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。
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混合动力汽车
通常所说的混合动力汽车,一般是指油电混合动力汽车(如图甲),采用传统的内燃机(柴油机或汽油机)和电动机作为动力源。该混合动力汽车启动时,内燃机不工作,车内蓄电池输出能量:当高速行驶或蓄电池储存电能过低时,内燃机启动,既可以向车轮输出能量,同时又可以向蓄电池充电;当车辆需要全力加速时,内燃机、蓄电池可以同时向车轮输出能量。为了保护蓄电池,当电池使用到剩下最大容量的20%停止供电。
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(1)图乙为该汽车的四冲程内燃机的各冲程的示意图,一个工作循环合理的顺序应为
(2)蓄电池充电时将
(3)行驶过程中轮胎会发热,这个现象的合理解释是
A.是因为发动机将热量传递给了它
B.有时路面温度高,将热量传递给了它
C.车轮与地面摩擦,通过做功增加了它的内能
D.以上说法都不正确
(4)在某次出行的过程中,在水平道路上匀速行驶170km,共消耗汽油10L,水平道路的平均阻力为1000N,若该汽车内燃机的效率为53%,则此过程中牵引力所做的功为多少?最终使蓄电池增加的电能为多少?
(5)汽车有如图丙所示的电路,其中上端带有金属细杆的金属滑块M与两侧金属弹簧相连接并接入电路,金属滑块M与弹簧套在光滑绝缘的水平细杆上,当汽车静止时,滑块M上的金属细杆与红绿灯一端的触头(图中箭头)都不接触,当汽车急刹时,哪一盏灯先亮?
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
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(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.
2019年12月17日,我国第一艘国产航母“山东舰”交付海军。据公开资料显示,“山东舰”舰身长315米,舰宽约75米,满载排水量在6万吨左右,至少可以搭载36架歼-15舰载机。航母飞行甲板倾角为
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“山东舰”是典型的常规动力航母,采用了全新的动力组,“山东舰”的燃料储备量达到了13000吨,若以20节航速航行,每天大约消耗1100吨燃料。
如表为歼-15主要参数(
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空重 | ![]() | 空载起飞距离 | ![]() |
正常起飞重量 | ![]() | 满载起飞距离 | ![]() |
最大起飞重量 | ![]() | 发动机 | ![]() |
爬升率 | 325m/s | 正常起飞推力 | ![]() |
最大速度 | 2.4马赫 | 应急起飞最大推力 | ![]() |
(1)若航母正常航行时发动机的功率为
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(2)歼-15空载正常起飞时,从启动到离开飞行甲板的过程中,飞机的动能
(3)航母飞行甲板倾角为
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(4)若你是航母设计师,请你对国产航母提出一条改进意见:
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骄傲,中国航母!
2024年5月1日上午8时许,我国第三艘航空母舰福建舰从上海江南造船厂码头解缆启航,赴相关海域开展首次航行试验。福建舰是我国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰,全长320m、宽78m,采用平直通长飞行甲板,配置电磁弹射和阻拦装置,满载排水量8万余吨。从辽宁舰到山东舰,再到福建舰,人民海军航母建设实现了从无到有、从改装到国产、从滑跃到弹射的升级跨越,创造了令人瞩目的“中国速度”。(如图所示为中国海军三航母)中国的航母发展历程是一部充满波折和辉煌的历史,也是一部展现中国海军实力和信心的故事。舰艏行处是长城,中国航母“三舰客”作为海上和平使者,守卫着我们的岁月静好。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)电磁弹射技术的优点是
