
萊頓弗羅斯特效應(yīng)
1756年,德國(guó)醫(yī)生菜頓弗羅斯特在一把燒紅的鐵勺上滴了一滴水珠,水珠竟然懸浮起來并能持續(xù)30s,人們把這一現(xiàn)象稱為萊頓弗羅斯特效應(yīng)。
研究發(fā)現(xiàn)把液體滴落在遠(yuǎn)高于自身沸點(diǎn)的高溫物體表面時(shí),一部分液體會(huì)發(fā)生劇烈沸騰,液體沸騰時(shí),會(huì)有氣體不斷產(chǎn)生,在液體和高溫物體表面之間會(huì)瞬間形成一個(gè)“氣墊”。如圖甲所示。由于蒸氣具有良好的隔熱效果,“氣墊”很快將沸騰抑制住。液滴懸浮在“氣墊”上,在液滴重力的作用下,“氣墊”中的氣體從四周無規(guī)則逸出,“氣墊”就會(huì)拖著液滴在高溫物體表面幾乎沒有摩擦的情況下四處滑動(dòng)。
(1)如圖甲所示,“氣墊”的形成是___________(填物態(tài)變化名稱)現(xiàn)象?!皻鈮|”減小液滴與高溫物體之間摩擦的方式與__________(選填“磁懸浮列車”或“輪滑鞋”)相同;
(2)如圖乙所示,將手伸入-196℃的液氮中停留數(shù)秒不會(huì)凍傷,是利用__________(選填“液氮”或“汗液”)發(fā)生物態(tài)變化形成的氣墊層保護(hù)了手;
(3)用普通鐵鍋不放油煎雞蛋,若要雞蛋不粘鍋,以下兩種做法合理的是__________。
A.先打入雞蛋再燒熱鐵鍋 B.先燒熱鐵鍋再打入雞蛋
【答案】(1)汽化 磁懸浮列車 (2)液氮 (3)B
【解析】(1)由題意可知,研究發(fā)現(xiàn)把液體滴落在遠(yuǎn)高于自身沸點(diǎn)的高溫物體表面時(shí),一部分液體會(huì)發(fā)生劇烈沸騰,液體沸騰時(shí),會(huì)有氣體不斷產(chǎn)生,在液體和高溫物體表面之間會(huì)瞬間形成一個(gè)“氣墊”,因此“氣墊”的形成是液體汽化形成的。
“氣墊”是使液滴與高溫物體相分離來減小摩擦的。磁懸浮列車是使接觸面相分離來減小摩擦的,輪滑鞋是變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦來減小摩擦的,因此與“氣墊”減小液滴與高溫物體之間摩擦的方式相同的是磁懸浮列車。
(2)將手伸入-196℃的液氮中停留數(shù)秒不會(huì)凍傷,液氮的沸點(diǎn)低于手的溫度,因此汽化形成的氣墊層保護(hù)了手。
(3)由上述題意可知,液體滴落在遠(yuǎn)高于自身沸點(diǎn)的高溫物體表面時(shí),一部分液體會(huì)發(fā)生劇烈沸騰,因此應(yīng)當(dāng)先燒熱鐵鍋再打入雞蛋,從而雞蛋才能不粘鍋。
故選B。
2. (2024蘇州)閱讀材料,回答問題
圭表與二十四節(jié)氣
如圖甲中的圭表是我國(guó)古代的重大發(fā)明。表是垂直立于地面的標(biāo)桿,圭是正南正北方向水平放置的尺。用它測(cè)量正午時(shí)表影的長(zhǎng)度,從而確定一年的時(shí)間和季節(jié)。
戰(zhàn)國(guó)時(shí)已經(jīng)采用水面來校正圭使其水平,用鉛垂線來校正表使其與圭垂直。由于光的散射和漫反射等的影響,早期圭表的表影邊緣模糊不清,影響測(cè)量表影長(zhǎng)度的精度。元代天文學(xué)家郭守敬對(duì)圭表進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新,他將表的高度增加到原來的五倍,且在表頂加一根架空的橫梁,他還發(fā)明了景符,用小孔成像原理可以在圭面上形成太陽和梁的清晰像,把確定表端影的位置變?yōu)榇_定梁影中心的位置,較大提高了測(cè)量的精度,如圖乙所示。
通過測(cè)量正午時(shí)表影長(zhǎng)短的變化,推算出一回歸年為365.25天,按照季節(jié)變化將一年劃分為二十四節(jié)氣(如圖丙),用以指導(dǎo)生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。2016年11月30日,聯(lián)合國(guó)教科文組織批準(zhǔn)“二十四節(jié)氣”列入人類非物質(zhì)文化遺產(chǎn)代表作名錄。以圭表為代表的我國(guó)古代的科技成果,閃耀著智慧的光芒,激勵(lì)著我們攀登新的科技高峰。
(1)我國(guó)古代天文學(xué)家用_________使表豎直;
(2)郭守敬提高測(cè)量精度的措施有_________;
(3)一年中,學(xué)校的旗桿正午桿影最長(zhǎng)的是二十四節(jié)氣中的_________;
(4)地面上深10cm,面積為的水池裝滿水,在相同時(shí)間內(nèi),太陽光垂直照射水面使水升高的溫度為,與水平方向成60°照射水面使水升高的溫度為,則_________(忽略其它因素的影響)。
【答案】(1)鉛垂線 (2)見解析 (3)冬至 (4)
【解析】(1)由閱讀材料可知,“戰(zhàn)國(guó)時(shí)已經(jīng)采用水面來校正圭使其水平,用鉛垂線來校正表使其與圭垂直”,所以我國(guó)古代天文學(xué)家用鉛垂線來校正表使其豎直。
(2)由閱讀材料可知,“他將表的高度增加到原來的五倍,且在表頂加一根架空的橫梁,他還發(fā)明了景符,用小孔成像原理可以在圭面上形成太陽和梁的清晰像,把確定表端影的位置變?yōu)榇_定梁影中心的位置,較大提高了測(cè)量的精度”,所以郭守敬提高測(cè)量精度的措施有:增加圭表的高度、在圭表頂端添加橫梁、發(fā)明了景符、利用小孔成像原理確定梁影中心的位置。
(3)由圖丙可知,一年中,學(xué)校的旗桿正午桿影最長(zhǎng)的是二十四節(jié)氣中的冬至。
(4)在相同時(shí)間內(nèi),太陽光釋放的能量是相同的,當(dāng)太陽光垂直照射水面,單位面積里照到的光多,水吸收的熱量多;當(dāng)太陽光與水平方向成60°斜照射水面時(shí),單位面積里照到的光少,水吸收的熱量少。太陽光垂直照射水面的有效面積是,太陽光與水平方向成60°斜照射水面的有效面積是,兩種方式水池中的水吸收的熱量與有效面積成正比,所以垂直照射水面吸收的熱量與斜照射水面吸收的熱量之比為
水池中水的質(zhì)量和比熱容是相同的,根據(jù)比熱容變形公式可得,升高的溫度與吸收的熱量成正比,所以太陽光垂直照射水面使水升高的溫度與太陽光水平方向成60°照射水面使水升高的溫度為之比為
3. (2024江蘇鹽城)閱讀短文,回答問題。
智能道閘——助力汽車進(jìn)出管理
如圖甲是小區(qū)大門口常見的一種智能道閘,它由車輛識(shí)別系統(tǒng)、閘機(jī)和地感系統(tǒng)三部分組成。道閘的橫桿具有強(qiáng)度高、耐腐蝕和重量輕等特點(diǎn)。
當(dāng)車輛靠近道閘時(shí),攝像頭采集到車輛信息,與系統(tǒng)內(nèi)已有信息進(jìn)行比對(duì),給閘機(jī)的電動(dòng)機(jī)發(fā)出是否放行指令。或由管理員通過遙控器控制是否放行。車輛放行后,進(jìn)入地感線圈區(qū)域時(shí),路面下的線圈中電流發(fā)生變化,這個(gè)變化信號(hào)通過檢測(cè)器傳給閘機(jī),橫桿不會(huì)落下。
為讓橫桿平穩(wěn)起落,需給電動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速,減速系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖乙所示。首先電動(dòng)機(jī)通過轉(zhuǎn)軸末端的單頭蝸桿A(相當(dāng)于齒數(shù)為1的齒輪)帶動(dòng)蝸輪B實(shí)現(xiàn)第一次減速;接著與蝸輪同軸的齒輪C再帶動(dòng)與之嚙合的齒輪D,實(shí)現(xiàn)第二次減速,橫桿通過連桿實(shí)現(xiàn)起降。減速比是描述減速程度的重要參數(shù),可用后一個(gè)齒輪的齒數(shù)與前一個(gè)齒輪齒數(shù)的比值來計(jì)算。該閘機(jī)的第一次減速比應(yīng)該為蝸輪B的齒數(shù)與1的比值,若數(shù)值為,即表示蝸桿A轉(zhuǎn)n轉(zhuǎn),蝸輪B轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)。整個(gè)系統(tǒng)的減速比可用每次減速比的乘積得到。
為了提高橫桿的轉(zhuǎn)動(dòng)效果,通常還在閘機(jī)箱體內(nèi)連桿末端一側(cè),安裝彈簧輔助電動(dòng)機(jī)工作。
(1)以下的材料中最適合用作道閘橫桿的是( )
A.鐵質(zhì)材料 B.泡沫材料
C.鋁合金材料 D.玻璃材料
(2)閘機(jī)中的遙控接收器和電動(dòng)機(jī)是______(串/并)聯(lián)的。
(3)車輛進(jìn)入時(shí),為了避免被橫桿砸傷,地感線圈安裝的大致位置是______。
A.橫桿下方區(qū)域 B.道閘外面5m處 C.道閘里面5m處
