特色题型加练（7）·项目式学习主题式探究综合题-【一战成名新中考】2025年中考物理中考必考知识点专题特训

特色题型加练（七）·项目式学习/主题式 探究综合题 1．（2024大连二模）在跨学科实践活动中，同学们以“我国古代的‘龙骨水车’”为主题开展研究. 【项目提出】 作为我国非物质文化遗产的“龙骨水车”，具有丰富的人文教育意义.“龙骨水车”在结构设计、工作原理和实际应用中涉及了物理学、工程技术、能源材料、历史人文等多领域的知识. 【项目分解】 （1）查阅资料，了解我国古代“龙骨水车”的工作原理. （2）制造简易“龙骨水车”，并革新“龙骨水车”. 【项目实施】 （1）查阅资料，了解我国古代“龙骨水车”的工作原理. “龙骨水车”是我国古代江南地区主要的灌溉农具之一，是一种历史悠久的提水设施，相当于现代的抽水机，其构造如图（a）所示. 《天工开物》中有“数尺之车，一人两手疾转，竟日之功可灌二亩而已”的记载.如图（b）所示，将水车一端浸入水中，另一端固定于岸上.使用时摇动长柄摇杆，使轮轴转动，带动嵌满刮水板的链条运动，槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田中. ①使用时，人对摇杆施加力的作用使轮轴转动，相当于在使用一个　省力　（选填“省力”或“费力”）杠杆.木链条运动起来，木链条和轮轴的动能转化为水的重力势能以及各部件摩擦时产生的　内　能. ②写出一条提高“龙骨水车”提水效率的方法：　增大槽内板叶刮水的质量　. （2）制造简易“龙骨水车”，并革新“龙骨水车”. ①“龙骨水车”的制作首要是选材.优先考虑的是提高材料的端面硬度和强度（材料的弹性模量越大，强度越大），以保证水车稳固、联动和耐久；其次再考虑材料的密度，仅为了搬运的方便.为此，同学们查阅到几种木材的特性如下表. 木材种类 端面硬度/N 弹性模量/GPa 密度/(g·cm-3) 湿地松木 2 570~4 000 10.4~13.2 0.55~0.75 水曲柳木 4 010~6 500 10.4~16.2 0.55~0.75 槐木 4 010~10 000 7.5~13.2 0.55~0.95 柞木 6 510~10 000 10.4~16.2 0.55~0.95 制作“龙骨水车”应选　柞木　材料最好.老师为学习小组提供“龙骨水车”模型组件，按照说明书组装水车. ②同学们想到利用电动机驱动“龙骨水车”模型，采用太阳能电池或干电池为电动机供电，成果展示如图（c）所示.当光照充足时用太阳能电池为电动机供电，光照不足时，用干电池为电动机供电.请在图（d）中，用笔画线代替导线，完成电路的连接，来实现以上功能. 注意：①连接电路时导线不能交叉；②电流要从电动机a接线流入，b接线流出. 【项目拓展】 现代很多机械与“龙骨水车”的原理相似，例如图（e）所示的链斗式输送机. 链斗式输送机是一种用沿轨道运行的料斗来输送物料的设备，应用于电站、矿山、煤炭等行业，进行松散物料的输送.下面是某型号链斗式输送机在某次工作中的相关数据. XX型号链斗式输送机的功率 每分钟提升物料的质量 每分钟提升物料的高度 10 kW 4 t 11.4 m 该链斗式输送机在本次工作过程中的效率为　76%　.（g取10 N/kg） 2．（2024辽宁模拟）让绿色低碳生活成为新时尚，小明的爸爸每天骑自行车上下班，但经常因下班晚了而夜路骑行.小明想为爸爸的自行车安装一个照明电路，他与实践小组的同学交流了想法，同学们提出建议，可以利用自行车车轮转动来发电，用于给照明电路供电，于是同学们制定了如下项目研究内容： 【项目名称】自行车自发电供电照明系统. 【项目要求】骑行时发电，夜间可供LED灯照明. 【项目分解】 （1）制作简易发电机在夜间为LED照明灯供电的电路； （2）改进简易发电机供电的照明电路在夜间为LED照明灯稳定供电. 【项目实施】 （1）制作简易发电机供电的照明电路并测试： 如图甲是实验室用的手摇发电机，把一只小灯泡跟它连接起来，使线圈在磁场中转动，可以看到灯泡会发光，这表明电路中有了　电流　，手摇发电机发电是利用　电磁感应　现象. 