专题08 跨学科实践专题突破（期末专项训练）九年级物理上学期新教材沪粤版

专题08 跨学科实践专题突破 目录 一、做功与机械能 1 二、运动和力 3 三、内能 5 四、内能的利用 6 五、能量 8 六、欧姆定律 11 七、电流和电路 15 八、电压和电阻 16 九、电功和电功率 16 一、做功与机械能 1．“龙骨水车”是我国非物质文化遗产，某学习小组以“揭秘并制作龙骨水车模型”为主题，开展跨学科实践活动。 【活动任务】了解并明作简易“龙骨水车”。 【任务分解】 （一）查阅资料，了解“龙骨水车”的工作原理； （二）组装简易“龙骨水车”模型，并改进驱动方式。 【实施过程】 （一）查阅资料，了解“龙骨水车”的工作原理。 “龙骨水车”是一种历史悠久的灌溉农具，相当于现代的抽水机，其结构如图甲所示。车身是木板制成的水槽。车头和车尾各装有一个木齿轮，车尾装小轮，车头装大轮，大轮连着拐木，木链条上装有刮水板，并套在两个木齿轮上如图乙，水车灌溉时，小轮及刮水板浸入低处的水中，用力转动拐木，使大轮转动，带动木链条和小轮转动，水槽内刮水板刮水上行，倾灌于地势较高的田中。 若某龙骨水车的大轮上有8根辐条，如图丙所示，木链条上装有60块刮水板。平均每块刮水板每次能运进的水。 (1)使用时，人对拐木施加力的作用，使大轮转动，相当于在使用一个 （选填“省力”或“费力”）杠杆； (2)刮水板匀速刮水上行时，水的 能增大； (3)当转动拐木的速度加快时，提升水的功率会变 ； (4)插秧时，稻田里的水深比较合适。现有一亩地，水深为1cm，农民伯伯需用该龙骨水车给稻田蓄水，已知稻田和江面的高度差为3m，他以100W的功率转动拐木，可使大轮以的转速匀速转动，待运水稳定后，每分钟能运送 kg的水。若将水蓄至4cm深，约需 ，该龙骨水车的机械效率为 ； （二）组装简易“龙骨水车”模型，并改进驱动方式。 学习小组利用老师提供的模型组件，按照说明书组装“龙骨水车”模型，如图丁所示，并为“龙骨水车”模型安装智能驱动，简化的驱动电路如图戊所示，R为电阻箱，闭合开关和，当光照充足时，太阳能电池为电动机供电，驱动水车；光照不足时，干电池为电动机供电，驱动水车。 (5)电动机的工作原理是：通电线圈在 中受到力的作用； (6)根据设计要求，需将干电池和太阳能电池板分别安装在图戊中的a、b位置，则a处应该安装 ； (7)已知电动机的驱动电压为，由于太阳能电池板的输出电压受光照强度影响，当光照强度减弱，太阳能电池板的输出电压过低，通过电磁铁的电流小于时，则需启动干电池供电。若电磁铁的线圈电阻忽略不计，则电阻箱R的阻值至少应调为 ； 【交流与评价】 小组根据上述方案，制作了“龙骨水车”模型并进行展示。当用手转动拐木，模拟龙骨水车工作时，发现木链条容易掉落；用电动机驱动时，发现在不同光照条件下，均能带动水车转动； (8)请结合展示过程，并根据以下评价量表选择一个维度对该模型进行评价 。 评价维度 合格 待改进 结构和功能 结构牢固，能模拟水车工作过程 结构不牢固，基本能模拟水车工作过程 驱动方式 有两种驱动方式 只有一种驱动方式 智能化 能自动选择供电方式 需手动选择供电方式 二、运动和力 2．我国航天技术已达到世界领先水平。在跨学科实践课上，某小组开展了“制作火箭模型”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容： （1）了解火箭的相关知识： 喷气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，按燃料燃烧时所需要的来源，可分为两大类：一类是火箭发动机，另一类是空气喷气发动机。如图甲为涡轮喷气发动机（属于空气喷气发动机的一种），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。 如图乙为火箭发动机的工作原理图，火箭发动机和涡轮喷气发动机十分相似，主要的差别是：火箭自带燃料和氧化剂如图乙，涡轮喷气发动机只带燃料，利用空气做氧化剂，同涡轮喷气发动机相比较，火箭发动机的最大特点是：它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围大气层中汲取氧气，所以它不但能在大气层内，也可以在大气层之外的宇宙真空中工作。火箭发动机可用于航天器推进，也可用于导弹等在大气层内飞行。迄今为止发射的人造卫星、月球飞船以及各种宇宙飞行器所用的都是火箭发动机。 如图丙，2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，3名航天员顺利进入太空。 （2）制作并发射： 火箭模型小组的同学制作了水火箭并进行发射，如图丁的图一，图二是其结构示意图，对水火箭打气，打开阀门，水向下喷出，水火箭一飞冲天。使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的 冲程相同。水火箭起飞用到的物理原理是： 。 （3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现让“水火箭”在竖直方向飞行，上升的高度不容易测量。同学们讨论后认为可以通过测量 来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可） （4）项目拓展思考： ①如图丙所示是火箭发射时的情景，下列说法正确的是 ； A．火箭的燃料燃烧得越充分，效率越高 B．火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的比热容大 C．涡轮喷气发动机可用于各种宇宙飞行器中 D．火箭升空过程中外壳温度会上升，这是通过做功的方式增加了外壳的内能 ②一架飞机搭载的涡轮喷气发动机，其部分参数如表，表中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。已知飞机所受空气阻力与运行速度平方的关系如图戊所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中，需要 t的航空燃油。 热效率 40% 推进效率 60% 航空燃油热值 三、内能 3．阅读短文，回答问题 跨学科实践——设计太阳能储能系统 【任务要求】设计原理如图甲的储能系统，用来保障夜间供暖或供电。 【设计制作】 任务一：太阳能供暖储能系统。由集热、蓄热和供暖组成，工作过程如图乙。白天集热板接收太阳能，经热交换器使蓄水箱水温升高并供暖；集热板不供热时，蓄水箱与热交换器间阀门关闭。冬日晴天，满足用户全天取暖的同时，富余内能储于蓄水箱供夜间供热。 任务二：太阳能供电储能系统。如图丙是蓄水储能系统，白天自动阀门关闭，抽水机将水从低位水槽抽到高位水槽，到设定水位时抽水机停止工作；夜间自动阀门开启，水流推动发电机工作，将机械能转化为电能供用户使用。 (1)图甲中，A、B、C三处表示的时段分别是（   ） A．白天、晚上、白天 B．白天、白天、晚上 C．晚上、晚上、白天 D．晚上、白天、白天 (2)储能的方式很多，如蓄水箱储能、蓄电池储能等。蓄水箱中水内能的增加是通过 方式实现的；白天蓄电池相当于电路中的 （选“电源”或“用电器”）。 (3)同学们收集到某蓄水储能系统的数据如下表所示，不计集热板到蓄水箱之间的管道、热交换器的热损失。[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），水的密度为1.0×103kg/m3] 太阳辐射能量 集热板面积 蓄水箱全天持续供暖输出能量 3×106J/（h·m2） 4m2 1.74×107J 若每天光照时间为10小时，集热板的光热转化效率为60%，则集热板中的水将获得内能 J；这些内能的一部分通过蓄水箱对用户全天持续供暖，另一部分则能使蓄水箱内的水温最终升高10℃；分析计算该蓄水箱中水的质量为 kg。 (4)同学们在老师指导下按图丙制作了小型水力发电储能系统，该储能系统的设计要求是综合效率（输出电能与输入电能之比）达到70%；已知高位水槽距发电机3.6m，水槽中100kg水冲击发电机可发电2.88×103J，此过程发电效率为 %，实测到抽水机的效率为80%，计算说明该储能系统是否达到设计要求： 。 (5)当高位水槽中水面升高到设定位置，电路中电流增大到一定值时，自动开关控制阀门关闭，抽水机停止工作。为满足设计要求，请将丁图的电路补充完整 。 四、内能的利用 4．小勇在跨学科实践活动中制作了一个简易的汽轮机模型，如图所示。 (1)当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来，此时能量转化与四冲程汽油机的 冲程相同。 (2)团队的同学们发现项目实施过程中存在一些不安全因素，请你为他们拟写一条注意事项 。 5．同学们在进行跨学科实践活动——制作简易热机模型时，某小组同学制作了如图的简易汽轮机模型，下列说法正确的是（蜡烛的火焰温度约为300℃~400℃，酒精的火焰温度约为500℃~600℃）（　　） A．易拉罐里装水或者汽油都可以 B．要使蒸汽的推力更大，可以增大蒸汽的温度和压力 C．使用酒精灯加热比使用蜡烛加热速度更快 D．制作时要调整好小风扇的位置和高度 6．如图所示，在跨学科实践中，小明制作了一个简易的热机模型——“蒸汽船”。他在铜制容器中盛入一定量的水之后安装在“船体”上，用酒精灯对铜制容器底部加热，一段时间后容器内水温升高产生的水蒸气沿铜管向右喷出，“蒸汽船”向左行驶，下列说法正确的是（　　） A．