(2)请估算福建舰满载时排开海水的体积;
(3)某同学对福建舰非常感兴趣,他通过查阅资料了解了一些福建舰电磁弹射和蒸汽弹射的性能数据如下表所示(其中能量1MJ=106J)。请你估算该电磁弹射器将飞机弹出时,飞机获得的动能最大值。
比较项目 | 电磁弹射器 | 蒸汽弹射器 |
最大弹射能量/MJ | 122 | |
能量效率/% | 60 |
2021年5月15日清晨4时许,我国“天问一号”着陆器(如图1甲)进入火星大气层,经过约9分钟的减速、悬停和缓冲,成功着落于火星,迈出了我国星际探测的重要一步。
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着陆器刚进入大气层时,会迅速调整自己的姿势,使自身的运动方向、质心和压心处于一条直线上,以保持相对稳定的姿态下降,此时运动方向与轴线方向并不在同一直线上。下降一段时间后,当着陆器速度减小90%左右时,着陆器伸出“小翅膀”,通过向下压火星大气产生的反作用力,将其运动方向与轴线方向的夹角调整到0°,为安全打开降落伞摆正姿势。如图1乙所示,降落伞打开后减速到一定程度,先抛弃隔热大底,后抛弃背罩,让火星车和着陆平台(如图1丙)露出真容。随后,着陆平台打开发动机,通过向下喷燃气实现进一步减速,在距离火星地面100m高度处速度减为零,进入悬停状态。此后平稳着陆。
(1)着陆器伸出“小翅膀”后,受到向上推力的施力物体是
(2)从悬停到成功降落火星地面前,火星车的动能变化情况是
A.增大→不变→减小 B.增大→减小→不变
C.不变→增大→减小 D.减小→增大→不变
(3)图2中,能反映着陆器刚进入大气层时维持相对稳定姿态下降的是
(4)已知降落伞下降过程所受气体阻力大小与速度大小成正比,比例系数在火星和地球上分别为k1和k2。降落伞达到最小速度时,其所受的气体阻力与着陆器重力大小相等。若同一个降落伞在火星表面和地球表面下降能达到的最小速度分别为v1和v2,同一物体在火星表面受到的“重力”与地球上的重力之比为2∶5,则k1∶k2为
A.
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气动加热
物体与空气或其他气体做高速的相对运动时所产生的高温气体对物体的传热过程,全称是空气动力加热。高速气流流过物体时,由于气流与物面的强烈摩擦,使边界层内气流温度上升,并对物体加热。在高超声速飞行中,飞行器周围的空气因受剧烈压缩而出现高温,是气动加热的主要热源。气动加热会使飞行器结构的刚度下降,强度减弱,并产生热应力、热应变和材料烧灼等现象,同时引起飞行器内部温度升高,使舱内工作环境恶化。这种因气动加热造成的飞行器结构在设计和材料制造工艺上的困难,被称为“热障”。因此,气动加热是超声速流动和高超声速流动研究和飞行器热防护设计中必须考虑的问题。
(1)一般认为飞行器在
(2)当战斗机的飞行速度达到高音速时,气流与飞机强烈摩擦,使边界层内气流温度上升,从而使飞机头部温度升高,飞机的
(3)嫦娥五号返回器返回地球时,速度接近11.2km/h(9倍音速),前端温度可达10000℃,它的主要热源是
超导体的发现
导体虽然能够导电,但都具有一定的电阻,而有一类导体的电阻为零,我们称之为超导体。因为没有电阻,所以电流通过超导体不会产热,电能损失很小,具有很大的应用前景。1911年,荷兰科学家昂内斯研究低温下各种金属电阻变化时,首先在水银中发现了超导现象,他通过灵敏的电压表测量样品,发现水银的电阻在4.2K的温度左右陡然下降到零,灵敏的电压表没有示数就可以判定所测量的导体电阻为零吗?会不会存在一种可能是导体的电阻太小,测量工具精度不够而无法测出呢?这当然是可能的,这个问题也无法只通过升级更精密的测量工具来解决。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/5/24/2986166214213632/2986253630201856/STEM/05fae62d-0832-416b-a500-f8e0c19822a9.png?resizew=183)
为了解决这个难题,昂内斯团队通过不懈努力,终于设计出了一套能够精确验证超导体电阻是否为零的装置:将一根磁针放置在装置中间,磁针静止时两极分别指向南北方向,在磁针的正西方不远处放置超导体制成的线圈,在磁针正东方相同距离放置一个和超导体线圈相同的铜线圈,如图所示。实验时,用永磁体在超导体线圈中感应出电流,将永磁体移出后,在铜线圈中通入相同的恒定电流,然后观察磁针是否发生偏转。
