载人航天
我国的载人航天事业虽然起步晚,但进步快,现在已处于国际先进水平。要将飞船、空间站等航天器送上太空,需要用火箭来运载,而火箭在上升过程中需要消耗一定的燃料,早期的火箭使用氢气作为燃料,用氧气作为助燃剂。但由于气体的体积较大,所以人们采取将氢气和氧气液化的方法减小燃料和助燃剂的体积。同时,航天器外壳的质量应尽量小一些,以便在燃料一定的情况下增大火箭的运送载荷(即运送的有用质量大小),从而提高火箭的发射效率。
航天器在穿过大气层的过程中,会因与大气的摩擦生热而使得航天器的温度升高,从而可能会将航天器烧毁。特别是航天员在太空完成任务后要乘飞船返回舱返回地面,当返回舱以数千米每秒的速度穿过稠密大气层时,返回舱表面的温度会达到上千摄氏度。如果不采取有效的防热降温措施,整个返回舱将会被烧为灰烬。
飞船返回舱的“防热衣”主要通过三种方式将返回舱内部的温度控制在30℃以下。一是吸热式防热,在返回舱的某些部位采用熔点高、比热容大的金属作为吸热材料,通过这些材料的升温过程来吸收大量的热量;二是辐射式防热,用外表面具有高辐射性能的涂层,将热量辐射散发出去;三是烧蚀式防热,利用高分子材料在高温环境下的熔化、汽化、升华或分解带走大量的热量。
神舟飞船在轨道上运行的速度大约为7.8千米/秒,接近第一宇宙速度。如此快的速度下,要确保航天员的安全,就必须对返回地球后的最终着陆速度进行控制。为实现这一目标,技术人员在飞船研制阶段开展大量试验验证和数据判读,保证飞船在着陆过程中逐步降低速度,确保飞船顺利再入大气层;之后,返回舱进入大气层后依靠空气动力产生的阻力和升力减速;运动至距地面约10km时打开降落伞,进一步降低速度(见图甲);在距离地面约1m处,返回舱底部的4台着陆反推发动机同时点火,向下喷出高温高压气体,对返回舱施加制动力,以确保其安全着陆(见图乙)。
根据上述材料,回答下列问题:
(1)火箭使用氢气作为燃料,用氧气作为助燃剂。为使一定质量的氢气和氧气的体积小一些,人们采取将氢气和氧气
(2)航天器外壳要求轻巧、耐高温,所以航天器外壳材料应具有的物理属性是
A.密度大、熔点高 B.密度小、熔点高
C.密度大、熔点低 D.密度小、熔点低
(3)飞船返回舱返回地面的过程中,采取的防热降温措施之一就是利用高分子材料在高温环境下烧蚀防热的。这些高分子材料在烧蚀的过程中,所经历的物态变化过程包括
A.熔化 B.液化 C.汽化 D.凝华
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智能洁具
智能洁具(智能马桶、全自动洗碗机、智能浴缸等),具有温水洗净、暖风烘干、杀菌等功能,已进入百姓家庭。
某智能洁具为确保安全,插头带漏电保护装置,工作原理如图,连接洁具的火线与零线穿过环形铁芯,正常工作时,两线中的电流相等;若火线与零线中的电流不等,绕在铁芯上的线圈会产生电流,经放大后通过电磁铁吸起铁质开关S切断电源。
这种洁具装有红外线感应装置,当人靠近时,感应装置自动升起洁具盖子;启动洗净功能,加热器将水快速加热至温控装置预设的温度,水泵喷水实施清洗,喷水杆采用纳米银(直径为纳米级的银单质)材料,杀菌效果好;清洗结束,暖风烘干机自动开启烘干功能。表一为该洁具的部分参数,表二为水泵的性能测试参数(表中流量指单位时间内水泵抽送水的体积;扬程指水泵能将水提升的高度)。
表一
额定电压 | 220V | 清洗喷水量 | 0.8L/min~1.2L/min |
烘干机额定功率 | 180W | 加热器额定功率 | 2100W |
流量Q/ | 0.5 | 0.6 | 0.8 | 1.0 | 1.2 |
扬程H/m | 1.25 | 1.80 | 5.00 | 7.20 |
(2)下列说法正确的是
A.红外线感应装置利用超声波进行工作
B.暖风烘干是靠增大面积来加快水的汽化
C.纳米银是银分子,喷水杆材料具有良好的导电性
D.漏电保护装置内的火线与零线短路时,开关S不会被吸起
(3)洁具正常工作,按最大喷水量,用设定为38℃的温水清洗,加热器的效率为
(4)分析表二数据可得,当该水泵的流量为 时,其扬程为
吸管“潜水艇”
在课外小制作活动中,小华将吸管沿弯头处弯折,使两个开口端并到一起,用回形针夹住两个开口端,固定到吸管上(如图)。将吸管放到装有大半瓶水的塑料瓶中,调整回形针的个数,使吸管露出水面一点时,拧上瓶盖,吸管潜水艇就做好了。
从外面挤压瓶子,瓶内水面上方的空气被压缩,气压增大,把一部分水压进吸管内,这就相当于向潜水艇的储水箱注水,吸管“潜水艇”此时就会下沉。把手放开,由于塑料瓶具有弹性,恢复原状,瓶内水面上方的气压相对减小,吸管内的气体就会将部分水压出吸管,这就相当于潜水艇将储水箱内的水排出,“潜水艇”就浮上来了。
(1)当瓶子不受压力时吸管“潜水艇”处于
(2)吸管“潜水艇”是通过改变
(3)吸管“潜水艇”下潜过程中
A.浮力一直减小
B.浮力一直不变
C.浮力先增大、后不变
D.浮力先减小、后不变
(4)若吸管“潜水艇”的总体积为0.6cm3,刚开始时吸管露出液面的体积为0.05cm3,则下潜后进入“潜水艇”吸管内水的质量至少为
(5)手压塑料瓶,先使“潜水艇”吸管悬停在A点,再改变手对塑料瓶压力的大小,使其悬停于较深的B点,在这个过程中,吸管内水的质量随时间变化的大致关系图像正确的是
A.B.
C.D.
气凝胶是入选吉尼斯世界纪录的最轻的一类物质,因其内部有很多孔隙,充斥着空气,故而得名.1931年,美国科学家用二氧化硅制得了最早的气凝胶,外号“凝固的烟”.2011年,美国HRL实验室、加州大学欧文分校和加州理工学院合作制备了一种镍构成的气凝胶,密度为0.9毫克/立方厘米,创下了当时最轻材料的纪录.把这种材料放在蒲公英花朵上,柔软的绒毛几乎没有变形﹣﹣这张照片入选了《自然》杂志年度十大图片,也给浙江大学高分子科学与工程学系高超教授留下了深刻印象:能不能制备出一种材料,挑战这个极限?
近日,浙江大学的科学家们研制出了一种超轻材料,这种被称为“全碳气凝胶”的固态材料密度仅每立方厘米0.16毫克,是迄今为止世界上最轻的材料.“气凝胶”是半固体状态的凝胶经干燥、去除溶剂后的产物,外表呈固体状,内部含有众多孔隙,充斥着空气,因而密度极小.浙江大学高分子科学与工程学系高超教授的课题组将含有石墨烯和碳纳米管两种纳米材料的水溶液在低温环境下冻干,去除水分、保留骨架,成功刷新了“最轻材料”的纪录.此前的“世界纪录保持者”是由德国科学家在2012年底制造的一种名为“石墨气凝胶”的材料,密度为每立方厘米0.18毫克.据介绍,“全碳气凝胶”还是吸油能力最强的材料之一.现有的吸油产品一般只能吸收自身质量10倍左右的有机溶剂,而“全碳气凝胶”的吸收量可高达自身质量的900倍.
全碳气凝胶将有望在海上漏油、净水甚至净化空气等环境污染治理上发挥重要作用.传统的气凝胶制作方式往往无法批量生产,但课题组新创的“低温冻干法”令气凝胶的生产过程更加便捷,也使这种超轻材料的大规模制造和应用成为可能.
(1) 人们把气凝胶称作 “凝固的烟”,用确切的物理语言来说是指它的
(2) 一块100 cm3的全碳气凝胶放在一朵花上,该气凝胶的质量为
(3) 研究表明,“全碳气凝胶”还是吸油能力最强的材料之一,它最多能吸收自身质量900倍的有机溶剂,则100cm3 的“全碳气凝胶”最多能吸收的有机溶剂质量为
电冰箱的工作循环
电冰箱的制冷系统由蒸发器、压缩机、冷凝器等部分组成(如下图).它的工作循环如下:
回答问题:
(1)冷凝剂是在
(2)放冰箱的房间的温度
(3)冷凝剂在冷凝器内发生的物态变化是
A.加在饮料中的冰块化成水
B.夏天,揭开冰棒纸后看见冰棒冒“白汽”
C.寒冷的冬天,冰冻的衣服会变干
D.夏天的清晨,河面上会出现雾气
“众志成城,抗击疫情”,我们在新冠肺炎疫情防控阻击战中,佩戴口罩可以有效地隔离飞沫和一些细菌病毒,对个人起到一定防护作用。一般的医用一次性口罩正面为浅蓝色,背面为白色,是一种看起来十分朴素的口罩。医用一次性口罩承担了人们大部分情况下的防护重任。下面一起来了解一下吧。
(1)主体过滤材料:如聚丙烯熔喷布等。
(2)其他部位:鼻夹、口罩带等。鼻夹在过滤层上部中心位置,放置在致密层与过滤层之间,材料为金属塑料复合体。
(3)按照面罩形状可以分为平面形、鸭嘴形、拱形或折叠式等。
(4)按照佩戴方式可以分为耳挂式、绑带式。
如何正确佩戴医用口罩?
