相关试卷

中国空间站

中国空间站的质量为100多吨，它在距离地面约400$\text{km}$的轨道上绕地球高速飞行，晴天的夜晚，可通过望远镜观察到中国空间站。

神舟飞船用于向空间站运送航天员，飞船轨道舱两侧安装的太阳能电池板在飞船独自飞行时可以供应电能。天舟货运飞船则是向空间站运送物资的“快递小哥”。货运飞船与空间站天和核心舱对接过程中，可通过核心舱上的摄像机拍摄图片进行实时观察、调整。发射飞船使用的火箭、动力来自液态燃料。

选择航天材料需要考虑多方面的因素，其中包括物体的热胀冷缩。许多物体在温度升高时，体积会增大，这种现象叫物体的热膨胀。当物体的温度改变1$℃$时，其体积的变化与它在0$℃$时的体积之比，叫做“体胀系数”，符号用$\alpha$表示。铝的体胀系数$\alpha =7.2\times {10}^{-5}/℃$ ， 不同物质的体胀系数一般不同。

热敏电阻温度计

热敏电阻是用半导体材料制成的电阻，其阻值随温度的变化而变化，如图甲所示为某型号热敏电阻的实物图，阻值随温度升高而变小的，称为负温度系数热敏电阻：阻值随温度升高而变大的，称为正温度系数热敏电阻，利用热敏电阻的特性做成的温度计，叫做热敏电阻温度计。

如图乙所示为热敏电阻$R_1$的阻值随温度t变化的图像（为方便计算，已将图线作了近似处理）。图丙是用$R_1$做测温探头的某热敏电阻温度计的电路图，其中电源电压可在0.60V~1.20V之间调节，$R_2$为定值电阻，阻值为$100\mathrm{\Omega }$。该电路工作原理是：当保持通过$R_1$的电流不变时，$R_1$两端的电压随电阻均匀变化（即随温度均匀变化），故只需将电压表${\text{V}}_1$表盘的刻度改成相应的温度刻度，就可以直接从${\text{V}}_1$表盘上读出温度值。测量时，将$R_1$放入待测温度处，闭合开关，调节电源电压，使${\text{V}}_2$表的示数保持0.20V不变（即电路中的电流保持2mA不变），再从${\text{V}}_1$表盘上读出待测温度t。

核潜艇

庆祝中国人民解放军海军成立70周年海上阅兵活动在青岛附近海域举行。我国某核潜艇H（图甲）最大下潜深度为350m，完全下潜到海面下的排水量为$8.24\times {10}^3\text{t}$ ， 已知海水密度为$1.03\times {10}^3{\text{kg/m}}^3$ ， 江水密度为$1.0\times {10}^3{\text{kg/m}}^3$ ， g取10N/kg。不考虑潜艇的体积变化。

从左往右第1、2条色环代表电阻值的前两位数字，第3条色环代表倍率，第4条色环代表误差。

示例：

甲电阻器电阻为：$62\times {10}^3\text{Ω}$ ， 误差$\pm 10\text{\%}$。

则乙电阻器电阻为：$\mathrm{\Omega }$ ， 误差。

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；

“冰丝带”————国家迷滑馆

国家速滑馆，它有一个晶莹美丽的昵称—“冰丝带”。场馆的曲面幕墙系统，由3360块曲面玻璃单元拼装而成，打造出象征速滑运动员高速滑动的“丝带”边型。国家途滑馆是2022年北京冬奥会北京主赛区标志性场馆，也是唯一新建的冰上竞赛场馆。馆内拥有亚洲最大的冰面，面积达1.2万平方米。其中包括3条400米速滑比赛道、1条速滑比赛练习道、2块多功能冰场及1块活动冰场。

国家达滑馆制冰时，混凝土冰板层下方总长约为120km的管道内输入的是低温的液态二氧化碳。液态二氧化碳在管道中迅速变为气态二氧化碳，使混凝土冰板层的温度降低到零下十几摄氏度，通过洒水作业。水冻成厚度为几毫米的冰面，经过很多次这样的工序，厚度几十毫米的冰面才能冻枯成功。冰面温差被控制在0.5℃以内，有利于运动员创造好成绩。

二氧化碳制冷剂是环保性最好的冷媒之一，破排放值趋近于零。同时，二氧化碳跨临界直接蒸发制冷过程中排出的余热还可以回收再利用，满足观众席供暖、运动员生活热水、融冰池融冰、冰面维护浇冰等能源需求，冷热综合利用能效比较高，国家速滑馆是一个绿色环保、节能型场馆。

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。