专题八 跨学科实践(项目实践活动)
类型一 物理学与日常生活
角度1 日常生活与物理学
1.生活中常见的锅有铁锅、铝锅和陶瓷锅等,小昕想比较陶瓷锅、铁锅的导热性能。现有形状、大小、厚度相同的陶瓷锅和铁锅,请你设计实验方案:
(1)实验器材:陶瓷锅、铁锅、足量初温相同的水、 温度计 ;(请补充器材)
(2)实验步骤: ①由于两个锅的体积相同,故都加满温度相同的水。②用相同的炉火加热相同时间,用温度计测量温度 ;
(3)结论分析: 若铁锅中水的温度高,说明铁锅导热性能较好,否则陶瓷锅的导热性好 ;
(4)电磁炉工作时,变换器将家庭电路交流电变换成直流电,再逆变成高频交流电流过线圈,线圈产生变化的磁场,该变化的磁场在锅体的锅底形成感应电流而发热。锅底产生的感应电流具有邻近效应。即锅底靠近线圈时,锅底的感应电流最大,且感应电流随锅体离线圈距离增大而显著减小。在电磁炉上使用的锅体担负着能量转化的任务,故对锅体的材料有一定的要求,一般采用磁性的金属材料制成。
根据阅读材料,下列适宜制作电磁炉的烹饪锅的是 A ;
A.铁锅 B.铝锅 C.陶瓷锅
请说明选择的理由:由材料中“对锅体的材料有一定的要求,一般采用磁性的金属材料制成”可知,适用于制作电磁炉的烹饪锅是铁锅。
2.(2024·广东中考)鞋子面料的透水汽性会影响脚的舒适感。透水汽性是指单位时间内透过单位面积的水蒸气质量。为比较两款鞋子面料的透水汽性,小明用如图所示的两个装置进行实验。在相同规格的容器中盛放等质量的水,用恒温装置维持水温不变,面料与容器口紧密贴合。容器口的面积为40 cm2,装置甲中的水温为37 ℃,实验室温度为23 ℃。
(1)实验中,装置乙中的水温应为 37 ℃;
(2)分别测出两装置中容器、水和面料的总质量m1;30 min后,再次测出相应的总质量m2,数据记录见表。分析数据可得:
实验装置 总质量m1/g 总质量m2/g
甲 225.00 223.12
乙 235.00 232.68
①装置甲中透过面料1的水蒸气质量为 1.88 g;
②面料 2 的透水汽性更大;
③两种面料的透水汽性之差为 22 mg/(cm2·h);
(3)实验过程中,容器的 内 (选填“内”或“外”)表面会有小水珠形成;
(4)请举出1个生活中选用透水汽性大的材料而增强舒适感的实例: 夏季的床单选用透水汽性大的材料而增强舒适感 。
角度2 安全问题
3.(2024·广州中考)如图是燃气灶烧水的情境和该燃气灶灶头的示意图。
(1)天然气本身无色无味,为了安全和警示,通常会向天然气中加入臭味剂。拧动点火装置,若燃气未点燃,会闻到臭味,表明 分子做无规则运动 (选填“分子间有引力”“分子间有斥力”或“分子做无规则运动”);
(2)拧动点火装置,天然气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃,天然气不会从进口处外泄,原因是:天然气的喷入导致进口处的天然气流速 大 (选填“大”或“小”),压强 小于 (选填“大于”“小于”或“等于”)大气压强;
(3)壶中装有密度为1.0×103 kg/m3、质量为2 kg的水,则壶中水的体积为 2×10-3 m3,根据Q=qV,若天然气的热值q=4.2×107 J/m3,完全燃烧V=1.0×10-2 m3的天然气放出热量为 4.2×105 J,其中1.68×105 J的热量被水吸收,已知水未沸腾,比热容为4.2×103 J/(kg·℃),则水的温度升高了 20 ℃。
角度3 低碳环保
