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28.(3分)某同学利用干簧管设计制作了一款水位自动报警器。干簧管的工作原理如图所示,它由薄铁片制作而成,是一种利用磁场来控制线路的开关器件。浮球与永磁体连接,随着水位的变化两者的位置随之改变。当水箱内的水位过高或过低时,均会亮起不同颜色的灯进行警示并触发电铃。请结合图片判断水位自动报警器在水位到达A处时黄灯、红灯和电铃的工作情况,并说明理由。
答案
答：水位自动报警器在水位到达A处时，永磁体下降到干簧管2的附近，干簧管内的薄铁片被磁化，由于异名磁极相互吸引，下方的电路导通，此时红灯亮、电铃响，黄灯不亮。
解析
【分析】首先明确水位到达A处时，浮球带动永磁体的位置变化：水位到A处时，永磁体靠近干簧管2，远离干簧管1。接着结合干簧管的工作原理：磁体靠近干簧管时，内部薄铁片被磁化，异名磁极相互吸引使触点闭合，对应电路导通；磁体远离时，干簧管触点断开，对应电路不通。再分析各支路的控制关系：黄灯所在支路由干簧管1控制，红灯和电铃所在支路由干簧管2控制，据此判断各用电器的工作情况。
【解析】当水位到达A处时，浮球带动永磁体移动，永磁体靠近干簧管2，远离干簧管1。根据干簧管的工作原理，磁体靠近干簧管2时，内部薄铁片被磁化，异名磁极相互吸引，使干簧管2的触点闭合，红灯和电铃所在的电路导通，因此红灯亮、电铃响；而干簧管1远离永磁体，其触点保持断开，黄灯所在电路不通，黄灯不亮。
【答案】水位自动报警器在水位到达A处时，红灯亮、电铃响，黄灯不亮。
【知识点】干簧管原理、电路通断判断、磁极间的相互作用
【点评】本题结合水位报警器的实际应用场景，考查干簧管的工作特性与电路分析，需明确水位变化时永磁体的位置，结合干簧管原理判断各支路的通断，属于中等难度的应用类题目。
【难度系数】0.5
【解析】当水位到达A处时，浮球带动永磁体移动，永磁体靠近干簧管2，远离干簧管1。根据干簧管的工作原理，磁体靠近干簧管2时，内部薄铁片被磁化，异名磁极相互吸引，使干簧管2的触点闭合，红灯和电铃所在的电路导通，因此红灯亮、电铃响；而干簧管1远离永磁体，其触点保持断开，黄灯所在电路不通，黄灯不亮。
【答案】水位自动报警器在水位到达A处时，红灯亮、电铃响，黄灯不亮。
【知识点】干簧管原理、电路通断判断、磁极间的相互作用
【点评】本题结合水位报警器的实际应用场景，考查干簧管的工作特性与电路分析，需明确水位变化时永磁体的位置，结合干簧管原理判断各支路的通断，属于中等难度的应用类题目。
【难度系数】0.5
29.(6分)如图甲所示为人体内部分生理过程示意图,其中a、b、c表示物质,d、e分别表示不同液体。请回答下列问题:
(1)在图甲中,当人体吸气时,气体进入肺泡,物质b透过肺泡壁和毛细血管壁进入血液,与红细胞上的血红蛋白结合。此时血液类型发生的变化是。
(2)在图甲中,液体e形成过程中尿素含量的变化如图乙所示,其中纵轴代表尿素含量,横轴代表肾单位的结构,那么AB段表示肾单位结构中的。
(3)在图甲中,蛋白质最终被消化成后经小肠绒毛壁的毛细血管吸收进入血液。
限压阀
(1)在图甲中,当人体吸气时,气体进入肺泡,物质b透过肺泡壁和毛细血管壁进入血液,与红细胞上的血红蛋白结合。此时血液类型发生的变化是。
(2)在图甲中,液体e形成过程中尿素含量的变化如图乙所示,其中纵轴代表尿素含量,横轴代表肾单位的结构,那么AB段表示肾单位结构中的。
(3)在图甲中,蛋白质最终被消化成后经小肠绒毛壁的毛细血管吸收进入血液。
限压阀
答案
由静脉血变成动脉血
肾小管
氨基酸
肾小管
氨基酸
解析
