神舟五号﹣﹣﹣﹣我们的飞天梦
10月15日9时,随着火箭发动机的轰鸣,长征二号F运载火箭将我国第一艘载人航天飞船“神舟五号”送入太空,实现了中华民族五千年的飞天梦.见图所示的资料库﹣﹣﹣﹣火箭发动机,它是喷气发动机的一种,自带烯料和氧化剂,它工作时不需要空气,可以在大气层外工作.点火时,燃料和氧化剂在烯烧室混合燃烧,向后喷出强大的气液,同时气体对火箭产生一个向前的反作用力,从而推动火箭前进.长征二号F火箭的发动机是一种二级火箭发动机.
请回答下列问题:
(1)长征二号F火箭:它的发动机工作时将内能转化为
(2)飞船上的太阳能电池翼是为飞船提供能源的装置,它的作用是将太阳能转化为
(3)返回大气层:这时飞船与大气层发生剧烈摩擦,变成一个火球,将
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火星,太阳系八大行星之一,其直径约为地球的53%,质量约为地球的14%,火星地表大气压强约为。在火星上物体的重力与质量的比值为地球表面的40%(地球地表上的取)。
2020年7月,我国发射了首个火星探测器“天问一号”。它搭载长征五号火箭发射升空,经过几个月长途旅行,终于到达与地球的实时距离约的火星附近,并成功切入环绕火星轨道。
2021年5月15日,质量为的“祝融号”在降落伞的帮助下,着陆器的降落速度逐渐减小到;当着陆器的降落速度降至之后,反推发动机开始工作【推力方向和主发动机(正推发动机)推力方向相反】,使得着陆器速度继续减小;在距离火星时,着陆器进入悬停状态,完成避障和缓速下降后,着陆器在缓冲结构的保护下,成功着陆。这代表我国在太空科技领域前进了一大步。
(1)反推发动机开始工作,使得着陆器速度减小,利用的原理是
(2)若在火星地表做托里拆利实验,则水银柱高度h约为
(3)“祝融号”到火星后,其重力为
(4)某物体分别在地球和火星表面以的初速度在相同的水平面上滑行,在地球上滑行的距离会比火星上
冰刀与熔点
如图甲所示,冰刀是冰上运动的核心装备之一。同学们都知道,冰刀的刀刃是比较锋利的,甚至说是比较危险的。那么问题来了,既然危险,为什么要把冰刀做得这么锋利呢?
简单来说,冰刀设计得很薄,首先是为了蹬冰启动、加速时获得抓地力。毕竟刀刃是嵌入冰里的,蹬冰时可以提供一个垂直于冰刀的作用力。
除此之外,还有一个重要的原因是:增大对冰面的压强从而降低冰的熔点,使接触面的冰熔化成水膜从而减小摩擦。就像为了减小机械之间的摩擦,工业上通常会在机械组件间加润滑油。再比如,刚被湿拖把清扫过的地面非常滑,也是因为类似的原理。
冰的表面,比大多数的物体表面都要光滑,但是对于滑冰而言还不够,如果能在冰的表面洒一层水,其摩擦系数会进一步减小。但现在存在一个问题,如果真的在低温冰面上洒水,水也会很快凝固。那怎么办呢?这就要利用冰的熔点与压强的关系了,对于冰这种晶体来讲,熔化时体积是变小的,在压强比较大的时候,更倾向变为体积更小的液态,即其熔点会降低。这一点,可以从水的三相图中得到答案,如图乙所示。
所以冰刀之所以做得锋利,是为了增大其与冰面的压强,接触部分的冰熔点降低会迅速熔化,从而起到润滑作用。划过的冰面,因为冰刀对冰面压强的消失熔点回升,熔化后的水又迅速结冰了,这就是复冰现象。你想过没有,原本松软的雪,为什么捏一下就可以变成硬的雪球?是不是也是一样的道理呢。
请通过阅读以上文字,回答以下问题:
(1)冰刀是通过
(2)运动员踩着冰刀用力向后蹬冰,便会在冰上不断加速,在这个过程中,用到的物理知识有
死亡谷泥浆戈壁上有许多会自行移动的石头,右图所示。这些会移动的石头大小不一,移动的路线有的笔直,有的曲折,有的甚至能转弯。
为什么石头会自己移动?有人提出石头移动是因为冰融化后造成的滑动现象,但根据相关知识可知,石头的移动不是因为冰融化而造成的。因为如果是冰融化使石头移动,就应该会有两块以上的石头向同一个方向做平行的移动,然而在死亡谷却找不到平行的石头轨迹。又有科学家认定石头的移动是风雨的作用,但经过实地测量,也推翻了这个结论。因为要移动任何一颗不怎么大的石头都需要至少时速是500英里的风速,但是在地球上根本就没有任何地方能产生这么大的风速。那么,为什么石头会自己移动?
科学家将GPS设备安置在了石头上并进行观测。他们经过观测60块石头的移动轨迹后发现,在严寒的冬季里,岩石被薄冰包裹,而在正午的大太阳下,寒冰开始融化,在风的吹动下,浮在冰水之上的岩石就会缓缓前进,如同自己“行走”一样。
(1)石头移动不是因为冰融化后造成的滑动现象,原因是
(2)风速慢时不能推动石头,风对石头施加的力
(3)石头“行走”是由于在正午太阳下,部分寒冰融化成水,
嫦娥四号探测器
嫦娥四号探测器由着陆器与巡视器组成,巡视器被命名为“玉兔二号”.作为世界首个在月球背面软着陆和巡视探测的航天器,其主要任务是着陆月球表面,继续更深层次更加全面地科学探测月球地质、资源等方面的信息,完善月球的档案资料.
为什么我们总看不到月球背面呢?月球围绕地球公转的同时也在自转,地球和月球之间存在相互作用的引力,并且月球背向地球的半球离地球远,受到地球的引力小.如果月球自转周期与绕地球公转周期不相等,那么月球上同一部分与地球距离会发生变化,使其所受地球引力发生变化.这导致月球不同岩石之间产生摩擦,逐渐减慢自转的速度,最终使得月球自转与绕地球公转的周期相同,即月球被地球引力“潮汐锁定”.由于“潮汐锁定”,使得月球自转的周期等于它绕地球公转的周期,因此总是同一面朝向地球.
为了解决探测器到达月球背面后没有信号的问题,2018年5月21日,科学家把一颗叫“鹊桥”的中继卫星放在了地球和月球连线外侧的“拉格朗日点”(L2)上,在这个点上,中继卫星在地球和月球共同的引力作用下围绕地球运动,且始终悬停在月球背面的上空.这颗卫星负责地球与着陆器、月球车的通讯,为我们传回嫦娥四号的观测数据,有了这颗卫星做通讯保障,探测器才敢在月球背面着陆,这也是人类首次.
2018年12月8日,嫦娥四号探测器在西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭成功发射入轨,之后经过地月转移、近月制动、环月飞行、降轨,最后着陆月球.
2019年1月3日,10时15分,嫦娥四号迎来制动时刻,7500牛发动机开机,动力下降开始;10时21分,降落相机开机,开始抓拍落月全过程;10时25分,嫦娥四号转入悬停模式,随着现场工作人员一声令下,嫦娥四号探测器从距离月面15公里处开始实施动力下降,探测器的速度逐步从相对月球1.7公里每秒降为零.经历了近700秒的落月过程,嫦娥四号探测器成功在月球背面南极﹣艾特肯盆地冯•卡门撞击坑的预选区着陆.
2019年1月11日,嫦娥四号着陆器与玉兔二号巡视器完成两器互拍,达到工程既定目标,标志着嫦娥四号任务圆满成功.
嫦娥四号采取新的能源供给方式﹣﹣同位素温差发电与热电综合利用技术结合,也就是两面太阳翼收集的太阳能和月球车上的同位素热源两种能源供给.据科学家介绍,“嫦娥四号”主要还是太阳能板供电,使用的核电源功率还比较小,仅2瓦,与电脑上的USB接口供电能力差不多,仅在月夜采集温度的时候采用.
(1)为了更直观地说明为什么我们总看不到月球的背面,可以构建月球绕地球运行过程的动态模型,构建这个模型应抓住的关键是
(2)绕月运动时的嫦娥四号探测器受到的是
(3)月球上没有空气,不能使用降落伞降落,只能使用反推力火箭产生的阻力实现探测器软着陆,这说明力能改变物体的
(4)嫦娥四号着陆器与玉兔二号巡视器上装有摄像机和照相机,摄像机和照相机的镜头相当于
(5)嫦娥四号探测器到达月球表面后,展开太阳能电池帆板,对着太阳方向,太阳能帆板供电时,将
风光互补路灯系统同时安装了风力发电机和太阳能电池板,有风时通过风力发电机发电,有阳光时通过太阳能电池板发电,并将电能储存至蓄电池中,供路灯照明使用蓄电池充满电后不再充电,使用时放电至余留20%停止电能输出,可使蓄电池使用寿命更为长久.
如表为某型号风光互补路灯系统的部分技术参数,其中光电转化效率是指太阳能电池扳将光能转化为电能的效率,蓄电池容量是指蓄电池放电电流与放电总时间的乘积,最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的输出功率.
风力发电机 | 太阳能电池板 | 蓄电池 | |||
最小启动风速 | 1.0m/s | 电池板的面积 | 0.5m2 | 蓄电池容量 | 150mA•h |
最小充电风速 | 2.0m/s | 光电转化效率 | 16% | 额定电压 | 12V |
最大限制风速 | 12.0m/s | ||||
最大输出功率 | 400W |
(1)能源的种类繁多,人们从不同角度对能源进行分类太阳能和风能都属于
A.二次能源 B.可再生能源 C.常规能源 D.非清洁能源
(2)风力发电机是根据
(3)当太阳光照射到电池板表面处每平方米的功率为1000W时,太阳能电池板的输出功率为
(4)已知风力发电机的输出功率P与风速v的三次方成正比,若风力发电机的输出功率为50W,此时风速为
(5)充满电的蓄电池以额定电压对外供电,输出功率为100W时.为使蓄电池的使用寿命更为长久,持续供电的时间不能超过
(6)某城市一道路的路灯采用该型号风光互补路灯照明,已知路灯的规格为“12V70W”,路灯共1000盏,每天正常工作10h,则一天消耗的电能为
随着我国人民生活水平的提高,汽车已进入普通百姓家庭。但使用传统燃料的汽车的大量使用又加重了环境污染,因此,“节能减排”已引起全球的关注。如何减少能耗越来越受到人们的重视,最近小明同学家买了一辆崭新的电动汽车,相关参数配置如表所示。
(1)如图1,直流充电桩给电动汽车充电时将电能转化为
(2)若汽车以24kW的恒定功率启动做直线运动,运动过程中受到的阻力不变,运动的速度v与时间t的关系如图2所示,则在0-15s时间内,汽车电动机做多少焦耳的功?
(3)如图3所示,是上汽集团自主研发的“叶子”概念车,是“会呼吸”的小型低碳化未来汽车。车顶部的巨型叶子实际上是一个高效光电转换器,车轮的轮毂其实是四个风力发电机,它们可以把捕捉到的光能和风能转化为化学能,充入自身电池储存起来.同时,它还能将光电转换中排放的高浓度二氧化碳转化为电能并供车内照明,或转化为车内的空调制冷剂,不但是“零排放”,还实现了“负排放”。与传统汽车相比,叶子车的优点是
2013年5月1日2时34分,无动力飞行大师杨龙用两分钟的时间,依靠无动力三角翼从湘江东岸滑翔至西岸.杨龙飞的起飞点在湘江边某高楼50层楼楼顶,起飞高度仅有200米.准备工作就绪后,在起跳环节,只见杨龙飞带着一副无动力三角翼,通过一阵急促的助跑动作后,从起飞平台一跃而起,于是他整个人向前跨出楼顶平台.刚开始,我们看到杨龙飞在空中快速下坠,好惊险!专家分析,如果挑战者不能快速精准寻找气流支撑,以保持一定高度滑翔,就极有可能一头栽下直至坠毁.说时迟,那时快,只见杨龙迅速调整姿态和角度,3秒后,就像鸟儿一样在天空滑翔起来.他感觉风呼呼的从脸庞刮过,倍感凉爽,美丽的山水洲城景色从眼下快速掠过.挑战成功!杨龙飞成为全球城市高空无动力飞行第一人,现场观众纷纷为他欢呼,声音响彻湘江沿岸…
(1)按要求填写表中空白
物理现象(摘取原文) | 物理知识 | |
① | 杨龙飞在空中快速下坠 | |
② | | 利用惯性 |
示例:问题:杨龙飞看见景色从眼下掠过,是以什么作为参照物?
答案:自己.
热电偶
把两种不同材料的导线(如铁线和铜线)组成如图所示的闭合回路,当AB 两端存在温度差时,回路中就会有电流通过,这就是塞贝克效应,这种电路叫热电偶.实验表明:热电偶电路中电流的大小跟相互连接的两种金属丝的材料有关;跟接点A和B 间的温度差的大小有关,温度差越大,回路电流越大.
请回答下列问题:
(1)如图所示.① 其它条件不变,只将铁丝换成铜丝,电路电流
(2)这样的热电偶实际上是一个电源,它的电能是由
(3)热电偶电路可以把温度信号换成
为保护地球家园,我国将努力争取2060年前实现碳中和。为了降低化石能源占比,我国目前正大力开发利用太阳能、风能、核能等新能源,风光互补发电项目正大规模推进。风光互补发电系统由太阳能发电板、风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成。
下表为某型号风光互补路灯系统的部分技术参数,其中风力发电的最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的输出功率;光照功率P1是指太阳光照射到电池板表面处每平方米的辐射功率,,光电转化效率是指太阳能电池板将光能转化为电能的效率。
风力发电参数 | 太阳能发电参数 | ||
最大输出电功率 | 400W | 光照功率 | |
最大限制风速 | 12m/s | 光电转化效率 | 20% |
(2)若风力发电时功率与风速的平方成正比,则当输出功率为25W时,则此时的风速为
(3)若太阳能板的面积为2m2,,则利用太阳能板发电5h相当于
(4)太阳能电池还可以给电动车提供电能。某电动车的动力由电动机提供,电动机的转换效率是指所输出的机械能与电源提供的电能之比。在转换效率η一定时,其耗电功率与转速n的立方成正比,系数为k1,而行驶速度与电机转速n成正比,系数为k2,当电动车匀速直线行驶时,所受阻力f与电动机转速n的关系是f=
能源的开发和环境保护
在日常生活和各种生产活动中都要消耗能量.煤、石油、天然气等物质都能够提供可利用的能量,空气的流动、水的流动也能够提供可利用的能量,平时说的“能源”,指的就是这些能够提供可利用的能量的物质.
