专题08 电磁波、信息、能源（竞赛培优精讲）九年级物理上学期全国通用

专题08 电磁波、信息、能源 目录概览 A考点精研・竞赛考点专项攻坚 1 竞赛培优大纲 1 重点知识讲解 2 核心应用突破 3 考试难度要求 4 竞赛真题剖析 4 B实战进阶・竞赛选拔模拟特训 5 竞赛培优大纲 一、电磁波的深层特性与现代应用 深入理解电磁波的产生机理与传播特性 掌握电磁波谱各波段的特性及应用原理 研究现代无线通信技术的基础理论 二、信息技术中的物理原理 理解信息编码与调制解调的基本原理 掌握数字信号处理的基本概念 探究现代通信系统的架构与工作原理 三、能源技术的物理基础 深入理解各种能源形式的转换原理 掌握可再生能源技术的物理机制 研究能源存储与智能电网技术 四、技术融合与创新应用 理解电磁波在信息技术中的核心作用 掌握能源与信息技术的交叉应用 研究未来技术发展趋势与挑战 重点知识讲解 一、电磁波的深层特性与现代应用 1. 电磁波的物理本质 电磁波是变化的电场和磁场相互激发、相互转化并在空间中传播的过程。这种波动的传播不需要介质，在真空中也能以光速传播。电磁波的横波特性决定了其偏振现象，这一特性在许多现代技术中得到应用。 2. 电磁波谱的完整认知 从极低频的无线电波到极高能的伽马射线，电磁波谱覆盖了极其宽广的频率范围。不同频段的电磁波与物质的相互作用方式各不相同，这决定了它们的不同应用场景。理解波谱的连续性及其特性差异是掌握电磁波应用的基础。 3. 电磁波的传播特性 电磁波在传播过程中会经历反射、折射、衍射、干涉等现象。在不同介质中，电磁波的传播速度和衰减特性会发生显著变化。这些传播特性直接影响了通信系统的设计和性能。 4. 现代无线通信基础 从调幅广播到5G移动通信，无线通信技术的发展始终建立在电磁波理论基础之上。载波频率的选择、调制方式的设计、天线系统的优化等都直接关系到通信系统的性能和效率。 二、信息技术中的物理原理 1. 信息编码的物理实现 信息需要通过物理信号来承载和传递。模拟信号通过连续变化的物理量来表示信息，而数字信号则通过离散的编码方式。理解采样定理和量化原理是掌握现代数字技术的基础。 2. 调制解调的技术原理 为了有效地传输信息，需要将基带信号调制到更高频率的载波上。调幅、调频、调相是三种基本的模拟调制方式，而现代数字通信则采用更加复杂的数字调制技术。解调则是调制的逆过程，恢复出原始信息。 3. 信号处理的核心概念 滤波、放大、混频等信号处理操作都是基于物理原理实现的。理解这些操作对信号的影响，有助于分析通信系统的性能。现代数字信号处理技术使得复杂的信号处理算法得以实现。 4. 通信系统架构演进 从简单的点对点通信到复杂的蜂窝网络，通信系统的架构在不断演进。多址技术、蜂窝结构、网络协议等都是建立在物理层技术基础之上的高层设计。理解这些系统的工作原理需要跨学科的知识储备。 三、能源技术的物理基础 1. 能源形式转换原理 能量既不能创生也不会消失，只能从一种形式转换为另一种形式。各种能源技术本质上都是能量转换技术，理解转换过程中的效率限制和物理约束是优化能源利用的关键。 2. 可再生能源物理机制 太阳能光伏效应基于半导体材料的光电特性，风力发电利用流体力学原理，地热发电依赖热力学循环。每种可再生能源技术都有其独特的物理基础和技术挑战。 3. 传统能源技术革新 化石能源的清洁利用、核能的安全提升、水力发电的优化设计等都在不断发展。这些技术进步都建立在深入理解相关物理原理的基础之上。 4. 能源存储与管理系统 从化学电池到抽水蓄能，不同的储能技术基于不同的物理原理。智能电网技术通过信息技术与电力技术的深度融合，实现能源的优化配置和高效利用。 四、技术融合与创新应用 1. 电磁波在信息技术中的核心地位 无线通信、雷达探测、遥感监测、导航定位等都依赖于电磁波技术。随着频率资源的日益紧张，开发新的频段和提升频谱利用率成为技术发展的重要方向。 2. 能源与信息的深度融合 智能电网通过信息技术的引入，实现电力系统的智能化管理。能源互联网概念将能源系统与信息系统深度整合，开创了能源管理的新模式。 3. 新兴技术的前沿应用 太赫兹技术、量子通信、空间太阳能电站等新兴技术正在推动相关领域的革命性发展。这些技术的突破往往源于基础物理原理的深入理解和创新应用。 4. 技术发展的挑战与机遇 随着技术的不断发展，频谱资源、能源效率、环境影响等问题日益突出。解决这些挑战需要创新的思维和跨学科的合作，同时也为技术创新提供了新的机遇。 核心应用突破 一、电磁波技术应用开发 能够分析电磁波传播特性对系统性能的影响 掌握天线设计与优化的基本原理 具备电磁兼容性分析与改进能力 能够设计简单的无线通信系统方案 二、信息系统设计与分析 理解通信系统各模块的工作原理 掌握信号处理基本方法的实现原理 具备系统性能分析与改进能力 能够评估不同技术方案的优劣 三、能源系统优化设计 能够分析能源转换过程中的效率限制 掌握可再生能源系统的设计要点 具备能源管理系统设计能力 能够提出能源技术改进方案 四、跨学科创新应用 能够识别技术融合的创新机会 掌握系统设计与优化的基本方法 具备技术可行性分析能力 能够参与综合性技术解决方案设计 考试难度要求 1. 竞赛深度 本专题涉及电磁波、信息技术和能源技术等多个领域的深入知识，竞赛题目往往要求考生理解技术的物理本质，分析复杂系统的性能，并提出创新性的解决方案。 2. 能力要求 参赛者需要建立完整的电磁波概念体系，理解信息技术的基本原理，掌握能源技术的物理基础，具备系统思维能力和跨学科的知识整合能力。 3. 备考策略 建议通过构建知识网络，理解各技术领域的内在联系，注重物理原理与实际应用的结合，培养系统分析能力和创新思维能力，关注技术发展的最新动态。 竞赛真题剖析 【真题剖析1】36．阅读短文，回答问题。 四足机器人 图甲为我国研制生产的某款工业级四足机器人（以下简称机器人）。用户可以通过红外线遥控器控制机器人。该机器人奔跑速度最大可达到6m/s，最大跳跃高度约为0.7m。机器人装配有容量为2.25kW·h的电池，当它在低速模式下工作时，工作电流为4.5A，可以持续使用10h。机器人在负载20kg条件下持续匀速水平行走的里程不少于15km。 某科技小组对机器人进行跳跃测试．实验中机器人跳起并落回原地，与地面碰撞后继续起跳。机器人每次与地面碰撞前后，速度的方向相反，大小之比不变。机器人跳起的最大高度与起跳速度的平方成正比。小组成员利用传感器记录的机器人三次跳起的高度h与所用时间t的关系如图乙所示。 (1)此机器人通过 （选填“超声波”或“电磁波”）来接收信息；其在低速模式下工作时的电压为 V； (2)机器人跳跃时，用脚蹬地而获得向上升空的力，说明力的作用是 的； (3)机器人以最大速度奔跑15s，所跑路程为 m； (4)若机器人在负载20kg条件下持续匀速水平行走15km时，电池（满电状态）中60%的电能转化为机械能，则其所受的最大阻力为 N； (5)由图乙分析可知k＝ ，第二次跳起上升的最大高度是 m。 37．2024年5月3日17时27分，搭载嫦娥六号的长征五号遥八运载火箭成功发射升空！ 2024 年6月25日14时07分，嫦娥六号返回器准确着陆于内蒙古四子王旗预定区域，工作正常，标志着探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功，实现世界首次月球背面采样返回。 嫦娥六号发射时的长征五号遥八运载火箭使用的发动机是一种喷气式发动机。喷气式发动机是指靠喷管高速喷出的气流直接产生反作用推力的发动机，广泛用作飞行器的动力装置。如图甲所示为火箭发动机的工作原理图。其自带燃料和氧化剂，工作时使压缩后的混合气体在燃烧室燃烧，燃烧后剧烈膨胀的气体从尾部高速喷出，其巨大的反冲推力直接成为飞机的推进力。减小发动机的体积和质量，使用高能燃料，可以获得更大的推进力。 当嫦娥六号返回器返回时，为避免着陆速度过大，嫦娥六号返回器在关闭发动机后，采用了“半弹道跳跃式再入”返回技术方案（如图乙所示），就是用类似“打水漂”的方式两度进入大气层最终降落在内蒙古四子王旗地区。 请根据上述介绍，回答下列问题： (1)喷气压缩发动机使压缩后的混合气体在燃烧室燃烧直到膨胀的气体从尾部高速喷出过程中， 气体的温度是不断变化的，图中能大致反映气体温度T随时间变化关系的是_______。 