资源简介

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题型六 工程设计与物化
01考情透视·目标导航
02知识导图·思维引航
03核心精讲·题型突破
考点一 工程设计与物化
【真题研析】
考法01 物理类工程设计
考法02 化学类工程设计
考法03 生物类工程设计
考法04 综合类工程设计
【核心精讲】
知识点一 一般解题步骤
知识点二 工艺流程设计题
知识点三 装置设计题
知识点四 物质转化与应用题
【命题预测】
考点要求 课标要求 命题预测
工程设计与物化 1、问题界定：能定义简单的实际工程问题，分析限制条件，提出验收标准。比如给定一个建造小型桥梁的任务，学生要能明确如桥梁的承载重量要求、可用材料范围、建设成本限制等条件，以及建成后需要达到的验收标准。 2、方案设计与分析 能够尝试使用合适的方法，对选定的设计方案进行模拟分析和预测。例如在设计一个太阳能热水器时，能运用热传递等知识对设计方案的集热效率等进行模拟分析和预测。依据不同来源的证据、限制条件等因素，从需求层面优化设计方案。如在设计环保型房屋时，根据当地的气候条件、居民生活需求等因素，对房屋的隔热、采光等设计方案进行优化。 3、实施与改进 知道工程需要经历明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果等过程。利用工具制作实物模型，尝试应用科学原理指导制作过程，根据实际反馈结果，对模型进行有科学依据的迭代改进，最终进行展示。比如在制作简易电动机模型时，运用电磁感应等科学原理，根据模型运行中出现的问题进行改进。 跨学科融合加深：工程设计与物化部分的题目将更加注重物理、化学、生物、地理等多学科知识的融合。如在设计一个城市雨水收集利用系统时，可能会涉及到物理中的流体力学知识、化学中的水质净化原理、生物中的生态系统平衡以及地理中的城市规划等多学科内容。 强调核心素养考查：突出对学生科学思维、科学探究、科学态度与责任等核心素养的考查。例如，通过让学生设计一个解决实际问题的工程方案，考查学生的创新思维和实践能力；通过分析工程实施过程中的环境影响等问题，考查学生的科学态度与社会责任感。 情境更加真实复杂：题目所设置的工程设计与物化情境将更加贴近真实生活和生产实际，且问题情境会更加复杂，需要学生具备更强的信息提取和分析解决问题的能力
考点一 工程设计与物化
考法01 物理类工程设计
（2024 浙江）某兴趣小组设计了一款自带风力发电机的一体式路灯，其模型及纵截面示意图如图所示。任意方向吹来的风经过灯罩的上、下表面时都会产生上升气流，带动风叶转动而发电。
（1）风力发电机的发电原理是 （填字母）。
A.电磁感应
B.电流周围存在磁场
C.通电线圈在磁场中转动
（2）灯罩上方空气流速大，压强 。
（3）若路灯额定功率为100瓦，风力发电机产生1千瓦时的电能，能使该路灯正常工作 小时。
【解答】解：（1）电磁感应是指闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线，电路中会产生感应电流，风力发电机原理是电磁感应现象，故选：A；
（2）流体的流速越大、压强越小；
（3）已知额定功率P＝100W＝0.1kW，电能W＝1kW h，根据W＝Pt得，t10h；
故答案为：（1）A；（2）小；（3）10。
（2023 温州）项目学习小组实验发现，装在筒内的电动机带动风叶转动时，电动机转动方向改变，气流方向也改变，如图甲所示。于是想利用带风叶的电动机制作一款“书桌神器”：既能收集书桌上的小纸屑，又能吹风纳凉。
他们制定的产品评价表如下。
评价指标 评价等级
优秀 合格 待改进
指标一 能吸纸屑、吹风且风速可调 能吸纸屑、吹风，风速不可调 只能吸纸屑或只能吹风
指标二 吸纸屑后，吹风时无纸屑吹出 吸纸屑后，吹风时有部分纸屑吹出 吸纸屑后，吹风时全部纸屑吹出
小组同学设计如图乙电路，利用带风叶的电动机、电池、旋钮式电阻等材料制作模型，其工作原理示意图如图丙。
（1）图乙中，通过切换开关S，可以改变电动机转向的原因是 。
（2）将开关S与“1”连接，旋钮OP绕O点沿箭头方向转动时，电动机转速如何变化？
（3）对模型测试时，其“指标一”为优秀。结合评价表，判断该模型的“指标二”评价等级为 。
【解答】解：（1）由图乙可知，开关S与“1”连接时，电流从电动机的上方流入，开关S与“2”连接时，电流从电动机的下方流入，即切换开关S后，通过电动机电流的方向发生改变，因此电动机转向改变的原因是改变通过电动机电流的方向；
（2）他图乙可知，将开关S与“1”连接，旋钮OP绕O点沿箭头方向转动时，变阻器接入电路的电阻变大，由欧姆定律可知，此时通过电动机的电流变小，电动机的转速变慢；
（3）由图丙可知，吸纸屑时收集盒右侧的阀门打开，从而将纸屑吸入收集盒，同时也有一部分纸屑被吸到隔板下面，吹风时，收集盒右侧的阀门关闭，收集盒内的纸屑不会被吹出，但隔板下面的纸屑会被吹出，结合表中的指标二可知，吸纸屑后，吹风时有部分纸屑被吹出，因此该模型的“指标二”评价等级为合格。
故答案为：（1）改变通过电动机电流的方向；（2）变慢；（3）合格。
（2023 丽水）科学学习小组开展了“自制测力计”的项目化学习。
【项目任务】自制测力计并用于测量力的大小。
【项目准备】提供材料如图甲，弹簧和橡皮筋的伸长量与受到拉力的关系如图乙。
【评价量规】在老师的指导下小组同学制定了评价量规，表中为部分评价指标。
评价指标 评价等级
优秀 良好 待改进
调零方式 多种方式调零 只能移动指针调零 不能调零
精确度 达到0.1牛 达到0.2牛 大于0.2牛
【项目制作】
（1）选择材料时，弹簧比橡皮筋更合适。理由是一定范围内，弹簧的伸长量与受到的拉力成 关系，便于标注均匀刻度；
（2）选用图乙中b弹簧制作测力计，确定“0”和“2牛”刻度后，两者之间分为10等份，则该测力计的最小刻度为 牛，小组同学用制好的弹簧测力计称量身边小物件的重力；
【项目评价】
（3）自制测力计“调零方式”指标为良好。用该测力计测量水平拉力，应先将测力计水平放置，弹簧处于自由状态，指针调整到 刻度位置，方可进行测量；
（4）实测时，挂上0.1牛的铅粒，发现测力计示数几乎没有变化，为使“精确度”指标表现更优秀，需选取图乙中 弹簧取代b弹簧制作测力计（填“a”或“c”）。