4. (2024·武汉中考)绿色发展是高质量发展的底色,为了更好践行绿色发展和“双碳目标”,武汉市区某高架桥上修建了一段全封闭“光伏声屏障”试验路段,如图所示。
“光伏声屏障”既可以控制噪声,又可以提供电能,比传统的声屏障设备更节能环保。
(1)“光伏声屏障”是通过阻断噪声 传播 的方式来控制噪声的;
(2)“光伏声屏障”路段的每一块玻璃上贴满了81个小光伏电池板,这些光伏电池板利用太阳能的方式是将太阳能转化为 电能 。这段“光伏声屏障”试验路段每年发电约1.7×105 kW·h,相当于完全燃烧 1.8×104 kg的无烟煤释放的能量。(无烟煤的热值为3.4×107 J/kg)
5.合理分类和利用垃圾可以变废为宝,在一定条件下,1 kg垃圾能“榨”出0.17 kg燃料油,若燃料油的热值为4.0×107 J/kg,则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为 6.8×106 J,如果这些热量的42%被水吸收,则可以使 8.5 kg的水温度从20 ℃升高到100 ℃,这是通过 热传递 的方式改变水的内能。
类型二 物理学与工程实践
角度1:古代技术应用
6. (2024·苏州中考)据记载,唐朝时省油灯已在四川地区出现。瓷质灯体如碗状,腹部有中空夹层,可通过注水孔向夹层装水,碗内有油和灯芯,如图所示。燃灯前,向注水孔缓慢注入冷水,让 空气 及时排出。燃灯时, 水 吸收燃烧产生的热量后不断蒸发,使灯碗和灯油 温度 降低,灯油蒸发速度 减小 ,以达到省油的目的。
7.西周晋侯鸟尊是中国青铜器中罕见的珍品(如图所示)。制作鸟尊等青铜器时,先用泥土制成“内范”,在其外部涂适当厚度的蜡,将蜡雕刻成所需形状,称之为“模”,然后在“模”的外面用泥土制成“外范”。通过加热使蜡液流出形成空腔“模具”,在空腔中倒入青铜液,待青铜液冷却后,打碎“外范”和“内范”,就得到与“模”一样的青铜器。下列分析正确的是(B)
A.将蜡加热到液态是熔化过程,蜡会放出热量
B.青铜液冷却到固态是凝固过程,青铜液会放出热量
C.青铜液冷却到固态是凝华过程,青铜液会放出热量
D.青铜和蜡熔化过程中,温度均保持不变
角度2:工程技术应用
8.(2024·南宁模拟)小明看到一段公路上有很多减速带(如图甲所示),爸爸告诉他:拱起的减速带一般设置在学校等需要车辆减速慢行和容易发生交通事故的路段。若车辆高速通过减速带,剧烈的颠簸会引起驾驶员的不适,促使他到达减速带前主动减速,保障交通安全。小明想:车辆经过减速带时,车速是否会受到影响
为此,小明设计了以下实验方案:
①如图乙所示,用光滑玻璃板搭一斜面,将小车放在斜面顶端由静止释放,测出小车到达底端的时间为t1;②如图丙所示,用若干条相同的橡胶带模拟减速带,将它们等距地固定在斜面上,重复上述操作,测出小车到达底端的时间为t2。
请回答下列问题:
(1)若小车5 s内通过的路程为1 m,小车的平均速度为多少
(2)小车的质量为0.2 kg,小车受到的重力是多少N (g取10 N/kg)
(3)测量后发现t1(4)若实验中的斜面足够长、等距的减速带足够多。已知车速越大,小车经过减速带损失的机械能越多。请判断最终小车经过每一个减速带时的速度是否有可能相等,并解释其原因。
解:(1)小车的平均速度:v===0.2 m/s;
(2)小车受到的重力:
G=mg=0.2 kg×10 N/kg=2 N;
(3)由测量后发现t1(4)车速越大,小车经过减速带损失的机械能越多,则随着经过减速带的数量增加,速度会越来越小。
角度3:信息技术应用
9.国产汽车的导航仪具有“北斗导航”卫星定位系统,它是利用 电磁波 (选填“电磁波”或“超声波”)导航的。导航仪发出的提示音是通过 空气 传到驾驶员的耳中。
10.在气象数据采集、移动通信中都是由电磁波传递信息。
(1)如图所示是气象站释放的一种无动力探空气球,升空过程中因大气压逐渐 变小 ,气球会慢慢膨胀;它携带的探空仪会采集各种气象数据,并将数据传回到地面气象站;气球上升至平流层后会随着气流飘向远方,此时它相对于气流是 静止 (选填“运动”或“静止”)的;因高空严寒,为防止探空仪内的精密仪器被冻坏,其外壳要用 隔热性 (选填“导热性”或“隔热性”)好的材料制成。
(2)通信5G“黑科技”凭借着它的高传输速率,低时延、多终端、广连接数等各项优势在生产生活中起到了积极作用,人们通常所说“5G信号比4G信号传输速度快”,则5G的电磁波传播速度与4G的电磁波传播速度相比 一样快 (选填“5G快”“4G快”或“一样快”);5G信号的电磁波属于 微波 (选填“微波”“红外线”“紫外线”或“X射线”)。
(3)天舟二号货运飞船与天和核心舱实现自主快速交会对接过程中,运用北斗系统完成远距离自主快速测定轨,通过货运飞船把重物运送到太空经常需要用火箭等高速航天器,所以航天器外壳要求轻巧、耐高温。航天材料应具有密度 小 (选填“大”或“小”)、熔点 高 (选填“低”或“高”)的特性。
类型三 物理学与社会发展
角度1:能源的开发与利用
11.(2024·长春中考)生物航煤是以动植物油脂、餐饮废油等为原料生产的航空燃油。6月5日,国产大飞机C919加注了我国自主研发的生物航煤,成功完成试飞任务。
(1)若C919飞行400 km用时0.5 h,则C919的飞行速度为 800 km/h。
(2)生物航煤燃烧时将化学能转化为内能,但内能不能自发地转化为化学能,说明能量的转化具有 方向性 。在能量转化和转移的过程中,能量的总量 保持不变 。
12.我国新一代“人造太阳”首次实现106 A等离子体电流下的高约束模式运行,它的反应过程如图所示,该过程是通过 核聚变 (选填“核裂变”或“核聚变”)释放巨大的核能。从1 L海水中提取的氢同位素释放的核能约为1.05×1010 J,与
210 kg汽油完全燃烧所释放的热量相当。(q汽油=5×107 J/kg)
角度2:新材料的特点及应用
13.(2024·山西中考)二氧化碳(CO2)爆破技术是现代工程建设中非常环保的技术。起爆前高压泵将CO2压缩成高压气体,液化后输入爆破筒内。如图所示,爆破时电加热管发热,使筒内的液态CO2迅速汽化,形成的高压气体从泄气孔中喷出,实施爆破。下列说法正确的是(D)
A.高压泵压缩CO2,气体内能增大,温度降低
B.高压泵压缩CO2,气体内能减小,温度升高
C.高压CO2气体喷出时,内能增大,温度升高
D.高压CO2气体喷出时,内能减小,温度降低
角度3:科技发展成就
14. (2024·新疆中考)“三峡引领号”——全球首台抗台风型漂浮式海上风电机组及基础平台,是引领我国海上风电行业走向深海的重大成果。
(1)风能是 可再生 (选填“可再生”或“不可再生”)能源。风力发电将空气的 机械 能转化为电能,电能是 二 次能源;
(2)“三峡引领号”与北斗系统建立关联,利用 电磁波 (选填“超声波”或“电磁波”)向工作人员传递平台运动的动态信息。当海上风速变大时,应 增加 (选填“增加”或“减少”)平台内水仓中水的质量,使平台下沉一些,保持平台稳定。给“三峡引领号”风力发电机安装消声器,通过防止噪声 产生 来降低噪声;