A． B． C． D． (2)火箭发射升空进入大气层后，表层固态的特殊物质在高温下会发生 （填物态变化名称）直接变为气态，同时 （选填“吸收”或“放出”）大量的热，使温度不至于升得太高，保护火箭。 (3)如图所示是嫦娥六号着陆器着陆月球背面采样时监测相机拍摄的照片。若想使监测相机拍摄的范围大一些，监测相机的镜头应当适当 （选填“远离”或“靠近”）采样区域。采样时拍摄的照片是通过 传递回地面控制中心的。 (4)假设大气层表面的高度相同，比较嫦娥六号返回器第一次进入大气层时的动能Ek1和第二次进入大气层时的动能Ek2的大小关系， 并说明理由。 38．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装置思考乐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9kg，电池能量密度为200W·h/kg，（质量能量密度是指满电时电池能量与电池质量之比），思考乐俊宇同学购买了一个无人机，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，水平匀速移动过程飞行每秒消耗的能量为2500J，总用时160s，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于总容量的50%，测试结束。 (1)思考乐璐璐同学指出：无人机的信号传输是通过 传递； (2)思考乐粤鹏同学说ADE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2m，重力做功 J； (4)无人机螺旋桨飞行时向下，无人机向上飞，善于思考乐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)思考乐顺顺同学经过观察，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 （保留一位小数）； (7)为了更快运送急救AED装置，请你帮助思考乐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 ？ 39．如图甲所示，是我国首次完全自主研制的大型水陆两栖飞机“鲲龙AG600”，于2025年4月20日获得中国民航局颁发的型号合格证，标志着全球起飞重量最大的民用水陆两栖飞机通过了严格测试和验证，研制取得圆满成功，获得市场“准入证”。 AG600飞机有低空低速性能好、灭火救援效率高、水面飞行起降稳、执行任务领域广、技术领先独立、全面国产化配套等优势。图乙为某次森林火灾场景，使用AG600水陆两栖飞机进行火灾救援过程可简化为图丙所示的三个阶段： 第一阶段：漂浮取水（图丙A点所示），此时飞机漂浮于水面，机翼上的螺旋桨仍然保持高速旋转，使得飞机取水完毕后能够快速起飞。 第二阶段：水面滑行起飞（图丙AB段所示），飞机取水完毕后，螺旋桨以更高速度旋转，飞机向前滑行并在B点起飞。 第三阶段：火灾救援（图丙C点所示），飞机起飞后，快速到达着火区域上方进行火灾救援。 请回答下列问题： (1)在着火区域上方进行火灾救援时（如图丁），飞机自西向东运动向着火区域洒水，以地面为参照物，请将下方其中一个“”涂黑，表示一段时间后飞机的位置； (2)AG600水陆两栖飞机使用航空燃油作为动力来源，航空燃油属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源； (3)在第一阶段，飞机在水面漂浮取水至取水完成过程中，请分析机身外底部受到水的压强变化情况。（假设取水时飞机升力不变） (4)小亮通过查阅AG600水陆两栖飞机相关参数，利用公式W＝Gh计算出飞机将水从A点运送到C点过程中，克服水的重力做功为有用功W1，克服飞机重力做功为额外功W2，然后利用公式Q放＝mq计算出此过程消耗的航空燃油燃烧放出的热量为E，发现W1＋W2≠E，请从功能关系说明不相等的原因。 40．请阅读短文并回答问题。 在“死亡之海”钻探“中国深度” 2024年3月4日14时48分，我国首口万米深地科探井——“深地塔科1井”正式穿越万米大关。这标志着继深空、深海探索大自然的壮举之后，我国在深地领域实现重大突破。 这口井位于被称为“死亡之海”的新疆塔克拉玛干沙漠腹地，设计深度11000m。深地钻探难度堪比“探月工程”，钻探超万米后控制难度极大。当钻头抵近地下万米地层时，钻井设备承受的高温超过200℃，高压超过，这对钻井工具和钻井液都是巨大的挑战。我国科技人员攻克一系列技术难关，让钻机关键部件全面国产化，有效解决了核心部件“卡脖子”问题。科研人员还自主研发了耐盐、耐高温、超高密度的钻井液，为深地勘探提供了可靠支撑。 近年来，我国不断刷新“中国深度”。深地塔科1井钻破万米后成为陆地上世界第二、亚洲第一的垂直深井，在深地科学研究和超深层油气勘探领域具有里程碑的意义。万米“冲刺”成功后，深地塔科1井肩负科学探索和预探发现双重使命，继续向目标深度全速钻进； (1)深地塔科1井的成功钻探，为超深层油气资源勘探开发提供了有力支持。石油和天然气属于 能源；（选填“一次”或“二次”） (2)深地塔科1井地下万米处的高压大约是马里亚纳海沟处水压的 倍；（结果请保留整数，取，g取） (3)钻井液也叫钻井泥浆，被喻为钻井的“血液”。钻井液是由粘土、水（或油）以及各种化学处理剂组成的一种溶胶悬浮体的混合物。钻井液在入井出井的循环过程中发挥着传递动力、携带岩屑、平衡地层压力和润滑钻具等关键作用。在深地钻探过程中，钻井液能够对高速旋转的钻头进行冷却和润滑，保护钻头不被高温破坏，因此，钻井液对安全高效钻井至关重要。在钻探过程中，钻井液通过 的方式对钻头进行冷却，减小钻头的内能； (4)为了万米深地钻探，我国科技人员自主研发的钻井液具备哪些特点： 。 1．我国正在研制的新一代具有全向隐身性能的战机已多次成功试飞。 (1)新一代战机在转弯飞行的过程中，战机受力 （选填“平衡”或“不平衡”）。加油机为战机加油时，两机保持相同速度匀速水平飞行，则重力势能减小的是 （选填“加油机”或“战机”），战机的机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 (2)新一代战机具有全向隐身性能，是指战机对 （选填“肉眼”或“雷达”）隐身。战机自身携带的探测装置可以产生电磁波，电磁波是通过迅速变化的 （选填“电阻”或“电流”）产生的。若探测装置的电功率为110kW，某次试飞消耗的电能为55度，则该探测装置工作的时间为 min。 (3)图中一系列圆为该战机在高空匀速水平飞行的过程中，经过不同位置时产生的声波在某时刻所到达的位置，可判断该战机水平向 （选填“左”或“右”）飞行。已知圆A的半径为1100m，圆B的半径为500m，AB两圆圆心间的距离为1080m，则该战机的飞行速度为声速的 倍。 2．核潜艇的动力来源于核反应堆中发生的核 变获得的核能；如图所示，一艘核潜艇悬浮在A处，此时指挥台顶部距离海平面深度为100m、面积为2000cm2的观察窗受到海水的压力为 N；若某段时间内，潜艇沿着OP水平直线方向从低密度海水区域匀速潜入高密度海水区域，则在B点的动能 （选填“大于”、“小于”或“等于”）在C点的动能。（低密度海水密度取） 3．阅读短文，解答问题。 如图所示是我国第一艘太阳能混合动力游船“尚德国盛号”。其最具特色的太阳翼采用高效晶硅异型太阳能电池板拼装而成，整艘船最多可容纳170位旅客，满载时排水量为60吨。“尚德国盛号”驾驶室里有一个GPS（全球卫星定位系统）接收器装置，全船照明均采用节能型灯泡及LED灯，大大降低能源损耗，“尚德国盛号”年发电量可达1.7×104 kW·h，相当于每年节约标准煤约6.2×103kg，每年可减少二氧化碳排放量约15.7t。 (1)太阳能是能源 （可再生/不可再生）； (2)如果该船满载乘客从东海驶入黄浦江，游船所受到的浮力为 N；（已知g取10N/kg） (3)LED灯是一种高效的节能光源，该LED灯泡的额定电压为36V、额定功率为3W，与普通白炽灯相比，在达到相同亮度的条件下，假设LED灯可以节约90%的电能，则这个LED灯与功率为 W的白炽灯亮度相当； (4)若仅采用标准煤给“尚德国盛号”提供电能，为使其仍达到现行的年发电量，求完全燃烧标准煤产生的内能转化成电能的效率是 。