【解答】解：（1）在一定范围内，弹簧的伸长量与受到的拉力成正比，更便于标注均匀刻度，所以选择材料时，弹簧比橡皮筋更合适。
（2）由题意知，图乙中b弹簧制作测力计，在“0”和“2牛”之间分为10等份，则该测力计的最小刻度为0.2牛；
（3）用测力计测量水平拉力时，应先将测力计水平放置，弹簧处于自由状态，指针调整到零刻度位置，方可进行测量；
（4）实测时，挂上0.1牛的铅粒，发现测力计示数几乎没有变化，说明弹簧的精确度不够，为使“精确度”指标表现更优秀，需选受力时伸长更明显的弹簧，由图乙知，同样受力时，a弹簧的伸长量更大，所以应先a弹簧取代b弹簧制作测力计。
故答案为：（1）正比；（2）0.2；（3）零；（4）a。
考法02 化学类工程设计
（2024 浙江）织物处理工艺中蕴含着很多的科学知识。请回答。
组别 酸 加入酸的体积（毫升） 溶液pH
1 3.6%醋酸（pH＝2.5） 10.1 6.7
30.0 4.4
2 3.6%盐酸（pH＝0） 5.9 11.4
6.1 3.6
3 0.012%盐酸（pH＝2.5） 1824 8.2
1825 7.0
（1）古法工艺：采用贝壳灼烧而成的灰烬（主要成分CaO）和草木灰（含K2CO3）在水中浸泡并不断搅拌，得到强碱性溶液，用于织物的处理。浸泡获取强碱性溶液时，发生的化学反应有：Ⅰ.CaO+H2O═Ca（OH）2；Ⅱ.K2CO3+Ca（OH）2═CaCO3↓+2KOH。
①Ⅰ的化学反应类型是 。
②该强碱性溶液中，有效成分是 。
（2）现代工艺：通常用氢氧化钠溶液来处理织物。
①配制100千克溶质的质量分数为0.4%的氢氧化钠溶液，需要溶质的质量分数为20%的氢氧化钠溶液多少千克？
②碱液处理后的织物，用醋酸调节pH至7.5～4.0之间。为什么用醋酸呢？表中是在60毫升0.4%的氢氧化钠溶液（pH＝13.0）中加入酸的体积和溶液pH的部分数据。根据表中信息，解释使用醋酸的原因： 。
【解答】解：（1）古法工艺：采用贝壳灼烧而成的灰烬（主要成分CaO）和草木灰（含K2CO3）在水中浸泡并不断搅拌，得到强碱性溶液，用于织物的处理。浸泡获取强碱性溶液时，发生的化学反应有：Ⅰ.CaO+H2O═Ca（OH）2；Ⅱ.K2CO3+Ca（OH）2═CaCO3↓+2KOH。
①Ⅰ.CaO+H2O═Ca（OH）2的特点是“多变一”，化学反应类型是化合反应；故答案为：化合反应；
②由化学方程式K2CO3+Ca（OH）2═CaCO3↓+2KOH看出，有效成分是氢氧化钾；故答案为：氢氧化钾；
（2）①设需要溶质的质量分数为20%的氢氧化钠溶液的质量为x。
100kg×0.4%＝x×20%
x＝2kg
答：需要溶质的质量分数为20%的氢氧化钠溶液的质量为2kg；
②从表中的数据看出，使用醋酸碱液处理后的织物，调节pH至7.5～4.0之间使用的醋酸量适中；故答案为：使用的醋酸量适中。
考法03 生物类工程设计
（2024 浙江）西兰花的营养价值较高，但采摘后易失水、失绿变黄，新鲜度降低，品质下降。某兴趣小组以叶绿素含量（每克西兰花所含叶绿素的质量）为指标，研究了用LED红蓝光照射对西兰花保鲜效果的影响，实验过程如下。
①挑选一定数量的西兰花，随机均分为A、B两组。
②将两组西兰花分别放入两个试验箱，置于4℃、湿度适宜的同一贮藏环境中。A组西兰花不进行光照，B组西兰花采用LED红蓝光持续照射。
③在第0、2、4、6、8天，从每组随机取3颗西兰花，测定并记录其叶绿素含量。
④多次重复实验，统计并处理实验数据，结果如图所示。
请回答：
（1）采摘后的西兰花在一定时间内仍会进行 （填一种生理活动），从而分解有机物，影响其品质。
（2）为减少实验材料差异对实验结果的影响，应挑选一定数量 （写出一点）相近的西兰花进行实验。
（3）兴趣小组认为LED红蓝光照射能缓解西兰花失绿变黄。据图分析，其依据是 。
（4）根据上述实验判断，用LED红蓝光照射的处理是否适用于各种水果和蔬菜的保鲜，并说明理由： 。
【解答】解：（1）呼吸作用能将有机物分解成二氧化碳和水，并释放能量，因此采摘后的西兰花在一定时间内仍会进行呼吸作用。
（2）为减少实验材料差异对实验结果的影响，保持单一变量，应挑选一定数量大小（形状）相近的西兰花就行实验。
（3）从图中也可以看出相同时间内B组LED红蓝光照射后叶绿素含量高于A组，说明LED红蓝光照射能缓解西兰花失绿变黄。
（4）通过本实验可以证明LED红蓝光对植物体内的叶绿素含量有影响，但不是所有的蔬菜水果都含有叶绿素，因此不适用于各种水果和蔬菜的保鲜。
考法04 综合类工程设计
（2023 台州）冰雹是一种灾害性天气，会损坏农作物和各种设施。
（1）冰雹在高空具有较大的重力势能，落到地面时速度较 。
（2）为探究不同速度的冰雹下落时对塑料薄膜的损坏程度，某同学进行模拟实验；取三块相同的塑料薄膜，画上20毫米×20毫米的小方格，让3个相同的圆冰球以不同的速度分别撞击，实验结果如图所示。利用方格计算受损面积，发现图甲、乙难以比较。若要更准确比较图甲、乙受损面积大小，不增加其它工具，可如何改进？
（3）在总厚度不变的情况下，使用双层薄膜是否可以更好地抵挡冰雹？于是该同学再次进行模拟实验：选用材质相同的单层和双层薄膜，利用大小和速度相同的圆冰球撞击，比较受损程度，实验结果如表。
类型 单层薄膜（厚度0.24mm） 双层薄膜（厚度0.12mm）
间隔0mm 间隔5mm 间隔10mm
受损程度 破损 上、下两层均轻微形变 上、下两层均中度形变 上层破损、下层严重形变
根据表中信息，请对大棚铺设塑料薄膜提出合理的建议。
【解答】解：（1）物体下落时，重力势能转化为动能，高度越高，重力势能越大，转化为动能越大，质量不变，速度越大；
（2）通过方格计算受损面积，方格边长越小，估算越准确；利用方格计算受损面积，发现图甲、乙难以比较。若要更准确比较图甲、乙受损面积大小，不增加其它工具，可以将方格划分得更小；
（3）对比表格中数据，大小和速度相同的圆冰球撞击，单层厚度0.24mm薄膜，破损严重，而双层间隔不同，受损程度不同，间隔越大，破损越严重，因而用间隔为0的双层可以减小受损程度。
故答案为：（1）大；（2）将方格划分得更小；（3）铺设间隔为0的双层薄膜。
