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2013年第二十三届全国初中应用物理竞赛(巨人杯)试题解析

发布时间:2014-06-06 09:52:07  

2013年第二十三届全国初中应用物理竞赛(巨人杯)试题

注意事项:

3.本试卷共有六个大题,满分100分。

4答卷时间:2013年3月31日(星期日)上午9:30~11:10。

一、本题共10小题,每小题2分,共20分。以下各小题给出的四个选项中只有一个是正确的,把正确选项前面的字母填在题后的括号内。

1.验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发光;家用电器的遥控器发出的“光”,能用来控制电风扇、电视机、空调器等电器的开启与关闭。对于它们发出的“光”,下列说法中正确的是( )

A.验钞机和遥控器发出的“光”都是紫外线

B.验钞机和遥控器发出的“光”都是红外线

C.验钞机发出的“光”是紫外线,遥控器发出的“光”是红外线

D.验钞机发出的“光”是红外线,遥控器发出的“光”是紫外线

答案:C解析:验钞机是利用紫外线的荧光效应来鉴别钞票真伪,所以验钞机发出的“光”是紫外线。遥控器利用红外线传递信号来遥控的,所以遥控器发出的“光”是红外线,选项C正确。

2.在严寒的冬季,小明到滑雪场滑雪,恰逢有一块空地正

在进行人工造雪。他发现造雪机在工作过程中,不断地将水

吸入,并持续地从造雪机的前方喷出“白雾”,而在“白雾”下方,

已经沉积了厚厚的一层“白雪”,如图1所示。对于造雪机在

造雪过程中,水这种物质发生的最主要的物态变化,下列说

法中正确的是( )

A.凝华 B.凝固 C.升华 D.液化

答案:B解析:造雪机在造雪过程中,水这种物质发生的最主要的物态变化是凝固,选项B正确。

3.在有些地区,人们常在小河边洗衣服。如图2所示,人们

先把脏衣服浸泡在河水里,然后提出来放在石板上,用木棒捶打,

水花四溅……,如此反复多次,直到衣服被洗净为止。这里,用

木棒捶打的主要目的是( )

A.把衣服上的灰尘打碎,以便于洗涤

B.增大木棒与灰尘之间的摩擦,将灰尘带走

图2 图

1

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C.迫使湿衣服里面的水从衣服纤维之间的缝隙中高速喷出,利用高速水流将灰尘冲洗掉

D.木棒捶打,使衣服突然运动起来,而衣服上的灰尘由于具有惯性仍然静止,从而使灰尘脱离衣服

答案:C解析:用木棒捶打的主要目的是,迫使湿衣服里面的水从衣服纤维之间的缝隙中高速喷出,利用高速水流将灰尘冲洗掉,选项C正确。

4.如图3所示,海北中学有一个跑道为400 m的操场,在操

场的主席台和观众席上方一字形排列着A, B, C三个相同的音

箱。在一次运动会的开幕式上,站在操场中的所有同学都可以

听到音箱发出的足够大的声音,但站在某些位置的同学却感觉

听不清音箱中播放的内容,在图3的1,2, 3三个位置中,位于

哪个位置附近的同学应该是“感觉听不清”的?( )

A. 1 B. 2 C. 3 D.在哪个位置都一样

答案:A解析:位置1声波干涉相互削弱,所以位于位置1附近的同学应该是“感觉听不清”选项A正确。

5. 如果发生油锅起火现象,下列做法中最不应该的是( )

A.加一些冷油,降低温度 B.立刻盖上锅盖

C.立即向锅内倒入冷水来灭火 D.将蔬菜倒入油锅内

答案:C解析:若立即向锅内倒入冷水,则冷水密度大于油,下沉遇热沸腾,迫使燃烧的油飞出,可能烫伤人或引起火灾,所以如果发生油锅起火现象,不能立即向锅内倒入冷水来灭火。该题选项为C。

6.北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS)。系统由空间端、地面端和用户端(导航仪)组成,全部建成后可在全球范围内为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务。2012年12月27日,北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。关于“BDS”的工作过程,下列说法正确的是( )