(1)佩戴口罩前应将手清洗干净,在戴口罩过程中避免手接触到口罩内侧面,减少口罩被污染的可能。
(2)佩戴时,分清楚口罩的内外、上下,浅色面为内,深色面朝外,金属条(鼻夹)一端是口罩的上方,将折面完全展开。
(3)将有鼻夹的一边向上,将嘴、鼻、下颌全包住,将口罩下端调节至下颌适当位置,两边的橡筋带挂于双耳或将两端的绑带系结于脑后,然后压紧鼻夹,使口罩与面部完全贴合。
(1)折叠式口罩未展开时规格:长为,宽为
(2)耳挂式口罩一般可以适用于任何人佩戴,不用调节口罩带长度,是因为口罩带材料具有
(3)佩戴口罩时,需压紧鼻夹,使口罩与面部完全贴合,说明力可以改变物体的
(4)熔喷布是口罩中最关键的一层过滤材料,它是将聚丙烯材料熔化后放入熔喷模头,再利用高温、高速、高压的热气流将聚丙烯从喷丝板中喷出,在凝网帘上
过冷水
过冷水是指达到或低于冰点时却没有凝固成冰的水。水凝固成冰的一个必要条件是:必须有凝结核。当温度低到凝固点以下时,如果水太过纯净,水中没有一个凝结核来结晶,那么即使在0℃以下水也不会结冰,而保持着液态。
凝结核可以是微小的冰晶,可以是水中的悬浮物,可以是器皿的壁。当过冷水中具备凝结核时,例如投入少许固体,或摇晃液体,都能让水迅速凝固,温度回升到凝固点。当飞机穿过有过冷水的云层时,云中的过冷水遇到飞机,会马上结成冰,飞机就容易发生坠机事故。
(1)当飞机穿过有过冷水的云层时,以云层为参照物,飞机是
(2)水在0℃以下不结冰是因为水中缺少
(3)动画片《海尔兄弟之冰川危机》中有个片段是:一个池塘里的水在零下温度时仍未结冰。如果你是编剧,你准备让海尔兄弟怎么使水冻起来?答:
电冰箱
电冰箱是人们普遍使用的家用电器。如图所示,冰箱的制冷设备由蒸发器、压缩机、冷凝器、毛细管等部件组成。电冰箱在工作过程中,液态的冷凝剂(一种既容易汽化又容易液化的化学物质)在冷冻室中迅速汽化吸热,使冷冻室内温度 ,气态的冷凝剂经压缩机压缩后,送入冰箱外面的冷凝器,在此处冷凝剂又液化放热,使电冰箱背面温度 ,液态的冷凝剂通过很细的毛细管回到冷冻室,又开始了新的循环。电冰箱就这样源源不断地将冷冻室的热吸出来,并散发到冰箱的外面。
电冰箱冷冻室正常工作时的温度在﹣18℃以下,因此使用一段时间后通常情况下会结霜,结霜过多会增加耗电量;此外,经测定:冰箱周围的温度每提高5℃,其内部就要增加25%的耗电量。
目前比较先进的电冰箱设有定时自动化霜系统,每个无霜冰箱都有机械或电子的化霜系统,当压缩机工作一段时间后(8﹣12小时左右)翅片蒸发器表面也会结霜,如不进行化霜,霜会越结越厚,到时会将翅片蒸发器结满而将风道堵死,致使冷风不能循环制冷效果下降。在翅片蒸发器的中部装有电加热丝和双金属温控及温度保险丝,化霜时通过电加热丝加热蒸发器到一定温度后双金属温控断开化霜结束后,恢复制冷。除霜所形成的水,由箱内经引水管流至冰箱底部蓄水盒中,受热自动蒸。每月应取蓄水盘清洗1次,以保持清洁和蒸发效果
(1)给短文中的①、②两处补写上适当的内容:①
(2)根据电冰箱的工作原理,你认为电冰箱中的“冷凝剂”应具有的主要物理性质是
A.沸点低 B.熔点低 C.沸点高 D.熔点高
(3)从节能角度来说,电冰箱放在
(4)电冰箱冷冻室中霜的形成过程属于
奔跑的水滴滴入温度比沸点略高的热锅中,很快就汽化了。当把锅加热到温度很高时,水滴锅中后会不停滚动,到处乱跑,这个过程能持续几十秒甚至几分钟,这种现象就是莱顿弗罗斯现象,也叫莱顿弗罗斯特效应(莱氏效应)。
1732年荷兰物理学家赫尔曼首先发现了莱顿弗罗斯特现象,因德国科学家莱顿弗罗斯特的深入研究而得名。1756年,莱顿弗罗斯特深入研究后发现:当水或其它液体接触炙热物体表面时,接触处的液体急剧汽化,形成一层蒸汽膜,蒸汽托住液滴,使液滴与物体表面分离,蒸汽的溢出会导致液滴的滚动。当物体温度达到莱顿弗罗斯特点(Leiden-frostpoint)时,液体便会产生莱顿弗罗斯特现象,粗略测量水在平底锅中的莱顿弗罗斯特点约为193,莱顿弗罗斯特现象也适用于固体。
