低挡位,进行恒温保暖。
电热服的工作电压一般不超过12V,工作时就算出现了漏电,也不会对身体造成伤害。某品牌电热服采用型号为CN7440B电池包(内置8只额定电压3.7V,容量2200mA·h规格的锂电池片),持续正常工作4h后该电池包的电能耗尽。
(1)给电热服的移动电源充电时使用的是
(2)电热服工作时就算出现了漏电,也不会对身体造成伤害,其原因是
(3)CN7440B电池包中一只锂电池片最多释放的电能为
(4)小明根据电热服的功能,设计了一个过热保护电路,如图乙所示,R为热敏电阻,R1、R2模拟电阻丝,已知电路刚工作时R2接入电路,则他所选的热敏电阻R的阻值应随温度的升高而
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京张智能高铁作为2022年北京冬奥会的配套工程,以“绿色、共享、开发、廉洁”办奥理念,服务北京冬奥会,2019年1月16日,京张高铁智能动车组,正线全长174km,京张高铁智能动车组以“鹰隼”“旗鱼”的头形设计和“龙凤呈祥”“瑞雪迎春”的外观涂装体现奥运元素。
京张智能高铁动车组优点甚多,其一,外观设计不仅体现“中国红、梦之蓝”中国元素,还应用北斗导航、实现最高速度350km/h的智能自动驾驶、利用光敏传感器自动调节灯光系统、车窗采用双层玻璃减小车内噪音;其二,线路和车站则将配备入侵报警系统、地震预警系统、自然灾害监测系统、一证通行、刷脸进站;其三,动车组设5G超高清演播室,开设了世界上最独特的移动新闻中心——媒体车厢,媒体车厢将实现高速互联网覆盖,乘客可以在车内观看奥运直播;其四,智能列车车身安装有数千个传感器,像带着随车医生一样,随时自体检,保障运行安全。列车供电系统也首次采用了轮轨式机器人巡检,打破了以前人工检测的局限性。
(1)动车组的诸多优点中包含了许多物理知识,仿照示例从文中再找出一例(不能与示例重复),填写在下列表格中。
优点 | 包含的物理知识 |
刷脸进站 | 利用透镜成像中的照相机原理 |
(3)如图是光敏传感器自动调节灯光系统原理图,图中R为光敏电阻,电源电压恒定不变,当列车进入较暗环境中时,光敏电阻会自动调节使灯泡亮度变亮。根据原理图分析其光敏电阻的阻值随光照强度变化规律。(灯泡电阻不随温度而变化)
(4)如图所示,在火车站站台候车的旅客必须站在安全线以外。请简要说明为什么当火车驶过时,如果人站在安全线以内,会造成生命危险?
随着计算机软硬件和互联网技术的高速发展,可穿戴式智能设备逐渐在生产生活领域表现出广阔的应用潜力。例如,在此次新冠疫情防控中,用于体温监控的测温手环就是一种智能穿戴设备,如图甲所示。
测温手环主要由温度传感模块、蓝牙模块、电源模块三个部分组成。在温度传感模块中,有对温度敏感的热敏电阻与导热双金属片相连。使用测温手环时,导热金属片与人体接触,双金属片温度的变化引起热敏电阻的阻值发生变化,热敏电阻的阻值变化会影响电路中电流的大小。温度传感模块中的测温芯片可以根据电路中电流的大小计算出人体的温度。且手环中的蓝牙模块通过无线网络将芯片中的温度数据传送给移动设备,从而实现体温的实时监控。
为了降低测温手环的功耗,延长它的工作时间,测温手环一般配有智能休眠仓,如图乙所示。有些测温手环是通过判断温度变化来实现自动开关的。测温手环放入智能休眠仓后,由于环境温度低于某个设定的温度或者手环检测到的温度长时间不发生变化,则测温手环中的双金属片与热敏电阻分离而自动关机。还有些测温手环是依靠内置的霍尔元件实现“休眠”的。霍尔元件是一种对磁场敏感的电子元器件,当它周围存在较强的磁场时,它可以断开测温手环的电路。因此,这类测温手环的智能休眠仓下面需要预埋一个磁体。
请回答下列问题:
(1)霍尔元件在测温手环的电路中相当于
(2)热敏电阻阻值随温度升高而变小的,称为负温度系数热敏电阻;阻值随温度升高而变大的,称为正温度系数热敏电阻。图丙中所示的热敏电阻R1是
(3)将三个废旧手环的“测温头”拆下后通过实验获得了图丁所示三个“测温头”的“温度与电流”图象,其中灵敏度最高“测温头”是
