相关试卷

力电传感器

在科技飞速发展的今天，传感器技术已广泛应用到各个领域，力电传感器便是其中极为重要的一员。力电传感器能够将力的变化巧妙地转换为电信号输出，从而实现对力的精确测量和监测，在工业、医疗、科研、生活等众多场景中发挥着关键作用。

一种常见的力电传感器由弹簧钢和应变片组成，其结构示意图如图甲所示。弹簧钢右端固定，其上、下表面各贴有一块相同的应变片，应变片则是实现力电转换的核心元件，它由金属箔或半导体材料制成，阻值与长度成正比，其工作原理是“应变效应”，即材料在外力作用下产生微小形变时，其电阻值随之发生变化。当弹簧钢的自由端受到向下的作用力$F$时，弹簧钢向下弯曲，上应变片被拉伸，下应变片被压缩；由于通过上、下应变片的电流均为$I$且恒定不变，因此上、下应变片两端的电压会发生变化，上应变片两端的电压为$U_1$ ， 下应变片两端的电压为$U_2$ ， 传感器将两个电压的差值$U\left(U=U_1-U_2\right)$输出，就可以反映出作用力$F$的大小。

另外，应变片的阻值也会随温度发生变化，变化情况如图乙所示。为了消除气温变化对测量精度的影响，需分别给上、下应变片串联一个合适的电阻，进行温度补偿，使测量结果不受温度影响。

请根据上述材料，回答下列问题：

科学重器—“科学”号海洋科考船

“科学”号海洋科学综合考察船（如图所示）是我国首艘具有自主知识产权、具有深远海探测与研究能力的4000吨级海洋科学综合考察船，是中国国内综合性能最先进的科考船，被称为海洋上的“移动实验室”。

“科学”号海洋科考船采用吊舱式电力推进系统，船尾两台可沿水平方向360°旋转的巨大的桨舵合一的推进器和船前部配置的2台艏侧推协同作用，使“科学”号海洋科考船的航行方向不受船头方向的限制，操纵起来非常轻便、灵活。

“科学”号配备了水体探测系统、大气探测系统、海底探测系统、深海极端环境探测系统、遥感信息现场印证系统、船载实验与网络等系统，搭载了全海深多波束测深系统、多道数字地震系统、“发现”号无人缆控水下机器人（ROV）、电视抓斗等多种国际先进的探测设备，自2013年1月投入试运行以来，“科学”号多次赴深海大洋，圆满完成了深海海底油气资源形成机理、深海极端环境调查、大洋环流系统与气候变化、深海生物基因资源及生物多样性、大洋生态系统与碳循环、洋中脊与大陆边缘热液系统及地球深部过程的科学考察，取得了丰硕成果。

热能发电：点亮万家灯火的能量魔法

我们日常使用的电能，超过七成来自热能发电，电能的普遍利用使工业快速发展，人类利用自然、改造自然的能力不断得到提升。

热能发电的原料常见的有煤炭、石油、天然气等。以燃烧煤炭发电为例，煤炭燃烧时把化学能释放出来产生大量的热，释放出的热量先加热水，让水变成高温、高压的水蒸气，实现了化学能向水蒸气的内能的转化。然后，高温、高压的水蒸气从喷嘴高速喷出，推动汽轮机的叶片高速转动，把内能转化成了汽轮机的机械能。最后，转动的汽轮机会带动发电机转子转动，把机械能转化为电能，电能通过电网输送到家庭和工厂，使各种用电器能够正常工作。

如今的热能发电早已不是“高污染”的代名词，除了传统火力发电以外，还有利用核能的核电、回收工业余热的余热发电，以及依靠太阳能集热的光热发电，既提升了效率，又减少了对环境的影响。我们生活中每一度电的背后，都是热能在多步转化中传递能量，而整个过程始终遵循能量守恒定律，能量不会凭空产生，也不会凭空消失，只是换了一种又一种形态为我们服务。

电动自行车

电动自行车是目前中国老百姓主要的短途代步交通工具，它的能量来自电池组。与传统的内燃机车相比，电动自行车更为轻便、环保，能量转化效率高。

从安全角度考虑，9月1日新国标（GB17761-2024）正式实施，国家规定电动自行车车速不得超过25km/h，锂电池车型质量$\le 55\text{kg}$ ， 电动自行车电池电压$\le 48\text{V}$、电动机功率$\le 400\text{W}$。对于400W的电动机来说，配置48V的电池是最合适的，两者可谓是完美搭档，既能够让电动机充分发挥它的性能，又不会出现电池性能过剩的情况。48V的电压，如果搭配容量为20A·h（电池容量是指放电电流与放电时间的乘积）的电池，即使每天行驶15公里左右，三天充一次电也完全够用，所以足够日常使用了。

