2023年中考物理总复习专题训练07　科普阅读题（北师大版、含答案）

专题突破(七)　科普阅读题　　　　　　　　　　 　　　　　　　
类型一　科学方法与发现
1.[2022·延庆一模]请阅读《研究物理问题常用的方法》并回答问题。
研究物理问题常用的方法
　　在学习物理过程中,我们不仅学习到了具体的物理知识,还接触到了许多物理研究方法,其中控制变量法、模型法、类比法、等效替代法和转换法等是研究物理问题时常见的方法。比如在研究电流与电压的关系时,需要控制电阻不变,这是用了控制变量法;在研究杠杆的平衡条件时,需要将实际的硬棒抽象为没有质量的杠杆模型,这是用了模型法;学习电流的概念时将电流与水流类比,这是用了类比法;耳熟能详的“曹冲称象”,使大量石块对船的作用效果与大象对船的作用效果相同,从而通过称量石块的质量得出了大象的质量,这是用了等效替代法。
　　转换法在很多地方也有运用。将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象,或者将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量,都是用了转换法。比如通过微小压强计U形管两侧液面的高度差反映液体内部压强的大小;通过电流的热效应和磁效应判断电流的存在;根据磁体吸引大头针数量的多少判断磁体磁性的强弱;在电热丝加热煤油的实验中用煤油温度的变化反映电流通过电热丝产生热量的多少等等,都用到了转换法。
　　此外,很多测量仪器也利用了转换法。比如用实验室常见的液体温度计测量温度时,我们是根据温度计中液柱的长短来体现温度高低的,这就是将温度的测量转化为长度的测量。同理,利用电流表测电流时,我们是在量程确定的情况下根据电流表指针偏转的角度来体现电流大小的,这就是将电流的测量转化为角度的测量。
(1)请你分别以静止状态下的“大象和船”及“石块和船”为研究对象进行受力分析,写出平衡方程并说明“曹冲称象”的实验原理。
(2)(多选)如图1所示的测量仪器中,将所测量的物理量转化为长度测量的是　　　　。(选填选项前的字母)
图1
2.[2022·北京]请阅读《科学重器——原子钟》 并回答问题。
科学重器——原子钟
星空浩瀚,地球章动,四季更替,草木枯荣。从人类意识觉醒开始,“时间”便如影随形。从太阳升落、日晷、沙漏、水钟、机械钟、石英钟到目前最准确的计时工具——原子钟,这些计时方法与工具的发展体现了不同时代劳动人民的智慧。
计时工具大多是以某种规则运动的周期(完成一次规则运动所用的时间)为基准计时的,比如日晷以日地相对运动的周期为基准;机械摆钟以摆的振荡周期为基准;石英钟以石英晶体有规则的振荡周期为基准。选作时钟基准的运动周期越稳定,测量时间的精准度就越高,基于此科学家制造出了原子钟(如图2所示)。它以原子释放能量时发出电磁波的振荡周期为基准,由于电磁波的振荡周期很稳定,使得原子钟的计时精准度可达每百万年才差1 s。
图2
　　人们通常选取自然界中比较稳定、世界各国都能接受的事物作为测量标准。正是由于原子辐射电磁波振荡周期的高稳定性,适合作为时间的测量标准,于是在1967年,国际计量大会将“1 s”重新定义为铯133原子辐射电磁波振荡9 192 631 770 个周期的持续时间。时间单位“秒”作为国际通用的测量语言,是人类描述和定义时空的标尺。
虽然制定了统一的时间测量标准,但若各地时间不能同步,也会给人们带来麻烦。比如,若电网调节时间不同步,可能会烧坏电机;金融市场时间不同步,可能会导致巨大的经济损失。这就需要有一个时间基准,用于实现时间的同步,就像日常生活中,我们常常根据电视台播报的时间来校准自己的时间一样。在我国,提供校准时间的是位于西安的国家授时中心的原子钟,它被用作基准钟,向电视、广播、网络等提供报时服务。