A.导航仪只能接收地面端的中心控制系统的信息而不能接收导航卫星的信息

B.导航仪只能接收导航卫星的信息而不能向导航卫星发送信息

C.导航卫星发射的电磁波不能在真空中传播

D.导航仪与导航卫星之间是通过电磁波传递信息的

答案:D

解析:导航仪不但能接收地面端的中心控制系统的信息,也能接收导航卫

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星的信息,还能向导航卫星发送信息,选项AB错误。导航卫星发射的电磁波能在真空中传播,导航仪与导航卫星之间是通过电磁波传递信息的,选项C错误D正确。

7.小明学习了电路知识后,想利用发光二极管设计一个带开关指示灯的照明电路,晚间关闭照明灯后,利用二极管发出的光指示开关所在的位置。他共设计了4个电路,如图4所示,其

中L为白炽

灯,规格为

(<220V

60W), D为发

光二级管,规

格为(1.2V 0.01A)、S为单刀双掷开关、R为限流电阻。图4中能够满足要求的电路是( )

答案:A解析:能够满足要求的电路应该是:开关打开时,发光二极管接通发光;开关闭合时白炽灯接通发光,所以电路A正确。

8.某测量仪器及其控制电路如图5所示。仪器的等效内阻

为100Ω,正常工作电流为100~300mA,电源电压为30V。控

制电路由两个滑动变阻器组成,为了快速准确地调节仪器的工

作电流,应选用哪一组变阻器?( )

A.R1=100Ω,R2=10Ω B.R1=200Ω,R2=20Ω

C.R1=100Ω,R2=100Ω D.R1=200Ω,R2=200Ω

答案:B解析:由欧姆定律可知,调节部分电阻为200~80Ω,所以应该选用R1=200Ω,R2=20Ω的一组,选项B正确。

9.明光中学的同学制定了一个划船比赛规则:①在距两个船队之间的中点处放置一个插有红旗的小木箱(发令枪响时被释放,随河水流动);②甲、乙两船队(两船连线与水流方向平行)听发令枪同时从上游和下游向着小木箱出发;③先得到小木箱的船队获胜。针对这个比赛规则同学们展开了讨论,下列选项是一些同学的意见,其中正确的是( )

A.比赛规则不公平,对上游船队有利

B.比赛规则不公平,对下游船队有利

C.比赛规则公平,水流动对两船队影响效果一样

D.条件不足,无法确定

答案:A

解析:甲、乙两船队听发令枪同时从上游和下游向着小木箱出发,小木箱上图

4

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游流速增大,压强减小;下游流速减小压强增大,导致小木箱随河水流动的速度小于水流速度,所以比赛规则不公平,对上游船队有利,选项A正确。

10.小轿车匀速行驶在公路上,坐在副驾驶位置的小青观察

到轿车速度盘的指针始终在110km/h位置处,在超越相邻车道

上同向匀速行驶的另一辆大客车的过程中,小青发现自己经过

该车的时间约为5s,如图6所示。则被超越大客车的车速范围

为( )

A.10~20 m/s B.20-30m/s C.30-40m/s D.40--5O m/s

答案:B解析:小轿车速度v1=110km/h=30m/s,大客车的长度按10m计算,由(30-v)t=10解得v=28m/s,选项B正确。

二、简答下列各题(每题5分,共30分)

1.图7是常见的一种电动自行车,因其节能环保、便捷实用而受到

很多工薪阶层人员的青睐。请你说出5种电动自行车上不同部件中蕴

含的物理知识。

1.答案:(1)轮胎表面有花纹,增大轮胎与地面间摩擦力 (2)行驶过程中,电动机将电能转化为机械能 (3)后视镜的金属镀膜,可成虚像 (4)座仪里面有海绵,增大受力面积,从而减小压强 (5)刹车时,利用增大压力的方法来增大摩擦力 (6)把套有花纹,增大手与把套之间的摩擦 (7) 车灯,将电能转化为光能

2.小文同学学习了有关物理知识后,设想制作了一个为气球充气的电动充气泵,她画出了如图8甲所示的结构示意图,其中永久磁铁下方为S极。充气泵在工作过程中,通过电磁铁线圈的电流

大小随时间变化情况如

图8乙所示。请简述这

个气泵为气球充气的工

作过程。

2.答案:(1)电流从电

磁铁A端流入时,电磁

铁上方为S极,永久磁铁受到电磁铁向上的力,弹性金属片带动连杆向上运动,弹性气囊被拉长,气室内气压小于外界气压,左侧阀门关闭,右侧阀门打开,气体通过右侧阀门进入气室. 图

7

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(2)当电流从电磁铁B端流入时,电磁铁上方为N极,永久磁铁受到电磁铁向下的力作用,弹性金属片带动连杆向下运动,弹性气囊被压缩,气室内气压大于外界气压,右侧阀门关闭,左侧阀门打开,气体通过左侧阀门进入排气管,为气球充气.

(3)如此反复,将气体不断充入气球.(注:(1)2分,(2)2分,(3)1分.)

3.明光中学物理实践小组在装配直流电动机模型后参加班级的实践成果展示交流会,在会上演示通过改变直流电动机的转动方向及转速使重物上升

或下降的过程。电路元件包括以单刀单掷开关、一个双刀双掷开

关、一个滑动变阻器、一个小型直流电动机和一个直流电源,如

图9所示。请完成电路图的连接以实现上述功能。(操作过程中

只能扳动开关,不得再改变电路中的接线)

3.说明:全部连接正确,得5分;滑动变阻器、单刀

单掷开关、电动机、电源连接正确,双刀双掷开关错

误,得2分;双刀双掷开关连接正确,其余部分错误

的,得3分。

4.电磁波遇到平滑的金属表面会像光遇到平面镜一样发生反射,反

射过程遵循光的反射定律。小明与叔叔一起去参观救生艇时,发现救

生艇的上方悬挂着一个由三块相互垂直的正方形薄金属平板组成的

“角反射器”,如图10所示。请你简述角反射器的工作原理以及该救生

艇悬挂角反射器的原因。 图

10

4.解析:(1)无论雷达波从哪个角度射向角反射器,反射波最终都会沿与入射方向平行的直线返回. (2)救生艇悬挂角反射器是为了让雷达能够尽快发现救生艇,在必要的时候开展营救. (注:(1)3分,(2)2分.)

5.民航客机在飞行过程中,飞行高度可达1Okm左右,在这种情况下,飞机外部的气温可达-60℃左右,气压也低至26~28kPa。但是座舱内却是温暖如春,气压和地面大气压相近。请应用物理知识分析飞机座舱内是如何获得如此舒适环境的。

5.解析:(1)为了维持座舱内的气压与地面大气压接近,需要压缩机不断地将空气压入座舱内,在这一过程中,压缩机对空气做功,使空气的内能增大,温度升高.

(2)为了保持座舱内适宜的温度,还需要空调机来降温.

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6.一艘说来,物体在温度升高时膨胀,温度降低时收缩,这一现象称为热胀冷缩。在相同的条件下,气体的热胀冷缩最显著,液体次之,固体最不显著。固体、液体、气体的这种性质都可以被利用。有一些电冰箱中的自动温度控制装置,就是根据气体热胀冷缩的性质制成的。图11是它的结构示意图,其中金属盒是用薄的弹性钢片制作,表面有一些环状波纹,内部密封有一定量的气体。结合图片尝试分析它的控温原理。

6.答案:(1)当电冰箱内的温度高于设定温度时,金属盒内的气体膨胀,使金属盒的两个侧面凸起来,透过连杆带动控制连杆,动触点向右移动,与两静触点接触,接通工作电路,压缩机工作,电冰箱内温度降低.

(2)当温度降低至设定温度以下,金属盒内气体体积减小,金属盒的两个侧面凹进去,通过连杆带动控制连杆,动触点向左移动,导致动触点与静触点分离,切断工作电路,压缩机停止工作.

(3)如此反复,保持电冰箱内的温度不高于设定温度。 注:(1)、(2)各2分,(3)1分

三、(11分)随着社会的进步,电冰箱已经成为现代家庭不可或缺的家用电器,下表是某品牌电冰箱的铭牌。请认真阅读铭牌上的信息,并结合平时的生活经验回答下列问题:

1.小明认为,耗电量应当 等于输入总功率与一天的时间 的乘积,但计算后却发现,差 异很大。这是为什么?

2.电冰箱上标示的耗电量为 0.58 kW·h/24 h。但是在炎热的夏 季当电冰箱内装满食物后,小明 利用电能表测量的结果大约是该 耗电量的1.5倍,其可能原因是什么?

3.若某电冰箱的耗电量按铭牌上标注的耗电量的1.5倍计算,该电冰箱一天要工作多长时间?

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解析:1.电冰箱是间歇工作的,只有当冷冻室内的实际温度高于设定的温度时,电冰箱的压缩机才开始工作。

2.电冰箱上标示的耗电量为常温下电冰箱内不放任何物体,且不开电冰箱门的情况下测得的,而在实际应用过程中,真实的耗电量会更大一些。

3.该电冰箱真实的耗电量:W=1.5×0.58 kW·h=0.87 kW·h,

该电冰箱一天要工作时间:t=W/P=8.3h。

四、(12分)工人师傅经常使用一种称为“大力钳”的工具夹紧或切断金属材料,图12所示为用于切断金属所常用的一种小型大力钳,其各部分尺寸已在图中标明(单位为cm)。若工人师傅的单手最大握力为900 N,他使用该大力钳

时,在被钳材料处能够产生的最大压力为多大?

解析: 大力钳工作时,相当于杠杆组合,其中ABC、

CDE以及对应的下半部分分别为杠杆。假设力的方向

沿竖直方向,则杠杆CDE可模型化为图2的情况,其中D为支点,根据杠杆平衡条件,可得F1L1=F2L2

由题

意可

知,F1=900N,L1=12cm,L2=2cm,解得F2==5.4×103N

同理,杠杆ABC可模型化为图3的情况,其中B为支点,根据杠杆平衡条件,可得F3L3=F4L4

解得:F4=1.62×104N.

五、(12分)三峡水利枢纽工程是中国规模最大的水利枢

纽工程,如图13所示。枢纽控制流域面积约1.0×106km2,

占长江流域面积的56%,坝址所在位置年平均流量为

Q=4.51×1011m3。水利枢纽的主要任务包括防洪、发电、航

运三方面,在发电方面,三峡水电站共安装32台7×105kW图13

水轮发电机组,另外还有2台5×104kW电源机组,总装机容量(指34台发电机组同时工作时的总发电功率)P=2.25×107kW,设计年发电量约W =1011kW·h。

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阅读上述材料,解答下列问题(水的密度ρ=1.O×103kg/m3,取g =10N/kg):

1.若三峡电站上、下游水位差按h=110 m计算,试求三峡电站将水的势能转化为电能的效率η。

2.若34台发电机组全部发电,要达到年发电量的要求,每台发电机组平均年发电机组平均年发电时间t为多少天?

解析:1.水力发电是利用河川、湖泊等位于高处的水流至低处时,水的重力做功,将水流减小的重力势能通过水轮机、发电机转化为电能。

年平均流水总质量:M=ρQ=1.O×103kg/m3×4.51×1011m3=4.51×1014kg

流水年平均做功W总=Gh=Mgh=4.51×1014kg×10N/kg×10N/kg×110 m=4.96×1017J。

年平均发电量:W=1011kWh=3.6×1017J。

三峡电站将水的势能转化为电能的效率η=W×100%=72.6%。 W总

2.P=2.25×107kW,年发电量约W =1011kW·h,

工作天数t=W/P=4444.4h=185天。

六. (15分)寒假小明参加了学校组织的去内蒙古草原的冬令营之前,老师对他们讲了草原上防火和自救的知识,告诉他们,草原一旦起火,推进的速度很快,草原的火就像一堵墙一样大面积地向前推进;但由于草的质量小,很快就烧完了,所以当火墙的前面还在燃烧,火始的后面很快就会熄灭,因此火墙比较薄。这一点与森林火灾有着显著的不同。

基于草原火灾的特点,老师嘱咐他们,若遇到草原着火,一定要迎着火墙快速地冲过去。如果背着火,朝没有火的地方跑,很快就会被大火吞噬。

若某次草原发生火灾时,恰好西风,风速v1=1m/s,所形成的火墙厚度D=8m;火墙的推进速度可看作与风速相同,即v2=v1=1m/s。通常情况下,人在草原上奔跑的速度v3=7m/s;而在十分疲惫的情况下,持续奔跑的速度约为v4=1.5 m/s。人的衣服被火焰点燃所需的时间约为t1=1.5s。

1.请你通过计算说明老师所说的“草原火灾自救方法”的科学道理以及后面所说的“如果背着火,朝没有火的地方跑,很快就会被大火吞噬”的原因。

2.假如草原发生火灾时,天刮着西风,这时你恰好在火场东侧约两百米的位置当时你随身携带有以下物品中的某一件:镰刀、铁锨、矿泉水。在不方便使用老师所说的“草原火灾自救方法”的情况下,请你简述你将如何利用上述物品逃生(任选两种作答,多选

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无效)?如果连上述随身物品也没有,你还能采用什么方法逃生(只说一种方法,多说无效)?

解析:1.按照老师所说的“草原火灾自救方法”,迎着火墙向西奔跑,人穿越火墙自救所需时间:t2=D=1s。 v2?v3

由于1s小于1.5s,人穿越火墙后,身上衣服不会被点燃,人很安全。需要注意的是,人在穿越火墙的短暂时间内,一定要屏住呼吸,以免因吸入火焰而灼伤呼吸道。

如果背着火,朝着没有火的地方跑,跑不了多久就疲惫了,人的奔跑速度就会减小,一旦被火追上了,逃生的人呆在火墙中的时间可达:t3=D=16s。 v4-v2

十分疲惫的人在火墙中的呆16s,时间确实太长了!而且由于16s>1.5s,逃生的人即使脱离了火墙,他身上的衣服也一定早已被大火点燃且持续燃烧着。这样一来,人呆在火墙中的时间便会比16s更长。可以想象,已经十分疲惫的人在穿越火墙时肯定张大嘴巴,急促呼吸……,这样就非常容易因为吸入火焰而灼伤呼吸道甚至肺部,从而给人带来致命的伤害!由此可见,这样逃生的人就很容易被大火吞噬了。

2.分别利用上述物品,可以采用以下办法逃生:

①用镰刀割除一个圆形区域(直径约5~8m)内的草,并把割掉的草抛到圆形区域东侧稍远的地方,人则呆在圆形区域的圆心处以躲藏大火。

②用铁锨在地上挖一个差不多能让一个人蜷缩着躺下的坑,而后,人就蜷缩着躺在坑里,并把挖出的泥土适量地覆盖在身上。待火墙通过后,人在从坑里出来逃生。

③脱下外衣,用矿泉水打湿,找一片草较稀疏的地方并蜷缩着躺下,而后把打湿的外衣覆盖在身上,待火墙通过后,人再起来逃生。

如果身上没有上述物品,还可以采用以下逃生方法:

①脱下外衣,用小便将其打湿后,覆盖在身上并蜷缩着躺在草较稀疏的地方,待火墙通过后,起来逃生。

②找一片土壤较疏松的地方,脱下外衣,用手刨土并把刨出的土放到外衣上;而后,人蜷缩着躺在草较稀疏的地方,并把覆盖着土的外衣盖在身上,待火墙通过后,起来逃生。

③找一片草较稀疏的地方,而后用手拔出一圆形区域(直径约5~8m)内的草,并把割掉的草抛到圆形区域东侧稍远的地方,人则呆在圆形区域的圆心处以躲藏大火。

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