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32.(8分)学习了电磁学知识后,科学兴趣小组开展制作二氧化碳浓度示警器的项目化学习。
【项目背景】当密闭空间内的二氧化碳浓度超过一定程度时,人会出现眩晕等症状。通过二氧化碳浓度示警器工作,提醒及时开窗通风。请写出人体产生二氧化碳的文字表达式:。
【相关资料】气敏电阻$R_x$的阻值随二氧化碳浓度的变化如表所示。
【装置功能】当环境中的二氧化碳浓度升高至$0.5\%$时,电流达到$300\mathrm{mA}$,蜂鸣器立刻鸣叫示警。
【方案设计】产品内部结构如图甲所示,通过改变电磁铁的磁性强弱,实现衔铁位置的改变。
【器件安装】如图乙所示为安装教室,现有A、B两个二氧化碳浓度示警器的安装位置,你建议安装在哪个位置?请说明理由。。
【产品调试】控制电路的电源电压$U_1$恒为$9\mathrm{V}$,滑动变阻器的规格为"3A 40$\Omega$",组装好电路后开始测试,为实现示警器的功能,应调节滑动变阻器接入电路的阻值为多大?(电磁铁线圈的电阻不计)
【产品改进】要实现该装置在二氧化碳浓度为$0.3\%$时就触发报警,可以如何调节电路?(填序号)。
①向右调节滑动变阻器的滑片
②减少电磁铁线圈的匝数
③增大电磁铁线圈和衔铁之间的距离
【项目背景】当密闭空间内的二氧化碳浓度超过一定程度时,人会出现眩晕等症状。通过二氧化碳浓度示警器工作,提醒及时开窗通风。请写出人体产生二氧化碳的文字表达式:。
【相关资料】气敏电阻$R_x$的阻值随二氧化碳浓度的变化如表所示。
【装置功能】当环境中的二氧化碳浓度升高至$0.5\%$时,电流达到$300\mathrm{mA}$,蜂鸣器立刻鸣叫示警。
【方案设计】产品内部结构如图甲所示,通过改变电磁铁的磁性强弱,实现衔铁位置的改变。
【器件安装】如图乙所示为安装教室,现有A、B两个二氧化碳浓度示警器的安装位置,你建议安装在哪个位置?请说明理由。。
【产品调试】控制电路的电源电压$U_1$恒为$9\mathrm{V}$,滑动变阻器的规格为"3A 40$\Omega$",组装好电路后开始测试,为实现示警器的功能,应调节滑动变阻器接入电路的阻值为多大?(电磁铁线圈的电阻不计)
【产品改进】要实现该装置在二氧化碳浓度为$0.3\%$时就触发报警,可以如何调节电路?(填序号)。
①向右调节滑动变阻器的滑片
②减少电磁铁线圈的匝数
③增大电磁铁线圈和衔铁之间的距离
答案
$\mathrm{葡萄糖}+\mathrm{氧气}\xrightarrow{\mathrm{酶}}\mathrm{二氧化碳}+\mathrm{水}+\mathrm{能量}$
建议安装在B位置；理
由是二氧化碳的密度比空气大，会下沉聚集在下方
①
【产品调试】解：已知控制电路的电源电压$U_1=9\mathrm{V}$，报警电流$I=300\mathrm{mA}=0.3\mathrm{A}$；由$R=\frac{U_1}{I}$可得，电路总电阻$R=\frac{9\mathrm{V}}{0.3\mathrm{A}}=30\Omega$；当二氧化碳浓度为0.5\%时，气敏电阻$R_x=15\Omega$，则滑动变阻器接入电路的阻值$R_\mathrm{P}=R-R_x=30\Omega-15\Omega=15\Omega$。
建议安装在B位置；理
由是二氧化碳的密度比空气大，会下沉聚集在下方
①
【产品调试】解：已知控制电路的电源电压$U_1=9\mathrm{V}$，报警电流$I=300\mathrm{mA}=0.3\mathrm{A}$；由$R=\frac{U_1}{I}$可得，电路总电阻$R=\frac{9\mathrm{V}}{0.3\mathrm{A}}=30\Omega$；当二氧化碳浓度为0.5\%时，气敏电阻$R_x=15\Omega$，则滑动变阻器接入电路的阻值$R_\mathrm{P}=R-R_x=30\Omega-15\Omega=15\Omega$。
解析
【分析】
1. 人体产生二氧化碳源于呼吸作用，需明确呼吸作用的反应物与生成物，写出对应文字表达式；
2. 二氧化碳密度比空气大，会聚集在低处，据此判断示警器的安装位置；
3. 产品调试需运用欧姆定律，先统一电流单位，计算电路总电阻，再减去对应浓度下气敏电阻的阻值，得到滑动变阻器接入阻值；
4. 产品改进需结合电磁铁磁性的影响因素，分析如何在更低二氧化碳浓度时触发报警，选择正确调节方式。
【解析】
1. 人体呼吸作用分解葡萄糖，消耗氧气，生成二氧化碳、水和能量，文字表达式为：葡萄糖+氧气$\xrightarrow{酶}$二氧化碳+水+能量；
2. 二氧化碳密度比空气大，会下沉聚集在位置较低的区域，因此建议安装在B位置；
3. 产品调试：已知控制电路电源电压$U_1=9\mathrm{V}$，报警电流$I=300\mathrm{mA}=0.3\mathrm{A}$，根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$，电路总电阻$R=\frac{U_1}{I}=\frac{9\mathrm{V}}{0.3\mathrm{A}}=30\Omega$；当二氧化碳浓度为0.5%时，气敏电阻$R_x=15\Omega$，则滑动变阻器接入阻值$R_P=R-R_x=30\Omega-15\Omega=15\Omega$；
4. 产品改进：要在二氧化碳浓度0.3%时报警，此时气敏电阻阻值更小，需减小滑动变阻器接入阻值使电流达到0.3A，故向右调节滑片，选①。
【答案】
葡萄糖+氧气$\xrightarrow{酶}$二氧化碳+水+能量；建议安装在B位置；理由是二氧化碳的密度比空气大，会下沉聚集在下方；①；【产品调试】应调节滑动变阻器接入电路的阻值为15Ω。
【知识点】
呼吸作用的表达式、欧姆定律的应用、电磁铁的磁性
【点评】
本题为跨学科项目化试题，融合生物呼吸作用与电磁学知识，考查学生对基础知识的综合运用能力，需结合实际情境分析问题，难度适中。
【难度系数】
0.5
1. 人体产生二氧化碳源于呼吸作用，需明确呼吸作用的反应物与生成物，写出对应文字表达式；
2. 二氧化碳密度比空气大，会聚集在低处，据此判断示警器的安装位置；
3. 产品调试需运用欧姆定律，先统一电流单位，计算电路总电阻，再减去对应浓度下气敏电阻的阻值，得到滑动变阻器接入阻值；
4. 产品改进需结合电磁铁磁性的影响因素，分析如何在更低二氧化碳浓度时触发报警，选择正确调节方式。
【解析】
1. 人体呼吸作用分解葡萄糖，消耗氧气，生成二氧化碳、水和能量，文字表达式为：葡萄糖+氧气$\xrightarrow{酶}$二氧化碳+水+能量；
2. 二氧化碳密度比空气大，会下沉聚集在位置较低的区域，因此建议安装在B位置；
3. 产品调试：已知控制电路电源电压$U_1=9\mathrm{V}$，报警电流$I=300\mathrm{mA}=0.3\mathrm{A}$，根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$，电路总电阻$R=\frac{U_1}{I}=\frac{9\mathrm{V}}{0.3\mathrm{A}}=30\Omega$；当二氧化碳浓度为0.5%时，气敏电阻$R_x=15\Omega$，则滑动变阻器接入阻值$R_P=R-R_x=30\Omega-15\Omega=15\Omega$；
4. 产品改进：要在二氧化碳浓度0.3%时报警，此时气敏电阻阻值更小，需减小滑动变阻器接入阻值使电流达到0.3A，故向右调节滑片，选①。
【答案】
葡萄糖+氧气$\xrightarrow{酶}$二氧化碳+水+能量；建议安装在B位置；理由是二氧化碳的密度比空气大，会下沉聚集在下方；①；【产品调试】应调节滑动变阻器接入电路的阻值为15Ω。
【知识点】
呼吸作用的表达式、欧姆定律的应用、电磁铁的磁性
【点评】
本题为跨学科项目化试题，融合生物呼吸作用与电磁学知识，考查学生对基础知识的综合运用能力，需结合实际情境分析问题，难度适中。
【难度系数】
0.5
