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防冻冷却液
汽车行驶时,发动机的温度会升得很高,利用防冻冷却液在散热器管道内循环流动,将发动机多余内能带走,使发动机能以正常工作温度运转。防冻冷却液主要由水和不易汽化、密度比水小的某种防冻剂(简称原液)混合而成,原液含量(防冻剂占防冻冷却液体积的比例)越高,防冻冷却液的比热容越小,防冻冷却液的凝固点和沸点与原液含量的关系图象见图2和图3所示。选用时,防冻冷却液的凝固点应低于环境最低温度10℃以下,而沸点一般要高于发动机最高工作温度5℃以上。
请回答下列问题:
(l)若用水代替防冻冷却液,在北方寒冷的冬天,停车时间比较长,会因水结冰容易导致散热器管道胀裂,为什么?因为当水结冰时,________,所以把散热器管道胀裂。
(2)设某品牌汽车的发动机工作温度为90~101℃,所在地区最低温度为﹣17℃,应选用何种较合适比例的防冻冷却液________(选填“35%”、“45%”、“55%”或“65%”),简述选用理由:________。
(3)现有原液含量为75%的防冻冷却液长时间使用后,由于汽化会减少,与原来相比,防冻冷却液的哪些物理量发生了什么变化,如何变化?(示例:体积变小)
①________,②________,③________,
④________,⑤________。
(1)体积变大;(2)55%;原液含量55%的防冻液凝固点低于﹣27℃,沸点高于106℃;(3)①密度变小;②比热容变小③沸点升高;④凝固点升高;⑤质量变小。
【解析】(1)水结冰后,质量不变,密度减小,根据V=知,体积变大;
(2)某地最低气温为﹣17℃,防冻冷却液的凝固点应低于环境最低温度10℃以下,则混合液的凝固点应在﹣27℃以下;
汽车的发动机工作温度为90~101℃,沸点一般要高于发动机最高工作温度5℃以上,则混合液的沸点约为106℃以上;所以选择55%的防冻液较为合适;
(3)现有原液含量为75% 的防冻冷却液长时间使用后,由于汽化会防冻液中的水减少,防冻液的体积减小,质量减小,与原来相比,防冻液的原液含量增大,密度变小,比热容减小,由图2可知,防冻液的凝固点升高,由图3可知,防冻液的沸点升高。
如图所示,2016年4月12日,长安睿骋自动驾驶汽车从重庆出发行程近2000km,途经狭窄车道、陡坡急弯、车流人流、雨雾天气等考验顺利到达北京。这款汽车具备全速自适应巡航、交通拥堵辅助、自动紧急刹车、车道对中、自动换道、主动限速及语音助手七大核心功能,不仅可以通过前视摄像头、前视雷达、高精地图等实现停走型自适应巡航,还可以实现超车换道。它代表了我国自主品牌汽车在无人驾驶研发领域的最新进展。
请找出一个与以上情景有关的物理信息,并指出对应的物理知识,不得与示例重复。
示例:
物理信息:汽车通过前视雷达实现巡航;
物理知识:电磁波传递信息。
作答:物理信息:________;
物理知识:________。
汽车具有语音助手功能;声音可以传递信息。
【解析】①物理信息:汽车通过前视摄像头实现停走型自适应巡航;
物理知识:u大于2f时,透镜成倒立缩小的实像。
②物理信息:汽车具有自动紧急刹车功能;
物理知识:力可以改变物体的运动状态。
③物理信息:汽车克服雨雾天气的考验顺利到达北京;
物理知识:雾是由空气中的水蒸气遇冷液化形成的。
④物理信息:汽车具有语音助手功能;
物理知识:声音可以传递信息。
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家用小轿车
建国70年以来,国富民强,人们的生活水平的不断提高,轿车已进入千家万户。如图甲是一款家用小轿车,轿车外形设计成流线型从而减小行驶阻力,图丙所示为该轿车在水平路面上启动过程中的速度图象,OA为过原点的倾斜直线,BC为水平直线,AB是与OA和BC都相切的曲线。已知0~5s内汽车的牵引力恒为F=4000N,t=5s时,汽车的功率达到额定功率40kW,且在之后的运动过程中保持该功率不变。假设汽车行驶中所受的阻力大小恒为f=1000N.(汽车行驶时牵引力F、功率P和速度v的关系为P=Fv)
(1)如图乙为小轿车的方向盘,方向盘属于________(杠杆/滑轮/轮轴);
(2)t=5s时汽车速度v1=________m/s;
(3)求t=35s时汽车速度v2=________m/s;
(4)在图丁中作出0~35s内牵引力的功率P随时间t变化的图象;
(5)5~35s内牵引力所做的功________J。
(1)轮轴;(2)10;(3)40;(4)如下图;(5)1.2×106。
【解析】(1)汽车方向盘本质是一个轮轴,使用的好处是可以省力,便于转向;
(2)t=5s时,由P=Fv可知,汽车速度v1===10m/s;
(3)t=35s时,汽车作匀速运动,由二力平衡知,牵引力F2=f=1000N,
故汽车的速度为:v2===40m/s;
(4)0~5s内,v与t成正比关系,F=8000N,根据P=Fv得,P与t成正比关系;
0~35s内,功率保持额定功率不变。
故牵引力的功率P随时间t变化的图象如图所示:
(5)5~35s内牵引力所做的功是:W=P额t=40000W×30s=1.2×106J。
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热阻
当物体或物体的不同部分之间存在温度差时,就会发生热传递。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、与横截面积S成反比,还与物体的材料有关,关系式为R=,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,温度始终为t1;另一侧是低温环境,温度始终为t2,墙壁中形成稳定的热量流动,则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)热量传导过程和电流相似,温度差相当于电路中________
A.电流B.电压C.电阻D.电功率
(2)铜汤勺放在热汤中,把手很快就会烫手,而塑料把手的汤勺不会烫手。由此可知铜和塑料的导热系数大小:λ铜________λ塑料(填“>”“<”或“=”)。
(3)如图甲所示,热量在墙壁中传导,虚线标出的墙壁正中间处的温度为________。
(4)如图乙所示,热量在墙壁中传导,在传导方向上的长度为L1,横截面积为S,导热系数为λ1;在墙壁一侧紧贴一层保温层,保温层与墙壁面积相同,在热传导方向上的长度为L2,导热系数为λ2,则单位时间内从高温环境传导到低温环境的热量Q=________。
(1)B;(2)>;(3);(4)。
【解析】(1)热传递的条件是温度差,电压是形成电流的原因,热量传导过程和电流相似,温度差相当于电路中电压,故B正确;
(2)铜汤勺放在热汤中,把手很快就会烫手,而塑料把手的汤勺不会烫手,说明塑料的传热性能差,根据题意知:导热系数越小,热阻越大,导热能力越差,所以铜导热系数大于塑料的导热系数,即λ铜>λ塑料;
(3)墙壁中形成稳定的热量流动,相同时间内,温度的减少相同,所以墙壁正中间处的温度为:;
(4)根据“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”知
单位时间内从高温环境传导到低温环境的热量Q=。
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白光LED灯
目前,常用的白光LED以蓝光LED为芯片,其上涂有黄色荧光粉,通电后,LED芯片发出蓝光,其中一部分照射到荧光粉上,荧光粉发出波长比蓝光长的黄光,该黄光与另一部分蓝光混合射出,人眼便感觉到白光,生活中常用的白光LED灯是将多个白光LED连接而成的。
实验表明,白光LED的发光强度与其通过电流的占空比成正比。通常通过LED的电流随时间变化的规律如图1所示,电流的占空比D=,在电流周期T小于人眼视觉暂留时间(约0.1s)的情形下,人眼便感觉不到灯的闪烁。
人眼对亮度的感觉(即“视觉亮度”)与LED发光强度变化并不一致,当光强度均匀增大时,视觉亮度并非均匀增加。弱光时,光强增大一倍,视觉亮度的增加多于一倍;强光时,光强增大一倍,视觉亮度的增加不足一倍。
生活中,白光LED调光台灯的电流设置了恰当的占空比变化规律,使视觉亮度均匀变化。
(1)文中所述人眼感觉到的白光是由________混合而成的。
(2)文中所述白光LED发出的两种色光________。
A.均由荧光粉产生
B.均由LED芯片产生
C.波长短的由LED芯片产生,波长长的由荧光粉产生
D.波长短的由荧光粉产生,波长长的由LED芯片产生
(3)白光LED灯通入图中所示电流时,在0﹣2T时间内,不发光的时间段为________和________。
(4)下列是四种电流的t0和T值,它们的I0均相同。分别用它们对同一白光LED灯供电,其中人眼感觉不到闪烁,且发光强度最大的是________。
A.t0=1.8s,T=2sB.t0=0.8s,T=1.0s
C.t0=0.05s,T=0.1sD.t0=0.02s,T=0.03s
(5)某白光LED调光台灯共有5级亮度,要使人眼对1~5级的“视觉亮度”均匀增大,下列图象中电流的占空比设置符合要求的是________。
(1)黄光与蓝光;(2)C;(3)t0~T;t0+T~2T;(4)D;(5)B。
【解析】(1)常用的白光LED以蓝光LED为芯片,其上涂有黄色荧光粉,通电后,LED芯片发出蓝光,其中一部分照射到荧光粉上,荧光粉发出波长比蓝光长的黄光,该黄光与另一部分蓝光混合射出,人眼便感觉到白光,所以白光是黄光和蓝光混合而成的。
(2)通电后,LED芯片发出蓝光,其中一部分照射到荧光粉上,荧光粉发出波长比蓝光长的黄光,蓝光由LED芯片发出,荧光粉发出波长比蓝光长的黄光,故选项AB都错误;荧光粉发出波长比蓝光长的黄光,蓝光波长短,黄光波长长,故选项C正确,选项D错误。
故选:C。
(3)由图象知,t0~T 和 t0+T~2T 时间段,电流为零,灯泡不发光。
(4)在电流周期T小于人眼视觉暂留时间(约0.1s)的情形下,人眼便感觉不到灯的闪烁。
A. T=2s>0.1s,人眼会感到灯闪烁,选项错误。
B.T=1.0s>0.1s,人眼会感到灯闪烁,选项错误。
CD.TC=0.1s=0.1s,人眼不会感到灯闪烁,TD=0.03s<0.1s,人眼不会感到灯闪烁,
TC=0.1s时,电流占空比:DC==
TD=0.03s时,电流占空比:DD=
因为电流相等,DC<DD,
因为白光LED的发光强度与其通过电流的占空比成正比,
所以当TD=0.03s,灯的发光强度最强,
故选项C错误,选项D正确。
(5)A、白光LED的发光强度与其通过电流的占空比成正比,但是发光强度和视觉亮度不成正比,所以电流占空比和视觉亮度不成正比,如图是正比函数,故选项A错误。
BC、根据D=,在电流周期一定时,电流越大电流占空比越大,发光越强,所以可以认为M点和N点下方都是弱光,M点和N点上方方都是强光,
如图B,M点以下是弱光,电流占空比增大,光强增大,光强增大一倍,视觉亮度的增加大于一倍;M点以上是强光,强光时,光强增大一倍,视觉亮度的增加小于一倍,图象和题意相符,故选项B正确。
如图,N点以下是弱光,光强增大一倍,视觉亮度的增加小于一倍;M点以上是强光,强光时,光强增大一倍,视觉亮度的增加大于一倍,图象不符合要求,故选项C错误。
D、因为白光LED调光台灯共有5级亮度,当1级亮度时,电流不能为零,电流占空比不能为零,故选项D错误。
故选:B。
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