在导航系统中,如果导航定位的精准度为1 m,则要求卫星上原子钟的时间同步必须在3×10-9 s之内,这需要卫星上的原子钟和地面上的基准钟定期校准,以保证定位的精准度。我国自主研制的北斗导航系统中,原子钟堪称“导航卫星的心脏”,使我国在导航精准度方面达到厘米级,处于全球领先水准。北斗导航系统可以给安装了芯片的共享单车设定电子围栏,也可以判断汽车行驶在哪个车道,甚至还可以实现送货的无人机精准地降落在客户的阳台上。
计时工具的演变,展现了人类“时间文化”的进程,更彰显出人类精益求精、不断探索、追求卓越的科学精神。
(1)原子钟可以作为时间同步的基准钟,依据的是原子辐射电磁波振荡周期的　　　　　　。
(2)下列物体相比较,最适合提供计时基准的是　　　　。(选填正确选项前的字母)
A.摆动的小球
B.沿直线运动的汽车
C.静止的书本
(3)在实际生活中会出现各种“标准”。请你结合对文中时间“标准”的理解,除文中提到的实例外,再列举一个“标准”, 并说明该“标准”在具体实例中是如何应用的。
类型二　航天航空
3.[2022·海淀一模]请阅读《九天云外揽月回》并回答问题。
九天云外揽月回
在我国古代就有嫦娥奔月的美丽传说,我们也一直怀着“可上九天揽月”的豪情壮志。2004年,我国正式开展月球探测工程,并将其命名为“嫦娥工程”。嫦娥五号是我国首个实施无人月面取样返回的月球探测器,由轨道器、返回器、着陆器、上升器4个部分组成,其主要科学目标包括对着陆区的现场进行调查和分析,以及采集月球样品返回地球以后的分析与研究。
2020年11月23日18时30分许,长征五号遥五运载火箭加注助燃剂液氧和热值高的燃料液氢,24日,长征五号遥五运载火箭搭载嫦娥五号探测器成功发射升空,28日,嫦娥五号完成轨道修正进入环月轨道飞行。
我们知道,月球表面为真空状态,意味着不能利用空气阻力和降落伞实现减速。因此,嫦娥五号着陆器和上升器组合体在距离月面约15 km时,开启变推力发动机,实施动力下降,组合体相对月球的速度从约1.7 km/s开始逐渐降低。由于月球表面的月壤松软,距离月面较近时主发动机激起的大量月尘会污染组合体上的精密设备,因此组合体在距离月面一定高度时关闭发动机,然后只在月球的引力作用下着陆。虽然月球引力较小,降落高度也不高,但撞击月面时仍会形成较大的冲击力,因此必须设计相应的着陆缓冲系统,保证探测器不翻倒、不陷落。着陆缓冲机构,通俗地说就是嫦娥五号的“腿”,它是经过特殊设计的,它解决了着陆缓冲、着陆稳定性等多方面的问题,确保了嫦娥五号稳定可靠地完成与月球的“亲密拥抱”。成功着陆后,人们在地面可以通过各种天线和数据传输手段向远在3.8×108 m处月球表面着陆的嫦娥五号发送指令,随时了解它的动态。着陆器在人的控制下,首先进行了太阳翼和定向天线展开(如图3所示)等状态检查与设置工作,然后正式开始月面工作,自主采集月球样品,再由上升器成功携带样品返回。中国人的探月工程,为人类和平使用月球做出了新的贡献。
图3
(1)长征五号遥五运载火箭加注液氢作为燃料,主要是因为液氢的　　　　。(填字母序号)
A.比热容大　 B.密度小
C.热值高 D.质量大　
(2)从地面向在月球表面着陆后的嫦娥五号发出的指令,大约经　　　　　s,嫦娥五号才能够接收到。(结果保留一位小数)
(3)嫦娥五号着陆器和上升器组合体在落月时,撞击月面会形成较大的冲击力,为了保证组合体不翻倒、不陷落,请你利用所学物理知识,对嫦娥五号的“腿”的设计提出一条建议,说出设计方法和依据。
4.[2022·东城二模]请阅读《从“东方红”到“天问”》并回答问题。
从“东方红”到“天问”
1970年中国第一颗人造卫星“东方红一号”成功升空到今天,中国的航天已经走过了50余年的历程。在这段岁月里,我国航天事业创造了以“两弹一星”、载人航天、北斗工程、月球探测、火星探测等为代表的辉煌成就,走出了一条自力更生、自主创新的发展道路。
航天事业离不开运载火箭,我国的长征系列火箭的发展,可分为四个阶段,如表一所示。
表一
发展阶段 代表型号 主要特点 承担过的发射任务
第一代运载火箭 CZ-1 具有明显的战略武器型号特点,运载能力等总体性能偏低 “东方红一号”
第二代运载火箭 CZ-2D 采用有毒推进剂,采用了数字控制系统 “悟空号”暗物质 粒子探测卫星
第三代运载火箭 CZ-2F 任务适应能力大大提高,为满足载人航天任务需求,增加了故障检查和逃逸系统,简化了发射场测发流程 “神舟一号”
第四代运载火箭 CZ-5 采用无毒无污染推进剂,采用全箭统一总线技术和先进的电气设备,最大运载能力得到大幅提升 “天问一号”
　　迄今为止,我国应用长征系列火箭成功发射许多航天飞行器。如表二所示是一些典型飞行器的信息。
　　我国古代诗人屈原在《天问》中感叹:“遂古之初,谁传道之 上下未形,何由考之 ”表达了自己对星空和宇宙的向往。中国,作为火箭的“故乡”、最早进行“飞天”实践的国度,在当今太空探索开发的热潮中,正扮演着积极重要的角色。中国的现代航天人也正在砥砺前行,努力奋斗,将中国的飞船推向更加璀璨的星空!
表二
名称 绕行天体 质量/kg 轨道形状 飞行高度/km 运行周期/min
“东方红一号”卫星 地球 173 椭圆 437.7~2 057.6 110.3
“风云一号”A卫星 地球 750 圆 900 102.86
“风云二号”A卫星 地球 1 200 圆 35 786 1 440
“风云四号”A卫星 地球 5 400 圆 35 786 1 440
“神舟五号”飞船 地球 7 840 圆 343 91.64
“嫦娥一号”探测器 月球 约2 350 圆 200 约127
“天问一号”探测器 火星 约5 000 椭圆 280~ 59 000 约2 880
(1)我国发射的“天问一号”探测器承担的是 (选填“火星”或“月球”)的探测任务。
(2)“神舟五号”飞船在绕地球运行时的运动状态　　　 　(选填“发生”或“不发生”)改变。
(3)通过表一可知,第四代运载火箭与第一代运载火箭相比,优势是　　　　 　　　　。(写出一条即可)
(4)通过表二所给的信息,你能总结出与飞行器运行周期相关的规律是
　　 　。(写出一条即可)
5.[2022·顺义二模]请阅读《“天问一号”上的“黑科技”》,回答问题。
“天问一号”上的“黑科技”
　　2020年7月23日,我国首颗行星探测器“天问一号”在海南文昌火箭发射场发射成功。中国行星探测任务被命名为“天问系列”,是源于中国伟大诗人屈原的长诗,“日月安属 列星安陈 ”这是中国几千年的传统文化与现代科技的完美结合。
“天问一号”火星探测器使用了我国独立自主研发的多项“黑科技”。其中,火星车使用的热控材料是新型隔热保温材料——纳米气凝胶,它将分别用来应对“极热”和“极寒”两种严酷环境。纳米气凝胶是由纳米尺度的固体骨架构成的一个三维立体网络,网络结构间包含着丰富的纳米孔隙,孔隙率可以高达99.8%(图4甲展示了一种气凝胶的微观图景)。它纤细的骨架让热量传导变得非常困难,而大量的纳米孔隙就像一个个单独的房间,把单个的气体分子关起来,让气体分子既不能流动也不能彼此接触,从而把热“封锁在孔隙中”,既不对流传热,也不散发失热。“极热”考验出现在火星着陆阶段,着陆发动机产生的热量使周围的温度超过1 000 ℃,纳米气凝胶仅仅10 mm左右厚度的材料就能够在整个着陆过程让它身后的温度处于可接受的范围,就像消防员身上穿的防火服。“极寒”考验出现在火星巡视阶段,火星车的表面铺设了大面积的气凝胶板,能够确保火星车在-130 ℃的环境正常工作,就像登山运动员身上穿的防寒服。
图4
纳米气凝胶正是由于它的孔隙结构,使其密度只有1.5×10-2 g/cm3,同等体积下,质量只有钢的约,铝的约,水的约。其超轻性能方面的优势,由图乙展示可见,将一块气凝胶放置在新鲜花瓣上,花瓣未被压弯。这就确保了将气凝胶应用于火星车上时,几乎不会增加它的质量。
选择纳米气凝胶这种材料,一是因为它在密度、耐温性能和隔热性能等方面有先天的优势,二是它能够通过微观结构的调控,实现性能的差异化,把某一方面的性能优势进一步发挥到极致。
“探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国,是中国不懈追求的航天梦。”中国开展并持续推进深空探测,对保障国家安全、促进科技进步、提升国家软实力以及提升国际影响力具有重要的意义。
熔点/℃ 密度/(g·cm-3)
钢 1 515 7.9
铝 660 2.7
水 1.0
空气 1.29×10-3
(1)纳米气凝胶材料的骨架结构是纳米(nm)尺度的,下列换算关系正确的是　　　　。(填字母序号)
A.1 nm=1×103 m
B.1 nm=1×10-3 m
C.1 nm=1×10-6 m
D.1 nm=1×10-9 m
(2)由上表中的数据进行分析,同等体积下,纳米气凝胶的质量约是空气质量的　　　　倍。(结果保留三位有效数字)
(3)纳米气凝胶材料能应对“极热”和“极寒”的两种严酷环境,是因为



　。
(4)请你列举出一条纳米气凝胶材料的优点,并设想它在生产生活中的应用。
类型三　现代科技文明
6.[2022·石景山二模]请阅读《热敏电阻温度传感器》并回答问题。
热敏电阻温度传感器
大家已经知道,金属是良好的导体,介于导体和绝缘体之间还有一类物质叫半导体。金属和半导体的导电性能受温度影响明显。通常情况下,金属导体的导电性能会随温度增加而减弱。半导体材料与金属材料不同,有的半导体的导电性能会随温度增加而增强,有的半导体的导电性能会随温度增加而减弱。根据阻值随温度的变化而变化的特性,可以制作热敏电阻。用半导体材料制成的热敏电阻,其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。
根据温度影响金属导体和半导体的导电性能这一特性,不仅可以用来测量温度,还能作为热传感器运用到自动控制电路中。利用热敏电阻的特性做成的温度计,叫热敏电阻温度计。如图5甲所示是某种金属导体和某种半导体的电阻-温度特性图线。
图5
　　利用热敏电阻可以制成温度传感器,如图乙所示是一款利用热传感器设计的高温报警器电路,用于疫情期间对某商场的顾客进行体温检测,其工作原理如下:闭合开关S启动报警器工作,当顾客(被检测者)的体温高于37.3 ℃时,通过热敏电阻传感器识别后,电路中的电流就会增大,电磁铁的磁性增强,电磁继电器的衔铁被吸合,上面的动触点A和下面的静触点B接触,报警电路接通,红色指示灯亮起,同时电铃发出提醒的报警声音;断开开关S后,电路中没有电流,电磁铁的磁性消失,弹簧将衔铁拉起,上面的动触点A和下面的静触点B断开,电铃停止发声,红色指示灯熄灭。热敏电阻不仅可以用来制作温度报警器,还被广泛地运用在其他领域的自动控制电路中。
(1)图甲中半导体材料制成的热敏电阻属于　　　(选填“正”或“负”)温度系数热敏电阻。
(2)图乙中热敏电阻温度传感器的热敏电阻应选用图甲中的　　　　(选填“金属导体”或“半导体”)材料制作。
(3)图乙中报警电路的电铃和红灯是　　　　(选填“串联”或“并联”)连接的。
(4)若想提高报警器的环境报警温度,请你提出一种简单易行的操作方法。
7.[2022·丰台一模]请阅读《垃圾发电》并回答问题。
垃圾发电
近两年,垃圾分类成为人们生活核心议题之一。北京目前采取的垃圾分类方法为“四分法”,将垃圾分为厨余垃圾、可回收物、有害垃圾、其他垃圾。垃圾分类收集后被专门的运输车辆送到不同的分类处理地点,经过垃圾发电等处理延长了填埋场的使用寿命,有利于城市环境保护。
厨余垃圾会被堆肥处理,可回收物会被送到再生资源回收处,有害垃圾会被送到各类设施处实现无害化处理。那么看似没有用的“其他垃圾”呢 北京就已经有建成并使用的再生能源发电厂,“其他垃圾”通过“浴火重生”后变身成了宝贵资源。
其实这些“其他垃圾”被送到厂中后不能立即燃烧,需要按照时间分类堆放。经过脱水、发酵后才能送入焚烧炉。发电厂还有一个中央控制室,可以从监视器上看到垃圾从进入垃圾池到焚烧炉里燃烧的整个过程。炉内温度也始终显示在监视器上。垃圾焚烧时,炉内温度一般为900 ℃,炉心最高温度为1 100 ℃。经过焚烧,垃圾中的病原菌被彻底杀灭,从而达到无害化的目的。在高温焚烧(产生的烟雾经过处理)中产生的热量将工作物质转化为高温蒸汽推动涡轮机转动,使发电机产生电能。在某再生能源发电厂,1 t垃圾可以转化为400度的电能,可以补充电能不足,具有明显的节能效益。焚烧后体积可比原来缩小50%~80%,分类收集的可燃性垃圾灰渣只占原体积的5%,因而比将“其他垃圾”填埋等处理方法,更可达减量化的目的。
因此,兴建垃圾发电厂十分有利于城市的环境保护,尤其是对土地资源和水资源的保护,实现可持续发展。
(1)“其他垃圾”被送到再生能源发电厂后需要按照时间分类堆放。经过脱水、　　　　后才能送入焚烧炉;焚烧后得到的大量内能推动涡轮机转动,最终转化为　　　　。
(2)垃圾发电的优点是　　　　、　　　　和显著的节能效益。
类型四　时事相关
8.[2022·朝阳一模]阅读材料,回答问题。
三峡大坝
“更立西江石壁,截断巫山云雨,高峡出平湖”,这是毛泽东在《水调歌头·游泳》中对于三峡大坝的宏伟设想,而今这一愿望得以实现。三峡大坝位于中国湖北省宜昌市三斗坪镇境内,工程包括主体建筑物及导流工程两部分,全长约3 335 m,坝顶高程185 m。工程于1994年12月14日正式动工修建,2006年5月20日全线修建成功。兴建三峡工程的首要目标是防洪,同时还有发电、通航、枯水期补水、调节生态等多方面的功能。
2020年6月8日在长江主汛期来临前夕,三峡大坝上游水位已消落至防洪限制水位145 m,提前腾出全部防洪库容。入汛以来,通过长江流域的控制型水库群发挥联合调度的拦蓄调控,在7月第3号洪水来临时,三峡水库水位从7月25日的约158.5 m持续上涨,至7月29日,最高涨至将近163.5 m。三峡水库避免了上游洪水与洞庭湖洪水叠加,有效缓解了长江中下游防洪压力,对长江2020年第3号洪峰产生有效拦截。拦河大坝的泄洪坝段位于河床中部,在泄洪时采用鼻坎挑流技术,如图6所示,将水流挑向空中使水流在空中分散,最终变成扩大数倍的松散水柱,从而减小了水流对坝基的冲击作用。
图6
　　在大坝的左、右两侧有水电站厂房,机组单机额定容量70万千瓦。左岸山体内还有永久船闸和升船机。永久船闸为双线五级连续梯级船闸,可通过万吨级船队;爬升式垂直升船机,一次过船规模为3 000吨级,最大垂直升降高度113 m,上升速度约为0.1 m/s,是世界上规模最大、技术难度最高的升船机项目。3 000吨级的大型客轮过坝时间由通过永久船闸的3.5 h缩短为约40 min,使长江黄金水道通航效益及社会经济效益得以充分发挥。
三峡工程是中华民族在三峡谱写的一首新的民族之歌,世界第一的三峡大坝和世界上最大的水电站以及通航建筑物,成为新的世界奇观。
(1)从2020年6月8日到7月29日,水对三峡大坝底部的压强　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)升船机提升船只时对船做功的最大功率约为　　　　W。(g取10 N/kg)
(3)文中介绍的鼻坎挑流技术减小了水流对坝基的冲击作用。请举出应用此技术设计理念的一个例子,并进行简单的解释说明。
9.[2022·西城二模]请阅读《“冰丝带”——国家速滑馆》并回答问题。
“冰丝带”——国家速滑馆
国家速滑馆(如图7甲所示)有一个晶莹美丽的昵称——“冰丝带”。场馆的曲面幕墙系统,由3 360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”造型。国家速滑馆是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。馆内拥有目前亚洲最大的全冰面,面积达1.2万平方米。其中包括3条400 m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(如图乙所示)。
图7
　　国家速滑馆力求打造出世界上平原地区“最快的冰”。要想提高在冰面上滑行的速度,冰面平整、冰温均匀,是必不可少的条件。工人师傅们制出的混凝土冰板层水平高差在4 mm左右,非常平整。制冰时,混凝土冰板层下方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直接蒸发,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,冻成厚度为几毫米的冰面,经过很多次这样的工序,厚度为几十毫米的冰面才能冻结成功。冰面温差被控制在0.5 ℃以内,有利于运动员创造好成绩。不同冰面可进行分区制冷,对每块冰面单独控温,实现场馆“同时运行、不同使用”。场馆制冰系统集成设计和冰板结构设计两个关键设计方案已取得专利。
二氧化碳制冷剂是环保性最好的冷媒之一,碳排放值趋近于零。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。
(1)要想提高运动员在冰面上滑行的速度,对冰面和冰温的要求是　　　　 　　　　　　　。
(2)制冰时,使混凝土冰板层温度下降的原因是　　　 　　。
(3)为什么说国家速滑馆是一个绿色节能型场馆
10.[2022·海淀二模]请阅读《潜水艇》,回答下列问题。
潜水艇
潜水艇是一种能潜入水下活动的舰艇,其结构复杂、工艺精细,潜水艇的制造能力代表着一个国家的综合工业水平。现代潜水艇的艇体一般由双层船壳构成,外层与海水接触,内层为坚硬的耐压壳。潜水艇在上浮和下潜时,其体积是一定的。
两层船壳之间有水柜,在控制潜水艇上浮和下潜的过程中,起主要作用的是主水柜,从艇艏(艇头部)到艇艉(艇尾部)设有许多隔板,把主水柜分成了许多不相通的部分,每一部分的结构都如图8所示,顶部分别装有一个接高压空气的阀门和一个与外部相通的阀门1(通气阀门),下端还装有一个与外部相通的阀门2(通海阀门),利用三个阀门关闭与打开的不同组合,就可以改变水柜中的水量,实现潜水艇的上浮与下潜。例如,打开高压空气阀门(其他阀门处于恰当状态),向水柜内注入高压空气时,可以将水柜内的海水从相关阀门排出,潜水艇将上浮。
图8
(1)潜水艇是通过改变　　　　　　　　来实现上浮或下潜的。
(2)(多选)关于水柜的使用,下列说法合理的是　　　 　。(填字母序号)
A.欲使漂浮在海面上的潜水艇下潜,则应打开阀门1和阀门2,关闭高压空气阀门
B.欲使漂浮在海面上的潜水艇下潜,则应打开阀门2和高压空气阀门,关闭阀门1
C.欲使悬浮在海面下的潜水艇上浮,则应打开阀门2和高压空气阀门,关闭阀门1
D.欲使悬浮在海面下的潜水艇上浮,则应打开阀门1和高压空气阀门,关闭阀门2
(3)潜水艇两层船壳之间的主水柜,从艇艏到艇艉设有许多隔板,把主水柜分成了许多不相通的部分,这样的设计有什么优点呢 (说出一条即可)
类型五　古代文明
11.[2022·北京]请阅读《华夏之光——圭表》并回答下列问题。
华夏之光——圭表
我国古代的天文观测一直居于世界领先地位,天文学家们发明了许多先进的天文观测仪器,其中圭表就是典型的代表。圭表(如图9甲所示)包括圭和表两部分,正南北方向平放的尺叫圭,直立在平地上的标杆或石柱叫表,圭和表相互垂直。
图9
战国以前的天文学家已经能够利用水面来校正圭,使其水平,利用铅垂线来校正表,使其与圭相互垂直。
依据圭表正午时表影长度的变化,就能推算出二十四节气,依据表影长短的周期性变化,就能确定一回归年的天数,由于日光散射和漫反射的影响,早期圭表的表影边缘模糊不清,影响了测量表影长度的精度。为了解决上述问题,元代天文学家郭守敬采取理论与实践相结合的科学方法,对圭表进行了一系列改进与创新。他将表的高度增加,并且在表顶加一根架空的横梁,使表高变为传统表高的五倍。这样,测量时,把传统的确定表影端的位置变为确定梁影中心的位置,提高了测量影长的精度。
郭守敬又利用小孔成像的原理,发明了景符,利用景符可以在圭面上形成太阳和横梁的清晰像(如图乙所示),这样就可以精确地测量表的影长了。这些措施成功解决了圭表发明以来,测影时“虚景之中考求真实”的困难。
以圭表为代表的我国古代的科技成果,像一颗颗璀璨的明珠,闪耀着智慧的光芒,激励着我们攀登新的科技高峰。
(1)请写出我国古代天文学家保证圭和表相互垂直的措施,并解释为什么这种措施可以保证圭和表是相互垂直的。
(2)郭守敬的改进与创新措施解决了早期圭表的什么问题
(3)除了圭表,请你再列举一个我国古代天文观测仪器。
答案
1.(1)“大象和船”及“石块和船”静止时均处于漂浮状态,
根据漂浮条件可知,受到的浮力均等于各自的总重力,即=G船+G大象;=G船+G石头。
由于船上放大象和放石头时水面达到同一记号处,即排开水的体积相同,根据阿基米德原理可知,两种情况受到的浮力相同,即;
所以有G船+G大象=G船+G石头,则G大象=G石头,故m大象=m石头。
(2)BE
2.(1)高稳定性　(2)A　
(3)1.30 m是儿童免费乘坐北京地铁的身高标准,身高低于1.30 m的儿童可享受免费乘车待遇,身高达到1.30 m及以上的则不能享受免费乘车待遇(其他实例合理即可)
3.(1)C　
(2)1.3　
(3)建议:适当增大“腿”的着陆面积
依据:压力一定时,受力面积越大,压强越小,保证不陷落
(其他答案合理即可)