(3)当风速为v时,风力发电机的发电功率为1 200 kW,风力发电机叶片转动一圈的发电量为2.5 kW·h,则风力发电机叶片的转速为每分钟转动 8 圈;若风力发电机叶片的转速与风速成正比,风力发电机的发电功率与风速的三次方成正比,则当风速为2v时,风力发电机叶片转动一圈的发电量为 10 kW·h。 专题八 跨学科实践(项目实践活动)
类型一 物理学与日常生活
角度1 日常生活与物理学
1.生活中常见的锅有铁锅、铝锅和陶瓷锅等,小昕想比较陶瓷锅、铁锅的导热性能。现有形状、大小、厚度相同的陶瓷锅和铁锅,请你设计实验方案:
(1)实验器材:陶瓷锅、铁锅、足量初温相同的水、 ;(请补充器材)
(2)实验步骤: ;
(3)结论分析: ;
(4)电磁炉工作时,变换器将家庭电路交流电变换成直流电,再逆变成高频交流电流过线圈,线圈产生变化的磁场,该变化的磁场在锅体的锅底形成感应电流而发热。锅底产生的感应电流具有邻近效应。即锅底靠近线圈时,锅底的感应电流最大,且感应电流随锅体离线圈距离增大而显著减小。在电磁炉上使用的锅体担负着能量转化的任务,故对锅体的材料有一定的要求,一般采用磁性的金属材料制成。
根据阅读材料,下列适宜制作电磁炉的烹饪锅的是 ;
A.铁锅 B.铝锅 C.陶瓷锅
请说明选择的理由: 。
2.(2024·广东中考)鞋子面料的透水汽性会影响脚的舒适感。透水汽性是指单位时间内透过单位面积的水蒸气质量。为比较两款鞋子面料的透水汽性,小明用如图所示的两个装置进行实验。在相同规格的容器中盛放等质量的水,用恒温装置维持水温不变,面料与容器口紧密贴合。容器口的面积为40 cm2,装置甲中的水温为37 ℃,实验室温度为23 ℃。
(1)实验中,装置乙中的水温应为 ℃;
(2)分别测出两装置中容器、水和面料的总质量m1;30 min后,再次测出相应的总质量m2,数据记录见表。分析数据可得:
实验装置 总质量m1/g 总质量m2/g
甲 225.00 223.12
乙 235.00 232.68
①装置甲中透过面料1的水蒸气质量为 g;
②面料 的透水汽性更大;
③两种面料的透水汽性之差为 mg/(cm2·h);
(3)实验过程中,容器的 (选填“内”或“外”)表面会有小水珠形成;
(4)请举出1个生活中选用透水汽性大的材料而增强舒适感的实例: 。
角度2 安全问题
3.(2024·广州中考)如图是燃气灶烧水的情境和该燃气灶灶头的示意图。
(1)天然气本身无色无味,为了安全和警示,通常会向天然气中加入臭味剂。拧动点火装置,若燃气未点燃,会闻到臭味,表明 (选填“分子间有引力”“分子间有斥力”或“分子做无规则运动”);
(2)拧动点火装置,天然气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃,天然气不会从进口处外泄,原因是:天然气的喷入导致进口处的天然气流速 (选填“大”或“小”),压强 (选填“大于”“小于”或“等于”)大气压强;
(3)壶中装有密度为1.0×103 kg/m3、质量为2 kg的水,则壶中水的体积为 m3,根据Q=qV,若天然气的热值q=4.2×107 J/m3,完全燃烧V=1.0×10-2 m3的天然气放出热量为 J,其中1.68×105 J的热量被水吸收,已知水未沸腾,比热容为4.2×103 J/(kg·℃),则水的温度升高了 ℃。
