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专题 25 科普阅读（原卷版）
1．（2024•北京中考）请阅读《宇宙灯塔——脉冲星》并回答问题。
宇宙灯塔——脉冲星
截至2024年5月，有“中国天眼”之称的500m口径球面射电望远镜（FAST）发现的新脉冲星数量突
破900颗，这些发现，极大拓展了人类观察宇宙视野的极限。
“中国天眼”紧盯的脉冲星是什么？脉冲星是一类高速自转的天体，具有极强的磁场，它高速自转
时就在两磁极处形成了方向性很强的锥形电磁波束（如图甲所示）。由于两个电磁波束会随着脉冲星的高
速自转而一起转动，它们就会像灯塔发出的两束光一样扫过宇宙空间。电磁波束每扫过地球上的射电望远
镜一次，射电望远镜就会收到一个脉冲信号（如图乙所示），脉冲星便以此而得名。
脉冲星具有极其稳定的自转周期（自转一圈所用的时间），部分脉冲星的自转周期约3亿年仅变化
0.1ms，因此可将脉冲星作为计时基准。
脉冲星还是宇宙中的“探针”，可应用于探测引力波。宇宙中的超大质量天体加速运动时，会产生
引力波。引力波信号极其微弱，特别是纳赫兹（ Hz）引力波，难以直接观测。但是，引力波会使我们
收到的脉冲星的脉冲信号发生变化。我国科学家通过综合分析多个脉冲星脉冲信号的变化，于2023年6月
找到了纳赫兹引力波存在的关键证据。
越来越多被发现的脉冲星，犹如宇宙中不断被点亮的灯塔，引领我们揭开更多暗藏在宇宙中的秘密。
请根据上述材料，回答下列问题：
(1)电磁波束每扫过射电望远镜一次，射电望远镜就会收到一个 ，脉冲星便以此而得名；
(2)脉冲星能够作为计时基准是因为它具有 ；
(3)科学家找到纳赫兹引力波存在的关键证据的研究方法在初中物理的学习过程中也用到过，请类比研究条
形磁体周围磁场分布的方法，补全表格中①②的内容 ；研究对象 条形磁体的磁场 纳赫兹引力波
观测“设备” 人眼 中国天眼
探测工具 铁屑 ①
可观测证据 铁屑有规则地排列 ②
推理得到的结论 条形磁体周圆的磁场有规律分布 纳赫兹引力波存在
2．（2023•北京中考）请阅读《云中探秘问苍穹》并回答题。
云中探秘问苍穹
苍茫云海、万里层云中蕴藏着丰富的水资源，水的降落滋润着地球万物。降水量的多少和降水在时间与空
间的分布极大地影响着人们的生活。在一定时段内，从云中降落到地面上的液态或固态降水，在无渗透、
蒸发、流失情况下积聚的水层深度，称为该地该时段内的降水量，单位为毫米（mm）。
如何预测某个区域的降水量呢？如果能获得该区域正上方云层所含降水粒子（云中的小水滴或小冰晶）所
能形成的水的总体积，再结合其他信息估测能够降落到地面的降水粒子占总降水粒子的比例，利用体积和
该区域面积之间的关系，就可以得到降水量了。
精准预报降水是一个世界难题，我国在轨气象卫星家族中的新成员——风云三号G星（如图所示）的出现，
向解决这一难题迈出了一大步。风云三号G星搭载了我国首套“空中雨量计”——星载KU、KA双频主动
降水测量雷达，通过向大气发射无线电磁波信号，接收大气中不同高度层的降水粒子反射信号，获取竖直
方向不同高度层的降水结构信息；同时，利用雷达跨轨方向的扫描，实现对水平方向的降水探测。这就如
同对大气降水进行“CT”扫描，最终使风云三号G星自上而下地获取云层的三维结构信息，如云层厚度、
云层中不同位置降水粒子的数密度（即单位体积内降水粒子的数量）以及各种降水粒子的直径大小等。
风云三号G星云中探秘、叩问苍穹，助力我国在探索浩瀚宇宙的征程上，跑出加速度。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）风云三号G星搭载了我国首套________，即星载KU、KA双频主动降水测量雷达。
（2）降水粒子的数密度越大，则1m3内降水粒子的________越大。
A．质量 B．体积 C．数量（3）假设探测到某云层的平均厚度为1000m，内部的降水粒子（可视为小水滴）分布均匀，数密度为
6.25×109个/m3，每个降水粒子的体积均为4×10-15m³。若在12小时内，该云层中有80%的降水粒子以雨滴
形式竖直降落到地面上。该云层对应区域的平均降水量为____mm。根据我国气象部门规定的各类雨的降
水量标准（见表），可知此次降雨的种类为____。
表各类雨的降水量标准
种类 12小时降水量（mm）
小雨 小于5.0
中雨 5.0~14.9
大雨 15.0~29.9
暴雨 30.0~69.9
大暴雨 70.0~139.9
特大暴
140.0以上
雨
3．（2022•北京中考）请阅读《国之重器—综合极端条件实验装置》并回答题。
国之重器——综合极端条件实验装置
从人类第一次仰望星空，到试图用“中国天限”破译日月星辰等天文现象的奥秘，从探究万物组成到利用
扫描隧道显微镜透视物质的微观结构，都得益于实验条件的拓展和技术手段的进步。
在宇宙中、高温、高压、强磁场等极端环境比比皆是，而我们地球上的生活环境是一个相对温和的环境，
要发现更多的新现象，就需要建造极端条件实验室，拓展研究空间。
所谓极端条件，指的是在实验室中人为创造出来特别低的温度、特别强的磁场、特别高的压强等（如图所
示）实验条件。通过创造极端条件，可以发现和揭示许多在通常条件下观察不到的奇异物质特性，例如某
些物质在很低的温度时，电阻就变成了0（如铝在-271.76°C——即1.39K——以下时电阻为0），这就是超
