素养专项卷六 实验题(三)
时间：45 分钟 满分：29 分
考情解读：2025. 24(5)考查了电路设计，体现了对学生模型建构、创新能力的要求。本套试卷主要训练学生的模型建构、识图能力，同时融入电路设计，强化学生的创新意识。
1. (7 分)在“嫦娥四号”探月过程中，探测器搭载着“玉兔二号”月球车从距离月面15 km 处开始减速下降，经历了近700 s 的落月过程，实现人类探测器在月球背面首次软着陆。查阅资料知道：同一物体在月球上所受引力是在地球上所受重力的，月球表面昼夜温差极大。月球车以太阳能为能源，面对月球表面真空等极端环境仍能将勘测的信息传回地球。由于月夜温度极低(可达-183 ℃)，电子设备无法正常工作，所以它将进入休眠状态，等到月昼来临，它将自主唤醒，进入工作状态。如图甲，在反推发动机的“保驾护航”下，“嫦娥四号”探测器成功着陆月球。探测器还利用“鹊桥”中继星完成与地面的通信，如图乙。
(1)探测器在着陆时，要向月球喷火，这是利用了力的作用是________原理来降低速度。
(2)月球车通过_________波将信息传回地球。
(3) “玉兔二号”月球车的质量为135 kg，共有6 个轮子，当月球车停在月球水平表面时，若每个轮子与月球表面的接触面积为100 cm2，则月球车对月球表面的压强为____________Pa。(g 地取10 N/kg)
(4) 白天月球车有时也利用储存在蓄电池里的能量进行工作，下表为月球车电池的一些参数，电池储存能量减少到10% 时，月球车匀速返回充电，返回过程中受到的阻力为360 N，月球车正常移动时的功率是_____________W；电池储存的剩余能量的80%用于克服阻力做功，为确保月球车能顺利返回充电，需要充电时离充电座最远为_____________m。
输入电压 12 V 运行模式 连续运动
电池容量 15 A·h 正常移动速度 5 cm/s
(5) 图丙中图1 是月球车的温度报警电路，电压U 恒为12 V，一个虚线框内为热敏电阻，另一个虚线框内为电阻箱，其中热敏电阻的阻值随温度变化的关系图像如图2 所示。报警电路要求：
①输出电压随温度升高而增大；
②当输出电压≥ 8 V 时，便触发报警器(未画出)报警。图中热敏电阻应接在框 ____________(填“1”或“2”)内；要求环境温度为38 ℃时开始报警，则电阻箱应调至 _______________kΩ。
2. (7 分)阅读短文，回答问题。
智能雨刮器
图甲是一种智能化的汽车感应雨刮器，主要由直流电动机、摆杆、连杆、雨刮片、光电转换器和控制器等组成，它可根据雨量大小自动调节刮水速度。光电转换器(图乙)包括红外发射器P 和红外接收器Q，在红外发射器P 两端加上电压U0 时，会发出一束锥形红外线，经玻璃光学元件成特定角度的平行光射向挡风玻璃，经挡风玻璃反射后再经过玻璃光学元件到达红外接收器Q，并产生电压U 输入微处理器。若无雨，接收的红外线强度与发出的红外线强度近似相等，即U 与U0 近似相等；若有一定量的雨滴落在感应区域时，部分红外线会经雨滴发生偏离，射到挡风玻璃外，此时U 小于U0。如果有东西挡住这个感光区域，会导致感应异常而启动雨刮器，刮走阻挡物。控制器是由微处理器和工作电路组成的，微处理器根据电压差ΔU=U0-U 的大小来判断雨量大小，当电压差ΔU 大于设定值U1 时，输出工作指令，工作电路驱动电机转动系统。电动机的转速r 与电压差ΔU 的关系如图丙所示；摆杆摆动的频率f 与电动机的转速r 成正比。
(1) 如图甲，雨刮器工作时电机转动带动摆杆，使其绕O(或O′)旋转，则摆杆可以看作一个___________杠杆。玻璃光学元件相当于一个 ______________(填光学元件)。
(2) 下雨时，光电二极管接收到的红外线与不下雨时接收到的存在差异，原因是有雨时，部分红外线穿过挡风玻璃射到车外，发生了 ____________________。
(3) 查资料可知当雨量越大时，光电传感器的阻值越小，而雨刮器电动机模块会随工作电流的增大而摆动加快，由此可知光电传感器模块与雨刮器电动机模块是 _______________(填“串联”或“并联”)的。
(4)下列是电动机转速r、摆杆摆动频率f 与输入电压U 的关系图，正确的是 ________________。
(5) 小明同学从废旧汽车拆下一个雨刮器电动机，铭牌上标有额定电压12 V，额定功率30 W，通过测量发现电动机电压达到6 V 才能转动，不转动时为保护电动机，电流不能超过1 A，小明同学为精确测量内阻约4 Ω 的电动机(初中阶段只有电动机不转动时才能测其内阻)选取了如下器材：恒压电源(12V)，电压表V(0~9 V)，电流表A(0~1 A)，滑动变阻器R(0 ～ 20 Ω)，定值电阻R0=5 Ω，开关、导线若干。他设计了如图丁所示的电路图。请回答以下问题：
①为了多测几组数据，图丁的电路图，电压表的右端应该接在________ (填“a”或“b”)端；
②若某次测量，电压表示数为U0，电流表示数为I0，则电动机内阻为__________。(用给定字母表示)
3. (7分)云云喜欢网购，因为每次网购后，快件很快就邮递到家啦，方便又快捷。每天那么多快件在各地分拣运输，快递公司是怎么提高包裹分拣效率的呢？云云对此展开探究。原来快递界出现了智能分拣机器人——小黄人(如图甲、乙)。该机器人主要由动力系统、分拣系统和控制电路组成。动力系统由电动机驱动，分拣系统通过机械臂完成包裹的抓取和放置，控制电路则根据包裹的信息控制机器人的运动和分拣动作。
【活动目的】智能分拣机器人设计优化
【实施过程】(一)工作原理探究
小黄人工作时能通过看地面上粘贴的二维码给自己定位和认路。当派件员把快件放在托盘上时，小黄人会在一秒内迅速扫码识别信息，读取出其位置译码和目的地信息，每个地址对应不同的下落口，每个下落口对应一个地级市。小黄人能够依照后台计算生成的结果，规划好要走的路线，实现对包裹路径信息的追踪记录，真正实现了扫码、称重、分拣功能三合一。据悉，1 个小黄人，可实现1 小时内分拣50 个快件的作业总量。
