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神奇的饮水鸟
如图所示是一种古老的中国玩具——饮水鸟,它的神奇之处在于:它看上去没有任何外来的动力,却能不停地点头“喝”水,犹如一台永动机。就连爱因斯坦看后都十分惊叹饮水鸟的设计。
饮水鸟的结构如图甲所示,它是一个由“头泡”和“尾泡” 构成的密闭容器,容器内装有易挥发的乙醚液体,乙醚液体在温度升高或液表气压减小时易汽化;汽室1和汽室2中充满乙醚的饱和蒸气,乙醚蒸汽在温度降低时易液化。
平时,鸟身略向前倾。启动时给吸湿层滴足够的水,吸湿层中的水因蒸发而吸热,使汽室2中的温度降低,导致汽室2中的气压小于汽室1中的气压,尾泡中的乙醚液体在汽室1中气压的作用下沿玻璃管往上升,于是整个鸟的重心上移(如图乙所示),鸟身逐渐前倾,直至鸟嘴接触水面“喝”水,此时头泡和尾泡刚好通过玻璃管连通(如图丙所示),两汽室中的乙醚蒸汽混合,液态乙醚在自身重力的作用下流回尾泡,饮水鸟的重心下移,于是渐渐直立起来,在支架上来回摆动。由于“喝”水时,鸟嘴接触水面,沾湿了吸湿层,于是它又开始循环工作。
(1)因吸湿层上的水会蒸发使汽室2中乙醚饱和气的温度降低时,部分饱和气会发生_______现象;在乙醚液体沿玻璃管往上升时,汽室1中气压会减小,此时尾泡中的乙醚液体会吸收外界空气的热量发生______现象,以保持汽室1中乙醚蒸汽的饱和状态(两空均填物态变化名称);
(2)饮水鸟“喝”完水后会在支架上来回摆动,摆动时,以头泡为参照物,空气是_______(选填“运动”或“静止”),这样能加快吸湿层中水分的蒸发;若冬天气温太低,吸湿层上的水蒸发过慢,饮水鸟会渐渐停止摆动,这是因为_____________;
(3)饮水鸟“喝”水的频率受吸湿层上水的蒸发速度影响,水的蒸发越快饮水鸟工作越勤快,要想使饮水鸟工作更勤快,你的做法是_______________________________________;
(4)从能量转化的角度来看,饮水鸟工作时可以把空气的_____能转化机械能,但在实际生活中并没有利用饮水鸟的原理来制造发动机,你认为可能的原因是:________________。
(6分)如图所示是小明用来研究液体内部压强特点的实验装置,容器中间用隔板分成左右两边,隔板下部有一圆孔用薄橡皮膜封闭,橡皮膜两侧压强不同时会凹向深度小的一侧。
(1)他在容器两边各倒入适量的水,实验现象如图所示。可以判断______边水产生的压强较大,你作出判断的依据是 __________,这种现象说明液体压强与______有关。这种通过橡皮膜形状的改变来判断液体内部压强大小的方法叫___________法;
(2)小明在知道了液体内部压强特点后,想用以上实验装置来比较不同液体的密度大小,他设计的简要实验步骤如下:
①在容器两边分别装入_________相同、密度不同的甲、乙两种液体;
②观察橡皮膜的变形情况,判断两种液体密度的大小关系;
请你帮小明把实验步骤①补充完整,说明判断两种液体密度大小的方法:
判断方法:________________________________________________________________。
(6分)如图甲是我国某公路两旁风光互补路灯系统的外景,其中的风力发电机组主要由风机叶片和发动机组成;该风力发电机的输出功率与风速的关系图像如图乙所示。请回答:
(1)风力发电利用的是风能,风能是清洁的、_______(选填“可再生”或“不可再生”)能源;
(2)风力发电机利用___________原理把________转化为电能;
(3)由图乙图像可知,能使该风力发电机组产生电能的风速范围是____________(用图像中的字母表示);
(4)下表给出的是在不同风速下该风力发电机的输出功率。请根据表中信息回答:
平均风速(m/s) | 2 | 4 | 8 | 16 |
输出功率(W) | 1.25 | 10 | ? | 640 |
①当风速为8m/s时,该风力发电机的输出功率为______ W;
②当风速为16m/s时,这台风力发电机工作1s所产生的电能可供1只“12V 60W”电灯正常工作2s,那么风力发电机发电的效率为__________。
(7分)如图是某型号电热水器的电路原理图。R1、R2为电热丝,将开关S依次置于ab、bc、cd位置时,电热水器分别处于断电、保温、加热状态。已知该电热水器的保温功率为1.1kW,R2=8.8Ω。各种橡胶绝缘铜芯导线在常温下安全载流量(长时间通电时的最大安全电流)如下表:
导线规格 | ||||
导线横截面积S/ mm 2 | 2.5 | 4 | 6 | 10 |
安全载流量I/A | 28 | 37 | 47 | 68 |
(1)求电热丝R1的阻值;
(2)从用电安全角度考虑,安装该电热水器时,至少应选择上表中横截面积为多大的铜芯导线,请通过计算说明;
(3)在加热状态下,电热水器正常工作10min所产生的热量相当于完全燃烧多少m3煤气所放出的热量。(假设电热水器正常工作时把电能全部转化为热能)(煤气的热值约为4.0×107J/ m3 )
(6分)如图所示,某轿车的质量是1.6t,每个轮子与地面的接触面积是0.02m2,在平直公路上以72 km/h的速度做匀速直线运动,已知牵引力为2000N,求:
(1)轿车所受的重力;(取g=10N/kg)
(2)轿车空载静止时,地面受到的压强;
(3)轿车匀速行驶时的功率。
(7分)小明同学利用如图甲所示电路来探究串联电路中导体两端电压与导体的电阻的关系,图中R0的阻值为10Ω,电源电压恒为3V;他分别用5Ω、10Ω、20Ω等三个电阻替换Rx接在ab之间,并读出对应的电压表的示数,绘制成如图乙所示的Ux-R图像。
(1)请你用笔画线代替导线,将图甲中的电压表接在Rx两端;
(2)根据图像信息可知:串联电路中,其中一导体R0的电阻不变时,另一导体Rx的电阻越大,Rx两端电压越______;由此规律可知在如图所示电路中,当变阻器的滑片P向左移动时,电压表的示数将变______;
(3)如果用导线替换Rx接在ab之间,则电压表的示数为接近_____V;若电阻Rx断路,则电压表的示数接近_____V;
(4)小明同学在ab间接入某一未知电阻Rx(定值)时,电压表的示数为0.5 V,则Rx的阻值是_____________Ω;若电压表的示数为Ux ,则计算Rx的表达式为:Rx =__________。(用字母Ux、R0和电源电压U表示)