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布朗运动
1826年,英国植物学家布朗用显微镜观察水中悬浮的花粉.发现这些花粉颗粒不停地做无规则的运动,这种运动后来被称为布朗运动.颗粒越小,这种运动越显著.不只是花粉,对液体中其他各种不同的悬浮微粒都可以观察到布朗运动.例如取一滴稀释了的墨汁放在1 000倍左右的普通显微镜下进行观察,就可以看到布朗运动.图甲给出了每隔0.5 min所记录下来的3个布朗颗粒的位置.然后用直线依次连接这些位置,就得到布朗运动的轨迹示意图.
产生布朗运动的原因是什么呢?原来,悬浮在水中的花粉颗粒体积很小,来自各个方向的水分子与小颗粒发生碰撞.当撞击不平衡时,小颗粒就会沿着冲力大的方向运动;在另一瞬间,若来自另一个方向的撞击作用较强,小颗粒又会向另一方向运动.这样不断地撞击,使得小颗粒发生了无规则运动.图乙描绘了一个小颗粒受到它周围液体分子撞击时的情景.可以想像,颗粒较小时,某一瞬间与它撞击的分子数就较少,撞击的不平衡性就较大,无规则运动就越显著;而颗粒较大时,不但颗粒自身的惯性大,而且在任一瞬间撞击它的分子数很多,它在各个方向受到的撞击基本上相互平衡,因此颗粒能保持原有的状态.可见,布朗运动本身并不是分子的运动,而是固体小颗粒的无规则运动,但布朗运动的无规则性,则反映了液体分子运动的无规则性.虽然布朗运动并非是分子的直接运动,但它却证实了我们不能直接看到的分子无规则运动的存在.
(1)图甲中描绘的运动轨迹不可能是(____)
A.花粉的 B.墨汁的
C.分子的 D.固体小颗粒的
(2)不论是白天还是黑夜,冬天还是夏天.我们总可以在显微镜下看到布朗运动.这表明分子是在____________做无规则运动.
(3)如何使布朗运动加快?_______________(至少写出两种方法)
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新型发热材料﹣﹣PTC
PTC是一种新型的半导体陶瓷材料,它以钛酸钡为主,渗入多种物质后加工而成,目前家用的陶瓷暖风器、陶瓷电热水壶等就是用这种材料做成的。
PTC有一个根据需要设定的温度,低于这个温度时,其电阻随温度的升高而减小,高于这个温度时,电阻值则随温度的升高而增大,我们把这个设定的温度叫“居里点温度”,用PTC材料制成的电热器具有发热、控温双重功能,应用十分广泛。
(1)家用固体电热灭蚊器就使用PTC陶瓷电热元件,下图为其电阻随温度变化的图象,由图可知,该PTC材料的居里点温度为_____℃。
(2)家用固体电热灭蚊器工作时的温度基本恒定在165℃左右,若它的温度高于165℃,电阻_____,功率_____,使其温度降低(以上均填变化情况);反之,也能自动调节。因此用PTC材料制成的电热器具有自动调节功能。
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阅读《无翅飞奔﹣﹣磁悬浮列车》回答问题.
无翅飞奔——磁悬浮列车
磁悬浮列车(如图所示)是现代新型的轨道交通工具,是对传统轮轨铁路技术的一次革新.磁悬浮列车不使用机械力,主要靠电磁力使车体浮离轨道.由于轨道的磁力作用使列车悬浮在空中,行走时无需接触地面,因此我们叫它“会飞的列车”.因没有轨道摩擦,其阻力只有空气阻力,所以,磁悬浮列车车速有了较大的提升.轮轨普通列车的速度约为120 km/h,轮轨高速列车的速度约为300 km/h,而磁悬浮列车的最高速度可以达到500 km/h,比高铁还要快,是当今世界上最快的地面客运交通工具之一.
磁悬浮列车具有速度快、爬坡能力强、能耗低、噪声小、安全舒适、不燃油、污染少等优点;采用高架方式,占用的耕地很少;与普通的轮轨列车相比还具有性价比高、寿命长、维修费用低、节能环保等优点.在整个运行过程中,它是在无接触、无摩擦的状态下实现高速行驶的,因而具有“地面飞行器”及“超低空飞行”的美誉.
磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统.它是利用磁极相互作用,即“同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引”的原理,让磁铁对列车产生向上的磁力来抗拒地心引力,使车体完全脱离轨道,悬浮在轨道上方,腾空行驶.
由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种不同的磁作用,因此磁悬浮列车也有两种相应的工作形式:一是利用磁铁同性相斥原理设计的电磁运行的磁悬浮列车,它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相互斥力,使车体在悬浮的铁路上运动.二是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车,它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁,在T形轨道的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板,控制电磁铁的电流,使电磁铁和导轨间保持10 mm左右的间隙,并使导轨钢板的吸引力与车辆的重力平衡,从而使车体悬浮于导轨面上运行.
磁悬浮列车上装有电磁体,铁路底部则安装线圈.通电后,地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同,两者“同性相斥”,排斥力使列车悬浮起来.铁轨两侧也装有线圈,交流电使线圈变为电磁体.它与列车上的电磁体相互作用,使列车前进,列车上某点的电磁体(N极)被轨道上靠前一点的电磁体(S极)所吸引,同时被轨道上稍后一点的电磁体(N级)所排斥,结果一“拉”一“推”,这样,列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰.
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)磁悬浮列车是利用____________的原理实现悬浮;
(2)利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车,其高速运行时,导轨钢板对列车的吸引力和列车________相等;
(3)简述磁悬浮列车在设计时,为提高运行速度,采取了哪些措施.__________ 。
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在研究“磁场对通电导体(电流)有力的作用”实验中.
(1)利用图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时,应在“a”、“b”之间接入______(填“灵敏电流计”“电源”或“灯泡”),根据该原理可制成______.
(2)如图乙、丙中,磁体间磁场的磁感线方向都是从磁体N极水平指向S极,且线圈所处的空间磁场强弱是恒定不变的(也称匀强磁场).
(a)在乙图中,通电后cd段导线受磁场力的方向为竖直向下,此时,ab段导线所受磁场力的方向是竖直向上,这两个力不是一对平衡力,这是因为______
A.二力不是作用在同一物体上
B.二力不是作用在同一直线上
C.二力的作用点不同
D.二力大小不是相等
(b)图丙中的线圈可以持续转动,是在外部加装了__________,该装置能使线圈平面刚处于________(填“平行磁感线”“垂直磁感线”或“任一”)位置时,自动改变线圈中的电流方向.
(c)写出一种让图丙中线圈转动更快的措施:____________.
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布朗运动
1826年,英国植物学家布朗用显微镜观察水中悬浮的花粉.发现这些花粉颗粒不停地做无规则的运动,这种运动后来被称为布朗运动.颗粒越小,这种运动越显著.不只是花粉,对液体中其他各种不同的悬浮微粒都可以观察到布朗运动.例如取一滴稀释了的墨汁放在1 000倍左右的普通显微镜下进行观察,就可以看到布朗运动.图甲给出了每隔0.5 min所记录下来的3个布朗颗粒的位置.然后用直线依次连接这些位置,就得到布朗运动的轨迹示意图.
产生布朗运动的原因是什么呢?原来,悬浮在水中的花粉颗粒体积很小,来自各个方向的水分子与小颗粒发生碰撞.当撞击不平衡时,小颗粒就会沿着冲力大的方向运动;在另一瞬间,若来自另一个方向的撞击作用较强,小颗粒又会向另一方向运动.这样不断地撞击,使得小颗粒发生了无规则运动.图乙描绘了一个小颗粒受到它周围液体分子撞击时的情景.可以想像,颗粒较小时,某一瞬间与它撞击的分子数就较少,撞击的不平衡性就较大,无规则运动就越显著;而颗粒较大时,不但颗粒自身的惯性大,而且在任一瞬间撞击它的分子数很多,它在各个方向受到的撞击基本上相互平衡,因此颗粒能保持原有的状态.可见,布朗运动本身并不是分子的运动,而是固体小颗粒的无规则运动,但布朗运动的无规则性,则反映了液体分子运动的无规则性.虽然布朗运动并非是分子的直接运动,但它却证实了我们不能直接看到的分子无规则运动的存在.
(1)图甲中描绘的运动轨迹不可能是(____)
A.花粉的 B.墨汁的
C.分子的 D.固体小颗粒的
(2)不论是白天还是黑夜,冬天还是夏天.我们总可以在显微镜下看到布朗运动.这表明分子是在____________做无规则运动.
(3)如何使布朗运动加快?_______________(至少写出两种方法)
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中国天眼
从1609年,伽利略制作出第一架光学望远镜到射电望远镜诞生的三百多年里,光学望远镜一直是天文观测的重要工具。世界上最大的单口径、最灵敏的射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope简称FAST),如图所示,被誉为“中国天眼”,是我国天文学家南仁东带领他的研究团队于2016年9月25门建成的。相比德国波恩100米望远镜,FAST灵敏度提高约10倍;相比美国阿雷西博350米望远镜,综合性能提高约10倍。FAST将在未来20~30年保持世界一流地位。
FAST的最大特点是索网结构可随天体的移动自动变化,带动索网上的反射面板产生变化。FAST是使用一种称为“漂移扫描”的方式来进行观测的。所谓的“漂移扫描”和“守株待兔”的思路相类似,就是望远镜不动,固定的指向天顶,等着天体自己运动到望远镜的视野里面。
2017年10月10日,中国科学院国家天文台宣布,FAST经过一年紧张调试,探测到数十个优质脉冲星候选体,目前已通过系统认证的脉冲星达6颗。其中两颗脉冲星的具体信息为:一颗自转周期为1.83秒,距离地球约1.6万光年;另一颗自转周期为0.59秒,距离地球约4100光年。对脉冲星的观察、研究对揭示宇宙诞生和演变的奥秘具有重要意义。
根据上述材料,回答下列问题:
(1)世界上最大的单口径、最灵敏的____________望远镜,被誉为“中国天眼”;
(2)FAST的最大特点是索网结构可随天体的移动自动变化,带动索网上的___________产生变化;
(3)光年是____________的单位;
(4)“中国天眼”能“扫描”到微弱的射电波,是因为球形反射面对射电波有____________作用。(选填“会聚”或“发散”)
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科学家发现某种合金具有“形状记忆功能”:如果在较低温度时将它弯曲成某一形状,然后加热到较高温度时再弯曲成另一形状;那么当降到原来较低温度时,它会自行恢复到低温时的形状.现用它制成如图所示的装置:在可绕圆心O转动的均匀轻质圆盘上安装了一个用形状记忆合金做成的螺旋圈,它们在温度低时收紧、在温度高时放松.实验表明:当把该圆盘的下半部分浸在盛有一定量热水的水槽中时,只要给圆盘一个起始转动的力,圆盘就能克服摩擦和水的阻力连续转动起来.
(1)上述装置能否看做是一个“永动机”?为什么?
(2)发挥你的想象力,提出一个巧妙应用形状记忆合金的设想(参照示例,另举1例).
示例:用形状记忆合金制作一个“保险丝”,安装在电器内易发热物体附近,当温度过高时,记忆合金就恢复到它高温时的形状,断开电路,防止电器过热.
设想:(所提的设想应是制作“保险丝”以外的)
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小明想比较不同燃料的热值.他利用图示完全相同的两套实验装置装了质量相同的酒精和碎纸片分别同时给质量和初温相同的水加热,比较相同时间内水升高的温度.
(1)小明实验方案中存在明显问题,请你帮他指出来_______.
(2)小华针对小明方案中存在的问题,对方案的错误部分进行修改.简要写出修改后正确的实验方案_______.
(3)为了正确完成实验,除了图示装置还需要的一个测量器材是________.
(4)小华按正确方法进行实验后,发现(a)中温度计最后的示数是(b)中温度计最后示数的2倍,小华就认为酒精的热值是碎纸片的2倍的结论.这个结论是________.(选填“正确的”或“错误的”)
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贫民窟中的黑科技 单靠重力工作的电灯
当我们在享受电灯带来的各种便利时,身处在发展中国家贫困地区的人们却在依靠极度危险的煤油灯进行照明。针对发展中国家普遍用不上电的情况,2012年12月,英国伦敦设计师马丁·瑞德福和吉姆·里弗斯发明了一款实用的“重力灯”(GravityLight)。顾名思义,它靠重力发电。在灯身上挂着的一个重物,重物下落时,它会拉动灯中心的一根绳子,从而启动一台发电机。发电机把下落重物产生的能量为灯供电。这和手摇式发电装置的原理一样,只不过重力灯的运动方向更垂直。这种重力灯和苹果手机一起被誉为21世纪最伟大的发明。
现在,重力灯迎来了第二代-----“重力LED灯GL02”,其亮度相当于一个12瓦的日光灯(如图1),使用寿命可以达到200年。“重力LED灯GL02” 挂于大约2米高,通过拉几下珠绳把重物吊起,松开后,重物因重力的关系会慢慢下降(每秒大约2mm,如图2)。以一系列的齿轮带动一个直流发电机,发电时间约为20分钟。“重力LED灯GL02”采用了全新的保护机制,可以确保超重的物体安全地着陆地面。当沙包落到地面时,只要将沙包再提高至原来位置,又可以继续发电。这样就能拥有绿色、不用电池、无污染、使用“零”成本、源源不断的光线。而且“重力LED灯GL02”机身上有DC插座,还可以为收音机等设备进行供电,其他类似的装置——比如电池充电器也能用同样的方式工作。重力LED灯的照明时间取决于安装的高度,正常情况下,安置于1.8米的高度,可以维持约20分钟的照明,当然你安装高度的越高,维持时间越长。
(1)重力灯的主要构件是直流发电机,它的工作原理是______________ 。重力灯工作过程中主要的能量转化形式是:将________ 能转化成__________能再转化成________能。
(2)重力灯的内部结构如图3所示,使用了滑轮系统,通过向下拉珠绳把重物吊起。重力灯利用滑轮系统的目的是___________________________________ 。
(3)LED灯是由发光二极管组成,电光转换效率极高,具有单向导电性。当二极管两端外加正向电压时,如果正向电压很小,正向电流也几乎为零,当正向电压大于某个值以后,二极管正向导通,电流随电压增大而迅速上升。当二极管两端外加反向电压不超过一定范围时,通过二极管的电流几乎为零,二极管处于截止状态。外加反向电压超过某一数值时,反向电流会突然增大,这种现象称为电击穿。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。如图4所示,为一发光二极管中的电流随它两端电压变化的曲线。
①以下判断中错误的是(_____)
A.当该二极管两端的正向电压为0.2V时,二极管处于导通状态
B.当该二极管两端的正向电压为0.8V时,二极管处于导通状态
C.当该二极管两端的反向电压为10V时,二极管处于截止状态
D.当该二极管两端的反向电压为50V时,二极管将会被击穿
②该二极管两端的正向电压为0.5V时的电阻____________(选填“大于”、“等于”、“小于”)正向电压为0.7V时的电阻。
(4)如果某一次使用重力灯,将质量为20Kg的重物吊起到1.8m的高度释放,重物以2mm/s速度匀速竖直下降,整个过程中可使10只并联的标有“3V、10mA”LED灯正常发光。则整个过程中重物的重力做功______________ J(g=10N/ kg);重力灯的能量转化效率为___________。
(5)重力灯是绿色、无污染的清洁照明工具,使用“零”成本。但它也有不足之处,请说出使用重力灯的一点不足: _______________________。
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某校物理兴趣小组设计了一种“电子秤”,实际上是压力测量仪,用它来称量物体的重量,其原理结构如图所示.图中A为金属片,B为金属板,R1=24 Ω,R2是最大值为72 Ω的滑动变阻器,电源电压为12 V不变.问:
(1)图中的重量表应该用什么电表改装?R1的主要作用是什么?
(2)当称量物体重量达到最大值时,R2两端的电压是多少?
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