如果超导体电阻确实为零,则超导线圈中的电流不会随时间衰减,磁针两侧的线圈中的电流均不变,所产生的磁场也不会发生变化,因此磁针也不会发生偏转。昂内斯团队经过几个小时的观察,磁针指向确实完全没有任何变化。
通过这个巧妙的实验,昂内斯团队严格的证实了超导体的电阻确实为零。由于对低温物理所作出的突出贡献,卡末林·昂内斯被授予1913年的诺贝尔物理学奖。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)在实验中,能够使超导线圈中产生电流的原理是
A.通电导体周围存在磁场 B.通电导体在磁场中 C.电磁感应
(2)物理实验中,常常将不易测量(或观察)的物理量(或现象)转换为其他物理量(或现象)进行观测。昂内斯团队的实验将“超导体电阻的变化情况”经过多次转换最终转换为“小磁针的偏转情况”。请将该转换过程中,所涉及到的相关变化关系补充完整:
①超导体的电阻变化→②
(3)超导体具有很大的应用前景,请你列举一实例。
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。
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图甲为一种常见的电磁炉,图乙是原理示意图。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)电磁炉在使用时,锅底内能增大是通过
(4)为了防止石英玻璃灶面温度过高,将一个耐高温的陶瓷支架垫在电磁炉的灶面上,将锅放在支架上,这样电磁炉
(5)电磁炉工作过程中没有运用的工作原理是
A.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/6/21/3006268228632576/3008142145241088/STEM/4f4c1c7b73c4435980c8ffcaafaa51e1.png?resizew=123)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/6/21/3006268228632576/3008142145241088/STEM/49b28d23eea046cbb902d450bf6a80f1.png?resizew=158)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/6/21/3006268228632576/3008142145241088/STEM/f4524621e2ac4d71831f0846a363f868.png?resizew=146)
(6)若电路中只让电磁炉(铭牌如图丙所示)单独工作5 min,所在电路的电能表(相关参数如图丁所示)的转盘转了500转,则电磁炉消耗的电能为
环保混合动力汽车
我国自主研制生产的一种环保混合动力汽车,启动时,内然机并不工作,蓄电池通过某种方式向车轮输送能量;当需要高速行驶或蓄电池储存电能过低时,内燃机启动,既可以向车轮输送能量,也可以同时给蓄电池充电;当车辆需要全力加速时,内燃机和蓄电池还可以同时向车轮输送能量。测试人员驾驶该车在平直公路上匀速行驶,观察仪表盘,发现这段时间内汽车内燃机消耗燃油
,车速为
,蓄电池组储存的能量由最大值的
增加到最大值。这种汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示,蓄电池组的部分参数如下表所示。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2021/3/23/2684017744707584/2686077989675008/STEM/6f8d2780-9908-452f-92e1-01be1b2cabe0.png?resizew=435)
输出电压![]() | 300 |
额定功率![]() | 25 |
最大容量![]() | 30 |
质量![]() | 320 |
A.电磁感应现象 B.磁场对电流的作用
C.直线电流周围存在磁场 D.通电螺线管周围存在磁场
(2)测试过程中,完全燃烧这些燃油产生的热量为
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(3)测试过程中,汽车的牵引力所做的功是
(4)内燃机不工作时,这种汽车