（保留到小数点后一位）（已知标准煤的热值为3.0×107J/kg） 4．随着科技的进步，AI逐渐改变了我们的生活。如图所示，是宇树科技自主研发的某款人形机器人，可以像人类一样行走、奔跑、后空翻，还能模拟人手精准操作、搬运物体等，同时拥有自我学习的能力。下表是该机器人的部分参数。 机器人质量 35kg 单只脚面积 电池容量 续航时间 2h~3h 任务序号 任务种类 任务温升 任务时间/min 散热功率/ 1 后空翻 6 1.5 2 搬运10kg的货物 3 0.8 (1)机器人头部除有照相机外，还搭载了3D激光雷达，能通过发射和接收 （选填“超声波”或“电磁波”）来侦测障碍物信息，确保行走安全。在绕行障碍物的过程中，以机器人为参照物，障碍物是 的； (2)经测试，该机器人保持双脚站立姿势的续航时间可达3h，则机器人站立时对地面的压强为 Pa，站立时的工作电流为 ； (3)某次完成后空翻时，机器人重心上升0.6m后下落，则机器人在上升过程中克服重力做功 J； (4)机器人工作消耗电能的同时，会产生部分热量，导致电机温度升高，同时也会向周围环境散发部分热量，使电机温度降低，已知散热功率大小等于单位时间内散发热量而使电机降低的温度，单位为℃/min，散热效率η是指机器人的散热量与发热量的比值，其大小与电机温度的变化有关，其关系式为。当时，会触发内部的电机停机保护。某机器人完成“后空翻任务”和物流仓库“搬运任务”的部分参数如上表所示： ①完成任务1后，散热效率η为 %； ②若只执行任务2，最多连续可完成 次搬运任务。 5．如图所示是某款家用扫地机器人，它的额定工作电压为12V，额定功率为30W，电池容量为2500mAh，自重25N，轮子与水平地面接触总面积为10cm2。吸尘电机的吸入功率是衡量扫地机器人优劣的重要参数，该扫地机器人的吸尘电机的吸入功率与真空度、风量间的对应关系如下表，吸尘电机吸入功率与输入功率之比为吸尘电机的效率。扫地机器人的剩余电量为电池容量的10%时，会自动返回充电。在初次运行时，扫地机器人会绘制出整个家的平面图，此后用户可通过手机APP远程控制扫地机器人在指定时间打扫指定区域。 真空度/Pa 400 450 500 550 600 风量/ 0.025 0.02 0.017 0.015 0.013 吸入功率/W 10 9 8.5 7.8 (1)远程控制扫地机器人时，手机通过 波与扫地机器人传递信息。 (2)扫地机器人工作前静止时，对水平地面的压强为多少? (3)该扫地机器人充满电后至下一次自动充电前，能够连续正常工作的最长时间是多少min? (4)当风量为0.015时，10min内通过吸尘电机排出的空气质量为多少?若该风量下，吸尘电机的输入功率为25W，此时吸尘电机的效率为多少?（空气密度取1.3） 6．停车难是如今城市普遍存在的问题，图甲是一“路边空中存车亭”。存车时只需40秒就可以把车子“锁上天”。图乙为“存车亭”的工作原理图，其中A为存车架，其质量为800kg，O为杆OB的转动轴，杆的B端固定悬挂泊车装置，BC为牵引OB杆转动的钢丝绳。存车时，汽车开到存车架上，电动机通过钢丝绳BC将杆OB拉到一定高度固定；取车时，将OB杆放下使存车架落回地面。请根据以上信息回答下列问题（忽略OB的重力和机械各部分的摩擦力）。（g取10N/kg） (1)如图甲中“存车亭”遮阳棚上装有太阳能光电板，给蓄电池充电。当电动机运行时，蓄电池给电动机供电，此过程中蓄电池内部的 能转化为电能；太阳能来源于太阳内部发生的核 （选填“聚变”或“裂变”）； (2)图乙中滑轮的作用是 ； (3)如图乙所示，当质量为1200kg的小汽车从水平地面缓慢被提升到钢丝绳BC垂直于杆OB时，OB杆与水平地面的夹角为37°，此时钢丝绳BC点的拉力大小为 N；（已知） (4)光电板平均每小时每平方米面积吸收太阳能为，太阳平均每天照射时间为10h，太阳能最终有10%转化为汽车和存车架的机械能。若汽车的质量均为1200kg，每次被提升的高度均为3m，每天存车的平均次数为10次，忽略下降过程电动机消耗的电能，则光电板每天吸收太阳能为 J，光电板的面积至少为 。 7．2023年3月26日，我国首座深远海浮式风电平台“海油观澜号”在广东珠海启航前往海南文昌海域。 (1)“海油观澜号”由浮式基础和风机组成，整体排水量达11000t，在海面作业时“海油观澜号”受到的浮力为 N（g=10N/kg）。 (2)“海油观澜号”风力发电机利用 的原理发电，内部线圈中的电流是 （选填“直流电”或“交流电”）。风能属于 （选填“一”或“二”）次能源；投产后风机年均发电量将达2200万kW•h，若按发电效率为22%的火力发电来计算，则每年可节约 t焦炭（q焦炭=3.0×107J/kg）。 (3)已知通过风机叶片的空气动能与其质量成正比，且1kg空气的动能W与速度v的关系如图乙所示。当风速为10m/s时，该风力发电机的发电功率为6500kW，此功率下风力发电机1h发出的电量可供 台功率为1.3kW的空调同时工作5h，该发电机的风电转化效率为50%，则发电机的扇叶扫风面积为 m2（选填“2×103”、“2×104”或“2×105”）（ρ空＝1.3kg/m3）。 8．广东大亚湾核电站是我国第一座大型的商用核电站，位于深圳市大鹏新区大鹏半岛。核电站在保证输送功率不变的情况下，远距离送电采取高压送电的方式来实施，核电站的发电输出电功率为W，用10千伏的高压进行输电。图1是核电站的工作原理图和远距离输电流程示意图。 (1)核电站是利用核 （裂变/聚变）反应释放的能量； (2)关于远距离输电，下列表述正确的是________（选填“A”、“B”、“C”或“D”）； A．提高输电电压会增大输电电流，从而增大输电损失 B．提高输电电压可以减小输电线电阻，从而减小输电损失 C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小 D．若能研制出常温下的超导体，用它制作远距离输电导线，将不需要高压输电方式 (3)核电站高压输电时的输电电流为 A，在输送功率不变时，若改用1000千伏的电压输电，则此时导线上的热损耗功率与原来导线上的热损耗功率之比为 ； (4)远距离输电时某处发生了短路，为确定短路位置，检修员利用电压表、电流表和电源接成如图 2 所示的电路进行测量，已知甲、乙两地的每根输电线每千米的电阻为 R，电压表示数为 U，电流表示数为 I，则短路位置到甲地的距离为 千米；（用已知物理量的符号表示） (5)某户居民标有“220V 40W”的灯泡正常发光时电阻为 Ω，在用电高峰期时灯泡比平时暗的原因是 ； (6)若经过降压变压器后供电设备输出电压恒为 220V，通过总电阻为 0.2Ω的输电线给居民楼内用户供电，当居民楼内所有用电器消耗总功率为21.78kW时，不考虑灯泡电阻变化，“220V 40W”灯泡实际功率为 W。 9．近年来，我国大力推进核电发展，加快核电站的大规模建设。秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦核电站，其工作原理如图所示。核电站的主要组成部分包括核反应堆、汽轮机、发电机等，核燃料（如铀﹣235）在核反应堆中发生反应，释放出大量的热量。这些热量被用来加热水，产生水蒸气。水蒸气随后推动汽轮机旋转，汽轮机再带动发电机发电，最终将核能转化为电能。 (1)核电站所需的核能是原子核 （选填“裂变”或“聚变”）所产生的。 (2)冷却水在核电站中起到至关重要的作用，它是维持核电站正常运行的关键环节。秦山核电站依山傍海为反应堆的冷却提供了极大的便利，已知冷凝器循环冷却水所需的水量为每小时26000t，请计算1h内所用的这些海水温度从20℃升高到50℃，可吸收的热量是多少？[已知 (3)如果1kg铀﹣235能产生约为8×1013J的能量，核电站的效率约为40%，秦山核电站的年发电总量为1.8×1018J，那么秦山核电站每年要消耗铀﹣235的质量为多少千克？有资料显示，核燃料能有效减少燃料占用空间，降低燃料成本，如果秦山核电站的年发电量用热值为3.0×107J/kg的煤作为燃料，煤车一辆车要跑多少趟？（已知煤电转化效率为25%，假设运煤的大型卡车载重为50t） 10．2023年5月20日，中国首座深远海浮式风电平台“海油观澜号”并人文昌油田群电网，正式为海上油气田输送电力。 