1 . 阅读以下材料:
锂离子电池
锂离子电池是一种可重复充电电池,相比传统的镍镉、镍氢充电电池,它具有能量密度高、输出功率大、低自放电、无记忆效应和工作温度范围宽等优点,因而充电宝、手机等便携式电子设备几乎都使用锂离子电池。
但是,锂离子电池同时具有易膨胀的缺点,电池过度充电、过热、浸水、保存不当等皆有可能引起膨胀甚至爆炸,所以,各航空公司都严禁旅客携带额定能量超过160Wh的充电宝上飞机。
锂离子电池自身还有其它短板,如:不耐受过放电,使用到极低电量会损伤电池耐久性,使电池寿命加速缩短;不耐受过充电,在达到充满状态后还继续充电,会不可逆地损毁电池性能,甚至可能因能量蓄积而过热爆炸。因此,一般建议“浅充浅放”,即充电不充满、放电不放完,在电量10%—90%的时候进行充电,充满后就拔出来。
作为一种可重复充电电池,大多数锂离子电池充电时采取恒流恒压模式,即:第一阶段以恒定电流充电,电压逐渐变大;第二阶段以恒定电压充电,电流逐渐变小,充电电流小到为零时完全充满。某锂离子电池充电时的电压、电流随电池能量的变化如图甲和图乙所示。
回答以下问题:
(1)以下哪些是锂离子电池的优点:
①能量密度高
②输出功率大
③工作温度范围宽
④易膨胀易爆炸
(2)一个标有“额定能量:20000mAh 3.7V”的充电宝
(3)锂离子电池充电的过程是把电能转化为
(4)根据图甲和图乙回答以下关于该充电过程的问题:
①第一阶段为电池能量从10%充至
②该充电过程的充电功率最大可达
③请在图丙中画出该充电过程中,充电功率随电池能量的变化图像
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1.5×10-2mA/cm2(电流密度的大小表示单位截面面积的电流),因此需要多个设备一起运行才能实现供电。
(1)“空气发电机”电极的材料应选用
(2)图中电压表指针正向偏转,则“空气发电机”的上电极片应为
(3)下列关于“空气发电机”的说法正确的是
A.“空气发电机”主要由微生物地杆菌构成
B.“空气发电机”不可以在室内运行
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
(4)“空气发电机”在发电过程中,将
(5)若让200个薄膜为40cm2的“空气发电机”同时工作,10天产生的电能供给标有“2.5V 0.72W”的小灯泡工作,可供
充电宝
充电宝给人们生活带来了极大的方便。目前,市面上充电宝的电芯有两种:普通锂电芯和高级锂聚合物电芯。高级锂聚合物电芯比普通锂电芯安全系数高。给充电宝充电时,电芯中的化学物质发生化学反应;供电时,电芯中的化学物质再通过逆向化学反应给手机等设备提供电能。
标称容量Q和额定能量E额是衡量充电宝性能的两个重要参数。充电宝的标称容量一般用mAh作为单位,一根普通锂电芯标称容量为3000mAh,表示该电芯若以3000mA电流输出时,可以连续工作1h。额定能量是额定电压与标称容量的乘积,其单位为Wh,例如额定电压为5V,标称容量为3000mAh的普通锂电芯,其额定能量为15Wh。
为了保护电芯,充电宝内有降压电路和保护电路。如图所示,充电时,降压电路将5.0V~6.0V之间的输入电压(U入)降到4.2V的额定电压(U1)给电芯充电。当输入电压不在5.0V~6.0V范围内,保护电路便会使降压电路停止工作。由于在供电过程中能量还存在着诸多的损耗,如充电宝在供电过程会有发热的现象、自身的电路中指示灯或显示屏工作等等,充电宝实际输出的能量总是小于其额定能量,我们把实际输出的能量与额定能量之比,称为充电宝的转换效率η。
(1)目前市面上两种电芯中安全性相对较高的是
(2)根据文中信息,可以知道保护电路相当于电路中的
A.用电器 B.电源 C.开关 D.导线
(3)充电宝对手机供电时,充电宝
A.相当于用电器,将化学能转化为电能
B.相当于电源,将化学能转化为电能
C.相当于用电器,将电能转化为化学能
D.相当于电源,将电能转化为化学能
(4)我国民航规定,严禁携带额定能量超过160Wh的充电宝,根据这个规定判断:小明携带额定电压为5V的充电宝,其标称容量最大为
(5)若某充电宝的额定电压和实际输出的能量一定,标称容量Q和转换效率η之间的关系图像正确的是
A. B. C. D.
型号 | 自重 | 最大载货量 | 蓄电池电压 | 蓄电池容量 | 提升电机额定电压/额定功率 | 进退电机额定电压/额定功率 | 电机效率 |
PTE20x | 0.4t | 2t | 30V | 100Ah | 36V/800W | 36V/900W | 80% |
(1)搬运车在提升重物过程中主要将电能转化为
(2)下列关于对搬运车的蓄电池的说法正确的是
A.蓄电池充足电一次,储存能量约1.296×107J
B.蓄电池组充电时,化学能转化为电能
C.蓄电池放电的过程中,蓄电池相当于用电器
D.蓄电池组是由若干节蓄电池并联组成的
(3)利用搬运车将103kg的货物放至货架,闭合开关S1,货物向上匀速竖直提升20s,则货物被提升了
(4)搬运车上有显示所载货物质量的仪表,其电路如图丙所示,电源电压24V,电流表(0~0.6A),滑动变阻器R2(60Ω 1A),压敏电阻R1的阻值与所受压力F的关系如图丁所示,压力越大,电阻R1的阻值越
5 . “天路”上的热棒技术
被称为“天路”的青藏铁路,在修建时遇到的最大问题就是多年冻土对路基的影响,青藏高原多年冻土的年平均气温约为-3.5°~-2℃,夏天气温上升,冻土层中的冰就要熔化,使路基硬度减弱。火车的重压会使路基及铁轨亚重变形,而冬天温度降低。冻土层的水结冰上面的路基和钢轨就会鼓起来,冻土层反复冻融及冬季不完全冻结,严重危及铁路路基,火车极易脱轨。因此,为了使冻土层保持稳定,工程建设者们有许多发明创造,其中有项技术叫“热棒”。
在冻土区,路基两旁插有一排排碗口粗细、看上去像护栏的金属棒,如图甲所示,这就是“热棒”。它们的间隔为2m,高出路面2m,插入路基下5m。棒体是封闭中空的,里面灌有液态的氨,外表顶端有散热片。图乙是热棒的工作原理图。我们知道,酒精比水更容易变成气体,而液态氨变成气体比酒精还要容易。当棒的下方一端受热时,里面的液态氨会吸热而变成气态氨,在管内压力差的作用下,蒸气上升至冷凝段,与较冷的冷凝器管壁接触,放出热量,再通过冷凝器的散热片将热量传递到空气中。同时蒸气物质遇冷冷凝成液体,在重力的作用下,液体沿管壁回流到下方一端,再蒸发。如此循环往复。正是液态氨在“热棒”中默默无闻地工作,使它成了保持路基冻土的“冰箱”。
(1)当它的下方一端受热时,里面的液态氨会变成气态氨,气态氨跑到上方一端时会变成液体需要
A. 吸热 B. 放热
(2)“热棒”能够保持路基冻土,是因为液态氨具有
A. 沸点高 B. 沸点低
(3)下列说法正确的是
A. 热棒工作时,氨从气态到液态是通过压缩体积的方法实现的
B. 散热片的作用是提高气态氨的吸热效果
C. 热棒工作时,上端发生的物态变化是液化
D. 冻土中的水结冰时体积要收缩
(4)热棒工作时,地面空气温度
A.低于 B.等于 C.高于
(5)热棒具有独特的单向传热性能:热量只能
A.向上 B.向下
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,P1=1000W/m2,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 | 1000W/m2 |
最大限制风速 | 12m/s | 光电转化效率 | 20% |
①水能
②煤、石油、天然气
③风能
④地热能
(2)太阳能属于
(3)发电机是根据
(4)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,风速为
(5)某一家庭年耗电1500kW•h,如果家用电器全部改用太阳能电池供电,假定按1年200天,每天5h光照计算,同时配有高效蓄电池,则要在屋顶安装的太阳能电池板面积至少是
冬奥会上的“中国智慧”
2022年2月4日至20日第24届冬奥会在中国北京成功举办,本届冬奥会以绿色、科技、自主、创新等特色凸显了“中国智慧”。在新能源材料方面,我国自主开发出的硫化镉发电玻璃,不仅具有建筑材料的特性,而且能够发电,有弱光性能好、抗衰减等特点,是适用于光伏建筑一体化的新型绿色环保建筑材料。“发电玻璃”之所以能发电是因为在玻璃表面,涂抹了一层硫化镉,具有了光电转化的功能。在智慧场馆方面,国家体育馆启用了地磁导航、电子围栏,实现场馆室内高精度导航。其中,地磁导航是一种无源自主导航技术,由于地球上任意一点,都有唯一的磁场大小和方向与之对应,并且与该点的三维地理坐标相匹配,通过不同地域的地球磁场数据确定位置,使它具有“向导”功能。地磁导航不像卫星导航那样需要依赖外界设备传输电磁信号,具有较强的抗干扰和生存能力。借助这一服务系统,观众可自主导航找到座位;而管理人员也可实时获取场馆内人员位置信息。
如图甲是北京2022年冬奥会的吉祥物和火炬,火炬的名称叫做“飞扬”。该火炬外壳由碳纤维复合材料制造而成,不仅具有“轻、固、美”的特点,而且在1000℃的温度下不会起泡、开裂。在2022北京冬奥会开幕式上,400名演员挥动发光杆,发光杆一会发出绿光代表绿草,随后又发出白光组成蒲公英(如图乙)。
(1)硫化镉发电玻璃实现了
(2)地磁导航
(3)以下特性与北京冬奥会火炬所用材料无关的是
A.密度小 B.硬度大 C.耐高温 D.导电性好
(4)据悉,冬奥会开幕式上演员挥动的发光杆上有两个开关:一个是总开关,另一个用来控制发出白光和绿光。下面哪个电路设计最能实现这一效果
A. B.
C. D.
(5)冰壶比赛是在水平冰面进行的冬奥会比赛项目,它体现了冰上运动的动静之美,受人关注,如下图所示,质量为20kg,静止在出发点A的冰壶被运动员用水平向前的推力推着运动6m后,在B点被推出,沿冰道运动30m到O点停下来。若运动员对冰壶的推力是12N,从A点到O点运动过程中,冰壶受到冰面的摩擦力为
(1)小球从a点到c点的过程中,小球动能变化情况是
(2)当橡皮筋弹性势能最大时,小球处于
(3)实验中所用小球的重力为
人体摄入的能量(营养师常称之为热量)过多或过少,都有损于健康。对于正在长身体的初中学生,每天应该摄入多少能量?应该如何调整饮食?查阅资料、进行调查,写一篇科学报告,并与同学交流。
A.能量守恒定律只适用于能量的转化过程 |
B.给手机充电时是将电能转化为化学能 |
C.“摩擦生热”是创造了热,它不符合能量守恒定律 |
D.由于能的转化过程符合能量守恒定律,所以不会发生能源危机 |