【分析】
本题考查人体呼吸、尿的形成、营养物质消化吸收的相关知识，需结合各生理过程的特点逐一分析：
1. 第(1)问：吸气时，肺泡内的氧气进入血液，血液中的二氧化碳排出，据此判断血液类型的变化；
2. 第(2)问：尿液形成过程中，肾小管的重吸收作用会影响尿素浓度，结合图乙尿素含量的变化，判断对应肾单位结构；
3. 第(3)问：明确蛋白质的消化过程，确定其最终消化产物。
【解析】
(1) 吸气时，肺泡中的物质b（氧气）透过肺泡壁和毛细血管壁扩散进入血液，同时血液中的二氧化碳扩散进入肺泡，血液由含氧少、颜色暗红的静脉血，变为含氧丰富、颜色鲜红的动脉血，因此血液类型变化是由静脉血变成动脉血。
(2) 肾单位包括肾小球、肾小囊、肾小管。原尿流经肾小管时，肾小管重吸收大部分水、全部葡萄糖、部分无机盐，而尿素未被重吸收，导致尿液中尿素浓度升高。图乙中AB段尿素含量上升，说明该段对应肾小管，因此AB段表示肾小管。
(3) 蛋白质在胃中被初步分解，进入小肠后，被肠液、胰液中的消化酶彻底分解为氨基酸，氨基酸经小肠绒毛壁的毛细血管吸收进入血液，因此蛋白质最终消化产物是氨基酸。
【答案】
由静脉血变成动脉血；肾小管；氨基酸
【知识点】
肺泡内的气体交换；尿的形成；蛋白质的消化和吸收
【点评】
本题围绕人体部分生理过程展开，考查的均为生物学科基础知识点，需学生掌握呼吸时的血液变化、尿液形成中肾小管的功能、蛋白质的消化产物等内容，难度适中，属于基础考查题。
【难度系数】
0.7
本题考查人体呼吸、尿的形成、营养物质消化吸收的相关知识，需结合各生理过程的特点逐一分析：
1. 第(1)问：吸气时，肺泡内的氧气进入血液，血液中的二氧化碳排出，据此判断血液类型的变化；
2. 第(2)问：尿液形成过程中，肾小管的重吸收作用会影响尿素浓度，结合图乙尿素含量的变化，判断对应肾单位结构；
3. 第(3)问：明确蛋白质的消化过程，确定其最终消化产物。
【解析】
(1) 吸气时，肺泡中的物质b（氧气）透过肺泡壁和毛细血管壁扩散进入血液，同时血液中的二氧化碳扩散进入肺泡，血液由含氧少、颜色暗红的静脉血，变为含氧丰富、颜色鲜红的动脉血，因此血液类型变化是由静脉血变成动脉血。
(2) 肾单位包括肾小球、肾小囊、肾小管。原尿流经肾小管时，肾小管重吸收大部分水、全部葡萄糖、部分无机盐，而尿素未被重吸收，导致尿液中尿素浓度升高。图乙中AB段尿素含量上升，说明该段对应肾小管，因此AB段表示肾小管。
(3) 蛋白质在胃中被初步分解，进入小肠后，被肠液、胰液中的消化酶彻底分解为氨基酸，氨基酸经小肠绒毛壁的毛细血管吸收进入血液，因此蛋白质最终消化产物是氨基酸。
【答案】
由静脉血变成动脉血；肾小管；氨基酸
【知识点】
肺泡内的气体交换；尿的形成；蛋白质的消化和吸收
【点评】
本题围绕人体部分生理过程展开，考查的均为生物学科基础知识点，需学生掌握呼吸时的血液变化、尿液形成中肾小管的功能、蛋白质的消化产物等内容，难度适中，属于基础考查题。
【难度系数】
0.7
30.(5分)压力锅的锅盖上有一个空心柱为排气孔，空心柱上戴着一个帽子为限压阀，当压力锅内气体的压强超过安全值时，其内的气体就会冲出限压阀，气体跑出一部分，使锅内气体的压强减小。现在有一个直径
为24cm、空心柱小孔的横截面积为10mm²、限压阀的质量为100g的压力锅，要用它来煮饭，若当时的大气压为$1.0×10^5$Pa，g取10N/kg。
(1)压力锅内气体能达到的最大压强为多少？
(2)商品质量检测部门检测，此压力锅内气体的最大压强不能超过$1.8×10^5$Pa，要使此压力锅能继续安全使用，原来的限压阀还能使用吗？若不能，应再配备一个质量为多少克的限压阀？
为24cm、空心柱小孔的横截面积为10mm²、限压阀的质量为100g的压力锅，要用它来煮饭，若当时的大气压为$1.0×10^5$Pa，g取10N/kg。
(1)压力锅内气体能达到的最大压强为多少？
(2)商品质量检测部门检测，此压力锅内气体的最大压强不能超过$1.8×10^5$Pa，要使此压力锅能继续安全使用，原来的限压阀还能使用吗？若不能，应再配备一个质量为多少克的限压阀？
答案
解：(1)限压阀的重力G=mg=0.1kg×10N/kg=1N；
压力锅内气体能达到的最大压强
$p=p_0+\frac{G}{S}=1.0×10^5\mathrm{Pa}+\frac{1\mathrm{N}}{10×10^{-6}\mathrm{m^2}}=2×10^5\mathrm{Pa}$。
(2)因为$2×10^5\mathrm{Pa}>1.8×10^5\mathrm{Pa}$，所以原来的限压阀不能继续使用。
要使此压力锅能继续安全使用，应减小锅内气体能达到的最大压强，$p_{\mathrm{限}}=p_{\mathrm{最大}}-p_0=1.8×10^5\mathrm{Pa}-1.0×10^5\mathrm{Pa}=0.8×10^5\mathrm{Pa}$，
根据$p=\frac{F}{S}$可得，此时限压阀对排气孔的压力
$F_{\mathrm{限}}=p_{\mathrm{限}}S=0.8×10^5\mathrm{Pa}×10×10^{-6}\mathrm{m^2}=0.8\mathrm{N}$，
$G'=F_{\mathrm{限}}=0.8\mathrm{N}$，
应配备的限压阀的质量$m'=\frac{G'}{g}=\frac{0.8\mathrm{N}}{10\mathrm{N/kg}}=0.08\mathrm{kg}=80\mathrm{g}$。
压力锅内气体能达到的最大压强
$p=p_0+\frac{G}{S}=1.0×10^5\mathrm{Pa}+\frac{1\mathrm{N}}{10×10^{-6}\mathrm{m^2}}=2×10^5\mathrm{Pa}$。
(2)因为$2×10^5\mathrm{Pa}>1.8×10^5\mathrm{Pa}$，所以原来的限压阀不能继续使用。
要使此压力锅能继续安全使用，应减小锅内气体能达到的最大压强，$p_{\mathrm{限}}=p_{\mathrm{最大}}-p_0=1.8×10^5\mathrm{Pa}-1.0×10^5\mathrm{Pa}=0.8×10^5\mathrm{Pa}$，
根据$p=\frac{F}{S}$可得，此时限压阀对排气孔的压力
$F_{\mathrm{限}}=p_{\mathrm{限}}S=0.8×10^5\mathrm{Pa}×10×10^{-6}\mathrm{m^2}=0.8\mathrm{N}$，
$G'=F_{\mathrm{限}}=0.8\mathrm{N}$，
应配备的限压阀的质量$m'=\frac{G'}{g}=\frac{0.8\mathrm{N}}{10\mathrm{N/kg}}=0.08\mathrm{kg}=80\mathrm{g}$。
解析
【分析】
本题利用压强与力的平衡知识解决压力锅的限压问题。解题思路：(1)当限压阀被锅内气体顶起时，受力平衡，锅内气体压强等于外界大气压与限压阀重力产生的压强之和。先计算限压阀的重力，再结合排气孔的横截面积求出限压阀产生的压强，进而得到锅内最大压强；(2)将计算出的原限压阀对应的锅内最大压强与规定的最大压强比较，判断原限压阀是否可用。若不可用，根据规定的最大压强求出限压阀需要产生的压强，再计算对应的限压阀重力，最后求出新限压阀的质量。
【解析】
解：(1)限压阀的质量$m=100g=0.1kg$，其重力：
$G=mg=0.1kg×10N/kg=1N$
排气孔的横截面积：$S=10mm²=10×10^{-6}m²$
当限压阀刚好被顶起时，锅内气体压强等于大气压与限压阀重力产生的压强之和，即：
$p=p_0+\frac{G}{S}=1.0×10^5Pa+\frac{1N}{10×10^{-6}m²}=1.0×10^5Pa+1×10^5Pa=2×10^5Pa$
(2)因为$2×10^5Pa＞1.8×10^5Pa$，所以原来的限压阀不能继续使用。
要使锅内最大压强不超过$1.8×10^5Pa$，则限压阀需要产生的压强：
$p_{限}=p_{最大}-p_0=1.8×10^5Pa -1.0×10^5Pa=0.8×10^5Pa$
此时限压阀对排气孔的压力等于其重力，即：
$G'=F_{限}=p_{限}S=0.8×10^5Pa×10×10^{-6}m²=0.8N$
新限压阀的质量：
$m'=\frac{G'}{g}=\frac{0.8N}{10N/kg}=0.08kg=80g$
【答案】
(1)压力锅内气体能达到的最大压强为$2×10^5Pa$；(2)原来的限压阀不能使用，应配备质量为80g的限压阀。
【知识点】
压强计算、力的平衡
【点评】
本题是压强知识在生活中的实际应用，通过限压阀的受力平衡分析，结合压强公式进行计算，解题时需注意单位的统一，是理论联系实际的典型题目。
【难度系数】
0.6
本题利用压强与力的平衡知识解决压力锅的限压问题。解题思路：(1)当限压阀被锅内气体顶起时，受力平衡，锅内气体压强等于外界大气压与限压阀重力产生的压强之和。先计算限压阀的重力，再结合排气孔的横截面积求出限压阀产生的压强，进而得到锅内最大压强；(2)将计算出的原限压阀对应的锅内最大压强与规定的最大压强比较，判断原限压阀是否可用。若不可用，根据规定的最大压强求出限压阀需要产生的压强，再计算对应的限压阀重力，最后求出新限压阀的质量。
【解析】
解：(1)限压阀的质量$m=100g=0.1kg$，其重力：
$G=mg=0.1kg×10N/kg=1N$
排气孔的横截面积：$S=10mm²=10×10^{-6}m²$
当限压阀刚好被顶起时，锅内气体压强等于大气压与限压阀重力产生的压强之和，即：
$p=p_0+\frac{G}{S}=1.0×10^5Pa+\frac{1N}{10×10^{-6}m²}=1.0×10^5Pa+1×10^5Pa=2×10^5Pa$
(2)因为$2×10^5Pa＞1.8×10^5Pa$，所以原来的限压阀不能继续使用。
要使锅内最大压强不超过$1.8×10^5Pa$，则限压阀需要产生的压强：
$p_{限}=p_{最大}-p_0=1.8×10^5Pa -1.0×10^5Pa=0.8×10^5Pa$
此时限压阀对排气孔的压力等于其重力，即：
$G'=F_{限}=p_{限}S=0.8×10^5Pa×10×10^{-6}m²=0.8N$
新限压阀的质量：
$m'=\frac{G'}{g}=\frac{0.8N}{10N/kg}=0.08kg=80g$
【答案】
(1)压力锅内气体能达到的最大压强为$2×10^5Pa$；(2)原来的限压阀不能使用，应配备质量为80g的限压阀。
【知识点】
压强计算、力的平衡
【点评】
本题是压强知识在生活中的实际应用，通过限压阀的受力平衡分析，结合压强公式进行计算，解题时需注意单位的统一，是理论联系实际的典型题目。
【难度系数】
0.6
