如图所示为北京奥运场馆﹣﹣国家游泳中心水立方的外观图．水立方

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更新 2022-09-03
科目物理
题型计算题
难度中等
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如图所示为北京奥运场馆﹣﹣国家游泳中心“水立方”的外观图．“水立方”的外层是只有2.4㎜厚的膜结构气枕，像一层皮肤一样包住了整个建筑，是目前世界上唯一一个完全用膜结构进行全封闭的大型公共建筑．（g取10N/kg）

（1）该膜每平方米质量为0.24㎏，则它的密度是　　㎏/m³；
（2）“水立方”膜具有较好的延展性、抗压性，充气后，每块膜能承受一辆汽车的重力．若一辆质量为1440kg的轿车停在膜上，每个轮子与膜的接触面积为150cm²，则该膜受到的压强为　　Pa．

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为响应宁波市政府提出的“创建海绵型城市”的号召，小科设计了如图所示的市政自动排水装置模型，控制电路由电压为 $12 V$ 、最大容量为 $100 Ah$ 的蓄电池供电，蓄电池用“发电玻璃”制成的太阳能电板充电。 $R_{0}$ 为定值电阻， $R$ 为压敏电阻，压敏电阻通过杠杆 $ABO$ 与圆柱形浮体相连， $AB : BO = 4 : 1$ ，压敏电阻的阻值随压力变化的关系如下表。（压板、杠杆和硬质连杆的质量及电磁铁线圈电阻忽略不计，所用绿灯、红灯及排水泵的额定电压均为 $220 V)$

压敏电阻受到的压力 $F / N$	60	120	180	240	300	360	420	480	$\dots$
压敏电阻 $R$ 阻值 $/ Ω$	500	360	260	180	120	80	65	55	$\dots$

（1）当水位在安全位置以下时绿灯亮，排水泵不工作；当水位达到安全位置上限时红灯亮，同时排水泵正常工作。请按要求完成图中工作电路的连接。

（2）“发电玻璃”光电转化率接近 $18 %$ ．要求在 $5 h$ 内对控制电路的蓄电池充满电，则选用的“发电玻璃”面积至少为　　 $m^{2}$ ．（太阳能辐射到每平方米地面上的平均功率按 $1000 W$ 计算，计算结果精确到 $0.1 m^{2})$

（3）按照设计要求，当水位上升到浮体刚好全部浸入水中时，压敏电阻受到压力为 $360 N$ ，通过电磁铁线圈的电流为 $100 mA$ ，排水泵启动；当水位回落到浮体只有 $\frac{2}{5}$ 体积浸入水中时，硬质杠杆 $ABO$ 仍处于水平位置，线圈中电流为 $30 mA$ ，排水泵停止工作，则小科应选择重力为多大的浮体？

（4）在实际调试过程中，小科发现水位已达到安全位置上限，但排水装置还未启动。如果在其他条件保持不变的前提下，要使排水装置符合设计要求，应该将与压敏电阻相连的压板向　　（填“左”或“右“ $)$ 移动。

题型：未知
难度：未知

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小科发现中性笔的笔帽上有小孔，为了解小孔作用，小科查阅资料：儿童不小心将笔帽吸人引发窒息，这个通气孔能保证呼吸道不被完全堵塞，因此被称为“救命孔”。

（1）若不小心吸入笔帽，人体在用力吸气时，通过该笔帽通气孔的气体流速可达 $20 m / s$ 。为确保生命安全，人体与外界通气量要达到 $1.36 \times 10^{- 4} m^{3} / s$ ，则通气孔的面积至少为　　 $m m^{2}$ 。

（2）若不小心将没有通气孔的笔帽吸入气管，此时由于呼吸道堵塞导致肺内气压比外界气压小 $1.3 \times 10^{4} Pa$ ，笔帽的横截面积约为 $0.85 c m^{2}$ ，医生至少需要　　 $N$ 的力才能将笔帽取出。（计算结果精确到 $0.1 N)$ 。

（3）医学上抢救气管异物堵塞的标准方法是：急救者从背后环抱患者，用力向患者上腹部施压，从而排出异物，被称为“生命的拥抱”。此方法应用的科学原理是：一定质量的气体体积　　时，压强增大。

题型：未知
难度：未知

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随着全球汽车保有量的急剧增加，燃油汽车尾气排放带来的环境问题也日趋严峻，为汽车寻找合适新能源成为了各汽车企业重点研究课题。 $Mirai$ 是某品牌汽车企业首款量产的新型氢燃料电池车，它不是利用氢气燃烧获取能量，而是利用氢气和氧气化学反应过程中电子转移形成电流获得电能，

$Mirai$ 燃料电池部分参数
燃料电池堆栈	主要材料	固体高分子薄膜
	最大功率	114千瓦
	体积功率密度	3.1千瓦 $/$ 升
升压器	最大电压	650伏

请回答

（1） $Mirai$ 在环保方面最大的优点是　　（写一点即可）；

（2）新型氢燃料电池原理示意图中“ $X$ ”所代表微粒的符号是　　。

（3） $Mirai$ 的燃料电池堆栈的体积约为　　升（保留两位小数点）

（4）燃料电池以最大功率工作10秒钟，总共输出多少电能？

题型：未知
难度：未知

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	最大功率	114千瓦
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（1） $Mirai$ 在环保方面最大的优点是　　（写一点即可）；

（2）新型氢燃料电池原理示意图中“ $X$ ”所代表微粒的符号是　　。

（3） $Mirai$ 的燃料电池堆栈的体积约为　　升（保留两位小数点）

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题型：未知
难度：未知

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无人机以高分辨率高速摄像机、轻型光学相机、激光扫描仪等设备获取信息，广泛应用在航拍、交通管理等领域。如图为某型号无人机，整机质量2千克，停放时与水平地面总接触面积0.002米 $^{2}$ ，摄像机拍摄速度11000帧 $/$ 秒。在轿车限速120千米 $/$ 时的某高速公路上，交警利用该无人机进行道路通行情况实时监测。 $(g$ 取 $10 N / kg)$

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（2）无人机竖直向上爬升60米的过程中克服重力做了多少功？

（3）无人机在某轿车通行0.6米的过程中拍摄220帧，通过计算判断该轿车是否超速。

题型：未知
难度：未知

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