酒精燃烧过程中，其热值不断减小 B．“蒸汽船”在向左运动时主要将内能转化为机械能 C．酒精在燃烧的过程中不断放热，将内能转化为化学能 D．水在沸腾时会有热量的散失，但仍遵守能量守恒定律 7．2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的火箭发射成功，成为我国航天事业发展的又一重要里程碑。在物理跨学科实践课上，一学习小组开展了“设计火箭发射系统”的项目化学习活动。下面是该组同学实践的大致过程。 【项目分解】 ①制作简易火箭；②改进并优化火箭发射系统 【项目设计与实施】 （1）结构及原理： 为探究火箭发射原理，同学们先进行如下实验，如图甲所示在试管内装水，用橡胶塞塞住管口后给水加热，一段时间后观察到橡胶塞喷出，该过程与内燃机的 冲程原理相似。由此，学习小组用可乐瓶制作了水火箭，安装好的水火箭如图乙所示。 （2）方案评估：升空距离比较短，不能实现自动定时发射。 （3）设计改进： 用燃料燃烧获得能量，查阅资料获知一些燃料的热值，如表格所示，则优先选择 做火箭的燃料，因为当质量相同时完全燃烧该燃料放出的热量更多。重新制作了火箭，饮料瓶剪掉底，用纸壳做支架制成箭体，如图丙所示。 燃料 酒精 煤油 柴油 热值 （4）优化火箭发射系统： 同学们在实践过程中考虑到直接用打火器点燃料有些危险，于是设计了如图丁的电路，当起爆器有电流通过时能实现自动点火。在起爆器点火前，电路中的开关S应 （选填“闭合”或“断开”），目的是使起爆器处于 （选填“短”或“断”）路的状态。 【项目拓展】 （5）经查阅资料，长征五号B遥二运载火箭是新一代运载火箭，火箭使用的燃料是液态氢，若完全燃烧液态氢燃料，可放出热量 J，若这些热量有84%被质量为的水吸收后水未沸腾，水的温度能够上升 ℃。（，） 五、能量 8．跨学科实践。 制作简易可调速风扇 学习了变阻器的相关知识后，同学们成立了制作简易可调速风扇的项目小组，制订了“需求分析——方案设计——动手制作——测试优化——展示交流”的学习流程，研究了变阻器原理，收集材料制作了可调速风扇模型。 实验材料：微型小风扇、电位器（标有、、三个接线端）、开关、导线、电池盒（3V电源）。 电路连接说明：将微型小风扇与电位器串联后接入电路，通过旋转电位器旋钮改变电路中的电阻，从而调节风扇转速。 (1)电位器连接：如图，同学们选择电位器、、三个接线端中的 两个接线柱连入电路中，可使逆时针旋转旋钮时，风扇转速变快； (2)能量转化：可调速风扇工作时的能量转化情况为 ； (3)故障排查：某同学在测试时发现小风扇无法转动，出现这种情况的原因可能是 ；（答出一点即可） (4)电路优化：展示交流环节中，有同学提出：“电路中串联一个定值电阻会更好一些。”请你替他说明原因： 。 9．跨学科实践 为校园节约用电提建议 【项目提出】电能是生产生活中所需要的重要能源，我们要从身边的点点滴滴做起，注意节约用电。牛顿学习小组的同学们针对校园用电情况展开调查，并在调查的基础上提出节电措施。 【项目分析】要节约用电，首先要了解校园内用电情况，然后才能提出有针对性的建议。小组同学本次主要任务是针对校园内路灯的用电情况进行调查。 【项目实施】小组同学们通过调查，收集到数据如下表： 路灯的种类 普通节能灯 电源 电网供电 工作电压/V 220 灯泡的总数/只 100 每盏路灯的电功率/W 60 每晚照明的时间/h 10 小组同学根据调查的情况，提出用太阳能路灯代替原来的路灯。部分数据如下表： 路灯的种类 太阳能灯 电源 太阳能光伏板组件 工作电压/V 12 灯头的数量/个 50 每个灯头的电功率/W 40 每晚照明的时间/h 10 【展示交流】…… （1）太阳能路灯工作一天，主要能量转化： 能→电能→化学能→ 能→光能。 （2）小组同学研究发现，每个太阳能路灯的灯头是由12行5列共60粒灯珠组成，如图所示。图中如果A列中一颗灯珠损坏，整个A列12粒灯珠均不发光，而其他列的灯珠照常发光，这说明了A列灯珠和其他列的灯珠是 （选填“串”或“并”）联的。 （3）如果采用上述方案，用太阳能路灯代替原来的路灯，则每个月（按照30天计算）可以节省电费 元。（电费每度电0.5元，太阳能不需缴电费） 10．跨学科实践 制作简易调光台灯 家用台灯大多可以通过调光装置改变亮度。跨学科实践课上，同学们制定了“项目提出——项目分析——项目实施——展示交流”的学习流程，制作一盏简易调光台灯，达到调节灯光亮度的目的。 实验过程中，同学们利用电位器、LED灯等器材制作了图甲所示的调光台灯，图乙是电位器的结构图，、、为电位器的三个接线柱，LED灯与电位器串联，转动滑片即可调节LED灯的亮度。 (1)电位器是通过改变接入电路中电阻丝的 来改变电阻，从而改变LED灯亮度的。顺时针旋转电位器的滑片时，LED灯变亮，则电位器连入电路的两个接线柱是 （填写接线柱对应的字母）。 (2)与白炽灯相比，用LED灯做光源将电能转化为 能的效率更高。 (3)某小组展示作品时，调节LED灯由暗变亮的过程中，灯突然被烧坏。要使灯不被烧坏提出一条可行的改进建议 。 六、欧姆定律 11．巴蜀中学科学实验社团开展了“测量空气中雾霾指数K”的跨学科实践活动。图甲是某小组设计的空气雾霾指数电子检测仪的电路原理图，其中电源电压为12V不变，电压表测量范围为0~8V，电流表测量范围为0~0.6A，气敏电阻R随雾霾指数K变化如图乙所示。当雾霾指数为0时，闭合开关S，调节电阻箱R0阻值，直到电流表的示数为0.1A，此后电阻箱R0接入阻值保持不变。求： (1)R0接入电路的阻值； (2)该电路能安全检测的最高雾霾指数K是多少？ (3)要使电子检测仪的最大测量值Kmax=350，需要如何改进电路？请计算改进方案的具体数值。 12．跨学科实践活动中，小明想利用电热丝设计制作一个220V额定电压下功率能够达到的加热器。他从实验室找到一段电热丝，测量得到通过电热丝的电流与电热丝两端电压的数据如表所示，请据此推理，这段电热丝在220V电压下工作时，能否满足小明设想的功率要求。 电压/V 4 10 16 22 电流/mA 10 24 37 50 13．跨学科实践：制作简易调光台灯 【项目提出】 生活中不同场景对光亮度有着不同的需求，因此很多台灯都有可调亮度的功能。同学们学习了电学知识后也想制作一个简易调光台灯。 【项目分析】 要制作一个简易调光台灯，需要完成以下任务： （1）了解简易调光台灯的工作原理 （2）设计一台简易调光台灯 （3）选择元件，完成制作 【项目实施】 （4）了解简易调光台灯的工作原理 制作简易台灯的关键是改变灯的亮度，可以通过改变通过灯泡的电流和两端的电压来实现。 （5）设计一台简易调光台灯 （6）电源电压不变，为了改变灯泡两端的电压，可以将灯泡与一个滑动变阻器 联（填“串”或“并”），改变通过灯泡的电流和两端的电压，实现调光的目的。 （7）选择元件，完成制作 ①甲组同学选择电源、开关、滑动变阻器、小灯泡，导线若干，连接如图甲所示电路。 调试电路时，闭合开关，移动滑动变阻器滑片，小灯泡忽亮忽灭，分析原因是 。 ②甲组同学选用电位器来代替滑动变阻器，电位器的结构图如乙所示，A、B、C为三个接线柱，转动旋钮可以改变接入电路的电阻。将 接线柱接入电路，顺时针旋转旋钮时电灯变亮。 A．A和B    B．B和C    C．A和C ③丙组同学设计了如图丙所示的分档调节台灯，开关接1触点时为断路，接2触点或4触点时，灯的电流分别为I1和I3，灯丝电阻为RL（不随温度变化），若，则电阻 。（用和表示） ④丁组同学选用了声控开关，可以用按钮开关或声控开关分别控制台灯，下列开关部分电路的设计图正确的是 。 【展示交流】 （8）乙组同学展示作品时，发现闭合控制开关，当电位器旋钮旋转到A端时，小灯泡不发光，小明同学提出可不可以去掉电路中的控制开关，不必断电，只用电位器旋钮来控制灯的亮暗。从节能的角度思考，小明同学建议是否合理？ （选填“是”或“否”），理由是： 。 14．在跨学科实践中，科技小组设计了如图所示的无土栽培营养液自动添加装置简图。控制电路电源电压U=10V，电磁铁线圈电阻R0=50Ω；当线圈中的电流I1≥25mA时，衔铁被吸合，当线圈中的电流I2≤20mA时，衔铁被释放。R2是阻值为600Ω的半圆形（O为圆心）电阻丝，其阻值与长度成正比；QP为电阻不计可绕O点转动的金属细杆，P端可在R2上滑动且接触良好，QO长50cm。当液面到达最高位置A处时，添加营养液的电动水泵停止工作，杆QP水平且P位于R2中点。 (1)电磁铁通电时上端为 极。电动水泵应接在 （选填“C、D”或“E、F”）之间； (2)最高液面在A处时，电阻箱R1的阻值为多大 ？ (3)当液面从最高位置A处下降 cm时开始添加营养液。（设浮球随液面升降时，浸入液体中的体积不变，且细杆NQ始终处于竖直方向） (4)该装置长期使用后，U会变小，营养液最高液面会如何变化？为保持最高液面位置不变，除更换电源外，再提出一个解决措施 。 15．在跨学科实践课上，校项目化学习小组进行如下活动，请帮助完成该小组同学在交流实践过程的相关内容。 【项目任务】：设计一种电子量角器 【项目导引】：导体的横截面积和材料种类相同时，导体的电阻与它的长度成正比。 【方案设计】： （1）把同种材料制成的粗细均匀的电阻丝AB弯成半圆形，O为圆心，OP为能够绕圆心转动的金属滑片（OP阻值忽略不计），P与AB接触良好，OA与OP夹角为，电阻丝AB阻值为20Ω（如图甲）； （2）将制作好的电子量角器接入电路，如图乙所示，电源电压恒定，，电压表量程为0-3V，转动滑片OP，电表的示数随之改变，多次将对应的角度标在电压表刻度盘对应电压值的上方，即完成了对电压表的改造； 【项目调试】：闭合图乙开关，转动OP，当电压表示数为1.2V时，应在对应刻度的上方标上为 ；当改造后的电压表指针所指的刻度值是36°时，电流表读数为 A。 