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下马渡镇中心校2011年应用物理决赛选拔试题及答案

发布时间:2013-12-19 10:29:36  

下马渡镇中心校2011年应用物理决赛选拔试题

时间:120分钟 总分100分

一、(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。 二、

2.清洗机正常工作时,通过清洗机的电流是。 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?

二、(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),若发动机在最大功率时汽油和空气的混合密度为1.35kg/m3,汽油的热值为4.6×107J/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。

三、(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?

1

四、(16分)

小兰在用该豆浆机制作豆浆之前关闭了她家所有的用电器开关,然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,请说出你对产生这一偏 差的猜想。

五、(14分)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

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。

六、(13分)如图l,东湖中学想用离心泵将湖中的水抽到C处的

养鱼池中。要求在30 min内至少向养鱼池中输水120 m3,学校领导

将以下几个需要解决的问题交给了科技小组。

(1)A,B处各有一个平台,离心泵应放在什么位置,请说明理由。

(2)如果某型号离心式水泵的扬程为15 m,功率为17 kW,效率为0.6,

试通过计算说明这台水泵是否可满足东湖中学的需求

?

3

(3)为了节约资金,有人提出全部采购比硬质管便宜、而且与水泵管径相符的软橡皮管配套使用,你认为是否可行,为什么?说出你的正确方案。

七、(13分)空调的“匹数”,是对空调输入功率的粗略标识。因相同匹数不同品牌空调的制冷效能有较大的差

制冷量(W)异,为便于比较,空调的效能常以“制冷量”来表示。在选择空调时,除了制冷量和制热量(对冷热空调而言)

外,还要考虑“能效比”。空调的能效比=输入功率(W),它表示空调器是否高效节电。目前市场上空调器的能效比相差很大,一般在2~3之间,最高的可达到3.5左右,应尽量挑选能效比高的空调。房间所需的制冷量和制热量可按下面的公式计算:制冷量Q冷=S(房间面积)×140W一180 W;制热量Q 热=S(房间面积)×180 W-240 W(此公式适用于层高2.5 m的房间,如果层高偏大,则应适当加大功率)。

下表是小明家准备购买的某一型号空调的使用说明书的一部分。

请结合上面所介绍的知识和空调使用说明书,通过计算回答下面的问题:

1、 这台空调的能效比是多少。

2、小明家新购买楼房客厅的面积约为30m2,层高为2.7 m,他想在客厅内安装上表所示的空调。请你通过计算说明这种选择是否合理。

3.若小明家用此空调器制冷,空调器的压缩机每天实际工作6 h,一个月仅空调一项所支付的电费约为多少?(当地的电价为0.5元/度)

4

一:1.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

3V=20L/min×10min=0.2m ?(1分)

清洗机对水做功

36W= pV =5MPa×0.2m=1.0×10J ?(1分)

4.清洗机消耗的电能

6W电=Pt=2.2kW×10min=1.32×10J ?(2分)

该清洗机正常工作时的效率

η=W/W电×100%=75.8% ?(2分

三:

1.电磁波的速度:c=3×10m/s??1分

因为:c=λf ??2分

所以:λ= c/f= 3×10/2450×10m??2分

2.加热一袋牛奶需要消耗的电能:

W=Pt=1300×60 J =7.8×10J ??2分

加热10袋牛奶需要消耗的电能:

W总=7.8×10×10 J =7.8×10J=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)=4.2×10×200×10×1.0×10×(50-10)J =3.36×10J ??3分 该微波炉在加热牛奶时的效率:

η= Q吸/ W=3.36×10/7.8×10=43%??3分

四:

1.煮好一锅这样的豆浆需要消耗电能: 443-634454868

W=W1+W2=P1t1+P2t2 ??2分

= 800×(8×60+2×60+400×

=730800J ??2分

2.电能表应当转过的圈数:

5 60)J+180×4×15 J ??2分 60?20

n=730800?360圈=73圈 63.6?10

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:

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

(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:

(1)因为泵的总扬程=吸水扬程+压水扬程,离心式水泵的吸水扬程是由大气压决定的,当大气压为标准大气压时,吸水扬程实际不会超过10m。所以泵不能放在B处,只能放在A处。(2)不考虑水的动能:①增加的势能按13.8m计算:

3已知t =30min,h =13.8m。V =120m,η=0.6。

77则W有= mgh =1.656×10J。因为W有/W总=η,所以W总= W有/η=2.76×10J。

即应购置水泵的功率为P总= W总/t=15.3kW。②增加的势能按15m计算,应购置水泵的功率为P总=16.7kW。提供的水泵满足要求。(3)不可行。若离心泵至水面段用橡皮管,由于大气压作用可能将橡皮管压扁而影响正常工作。建议离心泵至水面段用硬质管,为节约起见,泵以上水管可用软橡皮管。

七:1.这台空调的能效比为 能效比?制冷量?5000W?2.7 ??????????2分

输入功率1850W

2.所需的制冷量为:Q冷=S×140W-180W=30×140W-180W=4020W ??????2分

所需的制热量为:Q热=S×180W-240W=30×180W-240W=5160 W ????????2分

查表得:空调的额定制冷量为5000W,额定制热量为5300W,都略大于房间所需要的制冷量和制热量。考虑到楼房的高度2.7m>2.5m,应适当加大功率,故这种选择是合理的。 ?????3分

3.空调一个月内消耗的电能为W=Pt =(8.6×220×)W×6h×30=340.6kW·h, ????2分

应支付的电费为340.6kW·h×0.5元/ kW·h =170.3元 ????????????1分

其他解法(每月按31天),只要正确,参考上述评分标准给分。

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