(4)若某智能道閘電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000r/min,蝸輪B的齒數(shù)為240,齒輪C的齒數(shù)為40,齒輪D的齒數(shù)為50,則該道閘整個(gè)系統(tǒng)的減速比是______,道閘橫桿起桿(從水平位置轉(zhuǎn)動(dòng)到豎直位置)時(shí)間約為______s。
(5)道閘起桿時(shí)間過長(zhǎng),請(qǐng)你針對(duì)此現(xiàn)象提出合理的改進(jìn)措施:______。
【答案】 (1) C (2)并 (3) C (4)300 1.5 (5)更換具有更高減速比(或更高轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī))
【解析】(1)考慮道閘橫桿需要具備的特性,包括強(qiáng)度高、耐腐蝕和重量輕。在這四個(gè)選項(xiàng)中:鐵質(zhì)材料雖然強(qiáng)度高,但重量較大,且耐腐蝕性能不如鋁合金;泡沫材料顯然強(qiáng)度不夠,不適用于此場(chǎng)景;鋁合金材料強(qiáng)度高、耐腐蝕,并且重量相對(duì)較輕,符合所有要求;玻璃材料雖然耐腐蝕,但強(qiáng)度不夠,且容易碎裂,不適合做橫桿。
故選C
(2)在閘機(jī)中,遙控接收器用于接收遙控信號(hào),而電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)橫桿起落。遙控器和識(shí)別系統(tǒng)都能控制電動(dòng)機(jī),這樣他們就不能串聯(lián),只能并聯(lián)。
(3)為了確保車輛進(jìn)入時(shí)不會(huì)被橫桿砸傷,地感線圈應(yīng)該安裝在車輛能夠觸發(fā)但橫桿還未落下的位置。這意味著地感線圈應(yīng)該安裝在車輛通過道閘但還未完全離開道閘的區(qū)域內(nèi)。考慮到這一點(diǎn),最合適的位置是道閘里面5m處,這樣車輛在進(jìn)入地感線圈區(qū)域時(shí),橫桿仍然處于抬起狀態(tài)。
故選C。
(4)首先,計(jì)算第一次減速比。由于蝸桿A的齒數(shù)為1,蝸輪B的齒數(shù)為240,所以第一次減速比為
接著,計(jì)算第二次減速比,齒輪C的齒數(shù)為40,齒輪D的齒數(shù)為50,所以第二次減速比為
整個(gè)系統(tǒng)的減速比是兩次減速比的乘積,即
電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000r/min,即每秒轉(zhuǎn)50r。經(jīng)過300倍的減速,橫桿每秒轉(zhuǎn)
道閘橫桿起桿(從水平位置轉(zhuǎn)動(dòng)到豎直位置)需要轉(zhuǎn)動(dòng),那么所需時(shí)間就是
(5)針對(duì)道閘起桿時(shí)間過長(zhǎng)的問題,一個(gè)合理的改進(jìn)措施是更換具有更高減速比或更高轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)。這樣可以在保證橫桿平穩(wěn)起落的同時(shí),減少起桿所需的時(shí)間。
4. 閱讀材料,回答問題。
探索太空
2024年4月,神舟十八號(hào)航天員乘組入駐“天宮”空間站,此次太空之旅的“閉環(huán)水生生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”和“太空漫步”兩個(gè)項(xiàng)目研究十分引人注目。
“閉環(huán)水生生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目研究中,航天員把斑馬魚放在封閉的太空魚缸里,用“金魚藻”水生植物給魚呼吸提供氧氣,魚呼吸產(chǎn)生的二氧化碳和LED燈的光照為水生植物進(jìn)行光合作用提供條件。
在太空漫步可不象在地面上行走那么容易,航天員要穿上艙外航天服,穿航天服前還要穿上一個(gè)帶有很多管子的“通風(fēng)液冷服”,以便帶走艙外行走時(shí)產(chǎn)生的大量熱,它一般用水做輸運(yùn)能量的介質(zhì)。即便如此,航天員在太空漫步還是會(huì)面臨許多阻礙,需要他們想辦法克服。
此次的項(xiàng)目研究,或?qū)㈤_啟人類太空長(zhǎng)期生存的新紀(jì)元。
(1)航天員在空間站通過___________(填“電磁波”或“超聲波”)與地面聯(lián)系。
(2)為“金魚藻”進(jìn)行光合作用提供光照的LED燈是一種發(fā)光二極管,它是用___________(填“導(dǎo)體”“絕緣體”或“半導(dǎo)體”)材料制成的。
(3)艙外航天服內(nèi)的“通風(fēng)液冷服”通常用水做輸運(yùn)能量的介質(zhì),是利用了水的___________的特性。
【答案】 (1)電磁波 (2)半導(dǎo)體 (3) 比熱容大
【解析】(1)電磁波可以在真空中傳播,所以航天員在空間站通過電磁波與地面聯(lián)系。
(2)LED是一種發(fā)光二極管,通過電流時(shí)不用經(jīng)過加熱燈絲、直接能夠發(fā)光,即把電能直接轉(zhuǎn)化成光能;LED燈主要由半導(dǎo)體材料制成。
(3)艙外航天服內(nèi)的通風(fēng)液冷服''通常用水做輸運(yùn)能量的介質(zhì),是因?yàn)樗谋葻崛荽?,在相同情況下,水可以吸收更多的熱量。
5. (2024齊齊哈爾市)閱讀短文,回答問題。
噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)
噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)分為火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。2023年,我國(guó)的長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭,成功將一顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。該運(yùn)載火箭靠火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)獲得推進(jìn)力。
火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)本身帶有燃料和氧化劑,不需要外界空氣來助燃,其燃料有固體的和液體的。如圖甲所示是液體火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理示意圖,燃料和氧化劑分別裝在兩個(gè)箱子里,由輸送系統(tǒng)按時(shí)按量地把燃料和氧化劑噴入燃燒室,用電火花點(diǎn)燃,燃燒產(chǎn)生的氣體以很高的速度從尾部噴出,對(duì)火箭產(chǎn)生強(qiáng)大的反沖推力使它前進(jìn)。
空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)本身只攜帶燃料,需要從外界空氣中獲得足夠的氧來助燃??諝鈬姎獍l(fā)動(dòng)機(jī)的種類很多,如圖乙所示為空氣渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖。工作過程中,機(jī)身在空氣中高速前進(jìn),空氣從進(jìn)氣口進(jìn)入,被壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入燃燒室和從噴霧器噴出的燃料混合,由火花塞點(diǎn)火燃燒,產(chǎn)生大量氣體向后噴出,沖擊燃?xì)廨啓C(jī)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng),最后氣體以極大的速度從尾部噴管噴出,使機(jī)身得到巨大的反沖推力向前飛行。
(1)地面控制中心與衛(wèi)星之間是通過發(fā)射和接收______進(jìn)行通信的;
(2)火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中,先將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為______能,然后再將其轉(zhuǎn)化為火箭的______能;
(3)______(選填“火箭”或“空氣”)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)不能在大氣層外工作;
(4)如圖乙所示的空氣渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中,氣體溫度是不斷變化的。下列圖像中,能大致反映氣體的溫度隨時(shí)間變化的是______。