【评价反思】： （1）电路中的电阻 （选填“能”或“不能”）去掉，理由是： ； （2）小明发现改造后的刻度盘不均匀，请你在图丙的基础上帮他们重新设计电路，使得角度在电压表的刻度盘上能分布均匀， ，并说明这样设计的理由 。 16．在跨学科实践活动中，为了知道自己所在地的昼夜温差，小明设计了一个通过电压表的示数变化反映环境温度变化的电路图，如图甲所示。其中电源电压恒为4V，热敏电阻R1的阻值随温度变化的关系如图乙所示，定值电阻R2的阻值为30Ω。下列分析正确的是（　　） A．热敏电阻R1的阻值随环境温度的升高而增大 B．当环境温度降低时，电流表的示数增大 C．当环境温度为40℃时，电压表的示数为1.6V D．当环境温度为80℃时，热敏电阻R₁的功率为0.1W 七、电流和电路 17．如图是某跨学科实践小组设计的学校课间音乐控制装置。它采用“定时开关”到设定时间时，播放器播放音乐，应将“定时开关”接在虚线框 （填“a”“b”）处，同时将电源接在另一处。课间播放音乐时，定时开关自动 （填“闭合”“断开”）所在电路，整个控制使用状态中，指示灯 （填“一直”“间歇”）处于工作状态。 18．随着时代的发展和社会的进步，汽车被越来越多的普通家庭使用。在跨学科实践课上，某小组同学开展了有关汽车的调研活动，请完成下面的问题： (1)燃油汽车的发动机一般是汽油机或柴油机。汽车发动机的一个工作循环包括如图甲所示的四个冲程，请按一个工作循环的过程，将四个冲程图正确排序： 。在排气冲程，排出的废气带走大量的热，设法利用废气的能量， （选填“能”或“不能”）提高燃料的利用率。 (2)如图乙所示是某汽车变阻器上的旋钮滑片，它的材料应选用 （选填“导体”或“绝缘体”）。图中的O、E、F为变阻器的三个接线柱，驾驶员踩下“油门”时，旋钮滑片在电阻圈上逆时针转动，使电路中的电流变大而加快电动机的转速，则电路中M、N应分别与旋钮变阻器的 （填字母）两个接线柱相连。 (3)某款汽车装有空气净化器，遇到雾霾天气，就可以打开工作，其原理如图丙所示，闭合开关、后，风扇旋转吸入含有颗粒物空气，当颗粒物接近带有负电荷的光洁金属网C时会被快速吸引过来；当颗粒物快速通过光洁金属网C后，会带上负电荷，然后被带有正电荷的棉芯D吸附住，被棉芯D吸附的原因是 。 (4)同学阅读了某型号汽车发动机的说明书后，将发动机的能量流向制成了如图丁所示的图表。请根据给出的信息计算：完全燃烧0.2kg的汽油所获得的能量，能产生 J的有用功。（汽油的热值为） 八、电压和电阻 19．小阳在跨学科实践课上，自制了一个可调光台灯，如图所示是电位器示意图，请在A、B、C三个接线柱中选择两个连入电路，要求顺时针旋转滑片时灯泡变暗。 九、电功和电功率 20．在跨学科实践课上，某小组同学开展了“节约一度电”的项目化学习活动。下面是该小组同学实践的过程，请帮助完成下列内容： 【项目分解】 （1）收集生活中浪费电的现象 （2）讨论该如何节约用电 【项目实施】 （1）收集生活中浪费电的现象 同学们了解到，家里和学校教室里的电灯不能及时关掉，是一种很普遍的浪费电的现象。另外，学校和家庭生活中家电待机耗电问题常常被忽视，待机通常是指电器关闭时，遥控器并不关闭电源开关或是没有拔掉电器插头，让电源指示灯一直亮着。 实践小组的同学所在城市以家庭为单位约户，用电器平均每天按待机计算，参考下表数据，估算每天该城市家庭用电器待机浪费电的总量约为 。 常用电器 电视机 洗衣机 空调 电脑 数量（台） 1 1 2 1 待机功耗（台） 10 2 3 10 （2）讨论该如何节约用电 实践小组的同学认为，节约用电应该从点滴做起，以下措施切实可行。 ①随手关灯：根据公式可知，这样可以节约用电的理由是 。 ②不让用电器处于待机状态。 ③尽量使用节能灯。根据公式可知，这样可以节约用电的理由是 ，实践小组同学所在的学校共有电灯300盏，都是的日光灯，如果都改用的节能灯，按平均每天用电，则该学校更换节能灯后一天可节约用电 。 【项目拓展】 （1）阶梯电价、分时电价等计费方式也会大大提高人们节约用电的意识。为了提高大家的节约用电意识，某城市实施分时电价，具体方案如下表： 用电时段 时段范围 电价 高峰期 第一天~ 0.55元 低谷期 ~第二天 0.30元 小华留心观察了一下自家电能表，分别记录了她家第一天早，晚和第二天早这三个时刻的读数，如图所示。则她家这一天应付电费 元。                第一天早                第一天                第二天早 （2）发电厂输送电能若能采用超导材料电缆，可以大大降低由于电流 效应引起的电能损耗，由南方电网深圳供电局研制的相关材料，电缆已在深圳正式投入使用，整个项目从设计制造到建设运行，全为自主创新。实现了关键技术的自主可控，关键装备100%国产化，填补了相关国内技术空白，体现了“大国制造”的工艺水准。 21．北方进入冬季，天气寒冷，在跨学科实践活动中，小明所在某小组开展了“设计制作发热垫”的项目化学习活动。 【项目】设计并制作发热垫。 【实施】第一步：设计发热垫。小明发现家里有一闲置的旧电炉，铭牌上标有“220V，484W”字样，电炉上盘绕着一根粗细均匀的电阻丝，他们想旧物利用，制作一个可调温的发热坐垫，于是他们将电阻丝拆卸下来，却发现电阻丝已经断成了长度不同的两节和，同学们开始设计电路（两段电阻丝都用上）。 第二步：制作发热垫。将两段电阻丝按照设计好的电路，分别接入电源电压恒为12V的电路中。 【交流】 (1)该闲置旧电炉的电阻丝的阻值为 Ω。 (2)此发热坐垫在最小功率状态下工作5min所产生的热量。（不计热量损失） (3)若想使坐垫的最大功率达到16W。 ①两段电炉丝应采用的连接方式是 联； ②这两段电阻丝的阻值分别是多少 ？ 22．某学习小组开展了“设计隔热节能房屋”跨学科实践活动。 (1)为了比较材料的隔热性能，找到厚度相等的三种材料，制成完全相同的房屋模型。用白炽灯光模拟太阳光，房屋位置如图甲所示，将温度传感器分别放在房屋模型 （选填“内”或“外”）部的相同位置。闭合白炽灯开关，每隔1分钟，测量三个房屋模型的温度。 (2)甲图中三个小屋的摆放位置不合理，原因是： 。 (3)优化实验方案后进行实验，情况如图乙所示。根据图像分析，学习小组应选择 做房屋的隔热材料。 (4)该小组了解到有一款空气能热水器，其工作原理如图丙所示。当室外温度较高时水只需要从冷凝管中吸热；当室外温度低或需要快速制热时，热水器还需要用水箱中辅热器的电阻丝加热，从而缩短加热时间。其中水从冷凝管吸收的热量与工作介质循环所消耗电能（不含辅热器消耗电能）的比值记为D。在某一环境温度下，空气能热水器水箱中装入初温为的水，关闭其它用电器，记录电能表的示数为，启动空气能热水器（辅热器不工作），后，水温达到，电能表的示数如图丁所示，则这消耗的电能为 。此过程中，空气能热水器的电功率P为 ，则该空气能热水器的D值为 。[] (5)为了将题（4）中的加热时间缩短至，需要启动水箱中的辅热器加热。若D值和电功率P（不含辅热器的电功率）均不变，辅热器两端的电压是，加热效率是，则该辅热器中电阻丝的阻值为 。 23．随着时代的发展和社会的进步，汽车已经逐步进入普通百姓的家庭。在跨学科实践课上，某小组同学开展了有关“汽车”的调研活动，请完成下面的问题： (1)如图甲所示，是某燃油汽车的汽油机一个工作循环的四个冲程，其中将内能转化为机械能的冲程是图 、汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的 特点。 (2)车辆在转弯前，司机会拨动转向横杆（转向横杆相当于一只开关），同侧前、后两个转向灯会同时闪亮，同时熄灭，若其中一只灯损坏了，另一只灯仍会闪亮。且不能出现拨动转向横杆，左、右转向灯同时闪亮的情况。如图所示，设计比较合理的电路图是（　　） A． B． C． D． (3)某品牌电动汽车，当其以90km/h的速度匀速行驶100km时，电动机的输出功率恒为15kW，消耗的电能为7.5×10⁷J，则该电动机的效率为 。 (4)有些汽车前挡风玻璃上的刮水器能够随着雨量的大小，刮水的速度会相应地发生变化，雨停后，刮水器自动停止工作，同学们查阅了相关资料后，自制了如图丙所示的雨水检测金属网（以下简称检测网），并设计了如图丁所示的模拟电路进行探究。将检测网竖立并缓慢浸入雨水中进行实验，分析数据可知，金属网浸入雨水中的深度越深，电流表的示数越大，这说明a、b间接入电路的电阻在变 。设计的电路在无雨水时，电动机不能转动，可是这样无法实现无雨时的车窗清洗（车窗清洗时需要电动机工作）。若要解决此问题，可在图丁电路中加装一个开关，此开关应与检测网 （选填“串联”或“并联”）。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题08 跨学科实践专题突破 目录 一、做功与机械能 1 二、运动和力 4 三、内能 6 四、内能的利用 9 五、能量 12 六、欧姆定律 16 七、电流和电路 24 八、电压和电阻 26 九、电功和电功率 27 一、做功与机械能 1．“龙骨水车”是我国非物质文化遗产，某学习小组以“揭秘并制作龙骨水车模型”为主题，开展跨学科实践活动。 【活动任务】了解并明作简易“龙骨水车”。 【任务分解】 （一）查阅资料，了解“龙骨水车”的工作原理； （二）组装简易“龙骨水车”模型，并改进驱动方式。 【实施过程】 （一）查阅资料，了解“龙骨水车”的工作原理。 “龙骨水车”是一种历史悠久的灌溉农具，相当于现代的抽水机，其结构如图甲所示。车身是木板制成的水槽。车头和车尾各装有一个木齿轮，车尾装小轮，车头装大轮，大轮连着拐木，木链条上装有刮水板，并套在两个木齿轮上如图乙，水车灌溉时，小轮及刮水板浸入低处的水中，用力转动拐木，使大轮转动，带动木链条和小轮转动，水槽内刮水板刮水上行，倾灌于地势较高的田中。 若某龙骨水车的大轮上有8根辐条，如图丙所示，木链条上装有60块刮水板。平均每块刮水板每次能运进的水。 (1)使用时，人对拐木施加力的作用，使大轮转动，相当于在使用一个 （选填“省力”或“费力”）杠杆； (2)刮水板匀速刮水上行时，水的 能增大； (3)当转动拐木的速度加快时，提升水的功率会变 ； (4)插秧时，稻田里的水深比较合适。现有一亩地，水深为1cm，农民伯伯需用该龙骨水车给稻田蓄水，已知稻田和江面的高度差为3m，他以100W的功率转动拐木，可使大轮以的转速匀速转动，待运水稳定后，每分钟能运送 kg的水。若将水蓄至4cm深，约需 ，该龙骨水车的机械效率为 ； （二）组装简易“龙骨水车”模型，并改进驱动方式。 学习小组利用老师提供的模型组件，按照说明书组装“龙骨水车”模型，如图丁所示，并为“龙骨水车”模型安装智能驱动，简化的驱动电路如图戊所示，R为电阻箱，闭合开关和，当光照充足时，太阳能电池为电动机供电，驱动水车；光照不足时，干电池为电动机供电，驱动水车。 (5)电动机的工作原理是：通电线圈在 中受到力的作用； (6)根据设计要求，需将干电池和太阳能电池板分别安装在图戊中的a、b位置，则a处应该安装 ； (7)已知电动机的驱动电压为，由于太阳能电池板的输出电压受光照强度影响，当光照强度减弱，太阳能电池板的输出电压过低，通过电磁铁的电流小于时，则需启动干电池供电。若电磁铁的线圈电阻忽略不计，则电阻箱R的阻值至少应调为 ； 【交流与评价】 小组根据上述方案，制作了“龙骨水车”模型并进行展示。当用手转动拐木，模拟龙骨水车工作时，发现木链条容易掉落；用电动机驱动时，发现在不同光照条件下，均能带动水车转动； (8)请结合展示过程，并根据以下评价量表选择一个维度对该模型进行评价 。 评价维度 合格 待改进 结构和功能 结构牢固，能模拟水车工作过程 结构不牢固，基本能模拟水车工作过程 驱动方式 有两种驱动方式 只有一种驱动方式 智能化 能自动选择供电方式 需手动选择供电方式 【答案】(1)省力 (2)重力势 (3)大 (4) 80 250 40% (5)磁场 (6)干电池 (7)15 (8)见解析 【解析】（1）轮轴由轮和轴组成，车头大轮与拐木组成了一个轮轴，拐木长度大于大轮半径，当轮轴匀速转动时，能够省力，相当于省力杠杆。 （2）刮水板匀速刮水上行时，水的质量一定，高度变大，速度一定，动能不变，重力势能变大，水的机械能变大。 （3）根据可知，当转动拐木的速度加快时，提升水的功率会变大。 （4）[1]由图丙可知，大轮的辐条数量为8，则使大轮以的转速匀速转动，待运水稳定后，每分钟能运送水的质量为 [2]若将水蓄至4cm深，需要水的体积为 水的质量为 则需要的时间为 [3]该龙骨水车的机械效率为 （5）电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受到力的作用，将电能转化为机械能。 （6）当光照强度减弱，太阳能电池板的输出电压过低，通过电磁铁的电流小于时，电磁铁磁性变小，释放衔铁，需启动干电池供电。根据设计要求，需将干电池和太阳能电池板分别安装在图戊中的a、b位置，则a处应该安装干电池。 （7）电阻箱R的阻值至少应调为 （8）当用手转动拐木，模拟龙骨水车工作时，发现木链条容易掉落则结构不牢固，基本能模拟水车工作过程；用电动机驱动时，发现在不同光照条件下，均能带动水车转动，则需手动选择供电方式，故待改进。 二、运动和力 2．我国航天技术已达到世界领先水平。在跨学科实践课上，某小组开展了“制作火箭模型”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容： （1）了解火箭的相关知识： 喷气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，按燃料燃烧时所需要的来源，可分为两大类：一类是火箭发动机，另一类是空气喷气发动机。如图甲为涡轮喷气发动机（属于空气喷气发动机的一种），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。 如图乙为火箭发动机的工作原理图，火箭发动机和涡轮喷气发动机十分相似，主要的差别是：火箭自带燃料和氧化剂如图乙，涡轮喷气发动机只带燃料，利用空气做氧化剂，同涡轮喷气发动机相比较，火箭发动机的最大特点是：它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围大气层中汲取氧气，所以它不但能在大气层内，也可以在大气层之外的宇宙真空中工作。火箭发动机可用于航天器推进，也可用于导弹等在大气层内飞行。迄今为止发射的人造卫星、月球飞船以及各种宇宙飞行器所用的都是火箭发动机。 如图丙，2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，3名航天员顺利进入太空。 （2）制作并发射： 火箭模型小组的同学制作了水火箭并进行发射，如图丁的图一，图二是其结构示意图，对水火箭打气，打开阀门，水向下喷出，水火箭一飞冲天。使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的 冲程相同。水火箭起飞用到的物理原理是： 。 （3）项目评估：各个小组制作好了“水火箭”后开展飞行比赛，发现让“水火箭”在竖直方向飞行，上升的高度不容易测量。同学们讨论后认为可以通过测量 来评选出“最佳飞行奖”。（写出一种方法即可） （4）项目拓展思考： ①如图丙所示是火箭发射时的情景，下列说法正确的是 ； A．火箭的燃料燃烧得越充分，效率越高 B．火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的比热容大 C．涡轮喷气发动机可用于各种宇宙飞行器中 D．火箭升空过程中外壳温度会上升，这是通过做功的方式增加了外壳的内能 ②一架飞机搭载的涡轮喷气发动机，其部分参数如表，表中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。已知飞机所受空气阻力与运行速度平方的关系如图戊所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中，需要 t的航空燃油。 热效率 40% 推进效率 60% 航空燃油热值 【答案】 压缩 力的作用是相互的 飞行时间 AD 1.08 【解析】【小题1】【小题2】[1]使用打气筒打气时，是机械能转化为内能（气体内能增加，温度升高）。汽油机的四个冲程中，压缩冲程也是机械能转化为内能； [2]水火箭起飞原理：水向下喷出，给火箭向上的推力，这是利用物体间力的作用是相互的新增小题 【小题3】[3]测量高度不容易，可以通过测量飞行时间来反映飞行高度，因为同种情况下，飞得越高，在空中的时间越长。 【小题4】[4]A．燃料燃烧越充分,同种情况下，损失的能量更少了，热机效率会升高，故A正确； B．火箭燃料选用液氢是因为其能量密度高即热值大，不是比热容大，故B错误； C．涡轮喷气发动机工作时需要消耗大量的氧气，而宇宙中没有空气，所以宇宙飞行器不能用涡轮喷气发动机，故C错误； D．火箭升空外壳温度上升，是因为与空气摩擦做功，是通过做功改变内能，故D正确。 故选AD。 [5]由题可知，飞机水平匀速飞行，由图戊可知，当时，推力 推进功（推力做功） 由推进效率 得 由热效率 得 燃油质量 三、内能 3．阅读短文，回答问题 跨学科实践——设计太阳能储能系统 【任务要求】设计原理如图甲的储能系统，用来保障夜间供暖或供电。 【设计制作】 任务一：太阳能供暖储能系统。由集热、蓄热和供暖组成，工作过程如图乙。白天集热板接收太阳能，经热交换器使蓄水箱水温升高并供暖；集热板不供热时，蓄水箱与热交换器间阀门关闭。冬日晴天，满足用户全天取暖的同时，富余内能储于蓄水箱供夜间供热。 任务二：太阳能供电储能系统。如图丙是蓄水储能系统，白天自动阀门关闭，抽水机将水从低位水槽抽到高位水槽，到设定水位时抽水机停止工作；夜间自动阀门开启，水流推动发电机工作，将机械能转化为电能供用户使用。 (1)图甲中，A、B、C三处表示的时段分别是（   ） A．白天、晚上、白天 B．白天、白天、晚上 C．晚上、晚上、白天 D．晚上、白天、白天 (2)储能的方式很多，如蓄水箱储能、蓄电池储能等。蓄水箱中水内能的增加是通过 方式实现的；白天蓄电池相当于电路中的 （选“电源”或“用电器”）。 (3)同学们收集到某蓄水储能系统的数据如下表所示，不计集热板到蓄水箱之间的管道、热交换器的热损失。[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），水的密度为1.0×103kg/m3] 太阳辐射能量 集热板面积 蓄水箱全天持续供暖输出能量 3×106J/（h·m2） 4m2 1.74×107J 若每天光照时间为10小时，集热板的光热转化效率为60%，则集热板中的水将获得内能 J；这些内能的一部分通过蓄水箱对用户全天持续供暖，另一部分则能使蓄水箱内的水温最终升高10℃；分析计算该蓄水箱中水的质量为 kg。 (4)同学们在老师指导下按图丙制作了小型水力发电储能系统，该储能系统的设计要求是综合效率（输出电能与输入电能之比）达到70%；已知高位水槽距发电机3.6m，水槽中100kg水冲击发电机可发电2.88×103J，此过程发电效率为 %，实测到抽水机的效率为80%，计算说明该储能系统是否达到设计要求： 。 (5)当高位水槽中水面升高到设定位置，电路中电流增大到一定值时，自动开关控制阀门关闭，抽水机停止工作。为满足设计要求，请将丁图的电路补充完整 。 【答案】(1)A (2) 热传递 用电器 (3) 7.2×107 1300 (4) 80 η_综合 = η_抽水 × η_发电 = 80% × 80% = 64%。因为64% < 70%，所以该储能系统未达到设计要求 (5)见解析 【解析】（1）图甲中，太阳能工作时段是白天；储能系统在白天储存能量；用户端夜间使用储能，因此A是白天、B是晚上、C是白天，故选A。 （2）[1]蓄水箱内能增加是通过热交换器传递热量实现的，属于热传递方式； [2]白天蓄电池充电，消耗电能储存化学能，相当于电路中的用电器。 （3）[1]集热板吸收的太阳能： 光热转化效率60%，水获得的内能： [2]水升温10℃吸收的热量： 由得水的质量： （4）[1]100kg水的重力势能： 发电效率： [2]系统综合效率： 因64% < 70%，故未达到设计要求。 （5）电路中需将浮球连杆与滑动变阻器串联，当水位上升时，浮球带动滑片移动，使滑动变阻器接入电阻减小、电流增大，触发自动开关，故接滑动变阻器的下端，如图所示： 四、内能的利用 4．小勇在跨学科实践活动中制作了一个简易的汽轮机模型，如图所示。 (1)当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来，此时能量转化与四冲程汽油机的 冲程相同。 (2)团队的同学们发现项目实施过程中存在一些不安全因素，请你为他们拟写一条注意事项 。 【答案】(1)做功 (2)加热过程中不要用手触摸易拉罐，以免烫伤 【解析】（1）当蒸汽喷出推动扇叶转动时，是内能转化为机械能；四冲程汽油机的做功冲程中，燃气膨胀推动活塞做功，同样是内能转化为机械能，二者的能量转化形式一致，所以当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来，此时能量转化与四冲程汽油机的做功冲程相同。 （2）常见的不安全因素及注意事项： 加热过程中不要用手触摸易拉罐，以免烫伤；将底座用重物压实或用夹具固定在桌面，防止模型倾倒砸伤；调整扇叶和蒸汽喷嘴的朝向，避免蒸汽直接对着人喷射。这些注意事项写出一条即可。 5．同学们在进行跨学科实践活动——制作简易热机模型时，某小组同学制作了如图的简易汽轮机模型，下列说法正确的是（蜡烛的火焰温度约为300℃~400℃，酒精的火焰温度约为500℃~600℃）（　　） A．易拉罐里装水或者汽油都可以 B．要使蒸汽的推力更大，可以增大蒸汽的温度和压力 C．使用酒精灯加热比使用蜡烛加热速度更快 D．制作时要调整好小风扇的位置和高度 【答案】BCD 【解析】A．汽油沸点低，且易燃、易挥发，用酒精灯加热易引发危险，所以不能装汽油，故A错误； B．温度越高、压力越大，喷出的蒸汽越快，因此增大蒸汽的温度和压力可使推力更大，故B正确； C．酒精灯的火焰温度（500℃~600℃）高于蜡烛的火焰温度（300℃~400℃），加热速度更快，故C正确； D．小风扇是被蒸汽推动的部件，需调整其位置和高度，使蒸汽能准确冲击扇叶，故D正确。 故选BCD。 6．如图所示，在跨学科实践中，小明制作了一个简易的热机模型——“蒸汽船”。他在铜制容器中盛入一定量的水之后安装在“船体”上，用酒精灯对铜制容器底部加热，一段时间后容器内水温升高产生的水蒸气沿铜管向右喷出，“蒸汽船”向左行驶，下列说法正确的是（　　） A．酒精燃烧过程中，其热值不断减小 B．“蒸汽船”在向左运动时主要将内能转化为机械能 C．酒精在燃烧的过程中不断放热，将内能转化为化学能 D．水在沸腾时会有热量的散失，但仍遵守能量守恒定律 【答案】BD 【解析】A．燃料完全燃烧时放出的热量与质量之比叫做燃料的热值，热值反映燃料自身完全燃烧放出热量的本领，与燃料是否燃烧、燃烧多少、是否完全燃烧无关；所以酒精燃烧过程中，其热值不变，故A错误； B．容器内高温的水蒸气向右喷出，高温水蒸气给了空气一个向右的作用力，空气又给高温水蒸气一个向左的反作用力，于是“蒸汽船”向左行驶，这个过程中将高温水蒸气的内能转化为“蒸汽船”的机械能，故B正确； C．酒精在燃烧过程中，将酒精的化学能转化为容器内水的内能，并且不断放出热量，故C错误； D．能量只会从一种形式转化为另外一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，水在沸腾时，虽然有大量的热量散失到周围环境中，但是能量的总量仍然是守恒的，故D正确。 故选BD。 7．2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的火箭发射成功，成为我国航天事业发展的又一重要里程碑。在物理跨学科实践课上，一学习小组开展了“设计火箭发射系统”的项目化学习活动。下面是该组同学实践的大致过程。 【项目分解】 ①制作简易火箭；②改进并优化火箭发射系统 【项目设计与实施】 （1）结构及原理： 为探究火箭发射原理，同学们先进行如下实验，如图甲所示在试管内装水，用橡胶塞塞住管口后给水加热，一段时间后观察到橡胶塞喷出，该过程与内燃机的 冲程原理相似。由此，学习小组用可乐瓶制作了水火箭，安装好的水火箭如图乙所示。 （2）方案评估：升空距离比较短，不能实现自动定时发射。 （3）设计改进： 用燃料燃烧获得能量，查阅资料获知一些燃料的热值，如表格所示，则优先选择 做火箭的燃料，因为当质量相同时完全燃烧该燃料放出的热量更多。重新制作了火箭，饮料瓶剪掉底，用纸壳做支架制成箭体，如图丙所示。 燃料 酒精 煤油 柴油 热值 （4）优化火箭发射系统： 同学们在实践过程中考虑到直接用打火器点燃料有些危险，于是设计了如图丁的电路，当起爆器有电流通过时能实现自动点火。在起爆器点火前，电路中的开关S应 （选填“闭合”或“断开”），目的是使起爆器处于 （选填“短”或“断”）路的状态。 【项目拓展】 （5）经查阅资料，长征五号B遥二运载火箭是新一代运载火箭，火箭使用的燃料是液态氢，若完全燃烧液态氢燃料，可放出热量 J，若这些热量有84%被质量为的水吸收后水未沸腾，水的温度能够上升 ℃。（，） 【答案】 做功 煤油 闭合 短 7×107 14 【解析】（1）[1]在试管内装水，加热后橡胶塞喷出，是内能转化为机械能，该过程与内燃机的做功冲程原理相似。 （3）[2]由表格可知，煤油的热值最大，当质量相同时完全燃烧煤油放出的热量更多，所以优先选择煤油做火箭的燃料。 （4）[3][4]在起爆器点火前，电路中的开关S应闭合，此时起爆器被短路，目的是使起爆器处于短路的状态，防止提前点火。 （5）[5]完全燃烧0.5kg液态氢燃料放出的热 [6]由可知，水吸收的热量 根据，可得水升高的温度 五、能量 8．跨学科实践。 制作简易可调速风扇 学习了变阻器的相关知识后，同学们成立了制作简易可调速风扇的项目小组，制订了“需求分析——方案设计——动手制作——测试优化——展示交流”的学习流程，研究了变阻器原理，收集材料制作了可调速风扇模型。 实验材料：微型小风扇、电位器（标有、、三个接线端）、开关、导线、电池盒（3V电源）。 电路连接说明：将微型小风扇与电位器串联后接入电路，通过旋转电位器旋钮改变电路中的电阻，从而调节风扇转速。 (1)电位器连接：如图，同学们选择电位器、、三个接线端中的 两个接线柱连入电路中，可使逆时针旋转旋钮时，风扇转速变快； (2)能量转化：可调速风扇工作时的能量转化情况为 ； (3)故障排查：某同学在测试时发现小风扇无法转动，出现这种情况的原因可能是 ；（答出一点即可） (4)电路优化：展示交流环节中，有同学提出：“电路中串联一个定值电阻会更好一些。”请你替他说明原因： 。 【答案】(1)、 (2)电能转化为机械能 (3)导线接触不良 (4)见解析 【解析】（1）逆时针旋转旋钮时，风扇转速变快，说明此时通过风扇的电流变大，电位器两端电压不变，说明电位器接入电路的电阻变小，即逆时针旋转旋钮时，电位器接入电路的电阻丝的长度变短，由图可知，此时应该接b、c两个接线柱。 （2）可调速风扇工作时消耗电能，风扇转动具有机械能，将电能转化为机械能。 （3）某同学在测试时发现小风扇无法转动，出现这种情况的原因可能是导线接触不良存在断路，或者电池电量不足造成通过小风扇的电流太小等。 （4）电路中串联一个定值电阻，可以防止当电位器移动到阻值最小处时，电路中的电流过大烧坏小风扇，对电路起到保护作用。 9．跨学科实践 为校园节约用电提建议 【项目提出】电能是生产生活中所需要的重要能源，我们要从身边的点点滴滴做起，注意节约用电。牛顿学习小组的同学们针对校园用电情况展开调查，并在调查的基础上提出节电措施。 【项目分析】要节约用电，首先要了解校园内用电情况，然后才能提出有针对性的建议。小组同学本次主要任务是针对校园内路灯的用电情况进行调查。 【项目实施】小组同学们通过调查，收集到数据如下表： 路灯的种类 普通节能灯 电源 电网供电 工作电压/V 220 灯泡的总数/只 100 每盏路灯的电功率/W 60 每晚照明的时间/h 10 小组同学根据调查的情况，提出用太阳能路灯代替原来的路灯。部分数据如下表： 路灯的种类 太阳能灯 电源 太阳能光伏板组件 工作电压/V 12 灯头的数量/个 50 每个灯头的电功率/W 40 每晚照明的时间/h 10 【展示交流】…… （1）太阳能路灯工作一天，主要能量转化： 能→电能→化学能→ 能→光能。 （2）小组同学研究发现，每个太阳能路灯的灯头是由12行5列共60粒灯珠组成，如图所示。图中如果A列中一颗灯珠损坏，整个A列12粒灯珠均不发光，而其他列的灯珠照常发光，这说明了A列灯珠和其他列的灯珠是 （选填“串”或“并”）联的。 （3）如果采用上述方案，用太阳能路灯代替原来的路灯，则每个月（按照30天计算）可以节省电费 元。（电费每度电0.5元，太阳能不需缴电费） 【答案】 太阳 电 并 900 【解析】[1][2]太阳能路灯工作一天，太阳能光伏组件先将太阳能（光能）转化为电能，电能会先储存到蓄电池中（转化为化学能），后续蓄电池再将化学能转化为电能，最终LED灯将电能转化为光能。 [3]A列中一颗灯珠损坏，整列12颗灯珠都不发光，说明A列的灯珠之间相互影响，是串联；而其他列的灯珠照常发光，说明A列灯珠和其他列灯珠之间互不影响，是并联。 [4]根据普通节能灯表格数据可知，灯泡的总数为100个，每个灯头的电功率为60W，每晚照明时间为10h，根据电能计算公式，可得普通节能灯每天消耗的电能 则普通节能灯一个月（30天）共消耗电能 电费每度电0.5元，所以普通节能灯一个月电费元 因为太阳能不需缴电费，所以每个月可节省900元。 10．跨学科实践 制作简易调光台灯 家用台灯大多可以通过调光装置改变亮度。跨学科实践课上，同学们制定了“项目提出——项目分析——项目实施——展示交流”的学习流程，制作一盏简易调光台灯，达到调节灯光亮度的目的。 实验过程中，同学们利用电位器、LED灯等器材制作了图甲所示的调光台灯，图乙是电位器的结构图，、、为电位器的三个接线柱，LED灯与电位器串联，转动滑片即可调节LED灯的亮度。 (1)电位器是通过改变接入电路中电阻丝的 来改变电阻，从而改变LED灯亮度的。顺时针旋转电位器的滑片时，LED灯变亮，则电位器连入电路的两个接线柱是 （填写接线柱对应的字母）。 (2)与白炽灯相比，用LED灯做光源将电能转化为 能的效率更高。 (3)某小组展示作品时，调节LED灯由暗变亮的过程中，灯突然被烧坏。要使灯不被烧坏提出一条可行的改进建议 。 【答案】(1) 长度 B和C (2)光 (3)见解析 【解析】（1）[1]电位器是通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变电阻，从而改变电路的电流，达到改变LED灯亮度的目的。 [2]若想顺时针旋转滑片，使LED灯变亮，则电位器接入电路中的电阻会变小，故应该将电位器的B、C两个接线柱连入电路。 （2）白炽灯所消耗的电能大部分转化为内能，少量转化为光能；而LED灯由半导体制成，内能损失极少，大部分转化为光能，因此电能转化为光能的效率远高于白炽灯。 （3）LED灯被烧坏的核心原因是通过灯的电流过大，超过其额定电流，若想要灯不被烧坏，应该减小通过电路中的电流，故可在电路中串联一个电阻或是换用电压更小的电源。 六、欧姆定律 11．巴蜀中学科学实验社团开展了“测量空气中雾霾指数K”的跨学科实践活动。图甲是某小组设计的空气雾霾指数电子检测仪的电路原理图，其中电源电压为12V不变，电压表测量范围为0~8V，电流表测量范围为0~0.6A，气敏电阻R随雾霾指数K变化如图乙所示。当雾霾指数为0时，闭合开关S，调节电阻箱R0阻值，直到电流表的示数为0.1A，此后电阻箱R0接入阻值保持不变。求： (1)R0接入电路的阻值； (2)该电路能安全检测的最高雾霾指数K是多少？ (3)要使电子检测仪的最大测量值Kmax=350，需要如何改进电路？请计算改进方案的具体数值。 【答案】(1)10Ω (2)250 (3)在电路中串联一个阻值为8Ω的定值电阻。 【解析】（1）由题意可知，当雾霾指数时，闭合开关，电路中的电流，由图乙表格数据可知，此时气敏电阻的阻值，电路为R和R0的串联电路，此时电路总电阻为 故电阻箱R0接入电路的阻值为 （2）由图乙表格数据可知，雾霾指数K越大，气敏电阻R的阻值越小。根据欧姆定律可知，电压一定时，当R减小时，电路中的电流I增大，电压表测量的R0两端电压也随之增大。 为保证电路安全，电路中的电流和电压不能超过电表量程。 ①当电流表示数达到最大值时，电路的最小总电阻为 此时气敏电阻的阻值为 ②当电压表示数达到最大值时，电路中的电流为 所以电路中的最大安全电流0.6A，气敏电阻的最小阻值为10Ω。查图乙表格可知，此时对应该电路能安全检测的最高雾霾指数。 （3）由图乙表格可知，当时，气敏电阻的阻值。若不改进电路，此时电路中的电流为 因为，电流超过了电流表的量程，电路不安全。要使电路能测量，需要限制电路中的电流，可以通过在电路中串联一个定值电阻R串来实现。 当时，为保证电路安全，电路中的最大电流应为，此时电路的总电阻应为 根据串联电路电阻特点，需串联的定值电阻为 此时，电压表的示数为，未超过电压表量程8V，电路安全。故改进方案为在原电路中串联一个8Ω的定值电阻。 12．跨学科实践活动中，小明想利用电热丝设计制作一个220V额定电压下功率能够达到的加热器。他从实验室找到一段电热丝，测量得到通过电热丝的电流与电热丝两端电压的数据如表所示，请据此推理，这段电热丝在220V电压下工作时，能否满足小明设想的功率要求。 电压/V 4 10 16 22 电流/mA 10 24 37 50 【答案】不满足，理由见解析 【解析】根据表格数据和可得： 当，时， 当，时， 当，时， 当，时， 由此可得：电阻随电压升高而增大，这是由于电热丝温度升高导致电阻增大。在220V电压下，电热丝温度更高，电阻大于22V时的电阻440Ω。根据功率计算公式。若电阻 ，则 因此，实际功率小于110 W，不能满足小明设想的功率要求。 13．跨学科实践：制作简易调光台灯 【项目提出】 生活中不同场景对光亮度有着不同的需求，因此很多台灯都有可调亮度的功能。同学们学习了电学知识后也想制作一个简易调光台灯。 【项目分析】 要制作一个简易调光台灯，需要完成以下任务： （1）了解简易调光台灯的工作原理 （2）设计一台简易调光台灯 （3）选择元件，完成制作 【项目实施】 （4）了解简易调光台灯的工作原理 制作简易台灯的关键是改变灯的亮度，可以通过改变通过灯泡的电流和两端的电压来实现。 （5）设计一台简易调光台灯 （6）电源电压不变，为了改变灯泡两端的电压，可以将灯泡与一个滑动变阻器 联（填“串”或“并”），改变通过灯泡的电流和两端的电压，实现调光的目的。 （7）选择元件，完成制作 ①甲组同学选择电源、开关、滑动变阻器、小灯泡，导线若干，连接如图甲所示电路。 调试电路时，闭合开关，移动滑动变阻器滑片，小灯泡忽亮忽灭，分析原因是 。 ②甲组同学选用电位器来代替滑动变阻器，电位器的结构图如乙所示，A、B、C为三个接线柱，转动旋钮可以改变接入电路的电阻。将 接线柱接入电路，顺时针旋转旋钮时电灯变亮。 A．A和B    B．B和C    C．A和C ③丙组同学设计了如图丙所示的分档调节台灯，开关接1触点时为断路，接2触点或4触点时，灯的电流分别为I1和I3，灯丝电阻为RL（不随温度变化），若，则电阻 。（用和表示） ④丁组同学选用了声控开关，可以用按钮开关或声控开关分别控制台灯，下列开关部分电路的设计图正确的是 。 【展示交流】 （8）乙组同学展示作品时，发现闭合控制开关，当电位器旋钮旋转到A端时，小灯泡不发光，小明同学提出可不可以去掉电路中的控制开关，不必断电，只用电位器旋钮来控制灯的亮暗。从节能的角度思考，小明同学建议是否合理？ （选填“是”或“否”），理由是： 。 【答案】 串 滑动变阻器的滑片与电阻丝接触不良 B A 否 电路未断开，仍然消耗电能 【解析】[1]用变阻器改变小灯两端电压或者其中的电流，变阻器要与其串联。 [2]移动变阻器滑片，小灯忽亮忽灭，说明电流时有时无，即变阻器滑片与电阻丝之间接触不良。 [3]使用电位器，B接线柱是必用的。顺时针旋转旋钮时小灯变亮，说明电路中电流变大，即变阻器连入电路阻值减小。即电位器连入电路中的长度减小，即另一接线柱用的是C接线柱。故AC不符合题意，B符合题意。 故选B。 [4]开关接2时，有① 开关接4时，有② 又知③ 将①②代入③中，得 [5]旋钮开关或者声控开关都可以控制小灯，说明两个开关是并联的。故A符合题意，B不符合题意。 故选A。 [6][7]旋钮在A端时，变阻器连入电路阻值最大，电路中电流最小，导致小灯不能发光，但电路中仍有电流，电路会消耗电能。 14．在跨学科实践中，科技小组设计了如图所示的无土栽培营养液自动添加装置简图。控制电路电源电压U=10V，电磁铁线圈电阻R0=50Ω；当线圈中的电流I1≥25mA时，衔铁被吸合，当线圈中的电流I2≤20mA时，衔铁被释放。R2是阻值为600Ω的半圆形（O为圆心）电阻丝，其阻值与长度成正比；QP为电阻不计可绕O点转动的金属细杆，P端可在R2上滑动且接触良好，QO长50cm。当液面到达最高位置A处时，添加营养液的电动水泵停止工作，杆QP水平且P位于R2中点。 (1)电磁铁通电时上端为 极。电动水泵应接在 （选填“C、D”或“E、F”）之间； (2)最高液面在A处时，电阻箱R1的阻值为多大 ？ (3)当液面从最高位置A处下降 cm时开始添加营养液。（设浮球随液面升降时，浸入液体中的体积不变，且细杆NQ始终处于竖直方向） (4)该装置长期使用后，U会变小，营养液最高液面会如何变化？为保持最高液面位置不变，除更换电源外，再提出一个解决措施 。 【答案】(1) N E、F (2)50Ω (3)25 (4)U变小，控制电路的电流变小，水泵继续供水，使水位升高；若增大电流，由欧姆定律可得，减小电路的电阻，即将电阻箱R1调小。 【解析】（1）[1]根据电流的流向和安培定则可知：电磁铁通电时，上端为N极。 [2]据图可知，水位越高，R2的阻值越小，控制电路中电流越大，当I1达到最小值时电磁铁吸附，应断开水泵，所以水泵应接在E、F之间。 （2）最高液面在A处时，R2=300Ω；电流I1达到最小值，I1=25mA=0.025A，依据欧姆定律得 当液面到达最高位置A处时，添加营养液的电动水泵停止工作，杆QP水平且P位于R2中点，则 则 （3）在R1=50Ω，I2=20mA，依据欧姆定律可得 所以 则可计算出 R2是阻值为600Ω的半圆形（O为圆心）电阻丝，其阻值与长度成正比，则每100Ω的阻值对应的圆心角为30°；由几何关系可知：QP绕O顺时针旋转30°角，又QO=50cm，所以浮子下降的高度h25cm。 （4）U变小，控制电路的电流变小，水泵继续供水，使水位升高；若增大电流，由欧姆定律可得，减小电路的电阻，即将电阻箱R1调小。 15．在跨学科实践课上，校项目化学习小组进行如下活动，请帮助完成该小组同学在交流实践过程的相关内容。 【项目任务】：设计一种电子量角器 【项目导引】：导体的横截面积和材料种类相同时，导体的电阻与它的长度成正比。 【方案设计】： （1）把同种材料制成的粗细均匀的电阻丝AB弯成半圆形，O为圆心，OP为能够绕圆心转动的金属滑片（OP阻值忽略不计），P与AB接触良好，OA与OP夹角为，电阻丝AB阻值为20Ω（如图甲）； （2）将制作好的电子量角器接入电路，如图乙所示，电源电压恒定，，电压表量程为0-3V，转动滑片OP，电表的示数随之改变，多次将对应的角度标在电压表刻度盘对应电压值的上方，即完成了对电压表的改造； 【项目调试】：闭合图乙开关，转动OP，当电压表示数为1.2V时，应在对应刻度的上方标上为 ；当改造后的电压表指针所指的刻度值是36°时，电流表读数为 A。 【评价反思】： （1）电路中的电阻 （选填“能”或“不能”）去掉，理由是： ； （2）小明发现改造后的刻度盘不均匀，请你在图丙的基础上帮他们重新设计电路，使得角度在电压表的刻度盘上能分布均匀， ，并说明这样设计的理由 。 【答案】 0.25 不能 定值电阻串联在电路中，能防止电路中的电流过大，能防止电压表的示数超过其量程，起保护电路的作用 见解析 【解析】[1]由图可知，闭合图乙开关转动OP，电阻丝和定值电阻串联接入电路，电压表测接入电路电阻丝两端电压，当电压表示数为1.2V时，根据串联电路总电压等于各用电器两端电压之和得，两端电压为 此时电路中的电流为 根据欧姆定律可得，此时电阻丝接入电路的电阻为 此时电压表指针所指的角度θ为 [2]当改造后的电压表指针所指的θ刻度值是36°时，电阻丝接入电路的电阻为 据电阻的串联和欧姆定律可得，此时电路中的电流为 [3][4]若去掉电路中的定值电阻，当电阻丝接入电路的电阻为0时，电源被短路；当电阻丝接入电路的电阻越大时，电阻丝两端的电压越大，且电压表所测的最大电压3V小于电源电压6V，此时又会损坏电压表，所以不能去掉电路中的，即定值电阻串联在电路中，能防止电路中的电流过大，能防止电压表的示数超过其量程，起保护电路的作用。 [5][6]由题意可知，电压表上标注的刻度要均匀，由可知电压表示数与电阻丝接入电路的电阻R成正比，则电路中的电流不变，所以AB间的电阻丝应全部接入电路，又因电子量角器角度增大时，电压表示数增大，所以电压表应并联接在A、O两点间，如下图所示： 16．在跨学科实践活动中，为了知道自己所在地的昼夜温差，小明设计了一个通过电压表的示数变化反映环境温度变化的电路图，如图甲所示。其中电源电压恒为4V，热敏电阻R1的阻值随温度变化的关系如图乙所示，定值电阻R2的阻值为30Ω。下列分析正确的是（　　） A．热敏电阻R1的阻值随环境温度的升高而增大 B．当环境温度降低时，电流表的示数增大 C．当环境温度为40℃时，电压表的示数为1.6V D．当环境温度为80℃时，热敏电阻R₁的功率为0.1W 【答案】D 【解析】A．由图乙可知，热敏电阻R1的阻值随环境温度的升高而减小，故A错误； B．由图甲可知，该电路为R1和R2的串联电路，电流表测电路中的电流，电压表测R2两端的电压；当环境温度降低时，R1的阻值变大，电路总电阻变大，由欧姆定律可知，电路电流减小，电流表的示数减小，故B错误； C．由图乙可知，当环境温度为40℃时，R1电阻接入的阻值为20Ω，此时电路电流为 R2两端的电压为 即电压表的示数为2.4V，故C错误； D．由图乙可知，当环境温度为80℃时，R1电阻接入的阻值为10Ω，此时电路电流为 热敏电阻R₁的功率为 故D正确。 故选D。 七、电流和电路 17．如图是某跨学科实践小组设计的学校课间音乐控制装置。它采用“定时开关”到设定时间时，播放器播放音乐，应将“定时开关”接在虚线框 （填“a”“b”）处，同时将电源接在另一处。课间播放音乐时，定时开关自动 （填“闭合”“断开”）所在电路，整个控制使用状态中，指示灯 （填“一直”“间歇”）处于工作状态。 【答案】 b 断开 一直 【解析】[1]由电路图可知，应将“定时开关”接在b处，电源接在a处，闭合开关后，未到设定时间时，定时开关将播放器短路，播放器不播放音乐指示灯会亮。 [2][3]“定时开关”到达设定时间时，“定时开关”处于断开状态，此时播放器和指示灯串联，播放器播放音乐，指示灯会亮，即指示灯一直处于工作状态。 18．随着时代的发展和社会的进步，汽车被越来越多的普通家庭使用。在跨学科实践课上，某小组同学开展了有关汽车的调研活动，请完成下面的问题： (1)燃油汽车的发动机一般是汽油机或柴油机。汽车发动机的一个工作循环包括如图甲所示的四个冲程，请按一个工作循环的过程，将四个冲程图正确排序： 。在排气冲程，排出的废气带走大量的热，设法利用废气的能量， （选填“能”或“不能”）提高燃料的利用率。 (2)如图乙所示是某汽车变阻器上的旋钮滑片，它的材料应选用 （选填“导体”或“绝缘体”）。图中的O、E、F为变阻器的三个接线柱，驾驶员踩下“油门”时，旋钮滑片在电阻圈上逆时针转动，使电路中的电流变大而加快电动机的转速，则电路中M、N应分别与旋钮变阻器的 （填字母）两个接线柱相连。 (3)某款汽车装有空气净化器，遇到雾霾天气，就可以打开工作，其原理如图丙所示，闭合开关、后，风扇旋转吸入含有颗粒物空气，当颗粒物接近带有负电荷的光洁金属网C时会被快速吸引过来；当颗粒物快速通过光洁金属网C后，会带上负电荷，然后被带有正电荷的棉芯D吸附住，被棉芯D吸附的原因是 。 (4)同学阅读了某型号汽车发动机的说明书后，将发动机的能量流向制成了如图丁所示的图表。请根据给出的信息计算：完全燃烧0.2kg的汽油所获得的能量，能产生 J的有用功。（汽油的热值为） 【答案】(1) CADB 能 (2) 导体 E、O (3)异种电荷相互吸引 (4)2.76×106 【解析】（1）[1][2] A图两个气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；B图一个气门关闭，一个气门打开，活塞向上运动，是排气冲程；C图一个气门关闭，一个气门打开，活塞向下运动，是吸气冲程；D图两个气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程；所以正确的排序是CADB；热机的能量损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。 （2）[1][2]旋钮滑片需要导电，它的材料应选用导体；驾驶员踩下“油门”时，旋钮滑片在电阻圈上逆时针转动，电路中的电流变大，由欧姆定律可知电路中的电阻变小，接入电路中的电阻线长度变短，所以M、N应分别与旋钮变阻器的E、O两个接线柱相连。 （3）由于异种电荷相互吸引，所以带有负电的颗粒会被带正电荷的棉芯D吸附住。 （4）完全燃烧0.2kg的汽油所获得的能量 由图可知，热机的效率为 产生的有用功为 八、电压和电阻 19．小阳在跨学科实践课上，自制了一个可调光台灯，如图所示是电位器示意图，请在A、B、C三个接线柱中选择两个连入电路，要求顺时针旋转滑片时灯泡变暗。 【答案】 【解析】根据题意要求可知，顺时针旋转滑片时灯泡变暗，则滑动变阻器接入电路的电阻变大，电流变小，故应把B、C两接线柱接入电路，连接图如下图： 九、电功和电功率 20．在跨学科实践课上，某小组同学开展了“节约一度电”的项目化学习活动。下面是该小组同学实践的过程，请帮助完成下列内容： 【项目分解】 （1）收集生活中浪费电的现象 （2）讨论该如何节约用电 【项目实施】 （1）收集生活中浪费电的现象 同学们了解到，家里和学校教室里的电灯不能及时关掉，是一种很普遍的浪费电的现象。另外，学校和家庭生活中家电待机耗电问题常常被忽视，待机通常是指电器关闭时，遥控器并不关闭电源开关或是没有拔掉电器插头，让电源指示灯一直亮着。 实践小组的同学所在城市以家庭为单位约户，用电器平均每天按待机计算，参考下表数据，估算每天该城市家庭用电器待机浪费电的总量约为 。 常用电器 电视机 洗衣机 空调 电脑 数量（台） 1 1 2 1 待机功耗（台） 10 2 3 10 （2）讨论该如何节约用电 实践小组的同学认为，节约用电应该从点滴做起，以下措施切实可行。 ①随手关灯：根据公式可知，这样可以节约用电的理由是 。 ②不让用电器处于待机状态。 ③尽量使用节能灯。根据公式可知，这样可以节约用电的理由是 ，实践小组同学所在的学校共有电灯300盏，都是的日光灯，如果都改用的节能灯，按平均每天用电，则该学校更换节能灯后一天可节约用电 。 【项目拓展】 （1）阶梯电价、分时电价等计费方式也会大大提高人们节约用电的意识。为了提高大家的节约用电意识，某城市实施分时电价，具体方案如下表： 用电时段 时段范围 电价 高峰期 第一天~ 0.55元 低谷期 ~第二天 0.30元 小华留心观察了一下自家电能表，分别记录了她家第一天早，晚和第二天早这三个时刻的读数，如图所示。则她家这一天应付电费 元。                第一天早                第一天                第二天早 （2）发电厂输送电能若能采用超导材料电缆，可以大大降低由于电流 效应引起的电能损耗，由南方电网深圳供电局研制的相关材料，电缆已在深圳正式投入使用，整个项目从设计制造到建设运行，全为自主创新。实现了关键技术的自主可控，关键装备100%国产化，填补了相关国内技术空白，体现了“大国制造”的工艺水准。 【答案】 3.92×105kW·h 见解析 见解析 48 5.6 热 【解析】[1]每天该城市所有家庭用电器待机总功率为P=(10W+2W+3×2W+10W)×7×105=1.96×107W=1.96×104kW 每天该城市家庭用电器待机浪费电的总量约为W=Pt=1.96×104kW×20h=3.92×105kW·h [2]随手关灯，可以减小用电器工作的时间，根据公式W=Pt可知，在总功率相同时，消耗的电能更少。 [3]尽量使用节能灯，同等情况下，节能灯的功率更小，根据公式W=Pt可知，在用电器工作时间相同时，消耗的电能更少。 [4]实践小组同学所在的学校共有电灯300盏，都是60W的日光灯，如果都改用20W的节能灯，减少的总功率为ΔP=(60W-20W)×300=12000W=12kW 按平均每天用电4h，则该学校更换节能灯后，一天可节约用电量为ΔW=ΔPt=12kW×4h=48kW·h [5]高峰期用电量为W1=2463.2kW·h-2455.2kW·h=8kW·h 低谷期用电量为W2=2467.2kW·h-2463.2kW·h=4kW·h 则她家这天应付电费为n=8kW·h×0.55元/kW·h+4kW·h×0.30元/kW·h=5.6元 [6]根据焦耳定律可知，在电流和通电时间相同，导线产生的热量与电阻成正比，而超导体电阻为0，电流通过时不会发热，故发电厂输送电能若能采用超导体材料电缆，可以大大降低由于电流热效应引起的电能损耗。 21．北方进入冬季，天气寒冷，在跨学科实践活动中，小明所在某小组开展了“设计制作发热垫”的项目化学习活动。 【项目】设计并制作发热垫。 【实施】第一步：设计发热垫。小明发现家里有一闲置的旧电炉，铭牌上标有“220V，484W”字样，电炉上盘绕着一根粗细均匀的电阻丝，他们想旧物利用，制作一个可调温的发热坐垫，于是他们将电阻丝拆卸下来，却发现电阻丝已经断成了长度不同的两节和，同学们开始设计电路（两段电阻丝都用上）。 第二步：制作发热垫。将两段电阻丝按照设计好的电路，分别接入电源电压恒为12V的电路中。 【交流】 (1)该闲置旧电炉的电阻丝的阻值为 Ω。 (2)此发热坐垫在最小功率状态下工作5min所产生的热量。（不计热量损失） (3)若想使坐垫的最大功率达到16W。 ①两段电炉丝应采用的连接方式是 联； ②这两段电阻丝的阻值分别是多少 ？ 【答案】(1)100 (2) (3) 并 ， 【解析】（1）根据可得，该闲置旧电炉的电阻丝的阻值为 （2）两段电阻丝由100Ω电阻丝截得，据，U一定，串联时电阻最大，功率最小 5min产生的热量 （3）[1]把电阻并联，会使电阻变小，总功率变大，，若想使坐垫的最大功率达到16W，两电阻只能是并联。 [2]设其中一段电阻丝阻值分别为，则另一段电阻为 当最大功率为16W时， 将带入上式整理得 解得，（因，所以，舍去） 22．某学习小组开展了“设计隔热节能房屋”跨学科实践活动。 (1)为了比较材料的隔热性能，找到厚度相等的三种材料，制成完全相同的房屋模型。用白炽灯光模拟太阳光，房屋位置如图甲所示，将温度传感器分别放在房屋模型 （选填“内”或“外”）部的相同位置。闭合白炽灯开关，每隔1分钟，测量三个房屋模型的温度。 (2)甲图中三个小屋的摆放位置不合理，原因是： 。 (3)优化实验方案后进行实验，情况如图乙所示。根据图像分析，学习小组应选择 做房屋的隔热材料。 (4)该小组了解到有一款空气能热水器，其工作原理如图丙所示。当室外温度较高时水只需要从冷凝管中吸热；当室外温度低或需要快速制热时，热水器还需要用水箱中辅热器的电阻丝加热，从而缩短加热时间。其中水从冷凝管吸收的热量与工作介质循环所消耗电能（不含辅热器消耗电能）的比值记为D。在某一环境温度下，空气能热水器水箱中装入初温为的水，关闭其它用电器，记录电能表的示数为，启动空气能热水器（辅热器不工作），后，水温达到，电能表的示数如图丁所示，则这消耗的电能为 。此过程中，空气能热水器的电功率P为 ，则该空气能热水器的D值为 。[] (5)为了将题（4）中的加热时间缩短至，需要启动水箱中的辅热器加热。若D值和电功率P（不含辅热器的电功率）均不变，辅热器两端的电压是，加热效率是，则该辅热器中电阻丝的阻值为 。 【答案】(1)内 (2)没有控制三个小屋与白炽灯的距离相等 (3)泡沫 (4) 700 5 (5)24.2 【解析】（1）为了比较材料的隔热性能，需要控制变量，除了材料不同外，其他条件应相同，所以材料厚度要相等；应将温度传感器放在房屋模型内部的相同位置，这样才能测量不同材料对屋内温度的影响。 （2）如果灯到屋顶距离不同，那么照射到房屋模型上的热量就不同，会影响实验结果，无法准确比较材料的隔热性能，甲图中三个小屋的摆放位置不合理，由于没有控制灯到屋顶的距离相等。 （3）由图乙可知，泡沫板为隔热材料，在相同时间内，温度传感器示数变化较小，所以选用泡沫板作为屋顶隔热材料。 （4）[1]图丁所示电能表示数为，则消耗的电能为 [2]则空气能热水器的电功率 [3]水吸收的热量为 则该空气能热水器的D值为 （5）加热时间缩短至80min，若D值和电功率P（不含辅热器的电功率）均不变，则 解得水吸热热量为 则该辅热器中电阻丝需产生热量为 辅热器中电阻丝加热效率是87.5%，则 解得。 23．随着时代的发展和社会的进步，汽车已经逐步进入普通百姓的家庭。在跨学科实践课上，某小组同学开展了有关“汽车”的调研活动，请完成下面的问题： (1)如图甲所示，是某燃油汽车的汽油机一个工作循环的四个冲程，其中将内能转化为机械能的冲程是图 、汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的 特点。 (2)车辆在转弯前，司机会拨动转向横杆（转向横杆相当于一只开关），同侧前、后两个转向灯会同时闪亮，同时熄灭，若其中一只灯损坏了，另一只灯仍会闪亮。且不能出现拨动转向横杆，左、右转向灯同时闪亮的情况。如图所示，设计比较合理的电路图是（　　） A． B． C． D． (3)某品牌电动汽车，当其以90km/h的速度匀速行驶100km时，电动机的输出功率恒为15kW，消耗的电能为7.5×10⁷J，则该电动机的效率为 。 (4)有些汽车前挡风玻璃上的刮水器能够随着雨量的大小，刮水的速度会相应地发生变化，雨停后，刮水器自动停止工作，同学们查阅了相关资料后，自制了如图丙所示的雨水检测金属网（以下简称检测网），并设计了如图丁所示的模拟电路进行探究。将检测网竖立并缓慢浸入雨水中进行实验，分析数据可知，金属网浸入雨水中的深度越深，电流表的示数越大，这说明a、b间接入电路的电阻在变 。设计的电路在无雨水时，电动机不能转动，可是这样无法实现无雨时的车窗清洗（车窗清洗时需要电动机工作）。若要解决此问题，可在图丁电路中加装一个开关，此开关应与检测网 （选填“串联”或“并联”）。 【答案】(1) C 比热容较大 (2)C (3)80% (4) 小 并联 【解析】（1）[1]汽油机的做功冲程将内能转化为机械能，做功冲程的特点是火花塞点火，活塞向下运动。图C中火花塞点火，活塞向下运动，所以将内能转化为机械能的冲程是图C。 [2]汽车发动机常用循环流动的水来散热，主要是利用了水的比热容较大的特点，相同质量的水和其他物质相比，升高相同的温度，水吸收的热量更多。 （2）车辆转弯时，同侧前、后两个转向灯同时闪亮、同时熄灭，且其中一只灯损坏，另一只灯仍会闪亮，说明同侧的两个转向灯是并联的；不能出现拨动转向横杆，左、右转向灯同时闪亮的情况，说明左、右转向灯由不同的开关控制。选项C中，开关S可分别控制左、右转向灯，且同侧转向灯并联，符合要求。 故选C。 （3）动汽车以90km/h的速度匀速行驶100km所用时间 输出的机械能 电动机的效率 （4）[1]根据欧姆定律，电源电压不变，电流表的示数越大，说明电路中的电阻越小，所以金属网浸入雨水中的深度越深，a、b间接入电路的电阻在变小。 [2]要解决无雨时电动机不能转动，无法实现车窗清洗的问题，可在图丁电路中加装一个开关，此开关应与检测网并联。这样，无雨时，闭合该开关，电路接通，电动机可以工作。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $