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专题四　综合能力题
一、短文阅读题
1. 阅读材料，回答问题．
风力发电
　第1题图
　　风能是一种清洁的可再生能源，利用风力发电将助力我国实现碳中和目标，风力发电机组主要由叶片、齿轮箱、发电机等组成，其简化结构如图甲所示，叶片横截面的设计原理如图乙所示，一面较平，另一面较弯曲．叶片在风的作用下旋转，经过齿轮箱增速后，发电机转子高速旋转发电．
某风力发电机组利用齿轮箱可实现叶片转1圈，发电机转子转20圈．风力发电机组输出功率P与风速v关系如图丙所示，在5 m/s≤v≤10 m/s的范围内，P与v的三次方成正比．风力发电机组所在风场某段时间内的风速v与时间t的关系如图丁所示．（为方便计算，图丙和图丁数据已作简化处理．）
第1题图
（1）完成下列风力发电的主要能量转化流程图：
（2）当风正面垂直吹向静止叶片时，如图乙所示，从正面看，叶片A会　　　　（选填“顺时针”或“逆时针”）转动．
（3）当风速为12 m/s时，风力发电机组工作1 h输出的电能相当于　　　　kg的煤完全燃烧放出的热量．（q煤＝3.0×107 J/kg）
（4）当风速为13 m/s时，发电机转子1 min转400圈．若发电机输出电能1 kW·h，叶片需要转动　　　　圈．
（5）若14：00—15：00和15：00—16：00两段时间内输出电能之比为1∶3，则14：00—20：00的时间段内风力发电机组的输出电能为　　　　kW·h.
2. 阅读下列短文，回答问题．
直流充电桩
直流充电桩是一种为电动汽车补给能量的装置，如图甲所示，它能够将电网中的交流电转化为直流电，再将电能充入汽车动力电池（以下简称电池），通常，直流充电桩比交流充电桩的充电电压更高、电流更大，因而可实现快速充电．
第2题图
　充电电压（V）) (充电电流（A） 充电时长（min） 充电度数（kW·h） 充电费用（元）
400 45 24.0 28.80
设电池当前储能占充满状态储能的百分比为D.充电时，充电桩的充电功率P会随着电池的D的变化而变化，同时用户还可以通过充电桩显示屏了解充电过程中的其他相关信息．
现实际测试一个直流充电桩对某辆电动汽车的充电性能．假定测试中充电柱输出的电能全部转化为电池的储能．充电前，D为30%，充电柱显示屏中充电时长、充电度数、充电费用示数均为0.开始充电后，P与D的关系如图乙所示（为方便计算，图象已作近似处理）.充满后，立即停止充电．当D达到70%时充电桩显示屏的部分即时信息如上表．
（1）通常，直流充电桩比交流充电桩的充电电压更高、电流更大，故充电功率更　　　　Ｗ．
（2）在D从30%增至70%的过程中，充电功率大致的变化规律是　　　　　Ｗ．当D为70%时，充电电流为　　　　A.
（3）若充电过程中充电电费单价不变，则测试全过程的充电费用为　　　　元．
（4）设D从70%增至80%所需时间为t1，从80%增至90%所需时间为t2，且t1∶t2＝2∶3，则测试全过程的充电总时长为　　　　min.
【典型试题拓展】第2题1．(进一步追问)浮标排开海水的体积是多少？(结果保留两位小数)
3.阅读短文，回答文后问题
木梁承重
中国古建筑历史悠久、体系完整，主要的建筑材料是木材，建造时使用竖立的木柱和横架在柱上的木梁构成房屋的框架，以支撑屋顶的重量，这样的建筑模式要求木梁有较大的承重能力，否则木梁可能会过度弯曲甚至断裂，起初人们认为原始形状的原木更坚固，后来发现并非如此，宋代的建造规范《营造法式》中，对木梁的要求是“凡梁之大小，各随其广分为三分，以二分为厚”，即矩形木梁横截面的高宽比为3∶2，这个规范非常接近现代建筑学的要求．
用如图甲所示的方式可以测试木材的承重能力，在一定限度内木材的形变是弹性形变．木材发生形变时，中间位置的形变量最大，一般用中间位置的形变量x来表示整段木材的形变量．木材的形变系数为E，其计算式为E＝，其中l为木材的长度，h和b分别为木材横截面的高和宽，F为施加在木材上的压力．现代建筑设计要求木梁的形变量不大于木梁长度的，以保障房屋的安全．
（1）三根用同种木材制成的木梁，长度、横截面积大小均相同，按如图乙所示的三种方式使用，其中承重能力最强的是　　　　Ｗ．
（2）为提高木梁的承重能力，可以在木梁上粘贴一层抗拉伸的材料，效果最好的粘贴位置是（　　）
A. 木梁的顶面 B. 木梁的底面 C. 木梁的侧面 D. 效果都一样
（3）在木材承重能力测试中（在限度内），得到压力F和形变量x关系图象，如图丙所示的a、b、c三条图线中，正确的是　　　　Ｗ．
（4）一根木梁长为4 m，横截面高为0.1 m，宽为0.06 m，所用木材的形变系数为1×1010 N/m2，则该木梁的最大承重为　　　　N.
