相关试卷

【驱动任务】制作一个暖宝宝

【方案设计】小明选择了5节串联的镍氢电池（充满电时电压为1.2V、一个电阻、开关和导线等材料，并绘制了电路图，如图甲所示。

①小明了解到，为了使暖宝宝发热温度适宜，应控制发热功率不高于12W，他应选用最小阻值R＝  的电阻。

②小明希望暖宝宝通电后，能较快变热，他选择水作为介质，你认为可行吗？请说明理由： 。

③小明了解到，某款暖宝宝的广告词中提到“使用天然鹅绒代替塑胶，保暖性能提升6倍”。请推测，导热性能更好的是  （选填“天鹅绒”或“塑胶’）。

④暖宝宝刚通电时，温度没有明显的变化，外婆以为暖宝宝坏了。但过了一段时间，暖宝宝温度有明显升高。为了让电路接通后能立即判断暖宝宝是否正常工作，请在以上电路中增加一个电学元件： ；

⑤外婆觉得暖宝宝温度偏低，请你对产品的电路设计提出改进建议： 。

“刀片电池是一种新型的磷酸铁锂电池，第二代刀片电池在技术上进行了多项优化和升级。采用了新型风液混合均温散热系统，以更好地控制电池包的温度，降低发热概率。能量密度从第一代的140Wh/kg增至第二代的190Wh/kg，提升幅度高达35%，这一提升有望显著提高纯电动车的续航水平……”

什么是电池能量密度？它的提升对汽车续航有多大影响？小明展开了项目式学习。

【项目任务】提高电池能量密度对续航的影响

【子任务一】了解电池能量密度

“电池能量密度是衡量电池性能的一个重要指标，指电池充满电时储存的电能与其质量的比值。高质量能量密度的电池在相同重量下能提供更多的电能。

不同类型的电池具有不同的能量密度。电池能量密度还受到其材料体系的影响。此外，材料压实密度、碳含量和活性物质百分比、电解液、电池制造工艺、温度和压力等环境因素，都会影响电池能量密度。”

①阅读上文，写出电池能量密度的文字表达式  。

②小明联想到，寒假时，家里的电动汽车在北方老家时的续航里程比在深圳时低，请你据此提出一个影响电池能量密度大小的猜想： 。

【子项目二】比较电池的能量密度

小明发现他的遥控车有两种不同的充电电池：镍氢电池（充满电时电压为1.2V）和锂离子电池（充满电的电压为3.7V），他设计了以下方案比较两者的能量密度：

①将两种电池充满电，分别与相同规格的小灯泡、开关、导线连接，如图乙所示；

②用秒表记录小灯泡能工作的时间t；

③根据W＝UIt，可知小灯泡工作的时间t与消耗的电能W成正比，求出时间t和电池质量m之比，即可比较几种电池密度。

③小明有额定电压为2.5V和3.8V这两个规格的小灯泡，他应选择

  的小灯泡做实验。

④请你写出小明的实验方案存在的不合理之处： ；

⑤小红在此基础上，添加了电压表和电流表。实验中收集到的数据如下：

通过计算，能量密度较大的是  。

【子任务三】电池能量密度的提升对续航的影响

⑥小明查阅到一款电车相关参数见表，还了解到汽车在行驶时，除了受到地面的摩擦力，还会受空气阻力，该款汽车在常温常压下，在车速大于5m/s时，空气阻力的大小与汽车行驶速度的平方成正比，如图丙所示。请结合以上信息，计算在满电状态下，该汽车用第二代刀片电池比起第一代刀片电池，在水平沥青道路（摩擦力约为总重力的0.015）上，以最高时速匀速行驶，理论上最多能增加续航  km。（保留一位小数，不计零件之间的摩擦）