如图乙，同学们按照手摇发电机的结构，在自行车车轮轮轴和前叉杆处安装了简易发电机供电的照明电路，为了实现控制LED照明灯只在夜间工作，需要在电路中安装控制电路通断的　光敏电阻　（填电学元件）.如图在测试中同学们发现，由于车速不稳定，LED照明灯的亮度也不稳定. （2）改进简易发电机供电的照明电路在夜间为LED照明灯稳定供电： 为了给LED照明灯稳定供电，同学们在供电系统中又增加了蓄电池，自行车骑行时可以给蓄电池充电，夜间用蓄电池为LED照明灯供电，如图丙是小明设计的能量流向图，图中A、B、C是系统中的元件，其中　B　是蓄电池，当车轮转动时，蓄电池就相当于电路中的　用电器　. 【项目拓展】 同学们设想，如果蓄电池的电能充足，可在系统中安装电动机，那就是一台电动车了，于是查阅了关于电动车的相关资料. 随着全球环境保护意识的提升和能源消耗问题的日益突出，电动车作为一种可持续发展的交通工具，受到了越来越多的关注，电动车在夜间利用电网的廉价“谷电”给蓄电池充电，能起到平抑电网的峰谷差作用，峰谷电价即把一天的24 h划分几个时段，各时段执行不同的收费标准，表一是小明所在城市的峰谷电价计费情况，表二是一款电动共享汽车蓄电池的参数表，已经完全耗尽电量的蓄电池在充电桩充电，开始充电的时间为23:00，充满电需要付款　6.93　元. 表一： 表二： 时段 收费标准 高峰时段 19:00~22:00 14:00~17:00 1元/千瓦时 平时段 8:00~14:00 17:00~19:00 22:00~24:00 0.60元/千瓦时 低谷时段 0:00~8:00 0.30元/千瓦时 电池容量/(kW·h) 19.8 充电电压/V 220 充电电流/A 15 3．（2024本溪二模）综合实践小组的同学在参观了某水库后，发现水库中的水位报警器不但能显示水位高低，当水位达到警戒线时还能自动报警，于是产生了浓厚的兴趣，小组同学利用自己所学的知识，尝试设计水位报警器. （一）初步设计能显示水位的“水位仪” （1）同学们利用如图甲所示的装置，设计了可以显示水位的“水位仪”.当水位升高时浮子带动滑片向上移动，如图中虚线所示.（电阻丝R的电阻与长度成正比） （2）如果电压表量程为0~15 V，闭合开关S，当水位升高时，电路中的电流将　不变　，如果将电压表表盘的数值改为水位高度重新标注，那么其刻度是否均匀？　均匀　. （3）此装置中如果水位升高使滑片滑到R的最上端时，电压表正好达到最大值，那么应选择电压为　15　V的电源.实验过程中若换用长度相同、粗细均匀，但横截面积更大的电阻丝替代原有的电阻丝，电压表表盘所标注的水位高度是否需要重新标注　不需要　. （二）改进“水位仪” 设计后小组同学讨论发现，该装置中的浮子如果直接放入水库中，由于受外界因素影响较大，显示不准确，于是对设计进行了如图乙所示的改进.改进后水槽与水库中的水连通，水槽中的水位和水库水位　 　. （三）增加报警功能 为了使水位达到警戒线时，能实现报警功能，小组同学又增加器材设计了如图丙所示的装置.闭合开关S，当滑片滑至变阻器最上端时，与滑片相连的金属杆右端的触点b与触点a连接，报警装置启动，灯亮铃响，此时电阻丝与电铃和电灯的连接方式是　并联　. 4．（2024深圳一模）近年来深圳电动自行车数量急剧增加，电动自行车因具有快捷、经济和环保等优点深受大家喜爱，但同时也带来了严重的安全问题.因此，小明进行了“安全骑行电动自行车”的研究性学习. （1）骑行电动车自行车时不要闯红灯.深圳部分路口有会说话的交通警示器，它在红灯时会语音播报提示“红灯，请勿通行”.这说明声音能传递　 　. （2）骑车时看手机、走神、酒驾等存在很大的安全隐患.若某人骑车以18 km/h的速度匀速行驶，看一眼手机用时2 s，相当于在无人驾驶状态下行驶了　10　m. （3）为了证明骑行电动车时戴头盔的重要性，小明做一个模拟实验：将两个相似鸡蛋分别放在纸筒底座上，左边鸡蛋上方放一个轻质瓶盖，瓶盖内塞入棉花，在两鸡蛋正上方释放相同的铁球，如图甲所示，实验操作有错误的是：　 控制铁球下落的高度相同　，改正错误后，观察到左边鸡蛋完好，右边鸡蛋破碎.