莱氏效应主要应用于航天科学。生活中,厨师热锅时,会向锅里滴几滴水来判断锅是否够热。在传统的过火堆仪式中,表演者先沾湿双脚,光脚快速走过火堆,而不易被烫伤。2014年,旨在关注渐冻人症(ALS)的“冰桶挑战”活动风靡全球,但俄罗斯科学家安东科诺瓦洛夫似乎觉得还不够劲,他把一桶零下196的液氮倒在头上,人却安然无恙。(以上危险活动,非专业人士切不可尝试!)
(1)莱氏效应表明,水蒸气的导热性能比水
(2)发生莱氏效应时,水的沸点
(3)挑战者将液氮浇在身上,人却安然无恙,是因为液氮
(4)下列说法正确的是
A.只有液体才能发生莱氏效应
B.锅的温度越高,滴入锅中的水汽化就越快
C.只要锅的温度高于水的沸点就能发生莱氏效应
D.发生莱氏效应时水的汽化速度减缓
变频空调机
如图甲是某变频空调机制冷系统的原理图,气态“冷媒”通过压缩机加压进入冷凝器,变成液态,液态“冷媒”经铜管B进入蒸发器变成气态,同时吸收大量的热量而达到制冷的目的。我们把一段时间内“冷媒”流过铜管B的质量与这段时间的比值叫做流量。已知压缩机的转速越大,流量就越大,压缩机的转速由变频器供电的频率决定,变频空调机通过改变供电频率,控制“冷媒”流量,从而控制制冷的快慢。“冷媒”流量与变频器供电频率之间的对应关系如表格所示。
频率 | 30 | 50 | 70 | 90 | 110 | 130 |
流量 | 1.00 | 2.14 | 3.32 | 4.43 | 5.57 | 6.71 |
(2)“冷媒”在蒸发器中
(3)根据表中的数据,可以找到“冷媒”流量与变频器供电频率之间的关系如图乙所示,根据图线,变频器供电频率越大,“冷媒”流量越
(1)给火箭加注的推进剂液态氢和液态氧是用
(2)采回的1731克月壤样本经测定体积约为740cm3,试计算月壤的密度(保留两位小数);
(3)将23.4g月壤样本与10cm3密度为2.2×103kg/m3混凝土均匀混合,则混合成的新混凝土的密度为多少?
(1)使气体液化的方法有
(2)氧气和氢气的混合物,采用降温液化的方法分离,首先液化的是
(3)氧气的沸点是﹣183℃,氮气的沸点是﹣196℃,氦气的沸点是﹣269℃,当温度升高时,液态空气汽化
嫦娥五号的“挖土”之旅
北京时间2020年11月24日,在中国文昌航天发射场,用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器,顺利将探测器送入预定轨道。12月1日23时11分,嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面西经51.8度、北纬43.1度附近的预选着陆区,并传回着陆影像图。12月6日,嫦娥五号探测器成功通过交会对接微波雷达完成中国首次月球轨道无人交会对接。2020年12月17日凌晨1点59分,嫦娥五号返回器携带1731克月壤样品在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆,标志着我国首次月球采样返回任务圆满完成。历时大半个月,嫦娥五号跨越38万公里,闯过多个难关,成功携带月球样品返回地球,完成了这次意义非凡的太空之旅。
(1)嫦娥五号探测器
(2)嫦娥五号在月面下降过程中,安装在着陆器上的降落相机所拍的影像是
(3)嫦娥五号返回器带回了1731g月壤,月壤从月球被带到地球的过程中其质量
(4)长征五号遥五运载火箭所用燃料为液态的氢和氧,常温下氢和氧是气态的,科技人员是采用