角度3 低碳环保
4. (2024·武汉中考)绿色发展是高质量发展的底色,为了更好践行绿色发展和“双碳目标”,武汉市区某高架桥上修建了一段全封闭“光伏声屏障”试验路段,如图所示。
“光伏声屏障”既可以控制噪声,又可以提供电能,比传统的声屏障设备更节能环保。
(1)“光伏声屏障”是通过阻断噪声 的方式来控制噪声的;
(2)“光伏声屏障”路段的每一块玻璃上贴满了81个小光伏电池板,这些光伏电池板利用太阳能的方式是将太阳能转化为 。这段“光伏声屏障”试验路段每年发电约1.7×105 kW·h,相当于完全燃烧 kg的无烟煤释放的能量。(无烟煤的热值为3.4×107 J/kg)
5.合理分类和利用垃圾可以变废为宝,在一定条件下,1 kg垃圾能“榨”出0.17 kg燃料油,若燃料油的热值为4.0×107 J/kg,则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为 J,如果这些热量的42%被水吸收,则可以使 kg的水温度从20 ℃升高到100 ℃,这是通过 的方式改变水的内能。
类型二 物理学与工程实践
角度1:古代技术应用
6. (2024·苏州中考)据记载,唐朝时省油灯已在四川地区出现。瓷质灯体如碗状,腹部有中空夹层,可通过注水孔向夹层装水,碗内有油和灯芯,如图所示。燃灯前,向注水孔缓慢注入冷水,让 及时排出。燃灯时, 吸收燃烧产生的热量后不断蒸发,使灯碗和灯油 降低,灯油蒸发速度 ,以达到省油的目的。
7.西周晋侯鸟尊是中国青铜器中罕见的珍品(如图所示)。制作鸟尊等青铜器时,先用泥土制成“内范”,在其外部涂适当厚度的蜡,将蜡雕刻成所需形状,称之为“模”,然后在“模”的外面用泥土制成“外范”。通过加热使蜡液流出形成空腔“模具”,在空腔中倒入青铜液,待青铜液冷却后,打碎“外范”和“内范”,就得到与“模”一样的青铜器。下列分析正确的是( )
A.将蜡加热到液态是熔化过程,蜡会放出热量
B.青铜液冷却到固态是凝固过程,青铜液会放出热量
C.青铜液冷却到固态是凝华过程,青铜液会放出热量
D.青铜和蜡熔化过程中,温度均保持不变
角度2:工程技术应用
8.(2024·南宁模拟)小明看到一段公路上有很多减速带(如图甲所示),爸爸告诉他:拱起的减速带一般设置在学校等需要车辆减速慢行和容易发生交通事故的路段。若车辆高速通过减速带,剧烈的颠簸会引起驾驶员的不适,促使他到达减速带前主动减速,保障交通安全。小明想:车辆经过减速带时,车速是否会受到影响
为此,小明设计了以下实验方案:
①如图乙所示,用光滑玻璃板搭一斜面,将小车放在斜面顶端由静止释放,测出小车到达底端的时间为t1;②如图丙所示,用若干条相同的橡胶带模拟减速带,将它们等距地固定在斜面上,重复上述操作,测出小车到达底端的时间为t2。
请回答下列问题:
(1)若小车5 s内通过的路程为1 m,小车的平均速度为多少
(2)小车的质量为0.2 kg,小车受到的重力是多少N (g取10 N/kg)
(3)测量后发现t1(4)若实验中的斜面足够长、等距的减速带足够多。已知车速越大,小车经过减速带损失的机械能越多。请判断最终小车经过每一个减速带时的速度是否有可能相等,并解释其原因。
角度3:信息技术应用
9.国产汽车的导航仪具有“北斗导航”卫星定位系统,它是利用 (选填“电磁波”或“超声波”)导航的。导航仪发出的提示音是通过 传到驾驶员的耳中。
10.在气象数据采集、移动通信中都是由电磁波传递信息。
(1)如图所示是气象站释放的一种无动力探空气球,升空过程中因大气压逐渐 ,气球会慢慢膨胀;它携带的探空仪会采集各种气象数据,并将数据传回到地面气象站;气球上升至平流层后会随着气流飘向远方,此时它相对于气流是 (选填“运动”或“静止”)的;因高空严寒,为防止探空仪内的精密仪器被冻坏,其外壳要用 (选填“导热性”或“隔热性”)好的材料制成。
(2)通信5G“黑科技”凭借着它的高传输速率,低时延、多终端、广连接数等各项优势在生产生活中起到了积极作用,人们通常所说“5G信号比4G信号传输速度快”,则5G的电磁波传播速度与4G的电磁波传播速度相比 (选填“5G快”“4G快”或“一样快”);5G信号的电磁波属于 (选填“微波”“红外线”“紫外线”或“X射线”)。
(3)天舟二号货运飞船与天和核心舱实现自主快速交会对接过程中,运用北斗系统完成远距离自主快速测定轨,通过货运飞船把重物运送到太空经常需要用火箭等高速航天器,所以航天器外壳要求轻巧、耐高温。航天材料应具有密度 (选填“大”或“小”)、熔点 (选填“低”或“高”)的特性。
类型三 物理学与社会发展
角度1:能源的开发与利用
11.(2024·长春中考)生物航煤是以动植物油脂、餐饮废油等为原料生产的航空燃油。6月5日,国产大飞机C919加注了我国自主研发的生物航煤,成功完成试飞任务。
(1)若C919飞行400 km用时0.5 h,则C919的飞行速度为 km/h。
(2)生物航煤燃烧时将化学能转化为内能,但内能不能自发地转化为化学能,说明能量的转化具有 。在能量转化和转移的过程中,能量的总量 。
12.我国新一代“人造太阳”首次实现106 A等离子体电流下的高约束模式运行,它的反应过程如图所示,该过程是通过 (选填“核裂变”或“核聚变”)释放巨大的核能。从1 L海水中提取的氢同位素释放的核能约为1.05×1010 J,与
kg汽油完全燃烧所释放的热量相当。(q汽油=5×107 J/kg)
角度2:新材料的特点及应用
13.(2024·山西中考)二氧化碳(CO2)爆破技术是现代工程建设中非常环保的技术。起爆前高压泵将CO2压缩成高压气体,液化后输入爆破筒内。如图所示,爆破时电加热管发热,使筒内的液态CO2迅速汽化,形成的高压气体从泄气孔中喷出,实施爆破。下列说法正确的是( )
A.高压泵压缩CO2,气体内能增大,温度降低
B.高压泵压缩CO2,气体内能减小,温度升高
C.高压CO2气体喷出时,内能增大,温度升高
D.高压CO2气体喷出时,内能减小,温度降低
角度3:科技发展成就
14. (2024·新疆中考)“三峡引领号”——全球首台抗台风型漂浮式海上风电机组及基础平台,是引领我国海上风电行业走向深海的重大成果。
(1)风能是 (选填“可再生”或“不可再生”)能源。风力发电将空气的 能转化为电能,电能是 次能源;
(2)“三峡引领号”与北斗系统建立关联,利用 (选填“超声波”或“电磁波”)向工作人员传递平台运动的动态信息。当海上风速变大时,应 (选填“增加”或“减少”)平台内水仓中水的质量,使平台下沉一些,保持平台稳定。给“三峡引领号”风力发电机安装消声器,通过防止噪声 来降低噪声;
(3)当风速为v时,风力发电机的发电功率为1 200 kW,风力发电机叶片转动一圈的发电量为2.5 kW·h,则风力发电机叶片的转速为每分钟转动 圈;若风力发电机叶片的转速与风速成正比,风力发电机的发电功率与风速的三次方成正比,则当风速为2v时,风力发电机叶片转动一圈的发电量为 kW·h。