海油观澜号是我国首个水深超100m、离岸距离超100km的“双百”深远海浮式风电项目。它位于距海南文昌136km公里的海上油田海域，平台整体高度超200m，叶轮转动一圈的扫风面积近20000m²，通过九根锚链系泊固定在海洋深处（如图甲），单台机组每年可输出绿色电力2200万度（即2.2×107kW·h）动态海缆接入海上油田群电网，用于油气生产。它采用了多种先进技术，即使在超17级的最强台风下仍能安全稳定运行。 (1)海油观澜号的风机叶片采用了翼型技术，如图乙所示。当风如图丙所示方向吹过叶片表面时，会产生 （选填“向上”或“向下”）的压力差，从而使叶片转动起来。实现了 能到 能的转化。 (2)海上油田原来用天然气发电，如果天然气的发电效率为22％，则海油观澜号单台机组每年输送过来的电力至少可以为油田节约 m³天然气。（天然气的热值约为3.6×107J/m³） (3)风速是影响海油观澜号发电功率的主要因素。当风垂直吹向叶轮扫风面时，时间t内产生的电能由这段时间通过扫风面的风的动能转化而来（如图丙），风的动能可用公式求得（其中m是风的质量，v是风速），若空气密度为，叶轮扫风面积为S，风的动能转化为电能的转化率为，则时间t内其发电量为多少 ？（用字母、S、、v、t表示） 5 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题08 电磁波、信息、能源 目录概览 A考点精研・竞赛考点专项攻坚 1 竞赛培优大纲 1 重点知识讲解 2 核心应用突破 3 考试难度要求 4 竞赛真题剖析 4 B实战进阶・竞赛选拔模拟特训 5 竞赛培优大纲 一、电磁波的深层特性与现代应用 深入理解电磁波的产生机理与传播特性 掌握电磁波谱各波段的特性及应用原理 研究现代无线通信技术的基础理论 二、信息技术中的物理原理 理解信息编码与调制解调的基本原理 掌握数字信号处理的基本概念 探究现代通信系统的架构与工作原理 三、能源技术的物理基础 深入理解各种能源形式的转换原理 掌握可再生能源技术的物理机制 研究能源存储与智能电网技术 四、技术融合与创新应用 理解电磁波在信息技术中的核心作用 掌握能源与信息技术的交叉应用 研究未来技术发展趋势与挑战 重点知识讲解 一、电磁波的深层特性与现代应用 1. 电磁波的物理本质 电磁波是变化的电场和磁场相互激发、相互转化并在空间中传播的过程。这种波动的传播不需要介质，在真空中也能以光速传播。电磁波的横波特性决定了其偏振现象，这一特性在许多现代技术中得到应用。 2. 电磁波谱的完整认知 从极低频的无线电波到极高能的伽马射线，电磁波谱覆盖了极其宽广的频率范围。不同频段的电磁波与物质的相互作用方式各不相同，这决定了它们的不同应用场景。理解波谱的连续性及其特性差异是掌握电磁波应用的基础。 3. 电磁波的传播特性 电磁波在传播过程中会经历反射、折射、衍射、干涉等现象。在不同介质中，电磁波的传播速度和衰减特性会发生显著变化。这些传播特性直接影响了通信系统的设计和性能。 4. 现代无线通信基础 从调幅广播到5G移动通信，无线通信技术的发展始终建立在电磁波理论基础之上。载波频率的选择、调制方式的设计、天线系统的优化等都直接关系到通信系统的性能和效率。 二、信息技术中的物理原理 1. 信息编码的物理实现 信息需要通过物理信号来承载和传递。模拟信号通过连续变化的物理量来表示信息，而数字信号则通过离散的编码方式。理解采样定理和量化原理是掌握现代数字技术的基础。 2. 调制解调的技术原理 为了有效地传输信息，需要将基带信号调制到更高频率的载波上。调幅、调频、调相是三种基本的模拟调制方式，而现代数字通信则采用更加复杂的数字调制技术。解调则是调制的逆过程，恢复出原始信息。 3. 信号处理的核心概念 滤波、放大、混频等信号处理操作都是基于物理原理实现的。理解这些操作对信号的影响，有助于分析通信系统的性能。现代数字信号处理技术使得复杂的信号处理算法得以实现。 4. 通信系统架构演进 从简单的点对点通信到复杂的蜂窝网络，通信系统的架构在不断演进。多址技术、蜂窝结构、网络协议等都是建立在物理层技术基础之上的高层设计。理解这些系统的工作原理需要跨学科的知识储备。 三、能源技术的物理基础 1. 能源形式转换原理 能量既不能创生也不会消失，只能从一种形式转换为另一种形式。各种能源技术本质上都是能量转换技术，理解转换过程中的效率限制和物理约束是优化能源利用的关键。 2. 可再生能源物理机制 太阳能光伏效应基于半导体材料的光电特性，风力发电利用流体力学原理，地热发电依赖热力学循环。每种可再生能源技术都有其独特的物理基础和技术挑战。 3. 传统能源技术革新 化石能源的清洁利用、核能的安全提升、水力发电的优化设计等都在不断发展。这些技术进步都建立在深入理解相关物理原理的基础之上。 4. 能源存储与管理系统 从化学电池到抽水蓄能，不同的储能技术基于不同的物理原理。智能电网技术通过信息技术与电力技术的深度融合，实现能源的优化配置和高效利用。 四、技术融合与创新应用 1. 电磁波在信息技术中的核心地位 无线通信、雷达探测、遥感监测、导航定位等都依赖于电磁波技术。随着频率资源的日益紧张，开发新的频段和提升频谱利用率成为技术发展的重要方向。 2. 能源与信息的深度融合 智能电网通过信息技术的引入，实现电力系统的智能化管理。能源互联网概念将能源系统与信息系统深度整合，开创了能源管理的新模式。 3. 新兴技术的前沿应用 太赫兹技术、量子通信、空间太阳能电站等新兴技术正在推动相关领域的革命性发展。这些技术的突破往往源于基础物理原理的深入理解和创新应用。 4. 技术发展的挑战与机遇 随着技术的不断发展，频谱资源、能源效率、环境影响等问题日益突出。解决这些挑战需要创新的思维和跨学科的合作，同时也为技术创新提供了新的机遇。 核心应用突破 一、电磁波技术应用开发 能够分析电磁波传播特性对系统性能的影响 掌握天线设计与优化的基本原理 具备电磁兼容性分析与改进能力 能够设计简单的无线通信系统方案 二、信息系统设计与分析 理解通信系统各模块的工作原理 掌握信号处理基本方法的实现原理 具备系统性能分析与改进能力 能够评估不同技术方案的优劣 三、能源系统优化设计 能够分析能源转换过程中的效率限制 掌握可再生能源系统的设计要点 具备能源管理系统设计能力 能够提出能源技术改进方案 四、跨学科创新应用 能够识别技术融合的创新机会 掌握系统设计与优化的基本方法 具备技术可行性分析能力 能够参与综合性技术解决方案设计 考试难度要求 1. 竞赛深度 本专题涉及电磁波、信息技术和能源技术等多个领域的深入知识，竞赛题目往往要求考生理解技术的物理本质，分析复杂系统的性能，并提出创新性的解决方案。 2. 能力要求 参赛者需要建立完整的电磁波概念体系，理解信息技术的基本原理，掌握能源技术的物理基础，具备系统思维能力和跨学科的知识整合能力。 3. 备考策略 建议通过构建知识网络，理解各技术领域的内在联系，注重物理原理与实际应用的结合，培养系统分析能力和创新思维能力，关注技术发展的最新动态。 竞赛真题剖析 【真题剖析1】36．阅读短文，回答问题。 四足机器人 图甲为我国研制生产的某款工业级四足机器人（以下简称机器人）。用户可以通过红外线遥控器控制机器人。该机器人奔跑速度最大可达到6m/s，最大跳跃高度约为0.7m。机器人装配有容量为2.25kW·h的电池，当它在低速模式下工作时，工作电流为4.5A，可以持续使用10h。机器人在负载20kg条件下持续匀速水平行走的里程不少于15km。 某科技小组对机器人进行跳跃测试．实验中机器人跳起并落回原地，与地面碰撞后继续起跳。机器人每次与地面碰撞前后，速度的方向相反，大小之比不变。机器人跳起的最大高度与起跳速度的平方成正比。小组成员利用传感器记录的机器人三次跳起的高度h与所用时间t的关系如图乙所示。 (1)此机器人通过 （选填“超声波”或“电磁波”）来接收信息；其在低速模式下工作时的电压为 V； (2)机器人跳跃时，用脚蹬地而获得向上升空的力，说明力的作用是 的； (3)机器人以最大速度奔跑15s，所跑路程为 m； (4)若机器人在负载20kg条件下持续匀速水平行走15km时，电池（满电状态）中60%的电能转化为机械能，则其所受的最大阻力为 N； (5)由图乙分析可知k＝ ，第二次跳起上升的最大高度是 m。 