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。
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(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
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第四代电光源——LED光源
如图甲是时下较为流行的LED手电筒和LED吸顶灯,它的主要部分是高亮度白色发光二极管,这种发光二极管主要由硅、砷等半导体材料制成,具有光效高、耗电少,寿命长、易控制、免维护、安全环保等优点,是继白炽灯、卤素灯和节能荧光灯后新兴的第四代电光源,是极具发展前途的新光源。它的发光原理与白炽灯先发热后发光的原理越然不同,是直接把电能转换成光能的器件,因而其发光效率较高,是断一代固体冷光源,将逐步取代传统光源。图乙是元件实物及符号。
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(1)LED灯主要由
(2)小华同学买了一个自带LED灯照明的电动挖耳勺。按下主开关后,LED灯工作,便于观察耳内状况。再按下另一个开关,小马达(电动机)产生小小的振动并带动扇叶将震松后的耳垢吸出来。根据功能要求可以判断,LED灯和电动机的连接方式是
(3)将标有“220V 15W”的LED灯和“220V 15W”的白炽灯分别接入家庭电路中,发现LED灯的亮度远高于白炽灯的亮度,下列说法中正确的是
A.通过LED灯的电流大于通过白炽灯的电流
B.LED灯的实际功率大于白炽灯的实际功率
C.相同时间内LED灯消耗的电能等于白炽灯消耗的电能
(4)由于许多显示屏需滚动显示内容,LED工作的个数也在不停地发生变化,整个显示屏工作过程中的哪些物理量发生了变化
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A.电源电压 B.插头处的电流
C.整个显示屏的功率 D.相同时间内的耗电量
(2)如图乙中单个风力发电机组发电1h平均产生的电能是
(3)储能系统将2个30t重物匀速提升至30m高处的过程中,系统对重物所做的功是
(4)储能系统将2个30t重物从30m高处放回地面的发电过程中,产生的电能为
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神舟十三号载人飞船
2021年10月16日0时23分,搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭,在酒泉卫星发射中心按照预定时间精准点火发射,(如图甲),约582秒后,神舟十三号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空,飞行乘组状态良好,发射取得圆满成功。16日6时56分,采用自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱径向端口,与此前已对接的天舟二号,天舟三号货运飞船一起构成四舱(船)组合体。
神舟十三号飞船的两侧安装了太阳电池板翼,可以由它们提供1.5kW的电力(如图乙)。
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载人飞船在太空中飞行时,由于处在真空环境,它的舱门必须具有良好的密封性。为了检验飞船舱门的密封性能,科研人员采用了如下的方法:将待检验的飞船舱体M置于一个不漏气的集气空腔N中,先对舱体M充入压强为1.0×105Pa的空气,然后,把集气空腔N抽成真空。若舱门漏气,一段时间后便会有气体从舱体M进入集气空腔N中,舱体M中的压强将减小,集气空腔N中的压强将增大。为了测量舱体M和集气空腔N中的压强,科研员设计了如图丙所示电路,其中RM、RN是两个完全相同的压敏电阻(其电阻值会随所受压强大小发生变化的可变电阻),通过开关分别接a或b时电表的示数来判断密封性能。已知舱体M的容积为V,集气空腔N真空部分的容积为4V。电路中R0的阻值为10Ω,电源电压为12V,压敏电阻RM、RN的阻值随气体压强变化的关系如表:
压敏电阻受到的气压(×105Pa) | 0 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1.0 |
压敏电阻对应的电阻值(Ω) | 50 | 40 | 30 | 22 | 15 | 12 | 10 | 8 | 6 | 5 | 4 |
(2)太阳电池板可以将
(3)若舱门不漏气,且单刀双掷开关S接b时,电路中电流表的示数为
(4)在检验过程中的某时刻,开关接a时电压表的示数为4.8V,则此时舱体M内受到的压强为
(5)实验表明,一定质量的气体在温度不变的情况下,压强随体积的变化如图丁所示,若空气从舱体M中逸出,经过一定的时间后,M、N中的压强相等。若开关S接在a处,则此时电压表的示数为
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20 N。
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,如图甲所示,这种单车外观结构简单,单车的质量约25 kg,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,其工作原理如图乙所示,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送解锁指令,单车执行解锁指令自动开锁,用户便可以开始骑行,手机APP就显示计时、计价等信息。
此外,当用户在骑行过程中踩动脚踏板,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。
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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)单车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.2×103 J B.2×105 J C.2×107 J D.2×109 J
(5)乐乐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。
材料一:如图甲,风电技术是利用风力带动风车叶片旋转,并通过增速机将转速提高,从而带动风机内的发电机发电,通过电缆输送到升压变压器提升电压后,再由高压输电线路输送给用户。
材料二:光伏发电的主要原理是利用半导体的光电效应。光电效应是指某些物质在高于特定频率的电磁波照射下,内部的电子逸出而形成电流。图乙为某光伏发电系统简化电路图,当太阳光照射太阳能电池板时可发电。发电后可向蓄电池充电,当夜晚来临时,蓄电池向用电器供电。
(2)光伏发电是指太阳能电池板将太阳能转化为
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(3)小丽查阅资料得知,太阳能电池板的发电功率约每平方米200W。若她家装了一块
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无线充电技术
随着科技的不断发展,无线充电已经进入人们的视线。小到手表、手机、电动牙刷,大到电脑、电动汽车的充电,都已经实现了从理论研发到实际应用的转化。常见的无线充电技术有电磁感应、磁共振、无线电波等方式。
市场上支持无线充电的智能手机和充电器大部分都符合“Qi”规格。““Qi”源自汉语“气功”中的“气”。Qi技术的原理即为电磁感应,在发射端和接收端各有一个线圈,如图甲所示为手机无线充电原理示意图,电流流过发射线圈会产生变化的磁场,当接收线圈靠近该变化的磁场时就会产生感应电流给手机充电。采用电磁感应技术实现无线充电的优点是原理简单,适合短距离充电,但需特定的摆放位置才能精确充电。
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磁共振方式的原理与声音的共振原理相同——排列好振动频率相同的音叉,一个音叉发声,其他音叉也会共振发声。同样,排列在磁场中的相同“振动”频率的线圈,也可从一个向另一个供电,如图乙所示。相比电磁感应方式,利用磁共振可延长传输距离,无需使线圈间的位置完全吻合。这种方式有望广泛应用于电动汽车,但在技术上实现小型化、高效率化比较难,现在的技术能力大约是直径0.5m的线圈,在1m左右的距离供电功率约为60W。无线电波方式主要由微波发射装置和微波接收装置组成,其原理类似于无线电广播的发射与接收。“太空太阳能发电技术”就是利用了该原理:利用铺设在巨大平板上的太阳能电池,在太阳光照射下产生电流,转换成无线电微波,发送给地面接收站。地面接收后,将微波恢复为直流电或交流电,送给用户使用。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)图中四个实验与Qi技术原理相同的是
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(2)关于无线充电技术,下列说法正确的是
A.采用电磁感应方式的无线充电技术无需特定位置就能精确充电
B.相比电磁感应方式,利用磁共振方式传输距离更长
C.采用无线电波方式的无线充电技术的实现说明电磁波可以传递能量
D.太空太阳能发电技术是将电能转化为化学能发送给地面接收站
(3)根据文中所述,利用磁共振方式,直径0.5m的线圈在1m左右的距离范围内,1min内可提供的电能约为
哈罗单车-------------“走心”单车、方便出行
致力于打造中国“最走心”单车,哈罗一直努力着。我省许多城市近年来陆续出现了一种哈罗助力单车(图甲),这种单车设计有一种小型充电机,通过人踩动单车,获得能量转化为电能,源源不断地为蓄电池充电,上坡时蓄电池为单车提供部分动力,从而起到省力作用。
哈罗助力单车采用扫二维码开锁,原理如图乙,只要你用手机上的APP扫描车身上对应的二维码,APP识别二维码后将车辆信息发送给后台云端服务管理系统,后台云端服务管理系统通过无线通信方式发送解锁指令,触发电子控制模块,开启机械锁的控制插销,锁便打开。
哈罗单车一般采用前鼓刹后随动闸刹车系统,这种刹车系统长时间制动会引起刹车部件发热,降低刹车性能,有人提议应该采用安全性能更高的通风盘式碟刹系统,通风盘式刹车是在碟刹盘面上钻出许多圆形通风孔,或是在盘的端面。上割出通风槽,在持续刹车时利用风流作用加速降温,减小因发热引起的刹车衰减,刹停距离比鼓刹缩短15%一20%,制动性能好。
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(1)APP识别二维码后,通过
(2)哈罗单车通过人踩动单车,获得能量转化为电能,此过程中的能量转化与
(3)通风盘式碟刹系统性能比鼓刹更好的原因是:
随着智能手机的日益普及,人们的日常生活发生了翻天覆地的变化。在众多APP帮助下,人们通过智能手机可以实现轻松出行、远距离通信、线上支付、网上办公等活动。手机电池作为手机的一个重要部分,目前正朝着大容量、快蓄电、长待机的方向发展。某款手机锂电池上标有“电压:3.7V 容量:
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手机无线充电是目前比较新的一门技术,无线充电就是不借助数据线等导线对手机进行充电,从而增加手机的续航时间。现阶段使用较多的一种无线充电技术的原理如图甲、乙所示,交流电流过送电线圈(无线充电板)产生磁场,智能手机(受电线圈)放在无线充电板上就能充电,并将电能储存到手机的锂电池内。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/11/6/745dd9ef-674f-4a88-a1e4-fb285e78374e.png?resizew=444)
(1)文中描述的手机快充功能将充电功率变为原来的
(2)手机在无线充电时,手机中的受电线圈会产生
(3)文中锂电池最好在电能还剩
海水的利用
地球表面的70%以上是海洋,开发利用海洋有广阔的前景。潮汐是一种海平面周期性变化现象,海平面每昼夜有两次涨落。人们在靠近海的河口或海湾深处建大坝,在大坝中间装上水轮发电机组。涨潮时,海水通过大坝流进河口,带动水轮发电机发电;退潮时,海水又流回海洋,从相反方向带动水轮发电机发电。我国最大的潮汐电站——浙江温岭江厦潮汐电站总装机容量3200千瓦,年发电量600万度。海水淡化和海水直接用于工业冷却用水的相关设备。管道防腐等技术已比较成熟。我国大亚湾核电站冷却用水也来自于海水。
(1)潮汐发电是将
(2)1吨煤燃烧后可发电2.5×103kW•h,江厦潮汐电站每年的发电量可节约
(3)海水淡化是利用海水先
(4)海水用来做工业冷却用水主要是利用了水的