相关试卷

汽车与物理

汽车是我们生活中非常重要的代步工具，随着科学技术的发展，汽车也越来越智能化。360度全景影像功能是通过车身上的摄像头，再结合成像功能，让驾驶员可以在车内的中控大屏上观察到汽车周围360度的全景环境，倒车雷达能帮助我们更好的停车。车窗采用智能玻璃，除了可实现自动调节温度和透明度外，还具有单向透光功能，可以让驾乘人员从车内看到车外景象，而车外行人看不见车内景象；双层玻璃能更好的减弱噪声。汽车抬头显示系统（如图甲所示），简称HUD。利用平面镜成像原理（如图乙所示），将显示器上的重要行车数据通过前挡风玻璃投射在正前方，驾驶员透过挡风玻璃往前方看的时候，能够在看到车外的景象的同时，不必低头就可以看到车辆行驶信息，从而避免分散对前方道路的注意力，确保驾驶舒适安全。汽车在行驶时，发动机的温度会升得很高，为了确保安全，可用水循环进行冷却。实际上，水中往往还要加入不易汽化的防冻液（原液），加入防冻液后的混合液冬天不容易凝固，长时间开车也不容易沸腾。有关资料表明，防冻液与水按不同的比例混合，混合液的凝固点、沸点不同，具体数值参见下表（表中防冻液含量是指防冻液在混合液中所占体积的百分比）

请根据上述材料，回答下列问题：

固态电池

为了应对能源危机和环境污染，电动汽车的研究受到国家的高度重视。电池技术是电动汽车的关键核心技术之一，其性能直接影响到电动汽车的续航里程、安全性和经济性。

目前，大多数电动汽车使用的是液态锂电池。它的核心组成包括由锂离子氧化物材料制成的正极、石墨充当的负极、含有锂盐的液态电解质以及隔膜。隔膜材料能使锂离子通过但不导电，能把电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路。图甲、乙分别为液态锂电池充电和放电时的情景。充电时，带正电的锂离子（${\text{Li}}^{+}$）从正极材料中出来（该过程称为脱嵌），穿过液态电解质和隔膜进入石墨负极中（该过程称为嵌入），实现电能向化学能的转化；放电时，锂离子的运动过程与充电时相反，储存起来的化学能被重新转化为电能。

能量密度是衡量锂电池储能能力的关键指标，它表示单位质量可存储的能量。目前液态锂电池的能量密度最大可达到约$250\text{W}\cdot \text{h}/\text{kg}$ ， 进一步提升遭遇瓶颈。为此，研究人员提出将液态电解质部分或全部替换为固态电解质，这类电池被称为固态电池。固态电池可分为半固态、准固态和全固态3种类型。以全固态电池为例，其整个电解质都变成了固态，没有液态电解质，不需要隔膜，不会发生因隔膜穿破而导致的短路自燃，提高了电池的安全性。使用全固态电解质后，可直接使用锂作为负极，减少了负极材料的用量，去掉隔膜可使正负极之间的距离缩短至几到十几微米，电池的能量密度可达到$500\text{W}\cdot \text{h}/\text{kg}$ ， 这使得电动汽车在续航里程上更接近甚至超越传统燃油车，这无疑会加速电动汽车替代传统燃油车的进程。固态电解质具有更高的离子电导率，使固态电池能承受更高的电压，充电速度得到大幅提升。

从液态到固态，电池技术的进步将深刻影响电动汽车的发展。未来固态电池可能成为主流，让电动汽车的充电像加油一样便捷，彻底改变我们的出行方式。

海龟孵化温控装置

2025年6月，珠海市海洋综合执法支队紧急救助了受伤海龟。

海龟是一种古老的生物，被誉为海洋生态系统健康的“晴雨表”。科学家猜测，A地海龟在春季是利用地磁场向地理南极返回出生地的。海龟性别由孵化温度决定。某种海龟在温度$t\ge 30℃$时，孵化出来的几乎全为雌性；温度$t\le 28℃$时，几乎全为雄性。因气候变暖导致自然界雌海龟数量远多于雄海龟，为能在外界环境温度高于30℃的情况下孵化雄海龟，科技小组利用如下器材设计了一个自动温控孵化箱；控制电路电源（电压为$6\text{V}$）、热敏电阻R（阻值随温度变化曲线如图乙所示）、电磁继电器（当电磁铁线圈电流$I\ge 0.03\text{A}$时，吸下衔铁；当$I\le 0.02\text{A}$时，弹开衔铁；线圈电阻忽略不计）、降温元件（额定电压$220\text{V}$ ， 额定功率$44\text{W}$）、开关及导线若干，设计了孵化箱电路如图丙所示。

请你解决下列问题：

【任务一】制作简易电动机

如图甲所示是小海学习小组制作的简单电动机模型，该模型主要由强磁体、用漆包线绕成的线圈和电池等构成。

【任务二】制作“书桌神器”

学习小组利用电动机制作了一款“书桌神器”；既能清理纸屑，又能吹风纳凉；

全运会上的公路自行车

2025年11月8日，第十五届全国运动会公路自行车男子个人赛项目在珠、港、澳三地举行。作为全运会历史上首个串联粤港澳三地的赛事项目，公路自行车赛以港珠澳大桥为纽带，从珠海博物馆出发，全程231.8公里（含珠海段117.7公里、横琴段44.8公里、澳门段13.5公里、香港段55.8公里），途经珠海情侣路、横琴粤澳深度合作区、澳门大桥、香港迪士尼乐园等标志性节点，最终回到珠海博物馆。

比赛用公路自行车往往采用碳纤维材料制作车架，它的密度约为$1.65\times {10}^3\text{kg}/{\text{m}}^3$ ， 不到钢材的四分之一，但抗拉强度通常是钢的7-9倍，还具有耐高温、耐腐蚀等特点，在本届十五运会上，除了公路自行车，网球拍、羽毛球拍、球鞋等都有碳纤维材料的身影。

无人机智能测风系统创新设计

无人机技术在农业植保等领域应用广泛。2025年，广东某公司采用无人机集群作业如图甲所示，实现万亩稻田精准施药，效率较人工提升20倍，推动了农业智能化发展。

为确保复杂气象下无人机的飞行安全，某中学创新小组设计了基于压敏电阻的测风装置电路（如图乙所示），可将风力信号转换为电信号输出，其核心元件$R_x$的阻值随风力F变化。

如图丙所示。测量电路采用4.5V电源供电，保护电阻$R_0=30\mathrm{\Omega }$ ， 电压表量程0~3V测试表。

无人机在安全风速范围内可稳定悬停。通过测风装置与飞控系统的协同工作，无人机能根据实时风速智能调整飞行策略，显著提升作业安全性和可靠性。这项设计为无人机应对复杂气象提供了有效解决方案，展现了科技创新与实际应用的紧密结合。无人机参数如表所示。