导现象。肩负原始创新重任的国之重器——国际首个综合极端条件实验装置布局在北京怀柔科学城，并已投入使用。
该项目拥有极低温（可达1mK）、强磁场（可达32.35T）、超高压（可达 ）和超快光场（时间
分辨率可达 s）极端条件实验装置。
科学家们将极端条件进行综合运用，大大拓展了物质科学的研究空间，为发现新物态、探索新现象、开辟
新领域，创造了前所未有的机遇。
请根据上述材料，回答下列问题
（1） 请写出我国综合极端条件实验装置中的一个极端条件：___________。
（2） 我国自主研制的载人潜水器“奋斗者”号成功完成了10000m的深潜试验，创造了中国载人深潜的
新纪录。超高压极端条件的压强约为“奋斗者”号在10000m深海中（海水密度取 ）承受压
强的___________倍。（填写正确选项前的字母）
A．4 B．40 C． 4000 D．400000
（3） 强磁场的产生需要大电流，但电流越大，导线的温度就会越高，通常会导致铝导线等熔化，给强磁
场的产生带来限制。依据文中信息，请写出应选择哪种极端条件，能减少电流通过导线所产生的热量，从
而突破限制，创造强磁场极端条件，并写出选择依据。( )
4．（2021•北京中考）请阅读《华夏之光——圭表》
华夏之光——圭表
我国古代的天文观测一直居于世界领先地位，天文学家们发明了许多先进的天文观测仪器，其中圭表就是
典型的代表。圭表（如图所示）包括圭和表两部分，正南北方向平放的尺，叫作圭，直立在平地上的标竿
或石柱，叫作表，圭和表相互垂直。战国以前的天史学家已能够利用水面来校正圭，使其水平，使用铅垂线来校正表，使其与圭相互垂直。
依据圭表正午时表影长度的变化，就能推算出二十四节气，依据表影长短的周期性变化，就能确定一回归
年的天数。为了解决上述问题，元代天文学家郭守敬采取理论与实践相结合的科学方法，对圭表进行了一
系列改进与创新。他将表的高度增加，并且在表顶加一根架空的横果，使表高变为传统表高的五倍。这样，
测量时，把传统的确定表影端的位置变为确定梁影中心的位置，提高了测量影长的精度。郭守敬又利用小
孔成像的原理，发明了景符，利用景符可以在圭面上形成太阳和横梁的清晰像（如图所示），这样就可以
精确的测量表的影长了。这些措施成功解决了圭表发明以来，测影时“虚景之中考求真实”的困难。以圭
表为代表的我国古代的科技成果，像一颗颗璀璨的明珠，闪耀着智慧的光芒，激励着我们攀登新的科技高
峰。
请根据上述材料，回答下列问题∶
（1）请写出我国古代天文学家保证圭和表相互垂直的措施，并解释为什么这种措施可以保证圭和表是相
互垂的。
（2）郭守敬的改进与创新措施解决了早期圭表的什么问题？
5．（2020•北京中考）请阅读《科学重器一原子钟》并回答问题。科学重器一原子钟
星空浩瀚，地球章动，四季更替，草木枯荣。从人类意识觉醒开始，“时间”便如影随形。从太阳升落、
日晷、沙漏、水钟、机械钟、石英钟到目前最准确的计时工具原子钟，这些计时方法与工具的发展体现了
不同时代劳动人民的智慧计时工具大多是以某种规则运动的周期（完成一次规则运动所用的时间）为基准
计时的，比如日晷以日地相对运动的周期为基准；机械摆钟以摆的振荡周期为基准；石英钟以石英晶体有
规则的振荡周期为基准。选作时钟基准的运动周期越稳定，测量时间的精准度就越高，基于此科学家制造
出了原子钟（如图所示）。它以原子释放能量时发出电磁波的振荡周期为基准，由于电磁波的振荡周期很
稳定，使得原子钟的计时精准度可达每百万年才差1秒。
人们通常选取自然界中比较稳定、世界各国都能接受的事物作为测量标准。正是由于原子辐射电磁波振荡
周期的高稳定性，适合作为时间的测量标准，于是在1967年，国际计量大会将“1秒”重新定义为铯133
原子辐射电磁波荡9192631770个周期的持续时间。时间单位“秒”作为国际通用的测量语言，是人类描述
和定义时空的标尺。
虽然制定了统一的时间测量标准，但若各地时间不能同步，也会给人们带来麻烦。比如，若电网调节时间
不同步，可能会烧坏电机；金融市场时间不同步，可能会导致巨大的经济损失。这就需要有一个时间基准，
用于实现时间的同步，就像日常生活中，我们常常根据电视台播报的时间来校准自己的时间一样。在我国，
提供校准时间的是位于西安的国家授时中心的原子钟，它被用作基准钟向电视、广播、网络等提供报时服
务。在导航系统中，如果导航定位的精准度为1米，则要求卫星上原子钟的时间同步必须在3×10-9之内，
这需要卫星上的原子钟和地面上的基准钟定期校准，以保证定位的精准度。我国自主研制的北斗导航系统
中，原子钟堪称“导航卫星的心脏”，使我国在导航精准度方面达到厘米级，处于全球领先水准。北斗导
航系统可以给安装了芯片的共享单车设定电子围栏，也可以判断汽车行驶在哪个车道，甚至还可以实现送
货的无人机精准地降落在客户的阳台上。计时工具的演变，展现了人类“时间文化”的进程更彰显出人类
精益求精、不探索、追求卓越的科学精神。
请根据上述材料，回答下列问题：
(1)原子钟可以作为时间同步的基准钟，依据的是原子辐射电磁波振荡周期的______；
(2)下列物体相比较，最适合提供计时基准的是______；（填写正确选项前的字母）
A．摆动的小球 B．沿直线运动的汽车 C．静止的书本
(3)在实际生活中会出现各种“标准”。请你结合对文中时间“标准”的理解，除文中提到的实例外，再列举一个“标准”______，并说明该“标准”在具体实例中是如何应用的______。
1．（2024·北京西城一模）请阅读《在“死亡之海”钻探“中国深度”》并回答问题。
在“死亡之海”钻探“中国深度”
2024年3月4日14时48分，我国首口万米深地科探井—“深地塔科1井”正式穿越万米大关。这标志着
继深空、深海探索大自然的壮举之后，我国在深地领域实现重大突破。
这口井位于被称为“死亡之海”的新疆塔克拉玛干沙漠腹地，设计深度11100m。自2023年5月30日开钻，
数百名石油工人和科研人员坚守沙海腹地，连续奋战279天，历经高温、严寒、风沙和复杂地质情况等极
端考验，成功钻探突破万米，同时创造了世界上钻探万米深井用时最短的记录。
垂直井深突破地下万米，在我国尚属首次！这不仅是为国家找油找气，也是探索地球未知领域、拓展人类
认识边界的一次大胆尝试。约20层楼高的钢铁塔架，稳稳矗立在流沙之上，重达2000多吨的钻头、钻杆、
套管等深入地下，穿透白垩系等10多个地层，成为探索地球深部的“望远镜”。
深地钻探难度堪比“探月工程”，钻探超万米后控制难度极大。当钻头抵近地下万米地层时，钻井设备承
受的高温超过200℃、高压超过230MPa，这对钻井工具和钻井液都是巨大的挑战。我国科技人员攻克一系
列技术难关，让钻机关键部件全面国产化，有效解决了核心部件“卡脖子”问题。科研人员还自主研发了
耐盐、耐高温、超高密度的钻井液，为深地勘探提供了可靠支撑。
近年来，我国不断刷新“中国深度”。深地塔科1井钻破万米后成为陆地上世界第二、亚洲第一的垂直深
井，在深地科学研究和超深层油气勘探领域具有里程碑的意义。万米“冲刺”成功后，深地塔科1井肩负
科学探索和预探发现双重使命，继续向目标深度全速钻进。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）深地塔科1井的成功钻探，为超深层油气资源勘探开发提供了有力支持。石油和天然气属于
能源；（选填：“一次”或“二次”）
（2）深地塔科1井地下万米处的高压大约是马里亚纳海沟11000m处水压的 倍，（结果请保留整数）
（3）钻井液也叫钻井泥浆，被喻为钻井的 “血液”。钻井液是由粘土、水（或油）以及各种化学处理剂
组成的一种溶胶悬浮体的混合物。钻井液在入井出井的循环过程中发挥着传递动力、携带岩屑、平衡地层
压力和润滑钻具等关键作用。在深地钻探过程中，钻井液能够对高速旋转的钻头进行冷却和润滑，保护钻
头不被高温破坏，因此，钻井液对安全高效钻井至关重要。在钻探过程中，钻井液通过 的方式
对钻头进行冷却，减小钻头的内能；
（4）为了万米深地钻探，我国科技人员自主研发的钻井液具备哪些特点： 。
2．（2024·北京东城一模）请阅读《漏刻》并回答。
漏刻
漏刻是我国古代的一种计时工具，漏，指漏壶；刻，指箭刻，放置在漏壶内以标记时间。我国古代劳动人
民从陶器中小孔漏水的现象，发现水的流失与时间的流逝有一定的关系，受到启发发明了早期的漏刻。历
史上的漏刻主要有泄水型的沉箭漏和受水型的浮箭漏。
泄水型沉箭漏如图甲所示，它只有一个漏水壶，在靠近漏水壶底部的一侧有一个出水孔，壶中有一只插有
直立漏箭的浮舟，浮舟漂浮在水面上。使用时，壶中的水由小孔流至壶外，漏箭随之逐渐下降，由漏箭上
位于壶盖处的刻度可知当时的时间。这种漏刻使用过程中，随着漏水壶中液面的下降，滴水速度也会下降，
导致计时存在较大误差。
受水型浮箭漏的发明晚于泄水型沉箭漏。早期的受水型浮箭漏如图乙所示，它主要包括一只供水的播水壶
和一只受水壶，受水壶上固定一把铜尺，铜尺上刻有十二时辰，受水壶里有一只插有直立浮箭的浮舟，浮
舟漂浮在水面上。当水从播水壶滴入受水壶后，受水壶中的水位升高，浮箭被慢慢托起，根据浮箭上端在
铜尺上对应的刻度就知道当时的时间了。同样由于播水壶中液面的下降，滴水速度也会下降，计时准确度
并未得到大幅提高。
实践发现可以通过增加播水壶的个数来提高计时准确度。图丙所示的是国家博物馆展示的漏刻展品，有三
只播水壶，分别称为日壶、月壶和星壶。使用时，定时给日壶补水，确保星壶始终处于满水状态，保证星
壶流入受水壶的滴水速度稳定，从而大大提高了测量的准确性。漏刻作为我国古代重要的计时工具，不仅反映了我国古代劳动人民的智慧和创造力，而且对后世的计时技
术产生了深远影响。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）除了漏刻，请你写出一个我国古代的计时工具 ；
（2）受水型的浮箭漏工作时，浮舟随着水位升高，受到的浮力 （选填“变大”“不变”或“变
小”）；
（3）科技小组分别自制了简易沉箭漏和浮箭漏，如图 是沉箭漏的“漏箭”示意图，如图 是浮箭漏的
“铜尺”示意图。两图中均已标出上午“8：00”所在的位置，则应将上午“9：00”下标在“漏箭”的
处，标在“铜尺”的 处。（均选填“A”或“B”）
3．（2024·北京朝阳一模）国之重器——“千眼天珠”
在海拔3830m 的四川省稻城县，坐落着国家重大科技基础设施，子午工程（二期） 的标志性设备
——圆环阵太阳射电成像望远镜（如图所示）。313部小射电望远镜均匀排布在直径1km的圆周上，圆环
中心是一座百米高的定标塔，对于这个望远镜阵列，人们有个非常形象的称呼——“千眼天珠”。
圆环阵太阳射电成像望远镜的主要科学目标就是观测太阳活动。太阳给地球带来了光和热，孕育了地球
上的生命，但是它也有“打喷嚏”的时候也就是太阳风暴。 若它朝着地球打一个“大喷嚏”，抛射出来
的高速带电粒子飞向地球，会对地球人造卫星等设备产生严重影响。当距离地球约1.5×108km 的太阳发生
剧烈爆发时，喷射出的带电粒子往往会辐射不同频率的电磁波，这个望远镜阵列可以在太阳爆发几分钟内
就“捕捉”到这些电磁波信号，而太阳抛射出来的粒子到达地球需要数十个小时，科研人员正是抓住这个
宝贵的“时间差”，实现对空间天气的预报和预警。 圆环形阵列的中心定标塔到每一部射电望远镜的距
离都相等，而且射电望远镜与 中心定标塔之间没有遮挡，定标塔向各部射电望远镜发射公共信号进行定
标和校准 时，可以实现非常高的精度。在中心定标塔下面就是中央机房，每部小射电望远镜和中央机房
之间都有电缆实时传输观测数据，以便科研人员及时对这些数据进行分析和处理。“千眼天珠”采用了综
合孔径射电望远镜技术，虽然每部小射电望远镜的直径只有6m， 但是当313部小射电望远镜协同观测时，其观测能力可以等效于一个超大口径射电望远镜。
通过对太阳爆发活动的高精度观测，有助于人类认识太阳风暴机制和太阳风暴的 日地传播规律，进一
步深化对自然的理解，推动人类科技文明的进步。
请根据上述阅读材料，回答下列问题：
（1）圆环阵太阳射电成像望远镜的主要科学目标是 ；
（2）因为“千眼天珠”的结构特点是 ，所以能够实现非常高的定标精度；
（3）太阳发生剧烈爆发时，喷射出的带电粒子辐射出的电磁波大约经过 s可以到达地球；
（4）“千眼天珠”采用了综合孔径射电望远镜技术。请你再举出一个体现这一设计理念的例子 。
4．（2024·北京丰台一模）请阅读《探究微观世界的超级显微镜——散裂中子源》并回答题。
探究微观世界的超级显微镜——散裂中子源
物质的微观结构决定其宏观性质。为了探测更微小的物质结构，科学家利用散裂中子源，实现了更加精细
化的成像效果。中子是组成原子核的微粒之一（如图所示），由于它不带电，不受物质内部电场力的作用，
因此中子的穿透力非常强。当中子通过物质内部时，它能更靠近原子核。于是，中子便成为科学家探索微
观世界的理想探针。
散裂中子源主要由加速器、靶站和中子谱仪三部分组成（如图所示）。加速器的作用是将质子进行加速，
用高速质子去轰击靶站里金属物质的原子核，从而产生高速中子流。这些高速中子流射向待测样品，与其
中的原子核发生碰撞而散射出去，这时中子流的运动轨迹、能量和动量就会发生变化。于是，科学家通过
分析这些物理量的变化，就能探测出物质的微观结构。这就好比向一张看不见的网上扔很多弹珠，有的弹
珠穿网而过，有的则打在网上弹向不同的方向，根据这些弹珠的运动轨迹就能描绘出这张网的形状。这种将不便于直接测量或观察的现象，用它的外显特征或产生的效应来反映的做法，是一种重要的科学研究方
法。例如，在探究影响电磁铁磁性强弱 的因素时，用电磁铁吸引铁钉的多少来判断其磁场的强弱。
随着我国散裂中子源的建成和开放运行，它已经帮助我国科学家攻克了许多关键 的核心技术，未来它还
会在物理、新能源、材料科学、化学化工、资源环境、生命科 学等方面发挥更多更重要的作用。
请根据以上材料，回答下列问题：
（1）原子核是由质子和 组成的；
（2）中子之所是探索微观世界的理想探针，主要是因为 ；
（3）文中提到的这种科学研究方法，在科学探究过程中有许多应用。除文中的实例 外，请你再举出一个
实例，并说明这种科学研究方法在实例中是如何应用的。
5．（2024·北京通州一模）阅读请根据上述材料，回答下列问题：
《海上能源“巨无霸”——LNG船》
液化天然气运输船简称LNG船。由于天然气（主要成分是甲烷）是易燃气体，对于运输它的船舶建造技
术要求极高。
常温下的天然气是气体，在0℃和1个标准大气压条件下，密度仅为 。要运输气态天然气，成本
会很高。要想让天然气液化，光靠压缩体积是不行的，必须要让它的温度低于 ，否则多大的压力
也不能使其液化。在此温度下，须施加44.1兆帕的压强才能使其液化。如果LNG船装载的是 的液
化天然气，罐体就要做的很厚，会大大增加运输的成本。LNG船通常采用“全冷”方式，就是将天然气的
温度降低到 ，这样在1个标准大气压下天然气就可以变成液态。所以说，LNG船就是一艘“海上超
级冷库”。由于天然气易燃易爆，一旦泄露，后果不堪设想，因此它对建造“冷库”的材料要求极高。
液舱（装液化天然气的船舱）的围护系统是制造LNG船的核心技术。右图是液舱的结构图。一般的钢材
在超低温环境中容易产生脆裂，建造液舱屏蔽层的材料是厚度只有0.7mm的殷瓦钢，它就像一张牛皮纸一
样薄。虽然殷瓦钢很容易锈蚀（加工时不允许一滴汗水滴在上面），但它在低温环境下具有膨胀系数小、韧性好、导热性低的物理性质。这样薄的殷瓦钢，加工起来非常困难，我国也是在前些年才突破这项技术。
一艘LNG船不仅要做到高标准的密封性，而且运输时只有在 的低温环境和0.2个标准大气压下才能
维持液态天然气的稳定（该条件下液化天然气密度约为 ）。
2008年我国建造的第一艘LNG船“大鹏昊”号投入使用，它的装载量为 ，相当于上海市300
万个家庭一个月的用气量。
液化天然气到达港口后，送到沿海的LNG接收站，并使之汽化。温度极低的液化天然气在变成气态时，
会和周围的环境发生热交换，过程中转移的内能称为“冷能”。所以接收站附近经常会看到海产品加工、
干冰制造等工厂。
（1）建造屏蔽层的材料要用殷瓦钢，因为它具有 的物理性质；
（2）一个标准大气压下0℃的天然气与0.2个标准大气压下 的天然气在质量相等的情况下，体积之
比是 。结合文中信息，可推算出上海300万个家庭一个月大约消耗 （1标准大气压下
0℃）的气态天然气；
（3）某LNG接收站旁边建了一个海产品冷冻工厂，他们利用LNG“冷能”将捕捞到的海产品加工冷冻。
请简述该工厂利用LNG“冷能”过程中的基本物理原理 。
6．（2024·北京顺义一模）阅读《神奇的激光》，回答问题。
神奇的激光
激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最亮的光”“最快的刀”
“最准的尺”。
普通光源是向四面八方发光，而激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，接近
平行。在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度最高，与太阳的亮度不相上下，而红宝石激光器的
激光亮度，能超过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度极高，所以能够照亮远距离的物体。激光具有高能量密度，可以被聚焦到极小的斑点，使得其能量密度比其他光源高很多。
激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光雕刻切割、
表面改性、激光镭射打标、激光钻孔和微加工等。在某次激光照射时间对材料局部变形影响实验中，用激
光功率密度为30W/cm2的连续波激光辐照金属表面，并假设激光被全部吸收，得到金属中心温度随时间变
化规律如图甲所示；用不同功率密度的激光照射时，材料局部变形的照射时间随激光功率密度变化的关系
如图乙所示。
激光脉冲是指激光器发出的一个光脉冲，好比手电筒一直合上开关就是连续工作，合上开关立即又断开就
是发出了一个“光脉冲”，激光脉冲能做到时间特别短，这样可以探测很快的运动，就像照相机快门一样，
快门越短就能拍出越快的运动。为了探得原子内部的电子结构，科学家们就需要用一个与电子运动时间尺
度相匹配（即时间数量级相当）的“快门”来拍照。
根据材料回答问题：
（1）激光热加工主要是利用了激光的 特点；
（2）根据图甲所示的图像得出实验结论： ；
（3）激光光束投射在单位面积上的能量称为能量密度。根据图乙所示的图像，用功率密度为20W/cm2的
激光照射，从开始照射到发生变形，照射在金属材料上的能量密度是 J/cm2。
7．（2024·北京大兴一模）阅读《我国的“地面空间站”》材料，回答下列问题。
我国的“地面空间站”
2024年2月27日，由哈尔滨工业大学和中国航天科技集团联合建设的空间环境地面模拟装置通过国家验
收，开始正式运行。它被形象地比喻为“地面空间站”，能够综合模拟真空、高低温、带电粒子、电磁辐
射、空间粉尘、等离子体、弱磁场、中性气体、微重力等九大类空间环境因素，是我国航天领域首个大科
学装置。如图所示，为我国“地面空间站”中的月尘舱。
航天员可以在微重力的“地面空间站”内部体验近似失重的漂浮感，掌握在失重环境中穿戴航天服时的人体运动协调性，还能模拟完成出舱维修、运送货物等任务。此外，“地面空间站”还能进行一些大型空间
结构对接和组装试验，帮助大型机构在微重力环境下开展测试，保障空间结构和组装程序的安全可靠性。
比如，航天员可以在微重力环境下开展太阳电池帆板展开试验，并针对航天器飞行期间可能发生的意外，
制定相应的故障排除程序等。
总之，“地面空间站”相当于将空间站和太空实验室的很多功能“搬”到地面上，以便完成许多昔日人类
抵达太空才能进行的实验。依靠它，科学家开展空间实验将不再“难于登天”，航天员可以在这里提前体
验和适应月球、火星等复杂陌生的环境，从而助力太空探索迈上新台阶。这一技术未来还将在脑科学、生
命健康、高端仪器、辐照育种等领域收获重要成果。
空间环境地面模拟装置既是国之重器，也是科研利器。
（1）我国的“地面空间站”指的是 ；
（2）在“地面空间站”模拟的微重力环境中完成下列实验，实验效果跟在教室内完成实验的效果可能相
同的是( )
A．用天平测量物体的质量 B．用弹簧测力计测量物体的重力
C．观察气体的扩散现象 D．探究液体内部压强的影响因素
（3）航天器在轨飞行过程中，由于没有大气层，在阳光直射下，航天器表面温度可达150摄氏度以上，所
以科研人员必须在模拟环境中进行充分的真空热试验，以获得接近航天器在真实环境中的数据，通过技术
改进以保障航天器和航天员的安全；
①航天器在轨飞行过程中，在阳光直射下，航天器表面温度很高，可能的原因是： ；
②在“地面空间站”模拟的真空环境中进行的真空热试验，使航天器模型的表面温度升高，请你设计一种
可行的方案 。
8．（2024·北京平谷一模）请阅读《会发电的玻璃》并回答问题。
会发电的玻璃
2023年7月，世界大学生夏季运动会场馆外的引导灯箱成为了亮点，这些灯箱外壳上找不到一条连接电源
的线路，也能点亮灯箱里面的LED灯，为来自世界各地的运动员提供全天候的指引服务。那它们靠什么发
电呢？答案就是灯箱背面的黑色玻璃。这块玻璃，其实是一块碲化镉薄膜太阳能电池。它的结构好比“三明治”，在两块超白高透的玻璃之间，
均匀沉积一层4微米厚的碲化镉薄膜，当太阳光照射到薄膜层后，薄膜层中会产生电子运动，“变身”可
发电的半导体。
相比其他同类型材料，碲化镉材料发电量更大。碲化镉的光谱响应和太阳光谱非常匹配，光吸收率高，约
能吸收95%的阳光，适合于光电能量转换。一块面积约2m2的发电玻璃，每年发电量约270度。一个普通
家庭若安装3块这种玻璃，就能满足一家人全年的用电需求；它的通光性很好，与普通玻璃无异。它的吸
光层很薄，一般晶体硅太阳能电池是它吸光层的近百倍。它的强度很高，用45kg的大铅球对其进行撞击实
验，它不仅完好无损，而且还能保持稳定的发电性能。如果利用这种发电玻璃替代我国目前建筑物上普通
玻璃的10%，一年的发电量就相当于几个三峡水电站，因此，它被誉为“挂在墙上的油田”。
碲化镉材料碳排放量很低，每生产1度电，碲化镉所排放的二氧化碳仅有11克，碲化镉发电玻璃反射率低、
没有光污染，不仅可应用于大型太阳能地面电站，还可完全替代传统建筑材料应用于各种建筑物上，用太
阳能发电为建筑物提供清洁能源，达到节能减排的效果。
对于碲化镉薄膜发电玻璃，中国拥有完全自主知识产权，而且已实现了中国制造。这为中国从建材玻璃大
国提升为电子玻璃强国、半导体材料强国奠定了技术和材料基础。
（1）碲化镉薄膜发电玻璃发电时将 能最终转化为电能；
（2）请你列举出采用碲化镉薄膜发电玻璃发电的优势 ；
（3）一块面积约1m2的碲化镉薄膜发电玻璃一年的发电量可供一台“220V 2000W”的空调正常工作
h，发电一年排放的二氧化碳总质量为 g。
9．（2024·北京房山一模）请阅读《编钟》并回答问题。
编钟
编钟是中国古代一种青铜打击乐器，规模庞大，制作复杂，科技含量高，被称为“中国古代乐器之王”。
编钟在铸造时，将青铜熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形
状、尺寸的钟体。铸造时不仅考虑钟的美观，还要考虑它的声学特点。铸造时在铜中要加入适量的锡和铅，
各种金属成分微妙的比例变化，对编钟的声学性能、机械性能有重大影响。青铜中加锡，能提高青铜的硬度。但含量过高，青铜就会变脆，不耐敲击。青铜中加铅，可降低熔点，增加青铜熔铸时的流动性。还可
以减弱因加锡导致的脆性，使所铸的钟耐敲击，如果含铅量过高，钟的音色又会干涩无韵。
编钟体现了古代工匠对于音乐艺术所付出的努力和智慧，也证明了古代中国在铜器制作方面所取得的成就。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）铸造编钟钟体过程中，青铜由固态到液态再到成型的钟体，经历的物态变化是先 后
；
（2）铸造编钟的过程中加入适量锡和铅，可以提升编钟的 和机械性能；
（3）现有某一编钟钟体的1∶1仿制品一件，经测量该仿制品的质量为0.3kg，密度为1.1×103kg/m3，编钟
的质量为2.4kg，此编钟密度为 kg/m3。
10．（2024·北京门头沟一模）请根据以上科普文章，回答以下问题：
生物质能源的利用
生物质能源，一种来源于生物体的可再生能源，正在逐渐成为全球能源转型的重要一环。其特点在于可再
生性、低碳排放以及对环境的友好性，使得生物质能源在能源领域中的地位日益凸显。
生物质能源的来源广泛，包括农作物秸秆、林业废弃物、畜禽粪便等。这些生物质资源经过一定的处理，
如发酵、燃烧或气化，可以转化为内能、电能或生物燃料。例如，农作物秸秆和林业废弃物可以通过燃烧
产生热量，用于供暖或发电；畜禽粪便则可以经过发酵处理，生成生物气体，作为清洁的燃料使用。
生物质能源的利用不仅有助于缓解能源紧张问题，还能促进农业和林业的可持续发展。通过合理利用生物
质资源，可以减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，从而实现经济、社会和环境的协调发展。
在我国，生物质能源的开发利用也取得了显著进展。政策层面，国家出台了一系列鼓励生物质能源发展的
政策措施，包括财政补贴、税收优惠等。技术层面，我国生物质能源技术不断创新，生物质发电、生物质
液体燃料等领域取得了重要突破。
然而，生物质能源的利用也面临一些挑战，如资源收集、运输和储存的困难，以及生物质能源转化过程中
的效率问题等。未来，我们需要进一步加强技术研发，提高生物质能源的利用效率和经济效益，推动生物
质能源产业的健康发展。
（1）生物质能源作为一种可再生能源，其来源不包括 。
A．农作物秸秆 B．石油 C．林业废弃物 D．畜禽粪便
（2）结合自己的生活常识，谈谈应对生物质能源开发利用所面临的挑战，能够采取哪些措施 。
（写出一条具体的应对措施即可）
11．（2024·北京燕山一模）请阅读《电热膜》并回答。电热膜
电热膜是一种新型的电热器件，如图甲所示是一种常见的电热膜，其内部结构如图乙所示，在绝缘
的聚酯薄膜表面上，利用特殊工艺铺设一条条薄的导电墨线，导电墨线两端与金属导线相连，形成网状结
构。
电热膜通电工作时与被加热物体直接接触，产生的热量很快传给被加热物体，所以电热膜本身温度
并不太高，没有发红、炽热现象产生。在制造电热膜时，会出现不同导电墨线厚度不均匀的现象，厚的导
电墨线电阻小。导电墨线电阻随温度变化的关系图像如图丙所示，这种温度特性的优点是，它不会因厚度
不均匀而出现局部过热的现象，保证了电热膜各处的温度均匀。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）电热膜取暖器工作时，室内空气温度升高，这是通过 方式增加空气内能的；
（2）若增加这块电热膜中导电墨线的条数，则电热膜的功率将 （选填“增大”“减小”或“不
变”）；
（3）请你解释为什么电热膜不会因厚度不均而出现局部过热的现象 。
12．（2024·北京人大附中校考一模）请阅读《筒车》并回答问题。
筒车亦称“水转筒车”，是一种以水流作动力取水灌田的工具。据史料记载，筒车发明于隋而盛于唐，距
今已有1000多年的历史。筒车的种类较多，制作工艺有所不同。如图所示，简易的筒车常用一端开口、一
端封闭的竹节制成筒，竹筒被均匀安装在筒车上，用于从河中打水，同时在水流的推动下使筒车转动起来。
筒车工作时，竹筒绕车轴做圆周运动，筒底与筒口的运动轨迹是同心圆，且筒底所在的外圆半径大于筒口
所在的内圆半径。竹筒浸在水里的时候被灌满了水，当转过一定角度后将离开水面被提升，所以竹筒在低
处时盛水，在高处时泄水，泄出的水落入水槽后被引向农田，如此往复，循环提水。在实际使用过程中，
人们会根据农田与水面间的高度差调整水槽的位置和宽度，使水槽能够接到更多的水。（1）关于筒车的说法正确的是 （填字母）；
A．筒车能转动是由于竹筒受到了浮力 B．筒车能连续转动是受到惯性的作用
C．筒车工作时对水流有力的作用 D．筒车证明了永动机是可以制造出来的
（2）筒车在匀速转动的过程中，竹筒受 （选填“平衡力”或“非平衡力”），以竹筒为参照物，
车轴是 （选填“运动”或“静止”）的；
（3）某筒车上均匀分布了20个相同的竹筒，每个竹筒的容积为2L，通过调整水槽的位置，竹筒中50%的
水能落入水槽，则当筒车以每分钟转动5圈的速度连续工作2h，最多可以为农田浇灌 kg的水（
）。
13．（2024·北京北师大附中校考一模）请根据上述材料，回答下列问题：
白鹤梁水下博物馆
白鹤梁水下博物馆位于重庆市涪陵区长江岸边，它被联合国教科文组织誉为“世界首座非潜水可到达的水
下遗址博物馆”，是世界水文资料的宝库。
白鹤梁原本是一块长江边上的天然的巨型石梁，是古人用于观测长江的水文站，其具有不朽的水文历史价
值和文学艺术价值。在三峡工程蓄水之前，唯有在冬季枯水期，人们才有幸一睹白鹤梁题刻的风姿。为了
保护这块意义非凡的石梁，中国工程院院士于2001年提出“无压容器”水下博物馆建造方案，即在水下
40米的白鹤梁外修建一个钢筋混凝土“罩体”，与长江水隔离。为了“无压”，罩子内部也要蓄满水，只
不过这里面的水是经过过滤、净化，非常干净的长江水，使“罩体”基本处于水压平衡的状态，同时防止
江水常年对白鹤梁遗址原体的冲刷损坏。
“罩体”内沿白鹤梁遗址原体修建了一条参观廊道，由耐压金属和23个玻璃观察窗构成，游人可沿着参观
廊道近距离观看、研究白鹤梁上的题刻。照明系统采用LED技术，寿命长、光照好、节能省电，另有先进
的循环水系统、防水系统、水下实时摄影系统。
这一极具创新设想的工程实施，为水下文化遗产的原址保护提供了成功的工程范例。
（1）白鹤梁的“无压容器”保护方案中混凝土罩体内应当 （填写正确选项前的字母）；
A．蓄满水 B．排空水 C．抽真空（2）冬季枯水期白鹤梁混凝土保护罩所承受江水压强与非枯水期相比将 （填写正确选项前的字
母）；
A．增大 B．减小 C．不变
（3）若“罩体”内参观廊道上某个玻璃窗面积约为 ，则该玻璃窗所承受的江水压力约为
N（ ，g取 ）。
14．（2024·北京二中校考一模）请阅读《混合动力汽车》并回答问题。
混合动力汽车
混合动力汽车，一般是指油电混合动力汽车，即采用传统的内燃机（柴油机或汽油机）和电动机作为
动力源。在目前的技术水平和应用条件下，混合动力汽车是电动汽车中最具有产业化和市场化前景的车型。
混合动力汽车采用内燃机和电动机作为混合动力源，既有内燃机动力性好、反应快和工作时间长的优点，
又有电动机无污染和低噪声的好处，达到了发动机和电动机的最佳匹配。
图甲是我国自主研制生产的一种环保混合动力实验汽车。该混合动力汽车启动时，内燃机不工作，车
内蓄电池输出能量；当高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时又
可以向蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机、蓄电池可以同时向车轮输出能量。为了保护蓄电池，
当电池使用到剩余能量为最大容量的20%时停止供电。
测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶1h，观察仪表盘，发现这段时间内燃机消
耗燃油10kg（燃油热值 J/kg），蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至最大值的80%。该车
行驶时所受阻力f和车速v的关系如图乙所示，汽车的某些参数如下表所示。
输出最大
电机 40
功率/kW
输出电
300
压/V
电池
最大容量/J
整车 质量/t 1根据上述材料，回答下列问题：
（1）蓄电池充电时的能量转化是 ；
（2）测试过程中汽车行驶时的牵引力大小为 N；
（3）在汽车的测试过程中，若只用蓄电池提供动力且假设能利用的电能全部转化为机械能，该车在电池
充满电的情况下以25km/h最多可匀速直线行驶 km；
（4）混合动力汽车相对于传统内燃机汽车的优势有哪些？ （请写出一条即可）
15．（2024·北京海淀二模）请阅读《龙骨翻车》并回答问题。
龙骨翻车
陆游在《春晚即景》中写道：“龙骨车鸣水入塘，雨来犹可望丰穰。”诗中的龙骨车即为龙骨翻车，因其
结构形如长龙骨架而得此名，是一种用于排水和灌溉的机械。龙骨翻车约始于我国东汉时期，三国时期的
机械大师马钧予以改进，之后一直在农业上发挥着巨大的作用。
如图甲所示，龙骨翻车的主体由两部分组成，一是取水部分的车桶、大龙头轴、小龙头轴、刮水板等；二
是人操作部分的扶手和脚踏板等。龙骨翻车通体由木质板材构成，并大部分采用榫接和链接结构，简单的
材料、成熟的技艺，使龙骨翻车很容易制作。
龙骨翻车在工作时主要利用链轮传动原理，即当主动轴旋转时，链条与固定在主动轴上的链轮相咬合，从而带动固定在从动轴上的链轮旋转，使从动轴获得动力。如图乙所示，小龙头轴及刮水板浸入低处的水中，
人握住扶手用脚踏动脚踏板，驱动大龙头轴（主动轴）转动，带动链条（由刮水板等组成）运动，进而带
动小龙头轴（从动轴）转动，这一过程中刮水板将水带入车桶内，板叶刮水上行，将低处的水刮传至高处
的农田中，实现灌溉。
如图甲、乙所示的龙骨翻车是用脚踩驱动的，称为脚力翻车。根据龙骨翻车驱动力的不同，还有手摇驱动
的手摇翻车、流水驱动的水转翻车、风力驱动的风力翻车等。相比之下，脚力翻车较为轻便、易于搬运、
对环境要求低、取水效率高，在农业灌溉中使用最广。
龙骨翻车在我国已使用了近两千年，目前仍然有地区在用其灌溉，劳动人民的智慧历经千年洗练，仍然闪
耀着光芒！
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）龙骨翻车在工作时主要是利用了 原理。除文中提到的龙骨翻车外，请再列举一个生活中利用
这一原理的实例： ；
（2）某次使用龙骨翻车灌溉面积为2000m2的稻田，使稻田的平均水深达到0.2m，灌溉过程中水被龙骨翻
车提升的高度为2m，则龙骨翻车对水做的功至少为 J。（不计水渗透和蒸发等损耗，水的密度为
1.0×103kg/m3，g取10N/kg）
16．（2024·北京西城二模）请阅读《嫦娥六号飞天，月背采样再返回》并回答问题。
嫦娥六号飞天，月背采样再返回
2024年5月3日下午5点27分，我国长征五号遥八运载火箭搭载着嫦娥六号月球探测器，在海南文昌航天
发射场成功发射。本次嫦娥六号将实现人类首次在月球背面南极的艾特肯盆地采样并返回
嫦娥六号要降落在月球背面，它如何与地球进行通信呢？这依靠一颗叫鹊桥二号的中继星。4月12日，我
国的鹊桥二号中继星已完成在轨对通测试，如图1所示。这不仅能提高它的通信速率，大幅提高对月球南
极区域通信覆盖能力，让它能在该轨道上长期驻留。
5月8日，在北京航天飞行控制中心的精确控制下，嫦娥六号探测器成功实施近月制动，实施“刹车”制
动，使其相对速度低于月球逃逸速度，实现绕月飞行。不要小看“刹车”的难度，如果“刹车”力度不够，
嫦娥六号探测器将滑入太空。反之，如果“刹车”过猛，在鹊桥二号中继星的支持下，嫦娥六号将调整环
月轨道高度和倾角，之后，着陆器上升器组合体实施月球背面南极艾特肯盆地软着陆（如图2所示）
本次嫦娥六号将主要经历11个飞行阶段，其飞行控制过程非常复杂，技术难度史无前例。整个采样并返回
过程大约需要53天。让我们共同期待：嫦娥六号一路上克服艰难险阻，中国航天再创佳绩！
请根据上述材料，回答下列问题：（1）鹊桥二号中继星沿椭圆轨道绕月球运行，卫星从近月点向远月点运动时，其速度 。（选填“增
大”“减小”或“不变”）
（2）当返回器进入大气层后，由于高速飞行会跟大气剧烈摩擦，导致返回器表面温度急剧升高。这是通
过 的方式，使返回器内能增加。
（3）近月制动是嫦娥六号飞行过程中一次关键的轨道控制。若制动“刹车”力度不够，或“刹车”过猛，
那它将会如何运动 。
17．（2024·北京东城二模）请阅读《自由潜水》并回答24题。
自由潜水
自由潜水，亦称“闭气潜水”，是一项不携带任何呼吸设备的水下运动，潜水者仅凭一口气完成整个潜水
活动。潜水者在下潜是“耳压问题”。耳压问题是由于耳膜会被外界的水向内挤压，潜水者会由于耳膜内
外压强不平衡而感到疼痛，从而无法潜得更深。为解决这一问题，潜水者需要做耳压平衡，运用捏住鼻子
鼓气或者封闭会厌并上顶舌根等动作，将空气通过咽鼓管送入耳膜内侧，使耳膜内外压强达到平衡，这样
耳朵就不会痛了。
除了耳朵，潜水者身体受水压影响变化最大的就是肺部了。人体的肺部就像一个气球，里面储存了大量的
空气。由于潜水者下潜过程中深度增大，肺部的体积会随着周围压强增大而减小，人体体积也会随之减小，
在水下约10m深处，潜水者的肺部体积会被压缩到相较于在水面时体积的一半。经验丰富的自由潜水者会
利用这一特点，在潜水之前选择一定质量的铅块作为携带的配重，从而使自己游到水下某深度时可以保持
悬浮状态，超过这一深度潜水者便会“自由下落”从而更省力地潜到更深的地方；在返回水面的过程中，
一旦潜水者游到比该深度浅的位置时，即便不再游动，也可以借助浮力升到水面。
自由潜水作为世界上最危险的极限运动之一，对潜水者的身体、心理、生理等要求非常高。潜水者需要在
专业人士的指导下系统学习、规范练习，否则会造成身体损害，甚至危及生命安全。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）潜水者在下潜过程中，若没有做耳压平衡，耳膜 （选填“内”或“外”）侧压强较大。
（2）一名潜水者在某水域进行潜水训练，第一次携带质量为m 的配重，使自身可以在深度h 处悬浮；第
1 1
二次携带质量为m 的配重，使自身可以在深度h 处悬浮。若h
