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15. 跨学科融合 化学「2024广东中考，★★★」我国载人潜水器“奋斗者”号突破万米深潜。潜水器内氧气浓度过低会影响内部人员的生命安全。氧气可通过电解水的方式来制备。
某科创小组设计了氧气浓度报警装置，其简化电路(未连接完整)如图甲所示。气敏箱可等效为一个电阻，其阻值$R$与氧气浓度$c$的关系如图乙所示。闭合开关，当氧气浓度$c＞0.28\ \mathrm{kg/m}^3$时，绿灯正常发光；当$c≤0.28\ \mathrm{kg/m}^3$时，红灯正常发光。已知电源电压及两灯的额定电压均为$4.8\ \mathrm{V}$，电磁铁线圈的电阻忽略不计。
(1)“奋斗者”号下潜过程中，受到海水的压强变
(2)电解水制备氧气的过程中，电能主要转化为
(3)图甲中的A灯为
(4)闭合开关S，当$c=0.28\ \mathrm{kg/m}^3$时，通过电磁铁线圈的电流为
(5)请根据文中信息，用笔画线代替导线，将图甲所示电路连接完整，要求导线不能相交($∅$为接线柱)。
某科创小组设计了氧气浓度报警装置，其简化电路(未连接完整)如图甲所示。气敏箱可等效为一个电阻，其阻值$R$与氧气浓度$c$的关系如图乙所示。闭合开关，当氧气浓度$c＞0.28\ \mathrm{kg/m}^3$时，绿灯正常发光；当$c≤0.28\ \mathrm{kg/m}^3$时，红灯正常发光。已知电源电压及两灯的额定电压均为$4.8\ \mathrm{V}$，电磁铁线圈的电阻忽略不计。
(1)“奋斗者”号下潜过程中，受到海水的压强变
大
。(2)电解水制备氧气的过程中，电能主要转化为
化学
能。(3)图甲中的A灯为
绿
(选填“红”或“绿”)灯。(4)闭合开关S，当$c=0.28\ \mathrm{kg/m}^3$时，通过电磁铁线圈的电流为
0.1
A。(5)请根据文中信息，用笔画线代替导线，将图甲所示电路连接完整，要求导线不能相交($∅$为接线柱)。
答案
15.答案 (1)大 (2)化学 (3)绿 (4)0.1 (5)如图所示
解析 (1)根据$p=\rho gh$可知,“奋斗者”号下潜过程中,所处深度变大,受到海水的压强变大;
(2)电解水制备氧气的过程中,消耗电能,产生化学能,电能主要转化为化学能;
(3)如图乙所示,当氧气的浓度升高时,气敏箱的阻值变大,电磁铁线圈的电阻忽略不计,控制电路的电源电压不变,故控制电路中的电流变小,电磁铁磁性变弱,衔铁被释放,则A灯接通,此时绿灯发光,故A灯为绿灯;
(4)由图乙可知,气敏箱的阻值$R$与氧气浓度$c$的关系图像为一次函数图像,设$R=kc+b$,由图乙可知,$c= 0.2\ \mathrm{kg/m}^3$时$R=40\ \Omega$,$c= 0.4\ \mathrm{kg/m}^3$时$R=60\ \Omega$,则$40\ \Omega= k× 0.2\ \mathrm{kg/m}^3 +b$①,$60\ \Omega= k× 0.4\ \mathrm{kg/m}^3 +b$②, 解得 $k= 100\ \Omega · \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}$,$b=20\ \Omega$;所以,$R= 100\ \Omega · \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}× c+20\ \Omega$;当$c=0.28\ \mathrm{kg/m}^3$时,气敏箱的阻值$R= 100\ \Omega · \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}× 0.28\ \mathrm{kg/m}^3 +20\ \Omega=48\ \Omega$,通过电磁铁线圈的电流$I=\frac{U}{R}=\frac{4.8\ \mathrm{V}}{48\ \Omega}=0.1\ \mathrm{A}$;
(5)电磁继电器需要两个电路,一个控制电路,一个工作电路,根据题意可知,两个电路共用一个电源,控制电路的重要组成部件为电源、开关、电磁铁、气敏箱,据此可以连接控制电路;工作电路需要分为两个简单电路,衔铁弹上去时,绿灯亮,衔铁吸下来时,红灯亮,据此连接电路如答案图所示。
解析
【分析】
本题为跨学科融合题，需结合物理、化学知识逐步分析：
1. 第一问利用液体压强公式$p=\rho gh$，分析下潜时深度变化对压强的影响；
2. 第二问根据电解水的能量转化特点判断；
3. 第三问结合气敏电阻与氧气浓度的关系，分析控制电路电流、电磁铁磁性变化，进而判断对应灯的类型；
4. 第四问先通过图乙数据求气敏电阻与氧气浓度的函数关系，再代入计算电阻，最后用欧姆定律求电流；
5. 第五问明确电磁继电器的控制电路、工作电路组成，按要求连接电路。
【解析】
(1) 根据液体压强公式$p=\rho gh$，“奋斗者”号下潜时，所处深度$h$增大，海水密度不变，因此受到的海水压强变大。
(2) 电解水制备氧气时，消耗电能，生成具有化学能的物质，故电能主要转化为化学能。
(3) 由图乙可知，氧气浓度$c$升高时，气敏箱阻值$R$变大；控制电路电源电压不变，根据$I=\frac{U}{R}$，控制电路电流变小，电磁铁磁性减弱，衔铁被释放，接通A灯。题目中“$c＞0.28\ \mathrm{kg/m}^3$时绿灯正常发光”，此时对应A灯接通，故A灯为绿灯。
(4) 设气敏电阻与氧气浓度的关系为$R=kc+b$，代入图乙数据：
当$c=0.2\ \mathrm{kg/m}^3$时，$R=40\ \Omega$，得$40=0.2k + b$；
当$c=0.4\ \mathrm{kg/m}^3$时，$R=60\ \Omega$，得$60=0.4k + b$；
联立解得$k=100\ \Omega·\mathrm{m}^3/\mathrm{kg}$，$b=20\ \Omega$，即$R=100c + 20$。
当$c=0.28\ \mathrm{kg/m}^3$时，$R=100×0.28 +20=48\ \Omega$，
通过电磁铁线圈的电流$I=\frac{U}{R}=\frac{4.8\ \mathrm{V}}{48\ \Omega}=0.1\ \mathrm{A}$。
(5) 控制电路：电源、开关$S$、电磁铁、气敏箱串联；工作电路：衔铁未吸合时A灯（绿灯）接入，衔铁吸合时B灯（红灯）接入，按此连接导线，保证不相交。
【答案】
(1) 大
(2) 化学
(3) 绿
(4) 0.1
(5)
【知识点】
液体压强、能量转化、电磁继电器
【点评】
本题结合物理与化学知识，考查基础概念和规律的应用，涉及液体压强、能量转化、电磁继电器工作原理、欧姆定律计算，注重知识的实际应用，难度适中，适合巩固基础并提升知识迁移能力。
【难度系数】
0.6
本题为跨学科融合题，需结合物理、化学知识逐步分析：
1. 第一问利用液体压强公式$p=\rho gh$，分析下潜时深度变化对压强的影响；
2. 第二问根据电解水的能量转化特点判断；
3. 第三问结合气敏电阻与氧气浓度的关系，分析控制电路电流、电磁铁磁性变化，进而判断对应灯的类型；
4. 第四问先通过图乙数据求气敏电阻与氧气浓度的函数关系，再代入计算电阻，最后用欧姆定律求电流；
5. 第五问明确电磁继电器的控制电路、工作电路组成，按要求连接电路。
【解析】
(1) 根据液体压强公式$p=\rho gh$，“奋斗者”号下潜时，所处深度$h$增大，海水密度不变，因此受到的海水压强变大。
(2) 电解水制备氧气时，消耗电能，生成具有化学能的物质，故电能主要转化为化学能。
(3) 由图乙可知，氧气浓度$c$升高时，气敏箱阻值$R$变大；控制电路电源电压不变，根据$I=\frac{U}{R}$，控制电路电流变小，电磁铁磁性减弱，衔铁被释放，接通A灯。题目中“$c＞0.28\ \mathrm{kg/m}^3$时绿灯正常发光”，此时对应A灯接通，故A灯为绿灯。
(4) 设气敏电阻与氧气浓度的关系为$R=kc+b$，代入图乙数据：
当$c=0.2\ \mathrm{kg/m}^3$时，$R=40\ \Omega$，得$40=0.2k + b$；
当$c=0.4\ \mathrm{kg/m}^3$时，$R=60\ \Omega$，得$60=0.4k + b$；
联立解得$k=100\ \Omega·\mathrm{m}^3/\mathrm{kg}$，$b=20\ \Omega$，即$R=100c + 20$。
当$c=0.28\ \mathrm{kg/m}^3$时，$R=100×0.28 +20=48\ \Omega$，
通过电磁铁线圈的电流$I=\frac{U}{R}=\frac{4.8\ \mathrm{V}}{48\ \Omega}=0.1\ \mathrm{A}$。
(5) 控制电路：电源、开关$S$、电磁铁、气敏箱串联；工作电路：衔铁未吸合时A灯（绿灯）接入，衔铁吸合时B灯（红灯）接入，按此连接导线，保证不相交。
【答案】
(1) 大
(2) 化学
(3) 绿
(4) 0.1
(5)
【知识点】
液体压强、能量转化、电磁继电器
【点评】
本题结合物理与化学知识，考查基础概念和规律的应用，涉及液体压强、能量转化、电磁继电器工作原理、欧姆定律计算，注重知识的实际应用，难度适中，适合巩固基础并提升知识迁移能力。
【难度系数】
0.6