甲
　
乙
　
丙
第3题图　　　　　
4. 阅读下列短文，回答问题．
航速优化
化石燃料的广泛应用加快了人类文明的进程，但因大量燃烧化石燃料使大气中CO2浓度增加，引起温室效应而导致全球变暖．人们意识到环境保护的重要性，开始从各个方面着手减少碳排放，这也是对船舶航行速度进行优化的原因之一．
船舶航行大多使用柴油发动机，航行时受到的阻力与航行速度的平方成正比，降低航速可以大大减小航行阻力，发动机对推进设备做的功（即推进功）就会大大减小，从而减少燃油消耗，但航速不是越小越好，因为发动机要做的功包括推进功和辅助功两部分，航速减小后，同样的航程所需的航行时间就会延长，虽然推进功减少，但辅助功却增加了，航速优化就是要找到适合的航速，使发动机做的总功减少，从而达到节能减排的目的．某船舶航行时，每航行1 km的推进功、辅助功和航速的关系如图所示．
第4题图
（1）产生温室效应的原因是　　　　　　　　　　　　Ｗ．
（2）某船舶航行的速度增大，受到的阻力将　　　（选填“增大”“减小”或“不变”）.
（3）由题图可知，以下航速区间最省油的是　　　　．
A. 2～3 m/s　　　　　　　　B. 5～6 m/s　　　　　　　　C. 8～9 m/s.
（4）若柴油发动机的效率为32%，柴油的热值为4.3×107 J/kg.船舶的航速从10 m/s降至5 m/s，则每航行1 km少消耗柴油约　　　　kg.（结果保留整数）
（5）某船舶以速度v匀速航行1 h推进功为W1，以1.5v匀速航行1 h推进功为W2，则W2＝　　　W1.
（6）为了节能减排，除了航速的选择，还可以采取的措施　　　　　　　　　（写出一条即可）.
5. 阅读短文，回答下列问题．
测温手环
某型号的蓝牙测温手环如图甲所示，主要由温度传感模块、蓝牙模块两个部分组成．温度传感模块中，有一个高灵敏度的热敏电阻，热敏电阻外部与导热金属片密切接触．佩戴测温手环时，导热金属片使热敏电阻温度升高，热敏电阻阻值变化，电路中电流变大．温度传感器中的测温芯片能根据电路中电流大小算出热敏电阻的温度，并显示到液晶屏上．蓝牙模块则通过无线网络将测温芯片中的温度数据传送给数据处理中心，从而实现体温的实时监测．测温手环一般配有智能休眠仓．有些测温手环是通过判断温度变化来实现自动开关的．测温手环放入智能休眠仓后，若环境温度低于某个设定的温度或者手环检测到的温度长时间不发生变化，则测温手环中的金属片与热敏电阻分离，从而实现自动关机．还有些测温手环是依靠内置的霍尔元件实现“休眠”的．霍尔元件是一种对磁场敏感的电子元器件，当它周围存在较强的磁场时，可以断开测温手环的电路．因此，这类测温手环的智能休眠仓下面需要预埋一个磁体．
第5题图
（1）蓝牙模块是通过　　　　　（选填“电磁波”“红外线”或“超声波”）与手机传递信息的．
（2）导热金属片的内能是通过　　　　　（选填“做功”或“热传递”）的方法改变的．
（3）霍尔元件在测温手环的电路中相当于　　　　　（选填“开关”“电源”或“用电器”）.若手环电池电压为3.7 V，电池容量为100 mA·h，充满电后可以连续使用10天，则该型号的测温手环工作时的放电电流约为　　　　μA（结果保留一位小数）.
（4）小华将三个废旧手环的测温头拆下后分别接入如图乙所示的电路．获得了图丙所示的三个测温头的电流－温度图象，其中灵敏度最高的测温头是　　　　Ｗ．
A. A图线所对应的测温头 B. B图线所对应的测温头
C. C图线所对应的测温头 D. 无法判断
（5）现有四种热敏电阻它们的阻值R随温度T变化的图象分别如下，其中适合用于上述测温手环的
是　　　　．
二、分析计算（归纳）类
1. “芒种”前后是麦子成熟收割的时间，需要及时把麦子颗粒归仓．
（1）如图甲所示是古代农人打麦的场景，把打麦工具高高举起，它的重力势能变　　　　．
　　丙
第1题图
（2）现在很多地方都用联合收割机收割麦子，某收割机的参数如下：
割幅（m） 2.2/2.5
履带接地总面积（m2） 3.6
喂入量（kg/s） 3/4/4.5
功率（kW） 60
发动机效率 40%
油箱容积（L） 72
满油时整机质量（kg） 2 880
①满油时收割机对水平地面的压强是　　　　Pa.（g取10 N/kg）
②如图乙所示，收割过程中收割机相对于同行的装载机是　　　　（选填“运动”或“静止”）的；收割机功率保持60 kW不变，收割过程中减慢行驶速度，是为了　　　　　　Ｗ．收割一块地的麦子，耗时0.5 h，该收割机做功　　　　J．在此过程中消耗柴油　　　　kg.（q柴油约为4×107 J/kg）
（3）“喂入量”是收割机在单位时间内收获的作物量，它受很多因素的影响，某次收割时作业速度与喂入量之间的关系如图丙所示，当作业速度为4 km/h时，喂入量是　　　　kg/s，出现这一结果，你认为作物的　　　　会对喂入量产生影响．
2. 在北斗组网成功之后，北斗系统终于能为全球任意地点的终端提供定位服务，如图所示是我国利用北斗导航系统传输检测海洋中的风速、风向、气温、海流、海水水质的“海洋气候检测浮标”，质量可达2×103 kg，浮标采用低功耗微机控制，对各观测项目进行数据采集、处理后，将数据通过卫星通信系统实时传输并由陆地岸站自动接收，从而为我国海洋勘探工作提供准确的数据．（ρ海水＝1.03×103 kg/m3，g取10 N/kg）
　第2题图
（1）“海洋气候检测浮标”通过　　　　（选填“超声波”或“电磁波”）传递水文水质气象资料信息．
（2）浮标在海面上正常工作时，受到的浮力为　　　　N；在海面以下0.5 m处装有一个水质传感器，则该传感器受到的海水压强为　　　　Pa.
（3）我国南极科考队释放的浮标历时30天随海水漂流了近400公里，则该浮标工作时移动的平均时速为　　　　km/h.（保留两位小数）
（4）为了保证浮标能够在海面上长时间自主工作，该浮标需要较为持续的能源供给．请根据所学的知识，提出一个可行性较强的能源供给解决方案：　　　　　　　　　　　　Ｗ．
3. 白鹤滩水电站是我国第二大水电站，它安装有16台巨型混流式水轮发电机，单机发电功率为100万千瓦，能为我国沿海和中部地区输送大量的电能．
（1）选择落差大的地方建坝的原因是水位越高，水的　　　能越大，下落时转化为水的　　　能越多，能带动发电机组发出更多的电．
（2）2022年12月20日白鹤滩水电站16台发电机全部投产发电，一天的发电量能达到　　　kW·h．
（3）利用激光可以快速清理特高压线路上的异物，为了得到频率更高的激光可以　　　　（选填“增大”或“减小”）波长，激光在空气中传播的速度　　　　（选填“大于”“等于”或“小于”）超声波在空气中传播的速度．
（4）由于特高压线路长，通过无人机可有效对电路进行巡检，为了时常检测电路的温度，无人机应装备　　　　（选填“红外”或“紫外”）探测仪．
（5）在输送功率一定的情况下，1 000 kV输电线与220 kV输电线上损耗的功率之比为　　　　（用分数表示即可）
4. 小明在和小朋友玩游戏时，将一个底面积为10 cm2的玩具小桶放进底面积为100 cm2的盛水规则容器中，如图甲所示，此时液面高度为H1.将一块泡沫放在小桶上，如题图乙所示，此时液面高度为H2.将这个泡沫直接放在水中，泡沫漂浮，用手将泡沫缓慢下压至刚好完全浸没，如图丙所示，此时液面高度为H3.小明思考后发现只要测量出H1、H2、H3就可以计算出泡沫的密度，于是他测出H1＝6 cm，H2＝7 cm，H3＝8 cm请分析并回答下列问题（ρ水＝1.0×103 kg/m3）：
（1）图甲中，由　　　　知识可知，小桶受到的浮力和其重力大小相等．
（2）图乙中，小桶受到的浮力和其重力　　　　（选填“是”或“不是”）一对平衡力，水对容器底部的压强为　　　　Pa.
（3）图丙中，缓慢下压过程中，手对泡沫的压力将　　　　（选填“变大”“变小”或“不变”），泡沫的体积是　　　　m3.
（4）该泡沫的密度是　　　　kg/m3.
第4题图
5. 小明自制的“温度计”中有密度随温度升高而变小的液体．如图1，当该液体温度为19 ℃时，质量为4×10－3 kg的小球b悬浮，b标记“19 ℃”；另外两个小球分别标记“15 ℃”“23 ℃”，当小球悬浮时，它标记的温度与液体温度相等．图1、图2、图3中小球a、b、c均静止，忽略小球体积变化，g取10 N/kg.
第5题图
（1）图1中b悬浮，
①在方框中画出b的受力示意图（用“·”表示b）；
②求此时b受到的浮力；
③此时液体密度为0.8×103 kg/m3，求b排开液体的体积．
（2）图2中b漂浮，①此时b所受浮力　　　图1中b所受浮力（选填“大于”“等于”或“小于”）；②此时液体温度　　　19 ℃（选填“高于”“等于”或“低于”）；③小球c对应标记　　　（选填“15 ℃”或“23 ℃”）.
（3）图3中液体温度的范围可能是　　　　Ｗ．
A. 14 ℃以下 B. 16～18 ℃ C. 20～22 ℃ D. 24 ℃以上
（4）液体温度在15～23 ℃范围内，b在液体中静止时所受浮力与液体温度关系的图象可能正确的是（b不接触其他小球）　　　　Ｗ．
专题四　综合能力题
一、短文阅读题
1. (1)①机械能　②电能　(2)顺时针　(3)36　(4)4
(5)1084.3
2. (1)大　 (2)先增大后不变　100　 (3)50.4　 (4)109
【典型试题拓展】第2题解：由F浮＝ρ液gV排可得，浮标排开海水的体积V排＝＝≈1.94 m3
3. (1)②　(2)B　(3)b　(4)960
4. (1)大气中CO2浓度增加　(2)增大　(3)B　(4)29
(5)3.375　(6)提高柴油发动机的效率(或船舶内的照明用节能灯或优化船舶的设计，减小航行时受到的阻力)
5. (1)电磁波　(2)热传递　(3)开关　416.7　(4)A　(5)D
二、分析计算(归纳)类
1. (1)大　(2)①8 000　②静止　增大牵引力　1.08×108
6．75　(3)2.4　籽粒含水率(或品种等，合理即可)
2. (1)电磁波　(2)2×104　5.15×103　(3)0.56
(4)采用太阳能发电
3. (1)重力势　动　(2)3.84×108　(3)减小　大于
(4)红外　(5)
4. (1)二力平衡　(2)不是　700　(3)变大　2×10－4　(4)0.5×103
5. (1)①如答图所示
第5题答图
解：②小球b的重力
Gb＝mbg＝4×10－3 kg×10 N/kg＝0.04 N
小球b悬浮在水中，根据浮沉条件可知
F浮＝Gb＝0.04 N
③由F浮＝ρ液gV排可知，小球b排开液体的体积
V排＝＝＝5×10－6 m3
(2)①等于　②低于　③15 ℃　(3)D　(4)C

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