A. B.
C. D.
【答案】 (1) 電磁波 (2)內(nèi) 機(jī)械 (3) 空氣 (4) C
【解析】(1)地面控制中心與衛(wèi)星之間是通過發(fā)射和接收電磁波進(jìn)行通信的,因?yàn)殡姶挪梢栽谡婵罩袀鞑?,而衛(wèi)星處于大氣層外,無法使用其他介質(zhì)進(jìn)行通信。
(2)火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中,首先通過燃燒將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,然后利用這些內(nèi)能來推動(dòng)火箭運(yùn)動(dòng),從而將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為火箭的動(dòng)能和勢(shì)能,即機(jī)械能。
(3)空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)需要空氣中的氧氣來助燃,因此不能在大氣層外工作。而火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)本身帶有燃料和氧化劑,不需要外界空氣來助燃,因此可以在大氣層外工作。
(4)在空氣渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中,氣體首先被壓縮,溫度會(huì)升高,然后燃料和空氣混合燃燒,溫度會(huì)再次升高,最后氣體被噴出,溫度會(huì)降低。故ABD不符合題意,C符合題意。
故選C。
6. (2024廣東?。╅喿x短文,回答問題。
載人飛艇
2024年3月30日,我國(guó)自主研制的“祥云”AS700載人飛艇成功完成首飛。某飛艇如圖甲所示,其氣囊體積巨大,采用輕質(zhì)材料制作。飛艇升空靠浮力來實(shí)現(xiàn),水平飛行靠發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的能量用于做推動(dòng)功和輔助功:推動(dòng)功指克服空氣阻力推動(dòng)飛艇水平飛行做的功;輔助功指發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)飛艇上發(fā)電機(jī)工作所做的功,輔助功的功率恒定。
當(dāng)飛艇低速水平直線飛行時(shí),其受到的空氣阻力與速度v的關(guān)系如圖乙所示。飛艇部分參數(shù)見表。忽略氣囊厚度及氣囊外其他部分受到的浮力。
(1)氣囊采用輕質(zhì)材料制作是為了減小________;
(2)飛艇的發(fā)電機(jī)利用___________的原理發(fā)電;
(3)將氣囊充滿氦氣,此時(shí)飛艇受到的浮力為_______N,飛艇最多可載_______位乘客升空;(每位乘客質(zhì)量,,,)
(4)飛艇先后以3m/s和6m/s的速度水平勻速直線飛行相同的時(shí)間,推動(dòng)功分別為和,則________;
(5)飛艇低速水平勻速直線飛行時(shí),若消耗10kg燃油,可飛行的最大距離為________km。(燃油熱值)
【答案】 (1)重力 (2)電磁感應(yīng) (3) 5.04×104 7 (4)1∶4 (5)16.2
【解析】(1)氣囊采用輕質(zhì)材料制作,因?yàn)檩p質(zhì)材料密度小,根據(jù)可知,體積一定時(shí)是為了減小飛艇的質(zhì)量,從而減小重力。
(2)飛艇的發(fā)電機(jī)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原理發(fā)電,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
(3)飛艇受到的浮力
飛艇最多可載乘客升空時(shí),飛艇的重力等于受到的浮力,即
G=F浮?=5.04×104N
則飛艇的總質(zhì)量
氣囊總?cè)莘e4200m3,氦氣的質(zhì)量是
飛艇最多可載乘客的質(zhì)量
m人?=m?m飛艇??m氦氣=5.04×103kg?3750kg?840kg=450kg
飛艇最多可載乘客的位數(shù)
(位)
取整數(shù),即飛艇最多可載7位乘客升空。
(4)由圖乙可知,飛艇先后以3m/s和6m/s的速度水平勻速直線飛行時(shí)受到的阻力分別為1.5×103N、3×103N,因
W=Fs=fvt
所以,推動(dòng)功之比
故。
(5)燃油完全燃燒釋放的熱量
由?可得,發(fā)動(dòng)機(jī)做的功
由圖乙可知,f=500v。由
W=W推+W輔
可得
1.62×108J=500vs+5×104W×t
由可得
①
當(dāng)
時(shí),v=10m/s。此時(shí)①式中的分母有最小值,s有最大值,最大值為
空載質(zhì)量(不含氦氣)
3750kg
氣囊總?cè)莘e
發(fā)動(dòng)機(jī)額定輸出功率
輔助功的功率
發(fā)動(dòng)機(jī)效率
36%
最大速度
70km/h
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