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(5)测试过程中汽车的能量转化效率为
为了满足人们对能源不断增长的需要,科学家们设想在空间建立太阳能电站来利用太阳能。这种空间太阳能电站建在地球同步轨道上,其工作过程如图所示。在太阳能收集板上铺设太阳能电池,通过它把太阳能转化成电能,再通过天线将电能以微波的形式发送至地面接收站。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/11/30/36be830a-dc1a-4d97-98b8-8a295783a10d.png?resizew=155)
已知太阳能收集板长10km、宽5km,太阳光在它的表面处每平方米的功率为1.4×103W,太阳能电池的光电转化效率为10%,微波的频率为2.5×109Hz,空间太阳能电站向地面的输电效率可达80%。
(1)太阳发出的具大能量来源于太阳内部的氢原子核发生的
(2)太阳能电站相对于地面接收站是
(3)试计算在输电过程中所使用的微波的波长。
环境中的电磁波
电磁波不依靠介质传播,在真空中的传播速度等于光速。电磁波由低频到高频的频谱依次为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。人眼能够接收到的电磁波称为可见光,太阳光是电磁波的一种可见的辐射形态,各种频率的电磁波在不同领域发挥着巨大的作用,也给人们生活带来了极大的便利,提高了人们的生活质量。
电磁波有广泛的应用:无线电波用于通信等;微波用于微波炉等;红外线用于遥控、热成像仪、红外制导等;可见光是所有生物用来观察事物的基础;紫外线用于医用消毒、验证假钞、测量距离、工程上的探伤等;X射线用于CT照相等。电磁波给人类带来便利的同时,也不可避免地对人造成一些危害。例如:电磁波噪声会干扰电子设备、仪器仪表的正常工作,使信息失误、控制失灵。看电视时遇到的图象抖动和“雪花”现象,是因为受到附近电磁波的干扰。电磁波干扰还可能造成铁路控制信号的失误,也会引起飞机、导弹、人造卫星的失控等等。电磁辐射还直接威胁着人类的健康。微波炉就是利用微波照射食物,将食物加热、烧熟。我们的周围若存在着微波,微波照射身体上,身体也会被微波不断“加热”、“烧煮”。研究结果都表明,人如果长时间受电磁辐射,会出现乏力、记忆力减退等神经衰弱症状,以及心悸、胸闷、视力下降等症状。电磁辐射对人类生存的环境已经构成了的威胁,电磁辐射已经成为一种名副其实的环境污染。
为了控制电磁污染,世界卫生组织和国际辐射防护协会也制定了“环境卫生准则”和有关的电磁辐射强度标准。我国卫生部也发布了“环境电磁波卫生标准”。面对日趋严重的电磁污染,人们应有防护意识,了解一些必要的防护措施,例如:让电磁污染源远离居民稠密区;改进电气设备,减少电磁泄漏;安装电磁屏蔽装置,降低电磁辐射强度等等,来减少环境中的电磁污染。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)电磁波在真空的传播速度为
(2)微波的波长比紫外线的波长
(3)请举出你生活中应用电磁波的实例
(4)请你提出有效防止电磁污染的建议
极紫外光,又称极端紫外线辐射,是指电磁波谱中波长从121纳米到10纳米的电磁辐射。极紫外光刻(Extremeultra-violet),常称作EUV光刻,它以波长为10纳米-14纳米(频率为3×1016Hz-2.14×1016Hz)的极紫外光作为光源的光刻技术。具体为采用波长为13.4nm的紫外线。极紫外线就是指需要通过通电激发紫外线管的K极然后放射出紫外线。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/12/23/110079ba-6ff6-48f3-924e-9541218bd465.png?resizew=404)
(1)如图1所示,灯光照射在Mate60RS非凡大师版本手机上,机身上部比下部暗,机身下部明亮是由于灯光在手机下部发生
(2)如图2所示,静谧空间通话功能所采集的声纹信息主要属于乐音三个特征中的:
(3)天通一号卫星相对地球静止,下图中哪个轨道是天通一号卫星所处轨道
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(4)如图3所示,极紫外光波长越短加工芯片的精度越高(已知:波速=波长×频率,极紫外光的波速为3×108m/s),未来国产光刻机可能使用的波长为12nm极紫外光的频率为: