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近10年全国初中应用物理知识竞赛复赛试题及答案汇总

发布时间:2014-04-14 12:10:43  

2000年第十届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题

一、某同学在木板上安装如图所示的三只灯泡,已知灯泡L1和L3的电阻分别为R1=10欧,R3=25欧.连好电路后要测电源电压时,发现连接电压表的导线长度不够,于是他用电压表接在A、C两点时发现读数为1 5伏,接在B、D两点时读数为20伏.则此时电源电压为多少伏?(有不能整除的地方保留一位小数)

二、网球拍的拍面有若干条经线和纬线,它们组成了一个个正方形的小格.如果光源安装在天花板,球拍在光源的正下方,要使经线和纬线在地面的影呈如下所列的几种形状,应该用什么样的光源,怎样放置球拍? 1.影为正方形格子,边长放大到约为原来的2倍.

2.影为矩形(不是正方形).

3.影为若干条平行的直线.

4.无论怎样放置球拍,都看不清经线和纬线的影.

三、为了保护环境,治理水土流失,学校的环保小组测定了山洪冲刷地面时洪水中的平均含沙量(即每立方米的洪水中所含泥沙的质量).治理环境之前,他们共采集了38立方分米的水样,称得其总质量为38.7千克,已知干燥的泥沙的密度ρ泥=2.4×103千克/米3,试求洪水中的平均含沙量是多少?(保留一位小数)

四、一种家用灭蚊器中的电热元件是用钛酸钡材料制成的,它具有控温功能.图2中给出了这种电热元件的电阻随温度变化的曲线.请你根据这条曲线分析,灭蚊器稳定工作时发热元件处于哪个温度区间,环境温度在哪个区间时这种灭蚊器可以正常使用.

五、1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了一辆太阳能汽车.车上电池的太阳能接收板的面积是8m2,它正对太阳时电池能够产生120V的电压,并对车上电动机提供10A的电流.电动机的直流电阻为4Ω,而太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为1.0×103W/m2.求:

1.该车的太阳能电池的效率是多少?电动机把电能转化为机械能的效率是多少?

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2.若太阳辐射的总功率为3.9×1.026 W,且太阳光在穿过太空及地球大气层到达地面的途中有28%的能量损耗,还知道半径为R的球面面积为S=4πR2

.请根据这些资料计算太阳到地球的距离.

六、有一种五角棱镜实际上是一个玻璃棱柱,几个平面都经过精密磨光,是一种常用的光学器件,图a是它的横截面图.图中∠A=∠B=∠C=∠D=112.5°,∠E=90°,AB和CD两个平面外侧镀银.

1.如图(a)所示,一束光线PQ垂直射入AE平面,画出它射入棱镜后直至射出的路径,标出在每一个镀银界面上的入射角.

2.如图(b)所示,一束平行光以45°的入射角射向平面镜 M.如果用一个箭头形小纸片“→”挡光,请在磨砂玻璃R上以箭头标出纸片的影.设光源、小纸片的方向和磨砂玻璃的位置都不变(图3c),用上述五角棱镜代替平面镜,如果也要在磨砂玻璃上得到小纸片的影,应该怎样放置这个棱镜?在图c中作出五角棱镜位置的示意图并以箭头标出磨砂玻璃上的影.

3.如图(d)是一种单镜头反光相机的示意图,镜头L的焦距f满足关系式f<AB+BC+CD<2f.取景时来自镜头的光经过两个小平面镜M、N的反射后在磨砂玻璃R上成像(曝光时小镜M向上弹起,处于水平位置,来自镜头的光在胶片上成像).试作简图分析,这种取景器的最大缺点是什么,提出解决办法.

2001年第十一届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题

一、(8分)1 kg20℃的水吸收4.2×103J的热量后,它的可能温度是多少?在下列4个答案中选出正确答案的序号并说明选择该答案的理由.

A.80℃ B.100℃ C.120℃ D.130℃

二、(8分)小浩制作了一个弹簧秤,如图所示,弹簧一共20匝.经检验,该弹簧秤在测量范围内(0~5 N)示数是准确的.该弹簧不但“伸长的长度跟所受的拉力成正比”,而且弹簧受拉力伸长时,各匝伸长的长度都相等.

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有一次不慎把弹簧靠近O端的一小部分挤压变形,小浩把变形的3匝剪去,并把弹簧上端重新固

定在O点,然后把指针C适当向下移,使它在弹簧秤竖直放置时指针C仍然指在“O”刻线处. (1)

写出这个新改制的弹簧秤受到的拉力F与它的示数F测的关系式并说明理由.

(2)用这个新改制的弹簧秤称量一个重物,它的示数为4.0N,该物实重是多少?

三(10分)(1)如图甲、乙、丙三人要合扛一个重物.物重600N,三人肩头所能承受的最大压力均为

200 N.现有两根一样长的硬棒及必要的绳子(硬棒及绳的自重不计),请你设计出一种方法,使三人肩

头承受的压力都不超过最大压力.画出示意图表示你设计的扛重物的方法

(2)如图,小明推一辆满载重物的独轮车,手握在车把A处(图中未画人),

遇到一个较高的台阶,他自己推不上去,小华赶快跑来帮忙.小华选择了一种最省力且效果最好的施

力方法,请画出小华所施力F的示意图.

四、(20分)教学中常用的投影仪的结构如图4所示,在水平放置的凸透镜的正上方有一与水平成45°

角的平面镜,右边竖直放一屏幕.物体的光线经凸透镜和平面镜后,可在屏上成一清晰的像.如图是

这一装置的示意图,A"B"是物AB的像.图中BO1=30 cm,O1O2=20cm,O2O3=90cm.

(1)对凸透镜而言,物距和像距各是多少?

(2)在图中画出物AB的成像光路图.

(3)若将凸透镜向上移动一点,像将向何方移动?

(4)说明螺纹透镜的作用.

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五、(1 6分)如图(甲)所示为一个电磁继电器的示意图,a、b是它的两个端点;B是衔铁,D是安在一块金属板上的触点,B和D都安在一个弹性片C上,C的左端固定,c和

c’、d和d’分别是安在绝缘板上的金属触点,当线圈A不通电时,D上的触点与c及c’接触.把c和c’连接起来,

因此c、c’称为常闭触点;而d及d’此时是断开的,称为常开触点.当线圈A通电时,衔铁B被吸下,c和c’断开而d和d’被连接起来.

现在利用这个电磁继电器控制带动水泵的电动机工作,使水泵往水箱中抽水.在水箱中竖直立一根绝缘棒,在棒上分别安有P、Q、R三个电极,如图(乙)所示.现在希望控制水箱内的水位总在Q、R之间,即水位降到Q处,电动机启动,开始抽水,水位达到R处,电动机自动关机,停止抽水(水是导电的).图(丙)和图(丁)分别是控制电路和电动机的供电电路,图中R0是与电磁继电器线圈并联的一个电阻,它的阻值很小,当R0接入电路后,电磁继电器的线圈相当于被短路.(丙)、(丁)两图中标有1~6的6个接线柱是与电磁继电器的线圈或触点相连的.

(1)写出这6个接线柱分别与电磁继电器的何处连接.

(2)开始水箱内没有水,试说明闭合开关S后,水箱内的水位为什么能保持在Q、R之间

六、(1 8分)课外活动小组的同学设计制作了一个电热孵卵器,他们用两根额定电压和额定功率都相同的电热丝作热源,再连入一个电阻R0,使这台孵卵器即使断了一根电热丝,

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单丝工作产生热量的效果仍然与双丝工作时产生的热量效果完全相同.若电源两端的电压为U,两丝的额定电压均为UL、额定功率均为PL.

(1)画出孵卵器的电路图.(2)R0的阻值是多大?

(3)R0在单丝工作与双丝工作状态下消耗功率之比是多少?

七、(2 0分)小刚家的一个水龙头拧不紧,水一滴一滴不停地滴落到地上.小刚发现,在耳朵听到前一滴水滴在地上的声音的同时,看到下滴水刚好开始下落(如图).他为了测算水滴下落的平均速度和一天来浪费的水量,找来了秒表和卷尺.首先量出水龙头口离地面的高度^,再用秒表计时.

计时的方法是:当听到某一水滴滴在地上的声音的同时,开启秒表开始计时,并数“1”,以后每听到一声水滴声,依次数“2、3??”,一直数到“n”时,按下秒表停止计时,读出秒表的示数为t. (1)写出用上述测量量表示水滴在空中运动的平均速度v的表达式.

(2)小刚测得h=1 m,当数到n=20时秒表的示数t=8.7 s,则水滴下落的平均速度v是多少? (3)若每滴水质量是O.2 5 g,则一昼夜要浪费多少水?

(4)小刚为了进一步找出水滴下落的平均速度v和下落高度h的关系,又做了以下实验:找来一块挡板,让水滴落在挡板上.改变挡板和水龙头口之间的距离h,并仔细调节水龙头的快慢,使得耳朵听到前一滴水滴在挡板上的声音的同时,下一滴水刚好开始下落.计时方法仍和上面一样.他从实验中又获得了如下表所示的6组数据(连同上面的一组共有7组数据).请你帮助小刚继续完成以下的工作:①把这些数据分别标示在(甲)(乙)两个坐标系中,并作出相应的图象.其中(甲)的纵坐标是水滴在空中运动的平均速度v,(乙)的纵坐标是水滴在空中运动的平均速度的平方,即v2,它们的横坐标都是高度h.②根据图象写出v与h的函数关系.

(5)考虑到声音传播的速度远小于光的传播速度这一因素,上面测出的水滴的平均速度会有一定的误差,测量值与真实值相比,是偏大还是偏小?为什么?

2002年第十二届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题

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一、(10分)有—支缝衣用的钢针,与磁铁接触后磁化,试说出二种简单实用的方法,判断它的南北极。

二、(12分)洗浴用的电热水器的电功率是1.2 kW,热水器内筒的直径是30cm,高是50cm。如果加热过程中的热量散失率为10%, 则把水从20 ℃加热到70 ℃需要多长时间?

三、(14分)摄影胶片的感光能力一定时,要获得正确曝光的底片,镜头的透光面积和曝光时间的组合就应该是一定的。镜头的透光面积由叫做“光圈”的机构控制,通常用22、16、11、8、5.6、4、2.8等数字代表,22就表示此时镜头透光的直径是它的焦距f的1/22,依此类推。曝光时间的长短由叫做“快门”的机构控制,通常用500、250、125、60、30、15等数字代表。500就表示此时曝光的时间是1/500s,依此类推。现在通过试摄已经知道,光圈、速度的最佳曝光组合是11、15,如果为了其他需要而必须选用5.6的光圈,试计算应该选用的快门速度。

四、(14分)已知空气的密度为1.29 kg / m3,估算人体在空气中受到的浮力。

五、(14分)某机床上使用的一台直流电动机,标有“36V,24W”的字样。用多用电表测得电机的电阻为2 Ω。试计算这台电动机在满负荷工作时的效率。

六、(14分)小刚今年15岁,因重感冒输液,针头插在左手背的静脉上。其间他必须下床,这时他发现只有右手把药瓶高高举起时,血液才不会回流到输液管内。试根据这个现象估算,他手上静脉的血压比大气压强大多少。这个差值相当于多少毫米高的水银柱产生的压强(水银的密度是13.6 × 103 kg / m3)?

七、(14分)下表摘自一个冰箱的说明书。依据表中的数据计算冰箱在给定的工作状态下压缩机平均每天的工作时间。并回答:要带着外包装把冰箱搬到室内,屋门宽度不能小于多少?

八、(8分)下图中的甲、乙两个房间里的两壶水都已烧开,试判断哪个房间的气温比较高。说明理由。

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2004年第十四届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题

一、1998年某地区遭受特大洪涝灾害。为了抗洪抢险,急需在20 h 内从甲地调运65 t 钢材到乙地。现仅剩下一艘满载时排水量为80 t 的货船,船身(包括船员)质量约17 t ,已知甲、乙两地的水路距离为80 km ,船行驶的平均速度为10 km/h(不计水流速度)。

(1)请你设计一个完成此项任务的可行性方案;

(2)通过分析、计算,找出最佳方案。(钢材的密度为7.9×103 kg/m3)

二、图1为一种电磁炉的原理示意图。它是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场,磁化铁磁材料制成的烹饪锅,在锅体形成无数小的涡流(感应电流)而产生焦耳热。同时,被磁化的铁磁分子因摩擦、碰撞而发热。从而使锅体自身发热达到加热食物的目的。

(1)使用电磁炉加热食物时,不产生明火,无烟尘,无废气,清洁、安全、高效、节能。请写出电磁炉在使用中可能涉及的物理知识(只写名称不写内容,不少于10个可得满分)。

(2)在使用电磁炉时,炉和锅之间的热是由____________传递给_____________的。电磁炉加热食物的过程中消耗____________能转化为____________能;若用该电磁炉1次蒸热5个馒头需用时间25min,那么,1次只蒸1个同样大小的馒头大约需要___________min

(3)某款电磁炉性能参数如下表所示: 根据上表数据,若电磁炉在功率调节和温度调节的范围内,加热温度随功率调节的变化图象是一直线,电磁炉工作电压正常,在1个标准大气压下,烧开一锅质量为3kg、温度为22℃的水最多需要多少时间(不计锅吸热及热散失)

三、有人在夏季用简易晒水箱给水加热用来淋浴,这不仅能节省能源,而且很方便.李明和张华想利用这

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样的装置估测太阳光对地球表面辐射的强度的大小。也就是说,太阳光垂直照射地球表面是,地球表面单位时间单位面积所获得的能量是多少。实验装置如图2所示,晒水箱的内部是被涂黑的,箱体外加了保温层,上面开口并盖有透明玻璃板。

在估测之前要首先弄清,透过玻璃板的太阳光能量究竟占太阳辐射到玻璃板上能量的百分之几?李明和张华各拿一块实验用的玻璃板,把阳光反射到墙上的同一个地方,他们发现,两块反射光斑重叠处的强度,和太阳光直接射到地上的强度差不多。

(1)透过玻璃板的太阳光能量占太阳辐射到玻璃板上的能量的百分之几?你在得出这个结论时做了什么假设?假设的根据是什么? (2)请你帮助他们设计实验方案,并写出具体的实验步骤。 (3)请你对这个实验方案的可行性做出评价。

四、用电流表和电压表测电流和电压时,通常并不考虑仪表本身电阻对待测电路的影响,而将其视为“理想仪表”,即认为电流表的内阻为零,电压表的内阻为无限大。实际上,电流表和电压表都有一定电阻值,因而我们可以

把电流表看成一个能显示通过自身电流大小的其阻值很小的电阻;可以把电压表看成一个能显示自身两端电压大小的其阻值很大的电阻。所以,把电流表或电压表接入待测电路时,就相当于在待测电路中串联一个电阻,或并联一个电阻。这样,电流表的两端就要有一定的电压,电压表中就要通过一定的电流,因此实际上很难同时精确地测出待测电阻两端的电压和通过待测电阻的电流。

1、现有一个量程为0.6 A ,内电阻为0.13 Ω的电流表,能否用它测量某电路两端的电压?若不能,请说明理由。若能,请说明用它测量的最大电压植。

2、要精确测量一个阻植约8 Ω的电阻RX,实验室提供以下器材。 ?电流表A1:量程100 mA,内电阻r1 = 4 Ω ?电流表A2:量程500 μA,内电阻r2 = 750 Ω ?电压表V : 量程10 V, 内电阻r3 = 10 kΩ ?变阻器R0 :阻值约10 Ω ?定值电阻R1:阻值约10 kΩ ?电池E:两段电压约1.2 V ?开关S、导线若干

(1) 选出你测量时所需的适当器材,并在虚线方框中画出电路图。

(2) 需要测量哪些物理量?根据所测物理量,写出被测电阻Rx的表达式。

五、图3甲是使用汽车打捞水下重物的示意图。汽车通过定滑轮牵引水下一个圆柱形重物,在整个打捞过程中,汽车以恒定的速度V = 0.2 m/s 向右运动。图3乙是此过程中汽车拉动重物的功率P随时间t 变化的图象。设t = 0 时汽车开始提升重物,忽略水的阻力和滑轮的摩擦,g取10 N/kg。求: (1)圆柱形重物的质量; (2)圆柱形重物的密度;

(3)打捞前,圆柱形重物上表面所受的水的压力。

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六、图4为一种电饭煲的工作原理图。下面是王宁同学对电饭煲工作原理的研究,请你也参与共同讨论。

按下、扳起电饭煲的开关,有一种“粘连”“吸引”的感觉,取出饭锅,发现电饭煲的底部有一个凸起物,它可以上下弹动,能被磁铁吸引。王宁同学通过用这个电饭煲做米饭和烧水来研究它的工作情况,请回答他在使用过程中发现的如下问题。

(1)图4中只有两根外接导线,这样的用电器有什么危害?应当怎样加以完善?

(2)将三角插头插入电源插座,不用按开关,指示灯就发亮,按下开关后,指示灯亮度不变。此时为什么开关对指示灯的亮度没有影响? (3)电饭煲工作了15min,会出现大量“白气”,这些“白气”是怎样形成的?

(4)电饭煲工作了25min,听见“啪”的一声,指示灯不亮了。以此推测,感温软磁体的磁性可能受什么因素影响?怎么影响?

(5)听到“啪”的一声后又过了10min,指示灯又发光,一会儿指示灯又熄灭了。分析在相同条件下,不同种类金属的热胀冷缩程度是否一样?

(6)要想获得恒温的温水,你可以怎么做?

(7)电饭煲使用较长一段时间后,常常在饭未完全熟透时就“跳闸”,这样就会出现“夹生饭”,请问这种情况电饭煲可能在什么地方出现了故障?为什么?

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2007年第十七届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题

一、(10分)表1中提供的是明湖中学使用的一台教学投影仪的

有关数据,请根据其中的数据,通过计算回答:

1.这台投影仪的耗电总功率是多大?

2.如果投影仪的光源采用串联电阻降压的话,所用电阻的

阻值应该多大?该电阻消耗的功率为多大?

3.这台投影仪的光源采用上述串联电阻降压的方法可行吗?

为什么?

4.如果上述方法不可行,请你提出一种可以使投影仪正常工作的方案。(要求定性说明即可)

二、(10分)李老师的家离学校大约10km,为了便于上下班,他购买了一部轻便摩托车来代步,使用的燃料为93#汽油。根据表2提供的数据,请回答:

1.如果李老师上班时骑车的平均速度为36km/h,试根据表2中所提供的有关信息,为李老师计算一下,他骑车从家到学校至少需花多少油费?

2.小洪同学学过物理以后,给李老师建议:在上述条件不变的情况下,采用加快车速缩短时间的办法,就一定可以省油费。请你根据自己掌握的知识,分析说明这种方法是否可行。

三、(12分)汽车在行驶途中,为了安全,车与车之

间必须保持一定的距离。因为,驾驶员从发现某一异常情况到采取制动动作的“反应时间”里(设同一人、不同速度下的“反应时间”是相同的),汽车要通过一段距离(称为思考距离);而从采取制动动作到汽车完全停止,汽车又要通过一段距离(称为制动距离)。表3中给出了某辆汽车在同一段路面上行驶过程中,在不同速度下的思考距离和制动距离等部分数据。

1.根据表3中已给的数据,分析计算并填写尚缺的三个数据,完成表格。

2.根据表3中的数据,分析或通过计算说明超速和酒后驾车的危害。

四、(12分)有一种电脑电源适配器(即充电器)的铭牌如图1所示。这款国产充电器,有九个国家或地区的认证标志,其中已经标出了八个。

1.请你在第一个标志前的方框中填入所代表的国家名称及其英文名,并在铭牌下面的另三个图案下填写所表示的含意。

2.根据给出的数据:说明此电源适配器所适用的电源条件是什么。

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3.用它与配套的笔记本电脑供电使用时的耗电功率大约在什么范围?

4.试估算它为笔记本电脑供电时的效率大约在什么范围?

5.有人说:“如果适配器只是输入端插入电源,输出端不接用电器时就不耗电”,你认为对吗?请简要说明理由。

五、(12分)我们已经知道,肺活量是一个人做最大吸气后再做最

大呼气所呼出的气体的体积,单位是毫升(ml)。肺活量是身体机

能的重要指标之一,对青少年的成长及日后身体是否健康都关系

重大。

我们要注意增强自身的肺活量。图2所示的是一种测定肺活

量的实用方法,图中A为倒扣在水中的开口薄壁圆筒,测量前排

尽其中的空气(即测量前筒内充满水)。测量时,被测者吸足空气,

再通过B尽量将空气呼出,呼出的空气通过导管进入A内,使A

浮起。

测得圆筒质量为m,横截面积为S,筒底浮出水面的高度为H,

大气压强为P0,求:

1,此时圆筒内气体的体积。

2.此时筒内气体的压强。

3.“肺活量体重指数”是人体重要的呼吸机能指数,它主要通过人体的肺活量与体重的比值来反映肺活量和体重的相关程度,用以对不同年龄、性别的个体与群体进行客观的定量比较分析。例如,我国初三年级男生肺活量体重指数标准:67以上为优秀;50~66为良好;33~49为及格;32以下为不及格。如果体重60kg的小强用上面的肺活量仪测肺活量,测得H=18cm,已知筒A的质量为200g,横截面积为200cm2,请计算他的肺活量体重指数是多少?

六、(14分)空气的流动形成风,风具有能量,称为风能。风能具有来源丰富、安全卫生等优点。图3是我国某地区风力发电的外景图。风力发电机中的叶片在风力的推动下转动,并带动机头发电机发电,

32为人们提供电能。设该地区空气密度为1.3kg/m,一台风车的轮叶转动时可以形成面积为600m的

圆面。

1.若风速为10 m/s,则1s内冲击到风车轮叶形成的圆面的空气质量是多少kg?已知1kg空气以这样的速度运动时具有的动能是50J,10台这样的风车工作1s所产生的电能可供l盏220V 60W灯泡正常工作2h,求这种风车发电的效率。

2.若此地年平均风速为15 m/s,100台这样的风车一年(工作时间按4000h计算)获得的风

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能相当于完全燃烧多少kg煤?(煤的热值为3x107j/kg)

3.请你结合风力发电的实际情况及图4中的有关信息说明目前风力发电开发的困难和前景。

七、(14分)医院、宾馆等公共场所普遍使用高温高压蒸气消毒锅对物品消毒。图5为自动测定锅内温度的电路原理图,其中R0为定值电阻,A为温度指示表(实质是一只电流

表),Rx为热敏电阻(其电阻值随锅内温度的变化而变化)。热敏电阻的

阻值与温度的对应关系如表4所示,电源两端的电压不变。

1.若锅内温度为75℃时电流表指针指向0.24A;若锅内温度为112℃时

电流表指针指向0.50A;若锅内温度为125℃时电流表指针指向0.60A

求锅内温度为125℃时热敏电阻的阻值Rx。

2.高温高压蒸气消毒锅内温度与锅内气压的关系如表5所示。 为了使

高温高压蒸气消毒锅内温度不超过112℃,高压锅盖上有一限压阀,图6

为限压阀的原理图,限压阀由一直立圆柱形金属体和滤网型 外套组成。

当锅内温度接近112℃时,锅内高压气体将 圆柱形金属体项起,并对外排气减压,从而起到限压的

25作用。已知圆柱形金属体的底面积S为0.2cm,求该金 属体的质量m。(外界大气压p=1.O×10Pa,

g取10N/

kg)

八、(16分)育才中学科技小组的小明同学自行设计了一个地磅,其原理如图7所示。设电源两端电压U恒为定值,R0为定值电阻,滑动变阻器的总电阻为R、总长度为L,滑动触头与托盘固联,开始时触头位于变阻器最上端A,并能随轻弹簧一起上下滑动。已知滑动变阻器的电阻与其接入电路的长度成正比;当对地磅施加压力F时,弹簧的长度会缩短l。(弹簧发生弹性形蛮时,弹力的大小跟弹簧伸长或缩短的长度成正比:f=kx)请回答:

1.说明定值电阻R0的作用。

2.写出电流表的示数,与待测物体质量m之间的关系式;并分析此地磅的刻度特点。

3.有同学建议小明将原理图改为图8所示,你认为这样改动好不好?请你分析并简要说明理由.

4.请你在图8的基础上,在图9的方框里画出你改进后的电路图,并说明改进后的特点。

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2008年全国初中应用物理知识竞赛复赛试题

一、(共16分)小明利用实验室的电磁继电器、热敏电阻R1、可变电

阻器R2等器件设计了一个恒温箱控制电路,如图1所示。其中“交流电源”是恒温箱加热器的电源(加热器在恒温箱内,图中未

画出);R1处于恒温箱内,图2是小明通过

实验测得的R1的阻值随温度变化的关系曲

线;电磁继电器的电源两端电压U = 6 V,

电磁继电器线圈的电阻可不计,通过实验

测得当电流为30mA时,电磁继电器的衔

铁被吸合。

1.请简述此恒温箱的工作过程。

2.为什么恒温箱的加热器应该接在A、B

端,而不能接在C、D端?

3.如果要使恒温箱内预设的温度可调节范围是90℃~150℃,可供选择的可变电阻器R2的电阻值有如下的几种:

A.0~100Ω B.0~200Ω

C.0~1000Ω D.0~1500Ω

请问应选择哪一个可变电阻器?为什么?

4.小明设计的这个控制电路,使用起来有何不足之处?请你提出一种解决的方案。

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二、(16分)清洗机是利用高压水清洗车辆表面污垢的机器。有一种CC5020型清洗机的铭牌如下表所示。请回答:

1.从物理学的角度看,铭牌中有一个物理量

名称与单位不一致,请你指出并说明如何更正。

2.清洗机正常工作时,通过清洗机的电流是

A。若清洗一辆汽车平均耗时10min,则清洗一辆汽车平均用水 m3;平均耗电

kW·h。

3.清洗机正常工作10min,清洗机对水做多少功?

4.该清洗机正常工作时的效率是多少?

三、(共15分)家庭水暖又叫“土暖气”,是我国北

方广大农村及一些城市使用的一种取暖设备, 图3

是一种家庭水暖的安装示意图,其中下水管的D 端

比A 端略高,其坡度为1:100。请看图思考并回答以

下问题:

1.这种水暖设备并没有应用水泵,但是当点燃

锅炉后,水便可以在管中按箭头所示方向自行流动。

请具体分析管中的水流动的原因是什么。

2.为什么要安装放气阀?

3.使用该套设备时,对水箱中的水位高低有什

么要求?

四、(16分)有一种WSJ-60型号电水壶,图

4是电水壶的电路图,L1为电源指示灯、L2为保

温指示灯、L3为加热指示灯,R1、R2、R3为指示

灯的保护电阻,其大小为100kΩ左右;R为加热

器,其电阻小于100Ω;S1、S2为压键开关;ST

温控器是一个双金属片温控开关,当温度较低时,

其处于闭合状态,当温度升高到一定值后,会自动断开,从而

实现了自动温度开关控制。

当水壶放在底座上时,就分别压下压键开关S1、S2,并接

通电路,如果插头插入插座后,就接通了电源,电源指示灯就

亮,反之就断开。

该壶有手动和自动两种工作状态。当钮子开关拨到手动挡

时,加热电阻连入,开始加热,水沸腾以后再将钮子开关拨回。

当钮子开关拨到自动挡时,此时通过ST温控器将加热电阻连

第 13 页 共 54 页 图4

入,并开始加热;当水沸腾后,ST温控器的触点断开,进入保温状态,保温指示灯亮;当水的温度低于某温度后,ST温控器又重新接通,再次进入加热状态。

若加热器电阻阻值随温度改变而发生的变化可忽略不计,根据以上叙述与观察,请回答以下问题。

1.在下列空格中填写“亮”或“不亮”

(1)手动状态通电工作时,电源指示灯,加热指示灯

(2)自动状态通电工作时,水沸腾前:电源指示灯,保温指示灯 。水沸腾后:电源指示灯 ,加热指示灯 ,保温指示灯 。

2.现将一满壶25℃的水在标准大气压下烧开需时10min,请计算该电水壶的热效率。水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)。

3.通过分析电水壶的电路,说明为什么处于自动状态下,水未沸腾前,保温指示灯是不亮的?

4.试计算电水壶正常工作时其加热电阻的阻值是多大?如果指示灯的保护电阻的大小是100kΩ,当它处于保温状态时,试计算电水壶保温时的功率有多大?由此可以说明什么问题?

五、(18分)医院里的护士使用如图5所示的装置给患者输液。小

雨发现照这样做法,护士为患者多次更换药瓶比较麻烦,于是就设

计了图6所示的三瓶串接的方案。请分析回答:

1. 图5中药液为何会匀速滴下?

2. 图6中哪个药瓶中的药液先流完?为什么? 3. 根据病房的现有条件,如果要估测出输液过程中的一滴药液的质

六、(12分)晓欣同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字样,他上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值。所谓排气量就是发动机气缸的工作容积,是指所有气缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和。一般情况下发动机的“排气量”越大,功率越大。汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程,带动曲轴转动2周。现有一辆小轿车发动机排气量为1.8L,最大功率为74kW,当该发动机以最大功率工作时,曲轴的转速为5200r/min。汽油机工作时的最佳空燃比(即空气和燃油的质量比)为14:1,压缩比是10(即气缸总容积与燃烧室容积的比值),若发动

37机在最大功率时汽油和空气的混合密度为1.35kg/m,汽油的热值为4.6×10J/kg、密度为0.71×

103kg/m3。请计算:

1.这台发动机在最大功率时的热机效率。

2.发动机在最大功率时,汽车的最高时速为175km/h,计算在此情况下汽车每百公里油耗为多少升。

2009年第十七届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题

一、(16分)小李把一袋体积为200mL、温度为10℃的牛奶放进微波炉中,用高火加热l min,牛奶被加热至50℃,达到适宜饮用的温度。小李家微波炉的部分技术

数据如下表所示,牛奶的密度和比热容与水的密度和比热容接近。请

计算说明:

1.微波的波长是多少?

2.如果电价为0.5元/度,按上述条件加热10袋这样的牛奶需

要多少电费?

3.该微波炉在加热牛奶时的效率是多少?

第 14 页 共 54 页

二、(16分)小明家的高压锅锅体直径为24cm,排气孔内径为4mm。小明不慎丢失了锅的限压阀,当他到商店购买时售货员告诉他,生产这个锅的厂家提供的限压阀有两种,孔径相同,质量分别为100g和60g。

1.请你根据说明书给出的数据,通过计算说明,小明应该买哪一种限压

阀。(说明书标有:当大气压为105Pa时,该锅最高温度为120℃。已知:水的

沸点与压强的关系如图1所示,取g =10N/kg)

2.请你说明如果买另一种限压阀,使用时会出现什么问题。

三、(16分)图2是小强的自行车传动装置的示意图。请思考并回答:

1.假设脚踏板每2s转1圈,在这种情况下,要计算自行车前进的速度大小,还需要测量哪些量?请你用这些量推导出自行车前进速度的表达式。

2.该自行车后架上装有向车头灯供电的小发电机,小发电机的上端有一半径R0=1.0cm的摩擦小轮。行驶过程中,当需要小发电机向车头灯供电时,小轮压紧车轮,此时小轮与自行车车轮之间无相对滑动,车轮带动小轮转动,发电机发电。测得自行车大齿轮、小齿轮和后轮的半径分别为8.0cm、

3.4cm、33cm,问当自行车的车速为15km/h时,摩擦小轮的转速(单位时

间内转过的圈数,单位:r/s)是多少? 取π =3.14。

3.小强利用第1问中推导的公式,计算出了自行车前进的速度大小(请

你帮助小强计算自行车前进的速度)。然后他又实地测量了自行车的速度,

对比后发现总有差别,请你说明这可能是什么原因造成的。

后在豆浆机开始制作豆浆的同时,开始记录她家电能表(如图3所示)的

转盘转过的圈数,当豆浆机发出声光报警时为止,数得电能表的转盘转

过了74圈。请回答:

1.煮好一锅这样的豆浆需要消耗多少电能?

2.根据第1问的计算结果,计算制作一锅这样豆浆的过程中她家

电能表的转盘应转过多少圈?

3.第2问中计算的结果与小兰实际记录的圈数相符吗?如不相符,

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请说出你对产生这一偏差的猜想。

五、(18分)阅读资料并回答问题:

干湿温度计是一种既能测量空气温度,又能测量空气相对湿度

的常用测量仪器(某一温度下,空气中水蒸气量与该温度下饱和水蒸气量的比值叫做该温度下的空气相对湿度,以百分数表示;饱和气是指一定温度下,一定数量空气中所能最大限度容纳的水蒸气量)。如图4甲所示,仪器上有两支相同的温度计并列地安装在同一刻度板上(图4乙为其背面),其中一支温度计的测温泡外面裹有被水浸湿的棉纱,这一支温度计即为“湿”温度计;另一支温度计的测温泡直接裸露在空气中,这一支温度计即为“干”温度计。还有一个可根据干、湿温度计的示数来确定空气相对湿度的转盘式标尺。

1.通常情况下,湿温度计的示数比干温度计的示数稍低一些,这是为什么?

2.转盘式标尺由两个同轴的圆盘组成,其中外盘是固定的,上面标有对应“湿温度计”温度值的0~40刻度线及表示相对湿度值的10~100刻度线;内盘可以绕轴转动,上面标有对应“干温度计”温度值的0~40刻度线及“相对湿度%”字样。转动内盘,当内、外盘上的相同温度值对准时,“相对湿度”的箭头正好指向100,表明空气的相对湿度为100%,如图4丙所示。

请你根据以上信息,说明如何根据干、湿温度计的示数,使用这个转盘式标尺来确定出空气的相对湿度。

3.中午,小宏看到干温度计的示数为26.0℃,湿温度计示数为22.0℃。到了晚上,小宏看到干温度计的示数为16.0℃,湿温度计示数为12.0℃。请思考并回答:

(1)关于中午和晚上空气的相对湿度,以下说法正确的是( )

A.中午和晚上空气的相对湿度相同

B.因为中午和晚上气温不同,所以无法比较中午和晚上空气相对湿度的大小

C.中午空气的相对湿度大。

D.晚上空气的相对湿度大。

(2)请你简要地说明选择该答案的理由。

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六、(18分)小胖同学在暑假期间参加了农村电网改造的社会实践活动,其中电工所挖的埋水泥电线杆的坑引起了小胖的兴趣。坑的形状如图5所示,从地面上看,坑基本上是一个长方形,其宽度仅比电线杆的粗端直径稍大一点,坑中沿长方形的长边方向有一从地面直达坑底的斜坡。请你回答:

1.为什么要挖成图5所示的深坑,而不挖成图6甲所示的仅比电线杆略粗一点的圆筒状深坑,或者如图6乙、丙所示的那种大口径的方形或圆形的深坑?这样做有什么好处?

2.通过计算对比分析:如果将这种水泥电线杆分别埋入图5、图6甲所示的坑中。则把水泥电线杆放到坑口适当位置后,在竖起水泥电线杆的过程中,抬起水泥电线杆的细端至少分别需要多大的力?已知这种坑深2.0m,宽0.3m,地面处坑口长2.3m,坑底长0.3m。水泥电线杆的质量为600kg,长10.0m,粗端直径0.25m,其重心距粗端4.0m。(取g =10N/kg)

3.在上述两种情况下,竖起水泥电线杆的过程中,人们对水泥电线杆至少分别要做多少功?

2010年第二十届全国初中应用物理竞赛复赛试题

一、(16分)干簧管(也叫干簧继电器)比一般机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长;而与电子开关相比,它又有抗负载冲击能力强的特点,工作可靠性很高。如图1甲所示为干簧管的结构简图,其中磁簧片是一种有弹性的薄铁片,被固定于玻璃管上。

1.当将一个条形磁铁与干簧管平行放置时,如图1乙,干簧管的磁簧片触点就会闭合,将电路接通;当条形磁铁远离干簧管时,触点就会断开。请简述其原理。

2.某同学设想用干簧管制作水位自动报警器,图2是他设计的一部分情况,请帮助他完成其余部分的设计:

(1)设永久磁铁所受的重力为3N,浮球的体积为

200cm3,不计滑轮处的摩擦。则要想让此装置能正常工作,浮球的质量应满足什么条件(取g=10N/kg)?

(2)他手边还有开关、红灯、绿灯和电铃各一个,导线若干,请在图中的虚线方框内画出报警电路,要求:水位到达A处时,红灯亮,电铃报警;水位到达B处时,绿灯亮,电铃报警。

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二、(16分)小星同学为实验室设计了一个多挡位电加热器,其工作原理图如图3所示。其中R1、R2、R3为发热电阻。三个灯泡为上述发热电阻相应的的工作指示灯,其所消耗的电功率可忽略不计。小星设想通过开关的组合,使电加热器能有200W、300W、??、900W共七挡功率。为此他还设计了下面这份简单的表格,表中的“√”表示对应的开关闭合,相应的指示灯亮:“×”表示对应的开关断开,相应的指示灯熄灭。功率栏给出了相应状态时电加热器的功率值。

1.按照他的设想,帮他计算出R1、R2、R3的阻值各为多少?

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三、(16分)如图4为过去邮局里用来称量邮件质量的双杆台秤的主要结构简图,这种台秤的两条秤杆是固定在一起的,两条秤杆分别装有秤锤A、B,其中秤锤A只能处于其所在秤杆上有槽的特定位置处,秤锤B则可停在其所在秤杆上的任意位置。

1.这个台秤的量程和分度值分别是多少?

2.写出用这种秤测量一个邮包的质量时的操作步骤(包括校零的具体步骤)

3.若用调整好的台秤称量一个邮包的质量时,秤杆水平平衡后,秤锤A、B所处的位置如图4所示,则这个邮包的质量为多少?

4.由图中的信息推导出A、B两秤锤的质量mA、mB的关系

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四、(16分)小华家买了新房,准备改装客厅顶灯的电路时,他发现爸爸拿来一幅如图5所示电路图,他很好奇,看了一会儿之后,发现这幅图有些眼熟,但又和过去所看的图不同,他拿着图去问爸爸:S3是什么开关,爸爸告诉他这叫“双刀双掷”开关,相当于两个单刀双掷开关“联动”。爸爸还告诉他要将这三个开关分别装在三个与客厅相连的房间的门旁边。这是为什么?这样装有什么好处呢?小华决定仔细研究一下。

1.小华准备首先用列表的方法分析开关的状态与灯泡亮灭的关系。为此他设计了如下的表格,并用“1”和“2”表示开关接通的位置,用“1”和“0”表示灯泡的“亮”和“灭”。请你也参与到他的研究中来,并帮他在表格中记录下三个开关所有可能的组合对灯的控制情况,完成下表:

2.根据列表的结果总结出这个电路的好处。

3.弄懂了这个电路和双刀双掷开关的特点之后,他又有了新的想法:还可以在图5的电路中再增加一个双刀双掷开关S4,并使它和其他的开关作用相同。请把他的设计画在图6中。

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五、(18分)单位质量的某种液体变为同温度的气体所需要吸收的热量,叫做这种液体的汽化热。通常情况下,同种液体在不同温度下的汽化热是不同的。

某课外活动小组设计了如图7所示的装置,可以用来测

定100℃时水的汽化热。该装置的测量原理是:用电压

可调的电加热器使玻璃容器内的水沸腾,用电子天平分

别测量沸腾一段时间前后水的质量,同时测量所用的时

间及在该段时间内电加热器的电压和电流,根据相关的

数据和能量守恒关系即可求出水的汽化热λ。由于这个

装置工作时的散热损失是不可忽略的,该组同学实验时

测量了两组数据,如下表所示:

1.试简单说明该装置的散热功率是否随加热功率的改变而改变。

2

.根据以上数据,求水的汽化热λ

3.针对此实验提出一些减少实验误差的措施。

六、(18分)小亮家有一辆家用轿车,爸

爸在给他说车的性能时,总是说“2.0的

排量”,却很少说“功率”,为此小亮特地

从网上查到了排量的定义:活塞从上止点

移动到下止点所通过的空间容积称为汽缸

排量。如果发动机有若干个气缸,所有气

缸工作容积之和称为发动机排量。从说明

书上查到:小亮家的汽车采用的是LFX直

列四缸发动机,排量为2.0L;从网上查

找到了其输出特性曲线(如图8所示);小

亮又向爸爸询问了一些实测数据:由于汽

车行驶的路况很好,所以平均车速为90km/h,此时发动机转速为2000r/min,平均行驶百公里油耗为9L;从物理书上查得汽油的热值为4.6×107J/kg,密度为0.71×103kg/m3

1.由这台发动机输出特性曲线可以看出,在发动机转速为1000--5000 r/min范围内,它的输出功率与转速大致有什么关系?

2.试通过公式推导出在其他参数相同时,发动机的输出功率与其排量的关系。

3.这辆汽车以90km/h行驶时,发动机的效率约为多少?每个做功冲程汽缸内的平均压强是约为多少?

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2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛复赛试题

一、 (16分)测定患者的血沉,是医学上用来帮助医生对病情作出正确判断的一种手段。把新鲜的血液,加入抗凝剂,静置一定时间后形成抗凝血后,红血球即从血浆中分离出来而下沉。设抗凝血是由红血球和血浆组成的悬浮液,血浆的密度?0?1.0?10kg/m,红血球的密度??1.3?10kg/m。将抗凝血放进竖直放置的血沉管内,红血球起初在血浆中加速下沉,然后一直匀速下沉,其匀速下沉的速度称为“血沉”。正常人血沉的值大约是v?12mm/h。如果把红血球近似看作半径为R的小球,

-3??1.8?10Pa?s,已知V?4?R3,它在血浆中下沉时所受的粘滞阻力为f?6??Rv,在室温下球33333

试根据以上信息解答下列问题:

1.红血球在血浆中为什么先加速下沉、后一直匀速下沉?

2.计算红血球半径的大小。

二、 (16分)为了推进环保和节能理念的实施,某公司开发生产了“风光互补路灯”,该路灯只需要晒晒太阳吹吹风就能工作,如图l所示。它在有阳光时通过太阳能电池板发电,有风时通过风力发电机发电,二者皆备时同时发电,并将电能输至蓄电池储存起来,供路灯照明使用。为了能使蓄电池的使用寿命更为长久,一般充电至90%左右即停止,放电余留20%左右即停止电能输出。下表为某型号风光互补路灯系统配置方案。问:

1.当风速为6.0m/s时,风力发电机的输出功率将变为50W,在这种情况下,将蓄电池的电量由20%充至90%需多长时间?

2.如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W/m2,要想太阳能电池的最大功率达到36W,太阳能电池板的面积至少要多大?

3.若遇到阴天无风的天气,仅靠蓄电池供电,最多可供灯具正常发光多长时间?

三、(16分)电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具,如图2所示。其主要结构就是在原来的普通自行车的基础上,增加了电动机及供电、传动设备,它可以电动骑行,亦可以脚踏骑行。电动骑行时,蓄电池为车上的电动机供电,电动机为车提供动力;脚踏骑行时,与普通白行车相同。 下表是某型号电动白行车主要技术参数。

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1.仔细观察电动自行车的构造,会发现很多地方用到了物理知识。请仿照下面的示例,再列举三处应用物理知识进行设计的事例。

示例:电动自行车的车座大而扁平,可减小压强。

答:(1)

2.当一个初三学生骑着电动自行车在平直的公路上匀速行驶时,轮胎与地面的总接触面积约为40cm2,此时路面受到的压强约为多大?

3.电动自行车以额定功率行驶时通过电动机线圈的电流是多大?

4.蓄电池充足电后储存的能量是多少?

5.在蓄电池充足电后为电动机供电的过程中,当把储存能量的80%提供给电动机后就应进行充电。若电动机工作时将电能转化为对自行车输出机械能的效率为75%,电动自行车在平直的公路上匀速行驶时受到的阻力为30N,则蓄电池充一次电最多能完全依靠储存的电能连续行驶多远?

6.从环保的角度来看,与摩托车相比,电动自行车有什么优缺点?(各列举一条)

四、(16分)家用燃气快速热水器(如图3所示)是一种方便、快捷且不受天气影响的洗浴设备。下表为某品牌家用燃气快速热水器的主要技术数据。已知天然气的热值为8×107J/m3,水的比热容为

4.2x103J/(kg.℃)。

1.为安全使用此热水器,机体上印有一些警告,其

中一条是这样说的:“气温低于0℃时,用后请打开

放水塞,放尽机体内存水,再拧紧?”。请解释为什

么要这样做?

2.试求该型号家用燃气快速热水器正常工作时的烧

水效率。

3.若在额定产热水能力下进行淋浴,一次淋浴总计

加热时间为20min,则此次淋浴至少需消耗多少天

然气?

4.为防止燃气热水器在无水或水压过低时“干烧”,技术人员设计了

很多种“水气联动”装置,实现通常所说的“水到气到”。图4就是其

中一种“水气联动”装置的原理图,你能看出它的工作原理吗?请简述

它是如何利用“水到”来控制“气到”的。

5.为了防止热水器工作过程中加热火焰意外熄灭导致燃气泄漏,技术

人员设计了“火灭断气”的装置。如图5所示为一种“火灭断气”装

置的原理图,请根据这个原理图,简述它是怎样实现“火灭断气”功

能的

?

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五、(18分)小芳家里新买了一台电热水器,从“用户手册”中,她获得了以下资料,请根据这些资料完成相应的计算: 一、外形尺寸(mm)

二、技术数据

1.图6为安装示意图,安装时要将L形挂钩用膨胀螺钉固定在承重墙上,上表是热水器的部分数据,请估算L形挂钩受到的最大向下拉力F及对应此时膨胀螺钉与承重墙体间的摩擦力f.

2.这台热水器共有三挡加热功率,销售人员曾介绍说:热水器内部有两个加热管。请你根据销售人员的介绍,猜测并画出内部加热电路的主要结构(简化的等效电路图)。然后依据你的猜想,计算出每个加热管的电阻值。

3.产品说明书上标明:当达到设定温度,停止加热后,如果水温降到低于设定温度4℃时,热水器将自动以设置功率将桶内的水加热至设定温度,如此反复直至手动停止加热。小芳想到了国家提倡的峰谷电价制度的有关规定:2011年起,本地的分时电价为:峰时段(08:00~22:00)0.6元/度,谷时段(22:00~次日08:00)0.3元/度。她想,如果每天下午6点洗浴时需要把20℃的冷水加热至50℃,可以下午直接加热,也可以早晨8点前加热好,让热水器自动保温至下午6点,哪种方式更省钱呢?为此她利用热水器提供的测温功能测量了水温从50℃降至46℃需要190分钟,已知c水=4.2×103J/(kg·℃),请帮她通过计算做出哪种方式更省钱的判断。

六、(18分)电动木工机械的发了木工的劳动强度,且大幅度木工圆锯机就是一种常见的用工机械。如图7所示为某型号

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明和应用大大地降低地提高了劳动效率。来锯切木料的电动木电动木工圆锯机,其

主要结构如图8所示。它采用电动机作为动力,通过皮带传动的方式带动与圆形锯盘共轴安装的皮带轮,从而带动周边有齿的圆形锯盘高速转动以锯开木料。它的主要技术数据如下表:

1.小明仔细观察圆形锯盘后发现,圆形锯盘的周边除了有齿外,还开有图9所示的很深的缝,缝的底端打有一个小圆孔,锯齿部分还比锯盘部分稍厚一些。请你从物理学的角度说说这样做的道理。 2.该型号电动木工圆锯机正常工作时,图8中的哪一侧皮带上的拉力较大?并说明你做出判断的理由。 3.若测得与圆形锯盘共轴安装的皮带轮的直径为9.2cm,电动机的皮带轮的直径为11.0cm。电动机满负荷工作时配套电动机输出机械能的效率为90%,则此时皮带上较大的拉力与较小的拉力的差值是多大?

4.若将皮带传动的效率看作100%,共轴传动的摩擦损耗不计。试估算该型号电动木工圆锯机安装最大锯盘正常工作时,圆形锯盘所受到的木料的阻力是多大?

2012年第二十二届全国初中应用物理竞赛复赛试题

注意事项:

1.请在密封钱内填写所在地区、学校、姓名和考号。 2.用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。

3.本试卷共有六个大题,满分为100分。

4.

一、(16分) 某小型汽油发电机外形如图1所示,其实质是利用一个汽油机带动一个发电机来发电。该发种电机铭牌部分数据如下表所示,根据表中的数据求:

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图1

(1)在允许的连续运行时间内,发电机以额定功率输出,能够提供的电能是多少度? (2)己知汽油的热值是q=4.6×l07J/kg,密度是0.71×103kg/m3,设该汽油机的效率为35%,则该汽油发电机油箱的容积至少需要多大?

(3)汽油发电机将内能转化为电能的效率是多少?

二、(16分)长期以来,我国北方地区城镇居民的冬季采暖计量一般都按住宅面积收

费,导致用户节能意识差,造成严重的资源浪费。作为建筑节能的一项基本措施,近几年部分地区试点以热量表作为计量收费的依据和手段,经测算可节能约

20%~30%。 水量调节阀

热量表 如图2所示,一个完整的热量

表由以下三个部分组成:一只液体

流量计,用以测量经热交换的热水 流量;一对用铂电阻制作的温度传 进水 感器,分别测量供暖进水和回水温 度;一低功耗的单芯片计算机,根 回水 测温三通 据与其相连的流量计和温度传感器

热量表热量计量系统组成 提供的流量和温度数据,利用热力

学公式可计算出用户从热交换系统 图2

获得的热量,通过液晶显示器将测量数据和计算结果显示出来。

以下是某用户家中的热量表的部分参数,已知水的比热容取4.2×l03J/(kg·C),天然气的燃烧值约为

73。

(1)试通过以上数据计算该型号热量表能测量的最大供热功率是多少?

(2)在一次要查看热量表记录情况时,通过逐次点按计量表上的信息显示按钮,液晶显示器逐项显示出了下列数据:

J?到此次

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查看时为止,该用户从这套供暖系统得到的总能量相当于完全燃烧了多少m3的天然气?

(3)如果出现大风降温天气,住宅通过外墙散热的速度会加大。从原理分析,应该在家中怎样调节,才能保持室内温度不出现明显下降。

(4)这种型号的热量表平均耗电功率不超过多大?

(5) 2010年国家将逐渐在全国推广使用供热分户计量。假设某城区在未使用热量表计费时,一年热力公司共消耗天然气40亿立方米,现有30%的用户使用热量表,在使用后平均每户节能20%。按此情况计算,这些使用热量表的用户一年可节约多少天然气?

三、(16分)双活塞气压计是一种可以消除活塞自重影响、对低压'容器内的压强进

行测量的装置。如图3所示,在甲、乙两个空腔容器中各有一个活塞A和B,其中

活塞A的截面上下一致,称为自由活塞,其横截面积为S1;活塞B的上下截面不等,

称为差动活塞,其上下两部分的横截面积分别为S2和S3。乙容器的上、下两部分彼此隔绝,不能相互渗气、渗油。C为带有阀门K1的工作液体的接口,工作液体充满甲容器和乙容器的上部空腔;D为带有阀门K2的接口,可接待测容器;E为带有阀门K3的接口,可与抽气机相连。测量前要先校正零位平衡:K1关闭, K2打开,D口不连接待测容器,在两活塞上面放置砝码(图中未画出),调节砝码的质量使两活塞升起的高度相同。进行测量时,要将待测量的容器接在D口上,并关闭K2、打开K3,开动抽气机进行抽气,待乙容器下部空腔内接近真空时,关闭K3、打开K2,此时差动活塞B己有所下降,在自由活塞A上再加放重为G的砝码时,A、B两活塞的上表面恰好能恢复等高。 己知进行测量时大气压强为p0 ,求待测容器内气体的压强p。

根据帕斯卡定律可知:加在密闭液体上的压强能够大小不变地被液体向各个方向传递。

图3

四、(16分)小明看到一句农谚:“下雪不冷化雪冷”。他很好奇,想具体了解一下冰雪熔化时究竟要吸收多少热量。于是查找了资料,知道“熔化热”的定义是:单位

质量的某种晶体,在熔化成同温度的液体时吸收的热量,叫做这种晶体的熔化热。他

想用实验测量一下冰的熔化热,于是找来了一些实验器材:一架天平和配套的硅码、

一支实验室温度计(0~100℃)、一个有密封盖子的保温桶、一个小烧杯、一把镊子和一个专门用来在冰箱中冻小冰块的塑料冰格,又观察到家里的冰箱面板上显示冷冻室温度恒为-18℃。请帮助小明设计一个用这些器材粗测冰块熔化热的方案,要求写出实验的步骤和用测量的物理量计算冰的熔化热λ的表达式 (水和冰的比热容分别用C水和C冰表示)。

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五、(18分)在一些地区的电力线路敷设过程中,会使用简易绞盘将沉重的混凝土电线杆立起来。其主要结构如图4所示。作业前,先将绞盘底座牢固地固定在地面上,立杆作业时,根据实际需要,安排1~ 4人分别推动不同的横杆末端,使横杆绕

轴做顺时针转动,这样系在电线杆上的钢丝绳就被不断地缠绕在轴上,电线杆被逐渐拉起并最终坚直站立。己知,某个绞盘的轴直径D=l0cm,各横杆末端到轴心的距离L=lm。在一次立杆作业中,所立的电线杆所受重力G=6200N,长L0=10m,其重心距粗端4m。若在电线杆升至某时刻时的情形如图5所示,设此时绞盘的机械效率η=80%,定滑轮的阻力可忽略不计。

图4 图5

1.若此刻仅有一名施工人员推横杆,则该施工人员对绞盘横杆所施加的最小推力F为多少?

2.在整个立杆过程中,施工人员对绞盘横杆的最小推力F的变化情况如何?

3.在立杆作业时,施工人员一般要求绞盘离所拉的电线杆适当地远一些,请定性分析这样做的原因。

六、(18分)应急照明灯是在正常照明电源发生故障 时,能持续照明而不间断工作的一类灯具, 如图6 所示。应急照明灯主要由灯泡(或LED灯珠)、蓄电池、

充电器、自动控制电路及相关部件组成。在照明电源正常情况下,应急照明灯通

过充电器给蓄电池充电,此时,自动控制电路及相关部件自动将灯泡 (或LED灯

珠)与蓄电池断开不发光。当照明电路突然停电时,应急照明灯通过自动控制电图6 路及相关部件自动把灯泡(或LED灯珠)跟蓄电池接通,从而实现自动应急照明。

下表为某型号应急照明灯的主要技术数据:

1.在该型号应急照明灯刚投入使用阶段,待蓄电池充满电后,可以实现的最长连续应急照明时间为多少?

2.小兰跟老师提出自己要设计并组装一只简易的应急照明灯。老师告诉她实验室现有以下器材:双孔插座及与之配套的插头1套、小灯泡〈额定电压: DC3.0~3.4V,额定电流:350mA) 4只、电磁继电器(额定电压:DC6V;额定电流:0.15A)1套及与之配套的低压直流电源(输入电压:AC220V,

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输出电压:DC6V) 1台、蓄电池(两端电压:6V) 1只及与之配套的充电器(输入电压:AC220V,输出电压:DC6.3V)1只、导线(足量).如图7所示。

(1)请你帮助小兰在图7上完成简易应急照明灯的接线。要求如下:

①家庭电路正常工作时,充电器自动给蓄电池充电,各灯泡均不发光;

②当家庭电路停电时,蓄电池自动给各灯泡供电,使各灯泡均正常发光,且在一盏小灯炮灯丝烧断后还应该有部分小灯泡能正常工作;

(2)小明看到小兰的连接电路后,认为可以去掉低压直流电源,而将电磁铁的两个接线柱直接接在充电器的输出端。请分析这样做不可行的原因。

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评分标准及参考答案

2000年全国初中应用物理知识竞赛复赛试题答案

一、答案:23.3伏.

解析:A、C间的电流为:

B、D间的电流为:

根据串联电路中电流相等IAC=IBD,

解之:R2=35(欧)

又电路中的电流为:I=IAC=1/3(安),所以电源电压为:U=IR总≈23.3(伏)

二、解析:1.要使影长为正方形格子,边长放大到约为原来的2倍,应用一个普通灯泡,使球拍平行于地面,并使它与灯和地面等距.

2.要使影为矩形(不是正方形),光源仍用一个普通灯泡,使球拍倾斜不与地面平行.

3.要使影为若干条平行的直线,可用一根直管形日光灯做光源,使经线(或纬线)与地面平行.

4.若无论怎样放置球拍,都看不清经线和纬线的影,可用两根直管形日光灯做光源,并且让它们互相不平行地放置.

三、答案:3 1.6千克. 解析:设所取水样的总体积为V,质量为m,则有

V=V水+V泥

m=m水+m泥=ρ水V水+ρ泥V泥 ②

3 水样中泥沙的体积可由①②解得: V泥=0.5分米

水样中泥砂的质量为: m=1.2千克.

所以洪水中的平均含沙量为: M=31.6千克.

四、解析:如图所示,当钛酸钡元件的温度T处于T0<T<T1时,随着温度的上升,电阻减小,电流增大,温度会上升得更快;当T1<T<T2时,随着温度上升,电阻增大,电流减小,温度上升率变慢,到了一定温度不再上升,达到平衡;在T>T2的区间,情况与T0<T<T1时相同.因此,灭蚊器稳定工作时发热元件处于T1<T<T2区间,环境温度在T0<T<T1和T1<T<T2两个区间时,元件都可以正常工作.但在T>T2的区间时,发热元件会因过热而损坏.

11五、1.1 5%;67%;2.1.5×10米

33解析:1.太阳能集光板接收的功率 P 1=1.0×1 0瓦/米2×8米2=8×10瓦

3 电阻输出的功率: P2= UI=1.2×l 0瓦

23 电动机线圈的发热功率: P3=IR=0.4×10瓦

电池的效率:η1=1 5%

电动机的效率: η2=67%

2 2.设太阳到地球的距离为R,以太阳为球心,以R为半径的面积: S=4πR

262

太阳的辐射总功率和太阳能电池集光板的面积分别为P0和 S’,则有P0=3.9×10瓦,S’=8米

R≈1.5×10(米)

六、解析:1.见图(a).2.见图(b)和图

(c) 11

3.图(d)所示相机的最大缺点是:取景器中看到的景物是倒立的.分析如下:相机的镜头相当于

一个凸透镜,它使远处物体在胶片上所成的是倒立的实像.经过平面镜M、N的反射,这个像成在了

取景器的磨砂玻璃上,仍是倒立的,如图(d)所示.当我们分别用单箭头和双箭头代表光束的两侧,

作出两次反射光后,水平射来的光线上侧仍在上侧,所以平面镜M、N的反射并不能改变像的倒正.

如果用一个五角棱镜代替N,如图(e)所示,就可解决这个问题.从图中可以看到,入射光束的上

侧经M和五角棱镜射出后到了下侧,所以倒立的像被真倒过来了.

2001年第十一届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题答案

一、A、B、C(8分)

说明:经计算,若不考虑物态变化,水温可升高100℃,即达到120℃.但题目未给出大气压的值,在不同气压下水的沸点不同,因此当沸点在120℃以上时可选C;当沸点为80℃或100℃,水温分别达到80℃或100℃,剩余的热量不足以使l kg水全部汽化,故可选A或B.

二、(1)对于一定的拉力F,弹簧改制前后每匝的伸长量是相同的,但改制后的弹簧只有l 7匝,故总的伸长量只有原来的17/20倍,而弹簧刻度的示数未变,因而 示数F测与实际拉力F的关系为F测=1 7/20 F,或F=20/17 F测≈1.18F测.(8

第1页

分)

(2)已知F测=4.0 N,故F=4.0 × 1.1 8 N=4.72N,即该物实重4.72 N.

三、(1)如图答:1.(5分) (2)如图答2.(5分

)

四、(1)依题意物距为30cm,像距为ll0cm.(5分)(2)作图:如图答3所示.(5分)

(3)凸透镜向上移,相当于物距增大,则像距必减小,即A'B’下移,则A,,B∥必左移.(5分)

(4)螺纹透镜可对光源发出的光起会聚作用,能扩大聚光面积使成像更清晰.它对光的会聚作用与平凸透镜相同,但却薄得多,轻便得多.(5分)

五、(1)l~c,2~c’,3~a,4~b,5~d,6~d’.(1与2,3与4,5与6都可以互换)(8分)

(2)闭合S后,衔铁B被吸下,d和d’被接通,电动机动转,水泵开始抽水,水位达到R处时,R0支路被接通,电磁继电器线圈被短路,B被释放,电动机停止工作,同时c及c’被接通,电磁继电器的线圈仍处于短路状态.待水位降至Q以下, Ro支路被切断,电磁继电器线圈通电,衔铁B被吸下,水泵又开始抽水,直到水位达到R处停止(8分)

六、(1)见图答4.

P单=P双,

(2)据题意可知

而R=UL/PL,(R为电热丝电阻值),

2 (3)七、

(1) 或

(2)平均速度v≈2.18m/s. (4分)

(3)一昼夜浪费的水量w=47.172kg. (4分)

(4)①如图答5. (2分)

②可得出v与h成正比(或v与h的平方根成正比) (2分)

(5)偏小.因为若不放置挡板,在看到“下一滴水刚好开

始下落”的同时,前一滴水实际下落的高度比h要大些,即用2

听声的办法测得的高度偏小,故v偏小. (4分)

2002年第十二届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题答案

1.解析:①可以把钢针别在一小块涂油的纸上、使它浮在玻璃杯所盛的水中,指北的就是钢针的N极,②把钢针悬在细线上,指北的就是钢针的北极。③把钢针放在光滑的玻璃板上,用条形磁铁的N极靠近它,被吸引的一端就是钢针的北极。

2.答案:1.9h

2 解析:水的质量 m=Vρ=πr2hρ 水升温吸收的热量 Q吸=cm(t-t0)=cπrhρ(t-t0)

电热器放出的热量 Q放=PT Q有=PTη ∵Q吸=Q有

∴cπr2hρ=(t-t0)=PTη 加热的时间 T=114min=1.9h

23.解析:先研究光圈由1l改为5.6后,透光面积变为原来的多少,由S=πr得知:圆面积与半径的平方成正比,修

改光圈后的透光面积与原来透光面积之比:S1/S2=3.9,因此曝光时间应该改为原来的四分之一,即选用1/60 s。

4.解析: 游泳时,人可以用呼吸控制人在水中的浮沉,这个事实说明人体的密度与水的密度大致相同。即ρ人=ρ水 人的体积 V人=m/ρ人=m/ρ水 人排开空气的体积:V排空=V人=m/ρ水

人在空气中受到的浮力 F=0.8 N

5.答案:9.4h;654mm

3 解析:由输入功率知压缩机每小时耗电W=Pt=170W x 3600S/n=612×l0J/n 说明书所给每日用电量

3W’=1.6kw·h=5760×10 J 压缩机每日工作时间 t=9.4h 门的最小宽度 654mm。

6.答案:96%

解析:直流电动机满负荷工作时的电流 I=P/U 电动机热损失

电动机满负荷工作时,负荷带来的阻力远大于电动机轴摩擦阻力电动机效率

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=96%

47.答案:10Pa,74mm

解析:右手高举药瓶时,瓶中液面与针头的高度差约为1m,这个液柱产生的压强就等于静脉血压与大气压之差:

4 △P=ρgh=10 Pa

由于水银的密度是水的密度的l3.6倍,所以产生同样大的压强,水银柱的高度,h水银=0.074m=74mm

8.解析:乙房间的气温较高,两个壶中的水都在沸腾,壶嘴一定都在喷出水蒸气,但甲壶嘴上方的“白气"很多,说明水蒸气遇到了较冷空气液化了很多小水滴。而乙壶喷出的水蒸气很少液化,说明乙房间温度较高。

2004年第十四届全国初中物理应用知识竞赛复赛试题答案

一、参考解答 (14分)

(1) 设计方案:根据问题中所给条件,又在这种特定情况下,可以把部分钢材放在船体外的水中,并设法将其“贴”在船体上.为防止船体发生倾斜,船体两侧所放置钢材的质量应该相等.

(2)最佳方案:设放置在船体两侧钢材的质量为m,因船与船体外钢材组合的整体浮在水面上,故F浮=G,即 F船浮+F外钢浮=G船+G钢

代入数据后 F船浮=80×103kg×10N/kg=8×105N

F外钢浮=1×103kg/m3×10N/kg×(m/7.9×103kg/m3)

G船+G钢=(65+17)×103kg×10N/kg=8.2×105N

从以上各式求得m=15.8×103kg=15.8t

在这种极特殊的情况下(正常情况下是不可取的),只能采用把至少15.8t钢材均分放置在船外两侧的水中且紧贴船体,经t=s/v=80km÷10km/h=8h即可送到乙地。

评分标准: (1)7分; (2)7分.

二、参考解答 (18分)

(1)该问题没有惟一的标准答案,属于开放性试题.以下内容可以作为基本依据.答出其中10个以上(包括10个)者均可得满分.

涉及的物理知识:电流的磁效应、电流的热效应(焦耳热)、阻抗(电阻)、磁场,磁化、磁感线、电磁感应、能量转化、分子热运动、热传递、内能、分子电流,感应电流、涡流??其他答案正确的同样给分.

(2)“锅”“电磁炉”“电或磁”“内”“25”

(3)取最低热效率90%,温度调节最低为100℃,否则不能将水烧开.电磁炉在功率调节和温度调节的范围内,加热温度随功率调节的变化关系呈线性,此时电磁炉消耗的实际功率P与加热温度t温有下面的关系式:

(t温-70℃)÷(P-450W)=(240℃-70℃)÷(1600W-450W)

可得:t温=(17℃÷115W)×(P-450W)+70℃ 当t温=100℃时,P=653W,

有:Ptη=cm(t温-t )

解得:t=1 672s=28min

评分标准: (1)5分; (2)每空1分(第1、2空填错一个两空都不得分,最后1个空填“略少于25”的给分,填“5”的不给分); (3)8分.

三、参考解答 (18分)

该问题没有惟一的标准答案,属于开放性试题,以下内容可以作为基本依据.

(1)假设玻璃板对光的吸收可以忽略.其根据是薄玻璃板十分透明(实际上玻璃对红外线不很透明,而红外线的热效应是比较强的,这点可不作为对学生要求).通过李明和张华的实验结果可以推测,每块玻璃板反射的太阳光只有入射光能量的一半,这就是说,入射玻璃板的太阳光有一半被玻璃板反射了.所以,透过玻璃板的太阳光能量占太阳辐射到玻璃板上的能量的50%.

(2)实验方案:若实验过程中总能使太阳光垂直入射,且晒水箱内部涂黑,可以认为射入晒水箱的太阳光不再被反射出去,晒水箱吸热效率为50%.另外,晒水箱周围有保温层,可以认为没有热量散失.若晒水箱吸收的热量完全用来使水的温度升高,测出保温箱中一定质量的水在一定时间里,其内能增加了多少,并测量出太阳

光垂直照射物体表面的面积,就可以计算出太阳光垂直照射地球表面时,地球表面单位时间单

位面积所获得的太阳光照射的能量是多少.

实验步骤如下:

①向晒水箱中倒入质量为m的清水.并用温度计测量此时水的温度t0。

②用刻度尺测量晒水箱盖的面积S。将晒水箱开口朝向垂直阳光的方向,盖好玻璃板开始

计时.经过t时间后(如3h),再测量水的温度t温。

③经过t时间后(如3h),再测量水的温度t温。

④太阳光对地球表面辐射的强度是cm(t温-t )/(tS×50%)

(3)从实际问题的要求来看,该问题是要进行估测,因此其中有许多东西就必须进行合理地简约.如,“假设玻璃板对光的吸收可以忽略”“若实验过程中总能使太阳垂直入射”“没有热量散失”等假设都是允许的,而且是应该的.但是上述这种简约,必须会对估测结果带来一定的影响.此外,还有某些因素未给予考虑,如实验过程中天气的变化所引起的环境温度的变化等,因而,估测结果与真实值之间会有相当大的偏差是不可回避的.但就其取平均效果来说是可行的.

评分标准: (1)6分; (2)6分: (3)6分(只要学生能从正反两个方面进行评价,并且评价得有道理,就可以得满分).

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四、参考解答 (10分)

1、能用该电流表测量电压.但测量的最大电压值仅为U=0.6A×0.13Ω=0.078V

2、(1)电路图如右图所示.

(2)通过两电流表A1、A2的电流I1、I2,电流表A2的内电阻为r2

Rx=I2r2/(I1-I2)

评分标准:第1问,5分;第2问(1)8分(给分点:

分压电路;电流表外接;用A2测电压),(2)5分。

五、参考解答 (10分)

(1)由公式P=W/t=Fs/t=Fv,故汽车在AB段对重

物的拉力为F1=700W/0.2m/s=3 500N

同理,汽车在CD段对重物的拉力为F3=4000N.

整个重物打捞过程应该分为三个阶段:

第一阶段,将重物从水底拉至上表面刚好接触水面。

这一过程,G不变,F浮不变,F1不变,且有 G=F浮

+F1 ① 对应图3乙AB段

第二阶段,将重物拉出水面的过程。这一过程中,G不变,F浮变小直至为0,故拉力F越来越大,对应图3乙BC段。

第三阶段,重物刚好全部拉出水面,以后继续向上拉的过程。这一过程中,G不变,F3与重力G相等, G=F3 ② 对应图3乙CD段。

因为G=F3 =4 000N,所以m=G/g=4 000N/10N/kg=400kg

(2)由① ②知F浮= G-F1 = F3 -F1 =500N

因为F浮=ρ水gV排=ρ水gV物

所以V物=5×10-2m3 ρ物=m/V物=400kg/5×10-2m3=8×103kg/ m3

(3)由图3乙的BC段可知,打捞的重物从上表面接触水面到刚好整个物体全部出水,历时

60 s?D50s=10s,上升速度为0.2m/s,所以物体高h=10s×0.2m/s=2m所以,

物体上、下表面积为S= m/V物=5×10-2m3/2m=2.5×10-2m2

又由图3乙AB段可知,物体从水底上升到上表面刚好接触水面历时50s,上升高度H=50s×0.2m/s=10m

故物体沉在水底时上表面离水面10m,水对物体上表面产生的压力为

F压=pS=ρ水gHS=1.0×103×10×10×2.5×10-2N=2.5×103N

评分标准: (1)6分; (2)4分; (3)6分.

六、参考解答 (16分)

(1)这样的用电器一旦发生漏电,可能会导致触电事故.应该安装一个地线,即把用电器外壳与导线连接,再通过三脚插头与插座的地线相接.(2)从图4可以看出,电源是通过双金属片上的触点与发热体、指示灯相连通的,一旦接上电源,发热体和指示灯都会工作;而与开关相连的两根电源导线是直接接在并联的发热体和指示灯上的,所以,不用按开关,指示灯就发亮,按下开关后指示灯亮度不变.即此时开关不起作用。(3)发热体工作了15min后,把水烧至沸腾,大量的水汽化后遇冷又液化,因而可以看见大量“白气”生成.

(4)“啪”的一声,是俗称的电饭煲“跳闸”.此前,开关按下,通过连杆永磁体E将感温软磁体D磁化而吸合,使主电路的触点闭合而工作,一段时间后,安装在锅底部的电路元件感温软磁体D受热到一定温度时,其磁性会骤然下降或消失,在重力作用下通过连杆使开关跳起,触点分离而断电,并发出响声.温度降低时,感温软磁体D又能被永磁体E磁化.看来,感温软磁体的磁性可能受温度因素影响,且温度越高,磁性越弱.

(5)指示灯反复亮、灭,这个现象说明只与双金属片相连的触点的闭合与断开有关,从而控制发热体和指示灯的工作.双金属片受热形变而使动触点下移与静触点分离,指示灯不亮.当温度下降到一定程度时,双金属片收缩而使动触点上移与静触点闭合导通,指示打发光.这表明双金属片受温度影响时A金属片比B金属片热胀冷缩的形变量要大.可见,在相同条件下,不同种类金属的热胀冷缩程度可能是不一样的.(6)要想获得恒温的温水,只要把插头插入电源插座,不必按下开关便可. (7)故障可能是由于感温软磁体老化引起的.因为正常的感温软磁体是在103℃左右才基本失去磁性,永磁体被重力拉向下而带动连杆,使主电路中的触点分离而断电(此时为正常跳闸).但如果感温软磁体老化,在温度未达103℃时就失去磁性,使主电路中的触点分离而断电,饭未熟透就会出现“夹生饭”了.

(不要求学生一定要提到“103℃”,只要能提到温度高会使感温软磁体失去磁性即可.)

评分标准;第(1) (3)题各1分;第(6)题2分;第(2) (4) (5) (7)各3分

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2008年第十六届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题答案

一、(16分)参考答案

1.恒温箱温控系统是由交流电加热电路和直流控制电路组成,适当调节变阻器R2的阻值,利用热敏电阻R1的性能和阻值等使该系统能保证恒温箱的温度保持在预设的温度范围内。工作过程如下:

当恒温箱内的温度达到或者超过预设之最高温度时,热敏电阻R1的阻值下降,直流控制电路中电流增大,电磁继电器吸合衔铁,切断交流加热电路,恒温箱开始降温。?(1分)

当恒温箱内的温度低于预设之最低温度时,热敏电阻R1的阻值增大,直流控制电路中电流减小,电磁继电器释放衔铁,交流加热电路接通,恒温箱又开始升温。?(1分)

如此反复接通和断开交流加热电路,使恒温箱的温度保持在预设温度范围内。?(1分)

2.恒温箱的加热器应接在A、B端。

这样温度高于预设最高温度时,电磁继电器的衔铁吸合,停止加热;而温度低于预设温度时,电磁继电器的衔铁断开,进行加热。这样才能实现温度控制。?(2分)

如果加热器在C、D两端,当温度高于预设温度时,R1的阻值减小,电磁继电器的衔铁吸合,加热器继续工作,温度将更高,这样就无法实现恒温控制。?(2分)

3.电磁继电器吸合时的电流为30mA,则控制电路的总电阻为

R总=R1+R2=200Ω ?(1分)

控制90℃时,由曲线图可知,R1=50Ω,可变电阻值应为

R2=200Ω-50Ω=150Ω?(1分)

控制150℃时,由曲线图可知,R1=30Ω,可变电阻值应为

R2=200Ω-30Ω=170Ω?(1分)

所以,要选一个能提供150Ω~170Ω阻值的可变电阻器,选择B即可满足上述阻值要求,又能便于调节,故选用B即可。?(1分)

4.小明设计的这个电路,从理论上讲控制的只是一个固定的温度值,这样使用时,就会出现恒温箱内温度在某一固定值附近时,电磁继电器频繁通断的现象,这对电磁继电器和加热器电路的使用寿命是十分不利的。?(2分)为了解决这个问题,可以设想制造一种继电器,当已经达到了预设的温度时,继电器达到吸合电流值(如此题中的30mA),这种继电器可以延长一段时间或限时到规定时间才吸合,从而断开被控制电路。?(2分)当低于预设的温度时,通过继电器的电流小于吸合电流值,这种继电器同样可以延长一段时间或限时到规定时间才释放衔铁。从而实现继电器和加热电路有一个较长的稳定工作状态,达到既能实现恒温控制又能延长使用寿命的目的。?(1分)(说明:只要提出的设计合理,即可得分)

二、(16分)参考答案

1.铭牌中的“额定压力”与单位“Mpa”不一致,应改为“额定压强”,单位不变。?(2分)

2.10,0.2,0.37(每空1分共3分)?(3分)

3.设恒力F作用在水上,使水移动了距离L,则F对水做的功

W=FL,?(2分)

而F=pS,所以

W=FL=pSL=pV?(3分)

清洗机正常工作10min,清洗机喷出的水的体积为

V=20L/min×10min=0.2m3 ?(1分)

清洗机对水做功

W= pV =5MPa×0.2m3=1.0×106J ?(1分)

4.清洗机消耗的电能

W电=Pt=2.2kW×10min=1.32×106J ?(2分)

该清洗机正常工作时的效率

η=W/W电×100%=75.8% ?(2分)

三、(16分)参考答案

1.在管中A点附近取一截面,截面右侧水管ABC段中的水温高,密度ρA右小;?(2分)

水经暖气片放热后,温度降低,所以水管CDA段中的水温较低,密度ρA左较大?(2分)

根据液体压强公式p=ρgh,A截面左侧CDA段中的水产生的压强大于右侧ABC段水的压强,因此水管中的水会按逆时针方向流动。?(2分)

同时安装水管时又有一定的坡度,即D端高、A端低,为水的逆时针流动创造了有利的条件?(2分)

(说明:只说明“上暖气”中水的流动是对流,而没有详细解释的给2分)

2.当水管中有空气时,气泡会沿管道向上移动,并汇集在最高处,包括管道中向上凸起的部分、暖气片的顶部等处。?(3分)

如果汇集的气体过多,会形成气柱,分断了水管中的水,阻碍水的流动,从而影响用热水供暖的效果。?(2分)

3.水箱中的水位一定要高于整个循环水路的最高点,才能在整个循环水路中灌满水?(1分)

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否则循环水路中就会有空气,水就不能正常流动,从而影响用热水供暖的效果。?(2分)

四、(16分)参考答案

1.(1)亮,亮,不亮;?(2分)(说明:全对为2分,答错一个扣一分,直到扣完2分为止)

(2)亮,亮,不亮;亮,不亮,亮。?(4分)

(说明:全对为4分,答错一个扣一分,直到扣完4分为止)

2. Q有=cρV(t1-t0)=3.15×105J ?(1分)

Q总 =600W×10×60s=3.6×105J ?(1分)

η= Q有/Q总=87.5% ?(1分)

3.当电水壶处于自动状态下,水未沸腾前,保温指示灯与ST双金属片温控器并联,?(1分)

且ST双金属片温控器处于联通短路状态,?(1分)

所以保温指示灯被短路不亮。?(1分)

4.由P=U2/R得电水壶正常工作时其加热电阻的阻值

R =U2/ P=80.7Ω ?(1分)

保温状态时,通过电热器的电流

I=U/(R1+RL1+R2)<U/R2=2.2×10-3A ?(1分)

就以这个电流计算,保温状态时电热器的发热功率为

P=I2R=3.9×10-4W ?(1分)

即可以近似认为不发热。所以保温状态下的水温逐渐降低。?(1分)

五、(18分)参考答案

1.如答图1为例说明输液过程:

开始时瓶中气体的压强大约是1个大气压,药瓶吊在高处,从瓶中液面到插在病人血管中的针头处有相当大的高度差,这段液柱产生的压强使针头处药液的压强较大,大于血管中的压强,药液自动流入血管。?(2分)

药液流出使瓶中的(一定质量的)气体体积变大,压强降低,瓶中气体压强小于大气压,大气压强将空气从进气管压入瓶中,使瓶中空气的压强基本上保持在一个大气压(一个大气压相当于10.3m高水柱产生的压强,而在输液情况下液面升降幅度不足0.2m,可见压强相当稳定),使药液均匀地流下。?(2分)

2.甲瓶的药液先流完。?(1分)

因为甲、乙、丙三瓶采用串联的方式,其工作情况是这样的:

药液从丙瓶中流下,丙瓶中空气体积增大、压强下降,乙瓶中空气将乙瓶中药液压入丙瓶补充,使丙瓶液面保持不变。?(1分)

药液从乙瓶中流至丙瓶后,乙瓶中空气体积增大、压强下降,甲瓶中空气将甲瓶中药液压入乙瓶补充,使乙瓶液面保持不变。?(1分)

药液从甲瓶中流至乙瓶后,甲瓶中空气体积增大、压强下降,大气压将外界空气压入甲瓶,甲瓶中液面下降。?(1分) 液体如此流动,直到甲瓶的药液全部流完,这时甲瓶中空气与外界直接连通,连接甲、乙两瓶的管子相当于甲瓶当初的进气管。?(1分)

以后的过程是药液从丙瓶流入血管,乙管中药液流入丙瓶补充,空气流入乙瓶,直至乙瓶中药液流完,乙瓶与大气直接连通。然后才是空气直接进入丙瓶,直到丙瓶中药液逐渐流完。?(1分)

(说明:大致按分析的几步计分即可)

3.收集数据和计算步骤如下:

①从药瓶上的刻度读出瓶中药液的体积V1?(1分)

②当某一滴药液刚好落下时数“0”开始记时,当数到第“n”个液滴滴下时停止记时,记下所用时间t0 ?(1分) ③算出一个液滴下落的时间间隔为:T=n ?(1分)

④记下完成一瓶滴注的时间t ?(1分)

⑤算出一瓶药液的总滴数N= nt /t0 ?(1分)

⑥算出每滴药液的体积为:V0= V/N = V t0/(nt) ?(1分)

⑦则每滴药液的质量为m= ρ水V0=ρ水V t0/(nt) ?(1分)

上述估算中两处作了近似处理:

①把药液的密度看作水的密度。②忽略了输液结束时瓶中残留的药液。?(1分)

(说明:大致按分析的几步计分即可)

六、(18分)参考答案

1.这台发动机在最大功率时1min内发动机做的有用功

W有=74×103W×60s=4.44×106J ?(2分)

在1min内转动5200r,吸入汽油和空气的混合气2600次?(2分)

1min内发动机消耗汽油的质量为:

m= ρV =1.35kg/m3×1.8× ×10-3 m3×2600× =0.47 kg ? (4分)

1min内汽油完全燃烧放出的热量

W总=0.47kg×4.6×107J/ kg=2.16×107J ?(2分)

这台发动机在最大功率时的热机效率

η=W有/W总=21% ?(2分)

2.汽车以最高时速175km/h前进100km所用时间:

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t=s/v=100km/175km/h =34.3min ?(2分)

汽车每行使100km的耗油质量为

m’= 0.47 kg/min×34.3min=16.1kg ?(2分)

汽车每行使100km的耗油体积为 :V’= m’/ρ=16.1kg/0.71kg/L=22.7L ?(2分)

2009年第十七届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题答案

一、(16分)参考答案

1.电磁波的速度:c=3×108m/s??1分 因为:c=λf ??2分 所以:λ= c/f= 3×108/2450×106m??2分

2.加热一袋牛奶需要消耗的电能: W=Pt=1300×60 J =7.8×104J ??2分

加热10袋牛奶需要消耗的电能: W总=7.8×104×10 J =7.8×105J=0.22kW·h ??2分

加热10袋牛奶需要电费:0.22×0.5=0.11元 ??1分

3.一袋牛奶被加热至适宜饮用的温度需吸热:

Q吸=cm(t2-t1)=4.2×103×200×10-6×1.0×103×(50-10)J =3.36×104J ??3分

该微波炉在加热牛奶时的效率:η= Q吸/ W=3.36×104/7.8×104=43%??3分

二、(16分)参考答案

1.由图1可知,当锅内温度为120℃时,锅内压强p=1.8×105Pa。??2分

此时限压阀受力:F0+G=F ??3分 设安全阀的质量为m,则有:p0S+mg=pS ??2分

p?p0?S 可得:m=?g?1.8?10?5?105??3.14??2?10?3?

102kg =0.1kg=100g??4分

所以,应该买质量为100g的限压阀。 ??2分

2.如果买了另一种质量为60g的限压阀,使用时会出现锅内的最高气压值偏小,锅内温度不能达到120℃的后果。3分

三、(16分)参考答案

1.还需要测量三个轮子的半径:大齿轮(主动齿轮或轮盘)半径R1、小齿轮(被动齿轮或飞轮)半径R2、后轮半径R3。??3分

推导自行车速度的表达式:

设大齿轮、小齿轮和后轮的转动周期分别为T1、T2和T3。

2?R12?R22?R3可得:大齿轮边缘的速度:v1= 小齿轮边缘的速度:v2= 后轮边缘的速度:v3= ??1分 T1T2T3

因为:v1=v2,T2=T3,??1分

所以:自行车前进的速度:v= v3= 2?R1R3 ??2分 R2T1

v315 = r/s =66.3r/s……4分 2?R03.6?2?3.14?0.012.设摩擦小轮的速度为n0,可得:n0=

即当自行车的车速达到15km/h时,摩擦小轮的转速:n0=66.3r/s ??1分

3.因为自行车脚踏板的周期T1=2s,且R1=8.0cm、R2=3.4cm、R3=33cm

2?R1R32?3.14?0.08?0.33所以:自行车前进的速度:v= m/s=2.44m/s=8.8km/h ??2分 ?R2T10.034?2

可能原因:①自行车辐条不紧,导致车圈在行驶过程中为椭圆;②车胎内气不足,导致车胎与地面接触部分到车轴距离小于所测车轮半径;③自行车实际行驶路径与测量长度的路径不重合;④大齿轮、小齿轮、后轮半径测量的不准;⑤行驶过程中脚踏板的周期很难保证为2s。??2分

说明:每答对一种情况得1分,原因分析最多得2分。答案合理即给分。

四、(16分)参考答案

601.煮好一锅这样的豆浆需要消耗电能:W=W1+W2=P1t1+P2t2 = 800×(8×60+2×60+400×)J+180×460?20

×15 J=730800J ??6分

730800?3602.电能表应当转过的圈数:n=圈=73圈 3.6?106

3.不相符。猜想:(1)某些电器在关闭开关后,仍处于待机状态,消耗电能;(2)家庭电路电压偏低,豆浆机实际功率偏小;(3)在制作豆浆过程中,豆浆机向环境散热;(4)电能表存在误差;(5)小兰记录存在误差;(6)导线发热消耗电能。??6分

说明:每种正确猜想得2分,本小问最多得分为6分。猜想合理即给分。

五、(18分)参考答案

1.通常情况下,由于湿棉纱上的水蒸发吸热,使湿温度计的测温泡温度低于周围大气温度,进而湿温度计的示数比干温度计的示数稍低。??4分

2.先分别读取干、湿两支温度计的示数t1、t2, ??2分

然后转动内盘,当内盘上的温度值t1与外盘上的温度值t2对准时,“相对湿度”的箭头所指数值即为相对湿度值。3分

3.(1)C ??4分

第 11 页 共 54 页

(2)理由如下:中午将内盘干温度计26℃刻度转到湿温度计22℃刻度线对齐,内盘转过的角度为θ1,??2分 晚上将内盘干温度计16℃刻度转到与湿温度计12℃刻度线对齐,内盘转过的角度为θ2, ??2分

由图4丙可得,θ1<θ2,所以表示相对湿度的箭头在中午指示的相对湿度较大。??2分

六、(18分)参考答案

1.挖成图5所示的深坑好处如下:

(1)少挖土方:挖成图5所示的深坑要比挖成图6乙、丙所示的深坑少挖土方,这样可以少做功,避免人力浪费,提高劳动效率。

(2)便于施工:施工人员更易于从图5所示的坑里向外取土。

(3)省力省功:用图5所示的深坑埋水泥电线杆,与用图6甲所示的深坑埋水泥电线杆相比,不必将电线杆沿竖直方向直立在地面上,重心上升高度小,施工时即省力又省功。

(4)施工安全:用图5所示的深坑埋水泥电线杆,施工人员只需从有斜坡的方向扶住水泥电线杆就行了,水泥电线杆不会向其它方向倾倒,施工比较安全。??2分

说明:每答对一种理由给1分,本小问最多得2分。答案合理即给分。

2.(1)若将这种电线杆埋入图5所示的坑中,电线杆就位后的情况如图答1所示。??2分

设竖起电线杆的过程中,在细端所用拉力为F1。

在图答1中,电线杆粗端伸入坑口的距离为2.3 m -0.3 m =2.0m

进而:O1A1=10.0 m -2.0 m =8.0m O1B1=4.0 m -2.0 m =2.0m ??1分

电线杆重:G=mg=600×10 N =6000N ??1分

根据杠杆平衡条件,有:F1×O1A1=G×O1B1

G?O1B1??1分

解得:F1=O1A1

图答1 图答2

(2)若将这种电线杆埋入图6甲所示的坑中。电线杆就位后的情况如图答2所示。??2分

设竖起电线杆的过程中,在细端所用拉力为F2。

在图答2中:O2A2=10.0m O2B2=4.0m ??1分

根据杠杆平衡条件,有:F2×O2A2=G×O2B2

G?O2B26000?4.0??2400N??1分 解得:F2?O2A210.0

3.在图答1中,电线杆重心升高:h1=4.0 m -2.0 m =2.0m ??2分

人们对电线杆做功:W1=Gh1=6000×2.0 J =12000J ??1分

在图答2中,电线杆重心升高:h2=4.0m ??2分

人们对电线杆做功:W2=Gh2=6000×4.0 J =24000J ??1分

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2

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2012年第二十二届全国初中应用物理竞赛复赛试题

参考解答和评分标准

说明:

1.提供的参考解答除选择题外,不一定都是惟一正确的。对于那些与此解答不同的解答,正确的,同样得分。 2.评分标准只是按一种思路与方法给出的。在阅卷过程中会出现各种不同情况,可按照本评分标准的精神定出具体处理办法,但不要与本评分标准有较大偏离。

3.问答题或计算题是分步给分的。在评分标准中常常写出(1)式几分,(2)式几分??这里的式子是用来代表步骤的。若考生并未写出这个式子,而在文字表达或以后的解题过程中反映了这一步骤,同样得分。没有写出任何式子或文字说明,只给出最后结果的,不能得分。

4.参考解答中的数字结果是按照有效数字的运算要求给出的,但对考生不做要求。不要因为有效数字的错误而扣分。

5.在最后定奖时.如果得分相同的人数超过获奖名额,因而难于选拔时,可对待选试卷进行加分评判。加分评判的基本依据是:

(1)所用方法或原理不是课本所讲的,具有创新性,应加分;

(2)方法简便,应加分;

(3)提出多种正确解法,应加分;

(4)试卷表达规范,条理清楚,能充分利用数学工具,应加分。

上述各项的执行都应由竞赛领导小组做出规定(省统一分配奖励名额的由省决定,地、市分配奖励名额的由地、市决定)。

一、(16分)

(1)发电机能够提供的电能W电=P电t=5kW×8h=40kW·h???????????3分

(2)汽油机的效率??W有用

Q放?P机t??Vq ???????????????????4分

所以油箱的最小容积:

8.3?103W?8?3600s?33V???20.9?10m?20.9L?3分 337??q0.71?10kg/m?0.35?4.6?10J/kg

(3)汽油发电机将内能转化为电能的效率 P机t?

W电Pt?5?103W?8?3600s电??????21.1%??6分 33?337Q放?Vq0.71?10kg/m?20.9?10m?4.6?10J/kg

P5?103W电?0.35??21.1% 或????P机8.3?103W

二、(16分)

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解:(1)该型号热量表能测量的最大供热功率Pmax?Qmaxc水mmax?tmaxc水?水Vmax?tmax??ttt

4.2?103J/(kg??C)?103kg/m3?2.5m3?50?C??1.46?105W ???????4分 3600s

(2)平均每小时从暖气中得到的热量

Q?c水m?t?c水?水V?t

?4.2?103J/(kg??C)?103kg/m3?0.777m3?(52.5-49.7)?C=9.14?106J????4分 46235.67?3.6?106J?2081m3 ??????4分 相当于完全燃烧天然气的体积为:738?10J/m

(3)分析原理可知,为了提高房间内暖气片放出热量的速度,只需调节“水量调节阀”,加大热水瞬时流量即可。???????????????????????????2分

(4)热量表的耗电功率为

P电?

WUQ3.6V?2A?3600s???1.6?10?4W ????????????2分 t?t?5?365?24?3600s(5)相当于节约的天然气体积为 4×109m3×30%×20%=2.4×108m3 ???????2分

三、(16分)

解:在自由活塞A上再加放重为G的砝码时,A活塞对工作液体增加的压强为

?p?G ???????????????????????????????2分 S1

?G(S2?S3)?????4分 S1根据帕斯卡定律,工作液体对活塞B向上增加的压力为?F

又因为活塞B下底面向上减小的气体压力为?F??(p0?p)S3 ??????????4分

因为活塞B能够回到原来的高度,所以?F???F ??????????????4分 即(p0?p)S3?G(S2?S3) S1

所以待测容器内的气体压强为p?p0?G(S2?S3) ????????????4分 S1S3

四、(16分)

1、实验步骤:

(1)用调好的天平测量小烧杯的质量m1;????????????????? 2分

(2)用小烧杯盛取足量的水,再用天平测量小烧杯和水的质量m2;?????? 2分

(3)将水倒入保温桶内,用温度计测量水的温度t1;?????????????2分

(4)提前较长时间将用冰格盛适量水放在冰箱冷冻室里冻成冰块,用镊子取适量冰块放在小烧杯中,迅速用天平测量

第 22 页 共 54 页

出基总质量m3后,立刻将冰块倒入保温桶内的水中,盖紧桶盖; ???????????????????????????????????3分

(5)轻轻摇晃保温桶使水温均匀,并仔细听声音,能听出冰块熔化完毕后,打开桶盖,用温度计测出保温桶内水的温度t2。????????????????????????3分

2、冰块的熔化热的表达式为:

??

c水(m2?m1)(t1?t2)?(c水t2?c冰?18?C)(m3?m1)m3?m1 ?????????????4分

五、(18分)

解:1.如图答1所示,设钢丝绳拉电线杆的力为F′,把电线杆看作杠杆,其支点为其粗端端点O。

图答1

由杠杆平衡条件,有:F??LF??G?LG ????????????????????2分

G?LG6.2?103N?4m?cos45?F????3.51?103N ?????????????3分 LF?10m?sin30?

绞盘本质上是一个轮轴,若要施工人员对绞盘横杆的推力F最小,则该力应沿水平方向,作用于横杆末端且与横杆垂直。在这种情况下,设所需的最小推力为F。???????1分

设绞盘的轴恰好转动一周,则推力推动横杆末端移动的距离为s1

工人推力总共做的功为:W总?2?L ?F?2?L ????????????????????1分

绞盘拉动钢丝绳移动的距离为s2??D

?F???D?????????????????1分 绞盘对钢丝绳所做的有用功为:W有用

绞盘的机械效率为??W有用

W总?F??D?80% ????????????????? 2分 F?2L

所以 3F?2L3.5?110?N0.1mF???219N ???????????????3分 D?2?1m?0.8

2.在整个立杆过程中,电线杆重力G大小不变。随着电线杆被逐渐拉起,重力G的力臂LG在逐渐减小;而钢丝绳拉电线杆的力F′的力臂LF′却在逐渐增大;根据杠杆的平衡条件:F??L

第 23 页 共 54 页 ?G?LG,可知,钢丝绳拉电线杆的力F′在

逐渐减小。???????????2分

又因为,横杆末端到轴心的距离L、轴的直径D以及绞盘的效率η不变,所以施工人员对绞盘横杆的最小推力F也在逐渐减小。?????????????????????1分

3.绞盘离所拉的电线杆适当地远一些,其他情况相同时,可以适当地增大钢丝绳对电线杆的拉力F′的力臂L F′,在重力G与重力G的力臂LG相同的前提下,使F'减小,从而可以使施工人员对绞盘横杆的推力F减小一些。??????????????????????2分

六、(18分)

1.由该型号应急照明灯的主要技术数据可知,其所用灯泡的额定电压为2.4V,其蓄电池两端的电压也是2.4V;由此可知,两只灯泡应并联。??????????????????2分 单只灯泡正常发光时的电流:IL?PL0.96W??0.4A ?????????????2分 UL2.4V

干路中的总电流:I?2?IL?2?0.4A=0.8A ??????????????????1分

即蓄电池对外供电电流为:I=0.8A ???????????????????????1分 蓄电池充满电后,可以实现的最长应急照明时间:t?Q1.8?h=2.25h???????2分 I0.8

2.简易应急照明灯的接线如图答2所示。????????????????????6分

图答2

说明:上述电路图的6分具分布如下:

①电磁继电器的电磁铁应接于低压直流电源的输出端。??????????????2分

②充电器给蓄电池充电时应注意蓄电池的正负极。????????????????2分

③为了保证各小灯泡正常工作,应如图连接。??????????????????2分

若四个小灯泡接成先并联后再串联,扣1分。

(2)若将电磁铁的两个接线柱直接接在充电器两端,当家庭电路正常工作时,电磁铁有磁性,吸引衔铁下移,接通蓄电池充电电路,充电器给蓄电池充电;???????????2分

当家庭电路停电时,蓄电池与电磁铁构成通路,电磁铁依然保持磁性,蓄电池无法为小灯泡供电,小灯泡不能发光。???????????????????????????2分

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