⑦实际上，汽车在满电状态下，也达不到预期续航公里数。请你提出一条除了提高电池能量密度以外的提升续航的策略；  。

该智能电能表可以支持下列所有用电器（各1个）同时使用吗？

请回答并说出你的理由： ； 

①请写出利用电流热效应工作的一款家用电器： ；

②为了比较电流和电阻对电流通过导体产生的热量影响更大，小明改进了探究焦耳定律的实验装置，如图2所示，已知R₁＝5Ω，R₂＝R₃＝10Ω。

a.只闭合S₁ ， 通电一段时间后，小明发现其中一个U形管的液面高度差没有变化，则发生此现象的原因可能是： ；

b.故障排除后，重新通电一段时间， （选填“左侧”或“右侧”）U形管内液柱的高度差更大。

c.闭合S₁和S₂ ， 左侧U形管内液柱的高度差比右侧更大，表明  （填“电流”或“电阻”）影响更大。

①炎热天气中使用智能座椅，开关应接  （选填“S₁”或“S₁和S₂”），此时电路中流过的电流为多少？

②如果你是该智能座椅的设计师，为了电路安全，又要使座椅通风和加热结合系统功率可在48W和120W之间连续调节，请你分析下该如何设置滑动变阻器R阻值大小的可调范围？

【项目提出】影响溶液导电性大小的因素有哪些？

【项目设计】

①实验器材有：规格不同的针筒，不同种溶液，两个电流表等。若要探究溶液的导电性大小与液体种类的关系，请你选择两个合适针筒，并用笔画线代替导线在图4中将电路图连接完整；

②小明设计了如上实验表格，则表格中“横线”处应填  。

【项目交流】

③某次实验中测得A号针筒的电流I₁＝0.1A，D号针筒的电流如图5所示。可得出初步结论： ；

④结合以上实验器材，还可探究溶液的导电性能与  有关系。

实验一：

a.探究通过导体的电流与导体两端电压的关系时，电路连接后，移动滑动变阻器的滑片，采用描点方式，绘制了图7乙的I﹣U图像，由②到③的过程中滑动变阻器向  （选填“A”或“B”）端移动。

b.分析图象乙可得出结论： ；

实验二：

c.探究通过导体的电流与导体电阻的关系时，正确连接电路后，闭合开关，小明发现电压表有示数，电流表无示数，则其故障是  ；

d.图丙是此实验中绘制的I﹣R图像，由图可知，电压表的示数控制为  V不变；

e.当接入30Ω电阻时，发现无论怎么移动滑片，电压表都无法达到实验中需要的电压值，为解决这一问题，可采取的办法有  （填写一种方法即可）。

【项目名称】“设计智能浇水控制系统”

【项目要求】控制电路中有一个比较器（未画出），当电路中土壤湿度H≤40%，传感器R_H两端的电压U≤3V时，水泵启动给植物浇水；当电路中土壤湿度H≥70%，传感器RH两端的电压U≥5V时，水泵关闭。

【器材选择】电源电压7V、电流表、定值电阻，R₀＝10Ω、土壤湿度传感器R_H、开关、导线等。

【项目制作】①根据要求设计了如图8乙所示的电路，要满足上述项目要求，应选择图丙中的湿度传感器R_H  （选填“A”或“B”）；

②水泵自动启动时，土壤湿度传感器RH的阻值大小？

【项目评价】③小明测试该系统时发现当电流表示数为0.14A时，一水泵停止工作，请通过计算判断是否符合项目要求？请分析可能原因并提出改进建议。

①由表格中的数据可知： 的加热效率更高。

②小明认为：使用燃气炉加热时，需要的时间更长，所以它的加热效率更低。他的判断不合理，你的科学依据是  。

③请写出使用电热水壶的一个优势： 。

表一

表二

分析表中数据，在误差允许范围内，电流值与其对应的电阻值的乘积近似（填“相等”或“不相等”），从而得出结论：在导体两端的电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成比。

【解释】分析表一中的实验数据，可得到结论：；

【交流】小华同学在本实验过程中，保持电压表的示数为3V，得到了如表二的数据。则小华同学所设计的电路与图甲的不同之处是。