光敏电阻
光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器,入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。还有另一种入射光弱,电阻减小,入射光强,电阻增大。光敏电阻的特殊性能,随着科技的发展将得到极其广泛应用。
光敏电阻一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)。常用的光敏电阻是硫化镉光敏电阻,它是由半导体材料制成的。设计光控电路时,都用白炽灯泡(小电珠)光线或自然光线作控制光源,使设计大为简化。小明利用硫化镉光敏电阻为社区设计了一种自动草坪灯,其工作原理如图所示,工作电路中有两盏规格均为“220V 44W”的灯泡L,天暗时灯自动发光,天亮时灯自动熄灭。控制电路中电源电压U恒为6V,定值电阻R0为200Ω。在一定范围内,光敏电阻R的阻值与光照强度E(光照强度E的单位为lx,光越强光照强度越大)之间存在一定关系,部分数据如表所示,电磁铁的线圈电阻忽略不计,当天色渐暗,通过线圈的电流为0.02A时,恰好启动工作电路的照明系统。
光照强度E/lx | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 4.0 | 5.0 |
光敏电阻R/Ω | 120 | 60 | 40 | 30 | 24 |
(2)两盏灯均正常发光时,工作电路中的总电流是为
(3)照明系统恰好启动时,光敏电阻R的阻值为
手机电池和手机充电器
手机电池由三部分组成:电芯、保护电路和外壳。当前手机电池一律为锂离子电池(不规范的场合下常常简称锂电池),正极材料为钴酸锂。标准放电电压3.7V,充电截止电压4.2V,放电截止电压2. 75V,电池容量的单位是Wh(瓦时),也可以用Ah (安时)或mAh (毫安时)来替代。
目前已经越来越多手机采用了4000mAh及以上的电池容量,华为的Mate 20系列的Mate 20 X采用的是5000mAh的电池,即将推出的折叠屏华为Mate X采用4500mAh,荣耀Note10同样拥有5000mAh的电池容量。
手机充电器又名:移动电源、充电宝,其实都是由一个稳定电源(主要是稳压电源、提供稳定工作电压和足够的电流)加上必要的恒流、限压、限时等控制电路构成。
国内的民用额定电压为220V,是不能够直接给手机充电的,手机座充的用处就是将220V的高压脉冲转换为5V的低压脉冲,再经过一个整流、稳压电路,变成5V稳定的直流电。也就是说,手机的充电底座起到一个从高压交流电变为低压直流的作用。
手机常用锂离子(li-ion)电池的充电器采用的是恒流限压充电制,比如500mAh电池采用250mA充电大约两小时达到4.2V后再恒压充电。
锂离子电池的充电过程分为两个步骤:先是恒流充电,其电流恒定,电压不断升高,当电压充到4.2V的时候自动转换为恒压充电,在恒压充电时电压恒定,电流是越来越小的直到充电电流小于预先设定值为止,所以有人用直充对手机电池进行充电的时候明明电量显示已经满格了,可是还是显示正在充电,其实这个时候的电压已经达到了4.2V所以电量显示为满格,那时就是在进行恒压充电过程,那么有人也许会问,为什么要进行恒压充电呢,直接用恒流充到4.2V不就行了吗,其实很容易解释,因为每一个电池都有一定的内阻,当用恒流进行充电到4. 2V的时候,如果电流很大那么在内阻上消耗的电压也就很大,所以要用恒压充电过程,把充电的电流慢慢降下来,这样电池的实际电压就很接近4.2V。
(1)根据本文所述,手机的充电底座作用是
(2)若手机的待机电流是10mA,500mAh的电池可以使手机待机
(3)若手机工作时按电池的标准电压工作,工作电流是300mA,则工作10h消耗的电能是
(4)根据文中提供的信息,简述锂离子电池的充电过程若采用恒流充电为什么实际电池电压达不到4.2V?