【答案】(1) 电磁波 50 (2)相互 (3)90 (4)324 (5) 2 0.16 【详解】（1）[1]电磁波可以传递信息，红外线属于电磁波，所以此机器人通过电磁波来接收信息。 [2]已知电池容量 工作电流，工作时间 根据，可得电压 （2）机器人跳跃时，用脚蹬地，脚对地面施加力，同时地面也对脚施加向上的力，使机器人向上升空，说明力的作用是相互的。 （3）已知最大速度，时间，机器人所跑路程 （4）电池满电时的电能 转化为机械能的电能 根据，可得牵引力 因为机器人匀速水平行走，牵引力F等于阻力f，阻力 （5）[1]第一次跳起最大高度 第三次跳起最大高度 因为机器人跳起的最大高度与起跳速度的平方成正比，所以 则 又因为机器人每次与地面碰撞前后，速度的方向相反，大小之比，第一次碰撞前速度为，碰撞后速度为，第二次碰撞前速度为，碰撞后速度为，所以 由上面的计算得，即，则带入上式得，解得，即 [2]设第二次跳起最大高度，则满足 已知，代入上式解得 37．2024年5月3日17时27分，搭载嫦娥六号的长征五号遥八运载火箭成功发射升空！ 2024 年6月25日14时07分，嫦娥六号返回器准确着陆于内蒙古四子王旗预定区域，工作正常，标志着探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功，实现世界首次月球背面采样返回。 嫦娥六号发射时的长征五号遥八运载火箭使用的发动机是一种喷气式发动机。喷气式发动机是指靠喷管高速喷出的气流直接产生反作用推力的发动机，广泛用作飞行器的动力装置。如图甲所示为火箭发动机的工作原理图。其自带燃料和氧化剂，工作时使压缩后的混合气体在燃烧室燃烧，燃烧后剧烈膨胀的气体从尾部高速喷出，其巨大的反冲推力直接成为飞机的推进力。减小发动机的体积和质量，使用高能燃料，可以获得更大的推进力。 当嫦娥六号返回器返回时，为避免着陆速度过大，嫦娥六号返回器在关闭发动机后，采用了“半弹道跳跃式再入”返回技术方案（如图乙所示），就是用类似“打水漂”的方式两度进入大气层最终降落在内蒙古四子王旗地区。 请根据上述介绍，回答下列问题： (1)喷气压缩发动机使压缩后的混合气体在燃烧室燃烧直到膨胀的气体从尾部高速喷出过程中， 气体的温度是不断变化的，图中能大致反映气体温度T随时间变化关系的是_______。 A． B． C． D． (2)火箭发射升空进入大气层后，表层固态的特殊物质在高温下会发生 （填物态变化名称）直接变为气态，同时 （选填“吸收”或“放出”）大量的热，使温度不至于升得太高，保护火箭。 (3)如图所示是嫦娥六号着陆器着陆月球背面采样时监测相机拍摄的照片。若想使监测相机拍摄的范围大一些，监测相机的镜头应当适当 （选填“远离”或“靠近”）采样区域。采样时拍摄的照片是通过 传递回地面控制中心的。 (4)假设大气层表面的高度相同，比较嫦娥六号返回器第一次进入大气层时的动能Ek1和第二次进入大气层时的动能Ek2的大小关系， 并说明理由。 【答案】(1)C (2) 升华 吸收 (3) 远离 电磁波 (4)见解析 【详解】（1）喷气压缩发动机使压缩后的混合气体在燃烧室燃烧直到膨胀的气体从尾部高速喷出过程中，气体先被压缩，发动机先将机械能转化为内能，气体的内能增大，温度升高；气体从尾部高速喷出过程中，推动活塞做功，气体将内能转化为活塞的机械能，气体的内能减小，温度降低，故气体的温度先升高后降低，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 （2）[1][2]物体由固态变成气态为升华现象。火箭发射升空进入大气层后，表层固态的特殊物质在高温下会吸收大量的热发生升华直接变为气态，使温度不至于升得太高，保护火箭。 （3）[1]若想使监测相机拍摄的范围大一些，监测相机的镜头应当适当远离采样区域，通过增大物距，减小像距，从而使像减小。 [2]电磁波的传播不需要介质，采样时拍摄的照片是通过电磁波传递回地面控制中心的。 （4）嫦娥六号返回器进入大气层到离开大气层的过程中，需要克服空气阻力做功，故机械能减小，两次进入大气层时，重力势能相同，机械能为动能、重力势能和弹性势能之和，则嫦娥六号返回器第一次进入大气层时的动能Ek1和第二次进入大气层时的动能Ek2的大小关系为。 38．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装置思考乐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9kg，电池能量密度为200W·h/kg，（质量能量密度是指满电时电池能量与电池质量之比），思考乐俊宇同学购买了一个无人机，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，水平匀速移动过程飞行每秒消耗的能量为2500J，总用时160s，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于总容量的50%，测试结束。 (1)思考乐璐璐同学指出：无人机的信号传输是通过 传递； (2)思考乐粤鹏同学说ADE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2m，重力做功 J； (4)无人机螺旋桨飞行时向下，无人机向上飞，善于思考乐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)思考乐顺顺同学经过观察，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 （保留一位小数）； (7)为了更快运送急救AED装置，请你帮助思考乐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 ？ 【答案】(1)电磁波 (2)可以导电 (3)180J (4)相互的 (5)并 (6)44.4% (7) 使用轻质材料制作无人机 改变电流方向 【详解】（1）电磁波的传播不需要介质，无人机的信号传输是通过电磁波传递。 （2）因为人体是导体，会导电，故乐粤鹏同学说ADE电击时不能碰人。 （3）当俊宇购买的无人机空载时匀速向下降落2m，重力做功 （4）桨叶旋转空气，对空气施加向下的力相同时，也受到空气向上的力的作用，从而获得升力，说明物体间力的作用是相互的。 （5）无人机各电动机之间互不影响，是并联的。 （6）依题意得，飞行分为前往过程和返回过程且消耗能量相同，无人机竖直下降后电池剩于总容量的50%，测试结束，则无人机前往过程中，消耗的能量为电池电能的。充满电时，电池的电能为 电池的质量为 无人机的电池质量占空载质量的百分比 （7）[1]为了更快运送急救AED装置，可以使用轻质材料制作无人机，减小无人机的重力，当升力相同时，无人机获得的竖直向上的力变大；或者提高电池能量密度，即增大满电时电池能量与电池质量之比。 [2]更改螺旋桨的旋转方向，可以通过改变电流方向，改变螺旋桨受到的力的方向。 39．如图甲所示，是我国首次完全自主研制的大型水陆两栖飞机“鲲龙AG600”，于2025年4月20日获得中国民航局颁发的型号合格证，标志着全球起飞重量最大的民用水陆两栖飞机通过了严格测试和验证，研制取得圆满成功，获得市场“准入证”。 AG600飞机有低空低速性能好、灭火救援效率高、水面飞行起降稳、执行任务领域广、技术领先独立、全面国产化配套等优势。图乙为某次森林火灾场景，使用AG600水陆两栖飞机进行火灾救援过程可简化为图丙所示的三个阶段： 第一阶段：漂浮取水（图丙A点所示），此时飞机漂浮于水面，机翼上的螺旋桨仍然保持高速旋转，使得飞机取水完毕后能够快速起飞。 第二阶段：水面滑行起飞（图丙AB段所示），飞机取水完毕后，螺旋桨以更高速度旋转，飞机向前滑行并在B点起飞。 第三阶段：火灾救援（图丙C点所示），飞机起飞后，快速到达着火区域上方进行火灾救援。 请回答下列问题： (1)在着火区域上方进行火灾救援时（如图丁），飞机自西向东运动向着火区域洒水，以地面为参照物，请将下方其中一个“”涂黑，表示一段时间后飞机的位置； (2)AG600水陆两栖飞机使用航空燃油作为动力来源，航空燃油属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源； (3)在第一阶段，飞机在水面漂浮取水至取水完成过程中，请分析机身外底部受到水的压强变化情况。