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21. 新趋势 创新实验 (7 分)今年夏天,第 33 届夏季奥林匹克运动会在法国巴黎举办.跳水比赛中,如图甲所示,全红婵入水时溅起来的水花很小,于是小明和同学们想探究物体入水时溅起水花的高度与哪些因素有关,已知物体从距水面相同高度自由下落,到达水面时的速度相等.小明和同学们提出如下猜想:猜想 1:与物体的质量有关;猜想 2:与物体的入水速度有关;猜想3:与物体的入水方向有关;猜想 4:与物体的形状有关.


(1) 为了验证上述猜想 3 是否正确,小明将同一块橡皮泥捏成球形从水面上方相同高度由静止释放,分别经过 a、b、c 三条光滑通道(如图乙),发现溅起水花的高度依次变小,说明猜想 3 是______(选填“正确”或“错误”)的;橡皮泥在光滑通道下落过程中,动能______(选填“变大”“不变”或“变小”,下同),入水以后,橡皮泥的机械能______.
(2) 小明将橡皮泥分别捏成球形、锥形、柱形从不同高度自由下落到水面,测出溅起水花的高度,进行多次实验.记录的部分数据如上表:
① 比较实验序号为______的数据,可研究物体入水时溅起水花的高度与物体形状的关系.
② 比较实验序号为 2、4、5 的数据,可得出的结论是______.
③ 比较实验序号为 5、6 的数据,______(选填“能”或“不能”)验证猜想 2 正确的,理由是______.
(1) 为了验证上述猜想 3 是否正确,小明将同一块橡皮泥捏成球形从水面上方相同高度由静止释放,分别经过 a、b、c 三条光滑通道(如图乙),发现溅起水花的高度依次变小,说明猜想 3 是______(选填“正确”或“错误”)的;橡皮泥在光滑通道下落过程中,动能______(选填“变大”“不变”或“变小”,下同),入水以后,橡皮泥的机械能______.
(2) 小明将橡皮泥分别捏成球形、锥形、柱形从不同高度自由下落到水面,测出溅起水花的高度,进行多次实验.记录的部分数据如上表:
① 比较实验序号为______的数据,可研究物体入水时溅起水花的高度与物体形状的关系.
② 比较实验序号为 2、4、5 的数据,可得出的结论是______.
③ 比较实验序号为 5、6 的数据,______(选填“能”或“不能”)验证猜想 2 正确的,理由是______.
答案:
(1)正确 变大 变小 (2)①1、2、3 ②物体入水时溅起水花的高度与物体的质量有关 ③不能 没有控制物体的质量相同
22. 新趋势 跨学科实践 (10 分)阅读短文,回答问题.
答案:
【解析】:
这是一道物理阅读理解题,主要考查学生对物理现象的理解和分析能力,以及对物理知识的应用能力。题目通过短文的形式,给出一些物理现象或情境,要求学生根据所学的物理知识进行分析和解答。这类题目通常包括对物理概念的理解、物理规律的应用以及实验设计和数据分析等方面。
【答案】:
由于题目未给出具体的短文内容和问题,无法给出具体的答案。但一般来说,解答这类阅读理解题,需要先仔细阅读短文,理解短文所描述的物理现象或情境,然后根据所学的物理知识进行分析和推理,最后给出答案。
例如,如果短文描述了一个物理实验的过程和结果,那么问题可能会涉及到实验设计的合理性、实验数据的分析、实验结论的推导等方面。在解答时,需要运用所学的物理知识和实验方法,对实验过程和结果进行深入的分析和理解,然后给出准确的答案。
由于本题未给出具体短文和问题,故无法给出具体解题步骤和答案,请提供完整题目信息以便进行解答。
这是一道物理阅读理解题,主要考查学生对物理现象的理解和分析能力,以及对物理知识的应用能力。题目通过短文的形式,给出一些物理现象或情境,要求学生根据所学的物理知识进行分析和解答。这类题目通常包括对物理概念的理解、物理规律的应用以及实验设计和数据分析等方面。
【答案】:
由于题目未给出具体的短文内容和问题,无法给出具体的答案。但一般来说,解答这类阅读理解题,需要先仔细阅读短文,理解短文所描述的物理现象或情境,然后根据所学的物理知识进行分析和推理,最后给出答案。
例如,如果短文描述了一个物理实验的过程和结果,那么问题可能会涉及到实验设计的合理性、实验数据的分析、实验结论的推导等方面。在解答时,需要运用所学的物理知识和实验方法,对实验过程和结果进行深入的分析和理解,然后给出准确的答案。
由于本题未给出具体短文和问题,故无法给出具体解题步骤和答案,请提供完整题目信息以便进行解答。
【实践调查】晓华发现村道的路灯存在不足:(1) 采用交流电供电,没有用好可再生能源,如光能、风能.(2) 路灯每天定时开启,没有结合实际光照强度来控制路灯.
【实践目标】结合实际问题,晓华和自己嘉年华科技小组的同学们一起制定了如下目标:一是增添风光互补发电、蓄电装置,二是采用光控装置控制路灯.
【实践设计】
目标一:同学们设计了如图甲所示的风光互补发电、蓄电装置电路图,选购器材的相应参数如表 1 所示.


查阅资料获知:最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的输出功率,风力发电机的输出功率 P 与风速 v 的三次方成正比,蓄电池容量是指蓄电池放电电流与放电总时间的乘积,当地太阳最大辐射强度为$ 120 W/m^2.$
(1) 风力发电机工作时把______能转化为______能;白天,LED 灯不工作时,蓄电池相当于______;2 盏 LED 灯应该是______联.
(2) 要使太阳能电池的最大输出功率达到 36 W,太阳能电板的面积至少为$______m^2;$在仅靠风力发电的情况下,当风速为 6 m/s 时将蓄电池电能由 30%充至 90%至少所需时间为______h.
目标二:图乙是同学们设计的控制电路,用它来替代图甲中的开关 S.电路中电源电压恒定,电阻$ R_1$和$ R_2,$其中一个是定值电阻,另一个是光敏电阻.查阅资料可知某型号硫化铅光敏电阻的阻值与光照强度 E(单位:lx)的关系如表 2 所示,其中触发和恢复阈值分别为 10 lx 和60 lx,当该光敏电阻外界光照强度低于触发阈值,控制开关两端电压 U_控升高到某一设定值时控制开关自动闭合,超过恢复阈值就自动断开,达到自动控制照明系统的效果.


(3) 结合信息和已学知识,下列说法错误的是______.
A. 光敏电阻是一种半导体
$B. R_1$为定值电阻$,R_2$为光敏电阻
C. 光照强度越弱,U_控越大
D. 定值电阻阻值越大,照明系统工作时间越短
【实践调试】
(4) 项目设计完检验时发现,当光照强度分别为 15 lx 和 30 lx 时,定值电阻两端的电压分别为2 V 和 3 V;当光照强度达到触发光照强度时,照明系统开始启动,则设定的启动电压 U= ______V.
(5) 嘉年华科技小组的同学们在完善项目的可行性过程中,小华发现设计中还需要考虑 LED灯的选择,你觉得要考虑的问题是______(说出一种即可).
【实践目标】结合实际问题,晓华和自己嘉年华科技小组的同学们一起制定了如下目标:一是增添风光互补发电、蓄电装置,二是采用光控装置控制路灯.
【实践设计】
目标一:同学们设计了如图甲所示的风光互补发电、蓄电装置电路图,选购器材的相应参数如表 1 所示.
查阅资料获知:最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的输出功率,风力发电机的输出功率 P 与风速 v 的三次方成正比,蓄电池容量是指蓄电池放电电流与放电总时间的乘积,当地太阳最大辐射强度为$ 120 W/m^2.$
(1) 风力发电机工作时把______能转化为______能;白天,LED 灯不工作时,蓄电池相当于______;2 盏 LED 灯应该是______联.
(2) 要使太阳能电池的最大输出功率达到 36 W,太阳能电板的面积至少为$______m^2;$在仅靠风力发电的情况下,当风速为 6 m/s 时将蓄电池电能由 30%充至 90%至少所需时间为______h.
目标二:图乙是同学们设计的控制电路,用它来替代图甲中的开关 S.电路中电源电压恒定,电阻$ R_1$和$ R_2,$其中一个是定值电阻,另一个是光敏电阻.查阅资料可知某型号硫化铅光敏电阻的阻值与光照强度 E(单位:lx)的关系如表 2 所示,其中触发和恢复阈值分别为 10 lx 和60 lx,当该光敏电阻外界光照强度低于触发阈值,控制开关两端电压 U_控升高到某一设定值时控制开关自动闭合,超过恢复阈值就自动断开,达到自动控制照明系统的效果.
(3) 结合信息和已学知识,下列说法错误的是______.
A. 光敏电阻是一种半导体
$B. R_1$为定值电阻$,R_2$为光敏电阻
C. 光照强度越弱,U_控越大
D. 定值电阻阻值越大,照明系统工作时间越短
【实践调试】
(4) 项目设计完检验时发现,当光照强度分别为 15 lx 和 30 lx 时,定值电阻两端的电压分别为2 V 和 3 V;当光照强度达到触发光照强度时,照明系统开始启动,则设定的启动电压 U= ______V.
(5) 嘉年华科技小组的同学们在完善项目的可行性过程中,小华发现设计中还需要考虑 LED灯的选择,你觉得要考虑的问题是______(说出一种即可).
答案:
(1)机械 电 用电器 并 (2)3 36
(3)B (4)4.5 (5)LED 灯的功率不能太大 解析:
(2)太阳能电板的光电转化效率为 10%,设其面积至少为 S,则其最大输出功率 P = 120 W/m²×10%×S = 36 W,解得 S = $\frac{36\ W}{120\ W/m²×10\%}$ = 3 m²。由蓄电池容量可知,当风速为 6 m/s 时将蓄电池电能由 30%充至 90%,蓄电池充入的电能 W = UₑₐₜIt×(90% - 30%) = 12 V×500 A×3600 s×(90% - 30%) = 1.296×10⁷ J,此时风力发电机的输出功率 Pₘ = $\frac{800\ W}{(12\ m/s)²}$×(6 m/s)² = 100 W。由 W = Pt 可得,在仅靠风力发电的情况下,将蓄电池电能由 30%充至 90%至少所需时间 tₑₐₜ = $\frac{W}{P}$ = $\frac{1.296×10⁷\ J}{100\ W}$ = 1.296×10⁵ s = 36 h。
(3)由题意可知光照强度小时,控制开关两端的电压大,由表 2 的数据可知,当光照强度小时,光敏电阻的阻值大,则可推断 R₁ 为光敏电阻,R₂ 为定值电阻,故 B 错误;光照强度越大,光敏电阻 R₁ 的阻值越小,则该电路控制开关两端的电压越小,光照强度越弱,则 Uₑₒₙₜₒₗ 越大,故 A、C 正确;由题意可知,该电路中的定值电阻的阻值越大,控制开关自动启动时光敏电阻的阻值越大,对应的光照强度就越小,则照明系统工作的时间就越短,故 D 正确。
(4)由表 2 数据可知,5 lx×60 Ω = 15 lx×20 Ω = 30 lx×10 Ω,则当光照强度分别为 15 lx 和 30 lx 时,光敏电阻的阻值分别为 20 Ω、10 Ω,定值电阻两端的电压分别为 2 V 和 3 V。设电源电压为 Uₒ,定值电阻的阻值为 R₂,由串联电路的特点和欧姆定律可得 Uₒ = 2 V + $\frac{2\ V}{R_{2}}$×20 Ω = 3 V + $\frac{3\ V}{R_{2}}$×10 Ω,解得 Uₒ = 6 V,R₂ = 10 Ω。触发值为 10 lx,由表 2 数据可知,此时光敏电阻的阻值 R₁ = $\frac{5\ lx×60\ \Omega}{10\ lx}$ = 30 Ω,由欧姆定律和串联电路的特点可知,设定的启动电压 U = $\frac{U_{o}}{R_{1}+R_{2}}$R₁ = $\frac{6\ V}{30\ \Omega + 10\ \Omega}$×30 Ω = 4.5 V。
(5)嘉年华科技小组的同学们在完善项目的可行性过程中,小华发现设计中还需要考虑 LED 灯的选择,LED 灯的功率不能太大。
(3)B (4)4.5 (5)LED 灯的功率不能太大 解析:
(2)太阳能电板的光电转化效率为 10%,设其面积至少为 S,则其最大输出功率 P = 120 W/m²×10%×S = 36 W,解得 S = $\frac{36\ W}{120\ W/m²×10\%}$ = 3 m²。由蓄电池容量可知,当风速为 6 m/s 时将蓄电池电能由 30%充至 90%,蓄电池充入的电能 W = UₑₐₜIt×(90% - 30%) = 12 V×500 A×3600 s×(90% - 30%) = 1.296×10⁷ J,此时风力发电机的输出功率 Pₘ = $\frac{800\ W}{(12\ m/s)²}$×(6 m/s)² = 100 W。由 W = Pt 可得,在仅靠风力发电的情况下,将蓄电池电能由 30%充至 90%至少所需时间 tₑₐₜ = $\frac{W}{P}$ = $\frac{1.296×10⁷\ J}{100\ W}$ = 1.296×10⁵ s = 36 h。
(3)由题意可知光照强度小时,控制开关两端的电压大,由表 2 的数据可知,当光照强度小时,光敏电阻的阻值大,则可推断 R₁ 为光敏电阻,R₂ 为定值电阻,故 B 错误;光照强度越大,光敏电阻 R₁ 的阻值越小,则该电路控制开关两端的电压越小,光照强度越弱,则 Uₑₒₙₜₒₗ 越大,故 A、C 正确;由题意可知,该电路中的定值电阻的阻值越大,控制开关自动启动时光敏电阻的阻值越大,对应的光照强度就越小,则照明系统工作的时间就越短,故 D 正确。
(4)由表 2 数据可知,5 lx×60 Ω = 15 lx×20 Ω = 30 lx×10 Ω,则当光照强度分别为 15 lx 和 30 lx 时,光敏电阻的阻值分别为 20 Ω、10 Ω,定值电阻两端的电压分别为 2 V 和 3 V。设电源电压为 Uₒ,定值电阻的阻值为 R₂,由串联电路的特点和欧姆定律可得 Uₒ = 2 V + $\frac{2\ V}{R_{2}}$×20 Ω = 3 V + $\frac{3\ V}{R_{2}}$×10 Ω,解得 Uₒ = 6 V,R₂ = 10 Ω。触发值为 10 lx,由表 2 数据可知,此时光敏电阻的阻值 R₁ = $\frac{5\ lx×60\ \Omega}{10\ lx}$ = 30 Ω,由欧姆定律和串联电路的特点可知,设定的启动电压 U = $\frac{U_{o}}{R_{1}+R_{2}}$R₁ = $\frac{6\ V}{30\ \Omega + 10\ \Omega}$×30 Ω = 4.5 V。
(5)嘉年华科技小组的同学们在完善项目的可行性过程中,小华发现设计中还需要考虑 LED 灯的选择,LED 灯的功率不能太大。
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