电动自行车的续航里程与电池容量和能量转化效率有关。冬季，电动自行车续航里程降低，这说明电池实际放电容量受到温度的影响。能量转化效率是指电动机输出的机械能与输入电能的比值。

电动自行车还有一个聪明的大脑——“控制器”，电动自行车的调速手柄（转把）内部有一个叫“霍尔传感器”的元件，它能够根据手柄转动的角度，输出一个连续变化的电压信号。这个微弱的信号被送到“控制器”，控制器就像自行车的大脑，根据这个信号来精确控制输送给电动机的电流大小。

“红色精灵”——天空绽放的花朵

把大气想象成无数个相同空气团。它们吸收热量后体积膨胀上升，由于上升速度不同，相互摩擦带电。当空气团中电荷积累到一定程度时，便与地面或与附近带相反电荷的空气团，发生放电现象，即闪电。

一般空气团中水汽含量较多，上升过程中形成云，所以乌云密布、电闪雷鸣是常见的场景。但如果空气团比较干燥，无法形成云，“晴天霹雳”就出现了。“红色精灵”是“晴天霹雳”的衍生品，当闪电的温度高达17000℃以上时，周围的物质会离子化，形成高速上升的导电气道，此时我们就可看到酷似盛开花朵的闪电——“红色精灵”，如图所示。

碑漏

钟楼和鼓楼矗立于北京中轴线的最北端，宛如城市的守护神，默默守护着这片古老而神圣的土地。它们是元、明、清三代的报时中心，每当钟声响起，便昭示着新的一天的开始。如今，钟鼓楼更是城市文化的重要载体和象征。

在鼓楼的二楼有一件展品，因其外观形同石碑而被称为“碑漏”（图甲所示），这是一件古老的计时器。据《元史·齐履谦传》中的记载：“都城刻漏，旧以木为之，其形如碑，故曰‘碑漏’，内设曲筒，铜铯为丸，自碑首转行而下，鸣铙以为节。”

碑漏是木制的长方体，高2.2m，宽1.4m。内部安置13根铜管，自上而下按“之”字形排列。碑体上端设有投球孔，通向碑内第一根铜管，管内可储存多个铜球（图乙所示）。铜球受机关控制在指定时刻依次落入下方铜管，经12根铜管曲折下滚，在最后坠落时敲击铜铙发出清脆响亮的声音报时，同时触动机关使下一个铜球出发。两球之间相隔24s，一天就需要滚动钢球3600个。

碑漏又称铙弹刻漏，其精准的计时原理和独特的历史价值，不仅为古代科技研究提供了宝贵的实物证据，还展示了我国古代劳动人民的智慧。

请根据上述材料，回答下列问题：

热阻

当物体之间或同一物体的不同部分之间存在温度差时，就会发生热传递．热传导是热传递的一种方式，物体对热量的传导有阻碍作用，称为热阻，用R表示．物体的热阻与物体在热传导方向上的长度L成正比、与垂直传导方向的横截面积S成反比，还与物体的材料有关，关系式为R＝$\frac{L}{\lambda S}$ ， 式中λ称为材料的导热系数，不同材料的导热系数一般不同。

房屋的墙壁为了保温，往往使用导热系数较小的材料。如果墙壁一侧是高温环境，另一侧是低温环境，墙壁温度变化随着厚度改变而均匀递增（或递减），则在墙壁中能形成稳定的热量流动，单位时间内从高温环境传导到低温环境的热量Q与墙壁两侧的温度差成正比，与墙壁的热阻成反比。

（1）同一物体发生热传导的条件是物体的不同部分之间存在；热量传导过程和电流相似，温度差相当于电路中（选填“电流”或“电压”）；

（2）同样形状的材料，导热系数越大，热阻（选填“越大”或“越小”）；

（3）长方体实心铝块的长、宽、高分别为2L、1.5L、3L，竖立放置，当热量从左向右流动时，铝块的热阻为R₁ ， 热量从下向上流动时，铝块的热阻为R₂ ， 则R₁R₂（选填“＞”“＜”或“＝”）。