（假设取水时飞机升力不变） (4)小亮通过查阅AG600水陆两栖飞机相关参数，利用公式W＝Gh计算出飞机将水从A点运送到C点过程中，克服水的重力做功为有用功W1，克服飞机重力做功为额外功W2，然后利用公式Q放＝mq计算出此过程消耗的航空燃油燃烧放出的热量为E，发现W1＋W2≠E，请从功能关系说明不相等的原因。 【答案】(1) (2)不可再生 (3)机身底部所受水的压强增大 (4) 见解析 【详解】（1）飞机自西向东运动向着火区域洒水，以地面为参照物，一段时间后，飞机在起点的东方。如图所示： （2）航空燃油是石油加工的，故短时间不可能恢复，因而属于不可再生能源。 （3）机在水面漂浮取水时，受到的竖直向上的浮力F浮、升力F，竖直向下的飞机和水的总重力G总，它们满足关系式，取水时，升力F不变，G总增大，所以F浮变大，由可知，ρ液不变，V排变大，则飞机会下沉一些，整个机身浸入水中的深度h增大，由可知，机身底部所受水的压强增大。 （4）根据热机效率分析：①航空燃油不能完全燃烧，导致燃油燃烧放出的热量小于E；②整个过程中额外功的来源除了克服飞机重力做功之外，还有克服水的阻力、空气阻力、机械零部件间摩擦阻力做功等都是额外功；③飞机在水面滑行起飞阶段，重力没有做功，但是消耗了燃油，所以。 40．请阅读短文并回答问题。 在“死亡之海”钻探“中国深度” 2024年3月4日14时48分，我国首口万米深地科探井——“深地塔科1井”正式穿越万米大关。这标志着继深空、深海探索大自然的壮举之后，我国在深地领域实现重大突破。 这口井位于被称为“死亡之海”的新疆塔克拉玛干沙漠腹地，设计深度11000m。深地钻探难度堪比“探月工程”，钻探超万米后控制难度极大。当钻头抵近地下万米地层时，钻井设备承受的高温超过200℃，高压超过，这对钻井工具和钻井液都是巨大的挑战。我国科技人员攻克一系列技术难关，让钻机关键部件全面国产化，有效解决了核心部件“卡脖子”问题。科研人员还自主研发了耐盐、耐高温、超高密度的钻井液，为深地勘探提供了可靠支撑。 近年来，我国不断刷新“中国深度”。深地塔科1井钻破万米后成为陆地上世界第二、亚洲第一的垂直深井，在深地科学研究和超深层油气勘探领域具有里程碑的意义。万米“冲刺”成功后，深地塔科1井肩负科学探索和预探发现双重使命，继续向目标深度全速钻进； (1)深地塔科1井的成功钻探，为超深层油气资源勘探开发提供了有力支持。石油和天然气属于 能源；（选填“一次”或“二次”） (2)深地塔科1井地下万米处的高压大约是马里亚纳海沟处水压的 倍；（结果请保留整数，取，g取） (3)钻井液也叫钻井泥浆，被喻为钻井的“血液”。钻井液是由粘土、水（或油）以及各种化学处理剂组成的一种溶胶悬浮体的混合物。钻井液在入井出井的循环过程中发挥着传递动力、携带岩屑、平衡地层压力和润滑钻具等关键作用。在深地钻探过程中，钻井液能够对高速旋转的钻头进行冷却和润滑，保护钻头不被高温破坏，因此，钻井液对安全高效钻井至关重要。在钻探过程中，钻井液通过 的方式对钻头进行冷却，减小钻头的内能； (4)为了万米深地钻探，我国科技人员自主研发的钻井液具备哪些特点： 。 【答案】(1)一次 (2)2 (3)热传递 (4)耐盐、耐高温、超高密度 【详解】（1）石油和天然气可以直接从自然界获取，是一次能源。 （2）马里亚纳海沟处水压为 深地塔科1井地下万米处的高压大约为 深地塔科1井地下万米处的高压大约是马里亚纳海沟处水压的倍数为 （3）钻井液能够对高速旋转的钻头进行冷却和润滑，发生了热量的转移，故是通过热传递的方式改变内能。 （4）根据题文研发了耐盐、耐高温、超高密度的钻井液，为深地勘探提供了可靠支撑可知，自主研发的钻井液具备耐盐、耐高温、超高密度的特点。 1．我国正在研制的新一代具有全向隐身性能的战机已多次成功试飞。 (1)新一代战机在转弯飞行的过程中，战机受力 （选填“平衡”或“不平衡”）。加油机为战机加油时，两机保持相同速度匀速水平飞行，则重力势能减小的是 （选填“加油机”或“战机”），战机的机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 (2)新一代战机具有全向隐身性能，是指战机对 （选填“肉眼”或“雷达”）隐身。战机自身携带的探测装置可以产生电磁波，电磁波是通过迅速变化的 （选填“电阻”或“电流”）产生的。若探测装置的电功率为110kW，某次试飞消耗的电能为55度，则该探测装置工作的时间为 min。 (3)图中一系列圆为该战机在高空匀速水平飞行的过程中，经过不同位置时产生的声波在某时刻所到达的位置，可判断该战机水平向 （选填“左”或“右”）飞行。已知圆A的半径为1100m，圆B的半径为500m，AB两圆圆心间的距离为1080m，则该战机的飞行速度为声速的 倍。 【答案】(1) 不平衡 加油机 增大 (2) 雷达 电流 30 (3) 左 1.8 【详解】（1）[1]新一代战机在转弯飞行的过程中，战斗机的方向发生了变化，处于非平衡状态，战机受力不平衡。 [2][3]加油机为战机加油时，两机保持相同速度匀速水平飞行，加油机和战斗机的速度不变，高度不变，加油机质量减小，战斗机质量增大，则重力势能减小的是加油机；战斗机的质量增大，动能和重力势能都增大，战机的机械能增大。 （2）[1]新一代战机具有全向隐身性能，是指战机对雷达隐身；战斗机能够吸收雷达发射的电磁波，避免被雷达捕获。 [2]变化的电流能够产生变化的磁场，电磁波是通过迅速变化的电流产生的，战机自身携带的探测装置可以产生电磁波。 [3]若探测装置的电功率为110kW，某次试飞消耗的电能为55度，则该探测装置工作的时间为 （3）[1]由于声波是以战机产生声波的位置为圆心向外传播的，在相同时间内，圆的半径越大说明该位置产生声波越早；从图中可以看到右侧圆的半径较大，左侧圆的半径较小，这意味着战机先在右侧位置产生声波，后在左侧位置产生声波，所以战机水平向左飞行。 [2] 设战机飞行的时间为t，声速为v声，战机飞行速度为v机；圆A的半径，根据，则声波从战机在对应A圆心位置产生到图中状态传播的时间 圆B的半径，声波从战机在对应B圆心位置产生到图中状态传播的时间 战机从A到B飞行的时间 AB两圆圆心间的距离为1080m，战机从A到B飞行的时间 由以上两式可得 该战机的飞行速度为声速的1.8倍。 2．核潜艇的动力来源于核反应堆中发生的核 变获得的核能；如图所示，一艘核潜艇悬浮在A处，此时指挥台顶部距离海平面深度为100m、面积为2000cm2的观察窗受到海水的压力为 N；若某段时间内，潜艇沿着OP水平直线方向从低密度海水区域匀速潜入高密度海水区域，则在B点的动能 （选填“大于”、“小于”或“等于”）在C点的动能。（低密度海水密度取） 【答案】 裂 小于 【详解】[1]核潜艇的动力来源与核电站的能源来源相同，都来自于核裂变。 [2]观察窗所受的压强 观察窗受到的压力 [3]潜艇浸没在海水中，排开海水的体积在B和C点的相同，而B的海水密度比C点的小，据阿基米德原理知，B点潜艇所受的浮力比C点的小，则潜艇在B点的重力比C点的小，质量比C点的小，两点的速度相同时，B点的动能小于C点的动能。 3．阅读短文，解答问题。 如图所示是我国第一艘太阳能混合动力游船“尚德国盛号”。其最具特色的太阳翼采用高效晶硅异型太阳能电池板拼装而成，整艘船最多可容纳170位旅客，满载时排水量为60吨。“尚德国盛号”驾驶室里有一个GPS（全球卫星定位系统）接收器装置，全船照明均采用节能型灯泡及LED灯，大大降低能源损耗，“尚德国盛号”年发电量可达1.7×104 kW·h，相当于每年节约标准煤约6.2×103kg，每年可减少二氧化碳排放量约15.7t。 (1)太阳能是能源 （可再生/不可再生）； (2)如果该船满载乘客从东海驶入黄浦江，游船所受到的浮力为 N；（已知g取10N/kg） (3)LED灯是一种高效的节能光源，该LED灯泡的额定电压为36V、额定功率为3W，与普通白炽灯相比，在达到相同亮度的条件下，假设LED灯可以节约90%的电能，则这个LED灯与功率为 W的白炽灯亮度相当； (4)若仅采用标准煤给“尚德国盛号”提供电能，为使其仍达到现行的年发电量，求完全燃烧标准煤产生的内能转化成电能的效率是 。