《2026年江苏13大市中考名卷优选38套物理》

22 (10分)阅读短文,回答问题.
跨学科实践——制作智能垃圾箱模型
【任务要求】为保护环境、节约资源,同学们设计制作智能垃圾箱模型,实现对可回收垃圾的收集、自动称量、压缩的目的.
【设计制作】任务一：设计制作称重系统.图甲是称重的原理图,电源为恒流源,能始终提供大小恒定的电流,压力传感器的电阻$R_{F}$的阻值与压力的关系图像如图乙所示.某次测试中,将$1\ kg$的物体放在压力传感器上,电压表示数为$8\ V$.电压表示数能反映回收垃圾质量的大小,可在电压表上标注对应的质量值.($g$取$10\ N/kg$)

【图乙】
任务二：设计制作压缩系统.图丙是设计制作的工作流程图.
图丁为压缩系统的模型图.当雷达监测到回收物高度$h$超过预设值时,压缩系统启动,电动机通过减速机带动转换结构中的螺杆转动,螺杆将转动转化为推拉杆向下的直线运动.从而使压板在收集箱内移动.压缩系统的部分参数如下表,“导程”指螺杆每旋转一周推拉杆移动的直线距离,“减速机的速比”指电动机的转速与减速机的输出转速的比值,“电动机效率”指电动机将电能转化为机械能的效率.设电动机的输出功率等于减速机的输出转速、导程以及推拉杆的推力三者的乘积.

【交流评价】同学间交流,对模型制作过程中遇到的问题、使用效果和创新改进等方面进行评价.
(1) 雷达发射的超声波是由声源振动产生的,改变电动机中的电流方向可改变压板运动的方向.
(2) “交流评价”“反思改进”是工作流程图中的两个环节,其中环节$A$为反思改进;$C$处提出的问题是如何将转动变为直线运动.
(3) 关于本次实践活动,下列说法正确的是D.
A. 压力传感器受到的压力越大,通过它的电流越大
B. 压力传感器受到的压力越大,它的阻值越大
C. 电压表刻度上标注的质量值从左向右逐渐变大
D. 当电压表示数为$6\ V$时,可回收物的质量为$2\ kg$
(4) 若预设值为$0.66H$,雷达发射至接收到超声波的时间间隔小于$2 × 10^{-3}$$ s$时,电动机启动.电动机以额定功率工作时,压板与回收物的接触面积为$800\ cm^{2}$,则压板对回收物的压强为$2 × 10^{4}$$ Pa$.(超声波在空气中的速度取$340\ m/s$)
(5) 实验测试完成后,同学们对模型存在的问题和需要改进的地方进行了交流.他们认为若要使模型中的称重装置测量更精确,可采取的方法是增大恒流源电流或更换随压力变化更灵敏的传感器;请对模型的设计再提出一个改进的建议或创新方法：答案一：利用太阳能发电系统，为模型提供电力需求(节能环保类)
答案二：设置保护开关，保证电动机功率保持在安全范围，不至于烧毁(安全用电类) 答案三：设计垃圾桶侧面投送窗口，保证垃圾不受压板阻挡(设计工艺类) 答案四：利用红外装置等，设计自动识别可回收物的种类；利用人工智能，将回收物的质量转化为积分奖励学生等.(智能创新类)(其他合理答案均给分).

答案： 22(除特殊标注外，每空1分)
(1)振动 电流
(2)反思改进 如何将转动变为直线运动
(3)D (2分)
(4)$2 × 10^{-3}$ $2 × 10^{4}$
(5)增大恒流源电流或更换随压力变化更灵敏的传感器 答案一：利用太阳能发电系统，为模型提供电力需求(节能环保类)
答案二：设置保护开关，保证电动机功率保持在安全范围，不至于烧毁(安全用电类) 答案三：设计垃圾桶侧面投送窗口，保证垃圾不受压板阻挡(设计工艺类) 答案四：利用红外装置等，设计自动识别可回收物的种类；利用人工智能，将回收物的质量转化为积分奖励学生等.(智能创新类)(其他合理答案均给分)
解析：
(1)雷达发射的超声波是由振动体振动产生的，电动机转向与电流方向有关，改变电流方向可以改变转向而改变压板运动的方向。
(2)根据工作流程图的一般流程，先进行“交流评价”，再根据评价结果进行“反思改进”，所以环节A为反思改进。C处是在交流评价环节，结合“对模型制作过程中遇到的问题、使用效果和创新改进等方面进行评价”可知，C处提出的问题是如何将转动变为直线运动等。
(3)电源为恒流源，通过压力传感器的电流不变，故A错误；由压力传感器的电阻的阻值与压力的关系图线可知，压力越大，阻值越小，故B错误；压力越大，电阻越小，电流不变，根据$U = IR$知，电压表示数越小，而压力越大，垃圾质量越大，所以电压表刻度上标注的质量值从左向右逐渐变小，C错误；将$1kg$的物体放在压力传感器上，电阻为$1600\Omega$，电压表示数为$8V$，电流$I = \frac{U}{R} = \frac{8V}{1600\Omega} = 0.005A$保持不变，当电压表示数为$6V$时，$R' = \frac{U'}{I} = \frac{6V}{0.005A} = 1200\Omega$；根据图象知，此时的压力为$20N$，$G = F = 20N$，质量为$m = \frac{G}{g} = \frac{20N}{10N/kg} = 2kg$，故D正确。
(4)当雷达监测到回收物高度超过预设值时，压缩系统启动，电动机通过减速机带动转换结构中的螺杆转动，螺杆将转动转化为推拉杆向下的直线运动。所以若预设值为$0.66H$，则超声波传播的距离为$s = 2 × (H - 0.66H) = 0.68H = 0.68 × 1m = 0.68m$，已知$v = 340m/s$，则超声波传播的时间间隔$t = \frac{s}{v} = \frac{0.68m}{340m/s} = 2 × 10^{-3}s$，所以若预设值为$0.66H$，雷达发射至接收到超声波的时间间隔小于$0.002s$时，电动机启动。电动机额定功率$P = 60W$，电动机效率$\eta = 90\%$，则电动机输出功率$P_{出} = P × 90\% = 60 × 90\% = 54W$。减速机的输出转速$n = \frac{电动机的额定转速}{减速机的速比} = \frac{60}{20}r/s = 3r/s$，根据$P_{出} = n × l × F$（$l$为导程），可得推拉杆的推力$F = \frac{P_{出}}{n × l} = \frac{54}{3 × 1.2 × 10^{-2}}N = 1500N$。
压板的重力$G = mg = 10kg × 10N/kg = 100N$，压板对回收物的压力$F_{压} = F + G = 1500N + 100N = 1600N$，接触面积$S = 800cm^{2} = 0.08m^{2}$，根据$p = \frac{F_{压}}{S}$，可得压强$p = \frac{1600}{0.08}Pa = 2 × 10^{4}Pa$。
(5)若要使模型中的称重装置测量更精确，压力一定时电阻一定，故可以增大恒定的电流；对模型的设计提出的改进措施是：答案一：利用太阳能发电系统，为模型提供电力需求；(节能环保类) 答案二：设置保护开关，保证电动机功率保持在安全范围，不至于烧毁；(安全用电类) 答案三：设计垃圾桶侧面投送窗口，保证垃圾不受压板阻挡；(设计工艺类) 答案四：利用红外装置等，设计自动识别可回收物的种类；利用人工智能，将回收物的质量转化为积分奖励学生等.(智能创新类)(其他合理答案均给分)
Plus思路分析
本题考查信息获取与压强和速度公式的应用以及欧姆定律的应用，属于难题。
(1)声波是由振动体振动产生的，电动机转向与电流方向有关；
(2)根据探究的步骤分析解得；
(3)电源为恒流源，通过压力传感器的电流不变，结合欧姆定律分析解答；
(4)根据速度公式分析解答；根据功率$P_{出} = n × l × F$计算推拉杆推力，进一步得出压力，结合压强公式解答；
(5)根据电压$U = IR$分析。