[解析](2)由材料可知,从地面到月球表面的距离s=3.8×108 m,采用电磁波传输信号,信号传输的速度v=3×108 m/s,则所需时间t=≈1.3 s。
4.(1)火星　
(2)发生
(3)运载能力大幅提升
(4)飞行器的运行周期与质量无关(其他答案合理即可)
5.(1)D　(2)11.6
(3)纤细的骨架让热量传导变得非常困难,纳米气凝胶中大量的纳米孔隙就像一个个单独的房间,把单个的气体分子关起来,让气体分子既不能流动也不能彼此接触,从而把热“封锁在孔隙中”,既不对流传热,也不散发失热
(4)纳米气凝胶隔热性能强,可将其做成消防员的防火服。
[解析](2)体积相同时,由ρ=可得≈11.6。
6.(1)负　(2)半导体
(3)并联
(4)调节滑动变阻器使其接入电路的阻值变大(或降低控制电路的电源电压,其他合理答案亦可)。
[解析](1)由图可知,该半导体材料制成的热敏电阻的阻值随着温度的升高而变小,是负温度系数热敏电阻。
(2)由材料可知,当顾客(被检测者)的体温高时,通过热敏电阻传感器识别后,电路中的电流就会增大,这说明热敏电阻传感器的热敏电阻的阻值随着温度的升高而变小,是用半导体材料制作的。
7.(1)发酵　电能　(2)无害化　减量化
[解析](1)由材料中“其实这些‘其他垃圾’被送到厂中后不能立即燃烧,需要按照时间分类堆放。经过脱水、发酵后才能送入焚烧炉”可知,“其他垃圾”经过脱水、发酵后才能送入焚烧炉。由材料中“在高温焚烧(产生的烟雾经过处理)中产生的热量将工作物质转化为高温蒸汽推动涡轮机转动,使发电机产生电能”可知,“其他垃圾”焚烧后得到的大量内能推动涡轮机转动,最终转化为电能。
(2)由材料中“经过焚烧,垃圾中的病原菌被彻底杀灭,从而达到无害化的目的”和“焚烧后体积可比原来缩小50%~80%,分类收集的可燃性垃圾灰渣只占原体积的5%,因而比将‘其他垃圾’填埋等处理方法,更可达减量化的目的”可知,垃圾发电的优点有无害化和减量化。
8.(1)增大　(2)3×106
(3)铁轨下面铺放枕木,通过增大受力面积减小压强(答案合理即可)
[解析](1)由材料可知,从2020年6月8日到7月29日,三峡水库水位从145 m上涨至约163.5 m,由公式p=ρgh可知,随着水位的升高,水对大坝底部的压强逐渐增大。
(2)升船机提升船只时对船做功的最大功率约为P=F大v=G船大v=3 000×103 kg×10 N/kg×0.1 m/s=3×106 W。
9.(1)冰面平整,冰温均匀
(2)液态二氧化碳蒸发吸热,有制冷作用
(3)因为国家速滑馆在采用二氧化碳跨临界直接蒸发制冷过程中,碳排放值趋近于零;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。所以说它是一个绿色节能型场馆。
10.(1)水柜中水的多少(或潜水艇自重)　(2)AC
(3)提升安全性,在一个水柜出现问题时,对整体的浮潜影响较小。
[解析](2)欲使漂浮在海面上的潜水艇下潜,应增大自重,让水进入水柜,则应打开阀门1和阀门2,关闭高压空气阀门,故A符合题意,B不符合题意。欲使悬浮在海面下的潜水艇上浮,应减小自重,将水排出,则应打开阀门2和高压空气阀门,关闭阀门1,故C符合题意,D不符合题意。
11.(1)措施:利用水面来校正圭,使其水平,利用铅垂线来校正表,使其与圭相互垂直。
原因:铅垂线是利用“重力方向竖直向下”工作的,与水平面互相垂直。
(2)把传统的确定表影端的位置变为确定梁影中心的位置,提高了测量影长的精度。
(3)日晷(或浑天仪、水运仪象台等,其他答案合理亦可)。