1、家长 OK 网：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 7.9103 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
2、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
3、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
4、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。型号 额定电压 额定功率 功率调节范围 温度调节范围 热效率SC-16 220V 50Hz 1600W 450W-1600W 70 -240 (大于)90%家长 OK 网：（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
5、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 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 的电阻 RX，实验室
6、提供以下器材。电流表 A1：量程 100 mA，内电阻 r1 = 4 电流表 A2：量程 500 A，内电阻 r2 = 750 电压表 V : 量程 10 V, 内电阻 r3 = 10 k变阻器 R0 ：阻值约 10 定值电阻 R1：阻值约 10 k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
7、 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。家长 OK 网：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
8、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，
9、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？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家长 OK 网：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 =80103kg10N/kg=8105NF
10、外钢浮 =1103kg/m310N/kg(m7.910 3kg/m3)G 船 +G 钢 （6517）10 3kg10N/kg8.210 5N从以上各式求得 m=15.8103kg=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 158t 钢材均分放置在船外两侧的水中且紧贴船体，经 t=s/v=80km10km/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
11、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）=（24070）（1600W450W）可得：t 温 =（17115W） （P450W ）+70 当 t 温 =100时，P=653W，有：Pt=cm(t 温 t )解得：t
12、=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
13、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，家长 OK 网：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：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。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
14、 时间后(如 3h)，再测量水的温度 t 温 。经过 t 时间后（如 3h） ，再测量水的温度 t 温 。太阳光对地球表面辐射的强度是 cm(t 温 t )/(tS50 )（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：
15、 (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)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=0.6A0.13=0.078V2、(1) 电路图如右图所示(2)通过两电流表 A1、A 2 的电流 I1、I 2，电流表 A2 的内电阻为 r2Rx=I2r2 (I1I 2)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=Wt=Fst=Fv，故汽车在 AB 段对重物的拉力为 F1=70
16、0W0.2ms=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，F 1 不变，且有 G=F 浮 +F1 对应图 3 乙 AB 段家长 OK 网：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，F 3 与重力 G 相等， G=F3 对应图 3 乙 CD 段。因为 G=F3 =4 000N，所以 m=Gg=4 000
17、N10N/kg=400kg(2)由 知 F 浮 = GF 1 = F3 F 1 =500N因为 F 浮 = 水 gV 排 = 水 gV 物所以 V 物 =510-2m3 物 =mV 物 =400kg5 10-2m3=8103kg/ 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 0.2ms，所以物体高 h=10s0.2ms=2m 所以，物体上、下表面积为 S= m V 物 =510-2m32m=2.510 -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
18、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= 水 gHS=1.010310102.510-2N=2.5103N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
19、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，
20、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，家长 OK 网：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