（2023 台州）大气中二氧化碳含量的迅速增加已被认为是全球变暖的主要因素。
（1）生物的呼吸作用、煤和石油等物质的燃烧会产生大量二氧化碳气体。正常情况下，大气中二氧化碳的含量能保持相对稳定（如图），主要是因为植物的 作用能吸收大量的二氧化碳气体。
（2）如图表示吸收工业尾气中二氧化碳气体的一种传统方法。
①生成的X固体是 。
②反应器中，氢氧化钠溶液喷成雾状可以使反应更充分。在科学中有很多“通过增大表面积以提高物质反应或交换效率”的例子，如人体的肺部有数量众多的肺泡可以提高气体交换效率，请你再举一个类似的例子。
（3）目前，科学家正在研究“液态阳光技术”，以甲醇作为新型燃料来代替传统的煤、石油和天然气，其原理如图所示。通过该技术，将太阳能转化为 能贮存在甲醇中。请你说出“液态阳光技术”的一个优点。
【解答】解：（1）1）植物光合作用吸收二氧化碳，产生氧气；
（2）①Na2CO3+Ca（OH）2＝2NaOH+CaCO3↓，故X固体是CaCO3；
②通过增大表面积以提高物质反应或交换效率，例如人体的小肠内有数量众多的小肠绒毛可以提高吸收营养物质的效率；
（3）由流程图可知，水在太阳光作用下，产生氢气，说明将太阳能转化为化学能；
“液态阳光技术”的一个优点利用二氧化碳为原料，缓解温室效应。
故答案为：（1）光合；（2）①CaCO3；②人体的小肠内有数量众多的小肠绒毛可以提高吸收营养物质的效率（其它合理答案均可）；（3）化学；利用二氧化碳为原料，缓解温室效应（其它合理答案均可）。
知识点一 一般解题步骤
1、仔细审题：认真阅读题目，明确题目所涉及的工程设计主题和具体要求，如设计一个污水处理工程、太阳能利用装置等。同时，确定题目中给出的已知条件，包括相关物质的性质、反应原理、工艺参数、限制条件等，比如给定某种污水的成分及排放标准。
2、分析问题
①原理分析：思考实现工程设计目标所依据的科学原理，可能涉及物理、化学、生物等多个学科领域。例如，污水处理可能涉及沉淀、过滤、吸附等物理原理，以及氧化还原、中和反应等化学原理。
②流程分析：根据题目要求，构思合理的工程流程或操作步骤。以海水淡化工程为例，可能包括预处理、淡化处理、后处理等主要流程，每个流程又包含具体的操作单元。
③物质转化分析：关注工程过程中物质的转化和变化，确定反应物、生成物以及中间产物，分析物质之间的相互关系和转化条件。如在金属冶炼工程中，要明确矿石如何经过一系列反应转化为金属单质。
2、设计方案
①整体规划：基于原理和流程分析，设计出整体的工程方案，包括选择合适的设备、材料和工艺方法。比如在设计太阳能热水器时，要选择合适的集热器材料、保温材料和储水容器。
②细节设计：考虑方案的细节问题，如设备的尺寸、管道的连接方式、反应条件的控制等。例如，在化工生产中，要精确控制反应温度、压力和反应物的流量。
③方案优化：对设计方案进行评估和优化，从经济性、环保性、安全性等方面考虑，选择最优方案。如比较不同污水处理工艺的成本、处理效果和对环境的影响。
3、计算与验证
①相关计算：根据题目中的数据和科学原理，进行必要的计算，如物质的量的计算、能量的转换计算、设备尺寸的计算等。例如，根据污水中污染物的浓度和处理量，计算所需药剂的用量。
②结果验证：将计算结果代入题目条件或实际情况中进行验证，确保方案的可行性和合理性。检查设计方案是否满足题目要求和实际工程的需要。
4、规范作答
①清晰表达：用简洁、准确的语言表达解题思路和设计方案，包括文字说明、流程图、化学方程式等。例如，用流程图清晰地展示化工生产的工艺流程。
②书写规范：注意化学符号、单位、图表的绘制等要规范，避免因书写不规范而丢分。
知识点二 工艺流程设计题
1、熟悉常见工艺：了解常见的化工、环保等工艺流程，如钢铁冶炼、污水处理、海水淡化等的基本流程和原理，以便在解题时能够快速迁移应用。
2、关注物质流向：分析流程中每一步物质的输入和输出，明确物质的转化和分离过程，注意中间产物的生成和利用。
3、条件控制分析：理解反应条件（如温度、pH、催化剂等）对工艺的影响，根据题目要求合理选择和控制反应条件。
知识点三 装置设计题
1、原理与功能对应：根据设计目标确定装置的功能，再依据科学原理选择合适的装置部件和连接方式。例如，设计气体发生装置时，要根据反应物的状态和反应条件选择合适的发生装置类型。
2、考虑装置细节：注意装置的气密性、防倒吸、尾气处理等细节问题，确保装置的安全性和可靠性。
3、绘图规范准确：如果需要绘制装置图，要使用规范的绘图工具和方法，标注清楚各部件的名称和作用。
知识点四 物质转化与应用题
1、建立物质转化关系：根据题目所给信息，写出相关的化学反应方程式，建立物质之间的转化关系，理清物质的来龙去脉。
2、结合实际应用：将物质转化与实际工程应用相结合，考虑物质的性质、成本、环境影响等因素，选择合适的物质和反应路线。
3、杂质处理与分离：如果涉及到混合物的处理，要考虑如何除去杂质，选择合适的分离和提纯方法，如过滤、蒸馏、结晶等。
（2023 永嘉县校级二模）如图甲是一种浮球液位开关，由浮球和重锤组成，重锤可固定在导线的任一位置。它应用于供水和排水的控制电路中（如图乙）。工作原理：当储水罐内液面下降，浮球向下运动，头部向下达到一定角度，浮球内的钢球在卡槽内向头部运动，带动连杆，触动微动开关，使动触头A与触头B接通（如图丙），使水泵进水。水位上升时，浮球上浮，当浮球的头部上仰至一定角度时，钢球往尾部移动，连杆离开微动开关，动触头A在弹性作用下与触头C接通（如图丁），使水泵停止工作。（1）已知浮球及其内部所有物体总重G为6N，不计电线重力和体积，计算浮球的体积至少要多大？
（2）浮球的密封性是浮球液位开关的关键技术，如果密封性不好导致漏水，以下哪些现象会发生 （可多选）。
①浮球不能浮起
②水泵不会工作
③水泵连续工作，不能停止
（3）安装时需要调节浮球到重锤之间的导线的长度，如果设置太短，则会出现的故障现象并分析成因。
【解答】解：
（1）由题意可知，浮球浸没时所受的浮力至少要等于自身的重力，才能处于平衡状态，则：F浮＝G＝6N，
根据F浮＝ρ水gV排可得浮球的体积至少为：
V球＝V排6×10﹣4m3；
（2）如果浮球的密闭性不好，导致进水，那么浮球的重力会不断增大，此时浮球的重力大于浮力，因此它不会浮起来，此时水泵就不会停止工作，从而不断地供水，故会发生的现象是①③。
（3）由题知，从开始注水到停止注水过程中浮球头部的仰角变化范围一定，如果浮球到重锤之间的导线的长度设置得太短，则根据图乙可知上限水位会降低，所以会出现的故障现象是未到预定水位时水泵就停止工作了。
（2023 鹿城区校级模拟）摇冰是一种夏天能自冷的铝罐装饮料，其内部结构如图所示。
请根据所给资料，回答：
（1）“一摇冰”饮料在炎热的夏天解渴，其罐底的固体是硝酸铵（NH4NO3），则其中氮、氧两种元素的质量比是 。
（2）我市已全面推进生活垃圾分类工作，小科应把这个洗净后的罐体投入标有 （填“有害垃圾”、“可回收垃圾”、“其他垃圾”）收集容器中。
（3）小科喝完饮料后，取出罐体底部的水溶液，测得其溶质质量分数为64%，若用该溶液配制100克溶质质量分数为8%的稀溶液需要该溶液多少克？
【解答】解：（1）根据化合物中各元素质量比＝各元素的相对原子质量×原子个数之比，可得硝酸铵中氮、氧元素的质量比为（14×2）：（16×3）＝7：12；
（2）罐体属于可回收垃圾，应把这个洗净后的罐体投入标有可回收垃圾收集容器中；
（3）设需要该溶液的质量为x
x×64%＝100g×8% 解得：x＝12.5g
答：需要该溶液12.5g。
（2023 鹿城区模拟）我国研发出了一种新型水陆两栖飞行器一“同济飞鱼”（如图甲所示），它既能在空中飞行，也能在水中畅游。
（1）两栖飞行器在水中通过螺旋桨转动向后划水即可实现向前航行，其原理是 。
（2）两栖飞行器装有深度计，图乙是其工作电路，压力传感器的电阻随压力的增大而减小。闭合开关，飞行器在深海下潜过程中显示器示数大小变化是 。
（3）两栖飞行器还自带声波测距仪，某次飞行器悬停空中向障碍物发射声波，从发出声波至接
收到反射回来的声波共用时2秒，若声波的速度为340米/秒，则飞行器离障碍物的距离是 米。
【解答】解：（1）两栖飞行器在水中通过螺旋桨转动向后划水，给水施加向后的作用力，由于力的作用是相互的，水向前推动螺旋桨，即可实现向前航行；
（2）图乙是串联电路，电流表测量电路中的电流，压力传感器的电阻随压力的增大而减小。闭合开关，飞行器在深海下潜过程中，深度增大，压强增大，受到的压力增大，电阻变小，电路中的总电阻减小，根据欧姆定律知，电流中的电流变大，故显示器示数大小变化是变大。
（3）两栖飞行器还自带声波测距仪，某次飞行器悬停空中向障碍物发射声波，从发出声波至接收到反射回来的声波共用时2秒，
声波到达障碍物的时间t2s＝1s；
若声波的速度为340米/秒，则飞行器离障碍物的距离s＝vt＝340m/s×1s＝340m。
故答案为：（1）力的作用是相互的；（2）变大；（3）340。
（2023 永康市校级三模）项目化学习小组利用橡皮筋进行自制简易测力计项目。在橡皮筋下悬挂一枚回形针作为挂钩，并依据此时指针位置标上零刻度。
（1）项目一：标明刻度。在回形针上每次加挂一个50克的钩码，测量每次指针到零刻线的距离L，画出拉力逐渐增大过程的F﹣L图像，如图乙中曲线①所示。该自制测力计刻度不均匀的原因是 。
（2）项目二：检验作品。将钩码逐个取下，测量每次指针到零刻线的距离L，画出拉力逐渐减小过程的F﹣L图像，如图乙中曲线②所示，与拉力逐渐增大过程的曲线①不重合。小科用此测力计先后连续测量F1和F2（F1＞F2），请根据图乙判断F2的测量值比真实值偏大还是偏小，并说明理由 。
（3）项目三：改进完善。同学们在老师的指导下针对该测量仪器的科学性设计了评价表。
自制简易测力计评价表（节选）
评价指标 优秀 合格 待改进
指标一 设计合理，结构完整 结构完整 结构不完整，有1处以上缺失
指标二 刻度均匀，刻度线之间距离较大，测量精确度高 刻度均匀，但刻度线之间距离较小，测量精确度差 刻度不均匀
（4）根据评价表，该测力计的“指标一”被评为“优秀”，“指标二”被评为“待改进”。为使“指标二”达到优秀水平，请你对该测力计提出合理的改进建议 。
【解答】解：（1）橡皮筋在被拉长时会变细，直径会变小，橡皮筋的伸长量与受到的拉力不成正比，形变程度不均匀，所以该自制测力计刻度不均匀；
（2）橡皮筋在超出弹性限度的形变过程中，橡皮筋的伸长量与受到的力不再是正比函数关系，超出弹性限度的形变过程中，施加的力由小变大，①②不重合，说明拉力减小时，橡皮筋不能恢复原状，由图乙知：相同力②对应L值大，所以用此测力计先后连续测量F1和F2（F1＞F2），则F2的测量值比真实值偏大；
（3）将橡皮筋换成弹簧，因为弹簧的弹性限度更大。
故答案为：（1）橡皮筋在拉长时直径变小，橡皮筋的伸长量与受到的拉力不成正比；（2）偏大，橡皮筋在超出弹性限度的形变过程中，施加的力先由小变大，再从大到小，二者的弹性系数变化不一样，用此测力计先后连续测量F1和F2（F1＞F2），则F2的测量值比真实值偏大；（3）将橡皮筋换成弹簧。
（2023 钱塘区校级四模）在燃烧正旺的炭火盆上，不小心洒上几滴水，会看到有火苗窜起。这是什么气体在燃烧？小越、小响、小轩和小孟同学组成的合作学习小组对气体的成分展开了探究。
【组内交流，形成共识】火焰是气体物质燃烧产生的现象，既然有火苗，水与炽热的碳反应肯定产生了可燃性气体，同时应该还有未反应的水蒸气。
【提出猜想】
小孟：可能含有CO；
小越：可能含有H2；
小响：也可能是CO和H2的混合物；
小轩：不排除有非可燃性气体生成，有可能还有少量的CO2。
【查阅资料】
无水硫酸铜遇水由白色变为蓝色。
【设计实验】合作学习小组成员设计了如上实验装置图，并进行了实验（已知试管内棉花不参与反应，它的作用是制造水蒸气）。
（1）丙装置中浓氢氧化钡溶液的作用是 。
（2）能证明混合气体中存在CO的现象是
（3）小孟认为：根据上述现象还不能确定气体中的某一种成分是否存在，要证明该气体是否存在，只需将上述装置稍作改进即可。你认为小孟的改进方法是 。
（4）小响认为该实验装置经上述改进后，还存在一个明显的缺陷是 。
【结论】炽热的碳和水蒸气反应有H2、CO和CO2生成。
【解答】解：由题意“水与炽热的碳反应肯定产生了可燃性气体，同时应该还有未反应的水蒸气”，验证各成分的顺序依次：实验室中常用无水硫酸铜遇水由白色变为蓝色来验证水，澄清的石灰水来验证二氧化碳，实验室常用浓氢氧化钡溶液充分吸收二氧化碳；用浓硫酸来干燥气体；通过黑色的氧化铜转变成红色的铜来验证有还原性的物质存在；从装置B出来的气体先由D检验水分，再用C检验是否生成二氧化碳；因为一氧化碳是一种有毒的气体，尾气一般要收集或点燃．故：
【设计实验】（1）由题意可知，用澄清的石灰水检验二氧化碳、实验室常用浓氢氧化钡溶液充分吸收二氧化碳；
（2）一氧化碳具有还原性，能和氧化铜加热反应生成铜和二氧化碳，能证明混合气体中存在CO的现象是装置B中黑色粉末变红，且C中澄清石灰水变浑浊；
（3）小孟认为根据上述现象不足以说明产生的气体中一定存在H2，小孟认为只需将上述装置稍作改进，就可证明产生的气体中一定含有H从装置B出来的气体先由D检验水分，再用C检验是否生成二氧化碳，故小孟的改进是将装置C和装置D交换；
（4）小响认为该实验经上述改进后，还存在一个明显的缺陷，因为一氧化碳是一种有毒的气体，尾气一般要收集或点燃，故该缺陷是缺少尾气处理装置．
（2023 温州模拟）某STEAM小组设计了一款可用电流表示数显示拉力大小的测力计模型，并且电流表示数随拉力的增大而增大。模型电路如图甲所示，其中ab为长10cm、阻值20Ω的电阻丝，电源电压恒为6V，R0＝10Ω，其余元件电阻不计，电流表量程为0﹣0.6A，弹簧伸长量与所受力的关系如图丁所示。忽略弹簧、拉杆和拉环的重力及滑片与电阻丝的摩擦，请完成下列问题。
（1）根据设计要求，应连接图甲虚线框中的 （“1和2”或“1和3”）接线柱。
（2）图甲中，闭合开关，在拉环处施加250N的拉力，求1分钟R0产生的热量。
（3）小明和小科想利用量程是0﹣3伏的电压表来显示拉力的大小，设计了图乙和丙的电路。请你根据如表所示的评价标准，在甲、乙、丙三个方案中选择合理方案，并至少指出该方案的两个优点。
拉力测力计评价标准
评价内容 分值
示数与拉力大小的关系 拉力越大，示数越大 3分
拉力越大，示数越小 2分
刻度 刻度均匀 3分
刻度不均匀 2分
量程 可测的最大拉力大 3分
可测的最大拉力小 2分
整个电路能源消耗 能源消耗较小 3分
能源消耗较大 2分
【解答】解：（1）由R可知，当电流表的示数增大时，电路的总电阻减小，
由图甲可知，拉力增大时，滑片下移，
因电流表示数随拉力的增大而增大，所以，拉力增大时，电阻丝接入电路中的电阻应减小，则虚线框内接线柱“1”应与“3”连接；
（2）由图丁知弹簧的伸长量与拉力F成正比，弹簧伸长10cm，受到的拉力为500N，若在拉环处施加250N的拉力，弹簧会伸长5cm，由于ab为长10cm、阻值20Ω，所以1cm长的电阻丝阻值为2Ω，伸长5cm时，电阻丝接入电路的阻值为10Ω，此时电路中的电流为：
I10.3A，
1分钟R0产生的热量为：QR0t＝（0.3A）2×10Ω×60s＝54J；
（3）甲、丙中滑动变阻器和定值电阻串联接入电路，甲中电流表测通过电路的电流，丙中电压表测滑动变阻器两端的电压，
由图可知拉力越大，滑动变阻器接入电路的电阻越小，串联电路总电阻等于各部分电阻之和，所以电路总电阻变小，根据欧姆定律可知通过电路的电流变大，根据U＝IR可知定值电阻两端的电压变大，串联电路总电压等于各部分电压之和，所以滑动变阻器两端的电压变小，即甲中电流表随拉力的增大而增大，丙中的电压表都随拉力的增大而减小；
甲图中电流表量程为0﹣0.6A，所以通过电路的最大电流为0.6A，
根据欧姆定律可得此时电路总电阻：R10Ω，
此时滑动变阻器接入电路的电阻：RP＝R﹣R0＝10Ω﹣10Ω＝0Ω，
所以ab为长10cm、阻值20Ω的电阻丝，所以弹簧的伸长量为10cm，由图丁可知可测的最大拉力为500N；
丙图中电压表的量程是0～3V，电压表示数最小为0时，滑动变阻器接入电路的电阻为0，此时弹簧的伸长量为10cm，由图丁可知可测的最大拉力为500N；
乙中滑动变阻器的最大阻值与定值电阻串联接入电路，电压表测滑片以上部分电阻两端的电压，滑动变阻器接入电路的电阻不随拉力的改变而改变，所以电路电阻不变，根据欧姆定律可知通过电路的电流不变，即I′0.2A，
由图丁弹簧伸长量与所受力成正比，所以滑片以上部分电阻随拉力的增大而增大，根据U＝IR可知电压表示数随拉力的增大而增大，因为通过电路的电流不变，所以电压表示数与滑片以上部分电阻成正比，也就是说电压表来显示拉力的大小时，电压表的刻度是均匀的；
电压表的量程是0～3V，电压表示数最大为3V时，滑动变阻器滑片以上部分的电阻：RP′15Ω，
弹簧的伸长量：ΔL10cm＝7.5cm，
可测的最大拉力为500N＝375N，
图乙中滑动变阻器始终接入电路最大阻值，通过电路的电流最小，根据W＝UIt可知在通电时间相同时，该电路的能耗最小，故选乙图。
（2023 婺城区模拟）学校开展科学STEM项目学习，小科自制一台旋转飞椅，如图，竖直铁杆插在齿轮中心，转盘固定在铁杆顶部，铁丝一端固定在转盘沿，一端固定在飞椅上。闭合开关，齿轮旋转，带动竖直铁杆自转，从而飞椅匀速旋转，铁丝与竖直铁杆之间以一定角度θ拉开。
（1）不考虑空气阻力的影响，飞椅主要在重力和 的作用下，悬空高速旋转。小科想探究铁丝与竖直铁杆之间的夹角和哪些其他因素有关，建立假设开展实验。
【建立假设】铁丝与竖直铁杆的夹角θ与铁丝长度有关。
【实验方案】小科用同套设备和飞椅，改变铁丝长度，测出铁丝与竖直铁杆的夹角θ。
【实验数据】
铁丝长度（cm） 铁丝与竖直铁杆夹角θ（度）
2 4
4 15
6 37
8 53
（2）分析上述数据，得出实验结论 。
（3）小科在实际操作中发现，闭合开关，齿轮不动，手推一下，才正常旋转，原因可能是 。
【解答】解：（1）悬空的飞椅受到重力和拉力的共同作用；
（2）分析表格数据可知铁丝长度越长，铁丝与竖直铁杆夹角越大，所以铁丝与竖直铁杆的夹角θ随铁丝长度的增加而增大；
（3）闭合开关，齿轮不动，手推一下，才正常旋转，说明电动机刚启动时阻力过大。
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题型六 工程设计与物化
01考情透视·目标导航
02知识导图·思维引航
03核心精讲·题型突破
考点一 工程设计与物化
【真题研析】
考法01 物理类工程设计
考法02 化学类工程设计
考法03 生物类工程设计
考法04 综合类工程设计
【核心精讲】
知识点一 一般解题步骤
知识点二 工艺流程设计题
知识点三 装置设计题
知识点四 物质转化与应用题
【命题预测】
考点要求 课标要求 命题预测
工程设计与物化 1、问题界定：能定义简单的实际工程问题，分析限制条件，提出验收标准。比如给定一个建造小型桥梁的任务，学生要能明确如桥梁的承载重量要求、可用材料范围、建设成本限制等条件，以及建成后需要达到的验收标准。 2、方案设计与分析 能够尝试使用合适的方法，对选定的设计方案进行模拟分析和预测。例如在设计一个太阳能热水器时，能运用热传递等知识对设计方案的集热效率等进行模拟分析和预测。依据不同来源的证据、限制条件等因素，从需求层面优化设计方案。如在设计环保型房屋时，根据当地的气候条件、居民生活需求等因素，对房屋的隔热、采光等设计方案进行优化。 3、实施与改进 知道工程需要经历明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果等过程。利用工具制作实物模型，尝试应用科学原理指导制作过程，根据实际反馈结果，对模型进行有科学依据的迭代改进，最终进行展示。比如在制作简易电动机模型时，运用电磁感应等科学原理，根据模型运行中出现的问题进行改进。 跨学科融合加深：工程设计与物化部分的题目将更加注重物理、化学、生物、地理等多学科知识的融合。如在设计一个城市雨水收集利用系统时，可能会涉及到物理中的流体力学知识、化学中的水质净化原理、生物中的生态系统平衡以及地理中的城市规划等多学科内容。 强调核心素养考查：突出对学生科学思维、科学探究、科学态度与责任等核心素养的考查。例如，通过让学生设计一个解决实际问题的工程方案，考查学生的创新思维和实践能力；通过分析工程实施过程中的环境影响等问题，考查学生的科学态度与社会责任感。 情境更加真实复杂：题目所设置的工程设计与物化情境将更加贴近真实生活和生产实际，且问题情境会更加复杂，需要学生具备更强的信息提取和分析解决问题的能力
考点一 工程设计与物化
考法01 物理类工程设计
（2024 浙江）某兴趣小组设计了一款自带风力发电机的一体式路灯，其模型及纵截面示意图如图所示。任意方向吹来的风经过灯罩的上、下表面时都会产生上升气流，带动风叶转动而发电。
（1）风力发电机的发电原理是 （填字母）。
A.电磁感应
B.电流周围存在磁场
C.通电线圈在磁场中转动
（2）灯罩上方空气流速大，压强 。
（3）若路灯额定功率为100瓦，风力发电机产生1千瓦时的电能，能使该路灯正常工作 小时。
（2023 温州）项目学习小组实验发现，装在筒内的电动机带动风叶转动时，电动机转动方向改变，气流方向也改变，如图甲所示。于是想利用带风叶的电动机制作一款“书桌神器”：既能收集书桌上的小纸屑，又能吹风纳凉。
他们制定的产品评价表如下。
评价指标 评价等级
优秀 合格 待改进
指标一 能吸纸屑、吹风且风速可调 能吸纸屑、吹风，风速不可调 只能吸纸屑或只能吹风
指标二 吸纸屑后，吹风时无纸屑吹出 吸纸屑后，吹风时有部分纸屑吹出 吸纸屑后，吹风时全部纸屑吹出
小组同学设计如图乙电路，利用带风叶的电动机、电池、旋钮式电阻等材料制作模型，其工作原理示意图如图丙。
（1）图乙中，通过切换开关S，可以改变电动机转向的原因是 。
（2）将开关S与“1”连接，旋钮OP绕O点沿箭头方向转动时，电动机转速如何变化？
（3）对模型测试时，其“指标一”为优秀。结合评价表，判断该模型的“指标二”评价等级为 。
（2023 丽水）科学学习小组开展了“自制测力计”的项目化学习。
【项目任务】自制测力计并用于测量力的大小。
【项目准备】提供材料如图甲，弹簧和橡皮筋的伸长量与受到拉力的关系如图乙。
【评价量规】在老师的指导下小组同学制定了评价量规，表中为部分评价指标。
评价指标 评价等级
优秀 良好 待改进
调零方式 多种方式调零 只能移动指针调零 不能调零
精确度 达到0.1牛 达到0.2牛 大于0.2牛
【项目制作】
（1）选择材料时，弹簧比橡皮筋更合适。理由是一定范围内，弹簧的伸长量与受到的拉力成 关系，便于标注均匀刻度；
（2）选用图乙中b弹簧制作测力计，确定“0”和“2牛”刻度后，两者之间分为10等份，则该测力计的最小刻度为 牛，小组同学用制好的弹簧测力计称量身边小物件的重力；
【项目评价】
（3）自制测力计“调零方式”指标为良好。用该测力计测量水平拉力，应先将测力计水平放置，弹簧处于自由状态，指针调整到 刻度位置，方可进行测量；
（4）实测时，挂上0.1牛的铅粒，发现测力计示数几乎没有变化，为使“精确度”指标表现更优
秀，需选取图乙中 弹簧取代b弹簧制作测力计（填“a”或“c”）。
考法02 化学类工程设计
（2024 浙江）织物处理工艺中蕴含着很多的科学知识。请回答。
组别 酸 加入酸的体积（毫升） 溶液pH
1 3.6%醋酸（pH＝2.5） 10.1 6.7
30.0 4.4
2 3.6%盐酸（pH＝0） 5.9 11.4
6.1 3.6
3 0.012%盐酸（pH＝2.5） 1824 8.2
1825 7.0
（1）古法工艺：采用贝壳灼烧而成的灰烬（主要成分CaO）和草木灰（含K2CO3）在水中浸泡并不断搅拌，得到强碱性溶液，用于织物的处理。浸泡获取强碱性溶液时，发生的化学反应有：Ⅰ.CaO+H2O═Ca（OH）2；Ⅱ.K2CO3+Ca（OH）2═CaCO3↓+2KOH。
①Ⅰ的化学反应类型是 。
②该强碱性溶液中，有效成分是 。
（2）现代工艺：通常用氢氧化钠溶液来处理织物。
①配制100千克溶质的质量分数为0.4%的氢氧化钠溶液，需要溶质的质量分数为20%的氢氧化钠溶液多少千克？
②碱液处理后的织物，用醋酸调节pH至7.5～4.0之间。为什么用醋酸呢？表中是在60毫升0.4%的氢氧化钠溶液（pH＝13.0）中加入酸的体积和溶液pH的部分数据。根据表中信息，解释使用醋酸的原因： 。
考法03 生物类工程设计
（2024 浙江）西兰花的营养价值较高，但采摘后易失水、失绿变黄，新鲜度降低，品质下降。某兴趣小组以叶绿素含量（每克西兰花所含叶绿素的质量）为指标，研究了用LED红蓝光照射对西兰花保鲜效果的影响，实验过程如下。
①挑选一定数量的西兰花，随机均分为A、B两组。
②将两组西兰花分别放入两个试验箱，置于4℃、湿度适宜的同一贮藏环境中。A组西兰花不进行光照，B组西兰花采用LED红蓝光持续照射。
③在第0、2、4、6、8天，从每组随机取3颗西兰花，测定并记录其叶绿素含量。
④多次重复实验，统计并处理实验数据，结果如图所示。
请回答：
（1）采摘后的西兰花在一定时间内仍会进行 （填一种生理活动），从而分解有机物，影响其品质。
（2）为减少实验材料差异对实验结果的影响，应挑选一定数量 （写出一点）相近的西兰花进行实验。
（3）兴趣小组认为LED红蓝光照射能缓解西兰花失绿变黄。据图分析，其依据是 。
（4）根据上述实验判断，用LED红蓝光照射的处理是否适用于各种水果和蔬菜的保鲜，并说明理由： 。
考法04 综合类工程设计
（2023 台州）冰雹是一种灾害性天气，会损坏农作物和各种设施。
（1）冰雹在高空具有较大的重力势能，落到地面时速度较 。
（2）为探究不同速度的冰雹下落时对塑料薄膜的损坏程度，某同学进行模拟实验；取三块相同的塑料薄膜，画上20毫米×20毫米的小方格，让3个相同的圆冰球以不同的速度分别撞击，实验结果如图所示。利用方格计算受损面积，发现图甲、乙难以比较。若要更准确比较图甲、乙受损面积大小，不增加其它工具，可如何改进？
（3）在总厚度不变的情况下，使用双层薄膜是否可以更好地抵挡冰雹？于是该同学再次进行模拟实验：选用材质相同的单层和双层薄膜，利用大小和速度相同的圆冰球撞击，比较受损程度，实验结果如表。
类型 单层薄膜（厚度0.24mm） 双层薄膜（厚度0.12mm）
间隔0mm 间隔5mm 间隔10mm
受损程度 破损 上、下两层均轻微形变 上、下两层均中度形变 上层破损、下层严重形变
根据表中信息，请对大棚铺设塑料薄膜提出合理的建议。
（2023 台州）大气中二氧化碳含量的迅速增加已被认为是全球变暖的主要因素。
（1）生物的呼吸作用、煤和石油等物质的燃烧会产生大量二氧化碳气体。正常情况下，大气中二氧化碳的含量能保持相对稳定（如图），主要是因为植物的 作用能吸收大量的二氧化碳气体。
（2）如图表示吸收工业尾气中二氧化碳气体的一种传统方法。
①生成的X固体是 。
②反应器中，氢氧化钠溶液喷成雾状可以使反应更充分。在科学中有很多“通过增大表面积以提高物质反应或交换效率”的例子，如人体的肺部有数量众多的肺泡可以提高气体交换效率，请你再举一个类似的例子。
（3）目前，科学家正在研究“液态阳光技术”，以甲醇作为新型燃料来代替传统的煤、石油和天然气，其原理如图所示。通过该技术，将太阳能转化为 能贮存在甲醇中。请你说出“液态阳光技术”的一个优点。
知识点一 一般解题步骤
1、仔细审题：认真阅读题目，明确题目所涉及的工程设计主题和具体要求，如设计一个污水处理工程、太阳能利用装置等。同时，确定题目中给出的已知条件，包括相关物质的性质、反应原理、工艺参数、限制条件等，比如给定某种污水的成分及排放标准。
2、分析问题
①原理分析：思考实现工程设计目标所依据的科学原理，可能涉及物理、化学、生物等多个学科领域。例如，污水处理可能涉及沉淀、过滤、吸附等物理原理，以及氧化还原、中和反应等化学原理。
②流程分析：根据题目要求，构思合理的工程流程或操作步骤。以海水淡化工程为例，可能包括预处理、淡化处理、后处理等主要流程，每个流程又包含具体的操作单元。
③物质转化分析：关注工程过程中物质的转化和变化，确定反应物、生成物以及中间产物，分析物质之间的相互关系和转化条件。如在金属冶炼工程中，要明确矿石如何经过一系列反应转化为金属单质。
2、设计方案
①整体规划：基于原理和流程分析，设计出整体的工程方案，包括选择合适的设备、材料和工艺方法。比如在设计太阳能热水器时，要选择合适的集热器材料、保温材料和储水容器。
②细节设计：考虑方案的细节问题，如设备的尺寸、管道的连接方式、反应条件的控制等。例如，在化工生产中，要精确控制反应温度、压力和反应物的流量。
③方案优化：对设计方案进行评估和优化，从经济性、环保性、安全性等方面考虑，选择最优方案。如比较不同污水处理工艺的成本、处理效果和对环境的影响。
3、计算与验证
①相关计算：根据题目中的数据和科学原理，进行必要的计算，如物质的量的计算、能量的转换计算、设备尺寸的计算等。例如，根据污水中污染物的浓度和处理量，计算所需药剂的用量。
②结果验证：将计算结果代入题目条件或实际情况中进行验证，确保方案的可行性和合理性。检查设计方案是否满足题目要求和实际工程的需要。
4、规范作答
①清晰表达：用简洁、准确的语言表达解题思路和设计方案，包括文字说明、流程图、化学方程式等。例如，用流程图清晰地展示化工生产的工艺流程。
②书写规范：注意化学符号、单位、图表的绘制等要规范，避免因书写不规范而丢分。
知识点二 工艺流程设计题
1、熟悉常见工艺：了解常见的化工、环保等工艺流程，如钢铁冶炼、污水处理、海水淡化等的基本流程和原理，以便在解题时能够快速迁移应用。
2、关注物质流向：分析流程中每一步物质的输入和输出，明确物质的转化和分离过程，注意中间产物的生成和利用。
3、条件控制分析：理解反应条件（如温度、pH、催化剂等）对工艺的影响，根据题目要求合理选择和控制反应条件。
知识点三 装置设计题
1、原理与功能对应：根据设计目标确定装置的功能，再依据科学原理选择合适的装置部件和连接方式。例如，设计气体发生装置时，要根据反应物的状态和反应条件选择合适的发生装置类型。
2、考虑装置细节：注意装置的气密性、防倒吸、尾气处理等细节问题，确保装置的安全性和可靠性。
3、绘图规范准确：如果需要绘制装置图，要使用规范的绘图工具和方法，标注清楚各部件的名称和作用。
知识点四 物质转化与应用题
1、建立物质转化关系：根据题目所给信息，写出相关的化学反应方程式，建立物质之间的转化关系，理清物质的来龙去脉。
2、结合实际应用：将物质转化与实际工程应用相结合，考虑物质的性质、成本、环境影响等因素，选择合适的物质和反应路线。
3、杂质处理与分离：如果涉及到混合物的处理，要考虑如何除去杂质，选择合适的分离和提纯方法，如过滤、蒸馏、结晶等。
（2023 永嘉县校级二模）如图甲是一种浮球液位开关，由浮球和重锤组成，重锤可固定在导线的任一位置。它应用于供水和排水的控制电路中（如图乙）。工作原理：当储水罐内液面下降，浮球向下运动，头部向下达到一定角度，浮球内的钢球在卡槽内向头部运动，带动连杆，触动微动开关，使动触头A与触头B接通（如图丙），使水泵进水。水位上升时，浮球上浮，当浮球的头部上仰至一定角度时，钢球往尾部移动，连杆离开微动开关，动触头A在弹性作用下与触头C接通（如图丁），使水泵停止工作。（1）已知浮球及其内部所有物体总重G为6N，不计电线重力和体积，计算浮球的体积至少要多大？
（2）浮球的密封性是浮球液位开关的关键技术，如果密封性不好导致漏水，以下哪些现象会发生 （可多选）。
①浮球不能浮起
②水泵不会工作
③水泵连续工作，不能停止
（3）安装时需要调节浮球到重锤之间的导线的长度，如果设置太短，则会出现的故障现象并分析成因。
（2023 鹿城区校级模拟）摇冰是一种夏天能自冷的铝罐装饮料，其内部结构如图所示。
请根据所给资料，回答：
（1）“一摇冰”饮料在炎热的夏天解渴，其罐底的固体是硝酸铵（NH4NO3），则其中氮、氧两种元素的质量比是 。
（2）我市已全面推进生活垃圾分类工作，小科应把这个洗净后的罐体投入标有 （填“有害垃圾”、“可回收垃圾”、“其他垃圾”）收集容器中。
（3）小科喝完饮料后，取出罐体底部的水溶液，测得其溶质质量分数为64%，若用该溶液配制100克溶质质量分数为8%的稀溶液需要该溶液多少克？
（2023 鹿城区模拟）我国研发出了一种新型水陆两栖飞行器一“同济飞鱼”（如图甲所示），它既能在空中飞行，也能在水中畅游。
（1）两栖飞行器在水中通过螺旋桨转动向后划水即可实现向前航行，其原理是 。
（2）两栖飞行器装有深度计，图乙是其工作电路，压力传感器的电阻随压力的增大而减小。闭合开关，飞行器在深海下潜过程中显示器示数大小变化是 。
（3）两栖飞行器还自带声波测距仪，某次飞行器悬停空中向障碍物发射声波，从发出声波至接收到反射回来的声波共用时2秒，若声波的速度为340米/秒，则飞行器离障碍物的距离是 米。
（2023 永康市校级三模）项目化学习小组利用橡皮筋进行自制简易测力计项目。在橡皮筋下悬挂一枚回形针作为挂钩，并依据此时指针位置标上零刻度。
（1）项目一：标明刻度。在回形针上每次加挂一个50克的钩码，测量每次指针到零刻线的距离L，画出拉力逐渐增大过程的F﹣L图像，如图乙中曲线①所示。该自制测力计刻度不均匀的原因是 。
（2）项目二：检验作品。将钩码逐个取下，测量每次指针到零刻线的距离L，画出拉力逐渐减小过程的F﹣L图像，如图乙中曲线②所示，与拉力逐渐增大过程的曲线①不重合。小科用此测力计先后连续测量F1和F2（F1＞F2），请根据图乙判断F2的测量值比真实值偏大还是偏小，并说明理由 。
（3）项目三：改进完善。同学们在老师的指导下针对该测量仪器的科学性设计了评价表。
自制简易测力计评价表（节选）
评价指标 优秀 合格 待改进
指标一 设计合理，结构完整 结构完整 结构不完整，有1处以上缺失
指标二 刻度均匀，刻度线之间距离较大，测量精确度高 刻度均匀，但刻度线之间距离较小，测量精确度差 刻度不均匀
（4）根据评价表，该测力计的“指标一”被评为“优秀”，“指标二”被评为“待改进”。为使“指标二”达到优秀水平，请你对该测力计提出合理的改进建议 。
（2023 钱塘区校级四模）在燃烧正旺的炭火盆上，不小心洒上几滴水，会看到有火苗窜起。这是什么气体在燃烧？小越、小响、小轩和小孟同学组成的合作学习小组对气体的成分展开了探究。
【组内交流，形成共识】火焰是气体物质燃烧产生的现象，既然有火苗，水与炽热的碳反应肯定产生了可燃性气体，同时应该还有未反应的水蒸气。
【提出猜想】
小孟：可能含有CO；
小越：可能含有H2；
小响：也可能是CO和H2的混合物；
小轩：不排除有非可燃性气体生成，有可能还有少量的CO2。
【查阅资料】
无水硫酸铜遇水由白色变为蓝色。
【设计实验】合作学习小组成员设计了如上实验装置图，并进行了实验（已知试管内棉花不参与反应，它的作用是制造水蒸气）。
（1）丙装置中浓氢氧化钡溶液的作用是 。
（2）能证明混合气体中存在CO的现象是
（3）小孟认为：根据上述现象还不能确定气体中的某一种成分是否存在，要证明该气体是否存在，只需将上述装置稍作改进即可。你认为小孟的改进方法是 。
（4）小响认为该实验装置经上述改进后，还存在一个明显的缺陷是 。
【结论】炽热的碳和水蒸气反应有H2、CO和CO2生成。
（2023 温州模拟）某STEAM小组设计了一款可用电流表示数显示拉力大小的测力计模型，并且电流表示数随拉力的增大而增大。模型电路如图甲所示，其中ab为长10cm、阻值20Ω的电阻丝，电源电压恒为6V，R0＝10Ω，其余元件电阻不计，电流表量程为0﹣0.6A，弹簧伸长量与所受力的关系如图丁所示。忽略弹簧、拉杆和拉环的重力及滑片与电阻丝的摩擦，请完成下列问题。
（1）根据设计要求，应连接图甲虚线框中的 （“1和2”或“1和3”）接线柱。
（2）图甲中，闭合开关，在拉环处施加250N的拉力，求1分钟R0产生的热量。
（3）小明和小科想利用量程是0﹣3伏的电压表来显示拉力的大小，设计了图乙和丙的电路。请你根据如表所示的评价标准，在甲、乙、丙三个方案中选择合理方案，并至少指出该方案的两个优点。
拉力测力计评价标准
评价内容 分值
示数与拉力大小的关系 拉力越大，示数越大 3分
拉力越大，示数越小 2分
刻度 刻度均匀 3分
刻度不均匀 2分
量程 可测的最大拉力大 3分
可测的最大拉力小 2分
整个电路能源消耗 能源消耗较小 3分
能源消耗较大 2分
（2023 婺城区模拟）学校开展科学STEM项目学习，小科自制一台旋转飞椅，如图，竖直铁杆插在齿轮中心，转盘固定在铁杆顶部，铁丝一端固定在转盘沿，一端固定在飞椅上。闭合开关，齿轮旋转，带动竖直铁杆自转，从而飞椅匀速旋转，铁丝与竖直铁杆之间以一定角度θ拉开。
（1）不考虑空气阻力的影响，飞椅主要在重力和 的作用下，悬空高速旋转。小科想探究铁丝与竖直铁杆之间的夹角和哪些其他因素有关，建立假设开展实验。
【建立假设】铁丝与竖直铁杆的夹角θ与铁丝长度有关。
【实验方案】小科用同套设备和飞椅，改变铁丝长度，测出铁丝与竖直铁杆的夹角θ。
【实验数据】
铁丝长度（cm） 铁丝与竖直铁杆夹角θ（度）
2 4
4 15
6 37
8 53
（2）分析上述数据，得出实验结论 。
（3）小科在实际操作中发现，闭合开关，齿轮不动，手推一下，才正常旋转，原因可能是 。
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