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专题六　综合能力题
一、信息阅读类
1.[物理学与社会发展](2024·广东)阅读短文，回答问题.
载人飞艇
　　2024年3月30日，我国自主研制的“祥云”AS700载人飞艇成功完成首飞.某飞艇如图甲所示，其气囊体积巨大，采用轻质材料制作.飞艇升空靠浮力来实现，水平飞行靠发动机提供动力.发动机输出的能量用于做推动功和辅助功：推动功指克服空气阻力推动飞艇水平飞行做的功；辅助功指发动机驱动飞艇上发电机工作所做的功，辅助功的功率恒定.当飞艇低速(v≤12 m/s)水平直线飞行时，其受到的空气阻力F阻与速度v的关系如图乙所示.飞艇部分参数如表所示.忽略气囊厚度及气囊外其他部分受到的浮力.
　
空载质量 (不含氦气) 3 750 kg 气囊总 容积 4 200 m3
发动机额定 输出功率 3×105 W 辅助功的 功率 5×104 W
发动机效率 36％ 最大速度 70 km/h
(1)气囊采用轻质材料制作是为了减小 .
(2)飞艇的发电机利用 的原理发电.
(3)将气囊充满氦气，此时飞艇受到的浮力为 N，飞艇最多可载 位乘客升空.(每位乘客质量m＝60 kg，ρ空气＝1.2 kg/m3，ρ氦气＝0.2 kg/m3，g＝10 N/kg)
(4)飞艇先后以3 m/s和6 m/s的速度水平匀速直线飞行相同的时间，推动功分别为W1和W2，则W1∶W2＝ .
(5)飞艇低速水平匀速直线飞行时，若消耗10 kg燃油，可飞行的最大距离为 km.(燃油热值q油＝4.5×107 J/kg)
2.(2023·广东)阅读材料，回答问题.
风力发电
　　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的关系如图丙所示.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.)
(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.
3.[物理学与工程实践](2022·广东)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.
　　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.假定测试中充电桩输出的电能全部转化为电池的储能.充电前，D为30％，充电桩显示屏中充电时长、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，图像已作近似处理)，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下表.
充电电压(V) 充电电流( ) 充电时长(min) 充电度数(kW·h) 充电费用(元)
400 45 24.0 28.80
(1)通常，直流充电桩比交流充电桩充电电压更高、电流更大，故充电功率更 .
(2)在D从30％增至70％的过程中，充电功率大致的变化规律是 .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.
4.(2025·深圳)深圳大力推动无人机事业发展，已经将无人机用于运送急救AED装置.
苏华同学发现无人机搭配北斗卫星导航，有四个旋翼，每个旋翼搭配独立的电动机驱动，相邻旋翼之间旋转方向相反；无人机空载总质量(含电池，不含AED)为9 kg，电池能量密度为200 W·h/kg(质量能量密度是指满电时电池能量与电池质量之比).
俊宇同学购买了一台无人机，无人机满电开始测试；飞行分为前往过程和返回过程，前往和返回过程都分为竖直上升过程，水平匀速运动过程，竖直下降过程，且消耗能量相同；无人机前往过程中竖直上升和竖直下降过程消耗的总能量为3.2×104 J，水平匀速移动过程飞行每秒消耗的能量为
2 500 J，总用时160 s，无人机用于驱动飞行的电能转化效率为60％，无人机竖直下降后电池剩余总容量的50％，测试结束.
(1)璐璐同学指出：无人机的信号传输是通过 传递.
(2)粤鹏同学说AED电击时为什么不能碰人，因为人体 .
(3)当俊宇购买的无人机空载时匀速向下降落2 m，重力做功 J.(g＝10 N/kg)
(4)无人机螺旋桨飞行时向下，无人机向上飞，善于观察的苏华同学发现通过桨叶旋转空气提供升力，这体现了力的作用是 .
(5)顺顺同学经过观察，指出无人机各电动机之间是 联的.
(6)满电时，无人机的电池质量占空载质量的百分比是 .(结果精确到0.1％)
(7)为了更快运送急救AED装置，请你帮助璐璐同学对无人机设计提出一条建议： ；如何去更改螺旋桨的旋转方向？ .
5.　阅读短文，回答问题.
混合动力汽车
图甲为我国自主研发生产的某款混合动力新能源汽车，它的外观设计十分动感时尚，混合动力系统由一台1.5 L涡轮增压发动机和一个电动机组成，即可以实现纯电动驱动、纯内燃机驱动或者两者混合驱动，综合输出最大功率达130 kW.该车配备了全液晶仪表盘，显示发动机转速、电池剩余电量、剩余汽油量、可续航里程等信息.仪表盘油量表的原理如图乙所示，电源电压为4 V，定值电阻的电阻R0为10 Ω，压敏电阻的电阻R与油箱内汽油的质量的关系为R＝－2m＋86，其中R的单位为Ω，m的单位为kg，油量表由测量范围为0～3 V的电压表改装而成.
(1)该汽车以混合动力模式的最大输出功率行驶100 s，做的机械功为 J.
(2)油箱内汽油量越多，电压表的示数 (选填“越大”或“越小”).
(3)当油箱内的汽油完全用完后，压敏电阻的电阻R为 Ω.油量仅剩8 kg时油量表显示“报警”以提示油量不足，则“报警”位置应标记在电压表示数为 V处.
(4)为了保护油量表，该汽车设计的最大加油量应为 L.(结果保留整数，汽油密度为0.8×103 kg/m3)
(5)当汽车电池使用较长时间后，电源提供的电压会减小导致油量表显示不准确，解决方法除了更换新的电池外，还可以 (写出一种方法即可).
二、问题探究类
1.[科学探究](2023·广东)小明了解到有种说法“在室内穿两件薄衣服比只穿一件厚衣服更保暖”.他采用图中的装置进行实验：在甲、乙两个相同的瓶子中装入等体积的热水，用两层灰色薄棉布包裹着甲瓶(内层紧贴，外层相对宽松)，用一层灰色厚棉布紧贴包裹着乙瓶，用数显温度计测量瓶中热水的温度，测得有关数据如表所示.
室温：25.0 ℃
时间/min 0 20 40 60 80
甲瓶水温/℃ 61.0 56.6 62.5 50.9 48.5
乙瓶水温/℃ 61.0 55.6 52.3 49.0 45.7
(1)表中有一个温度值记录错误，该错误的温度值是 ℃.水温会先降到41.0 ℃的是 瓶.已知瓶中水的体积是350 mL，该瓶中水的温度降至41.0 ℃时，其放出的热量是 J.[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，ρ水＝1.0×103 kg/m3]
(2)如果把瓶中的热水换成冰块， 瓶中的冰块熔化较慢.分析实验结果，可猜想“在室内穿两件薄衣服比只穿一件厚衣服更保暖”的原因可能是两件薄衣服中间有 .
(3)请写出一个生活中与你的猜想相符合的例子： .
2.(2022·广东)图甲为部分电磁波的频率分布示意图.
(1)由图可知，紫外线 (选填“是”或“不是”)电磁波.它在真空中的传播速度约为 m/s.
(2)下列实例中，属于紫外线应用的是 (填字母).
A.遥控器控制电视 B.体检时拍X光片
C.医院杀菌消毒灯 D.“测温枪”测量体温
(3)少量的紫外线照射是有益的，过量的紫外线照射会损伤皮肤.紫外线能使荧光物质发光，小明想检验某防晒霜对紫外线的阻挡作用，利用图乙所示的实验装置在暗室及一定防护下进行实验.
步骤一：如图乙所示，固定好紫外线灯和涂有荧光物质的硬纸板，将一块大小合适的玻璃板放置在 (选填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)区域，且调整玻璃板与硬纸板平行；
步骤二：打开紫外线灯，荧光物质发光；
步骤三：关闭紫外线灯，荧光物质不发光；
步骤四：按产品的说明书要求在玻璃板上均匀涂满防晒霜，再次打开紫外线灯，荧光物质有微弱发光.
由此可推断，该防晒霜 (选填“能”或“不能”)阻挡全部紫外线.
3.在水果中平行插入两片不同金属制成的极板，就组成了一个水果电池，如图甲所示.物理兴趣小组的同学在课外实践活动中探究影响水果电池电压大小的因素，实验前，他们的部分实验猜想如下：
猜想一：水果电池电压可能与水果的种类有关；
猜想二：水果电池电压可能与极板的材料有关.
(1)为了验证猜想一和猜想二，在不同水果中插入不同金属制成的极板，并保持两块极板间的距离、极板插入水果的深度不变，分别测出电压，实验记录如下表所示.
　　　　
实验 序号 水果 种类 两极板间的电压U/V
铁—锌 铁—铜 铜—锌
1 苹果 0.6 0.7 1.0
2 菠萝 0.5 0.6 0.9
3 梨 0.4 0.5 0.8
4 橙 0.7 0.8 1.1
①为了验证猜想一，保持 不变，改变水果的种类，多次实验后，得出结论：猜想一是 (选填“正确”或“错误”)的；
②分析表格数据可知，水果电池的电压与极板的材料有关，表中效果最好的两极板材料是 ；
③图甲中，与电压表标有“3”字样的接线柱相连的极板是水果电池的 极，若要使电压表的指针偏转角度更大，可将多个水果电池 联.
(2)将两极板插入水果更深些，发现电压表的示数发生了变化，由此，可以提出一个可探究的科学问题是 .
(3)兴趣小组的同学将两极板都换成铜片，发现两铜极板间无电压，于是提出一个新的探究问题：水果的电阻是多大？为此，他利用一个电源(未知电压)、电阻为R0的定值电阻、导线、三个开关及原有的电压表进行电路设计，测出此时水果的电阻.请在图乙虚线框内画出可行的电路图.(水果的电阻用“”表示)
4.(2025·广东)桥梁设计需考虑材料受热膨胀.小明设计实验，探究形状和大小相同、材料不同的圆柱体金属棒A、B受热伸长量与温度变化量的关系.
(1)初始时金属棒A、B的长度和横截面积均 .
(2)如图所示装置可用来测量金属棒受热时微小的伸长量.激光笔固定在杠杆右端，杠杆可在竖直平面内转动；标尺竖直放置，通过激光点在标尺上移动的距离来反映金属棒的伸长量.
①开始时，将金属棒上端固定并保持竖直，下端轻触杠杆，杠杆和激光束在同一水平直线上，光点在标尺“0”刻度处；
②加热金属棒，光点会在标尺上向 (选填“上”或“下”)移动.用A、B棒进行实验，实验数据如表所示.其中，dA、dB分别表示A、B棒在不同温度t时，光点在标尺上的刻度值；
实验序号 1 2 3 4 5
t/℃ 25.0 40.0 55.0 70.0 85.0
dA/cm 0 1.10 2.15 3.26 4.31
dB/cm 0 1.73 3.44 5.18 6.89
③分析数据可知：同一根金属棒温度升高越多，伸长量越 ；温度升高相同时，金属棒 (选填“A”或“B”)的伸长量更大.