说明左边鸡蛋“戴头盔”后受力面积增大，减小了受到的　压强　（选填“压强”或“压力”），这是保护鸡蛋的原因之一. （4）超速行驶的电动自行车极易发生交通事故.小明为电动车设计了一个简单的超速报警电路，如图乙所示，它由“传感电路”“执行电路”组成.传感电路电源电压为12 V，R是电阻箱，RP为可变电阻，图丙是RP的阻值与车速关系的图像，若通过电磁铁电流必须等于或大于1.2 A时，才能启动报警，小明设定速度为30 km/h时红灯亮，执行报警，则电阻箱的阻值至少应调到　4　Ω；为了提高骑行安全，需要速度更小时就能启动报警，可采取的方法是　 阻箱阻值　. （5）新国标《电动自行车安全技术规范》标准中要求：整车质量不超过55 kg，最高车速不超过25 km/h，电池电压不超过48 V.图丁的电动自行车部分参数如下表所示： 整车质量 50 kg 最高车速 25 km/h 蓄电池容量 20 A·h 充电效率 75% 若质量为60 kg的小明骑行该车时，每个轮胎与地面接触的面积为50 cm2，g取10 N/kg，则该车行驶时对地面的压强为　1.1×105　Pa.电动自行车显示电池电量有80%，小明对其进行充电，充满电需耗电量0.32 kW·h，小明认为该电动自行车超标，原因是电池电压为　60　V. 5．（2024天津）生物小组的同学们在冬天利用杂草、落叶及泥土等材料制作花肥时，发现天气太冷肥料不易发酵，于是他们想制作一个电加热垫给肥料加热. 【初步设计】选取一根粗细均匀的电热丝，将其接在电压恒为U0的电源上（如图1所示），加热功率为P0，该电热丝的电阻R0＝　 　.（不考虑温度对电阻的影响） 【改进设计】为获得不同的加热功率，从电热丝的中点处引出一条导线，将电热丝以不同方式连接在电压为U0的电源上，可以得到另外两个加热功率P1和P2，且P1＜P2.请你在图2甲、乙中将各元件连接成符合改进要求的电路，并推导出P1与P2之比. 说明：电热丝上只有a、b、c三处能接线，电热丝的额定电流满足设计需求. 【优化设计】为方便操控，再增加一个单刀双掷开关S，通过开关S0的通断和S在1、2触点间的切换，实现加热垫P0、P1和P2三挡功率的变换.请你在图3中将各元件连接成符合优化要求的电路. 注意：无论怎样拨动开关，不能出现电源短路. 学科网（北京）股份有限公司 $$ 特色题型加练（七）·项目式学习/主题式探究综合题 1.（1）①省力 内 ②增大槽内板叶刮水的质量，或减小木链条和轮轴中的摩擦 （2）①柞木 ②如答图所示 【项目拓展】76% 第1题答图 2.（1）电流 电磁感应 光敏电阻 （2）B 用电器 【项目拓展】6.93 3.（一）（2）不变 均匀 （3）15 不需要 （二）相平 （三）并联 4.（1）信息 （2）10 （3）未控制铁球下落的高度相同 压强 （4）4 减小电阻箱阻值 （5）1.1×105 60 5．【初步设计】 解：【改进设计】为获得不同的加热功率，需要改变电热丝接入电路的电阻，已知从电热丝的中点处引出一条导线，则可以将一半的电热丝接入电路，或将两个半段电热丝并联接入电路；得到的加热功率P1＜P2，说明一半的电热丝接入电路时的电功率较小，两个半段电热丝并联时电功率较大，如下图所示： 甲图中只有一半电阻丝接入电路，电阻为，则此时的加热功率；乙图中两个半段电热丝并联，且并联电路中各支路两端的电压相等，则每段电热丝的电功率与甲图中电热丝的功率相等，所以此时的加热功率P2＝2P1＝4P0，故P1：P2＝2P0：4P0＝1：2 【优化设计】为方便操控，再增加一个单刀双掷开关S，通过开关S0的通断和开关S在1、2两触点间的切换，实现电加热垫三挡功率（功率分别为P0、P1和P2）的变换，如下图所示： 当开关S0断开、开关S接2时，整个电热丝接入电路，加热功率为P0，为低温挡；当开关S0闭合、开关S接1时，两个半段电热丝并联，加热功率为4P0，为高温挡；当开关S0闭合、开关S接2时，右半段电热丝被短路，只有左半段电热丝接入电路，加热功率为2P0，为中温挡. 学科网（北京）股份有限公司 $$