近二三百年以来,人类相继发明了蒸汽机、内燃机、电动机等动力机械,使生产力得到了飞速发展.但是,能源的消耗也急剧增长.研究人员估计,按照目前的石油开采速度,地球上储藏的石油将在几十年内全部采完;煤的储量较多一些,但也将在二百多年时间内采完.可以想象,如果没有了石油和煤炭,汽车、飞机、轮船和铁路上的内燃机车都不能开动,火力发电厂将停止发电,人类的社会生活将会瘫痪.
大量消耗石油和煤炭还带来了环境污染问题.燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量,由此产生了“温室效应”.
煤炭中常常含有较多的硫,燃烧时形成的二氧化硫等物质会使雨水的酸度升高,形成“酸雨”,腐蚀建筑物,使土壤酸化.
(1)从文章中可以找出哪些常用的能源?
(2)化石能源的过度开采会造成哪些危害?请列举一例.
(3)化石能源的使用对环境有什么影响?
IGCC发电
天津IGCC电站是世界第六座、中国第一座投入商业运行的电站。兼具绿色发展、火电优化、科技创新3大特征,是我国清洁煤技术领域的一座里程碑工程。
IGCC发电(整体煤气化联合循环发电系统),是把煤气化和燃气—蒸汽联合循环发电有机集成的一种洁净煤发电技术。在IGCC系统中,煤经过气化产生合成煤气(主要成分为CO、H2),经除尘、水洗、脱硫等净化处理后,净煤气进入燃气轮机燃烧驱动燃气轮机发电,燃机的高温排气在余热锅炉中产生蒸汽,驱动汽轮机发电(如图所示)。
在IGCC系统中,通过煤气净化,煤炭燃烧产生的硫化物、氮化物、粉煤灰等都可以得到回收利用,使之成为现有发电技术减排二氧化碳温室气体最可行、最经济的方法,为规模化、经济化减排二氧化碳创造了条件。
与同等规模的火电厂相比,IGCC电厂用于冷却用途的水量减少33%。这是由于IGCC电厂生产的约电力都来自燃气轮机,来自汽轮发电机,而汽轮发电机才需要冷却水。因此,IGCC技术被认为是突破煤电发展瓶颈的重要技术途径。
(1)IGCC发电是通过燃气轮机和蒸汽轮机把煤的化学能转化为燃气和蒸汽的
(2)因为水的
(3)请写出一条利用IGCC发电的好处
开采可燃冰有望再提速
可燃冰即天然气水合物,是天然气和水在高压、低温条件下形成的类冰状结晶物质。天然气水合物具有燃烧值高、污染小、储量大等特点,多呈白色或浅灰色,外观类似冰雪可以像酒精块一样被点燃,故得名“可燃冰”。可燃冰像一个天然气的“压缩包”,1立方米的可燃冰分解后可释放出约160立方米以上的天然气和0.8立方米的水,而且它的燃烧不会释放出粉尘、硫氧化物、氮氧化物等环境污染物,所以被誉为21世纪理想的清洁能源之一。
20年,我国海域可燃冰第2轮试采取得圆满成功。经过前期的理论研究和实验,这次试采创新利用水平井钻采技术,使用了多种自主研发的技术设备,有效提高了产气规模、开采效率。本次试采从各个环节保护监测,确保海洋环境安全。一方面,形成了覆盖全过程的环境保护技术,包括压力调控、钻井安全、流动保证等技术,应用到了试采的各个环节,确保了地层的稳定和环境安全。另一方面,构建了大气、水体、海底、井下一体的环境监测体系。从探索性试采到试验性试采,我国的可燃冰产业化进程向前迈进了关键一步,之后将继续加强资源勘查,推动科技进步,保护海洋生态,让这一高效清洁能源,早日服务经济社会发展。
(1)可燃冰具有的特点有
(2)第2轮试采创新利用
(3)已知完全燃烧1m3可燃冰释放出的能量与完全燃烧164m3天然气相当,则可燃冰的热值为