材料一:《天工开物》是世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性著作,书中记载着大量的古代农业机械,其中一段这样写道:“凡河滨有制筒车者,堰陂障流,绕于车下,激轮使转,挽水入筒,一一顷于枧内,流入亩中。昼夜不息,百亩无忧。”题图甲为文中记载的筒车,图乙为筒车的简化示意图。
材料二:现代灌溉系统具有定时、循环灌溉功能.结合土壤检测系统和气象监控数据,可实现设施农业和大田农业自动灌溉需求,既高效又节省人力资源.如图丙,使用水泵灌溉梯田时,水泵依靠电机运转抽水浇灌秧苗,利用电机做功是为了对水产生稳定的压力,可以将水以一定速度推到高处。某水泵出水管横截面积为,出水速度恒定为2m/s,灌溉不同高度所需水压和电机效率如题表所示。
灌溉高度h/m | 所需压强p/() | 电机效率/% |
8 | 0.25 | 62.5 |
40 | 0.55 | 85 |
50 | 0.65 | 80 |
(2)取水筒的容积越大,筒车旋转一周提升的水就越多,那么对进入接水槽的水所做的功越
(3)若接水槽离取水处高4m,水轮上有12个取水筒,一个取水筒每次可取水4kg,筒车旋转一周所用时间为60s,水流冲击筒车的总功率为40W,则水流做的总功为
(4)题表提到的三个灌溉高度中,灌溉高度为
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无砟(zhǎ)轨道的高速列车
无砟轨道(如图甲所示)的路基不用碎石,铁轨和轨枕直接铺在混凝土上,这可减少维护、降低粉尘等。沪宁城际高速铁路将建成投入运营,标志着我省进入了高速铁路时代。高速列车在无砟轨道上运行时如子弹头般穿梭而过(如图乙所示),时速可达350 km。传统铁路的钢轨是固定在枕木上,之下为小碎石铺成的路砟(如图丙所示)。
(1)列车设计为子弹头型,目的是
(2)列车在匀速行驶过程中,列车的动力
(3)在高速行驶的动车上相对于座椅来说,桌子是
(4)高速行驶的动车进站前关闭电源,由于
(5)传统的铁路轨道路砟和枕木的作用是
①增大受力面积,防止铁轨因压力太大而下陷到泥土里 ②可以减少噪声和列车振动 ③可以减少维护、降低粉尘 ④可以吸热、增加透水性
A.①②③ B.①②④ C.①③④ D.②③④
(6)质量为4×106 kg的列车在平直轨道上匀速运行时,列车所受重力为
如图,高压锅是家庭厨房中常见的炊具,利用它可以将食物加热到100℃以上,它省时高效,深受消费者欢迎。(1)为了防止出气孔堵塞致使高压锅发生爆炸的危险,放气孔是它的第二道安全防线.放气孔封口是易熔片(熔点较低的合金材料),采用易熔片的物理道理是:高压锅一旦安全阀失效,出气孔就被堵塞,锅内气体压强就会过大,沸点也随之
当锅内温度达到易熔片的熔点时,再继续加热易熔片就开始
(2)某高压锅安全阀自重对出气孔处气体所产生的压强是。在外界为标准大气压约为的环境下,该高压锅内的气体能达到的最大压强是
(3)高压锅的原理是使锅内气压
(4)一个高压锅,高压锅限压阀的质量为0.08kg,排气孔横截面积为,若用它煮食物,高压锅内最大气压为
“翼龙”无人机
“翼龙”无人机是我国自主研制的一种中低空、长航时、多用途无人机. 图甲所示是无人机的图片,下表为其部分技术参数.
+
最大飞行速度/(km·h-1) | 280 | 正常巡航速度/(km·h-1) | 180 |
最大载荷量/kg | 200 | 发动机额定功率/kW | 75 |
机身质量/t | 1.1 | 最大载燃油量kg | 300 |
翼龙无人机采用正常式气动布局, 大展弦比中单翼,V型尾翼,机身尾部装有一台活塞式发动机.翼龙无人机的展弦比较大,因此升力较大、诱导阻力较小,巡航升阻比较大,可以长时间在空中滞留. 无人机具备全自主平台,可携带各种侦察、测距、电子对抗设备及小型空地打击武器,可广泛应用于如灾情监视、军事活动等科学研究领域.
问题一:翼龙无人机将灾情监视、军事活动等信息通过
问题二:若翼龙无人机携带小型空地打击武器向地面目标投掷炸弹时,你认为无人机应在目标正上方投弹还是要提前投掷,并说明理由
问题三:翼龙无人机满载燃油,并以最大载荷量停在水平跑道上蓄势待发,此时无人机轮胎与地面接触的总面积为0.04 m2. 求:
(1)无人机对水平跑道的压强
(2)当无人机起飞后在额定功率下沿水平方向正常巡航时所受的阻力
问题四:活塞式发动机是无人机的核心部件,为了确保无人机的飞行速度不超过最大值,工程师给发动机装上了能控制油门大小的限速器,其简化电路如图乙所示,其中R的阻值随飞行速度变化的图象如图丙所示. 若电源电压恒为 12 V,R0的阻值为15 Ω,当无人机达到最大飞行速度时,R0的电功率是多少
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。
单车的车辆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,此种单车的第一代,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。
请根据上述材料,回答下列问:
(1)电磁波的传播速度是
(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
(5)李嘉轩放学回家途时把自行车骑得飞快,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:
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。
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。
中国火星探测
火星是太阳系中与地球最相似的行星,自转周期和地球相似,物体在火星表面受到的重力约为在地球表面重力的40%,火星又被称为沙漠行星,火面遍布沙丘、砾石。2020年7月23日12时41分,长征五号遥四运载火箭搭载天问一号火星探测器发射升空,开启火星探测之旅,天问一号探测器由环绕器、着陆器和巡视器组成,它一次性完成“绕、落、巡”三大任务,这在世界航天史上尚属首次,其中“落”是指让着陆巡视器着陆火星表面,这需要在7分钟内将着陆巡视器的时速降至0。我国利用探月的技术积累,通过四个阶段来减速,第一阶段气动减速,给着陆巡视器来个急刹车;第二阶段降落伞减速,速度减至342km/h;第三阶段动力减速,着陆巡视器反推发动机点火工作,速度减至3.6m/s;第四阶段着陆缓冲,将着陆巡视器悬停在空中,对火星表面观察,寻找合适的位置着陆。2021年5月15日7时18分,着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区,5月22日10时40分,“祝融号”火星车安全驶离着陆平台,到达火星表面,开始巡视探测,国家航天局近日发布了两器分离和着陆后火星车拍摄的影像,如图乙,“祝融号”火星车质量约为240千克,其太阳翼呈蝴蝶翼形,翼展面积约4m2,因此有人形象地将“祝融号”火星车比喻为“火星蝴蝶”,如图丙。
(1)如图甲,在动力减速阶段反推发动机喷射“火焰”的方向与着陆巡视器前进方向
(2)如图乙为“祝融号”火星车导航相机拍摄的着陆器照片,该相机的镜头为
(3)由于火星表面昼夜温差很大,火星车上设计了热仓,保证长期工作的设备安全度过黑夜,夜晚车上锂电池80%的能量提供给热仓,火星表面单位面积太阳辐射的功率大约600W/m2,若白天太阳翼接受光照10h,向锂电池充电的效率为30%,火星车在火表所受阻力为自身重力的0.1倍,火星车电机的驱动效率为50%,则在接受光照一天后可在黑夜驱动火星车前进
美国建筑师凯文•朔普费尔设计出了一种能漂浮在水中的城市(如图所示),漂浮城市装有动力装置,可以移动。该漂浮城市三角形建筑的主体结构是中空的,强风能从中通过,可以确保当飓风来临时,把飓风对建筑的破坏降至最低。该漂浮城市高达360m,占地270万平方米,可容纳多达4万居民。酒店、商店只要是普通城市有的,这里都一应俱全。漂浮城市的表面安装有太阳能电池板,接收太阳能的功率为8.0×108W。
(1)太阳能电池板工作时,是
(2)若三角形建筑空洞的面积为2.0×104m2,某次飓风正好垂直于空洞的表面吹入,1s流入空洞的空气质量是1.92×106kg,该地的空气密度是1.2kg/m3,则飓风的风速是
(3)若电池板吸收的太阳能只用来提供推动漂浮城市前进所需的能量,漂浮城市在平静的水面上沿直线运动,运动过程中受到的阻力不变。从某一时刻开始,漂浮城市受到水平方向的牵引力F随运动时间t的变化关系如图甲所示,漂浮城市的运动速度v与时间t的关系如下图乙所示。
①漂浮城市运动到第25s时受到的阻力为
②漂浮城市在匀速运动过程中,太阳能转化为机械能的效率是
全球最大的“超级电梯”三峡升船机是三峡工程重要通航设施之一,主要为客船、货船和特种船舶提供快速过坝通道(如图甲),过船规模为3000吨级,提升总质量约15500吨,最大提升高度为113米,是目前世界上规模最大、技术难度最高的垂直升船机。
与电楼相似,升船机主要由塔柱、承舱厢、滑轮组和平衡重组等构成,如图丙,承船厢装满水时水深3.5米、总质量为15500吨,其工作原理是:船只由航道进入装满水的承船厢,此时滑轮组无驱动力,平衡重组借助滑轮组使承船厢和船只保持悬空静止;关闭闸门后,再由带驱动力的滑轮组和平衡重组共同将承船厢提升或下降,到达位置后开闸,船只离开承重厢驶出。(g取10N/kg)(1)如图丙,升船机滑轮组中定滑轮既可以产生驱动力,还可以
(2)一艘总重量为3000吨(船重+货重)的货轮驶入承船厢,根据阿基米德定律,承船厢会排开
(3)为了减少升船机的耗能,提升升船机的机械效率,三峡升船机的平衡重组设置重量应为
(4)升船机将一艘总质量为3000吨的货轮,从下航道闸口以0.2m/s的速度提升100米到上航道闸口,在提升过程中,为克服系统机械摩擦阻力和风阻力等,滑轮组驱动机构给予了承船厢4×106N的驱动力,则在这次提升中滑轮组的驱动功率是
螺旋在生产生活中的应用
根据斜面可以省力的原理,人们在生活中发明了螺旋状的机械工具,如螺栓、螺钉、螺旋千斤顶等(如图所示)螺旋千斤顶又称机械式千斤顶,是通过人力旋转手柄,使螺杆上升,从而达到将重物举起的目的。
普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物,最大起重量能达10吨,且构造简单,但传动效率低,返程慢。自降螺旋千斤顶的螺纹无自锁作用,装有制动器,放松制动器,重物即可自行快速下降,缩短返程时间,但这种千斤顶构造较复杂。
(1)盘山公路也可以看成一种螺旋,其目的主要是为了省
(2)使用螺旋千斤顶时,如果人始终垂直于手柄用力为F且作用点离螺杆中心的距离为L,每旋转两圈,螺杆将质量为m的重物上举的高度为h,则螺旋千斤顶的机械效率用字母表示为η=
电磁炮
电磁炮是人们根据磁场对电流产生力的作用而研制出的一种高能武器,它通过一对金属轨道来加速具有传导性的射弹。射弹在轨道上滑行时会对轨道产生摩擦力,因此需要使用更为耐磨的材料制作电磁轨道。同时,推力对射弹做的功,部分转化为射弹的动能,部分转化为克服轨道摩擦产生的热量。电磁炮最典型特征是不必使用燃料推进,而且发射速度远比火力武器要快。简易电磁炮工作原理如图甲所示,在相距L的两根水平轨道上放置一根质量为m,可左右自由移动的金属棒(模拟射弹)。导轨通电后电流沿其中一条导轨输入,经过金属棒,再由另一条导轨返回。每根通电轨道的周围都会产生如图所示的环形磁场,磁场会对通电金属棒产生磁场力F 的作用。若磁场强弱用B表示,通过金属棒的电流大小为I,此时磁场力F的大小用公式F=BIL计算,金属棒在磁场力的作用下运动,获得不断增大的动能,动能大小为。(1)电磁炮对射弹加速推进的过程中将
(2)下列材料中更适合用来制作电磁轨道的是
A、陶瓷 B、铜 C、石墨 D、硅
(3)两根金属轨道中间A、B两点的磁场方向是
(4)若金属轨道中的电流大小I恒定不变,在磁场力的作用下射弹由静止开始在光滑的轨道上滑行,当滑行距离为s时射弹的速度大小为
(5)若不计空气阻力,在光滑轨道中输入如乙图所示的电流,下列图像能够描述金属棒运动状态的是
A. B. C. D.
孔明灯
孔明灯又叫天灯,俗称许愿灯。相传,孔明灯是由三国时蜀汉丞相诸葛亮(字孔明)发明的,所以称为孔明灯。当年,诸葛亮被围困于平阳,无法派兵出城求救。孔明算准风向,制成会飘浮的纸灯笼,系上求救的讯息。讯息成功传出后,被救脱险,于是后世就称这种灯笼为孔明灯。现代人放孔明灯多作为祈福之用,一般在元宵节、中秋节等重大节日施放。
孔明灯可大可小,一般为圆柱体或长方体形状。一般的孔明灯是用竹片架成圆球形,形成主体支架。外面以薄白纸密密包围而开口朝下,形成灯罩。底部的支架则以竹削成的篦组成,上面安置火源,可以是蜡烛或固体酒精。
选择晴朗无风的夜晚,先将灯体撑开,将底部的火源点燃,直到双手感到孔明灯有上升之势,即慢慢放开双手,孔明灯便徐徐飞起,上升高度可达 1000m 左右。孔明灯上升的原理与热气球相同,将孔明灯内空气加热,灯内一部分空气就会因空气受热膨胀而从灯罩向下的开口流出,使内部空气密度比外部空气的密度小,因此充满热空气的孔明灯就会上升。
注意事项:孔明灯必须要在无风的天气和空旷的场地上放飞,否则不但不能飞上天,而且可能会引起火灾。请不要在多草多树木的地方、居民区、机场方圆 5 公里范围内、加油站、加气站、高压供电设施设备、通信设施设备等具有火灾、爆炸危险的场所附近燃放孔明灯。放飞时,需要 2-3 人的共同协力, 需有成年人陪同。另外,可以在孔明灯底部拴上线,这样既可以重复放飞,又能控制起飞高度和范围,避免引起火灾。
(1)放飞孔明灯要点燃火源,主要目的是
A.点亮照明以增加节日气氛 B.加热周围空气
C.加热灯内空气 D.增大灯罩的体积
(2)孔明灯在点燃后加速上升的过程中,下列说法正确的是
A.浮力等于重力 B.加速上升是由于孔明灯具有惯性
C.动能转化为重力势能 D.内能转化为机械能
(3)网上有这样一段话:孔明灯受到重力和浮力两个力作用。燃料燃烧,灯内空气温度升高,气体密度减小,导致孔明灯浮力增加。当浮力大于重力时, 孔明灯就会上升。
请你指出其中的错误之处:
(4)请你根据所学的知识说明孔明灯不可能一直上升的原因
火箭
火箭使用的是喷气式发动机。喷气式发动机和内燃式发动机的工作原理不同,它的燃料在燃烧室内燃烧后产生高温、高压的气体,这种气体从尾部以极高的速度喷出,同时产生很大的反作用力推动机身向前运动。由于它不需要像活塞、螺旋桨等那样的传动装置,从而减少了能量的损失,大大提高了机身的飞行速度。
喷气式发动机又分为空气喷气式发动机和火箭喷气式发动机两类。前者本身只携带燃料,因此,飞行高度受到一定的限制,不宜在空气稀薄的高空飞行;后者简称为火箭,它本身带有燃料和氧化剂,不需要依靠外界空气来助燃,因此,飞行高度不受限制。现代火箭使用的燃料多为液体燃料,目前常用的是液态氢。液体燃料火箭主要由燃料箱、氧化剂箱、输送装置、燃烧室和尾部喷口组成,如图19所示。输送系统按时按量把燃料和氧化剂输送到燃烧室中,最初用电火花点燃,产生高温、高压气体,随后继续进入燃烧室的燃料和氧化剂,由于燃烧室的温度已高,从而可以自行燃烧。燃烧产生的气体以很大的速度从喷口喷出,同时对火箭产生强大的反冲推力,使火箭前进。
请回答下列问题:
(1)相比于内燃式发动机,喷气式发动机大大提高了机身的飞行速度,主要的原因是
(2)2004年至今,我国已经在探月工程领域实现了重大突破,探月活动之一就是将卫星输送到近月的预定轨道。将卫星输送到近月轨道所用的是
(3)火箭点火后,尾部向下喷出高温、高压的气体,从而使火箭加速上升。这一阶段,火箭顶部整流罩的机械能
(4)航天工业中的火箭采用液态氢做燃料,这是因为液态氢具有
A.比气态容易燃烧B.密度比较大C.热值比较大D.比热容比较大