21、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2005 年第十五届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题答卷时间： 2005 年 4 月 17 日（星期日）上午 9：3011：10。一、 （14 分）王伟同学研究了均匀拉紧的琴弦发音频率与弦长的关系，并记录了实测的数据（如下表所示） 。请你根据记录表中的有关数据，分析并估算出他有意留出的空格中应该填写的数据（要求写出估算的过程） 。音名 中央C1 D2 E3 F
22、4 G5 A6 B7 C唱名（C 调） Do Re Mi Fa Sol La Si Do频率/Hz 264 297 330 352 396 440 528弦长 ll98l54l3l2l158l2二、 （14 分）类比水压是形成水流的原因，李楠同学猜想，血液在血管内流动时也需要一定的压力差来维持。假设血液匀速通过长度一定的血管时，受到的阻力 f与血液的流速成正比，即 kf。那么，要想让血液匀速流过，血管两端就需要一定的压力差。设血管截面积为 1S时，两端所需的压强差为 1p；若血管截面积减少 10%时，为了维持在相同的时间内流过同样体积的血液，压强差必须变为 2。请你通过计算比较 21p、的大小
23、，说明血管变细可能是诱发高血压的重要因素之一。三、 （16 分）下表是某锅炉厂生产的 CWNG 系列三种锅炉的主要技术参数表。CWNG 系列三种锅炉主要技术参数型号 CWNG0.7-80/60-AII CWNG1.05-80/60-AII CWNG1.4-80/60-AII功率/MW （ ） 1.05 1.4容水量/t 3 3.5 4耗煤量 )/(1hkg145 ( ) 290外型尺寸 3m2.71.52 3.01.52.9 3.01.92.9烟囱尺寸/mm 30015000 35015000 40015 000家长 OK 网：热效率/% 75 75 75出水温度/ 80 80 80回水温度
24、60 60 60总重量/t 5 7.5 9运行压力 常压 常压 常压供暖面积 2/m6000 （ ） 12000循环水量 )(13h( ) 45 60已知水的比热容为 kgJ/0.43，假设三种锅炉的燃煤效率相同，且煤均可达到完全燃烧。请根据上表回答以下问题：1.根据表格中的已知数据，请在表格中的四个（ ）内填上合适的数据。2.按表格中的出水温度和回水温度，计算 CWNG1.05-80/60-AII 型锅炉每小时给住宅内释放的热量是多少。3.根据表格中已知数据计算燃煤的热值为多少。四、 （16 分）李明得到一个国外生首开的电热暖手器，铭牌表示额定值的字样中，能看清楚的只有“24W”这几个字。为
25、了能正确使有该用电器，他把一只标有“600 ，0.4 A”的定值电阻与电热暖手器和开关串联起来，连接到家庭照明电路中，然后进行如下实验观察：将开关接通后，电能表转盘转动 137 圈恰好用了 100s；断开开关后，电能表转盘在1min 内恰好转了 80 圈；观察电能表上标有 3000r/(kWh)字样；他在做实验的时间内，家中其他用电器的使用情况没有变化。请根据以上数据，计算电热暖手器的额定电压是多少？你在计算过程中忽略了什么因素的影响？由此导致的计算结果是偏大还是偏小？五、 （20 分）一所农村中学常常因为不能及时给水塔注水而停水，科技小组的同学知道后，利用下图所示的器材设计了一个自动注水模拟
26、装置。A 为浮子（浮子及其连杆总重约 15N） ，在浮子连杆的上端有一可移动金属触头 B（其受重力可忽略不计） ，它可以分别将其上、下的两个固定触点连通。C 为水塔上的圆桶形蓄水池；M 为配有电动机的水泵（电泵） ；21、D为弹簧， 21E为衔铁， 21、F为电磁铁线圈； 1K为最高水位限位开关、K为最低水位限位开关 543K均为由电磁铁衔铁带动的触头开关。电磁铁 1F通电时， 4接通，断电时， 接通。电磁铁 断电时， 5接通。 21、S为开关。1.请你按照下图所示的器材，连接一个可以实现自动注水的模拟电路，并说明自动注水的过程。家长 OK 网：2.要实现自动注水的要求，浮子的最小体积约为多大
27、？（g=10N/kg）3.若设计要求每次自动注水需在 10min 内完成，需要知道或测量哪些物理量才能得到相匹配电泵的最小额定功率？请你用字母表示这些物理量，推导出电泵最小额定功率的表达式。在你的计算过程中，如果运用了近似条件，请说明。六、 （20 分）在当今世界，研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题。在内燃机中，废气带走了很多能量，如果能将这些能量再利用起来，会使内燃机的效率提高许多。某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机，就采用了很多新技术。其中最重要的一项叫“增压”技术，它是利用“废气涡轮增压器 ”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转
28、，它同时又带动同轴的进气系统中的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使做功冲程中柴油燃烧的更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的。这种柴油发动机有 6 个气缸，气缸直径为 110mm，活塞行程为135mm，当转速为 2300r/min 时，发动机功率为 220kW，最低油耗可达 240g/(kWh)，柴油的热值为 kgJ/103.47。请回答下列问题：1.该柴油发动机的效率最高可达多少？2.在做功冲程中气缸内的平均压强是多少？3.如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器”后，能使它们的平均效率由原来约
29、31%提高到近 35%，安装前按每年消耗 3 亿吨柴油估算，这项技术每年能为我国节约多少吨柴油？4.如果目前我国柴油的平均价格为 3750 元/吨，根据上面的估算结果，计算使用“增压”技术后仅节约柴油一项可使我国每年节约多少资金。由此你有哪些认识？K1BCAK5E2D2 F2D1 F1E1 K3K4电源S1S2M家长 OK 网：第十五届全国初中应用物理知识竞赛参考解答和评分标准参考答案（14 分）分析表格中频率和弦长两行数据可知，均匀拉紧的琴弦发音频率与弦长近似成反比。 （4 分）对于中央 C 和 A 有： 16fl1所以，弦长一行第 6 格的数值为：lfl5340266(5 分)对于中央 C 和 B 有： 17lf所以，频率一行第 7 格的数值为：Hzlflf 495261587(5 分)二、参考答案（14 分）假设截面积为 1S时的压强差为 1p，流速为 ，假设截面积为 29.0%)(S时的压强为 2p，流速为 2；依题意可列方程： 11kv （3 分）22 （3 分）由、两式可得： 11Sp （2 分）又相同的时间内流过同样体积的血液，所以有： 21lStvt （2 分）由式可得 9.012Sv （2 分）式代入式可得 8.9.021p1