(1)在匀速转弯过程中，小黄人处于___________ (填“平衡”或“非平衡”)状态。
(2) 如表所示的是小黄人铭牌上的部分参数。电池容量4 000 mA·h 是指当工作电流为4 000 mA 时，能持续供电1 h。若充满电后，所有电能用于正常工作，则可供小黄人持续正常工作 __________h。
(3) 如图丙所示，小黄人设有自动充电功能，当检测到电池容量低至10% 时会自动返回充电，若返回过程中受到的阻力为36 N，为确保小黄人能顺利返回充电，需要充电时，小黄人离充电座不能超过 ___________m。(剩余电池容量的40% 用于克服阻力做功)
(二)模拟电路设计
云云为深入了解快件分拣识别原理，查找资料并设计了如图丁所示的快件分拣识别电路，快件信息由通过两个敏感电阻的电流决定，即扫描条码后，根据光敏电阻R1 反映的信息识别快件需要运送到的区域，根据力敏电阻R2 反映的信息识别快件需要放置的位置。
已知电源电压为6 V，电流表允许通过的最大电流为0.9 A，力敏电阻的阻值随压力变化的关系如图戊所示，光敏电阻R1 扫码前和扫码后对应区域的阻值如表所示，g 取10 N/kg。
区域 扫码前 A B C D
光敏电阻R1 的阻值/Ω 10 12 15 18 20
(4)分析上述图表可知，扫码前通过R1 的电流是___________A。
(5)小黄人最多能将___________N 重的快件投送到D 区域。
(三)优化控制电路
(6) 虽然小黄人有自动充电功能，但是此功能并不是100%有效，偶尔需要人为操作。为保证能够返回充电，有效续航，云云在小黄人内部设计了电量提醒控制电路。请你将设计电路(图己)补充完整，要求当电量充足时(闭合开关S)，红灯亮，电量不足时，绿灯亮。
4. (8 分)“龙骨水车”是我国非物质文化遗产之一，某学习小组以“揭秘并制作龙骨水车模型”为主题，开展跨学科实践活动。
【活动任务】了解并制作简易“龙骨水车”。
【任务分解】
(一)查阅资料，了解“龙骨水车”的工作原理；
(二)组装简易“龙骨水车”模型，并改进驱动方式。
【实施过程】
(一)查阅资料，了解“龙骨水车”的工作原理。
“龙骨水车”是一种历史悠久的灌溉农具，相当于现代的抽水机，其结构如图甲所示。车身是由木板制成的水槽。车头和车尾各装有一个木齿轮，车尾装小轮，车头装大轮，大轮连着拐木，木链条上装有刮水板，并套在两个木齿轮上。如图乙，水车灌溉时，小轮及刮水板浸入低处的水中，用力转动拐木，使大轮转动，带动木链条和小轮转动，水槽内刮水板刮水上行，倾灌于地势较高的田中。张伯伯家的龙骨水车的大轮上有8 根辐条，如图丙所示，木链条上装有60 块刮水板，平均每块刮水板每次能运进0.5 kg 的水。
(1)使用时，人对拐木施加力的作用，使大轮转动，相当于在使用一个___________杠杆。
(2)刮水板匀速刮水上行时，水的_____________能增大。
(3)插秧时，稻田里的水深3~5 cm 比较合适。现有一亩稻田，水深为1 cm，张伯伯需用他家的龙骨水车给稻田蓄水，已知稻田和江面的高度差为3 m，他以100 W 的功率转动拐木，可使大轮以20 r/min 的转速匀速转动，待运水稳定后，每分钟能运送 ___________kg 的水。若将水蓄至4 cm 深，该龙骨水车的机械效率为 __________。(一亩= m2)
(二)组装简易“龙骨水车”模型，并改进驱动方式。
学习小组利用老师提供的模型组件，按照说明书组装“龙骨水车”模型，如图丁所示，并为“龙骨水车”模型安装智能驱动，简化的驱动电路如图戊所示，R 为电阻箱，闭合开关S1 和S2，当光照充足时，太阳能电池为电动机供电，驱动水车；光照不足时，干电池为电动机供电，驱动水车。
(4) 电动机的工作原理：通电线圈在____________中受到力的作用。
(5) 根据设计要求，需将干电池和太阳能电池板分别安装在图戊中的a、b 位置，则a 位置应该安装________________。
(6) 已知电动机的驱动电压为3~9 V，由于太阳能电池板的输出电压受光照强度影响，当光照强度减弱，太阳能电池板的输出电压过低，通过电磁铁的电流小于0.2 A 时，则需启动干电池供电。若电磁铁的线圈电阻忽略不计，则电阻箱R 的阻值至少应调为___________Ω。
【交流与评价】学习小组根据上述方案，制作了“龙骨水车”模型并进行展示。当用手转动拐木，模拟“龙骨水车”工作时，发现木链条容易掉落；用电动机驱动时，发现在不同光照条件下，均能带动水车转动。
(7) 请结合展示过程，根据以下评价量表选择一个维度对该模型进行评价______ _________________________________________________________________。
评价维度 合格 待改进
结构和功能 结构牢固，能模拟水车工作过程 结构不牢固，基本能模拟水车工作过程
驱动方式 有两种驱动方式 只有一种驱动方式
智能化 能自动选择供电方式 需手动选择供电方式
答案
1. (1)相互的 (2)电磁 (3)3 750 (4)18；144 (5)②2；0.8
2. (1)费力；凸透镜 (2)折射 (3)串联 (4)A
(5)①b ② R0
3. (1)非平衡 (2)2 (3)240 (4)0.6 (5)85
(6)如图所示
4. (1)省力 (2)重力势(或机械) (3)80；40% (4)磁场
(5)干电池 (6)15
(7)模拟龙骨水车工作时，发现木链条容易掉落，则从结构和功能维度来看，待改进(合理即可)素养专项卷八 跨学科实践综合题(一)
时间：45 分钟 满分：33 分
考情解读：近两年中考第24 题重点考查了模型构建、图像分析、识图能力、新定义、设计创新、开放性设问等科学思维类试题，考查方式灵活，其中约2 分的题目难度较大，要求同学们具有多种物理思维方式和较高的综合素养能力。2025.24(4)、2024.24(3)(4)均考查了同学们的识图能力、图像分析和推理能力，本套试卷针对性训练同学们这几方面的能力。
1. (6 分)由我国自主研发的波浪能海洋生态监测浮标“合作者号”(如图甲)，于2024 年4 月9 日在深圳大鹏湾海域投入使用。据了解，“合作者号”浮标直径3.3 m、高9 m、重9 t。“合作者号”浮标采用波浪能转换技术，成功把波浪能量转化为电能，改变了传统浮标仅仅依靠太阳能和蓄电池而供电不足的状况，为浮标搭载的各类传感器和设备提供了持续稳定的电力供应。“合作者号”浮标的简化电路如图乙所示。
(1)太阳能电池板将__________能转化为电能。
(2)当太阳能电池板给蓄电池充电时，太阳能电池板相当于__________ (填“电源”或“用电器”)。
(3) 风平浪静时，“合作者号”浮标受到的浮力为 ___________N，它排开海水的体积为 ____________m3。(已知ρ 海水取1.0×103 kg/m3，g 取10 N/kg)
(4) 假设“合作者号”浮标上搭载了装机250 W 的波浪能发电机和180 W 的太阳能电池板，在我国最常见的1 ～ 1. 2 m 高的波高下，装机250 W 的波浪能发电机每天可发电1.5 度。波浪能发电机每天所发的电至少需要_______个容量为“12 V 100 Ah”的蓄电池来储存。
(5) [图像分析] 图丙是“合作者号”浮标在某一天的发电功率与时间的P-t 图像。从图中可知在这一天“合作者号”浮标的平均发电功率为 __________W。(结果保留整数)
2. (6 分)阅读短文，回答问题。
洗衣机的水位开关
全自动洗衣机是通过水位开关和电磁进水阀的配合，来控制进水、排水以及电机通断，进而实现自动控制的。
洗衣机的水位开关实际上是一个压力开关。如图1 所示，水位开关安装在储气室的上部，其气室入口与洗衣桶中的储气室相连接。当水注入洗衣桶后，储气室口很快被封闭，随着水位上升，储气室的水位也上升，被封闭的空气压强亦增大，水位开关中的波纹膜片受压而胀起(如图2)，推动顶杆运动而使动触点改变，从而实现自动通断。
(1)洗衣桶和塑料软管_____________(填“有”或“没有”)构成连通器，波纹膜片发生的是 形变。
(2) 当洗衣桶的水位到达设定水位时，水位开关的动触点和触点_________(填“1”或“2”)相碰；如果储气室漏气，则洗衣桶的最终水位将_________(填“高于”“低于”或“等于”)设定水位。
(3) 洗衣机进水的某时刻，洗衣桶和塑料软管之间的水位差是1 m, 如果大气压强是1×105 Pa，波纹膜片的面积是1 cm2，则储气室内的气体压强是_______Pa，波纹膜片下表面受到气体的压力是________N。(已知ρ水=1.0×103 kg/m3，g 取10 N/kg)
3. (7 分)降水量是指一段时间内，雨水(或熔化后的固体降水)未经蒸发、渗透和流失所积聚起来的水层深度。为了监测降水量，科创小组制作了“翻斗式雨量计”，装置外观是上端开口的圆柱体，如图1 甲。内部结构示意图如图1 乙。装置核心部件如图1 丙，它是用中间隔板分开的两个完全对称的三角形容器，可绕O点处的水平轴转动，从而使两侧容器轮流接水，当一侧容器接满10 mL 雨水时会发生翻转，将水倒出，随着降雨持续，翻斗左右翻转，过程如图1 丁。磁铁与配重通过连杆安装在翻斗上并随翻斗左右摆动，当磁铁经过磁感应开关(两者间相互作用力忽略不计)时，磁感应开关通过电流传感器将翻斗翻转信息变成电信号，从而推算降水量。
(1)翻斗在水平位置时是等臂杠杆，常见实验器材中属于等臂杠杆的有_______。
(2) 连杆上装有可调高度的配重。在校准过程中，若倒入的水量总是大于10 mL 时翻斗才发生翻转，可通过 ____________(填“降低”或“升高”)配重在连杆上的位置进行调整。
(3) 图2甲是翻斗翻转信息变为电信号的工作电路，电源电压不变，R1、R2为定值电阻，R1=800 Ω。某次降雨，电流传感器(电阻不计)测得电流随时间变化关系如图2 乙。
①当磁铁每次经过磁感应开关时，开关状态是 ___________。
② “翻斗式雨量计”顶端开口面积为0.1 m2，由图2 乙可知该次降雨30 min 内降水量约为 ______________mm，降水量变化趋势是 ____________。(测量前翻斗内无水)
③由图2 可知，R2= _________________Ω。
(4) [装置改进] 若该装置在我国北方地区使用，可改进的措施是_______________ _______________________________________________________________。
4. (7 分)如图甲所示为光伏发电简易原理，电池板上具有大量的不稳定电子，当太阳光照射到电池板上，这些电子获得能量会定向移动形成电流，该电流通过控制器和逆变器就可以成为我们生产生活所用的电流。但光伏发电受环境影响较大，阴影遮挡是最常见的环境影响因素之一。如图乙是在特定测试环境下某电池板X 的遮挡比例(遮挡比例指电池板被阴影遮挡的面积与总面积之比)与最大输出功率Pm 及功率损失关系图，如图丙，电池板X 每个正方形小格子的边长为20 cm。
(1) 光伏发电是指太阳光照射电池板进而转化为电能，其中电能属于_______(填“一”或“二”)次能源，太阳能属于_______________(填“可再生”或“不可再生”)能源。
(2) 电池板中有两层纯硅掺杂形成的 _______________(填“绝缘体”“半导体”或“导体”)材料，该材料在光照下导电性增强，其中电极1 相当于电源的_____________极。
(3) 电池板X 每小时接收光能为8. 64×106 J，若电池板X 的光电能量转化效率为25%，则其每小时输出的电能相当于节省了____________kg 的煤。(假设煤能完全燃烧，其热值q=3×107 J/kg)
(4) [图像分析] 在该特定测试环境中，如图丙所示电池板X 在全受光过程中出现了2 s 的阴影停留，则这2 s 内损失了约_____________J 电能的输出。
(5) [开放性设问] 请写出一条太阳能光伏发电技术的优势：_________________ _______________________________________________________________。
5. (7 分)当今世界各国都致力于新能源的开发，为此学校物理社团以“风能的开发与利用”为主题，开展“建造风力发电站”的跨学科实践活动。
【任务1：风力发电站的原理】
如图a 是风力发电站，其机组主要由叶片、齿轮箱、发电机等组成，简化结构如图b 所示，叶片在风的作用下旋转，经过齿轮箱增速后，发电机转子高速旋转发电。
(1)某时刻，发电机的叶片的形状和风向如图c 所示，叶片将会沿着__________ 时针的方向旋转。
(2)2025 年某地发电量结构占比如图d 所示，在清洁且可再生能源发电中，风力发电排第___________名。
【任务2：风力发电站的选址】
建造风力发电站的注意事项Ⅰ . 风能评估：确保风速稳定且达标(陆上≥ 6. 5 m/s，感觉有风)Ⅱ . 电网接入：优先选择距离电网20 公里内的选址，降低输电损耗Ⅲ . 生态保护：避免鸟类撞击风机Ⅳ . 噪音控制：与居民区保持500 米以上间距Ⅴ . 景观协调：风机布局要考虑视觉美观性，与周边环境相融合
(3) 某区域有丰富的风能，等高线地形图见图e，项目小组利用AI软件搜索了“建造风力发电站的注意事项”，查询结果如表所示。你认为风力发电站最佳选址应在图e 中的 ______________ (填字母)处。
【任务3：风力发电模型的制作】
(4) 选址后，项目小组通过实验探究得出风能利用率与叶片形状、长度、个数有关，最终选定了叶片形状为翼型、叶片长度为15 cm 及叶片个数为3 的叶片作为风机模型的叶片。制作好的风力发电模型的底座宽大厚重，目的是 ______________________________________________。
【任务4：风力发电站的评估】
(5) 装置改进 某风力发电站的输电功率恒定不变，从发电站到居民区的输电线总电阻为R 线，简化电路如图f 所示。若要减少输电线路上电能的损耗，有效的做法是 ___________________________________________________。
(6) [模型建构] 某个风力发电机的叶片长度为100 m，如图g 所示每秒流经叶片的空气可近似看作一个“圆柱形风柱”，已知空气密度为1. 2 kg/m3，当风速是10 m/s 时，该“风柱”的质量为 ____________kg。(为方便计算，π 取近似值为3)
(7) [图像分析] 若叶片每秒钟获得的机械能E 与风速的三次方v3 的关系如图h 所示，当v ≤ 3 m/s 时，风机无法发电；当5 m/s ≤ v ≤ 10 m/s 时，E与v3 成正比。发电机及其传动系统的总效率为80%。某天的风速v 与时间t 的关系如图i 所示，若20:00~22:00 输出电能是6:00~8:00 的7 倍。假设一个家庭每天消耗10 k W·h 的电能，不计输电损失，该发电机当天产生的电能最多可供_______________个家庭使用。(为方便计算，π 取近似值为3)
答案
1.(1)太阳 (2)电源 (3)9×104；9 (4)2 (5)133
2.(1)没有；弹性 (2)1；高于 (3)1.1×105；11
3.(1)托盘天平(或定滑轮) (2)降低
(3)①闭合 ② 1.2；变小 ③ 200
(4)增加加热装置，防止低温天气雨水结冰或可以降低配重的高度，在降水量较小的情况下防止测量误差较大
4.(1)二；可再生 (2)半导体；负 (3)0.072 (4)240
(5)无污染、环保(合理即可)
5.(1)顺 (2)二 (3)D (4)降低重心，提高稳度
(5)提高输电电压 (6)3.6×105 (7)12 000
【点拨】(7) 当5 m/s ≤ v ≤ 10 m/s 时，E与v3成正比，由图h可知= ，E10为v=10 m/s时每秒获得的机械能，E10=3π×106J。00:00~6：00， 22：00~24：00，风速均小于等于3 m/s，风机无法发电；6：00~8：00 风速为5 m/s，机械能为E1=3.75π×105 J×2×3 600 =8.1×109 J ；8：00~10：00 风速超过12 m/s，根据图i 可知，获得的机械能为E2=50π×105 J×2×3 600 =1.08×1011 J ；10：00~14：00风速为10 m/s，获得的机械能为E3=3π×106 J×4×3 600 =1.296×1011 J ；14：00~16：00 风速超过12 m/s，获得的机械能为E4=50π×105 J×2×3 600 =1.08×1011 J ；16：00~20：00风速为10 m/s，获得的机械能为E5=3π×106 J×4×3 600=1.296×1011 J ；20：00~22：00 获得的机械能为6：00~8：00 时的7 倍，即E6=7×E1=5.67×1010 J ；风车一天获得的总机械能为E 总=E1+E2+E3+E4+E5+E6=8.1×109 J+1.08×1011 J+1.296×1 0 1 1 J+ 1.08×1011J+ 1.296×1011J+ 5.67 × 1010 J= 5.4 ×1011 J，转化效率为80%，转化电能为 W= 80%E总=80%×5.4×1011 J=4.32×1011 J=1.2×105 kW·h，每户消耗10 kW·h，最多可供户数η = = =12 000。素养专项卷八 跨学科实践综合题(二)
时间：45 分钟 满分：31 分
考情解读：2025.24(2)(3)、2024.24(4)主要考查新定义、图像分析及运算能力。本套试卷设置相关题目，训练学生相应的能力，同时拓展表格数据分析、装置改进等，进一步提升学生的物理思维。
1. (6 分)阅读短文，回答问题。
熔盐“线性菲涅尔”新能源光热电站
2024 年9 月20 日，一个具有里程碑意义的时刻在中国的能源史上被铭刻。全球装机规模最大的熔盐“线性菲涅尔”新能源光热电站(如图甲)——甘肃玉门10 万千瓦光热电站并网发电。此项目集热面积达到130 万平方米，年发电量高达17.5 亿千瓦时，使用7 500 t 熔盐作为吸热、储热介质，配置8 小时熔盐储热系统。“线性菲涅尔”光热发电，是利用靠近地面放置的多个一次反射镜，动态跟踪太阳的运动，将太阳光反射到安装在高处的二次反射镜，通过二次反射，太阳辐射聚集到集热管上，将290 摄氏度的低温熔盐加热到550 摄氏度，形成高温蒸汽发电。
太阳能光热发电是清洁、环保能源，与光伏发电相比具有连续、稳定输出的特点，可以弥补光伏发电的各项短板。太阳能光热发电项目根据聚光集热技术路线的不同，可分为塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式四种。相比于其他3 种技术路线，线性菲涅尔式集热系统施工难度小，维护更方便，安全性更高。
其中，熔盐塔式光热电站的典型代表是敦煌100 兆瓦熔盐塔式光热电站，镜场总反射面积达140 万平方米，设计年发电量达3. 9 亿千瓦时。
(1) 敦煌、玉门这两座光热电站中，___________光热电站的能量转化率更高，转化率为____________%。(取两座光热电站所在的西北地区年太阳辐射量为 7 000 MJ/m2，百分号前保留一位小数)
(2) 玉门光热电站中的熔盐全部由低温态加热到高温态需要吸收__________J 的热量。[ 熔盐比热容取1.4k J/(kg·℃)]
(3) 科学推理 光热电站的一项关键技术是动态追踪太阳的位置，确保太阳始终垂直入射到反射镜上。小明和同学一起设计了一个简易的太阳光自动跟踪系统，图乙为检测电路简化示意图，由电源、开关、导线、电压表V1 和V2、两个相同的光敏电阻RG1 和RG2 组成；图丙为反射镜，上面垂直安装有半透明隔板，光敏电阻RG1、RG2 安装在隔板两侧，反射镜固定在电动机转轴上。控制单元与检测电路的连接未画出。开始时太阳光与反射镜垂直，两个光敏电阻阻值相同，两电压表示数___________。太阳光倾斜后，RG1 被隔板遮住部分阳光，电阻变大，检测到U1 __________U2，控制单元带动反射镜__________时针转动，使得太阳光与反射镜再次垂直。
2. (6 分)阅读短文，回答问题。
极目一号
2022 年5 月15 日凌晨1 点26 分，中国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇从海拔约4 300 米的科考营地顺利升空。凌晨4 点40 分，达到海拔9 032 米，超过珠峰8 848. 86 米的高度，创造了浮空艇大气科学观测的世界纪录。
据介绍，执行此次观测任务所使用的浮空艇，是我国自主研发的系留浮空器，长55 米、高19 米，浮空艇体积为9 000 立方米，总质量约2.625 吨(不含囊内气体及所携带的科研器材)，地面锚泊车的质量为90 吨，通过地面锚泊设备系留缆绳控制升空和驻空(如图甲)。浮空艇有两个气囊，一个是主气囊，里面充氦气(氦气密度比空气小很多)，下边腹部还有一个小的副气囊，里面充空气，通过调节副气囊的空气就可以调节压力(如图乙)。
(1) 浮空艇的整体外形呈白色，因为在白天使用时，白色可以反射光线、减少 ___________(填“红外线”或“紫外线”)的吸收，使浮空艇内部气体升温不会过快。
(2) 因为大气压随海拔升高而__________，所以在升空过程中，为了使浮空艇保持内外气压差处在安全范围，副气囊需要 _____________(填“排出”或“注入”)空气。
(3) 若浮空艇携带的科研器材质量为175 kg，囊内气体的总质量为4 t，则未升空前，浮空艇受到空气的浮力为 _________N，系留缆绳对浮空艇在竖直方向的拉力为 __________N。(不同海拔下大气压和空气密度见下表，g 取10 N/kg)
海拔/m 4 000 4 300 4 500 5 000 6 000 7 000 8 000 9 000
大气压/kPa 57.6 55 53.4 50 43.2 36.7 30.9 26.8
空气密度/(kg·m-3) 0.82 0.8 0.78 0.74 0.66 0.59 0.53 0.47
(4) [新定义] 气囊内的气压可以用公式p = 近似表示，其中p 表示气压，单位为Pa，t 表示气体温度，单位为℃，V 表示气体体积，单位为m3，系数k 随副气囊内空气质量m 的关系图像如图丙所示。假设气囊内气压均匀，且等于外界气压，温度恒为27 ℃，则浮空艇从海拔7 000 m 上升到海拔9 000 m，气囊内空气质量变化约为_________________kg。
3. (7 分)如图1 所示，我国部分古代建筑屋顶采用弧线型设计，“如鸟斯革，如翚斯飞”。屋顶为什么这样设计？某兴趣小组通过实验进行探究。根据经验，雨水流过屋顶的时间越短，防雨效果越好，为此他们首先进行了实验一。
实验一：探究雨滴经过屋顶的时间与哪些因素有关
(1) 【猜想】影响雨滴流过屋顶(高度、宽度均相同)时间的因素可能为：雨滴在屋顶运动的初始位置、屋顶材料、屋顶形状。(雨滴与屋顶碰撞之后的速度近似为零，他们认为可不用研究雨滴初始速度这一因素)
【设计实验方案】
请写出1 个测量时间的工具： ____________________________。
图2 所示5 个实验：用钢珠代替雨滴，将相同钢珠从屋顶不同位置静止释放，记录钢珠经过屋顶的时间。若研究该时间与屋顶材料的关系，应选择实验____________________进行研究。
【测量与分析】
用传感器获得图2 甲、乙中钢珠从屋顶顶端滑到底端完整的路程s 和时间t 实验数据，画出s-t 关系如图3 所示，其中图线 __________(填“c”或“d”)表示钢珠运动的平均速度较大；钢珠滑过屋顶 ____________(填“甲”或“乙”)的时间较短。
实验二：探究下雨时不同屋顶对墙体的保护能力
(2) 如图4 所示，甲、乙、丙是下方墙体相同、屋顶的材料相同但形状不同的三个建筑。将代替雨滴的相同钢珠分别由甲、乙屋顶顶端静止滑下落到水平地面，测量落地点到墙的距离s1、s2，数据如表所示。
据表推测：为防止雨水落地时飞溅打湿墙体，下雨时 _________(填“甲”或“乙”)对墙体保护更好。若不计一切阻力，甲图中钢珠落地时的动能 _________(填“＜”“=”或“＞”)乙图中钢珠落地时的动能。
实验三：探究不同屋顶对建筑采光的影响
(3) 图4 甲、乙、丙三个建筑右侧墙体均安装大型窗户，某时刻阳光方向如图所示，阳光能够照射到房间内的距离最远的是_______(填“甲”“乙”或“丙”)。
4. (6 分)阅读短文，回答问题。
天津海河开启桥
天津海河开启桥横跨海河下游，连接天津于家堡金融区和响螺湾商务区。该水域的水深度较浅，低潮位水深约0.8 m , 高潮位水深约4.82 m，200 t 以上船舶需候潮进鳌江港。
响螺湾海河开启桥全长868.8 米，为双向4 车道，其中主桥为开启桥，开启后照片如图甲。开启桥的结构设计为立转式钢结构悬臂梁，其中，左悬臂梁及其支柱简图如图乙。悬臂梁装有“球墨铁配重”，配重为悬臂梁的一部分，使得悬臂梁的重心刚好位于支点O。这种设计大大提高了开启速度，以及节省开启所需的电能。其完成一次开启或闭合仅需约3分钟，如此快速的反应能有效缓解海门大桥因开启时所造成的车流拥塞。
开启桥桥墩内安装电器设备、液压设备及机械设备，这些设备完成桥的开启功能。天津海河开启桥在亚洲同类桥梁中规模最大，是中国在桥梁业界的又一丰碑。
(1)以图乙的左悬臂梁为研究对象，完成以下几小问：
①悬臂梁从水平闭合状态缓慢开启到最大角度85° 的过程中，如图丙，悬臂梁整体(含配重在内)的重力势能___________，悬臂梁配重的机械能__________。(均填“变大”“变小”或“不变”)
②如图乙，若把悬臂梁沿过支点O 的竖直方向分成A 段和B 段，则A 段的重力 _________________(填“大于”“小于”或“等于”)B 段的重力。
(2) 一辆小汽车以20 m/s 的速度匀速在开启桥闭合状态下通过全桥，它过桥的行驶时间为______________s。(结果保留整数)
(3) 为了使桥墩的两侧在水流中受到水的压力能够平衡，桥墩的横截面(俯视图)的最佳设计方案为 ________________(填字母)。
(4) 忽略流速对压强的影响，低潮时，河水对河床产生的压强为p1；高潮时，河水对河床产生的压强为p2，则p1 ∶ p2= _________________。
5. (6 分)【项目化学习】自制新能源夜骑灯。
【项目背景】骑行爱好者使用的夜骑灯用USB 接口充电不够方便。某小组决定自制一款新能源夜骑灯来辅助解决这一问题。
【项目分析】
(1)某款夜骑灯的电池容量为2 000 mA·h，若充电时的电流恒为1 A，则充满电需要________________h。
(2) 小组决定增加太阳能电池板辅助充电，将太阳能先转化为电能，再以_____________能的形式储存在蓄电池中。
【项目实施】图甲是小组设计的简化电路示意图。
(3) 图乙是小组所用的太阳能电池板，整个板面为正方形，面积为2. 5×10-3 m2。某天在阳光下照射5 h，太阳能电池板每平方米的平均发电功率为160 W，则此太阳能电池板的发电量为_______________ k W·h。
【项目优化】
(4) 考虑到太阳能充电只能在阳光下进行，小组在以上设计的基础上，增加风力供电模式，利用风力带动风轮旋转，把风能转化为风轮的机械能，再带动发电机发电，发电机的原理是 _________________________________________。
(5) [新定义] 如图丙，风轮扫风面积S=3×10-2 m2，用v 空气=5 m/s 的固定风速进行测试，仅风力供电时，测得100 s 内照明灯两端的电压U=2.5 V 和通过的照明灯电流I=0.2 A。经查阅资料了解到，空气密度可取ρ 空气=1.2 kg/m3，风能W风= m空气 v2空气，若风能转化为风轮机械能的效率为40%，则风轮机械能转化为照明灯电能的效率约为_____________%。(保留整数)
【评价交流】
(6) [装置改进] 实际夜骑时，还要考虑夜骑灯的安全性、便携性和天气情况等因素，请任选一个角度，对自制夜骑灯的小组成员提出一个合理的建议：_______ _____________________________________________________________。
答案
1.(1)玉门；69.2 (2)2.73×1012 (3)相同；大于；顺
2.(1)红外线 (2)减小；排出 (3)7.2×104；4×103 (4)1 100
3.(1)秒表；甲、丁； c ；乙 (2)乙； = (3)丙
4. (1)①不变；变小 ②大于 (2)43 (3)C (4)40∶241
5. (1)2 (2)化学 (3)2×10-3 (4)电磁感应现象
(5)56 (6)提升LED亮度(或优化光照范围、采用防水材料及稳固的安装方式，从而确保夜骑安全)
【点拨】(5)风轮扫风面积S=3×10-2 m2，t=100 s内扫风距离L=v空气t，则扫风体积V空气=Sv空气t ，空气的质量m空气=ρ空气V空气=ρ空气Sv空气t =1.2 kg/m3×3×10-2 m2×5 m/s×100 s=18 kg，消耗的风能W风= m空气v空气2 = ×18 kg ×(5 m/s) 2=225 J，风能转化为风轮机械能W机=W风×40%=225 J×40%=90 J，照明灯消耗的电能 W电=UIt=2.5 V×0.2 A×100 s=50 J，所以风轮机械能转化为照明灯电能的效率η = ×100%= ×100%≈56% 。素养专项卷八 跨学科实践综合题(四)
时间：45 分钟 满分：29 分
考情解读：2025.24(4)(5)、2024.24(2)(3)考查了物理知识的迁移和应用，强调模型建构和科学思维的结合，由于新版教材中设置了设计、制作类跨学科章节，故设置了设计、制作类相关试题，训练学生的模型建构、科学思维和跨学科综合能力。
1. (7 分)深圳位于北回归线以南，属亚热带季风气候，日照充足。结合深圳气候特点，某学习小组开展了“设计隔热节能房屋”跨学科实践活动。
【活动目的】从能量转化的角度出发，探讨利用可再生能源的途径和方法，完成隔热节能房屋的设计。
【实施过程】
(一)选取房屋的“隔热材料”
(1) 学习小组为了比较材料的隔热性能，找到厚度相等的三种材料，制成大小、形状和结构均相同的房屋模型。用白炽灯光模拟太阳光，房屋模型位置如图甲所示，将温度传感器分别放在房屋模型____________(填“内”或“外”)部的相同位置。闭合白炽灯开关，每隔1 分钟，同时读取三个房屋模型的温度传感器的示数。
(2) 图甲中三个房屋模型的摆放位置不合理，原因：________________________。
(3) 优化实验方案后进行实验，温度传感器的示数变化情况如图乙所示。根据图乙分析，学习小组应选择________________作房屋的隔热材料。
(二)测算太阳能电池板的面积
(4) 学习小组计划在房屋屋顶安装太阳能电池板给房屋供电。深圳某天1 m2 的太阳能电池板发电量为0.8 kW·h，若当天家庭用电量为16 kW·h，为了满足用电需求，太阳能电池板的面积至少为 ____________m2。
(三)研究节能热水器
学习小组了解到有一款空气能热水器，其工作原理如图丙所示。液态工作介质经过蒸发器，吸收室外热空气中的热量后，蒸发成气态，进入压缩机，经压缩机压缩后，形成高温高压的气体，进入水箱中的冷凝管，释放热量后，变成液态，经过储液罐、过滤器、膨胀阀，再次回到蒸发器，开始下一个循环。当室外温度低或需要快速制热时，热水器还可以用水箱中辅热器的电阻丝加热，从而缩短加热时间。学习小组把水从冷凝管吸收的热量与工作介质循环所消耗电能(不含辅热器消耗电能)的比值记为D。
(5)压缩机通过___________(填“做功”或“热传递”)方式改变工作介质的内能。
(6) [新定义] 在某一环境温度下，在空气能热水器水箱中装入200 kg 初温为20 ℃ 的水，关闭其他用电器，记录电能表的示数为932.2 kW·h，启动空气能热水器(辅热器不工作)，2 h 后，水温达到50 ℃，电能表的示数如图丁所示。该空气能热水器的D 值为__________。[ 水的比热容取4. 2×103 J/(kg·℃)]
【交流与评价】
(7) 学习小组根据上述活动方案完成了“隔热节能房屋”的设计，请根据以下评价量表选择一个维度对该设计进行评价：_______________________________ ______________________________________________(需说明理由)。
评价维度 合格 不合格
节能情况 能省电 不能省电
稳定性 供能稳定 供能不稳定
2. (7 分)跨学科实践——设计并制作简易油量表。
【生活调查】小明发现家里新买的三轮摩托车的仪表盘没有油量表。
【任务要求】用所学的知识设计并制作一个简易的油量表，用来实时监测油量情况。
【知识储备】小明在查阅资料时，发现图甲是一种用于自动测量油箱内油量的装置(简称油量表)简化图，其最大测量容量为50 L。
(1)油箱装满油时，油的质量为 _________kg。(已知油的密度为0.8×103 kg/m3)
(2) 如图乙所示的是油箱盖杠杆结构原理图。开启油箱盖时，在B 点施加一个向下的力，弹簧会在A 点产生一个向上的力，从而打开油箱盖。打开油箱盖后，可以闻到很浓的气味，这是因为______________________________________；从图乙可以看出，油箱盖杠杆结构OAB 相当于一个____________(填“省力”或“费力”)杠杆。
(3) 图甲电路中的油量表是由___________表改装而成的，若电源电压为6 V，变阻器R 的最大阻值为200 Ω，当油箱内装满油时，金属滑片在R 的最下端，电路中的电流为60 mA，则R0 阻值为___________Ω；若变阻器R 的阻值随油箱中油量V 的变化如图丙所示， 当电路中的电流为40 mA 时， 油量为_______________L。
【设计优化】为科学评价学生制作的作品，老师设置了如下评价量表。
自制油量表评价量表(部分)
指标 优秀 合格 待改进
正相关性 油面越高，油量表示数越大 油面越高，油量表示数越小 油量表无法反映油面高低
刻度 油量表刻度线均匀，零刻度线对应油量为零 油量表刻度线均匀，零刻度线对应油量不为零 油量表刻度线不均匀，零刻度线对应油量不为零
(4) 小明和团队设计了如图丁所示的油量表电路图，请根据评价量表中的正相关性指示对该设计进行评价，该设计属于________________。
3. (7 分)综合实践活动——设计灶具熄火自动保护装置。
【任务与要求】为防止因沸汤溢出或风吹使灶具熄火引发燃气泄漏，同学们为灶具设计一个熄火自动保护装置。要求启动保护温度控制在60~80 ℃内且泄漏时间要短。
【设计与实施】
任务一：调查与研究学习
(1) 汤的沸点一般会比水的沸点高。煲汤时可把汤料和水置于炖盅内，炖盅则浸在大煲的水中，并用蒸架把盅与煲底隔离，这样“炖汤”安全，如图甲所示。盅内的汤____________(填“能”或“不能”)沸腾。
(2) 燃气灶头有两个针头，如图乙。一个是点火针头，用来引燃燃气灶喷出的燃气。另一个是自动熄火保护装置的感应针头，在意外熄火(如汤水溢出)时，感应针头内的热敏电阻能感知温度变化，当电流达到一定值时，装置能自动关闭气路。
(3) 热敏电阻的灵敏度：a、b 两热敏电阻的阻值与温度的关系分别如图丙a、b 所示。两个温度点之间的电阻变化量与相应温度变化量的比值为γ，能反映其灵敏度。γ 越大，热敏电阻灵敏度越高。设温度在40~80 ℃时，a、b 两热敏电阻的灵敏度分别为γa、γb。其中γa _________γb(填“＞”“＜”或“=”)。
任务二：设计自动保护模拟装置
模拟装置原理如图丁，控制电路的电源电压不变，滑动变阻器接入电路的最大阻值为200 Ω，热敏电阻Rt 为图丙中的a，线圈电阻不计。当电磁铁线圈中的电流I ≤ 0.02 A 时，衔铁K 被释放，从而关闭气路(未画出)启动保护，反之打开气路。正确连接电路后，闭合开关，电压表示数为2 V 且装置恰好能启动保护。为防止燃气泄漏时间过长，装置启动保护时，Rt 的电功率不超过0.05 W。
(4) 在意外熄火后，图丁装置在开关S 闭合的情况下，线圈中的电流大小变 ______________。
(5) 控制电路的电源电压U= ______________V。若仅将Rt 更换为热敏电阻b， 则装置启动保护的温度为_____________℃。
【交流与评价】如表所示的是任务二的部分评价指标。
等级 优秀 良好 合格 不合格
评价指标 启动温度控制在规定范围内，可防止泄漏时间过长 启动温度控制在规定范围内，但不可控制泄漏时间长短 启动温度控制在一定范围内，可防止泄漏时间过长 启动温度控制在一定范围内，但不可控制泄漏时间长短
(6)你对“任务二”的评价等级为_________，请你给出优化建议：______________ _________________________________________________________________。
4. (8 分)【实践背景】如图甲是《墨经》记载的杆秤，文中将待称量的物体称为“重”，将秤砣称为“权”。称量时，先将“重”挂在挂钩上，然后将“权”拨到合适位置，直至秤杆水平平衡，此时根据“权”绳所对应的刻度就可以知道待称物体的质量。为此，小明所在的跨学科实践小组准备结合《墨经》的记载和已学知识，尝试自制简易杆秤并进行相关探究。
【器材准备】木条(总长20 cm)、圆柱形小桶、细绳、钩码(50 g、100 g 若干)。
【制作杆秤】如图乙，将小桶用细线悬挂在木条C 点，移动绳套到B 点，木条恰好在水平位置平衡，量得BC =5 cm。选取50 g 的钩码作为“秤砣”，在小桶中添加钩码(当物体)，移动“秤砣”，直至木条再次在水平位置平衡，在“秤砣”对应的位置标注所测物体的质量。
【交流评价】小组的同学们对自制的杆秤及实验过程中的现象进行了评价交流。
(1)如图甲，提纽所在位置相当于杠杆的______________。
(2) 如图乙，该杆秤的零刻度线在提纽 ______________(填“B 点”“B 点左侧”或“B 点右侧”)，该杆秤最多可称量 __________________g 的物体。
(3) 小明发现另一小组制作的杆秤比自己所在小组制作的杆秤精确程度高，可能的原因是他们使用的小桶质量相同，但该小组使用的“秤砣”质量较________。
(4) 小明发现可以将图乙中的杆秤改装成测量液体密度的“密度计”，他在小桶中倒水至标记处，移动“秤砣”至使杆秤水平平衡(如图丙)，此时“秤砣”悬挂处标为“1.0”(如图丁)。换装其他液体继续实验，待杆秤水平平衡时，在“秤砣”悬挂处标注液体的密度值。图丁标注的刻度线分布是___________ (填“均匀”或“不均匀”)的；若小桶内液体体积V=50 mL(液面在标记处)，则AB 中点密度应该标为 _____________g/cm3。
(5) [开放性设问] 小聪提出也可以将液体密度标在透明小桶的桶壁上(如图戊)，先在小桶中倒入适量的水，移动秤砣使秤杆水平平衡，水面处标上“1.0”，小桶内倒入其他液体继续实验，保持____________不变，待秤杆水平平衡，桶壁液面处标注相应密度值，请你对小明和小聪分别制作的“密度计”的刻度特点进行对比评价：________________________________________________ _________________________________________________________________。
答案
1. (1)内 (2)三个房屋模型与白炽灯的距离不同，光照强度不同 (3)泡沫板 (4)20 (5)做功 (6)5 (7)节能情况是合格，因为在房屋屋顶安装太阳能电池板、安装空气能热水器都能大大降低电能的消耗
2. (1)40 (2)分子在永不停息地做无规则运动；省力
(3)电流；100；37.5 (4)优秀
3. (1)不能 (3)＜ (4)小 (5)6；80
(6)良好；在电路中添加一个温控开关，温度降低后立即断开电源
4. (1)支点 (2)B点；150 (3)小 (4)均匀；1.5
(5)“秤砣”位置；从刻度特点上相比较，小聪制作的“密度计”刻度不均匀，刻度值从上到下越来越密，而小明制作的“密度计”刻度值均匀，使用起来更方便、准确(合理即可)
