学习了电学知识后，某科学兴趣小组开展制作电热水壶的项目化学习

更新 2022-09-04
科目物理
题型计算题
难度较难
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学习了电学知识后，某科学兴趣小组开展制作"电热水壶"的项目化学习。

【项目任务】制作一款电热水壶。经过小组同学讨论后确定电热水壶的要求如下：

容积： $1 L$ ；

功能：①加热：②保温；

性能：能在7分钟内将 $1 L$ 水从 $20^{°} C$ 加热到 $100^{°} C$ （不计热量损失）。

【方案设计】为实现上述功能，同学们利用两个不同阻值的电阻 $(R_{1} < R_{2})$ 进行设计，其中方案一如图所示。利用方案一中的器材，请将方案二的电路补充完整。

【器材选择】若该壶是按照方案一设计的，根据项目任务中的性能要求，选择的加热电阻阻值最大为多少欧姆？ $[Q_{吸} = cm (t - t_{0})$ ， $c_{水} = 4.2 \times 10^{3} J / (kg \cdot^{\circ} C})]$

【方案反思】有同学认为电器设计还应考虑使用安全，从安全角度提出一条设计建议　　。

【项目制作】 $\dots \dots$

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人们对自我保健越来越关注。图甲为某品牌足浴盆及相关参数。其内部电路可分为工作电路和控制电路两部分（如图乙所示）。闭合总开关 $S$ ，当足浴盆有水注人到一定量时压控开关 $S_{1}$ ， $S_{2}$ 就会自动闭合，此时 $R_{1}$ 、 $R_{2}$ 会同时工作，加热至 $40^{°} C$ 时，控制电路中的电磁铁会将衔铁吸合，自动进入保温模式。

（1）图乙的工作电路中，处于保温状态时，工作的电阻是　　。压控开关 $S_{1}$ 的作用是防止　　，达到保护电路的目的。

（2）控制电路中电磁铁线圈的电阻为100欧，为电磁铁供电的电池电压为6伏， $R_{x}$ 为热敏电阻，阻值随温度变化关系可由图丙中的某条曲线表示。当线圈中的电流大于或等于20毫安时，控制电路中继电器的衔铁被吸合，则 $R_{x}$ 阻值随温度变化的曲线为图丙中的　　。

（3）求 $R_{2}$ 的阻值

（4）在一次使用过程中，加热时间为5分钟，保温时间为20分钟，则整个过程中消耗了多少电能？

题型：未知
难度：未知

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如图甲是我市一款按租用时间收费的共享电动汽车。五一期间，小柯一家租用电动汽车去旅游，从租车点到目的地，手机导航显示行驶72千米，共花去租车费45元。如表是该车与某型号燃油汽车部分项目比较表。

项目	电动汽车	某型号燃油汽车
空载质量（吨 $)$	0.8	1.5
每个轮胎与水平地面接触面积（厘米 $^{2})$	50	80
工作时尾气排放情况	0	燃烧1升汽油排放2.4千克二氧化碳
每百公里油耗	$/$	10升
租车或燃油价格	0.5元 $/$ 分钟	6.2元 $/$ 升
续航里程（公里）	200	$500 - - 600$

（1）当该电动汽车空载停在水平地面上时，求汽车对地面的压强

（2）电动汽车载着小柯全家（人和行李共200千克）从一坡底行驶到坡顶，如乙图。求在该过程中，汽车电动机克服重力所做的功。

（3）若小柯全家驾驶表中的燃油汽车行驶72千米，所需油费　　元，汽车排放二氧化碳　　千克

（4）分析（3）题数据，小柯认为他们没有必要租用电动汽车，因为没有给家庭带来经济上的节约。对小柯的这种想法，你如何评价并说明理由。

题型：未知
难度：未知

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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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