(3)金属棒伸长使杠杆转动过程中，阻力臂 (选填“变大”“变小”或“不变”)；同一根金属棒伸长量一定时，为使光点移动距离更大，可采取的做法是 (写1种即可).
三、分析计算类
1.(2025·广东)巡检机器人可对高压输电线进行巡检，如图甲所示，其相关参数见下表.机器人的电机可切换为电动机或发电机.水平匀速巡检时，蓄电池减少的储能全部用于电机产生的牵引力做功.当蓄电池储能降至0.1E0时，停止电能输出，巡检终止.下坡巡检时，电机可将重力势能转化为电能并为蓄电池充电，将能量储存起来.
质量m0 54 kg
最大巡检速度v0 4 km·h－1
蓄电池满电时储能E0 0.2 kW·h
电动机最大输出功率P0 100 W
　　甲　　乙
(1)下坡时，发电机利用 原理发电.
(2)请完成以下能量转化流程图：
(3)若充满电的机器人保持P0、v0水平巡检1.2 h，则巡检路程为 km，牵引力为 N，蓄电池储能剩余 kW·h.
(4)如图乙所示的巡检线路，当机器人到达A点时，蓄电池储能为0.95E0.随后机器人先下坡巡检(电机切换为发电机)，后水平巡检(电机切换为电动机)，巡检全程速度大小保持不变.AB段重力势能减少量为1×105 J.充电过程中，重力势能每减少1 J，转化为电能并储存在蓄电池中的能量为0.45 J.水平阶段机器人所受阻力大小是重力的0.15倍，则水平阶段匀速巡检的最大路程为 m.(g＝10 N/kg)
2.[物理学与社会发展](2024·广东)我国载人潜水器“奋斗者”号突破万米深潜.潜水器内氧气浓度过低会影响内部人员的生命安全.氧气可通过电解水的方式来制备.
　　某科创小组设计了氧气浓度报警装置，其简化电路(未连接完整)如图甲所示.气敏箱可等效为一个可变电阻器，其电阻R与氧气浓度c的关系如图乙所示.闭合开关，当氧气浓度c＞0.28 kg/m3时，绿灯正常发光；当c≤0.28 kg/m3时，红灯正常发光.已知电源电压及两灯的额定电压均为4.8 V，电磁铁线圈的电阻忽略不计.
　　　　　　
(1)“奋斗者”号下潜过程中，受到海水的压强变 .
(2)电解水制备氧气的过程中，电能主要转化为 能.
(3)图甲中的A灯为 (选填“红”或“绿”)灯.
(4)闭合开关，当c＝0.28 kg/m3时，通过电磁铁线圈的电流为 A.
(5)请根据文中信息，用笔画线代替导线，将图甲所示电路连接完整，要求导线不能相交( 为接线柱).
3.[科学思维](2021·广东)图甲是某品牌家用电吹风，其电路如图乙所示，两电阻丝的电阻分别为R1、R2，M为电动机.通过调节开关，可使电吹风分别处于“停止”“冷风”“暖风”或“热风”四种状态.
(1)要使电吹风正常工作，图甲中的A处应安装 ，B处应安装 .(均选填“电动机”或“电阻丝”).
(2)如图乙所示，要使电吹风处于“冷风”状态，应闭合开关 .要使电吹风处于“暖风”状态，应闭合开关 .
(3)已知电吹风处于“暖风”状态时，从出风口吹出的空气温度升高了20 ℃；处于“热风”状态时，从出风口吹出的空气温度升高了30 ℃，假设这两种状态下的热效率相同，相同时间内吹出的空气质量相同，则R1∶R2＝ .
(4)电吹风用了几年后，由于电阻丝的升华，实际发热功率会 (选填“变大”“变小”或“不变”).
4.王力同学在学校看到电工师傅们正在更换安全出口指示灯，他发现这些指示灯都是LED灯(即发光二极管，电路元器件符号为“”)，在实验室他找来了一只标有“5 V”字样的LED灯，电压为9 V的电源和一些电路元器件，设计了如图甲所示的电路.
(1)如图甲所示，闭合开关S前，要将滑动变阻器的滑片P置于 (选填“a”或“b”)端，闭合开关S后移动滑片P，LED灯发光，测得4组数据并在坐标纸上描点如图乙所示.当该LED灯正常工作时，LED灯的额定功率为 W，此时滑动变阻器接入电路的电阻RP是 Ω.再调节滑动变阻器，当LED灯两端的电压达到6 V时，该LED灯并未烧毁，则LED灯在6 V电压下工作10 s 消耗的电能为 J.
(2)在图甲中断开开关S，只改变电源的正、负极后再闭合开关S，LED灯不发光、电流表的示数几乎为零，但电压表有示数，此时LED灯在电路中相当于 (选填“通路”“断路”或“短路”).王力同学又把该LED灯接到某低压电路中，该灯出现持续频闪现象，说明这个低压电路中的电源提供的是 (选填“交流电”或“直流电”).
5.某国产高性能混合动力车，充电10 kW·h即可达到纯电动模式续航里程80 km，能满足日常上下班短途用电需求，长途可使用油电混合动力，最高时速可达180 km/h，百公里综合油耗仅2 L，电动机效率为80％(即有80％的电能转化为有用的机械能).
(1)纯电动模式行驶时电池将化学能转化为 能供电动机使用，若电池电量过低，需要插在充电桩上充电，此时的电池相当于电路中的 .
(2)汽车前排两侧的后视镜采用 镜，若小明透过后视镜看到路边电子钟的时间如图所示，则电子钟实际的时间是 .
(3)当紧急制动、碰撞或车辆行驶状态急剧变化时，系在车上人员的安全带能在人尚未移动时拉紧软带，将乘员紧紧地绑在座椅上，起缓冲保护作用；待冲击力峰值过去时，安全带会自动适当放松，避免因拉力过大造成二次伤害，同时自锁装置使软带固定在某一个位置上，有效保护乘员的安全.当发生碰撞时，安全带对人的拉力随时间变化的图像是 (填字母).
(4)若某一次纯电动模式行驶中该车消耗电能4 kW·h，若用效率为25％的燃油汽车行驶相同路程需要完全燃烧 kg的汽油.(汽油热值为4×107 J/kg)
6.龙骨水车亦称“翻车”“踏车”“水车”，因为其形状犹如龙骨，故名“龙骨水车”，是我国历史上的主要灌溉农具.龙骨水车由车槽、木齿轮、刮板、木链等组成.如图所示，车身是木板制成的车槽，车头和车尾各装有一个木齿轮，车尾装的是小轮，车头装的是大轮，大轮连着拐木，木链条上装有刮板，并套在两木齿轮上.水车灌溉时，用力转动拐木，使大轮轴转动，带动槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田中.
(1)车头大齿轮与拐木组成了一个 (填简单机械名称).拐木长度大于大轮半径，相当于 杠杆.
(2)木链上有一个凹槽，作用是增大木齿与木链之间的 .
(3)某次农民伯伯用水车灌溉农田，作用在水车拐木上的力的平均功率为400 W，每分钟能将600 kg的水“刮”上1.2 m高的农田里，则农民伯伯每分钟做的有用功为 J，此次灌溉农田的机械效率为 .(g取10 N/kg)
(4)请你提出一种改进方案，使水车用起来更省力： .专题六　综合能力题
一、信息阅读类
1.[物理学与社会发展](2024·广东)阅读短文，回答问题.
载人飞艇
　　2024年3月30日，我国自主研制的“祥云”AS700载人飞艇成功完成首飞.某飞艇如图甲所示，其气囊体积巨大，采用轻质材料制作.飞艇升空靠浮力来实现，水平飞行靠发动机提供动力.发动机输出的能量用于做推动功和辅助功：推动功指克服空气阻力推动飞艇水平飞行做的功；辅助功指发动机驱动飞艇上发电机工作所做的功，辅助功的功率恒定.当飞艇低速(v≤12 m/s)水平直线飞行时，其受到的空气阻力F阻与速度v的关系如图乙所示.飞艇部分参数如表所示.忽略气囊厚度及气囊外其他部分受到的浮力.
　
空载质量 (不含氦气) 3 750 kg 气囊总 容积 4 200 m3
发动机额定 输出功率 3×105 W 辅助功的 功率 5×104 W
发动机效率 36％ 最大速度 70 km/h
(1)气囊采用轻质材料制作是为了减小　质量　.
(2)飞艇的发电机利用　电磁感应　的原理发电.
(3)将气囊充满氦气，此时飞艇受到的浮力为　5.04×104　N，飞艇最多可载　7　位乘客升空.(每位乘客质量m＝60 kg，ρ空气＝1.2 kg/m3，ρ氦气＝0.2 kg/m3，g＝10 N/kg)
(4)飞艇先后以3 m/s和6 m/s的速度水平匀速直线飞行相同的时间，推动功分别为W1和W2，则W1∶W2＝　1∶4　.
(5)飞艇低速水平匀速直线飞行时，若消耗10 kg燃油，可飞行的最大距离为　16.2　km.(燃油热值q油＝4.5×107 J/kg)
【解析】(5)10 kg燃油完全燃烧放出的热量Q放＝m油q油＝10 kg×4.5×107 J/kg＝4.5×108 J，则发动机输出的能量(即发动机所做的总功)W＝ηQ放＝36％×4.5×108 J＝1.62×108 J；由题图乙可知，飞艇受到的空气阻力F阻＝500 N·s/m×v，根据题意可知，W＝W推＋W辅，且辅助功的功率恒定，则W辅＝P辅t，由题知推动功W推＝F阻s，可得
W＝F阻s＋P辅t＝F阻s＋P辅，代入数据有
1.62×108 J＝500 N·s/m×v×s＋5×104 W×，整理可得飞艇飞行的距离s＝，由不等式知识可知，当500 N·s/m×v＝5×104 W×时，即v＝10 m/s时，分母有最小值，此时距离s有最大值，则飞行的最大距离
s大＝＝1.62×104 m＝16.2 km.
2.(2023·广东)阅读材料，回答问题.
风力发电
　　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的关系如图丙所示.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.)
(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　顺时针　(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　36　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　4　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　1 084.3　kW·h.
【解析】(5)由题图丁可知，15：00～17：00和
19：30～20：00这两个时间段，v≥12 m/s，故输出功率恒定为300 kW，则15：00～16：00输出的电能
W2＝Pt2＝300 kW×1 h＝300 kW·h；则16：00～17：00
输出的电能为300 kW·h；19：30～20：00输出的电能为
150 kW·h；14：00～15：00和15：00～16：00两段时间内输出电能之比为1∶3，则14：00～15：00输出电能为
100 kW·h；14：00～14：30内的风速小于3 m/s，由题图丙可知，此段时间内输出电能为0，故14：30～15：00内输出电能为100 kW·h.14：30～15：00，17：00～17：30，
19：00～19：30这三个时间段的风速v＝10 m/s，故这三个时间段内的输出电能均为100 kW·h；在5 m/s≤v≤10 m/s的范围内，P与v的三次方成正比，即P＝kv3，则Pt＝kv3t，可得100 kW·h＝k·(10 m/s)3·0.5 h，解得k＝0.2 kW/(m·s－1)3；17：30～18：00，v1＝7 m/s，P1t＝kt；联立可得
P1t＝34.3 kW·h；则14：00～20：00的时间段内风力发电机组的输出电能为100 kW·h＋300 kW·h＋300 kW·h
＋100 kW·h＋34.3 kW·h＋100 kW·h＋150 kW·h
＝1 084.3 kW·h.
3.[物理学与工程实践](2022·广东)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.
　　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.假定测试中充电桩输出的电能全部转化为电池的储能.充电前，D为30％，充电桩显示屏中充电时长、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，图像已作近似处理)，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下表.
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
(1)通常，直流充电桩比交流充电桩充电电压更高、电流更大，故充电功率更　大　.
(2)在D从30％增至70％的过程中，充电功率大致的变化规律是　先变大，后不变　.当D为70％时，充电电流为　100　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　50.4　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　109　min.
【解析】(2)由题图乙知，D从30％增至70％的过程中，充电功率大致的变化规律是先变大，后不变；当D达到70％时，充电功率为40 kW＝40 000 W，由表中数据知，D达到70％时，充电电压为400 V，由P＝UI可知，此时的充电电流I＝＝＝100 A.
(4)由题意可知，充满电时储存的电能W＝＝60 kW·h；由题图乙知，D从80％增至90％时，即D增加10％，消耗的电能W2＝10％×W＝10％×60 kW·h＝6 kW·h，此过程中充电功率P2＝15 kW保持不变，由W＝Pt可知，此时充电的时间t2＝＝＝0.4 h＝24 min；D从90％至100％的过程中，充电功率不变，充电时间也为24 min；由题可知，t1∶t2＝2∶3，所以D从70％增至80％所需时间t1＝t2＝×24 min＝16 min；由表中数据可知，D从30％增至70％的过程中充电时长为45 min，所以测试全过程的充电总时长t＝45 min＋16 min＋24 min＋24 min＝109 min.
4.(2025·深圳)深圳大力推动无人机事业发展，已经将无人机用于运送急救AED装置.
苏华同学发现无人机搭配北斗卫星导航，有四个旋翼，每个旋翼搭配独立的电动机驱动，相邻旋翼之间旋转方向相反；无人机空载总质量(含电池，不含AED)为9 kg，电池能量密度为200 W·h/kg(质量能量密度是指满电时电池能量与电池质量之比).
俊宇同学购买了一台无人机，无人机满电开始测试；飞行分为前往过程和返回过程，前往和返回过程都分为竖直上升过程，水平匀速运动过程，竖直下降过程，且消耗能量相同；无人机前往过程中竖直上升和竖直下降过程消耗的总能量为3.2×104 J，水平匀速移动过程飞行每秒消耗的能量为
2 500 J，总用时160 s，无人机用于驱动飞行的电能转化效率为60％，无人机竖直下降后电池剩余总容量的50％，测试结束.
(1)璐璐同学指出：无人机的信号传输是通过　电磁波　传递.
(2)粤鹏同学说AED电击时为什么不能碰人，因为人体　是导体　.
(3)当俊宇购买的无人机空载时匀速向下降落2 m，重力做功　180　J.(g＝10 N/kg)
(4)无人机螺旋桨飞行时向下，无人机向上飞，善于观察的苏华同学发现通过桨叶旋转空气提供升力，这体现了力的作用是　相互的　.
(5)顺顺同学经过观察，指出无人机各电动机之间是　并　联的.
(6)满电时，无人机的电池质量占空载质量的百分比是　44.4％　.(结果精确到0.1％)
【解析】(6)无人机前往过程中竖直上升和竖直下降过程消耗的总能量为3.2×104 J，水平匀速移动过程飞行每秒消耗的能量为2 500 J，总用时160 s，无人机用于驱动飞行的电能转化效率为60％，则飞行消耗的电能W＝＝＝7.2×105 J＝200 W·h；由题可知，返回过程中也消耗了200 W·h的电能，测试过程共消耗了400 W·h的电能，测试过程消耗了1－50％＝50％的电能，说明原来储存了800 W·h电能，故电池的质量
m＝＝4 kg，无人机的电池质量占空载质量的百分比为×100％≈44.4％.
(7)为了更快运送急救AED装置，请你帮助璐璐同学对无人机设计提出一条建议：　增大电动机的功率　；如何去更改螺旋桨的旋转方向？　改变通过电动机的电流方向(答案合理即可)　.
5.　阅读短文，回答问题.
混合动力汽车
图甲为我国自主研发生产的某款混合动力新能源汽车，它的外观设计十分动感时尚，混合动力系统由一台1.5 L涡轮增压发动机和一个电动机组成，即可以实现纯电动驱动、纯内燃机驱动或者两者混合驱动，综合输出最大功率达130 kW.该车配备了全液晶仪表盘，显示发动机转速、电池剩余电量、剩余汽油量、可续航里程等信息.仪表盘油量表的原理如图乙所示，电源电压为4 V，定值电阻的电阻R0为10 Ω，压敏电阻的电阻R与油箱内汽油的质量的关系为R＝－2m＋86，其中R的单位为Ω，m的单位为kg，油量表由测量范围为0～3 V的电压表改装而成.
(1)该汽车以混合动力模式的最大输出功率行驶100 s，做的机械功为　1.3×107　J.
(2)油箱内汽油量越多，电压表的示数　越大　(选填“越大”或“越小”).
(3)当油箱内的汽油完全用完后，压敏电阻的电阻R为　86　Ω.油量仅剩8 kg时油量表显示“报警”以提示油量不足，则“报警”位置应标记在电压表示数为　0.5　V处.
(4)为了保护油量表，该汽车设计的最大加油量应为　52　L.(结果保留整数，汽油密度为0.8×103 kg/m3)
(5)当汽车电池使用较长时间后，电源提供的电压会减小导致油量表显示不准确，解决方法除了更换新的电池外，还可以　适当增大定值电阻的电阻(或给定值电阻串联一个电阻适合的定值电阻，答案合理即可)　(写出一种方法即可).
二、问题探究类
1.[科学探究](2023·广东)小明了解到有种说法“在室内穿两件薄衣服比只穿一件厚衣服更保暖”.他采用图中的装置进行实验：在甲、乙两个相同的瓶子中装入等体积的热水，用两层灰色薄棉布包裹着甲瓶(内层紧贴，外层相对宽松)，用一层灰色厚棉布紧贴包裹着乙瓶，用数显温度计测量瓶中热水的温度，测得有关数据如表所示.
室温：25.0 ℃
时间/min 0 20 40 60 80
甲瓶水温/℃ 61.0 56.6 62.5 50.9 48.5
乙瓶水温/℃ 61.0 55.6 52.3 49.0 45.7
(1)表中有一个温度值记录错误，该错误的温度值是　62.5　℃.水温会先降到41.0 ℃的是　乙　瓶.已知瓶中水的体积是350 mL，该瓶中水的温度降至41.0 ℃时，其放出的热量是　2.94×104　J.[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，ρ水＝1.0×103 kg/m3]
(2)如果把瓶中的热水换成冰块，　甲　瓶中的冰块熔化较慢.分析实验结果，可猜想“在室内穿两件薄衣服比只穿一件厚衣服更保暖”的原因可能是两件薄衣服中间有　空气　.
(3)请写出一个生活中与你的猜想相符合的例子：　羽绒服内充满空气更保暖(或双层玻璃隔热效果更好，答案合理即可)　.
2.(2022·广东)图甲为部分电磁波的频率分布示意图.
(1)由图可知，紫外线　是　(选填“是”或“不是”)电磁波.它在真空中的传播速度约为　3×108　m/s.
(2)下列实例中，属于紫外线应用的是　C　(填字母).
A.遥控器控制电视 B.体检时拍X光片
C.医院杀菌消毒灯 D.“测温枪”测量体温
(3)少量的紫外线照射是有益的，过量的紫外线照射会损伤皮肤.紫外线能使荧光物质发光，小明想检验某防晒霜对紫外线的阻挡作用，利用图乙所示的实验装置在暗室及一定防护下进行实验.
步骤一：如图乙所示，固定好紫外线灯和涂有荧光物质的硬纸板，将一块大小合适的玻璃板放置在　Ⅱ　(选填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)区域，且调整玻璃板与硬纸板平行；
步骤二：打开紫外线灯，荧光物质发光；
步骤三：关闭紫外线灯，荧光物质不发光；
步骤四：按产品的说明书要求在玻璃板上均匀涂满防晒霜，再次打开紫外线灯，荧光物质有微弱发光.
由此可推断，该防晒霜　不能　(选填“能”或“不能”)阻挡全部紫外线.
3.在水果中平行插入两片不同金属制成的极板，就组成了一个水果电池，如图甲所示.物理兴趣小组的同学在课外实践活动中探究影响水果电池电压大小的因素，实验前，他们的部分实验猜想如下：
猜想一：水果电池电压可能与水果的种类有关；
猜想二：水果电池电压可能与极板的材料有关.
(1)为了验证猜想一和猜想二，在不同水果中插入不同金属制成的极板，并保持两块极板间的距离、极板插入水果的深度不变，分别测出电压，实验记录如下表所示.
　　　　
实验 序号 水果 种类 两极板间的电压U/V
铁—锌 铁—铜 铜—锌
1 苹果 0.6 0.7 1.0
2 菠萝 0.5 0.6 0.9
3 梨 0.4 0.5 0.8
4 橙 0.7 0.8 1.1
①为了验证猜想一，保持　极板的材料　不变，改变水果的种类，多次实验后，得出结论：猜想一是　正确　(选填“正确”或“错误”)的；
②分析表格数据可知，水果电池的电压与极板的材料有关，表中效果最好的两极板材料是　铜—锌　；
③图甲中，与电压表标有“3”字样的接线柱相连的极板是水果电池的　正　极，若要使电压表的指针偏转角度更大，可将多个水果电池　串　联.
(2)将两极板插入水果更深些，发现电压表的示数发生了变化，由此，可以提出一个可探究的科学问题是　水果电池电压可能与两极板插入水果的深度有关　.
(3)兴趣小组的同学将两极板都换成铜片，发现两铜极板间无电压，于是提出一个新的探究问题：水果的电阻是多大？为此，他利用一个电源(未知电压)、电阻为R0的定值电阻、导线、三个开关及原有的电压表进行电路设计，测出此时水果的电阻.请在图乙虚线框内画出可行的电路图.(水果的电阻用“”表示)
4.(2025·广东)桥梁设计需考虑材料受热膨胀.小明设计实验，探究形状和大小相同、材料不同的圆柱体金属棒A、B受热伸长量与温度变化量的关系.
(1)初始时金属棒A、B的长度和横截面积均　相同　.
(2)如图所示装置可用来测量金属棒受热时微小的伸长量.激光笔固定在杠杆右端，杠杆可在竖直平面内转动；标尺竖直放置，通过激光点在标尺上移动的距离来反映金属棒的伸长量.
①开始时，将金属棒上端固定并保持竖直，下端轻触杠杆，杠杆和激光束在同一水平直线上，光点在标尺“0”刻度处；
②加热金属棒，光点会在标尺上向　上　(选填“上”或“下”)移动.用A、B棒进行实验，实验数据如表所示.其中，dA、dB分别表示A、B棒在不同温度t时，光点在标尺上的刻度值；
实验序号 1 2 3 4 5
t/℃ 25.0 40.0 55.0 70.0 85.0
dA/cm 0 1.10 2.15 3.26 4.31
dB/cm 0 1.73 3.44 5.18 6.89
③分析数据可知：同一根金属棒温度升高越多，伸长量越　大　；温度升高相同时，金属棒　B　(选填“A”或“B”)的伸长量更大.
【解析】(2)③分析表中数据可知，对于同一根金属棒，例如A棒，从实验序号1到5，温度逐渐升高，dA的值越来越大，可以得出：同一根金属棒温度升高越多，伸长量越大.当温度升高相同时，比如从25.0 ℃升高到70.0 ℃，A棒光点在标尺上的刻度值的变化量ΔdA＝3.26 cm－0 cm＝3.26 cm，B棒光点在标尺上的刻度值的变化量ΔdB＝5.18 cm－0 cm＝5.18 cm，因此金属棒B的伸长量更大.
(3)金属棒伸长使杠杆转动过程中，阻力臂　变小　(选填“变大”“变小”或“不变”)；同一根金属棒伸长量一定时，为使光点移动距离更大，可采取的做法是　将支点O向左侧移动(或将标尺向右移动，答案合理即可)　(写1种即可).
三、分析计算类
1.(2025·广东)巡检机器人可对高压输电线进行巡检，如图甲所示，其相关参数见下表.机器人的电机可切换为电动机或发电机.水平匀速巡检时，蓄电池减少的储能全部用于电机产生的牵引力做功.当蓄电池储能降至0.1E0时，停止电能输出，巡检终止.下坡巡检时，电机可将重力势能转化为电能并为蓄电池充电，将能量储存起来.
质量m0 54 kg
最大巡检速度v0 4 km·h－1
蓄电池满电时储能E0 0.2 kW·h
电动机最大输出功率P0 100 W
　　甲　　乙
(1)下坡时，发电机利用　电磁感应　原理发电.
(2)请完成以下能量转化流程图：
(3)若充满电的机器人保持P0、v0水平巡检1.2 h，则巡检路程为　4.8　km，牵引力为　90　N，蓄电池储能剩余　0.08　kW·h.
(4)如图乙所示的巡检线路，当机器人到达A点时，蓄电池储能为0.95E0.随后机器人先下坡巡检(电机切换为发电机)，后水平巡检(电机切换为电动机)，巡检全程速度大小保持不变.AB段重力势能减少量为1×105 J.充电过程中，重力势能每减少1 J，转化为电能并储存在蓄电池中的能量为0.45 J.水平阶段机器人所受阻力大小是重力的0.15倍，则水平阶段匀速巡检的最大路程为　8 000　m.(g＝10 N/kg)
【解析】(4)AB段充电能量×0.45 J＝4.5×104 J＝1.25×10－2 kW·h，到达B点时，蓄电池应储存的能量为0.95×0.2 kW·h＋1.25×10－2 kW·h＝0.202 5 kW·h
＞0.2 kW·h，所以到达B点时蓄电池已充满电，储存能量为0.2 kW·h.由题知，水平阶段蓄电池可用的能量
W可用＝0.2 kW·h－0.1×0.2 kW·h＝0.18 kW·h
＝6.48×105 J，水平阶段机器人所受阻力大小
f＝0.15G＝0.15m0g＝0.15×54 kg×10 N/kg＝81 N，
水平阶段匀速巡检的最大路程
sm＝＝＝8 000 m.
2.[物理学与社会发展](2024·广东)我国载人潜水器“奋斗者”号突破万米深潜.潜水器内氧气浓度过低会影响内部人员的生命安全.氧气可通过电解水的方式来制备.
　　某科创小组设计了氧气浓度报警装置，其简化电路(未连接完整)如图甲所示.气敏箱可等效为一个可变电阻器，其电阻R与氧气浓度c的关系如图乙所示.闭合开关，当氧气浓度c＞0.28 kg/m3时，绿灯正常发光；当c≤0.28 kg/m3时，红灯正常发光.已知电源电压及两灯的额定电压均为4.8 V，电磁铁线圈的电阻忽略不计.
　　　　　　
(1)“奋斗者”号下潜过程中，受到海水的压强变　大　.
(2)电解水制备氧气的过程中，电能主要转化为　化学　能.
(3)图甲中的A灯为　绿　(选填“红”或“绿”)灯.
(4)闭合开关，当c＝0.28 kg/m3时，通过电磁铁线圈的电流为　0.1　A.
【解析】(4)由题图乙可知，气敏箱的电阻R与氧气浓度c是一次函数，设R＝kc＋b；由题图乙可知，c1＝0.2 kg/m3时R1＝40 Ω，c2＝0.4 kg/m3时R2＝60 Ω；则40 Ω＝k×0.2 kg/m3＋b①，60 Ω＝k×0.4 kg/m3＋b②，
解得：k＝100 Ω·m3/kg，b＝20 Ω；
所以R＝100 Ω·m3/kg×c＋20 Ω；当c3＝0.28 kg/m3时，
气敏箱的电阻R3＝100 Ω·m3/kg×0.28 kg/m3＋20 Ω
＝48 Ω，通过电磁铁线圈的电流I＝＝＝0.1 A.
(5)请根据文中信息，用笔画线代替导线，将图甲所示电路连接完整，要求导线不能相交( 为接线柱).
3.[科学思维](2021·广东)图甲是某品牌家用电吹风，其电路如图乙所示，两电阻丝的电阻分别为R1、R2，M为电动机.通过调节开关，可使电吹风分别处于“停止”“冷风”“暖风”或“热风”四种状态.
(1)要使电吹风正常工作，图甲中的A处应安装　电阻丝　，B处应安装　电动机　.(均选填“电动机”或“电阻丝”).
(2)如图乙所示，要使电吹风处于“冷风”状态，应闭合开关　S　.要使电吹风处于“暖风”状态，应闭合开关　S和S1　.
(3)已知电吹风处于“暖风”状态时，从出风口吹出的空气温度升高了20 ℃；处于“热风”状态时，从出风口吹出的空气温度升高了30 ℃，假设这两种状态下的热效率相同，相同时间内吹出的空气质量相同，则R1∶R2＝　1∶2　.
(4)电吹风用了几年后，由于电阻丝的升华，实际发热功率会　变小　(选填“变大”“变小”或“不变”).
4.王力同学在学校看到电工师傅们正在更换安全出口指示灯，他发现这些指示灯都是LED灯(即发光二极管，电路元器件符号为“”)，在实验室他找来了一只标有“5 V”字样的LED灯，电压为9 V的电源和一些电路元器件，设计了如图甲所示的电路.
(1)如图甲所示，闭合开关S前，要将滑动变阻器的滑片P置于　b　(选填“a”或“b”)端，闭合开关S后移动滑片P，LED灯发光，测得4组数据并在坐标纸上描点如图乙所示.当该LED灯正常工作时，LED灯的额定功率为　0.1　W，此时滑动变阻器接入电路的电阻RP是　200　Ω.再调节滑动变阻器，当LED灯两端的电压达到6 V时，该LED灯并未烧毁，则LED灯在6 V电压下工作10 s 消耗的电能为　2.1　J.
(2)在图甲中断开开关S，只改变电源的正、负极后再闭合开关S，LED灯不发光、电流表的示数几乎为零，但电压表有示数，此时LED灯在电路中相当于　断路　(选填“通路”“断路”或“短路”).王力同学又把该LED灯接到某低压电路中，该灯出现持续频闪现象，说明这个低压电路中的电源提供的是　交流电　(选填“交流电”或“直流电”).
5.某国产高性能混合动力车，充电10 kW·h即可达到纯电动模式续航里程80 km，能满足日常上下班短途用电需求，长途可使用油电混合动力，最高时速可达180 km/h，百公里综合油耗仅2 L，电动机效率为80％(即有80％的电能转化为有用的机械能).
(1)纯电动模式行驶时电池将化学能转化为　电　能供电动机使用，若电池电量过低，需要插在充电桩上充电，此时的电池相当于电路中的　用电器　.
(2)汽车前排两侧的后视镜采用　凸面　镜，若小明透过后视镜看到路边电子钟的时间如图所示，则电子钟实际的时间是　2：11：22　.
(3)当紧急制动、碰撞或车辆行驶状态急剧变化时，系在车上人员的安全带能在人尚未移动时拉紧软带，将乘员紧紧地绑在座椅上，起缓冲保护作用；待冲击力峰值过去时，安全带会自动适当放松，避免因拉力过大造成二次伤害，同时自锁装置使软带固定在某一个位置上，有效保护乘员的安全.当发生碰撞时，安全带对人的拉力随时间变化的图像是　B　(填字母).
(4)若某一次纯电动模式行驶中该车消耗电能4 kW·h，若用效率为25％的燃油汽车行驶相同路程需要完全燃烧　1.152　kg的汽油.(汽油热值为4×107 J/kg)
6.龙骨水车亦称“翻车”“踏车”“水车”，因为其形状犹如龙骨，故名“龙骨水车”，是我国历史上的主要灌溉农具.龙骨水车由车槽、木齿轮、刮板、木链等组成.如图所示，车身是木板制成的车槽，车头和车尾各装有一个木齿轮，车尾装的是小轮，车头装的是大轮，大轮连着拐木，木链条上装有刮板，并套在两木齿轮上.水车灌溉时，用力转动拐木，使大轮轴转动，带动槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田中.
(1)车头大齿轮与拐木组成了一个　轮轴　(填简单机械名称).拐木长度大于大轮半径，相当于　省力　杠杆.
(2)木链上有一个凹槽，作用是增大木齿与木链之间的　摩擦力　.
(3)某次农民伯伯用水车灌溉农田，作用在水车拐木上的力的平均功率为400 W，每分钟能将600 kg的水“刮”上1.2 m高的农田里，则农民伯伯每分钟做的有用功为　7.2×103　J，此次灌溉农田的机械效率为　30％　.(g取10 N/kg)
(4)请你提出一种改进方案，使水车用起来更省力：　增大拐木的长度(答案合理即可)　.

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