扫地机器人
扫地机器人是一款能自动清扫的智能家用电器,如图所示。机器人通过电动机旋转产生高速气流,将灰尘、杂物吸入集尘盒;其防滑轮皮采用凸凹材质制成;底部安装有塑料刷,用于清扫吸附在地板上的灰尘及轻小物体;前端装有感应器,通过发射、接收超声波或红外线来侦测障碍物。当剩余电量减为电池容量的20%时,机器人会主动寻找充电器充电。下表为某扫地机器人的部分参数,电池容量指放电电流与放电总时间的乘积。额定工作电压 | 12V | 额定功率 | 30W |
电池容量 | 2500mAh | 工作噪音 | <50dB |
(2)下列说法中
A.机器人在工作时,内置的电动机可以把电能转化为机械能
B.地面有静电时,轻小物体会吸附在地板上而不易清扫
C.机器人发射出的超声波与大象之间交流时所用的“声音”相同
D.当遇到玻璃门等透明障碍物时,使用超声波感应器效果较好
(3)该机器人充满电后至下一次自动充电前能够连续正常工作的最长时间为
无链条电动自行车
如图所示,无链条电动自行车被称为“没有链条的混合动力电动自行车”.它结合了电驱动力和人体动力,此车既可以通过给锂电池充电获得能量;也可以通过骑行者踩脚踏板获得能量.骑行者踩脚踏板的动能,可通过车上的发电机转化为电能,存储在自行车框架中的锂电池内,之后通过电动机驱动后轮转化成动能,以此驱动自行车前进.因此使骑行者更省力,同时减少了对环境的污染.
图中所示这款无链条电动自行车,其锂电池容量为 10Ah(电池容量是指放电电流与放电时间的乘积)、电压为 30V.若骑行者不踩脚踏板,仅靠锂电池驱动,即仅靠“电力驱动”可正常行驶 1.8×104m;若骑行者踩脚踏板辅助锂电池给车提供能量,即“混合动力驱动” 可连续行驶 3.2×104m.
(1)骑行者踩脚踏板的目的是把踩脚踏板的动能转化为
(2)无链条电动自行车的车把龙头是
(3)图中这款车的锂电池最多所储存的电能约为
(4)正常行驶时,这款车 “混合动力驱动” 时人所提供的能量与“电力驱动”时锂电池提供的能量之比为
太空能量“供应商”——太阳能电池帆板
太阳能电池帆板(简称“电池板”)是为各类太空飞行器提供能源的装置,被称为太空能量“供应商”。电池板通常装有“向日器”,有了“向日器”,电池板就像向日葵一样迎着太阳转动。某兴趣小组为了研究影响太阳能电池产生电流大小的因素,他们用材料相同、面积分别为 S 和 S'(S<S')的“电池板”进行实验,并改变电池板与光线的夹角θ,用电流表观察电流大小,实验过程如图所示。
(1)太阳能电池工作时,是把太阳能转化为
(2)分析比较图甲与乙可得:材料、与光线夹角相同的电池板,
(3)分析比较图
(4)图丁所示为我国最新“天宫”与“天和”的组合体。对太空中的组合体来说,每 24 个小时就有 16 个昼夜。每昼 30 分钟、每夜 60 分钟,30 分钟面对太阳的时间,就是组合体太阳能帆板发电的时候。帆板发电时,一部分电量直接供给组合体,另一部分电量则储存在柔性砷化镓薄膜电池里,供黑夜时使用。黑夜电池在供电时是把
项目 | 参数 | 项目 | 参数 |
额定电压 | 220伏 | 额定功率 | 50瓦 |
空机质量 | 7.5千克 | 单个轮子接触地面面积 | 2厘米2 |
水箱容量 | 0.5升 | 轮子数量 | 4个 |
蒸发量 | 1升/时 | 电源线长度 | 1.2米 |
(2)人在运动大量出汗后,对着空调扇吹,很容易感冒.此时,在脑干调节下,皮肤血管收缩,血流量减少,皮肤温度下降,散热量
(3)小科阅读参数表发现,该空调扇比较省电.计算该空调扇正常工作10小时消耗的电能
(4)计算水箱加满水时该空调扇对水平地面的压强
(5)该空调扇底座安装了万向轮,方便移动.但在其他设计上仍存在缺陷,为更方便用户使用,请结合表中参数提出条改进建议:
白炽灯泡
白炽灯泡的灯丝是由金属制作的,其灯丝发光时温度可达2000℃,为防止灯丝在高温下熔化,如下表所示,应用金属钨制作灯丝。为防止灯丝在高温下氧化,在制作灯泡时要抽真空,在制作大功率灯泡时,还要把灯泡内充入稀有气体氨等,主要是为了防止灯丝在高温下升华。
白炽灯泡工作时,由灯丝通电加热发光,电能转化为光能的效率较低;而LED灯直接把电转化为光能,因此白炽灯逐渐被LED灯所替代。
金属 | 铅 | 锌 | 金 | 铜 | 铁 | 铂 | 钨 |
熔点 | 327 | 420 | 1064 | 1083 | 1525 | 1769 | 3410 |
(2)如图是额定功率为6W的LED灯与60W的白炽灯,正常工作时,它们亮度相同,则相等时间内通过两灯的电流所做的功之比为
电饭锅中的磁钢限温器
电饭锅是生活中常见的用电器,它是利用感温磁钢(软磁体)的磁性随温度的变化而变化的特性来设计的。感温磁钢的磁性随着本身温度作非线性变化,其特性曲线如图甲所示。磁钢限温器结构如图乙所示,它主要由感温磁钢、永磁体和弹簧构成。感温磁钢及其外套、内锅由弹簧支撑。感温磁钢与受热面固定在一起,受热面直接把热量传递给锅底。永久磁钢的磁性不变,当温度达到103℃时,感温磁钢失去磁性。煮饭时用手按按钮开关,在吸力作用下永磁体不会落下,金属触点闭合,加热元件开始发热。当饭煮熟后,温度继续上升,永磁体落下,通过杠杆CBO使触点分开,同时按钮开关跳起。(1)电饭锅煮饭时,电能主要转化为(2)煮饭时用手按按钮开关,杠杆AOC属于
(3)在磁钢限温器工作过程中,感温磁钢的磁性急剧减弱是在
A.按下按键时
B.加热升温过程中
C.按键跳开时
D.降温过程中
(4)永磁体落下时,感温磁钢的温度为
燃气灶常配备有熄火保护装置,当燃气灶意外熄火时,自动关闭燃气阀,如图甲所示。图乙是某燃气灶熄火保护装置原理示意图。工作时,热电偶热端受热,当冷、热两端有一定温度差时,电磁铁将衔铁吸引过来,衔铁通过连杆带动活塞向左移动,压缩弹簧,同时进气口被打开,燃气输送至出气口。若炉火意外熄灭,热电偶没有温度差,电磁铁失去磁性释放衔铁,活塞在弹簧作用下关闭进气口,防止燃气外泄。
(1)热电偶的材料是
(2)熄火保护装置工作时,热电偶在电路中相当于
(3)若电流方向如图乙的箭头方向,则电磁铁D端为
(4)在测试熄火保护装置时,发现电磁铁无法将衔铁完全吸过来,燃气无法到达出气口,为了解决此问题,可采取的方法是
电磁继电器
电磁继电器是电子控制器件,由低压控制电路和工作电路两部分组成,它能用较小的电流控制较大的电流.电磁继电器的主要部件是电磁铁、衔铁、弹簧和触点.电磁铁内部铁芯和衔铁都是软铁类物质,这种物质在有外磁场时容易被磁化,离开磁场时容易退磁.低压控制电路通过接通电源,电流通过电磁铁线圈产生磁场,磁场的磁感应强度与通过它的电流成正比,具有磁性的电磁铁对衔铁有吸引力,电磁继电器就是通过低压控制电路中有无电流使触点接触状况发生改变的.
(1)接通低压电源时使电磁铁内铁芯
(2)如图甲所示,与衔铁相连的直杆是一种简单机械,物理上称之为
(3)如图甲所示,在实验中电磁继电器工作时,可能发生的动作是
A.低压电源断开,工作电路中的灯泡不亮,电动机转动
B.低压电源接通,工作电路中的灯泡不亮,电动机转动
C.低压电源断开,工作电路中的灯泡发光,电动机转动
D.低压电源接通,工作电路中的灯泡发光,电动机不转动
(4)某次低压电源通电后,电磁铁不能将衔铁完全吸下,现要使电磁继电器能正常工作,可采取的措施是
A.减小工作电路中的电流 B.增大工作电路中的电流
C.减小低压控制电路中的电流 D.增大低压控制电路中的电流
(5)如图乙所示,描述了电磁铁对衔铁的吸引力的大小F与低压控制电路中的电流强度I的关系,可能正确的是