（保留到小数点后一位）（已知标准煤的热值为3.0×107J/kg） 【答案】(1)可再生 (2)6×105 (3)30 (4)32.9% 【详解】（1）太阳能可以从自然界中源源不断地的获取，是可以再生的，所以是可再生能源。 （2）船满载乘客从东海驶入黄浦江，都是漂浮，受到的浮力都等于船和乘客总重，满载时排水量 根据阿基米德原理可得，游船所受到的浮力 （3）设LED灯正常工作时间为th，消耗的电能 假设LED灯和白炽灯相比可以节约90%的电能，则LED灯消耗的电能为白炽灯消耗电能的10%；白炽灯消耗的电能 白炽灯的功率 （4）完全燃烧6.2×103kg标准煤产生的内能 每年的发电量 转化效率 4．随着科技的进步，AI逐渐改变了我们的生活。如图所示，是宇树科技自主研发的某款人形机器人，可以像人类一样行走、奔跑、后空翻，还能模拟人手精准操作、搬运物体等，同时拥有自我学习的能力。下表是该机器人的部分参数。 机器人质量 35kg 单只脚面积 电池容量 续航时间 2h~3h 任务序号 任务种类 任务温升 任务时间/min 散热功率/ 1 后空翻 6 1.5 2 搬运10kg的货物 3 0.8 (1)机器人头部除有照相机外，还搭载了3D激光雷达，能通过发射和接收 （选填“超声波”或“电磁波”）来侦测障碍物信息，确保行走安全。在绕行障碍物的过程中，以机器人为参照物，障碍物是 的； (2)经测试，该机器人保持双脚站立姿势的续航时间可达3h，则机器人站立时对地面的压强为 Pa，站立时的工作电流为 ； (3)某次完成后空翻时，机器人重心上升0.6m后下落，则机器人在上升过程中克服重力做功 J； (4)机器人工作消耗电能的同时，会产生部分热量，导致电机温度升高，同时也会向周围环境散发部分热量，使电机温度降低，已知散热功率大小等于单位时间内散发热量而使电机降低的温度，单位为℃/min，散热效率η是指机器人的散热量与发热量的比值，其大小与电机温度的变化有关，其关系式为。当时，会触发内部的电机停机保护。某机器人完成“后空翻任务”和物流仓库“搬运任务”的部分参数如上表所示： ①完成任务1后，散热效率η为 %； ②若只执行任务2，最多连续可完成 次搬运任务。 【答案】(1) 电磁波 运动 (2) 3 (3)210 (4) 81.1 26 【详解】（1）[1]超声波的传播需要介质，电磁波的传播不需要介质， 3D激光雷达，能通过发射和接收电磁波来侦测障碍物信息，确保行走安全。 [2]在绕行障碍物的过程中，以机器人为参照物，障碍物的位置发生改变，是运动的。 （2）[1]机器人站立时对地面的压力为 机器人站立时对地面的压强为 [2]该机器人保持双脚站立姿势的续航时间可达3h，站立时的工作电流为 （3）某次完成后空翻时，机器人重心上升0.6m后下落，则机器人在上升过程中克服重力做功 （4）[1]完成任务1时，散热的热量为 则电机温度的变化 散热效率η为 [2]若只执行任务2，散热的热量为 则电机温度的变化 则完成1次任务2， 当时，会触发内部的电机停机保护，则最多连续可完成的搬运任务次数为 5．如图所示是某款家用扫地机器人，它的额定工作电压为12V，额定功率为30W，电池容量为2500mAh，自重25N，轮子与水平地面接触总面积为10cm2。吸尘电机的吸入功率是衡量扫地机器人优劣的重要参数，该扫地机器人的吸尘电机的吸入功率与真空度、风量间的对应关系如下表，吸尘电机吸入功率与输入功率之比为吸尘电机的效率。扫地机器人的剩余电量为电池容量的10%时，会自动返回充电。在初次运行时，扫地机器人会绘制出整个家的平面图，此后用户可通过手机APP远程控制扫地机器人在指定时间打扫指定区域。 真空度/Pa 400 450 500 550 600 风量/ 0.025 0.02 0.017 0.015 0.013 吸入功率/W 10 9 8.5 7.8 (1)远程控制扫地机器人时，手机通过 波与扫地机器人传递信息。 (2)扫地机器人工作前静止时，对水平地面的压强为多少? (3)该扫地机器人充满电后至下一次自动充电前，能够连续正常工作的最长时间是多少min? (4)当风量为0.015时，10min内通过吸尘电机排出的空气质量为多少?若该风量下，吸尘电机的输入功率为25W，此时吸尘电机的效率为多少?（空气密度取1.3） 【答案】(1)电磁波 (2)2.5×104Pa (3)54 (4)11.7kg       33% 【详解】（1）手机可以发射和接收电磁波，手机远程控制扫地机器人时，其发射电磁波传递信息，使扫地机器人接收后完成相应指令工作。 （2）静止时，扫地机器人对地面的压强 （3）扫地机器人充满电后储存的电能 充满电后至下一次自动充电前消耗的电能 连续工作的最长时间 （4）10min内吸尘电机排出的空气体积 此时间段吸尘电机排出的空气的质量 由表格数据可知，该扫地机器人的吸尘电机的吸入功率与真空度、风量间的关系为 “”，则风量为0.015时，该吸尘电机的吸入功率 此时吸尘电机的效率 6．停车难是如今城市普遍存在的问题，图甲是一“路边空中存车亭”。存车时只需40秒就可以把车子“锁上天”。图乙为“存车亭”的工作原理图，其中A为存车架，其质量为800kg，O为杆OB的转动轴，杆的B端固定悬挂泊车装置，BC为牵引OB杆转动的钢丝绳。存车时，汽车开到存车架上，电动机通过钢丝绳BC将杆OB拉到一定高度固定；取车时，将OB杆放下使存车架落回地面。请根据以上信息回答下列问题（忽略OB的重力和机械各部分的摩擦力）。（g取10N/kg） (1)如图甲中“存车亭”遮阳棚上装有太阳能光电板，给蓄电池充电。当电动机运行时，蓄电池给电动机供电，此过程中蓄电池内部的 能转化为电能；太阳能来源于太阳内部发生的核 （选填“聚变”或“裂变”）； (2)图乙中滑轮的作用是 ； (3)如图乙所示，当质量为1200kg的小汽车从水平地面缓慢被提升到钢丝绳BC垂直于杆OB时，OB杆与水平地面的夹角为37°，此时钢丝绳BC点的拉力大小为 N；（已知） (4)光电板平均每小时每平方米面积吸收太阳能为，太阳平均每天照射时间为10h，太阳能最终有10%转化为汽车和存车架的机械能。若汽车的质量均为1200kg，每次被提升的高度均为3m，每天存车的平均次数为10次，忽略下降过程电动机消耗的电能，则光电板每天吸收太阳能为 J，光电板的面积至少为 。 【答案】(1) 化学 聚变 (2)改变力的方向 (3) (4) 【详解】（1）[1]蓄电池给电动机供电，此过程中蓄电池相当于电源，蓄电池内部的化学能转化为电能。 [2]太阳能来源于太阳内部氢核发生的核聚变，释放能量。 （2）图乙中滑轮为定滑轮，不省力也不费力，它的作用是改变力的方向。 （3）小汽车与存车架的总质量为 小汽车与存车架的总重力为 存车架对OB的拉力为阻力，大小为 由数学知识可知，阻力臂为 钢丝绳BC垂直于杆OB时，动力臂为 根据杠杆平衡条件可知，钢丝绳BC的拉力大小为 （4）[1]汽车和存车架的机械能 太阳能为 [2]光电板的面积至少为 7．2023年3月26日，我国首座深远海浮式风电平台“海油观澜号”在广东珠海启航前往海南文昌海域。 (1)“海油观澜号”由浮式基础和风机组成，整体排水量达11000t，在海面作业时“海油观澜号”受到的浮力为 N（g=10N/kg）。 (2)“海油观澜号”风力发电机利用 的原理发电，内部线圈中的电流是 （选填“直流电”或“交流电”）。风能属于 （选填“一”或“二”）次能源；投产后风机年均发电量将达2200万kW•h，若按发电效率为22%的火力发电来计算，则每年可节约 t焦炭（q焦炭=3.0×107J/kg）。 (3)已知通过风机叶片的空气动能与其质量成正比，且1kg空气的动能W与速度v的关系如图乙所示。当风速为10m/s时，该风力发电机的发电功率为6500kW，此功率下风力发电机1h发出的电量可供 台功率为1.3kW的空调同时工作5h，该发电机的风电转化效率为50%，则发电机的扇叶扫风面积为 m2（选填“2×103”、“2×104”或“2×105”）（ρ空＝1.3kg/m3）。 【答案】(1)1.1×108 (2) 电磁感应 交流电 一次 1.2×104 (3) 1000 2×104 【详解】（1）“海油观澜号” 整体排水量 在海面作业时“海油观澜号”受到的浮力 （2）[1]“海油观澜号”风力发电机工作时将机械能转化为电能，利用的是电磁感应原理。 [2]发电机工作时，内部线圈中电流的大小和方向都在发生周期性变化，所以是交流电。 [3]风能可以从自然界中直接获取，所以它是一次能源。 [4]投产后风机年均发电量 每年焦炭完全燃烧放出的热量 每年消耗焦炭的质量 （3）[1]该风力发电机1h所发的电量 1台空调的总功率 空调的总台数 [2]发电机1s的发电量 每秒空气的平均动能 由乙图可知，风速为10m/s时，1kg空气的动能为50J，则平均每秒通过叶片的空气质量 平均每秒通过叶片的空气体积 风速为10m/s，表示每秒空气运动的距离为 叶片的扫风面积 8．广东大亚湾核电站是我国第一座大型的商用核电站，位于深圳市大鹏新区大鹏半岛。核电站在保证输送功率不变的情况下，远距离送电采取高压送电的方式来实施，核电站的发电输出电功率为W，用10千伏的高压进行输电。图1是核电站的工作原理图和远距离输电流程示意图。 (1)核电站是利用核 （裂变/聚变）反应释放的能量； (2)关于远距离输电，下列表述正确的是________（选填“A”、“B”、“C”或“D”）； A．提高输电电压会增大输电电流，从而增大输电损失 B．提高输电电压可以减小输电线电阻，从而减小输电损失 C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小 D．若能研制出常温下的超导体，用它制作远距离输电导线，将不需要高压输电方式 (3)核电站高压输电时的输电电流为 A，在输送功率不变时，若改用1000千伏的电压输电，则此时导线上的热损耗功率与原来导线上的热损耗功率之比为 ； (4)远距离输电时某处发生了短路，为确定短路位置，检修员利用电压表、电流表和电源接成如图 2 所示的电路进行测量，已知甲、乙两地的每根输电线每千米的电阻为 R，电压表示数为 U，电流表示数为 I，则短路位置到甲地的距离为 千米；（用已知物理量的符号表示） (5)某户居民标有“220V 40W”的灯泡正常发光时电阻为 Ω，在用电高峰期时灯泡比平时暗的原因是 ； (6)若经过降压变压器后供电设备输出电压恒为 220V，通过总电阻为 0.2Ω的输电线给居民楼内用户供电，当居民楼内所有用电器消耗总功率为21.78kW时，不考虑灯泡电阻变化，“220V 40W”灯泡实际功率为 W。 【答案】(1)裂变 (2)D (3) 2000 (4) (5) 1210 见解析 (6)32.4 【详解】（1）核电站是利用可控的链式反应，即核裂变反应释放的能量，而太阳能是利用核聚变释放的能量。 （2）AB．在输送功率不变时，提高输电电压，输电线的电流变小，在输电线电阻不变时，输电线上损失的功率越小，而提高输电电压，对输电线的电阻无影响，故AB错误； C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电线的电流越大，在输电线电阻不变时，输电线上损失的功率越大，输电过程中的电能损失越大，故C错误； D．若能研制出常温下的超导体，用它制作远距离输电导线，导线没有电阻，输电过程中的电能没有损失，就不需要高压输电，故D正确。 故选D。 （3）[1]核电站高压输电时的输电电流 [2]改用1000千伏的电压输电，输电的电流 此时导线上的热损耗功率与原来导线上的热损耗功率之比 （4）由电路图可知，电压表测导线两端的电压，电流表测电路中的电流，由可得，电路中的总电阻为，因每条输电线每千米的电阻为R，所以，导线的总长度为 因导线是双股的，所以，短路位置离甲地的距离为 （5）[1]灯泡正常发光时的电阻 [2]用电高峰期，用电器变多，支路变多，干路中的电流变大；用电器与输电线是串联的，输电导线也有电阻，当其电流变大时，其分得的电压就变大，又知电源电压220V不变，用电器两端的电压就变小了。用电器两端的实际电压就变小；由可知白炽灯的实际功率比正常减小。 （6）设居民楼内所有用电器两端的电压为U实，导线两端的电压为220V-U实。由P=UI得，所有用电器的总电流 输电线中的总电流 则有 解得，U实=198V。不考虑灯泡电阻的变化，灯泡的实际功率 9．近年来，我国大力推进核电发展，加快核电站的大规模建设。秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦核电站，其工作原理如图所示。核电站的主要组成部分包括核反应堆、汽轮机、发电机等，核燃料（如铀﹣235）在核反应堆中发生反应，释放出大量的热量。这些热量被用来加热水，产生水蒸气。水蒸气随后推动汽轮机旋转，汽轮机再带动发电机发电，最终将核能转化为电能。 (1)核电站所需的核能是原子核 （选填“裂变”或“聚变”）所产生的。 (2)冷却水在核电站中起到至关重要的作用，它是维持核电站正常运行的关键环节。秦山核电站依山傍海为反应堆的冷却提供了极大的便利，已知冷凝器循环冷却水所需的水量为每小时26000t，请计算1h内所用的这些海水温度从20℃升高到50℃，可吸收的热量是多少？[已知 (3)如果1kg铀﹣235能产生约为8×1013J的能量，核电站的效率约为40%，秦山核电站的年发电总量为1.8×1018J，那么秦山核电站每年要消耗铀﹣235的质量为多少千克？有资料显示，核燃料能有效减少燃料占用空间，降低燃料成本，如果秦山核电站的年发电量用热值为3.0×107J/kg的煤作为燃料，煤车一辆车要跑多少趟？（已知煤电转化效率为25%，假设运煤的大型卡车载重为50t） 【答案】(1)裂变 (2) (3)趟 【详解】（1）核电站是利用原子核裂变发生可控链式反应时释放的大量能量来发电的。 （2）质量为26000t的海水温度从20℃升高到50℃，吸收的热量为 （3）秦山核电站的年发电总量为1.8×1018J，电站的效率约为40%，则铀﹣235产生的能量为 1kg铀﹣235能产生约为8×1013J的能量，需要铀﹣235的质量为 如果秦山核电站的年发电量用热值为3.0×107J/kg的煤作为燃料，煤电转化效率为25%， 煤放出的热量为 需要消耗的煤的质量为 运煤的大型卡车载重为50t，需要运送的次数为 10．2023年5月20日，中国首座深远海浮式风电平台“海油观澜号”并人文昌油田群电网，正式为海上油气田输送电力。 海油观澜号是我国首个水深超100m、离岸距离超100km的“双百”深远海浮式风电项目。它位于距海南文昌136km公里的海上油田海域，平台整体高度超200m，叶轮转动一圈的扫风面积近20000m²，通过九根锚链系泊固定在海洋深处（如图甲），单台机组每年可输出绿色电力2200万度（即2.2×107kW·h）动态海缆接入海上油田群电网，用于油气生产。它采用了多种先进技术，即使在超17级的最强台风下仍能安全稳定运行。 (1)海油观澜号的风机叶片采用了翼型技术，如图乙所示。当风如图丙所示方向吹过叶片表面时，会产生 （选填“向上”或“向下”）的压力差，从而使叶片转动起来。实现了 能到 能的转化。 (2)海上油田原来用天然气发电，如果天然气的发电效率为22％，则海油观澜号单台机组每年输送过来的电力至少可以为油田节约 m³天然气。（天然气的热值约为3.6×107J/m³） (3)风速是影响海油观澜号发电功率的主要因素。当风垂直吹向叶轮扫风面时，时间t内产生的电能由这段时间通过扫风面的风的动能转化而来（如图丙），风的动能可用公式求得（其中m是风的质量，v是风速），若空气密度为，叶轮扫风面积为S，风的动能转化为电能的转化率为，则时间t内其发电量为多少 ？（用字母、S、、v、t表示） 【答案】(1) 向上 风 电 (2) (3) 【详解】（1）[1]如乙图所示，叶片呈翼型，当风吹过叶片表面时，由于上方气流比下方气流通过的路程长，因此上方气流比下方气流的流速大，于是下方气体的压强大于上方气体的压强，从而会产生向上的压力差，使叶片转动起来。 [2][3]叶片在风力作用下旋转，将风能转化为动能 ，发电机工作时，利用电磁感应原理，将机械能转化为电能，从而实现了风能到电能的转化。 （2）由题意可得，海油观澜号单台机组每年输送过来的电力为，由可得，天然气放出的热量为，由可得，天然气的体积为 （3）由题意得，当风垂直吹向叶轮扫风面时，时间t内通过的距离为，空气质量为，风的动能为，风的动能转化的电能为 5 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $