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15. (4分)科学揭秘：遇水就亮的灯泡不消耗电能吗？
小明逛夜市时,发现有摊主在叫卖一种不消耗电能、遇水就亮的灯泡。小明认为这与物理课上所学知识矛盾,于是买了一个灯泡回家测试。
(1)小明猜想灯泡遇水就亮的原因是：灯泡内部装有提供能量的
(2)小明观察到灯泡底部结构由$a$、$b$、$c$三部分组成,如题15图甲所示,$a$、$c$为金属,$b$为塑料。如图乙,将灯泡缓慢浸入水中,观察灯泡发光情况,收集到证据如题15表。
|水面对应的位置|$a$|$b$|$c$|
|灯泡的发光情况|不发光|不发光|发光|
(3)小明将灯泡取出并擦干,再用一根导线同时接触灯泡底部
(4)小明拆开灯泡塑料壳,如图丙所示,最终证明了猜想正确。小明的实践过程带给你哪些有意义的启示,请写出一条：
小明逛夜市时,发现有摊主在叫卖一种不消耗电能、遇水就亮的灯泡。小明认为这与物理课上所学知识矛盾,于是买了一个灯泡回家测试。
(1)小明猜想灯泡遇水就亮的原因是：灯泡内部装有提供能量的
电源
(填电路元件的名称),灯泡遇水形成通路
(通路/短路/断路)。(2)小明观察到灯泡底部结构由$a$、$b$、$c$三部分组成,如题15图甲所示,$a$、$c$为金属,$b$为塑料。如图乙,将灯泡缓慢浸入水中,观察灯泡发光情况,收集到证据如题15表。
|水面对应的位置|$a$|$b$|$c$|
|灯泡的发光情况|不发光|不发光|发光|
(3)小明将灯泡取出并擦干,再用一根导线同时接触灯泡底部
$a$
($a/b$)和$c$两部分,灯泡发光。(4)小明拆开灯泡塑料壳,如图丙所示,最终证明了猜想正确。小明的实践过程带给你哪些有意义的启示,请写出一条：
要敢于质疑，通过实践来验证自己的猜想
。答案
（1）电源；通路
（3）$a$
（4）要敢于质疑，通过实践来验证自己的猜想（答案不唯一，合理即可）
（3）$a$
（4）要敢于质疑，通过实践来验证自己的猜想（答案不唯一，合理即可）
16. (13分)小明家欲购置一部新能源汽车。他了解到,某品牌汽车将搭载先进的“刀2”技术,有望帮助纯电车型的续航顺利突破1000km。于是小明查阅了关于第二代刀片电池的相关信息：
刀片电池是一种新型的磷酸铁锂电池,第二代刀片电池在技术上进行了多项优化和升级。采用了新型风液混合均温散热系统,以更好地控制电池包的温度,降低发热概率。能量密度从第一代的$140W·h/kg增至第二代的190W·h/kg$,提升幅度高达35%,这一提升有望显著提高纯电动车的续航水平……
什么是电池能量密度？它的提升对汽车续航有多大影响？小明展开了项目式学习。
【项目任务】提高电池能量密度对续航的影响
【子任务一】了解电池能量密度
电池能量密度是衡量电池性能的一个重要指标,指电池充满电时储存的电能与其质量的比值。高能量密度的电池在相同重量下能提供更多的电能。
不同类型的电池具有不同的能量密度。电池能量密度还受到其材料体系的影响。此外,材料压实密度、碳含量和活性物质百分比、电解液、电池制造工艺、温度和压力等环境因素,都会影响电池能量密度。
(1)阅读上文,写出电池能量密度的文字表达式：______
(2)小明联想到,寒假时,家里的电动汽车在北方老家时的续航里程比在深圳时低,请你据此提出一个影响电池能量密度大小的猜想：______
【子项目二】比较电池的能量密度
小明发现他的遥控车有两种不同的充电电池：镍氢电池(充满电时电压为1.2V)和锂离子电池(充满电的电压为3.7V),他设计了以下方案比较两者的能量密度：
①将两种电池充满电,分别与相同规格的小灯泡、开关、导线连接,如题16图1所示；
②用秒表记录小灯泡工作的时间$t$；
③根据$W = UIt$,可知小灯泡工作的时间$t与消耗的电能W$成正比,求出时间$t和电池质量m$之比,即可比较几种电池密度。
(3)小明有额定电压为2.5V和3.8V两个规格的小灯泡,他应选择$P_{额}= $______
(4)请你写出小明的实验方案的不合理之处：______
(5)小红在此基础上,添加了电压表和电流表。实验中收集到的数据见题16表1。
通过计算,能量密度较大的是______
|电池种类|电压表示数|电流表示数|灯泡工作时间|电池总质量|
|锂离子电池|3.7V|0.3A|200min|38g|
|镍氢电池|2.4V|0.24A|500min|50g|
【子任务三】电池能量密度的提升对续航的影响
(6)小明查阅到一款电车相关参数见题16表2,还了解到汽车在行驶时,除了受到地面的摩擦力,还会受空气阻力,该款汽车在常温常压下,在车速$≥5m/s$时,空气阻力的大小与汽车行驶速度的平方成正比,如题16图2所示。请结合以上信息,计算在满电状态下,该汽车用第二代刀片电池比用第一代刀片电池,在水平沥青道路(摩擦力约为总重力的0.015倍,$g = 10N/kg$)上,以最高时速匀速行驶,理论上最多能增加续航______
|总质量|1.5t|
|电池能量密度|$140W·h/kg$|
|电池质量|300kg|
|最高续航|600km|
|最大功率|160kW|
|最大时速|160km/h|
(7)实际上,汽车在满电状态下,也达不到预期续航公里数。请你提出一条除了提高电池能量密度以外的提升续航的策略：______
刀片电池是一种新型的磷酸铁锂电池,第二代刀片电池在技术上进行了多项优化和升级。采用了新型风液混合均温散热系统,以更好地控制电池包的温度,降低发热概率。能量密度从第一代的$140W·h/kg增至第二代的190W·h/kg$,提升幅度高达35%,这一提升有望显著提高纯电动车的续航水平……
什么是电池能量密度？它的提升对汽车续航有多大影响？小明展开了项目式学习。
【项目任务】提高电池能量密度对续航的影响
【子任务一】了解电池能量密度
电池能量密度是衡量电池性能的一个重要指标,指电池充满电时储存的电能与其质量的比值。高能量密度的电池在相同重量下能提供更多的电能。
不同类型的电池具有不同的能量密度。电池能量密度还受到其材料体系的影响。此外,材料压实密度、碳含量和活性物质百分比、电解液、电池制造工艺、温度和压力等环境因素,都会影响电池能量密度。
(1)阅读上文,写出电池能量密度的文字表达式：______
电池能量密度=电池充满电时储存的电能/电池的质量
。(2)小明联想到,寒假时,家里的电动汽车在北方老家时的续航里程比在深圳时低,请你据此提出一个影响电池能量密度大小的猜想：______
温度可能影响电池能量密度大小
。【子项目二】比较电池的能量密度
小明发现他的遥控车有两种不同的充电电池：镍氢电池(充满电时电压为1.2V)和锂离子电池(充满电的电压为3.7V),他设计了以下方案比较两者的能量密度：
①将两种电池充满电,分别与相同规格的小灯泡、开关、导线连接,如题16图1所示；
②用秒表记录小灯泡工作的时间$t$；
③根据$W = UIt$,可知小灯泡工作的时间$t与消耗的电能W$成正比,求出时间$t和电池质量m$之比,即可比较几种电池密度。
(3)小明有额定电压为2.5V和3.8V两个规格的小灯泡,他应选择$P_{额}= $______
3.8V
的小灯泡做实验。(4)请你写出小明的实验方案的不合理之处：______
两种电池电压不同，灯泡实际电流和电压不同，W=UIt中U和I不是定值，无法通过t/m比较能量密度
。(5)小红在此基础上,添加了电压表和电流表。实验中收集到的数据见题16表1。
通过计算,能量密度较大的是______
锂离子电池
。小红认为小明的实验耗时太长,请你写出一个减少耗时的有效措施：______换用额定功率更大的灯泡
。|电池种类|电压表示数|电流表示数|灯泡工作时间|电池总质量|
|锂离子电池|3.7V|0.3A|200min|38g|
|镍氢电池|2.4V|0.24A|500min|50g|
【子任务三】电池能量密度的提升对续航的影响
(6)小明查阅到一款电车相关参数见题16表2,还了解到汽车在行驶时,除了受到地面的摩擦力,还会受空气阻力,该款汽车在常温常压下,在车速$≥5m/s$时,空气阻力的大小与汽车行驶速度的平方成正比,如题16图2所示。请结合以上信息,计算在满电状态下,该汽车用第二代刀片电池比用第一代刀片电池,在水平沥青道路(摩擦力约为总重力的0.015倍,$g = 10N/kg$)上,以最高时速匀速行驶,理论上最多能增加续航______
214.3
km。(保留一位小数,不计零件之间的摩擦)|总质量|1.5t|
|电池能量密度|$140W·h/kg$|
|电池质量|300kg|
|最高续航|600km|
|最大功率|160kW|
|最大时速|160km/h|
(7)实际上,汽车在满电状态下,也达不到预期续航公里数。请你提出一条除了提高电池能量密度以外的提升续航的策略：______
减小汽车行驶时的空气阻力(或减轻汽车总质量等合理答案)
。答案
16. (1)电池能量密度=电池充满电时储存的电能/电池的质量
(2)温度可能影响电池能量密度大小
(3)3.8V
(4)两种电池电压不同，灯泡实际电流和电压不同，W=UIt中U和I不是定值，无法通过t/m比较能量密度
(5)锂离子电池；换用额定功率更大的灯泡
(6)214.3
(7)减小汽车行驶时的空气阻力(或减轻汽车总质量等合理答案)
(2)温度可能影响电池能量密度大小
(3)3.8V
(4)两种电池电压不同，灯泡实际电流和电压不同，W=UIt中U和I不是定值，无法通过t/m比较能量密度
(5)锂离子电池；换用额定功率更大的灯泡
(6)214.3
(7)减小汽车行驶时的空气阻力(或减轻汽车总质量等合理答案)
