第15屆全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽試題

1、第十五屆全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽試題注意事項(xiàng)：1.首先填寫所在地區(qū)、學(xué)校、姓名和考號(hào)。2.用藍(lán)色或黑色鋼筆、圓珠筆書寫。3.本試卷共有六個(gè)大題。4.答卷時(shí)間：2005年4月17日（星期日）上午9：3011：10。題號(hào)一二三四五六總分得分復(fù)核人一、（14分）王偉同學(xué)研究了均勻拉緊的琴弦發(fā)音頻率與弦長(zhǎng)的關(guān)系，并記錄了實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)（如下表所示）。請(qǐng)你根據(jù)記錄表中的有關(guān)數(shù)據(jù)，分析并估算出他有意留出的空格中應(yīng)該填寫的數(shù)據(jù)（要求寫出估算的過(guò)程）。音名中央C1D2E3F4G5A6B7C唱名（C調(diào)）DoReMiFaSolLaSiDo頻率/Hz264297330352396440528弦長(zhǎng)二、（14分）類比水

2、壓是形成水流的原因，李楠同學(xué)猜想，血液在血管內(nèi)流動(dòng)時(shí)也需要一定的壓力差來(lái)維持。假設(shè)血液勻速通過(guò)長(zhǎng)度一定的血管時(shí)，受到的阻力與血液的流速成正比，即。那么，要想讓血液勻速流過(guò)，血管兩端就需要一定的壓力差。設(shè)血管截面積為時(shí)，兩端所需的壓強(qiáng)差為；若血管截面積減少10%時(shí)，為了維持在相同的時(shí)間內(nèi)流過(guò)同樣體積的血液，壓強(qiáng)差必須變?yōu)?。?qǐng)你通過(guò)計(jì)算比較的大小，說(shuō)明血管變細(xì)可能是誘發(fā)高血壓的重要因素之一。三、（16分）下表是某鍋爐廠生產(chǎn)的CWNG系列三種鍋爐的主要技術(shù)參數(shù)表。CWNG系列三種鍋爐主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)CWNG0.7-80/60-AIICWNG1.05-80/60-AIICWNG1.4-80/60-AI

3、I功率/MW（ ）1.051.4容水量/t33.54耗煤量145( )290外型尺寸2.71.523.01.52.93.01.92.9煙囪尺寸/mm300150003501500040015 000熱效率/%757575出水溫度/808080回水溫度606060總重量/t57.59運(yùn)行壓力常壓常壓常壓供暖面積6000（ ）12000循環(huán)水量( )4560已知水的比熱容為，假設(shè)三種鍋爐的燃煤效率相同，且煤均可達(dá)到完全燃燒。請(qǐng)根據(jù)上表回答以下問(wèn)題：1.根據(jù)表格中的已知數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)诒砀裰械乃膫€(gè)（ ）內(nèi)填上合適的數(shù)據(jù)。2.按表格中的出水溫度和回水溫度，計(jì)算CWNG1.05-80/60-AII型鍋爐每小時(shí)

4、給住宅內(nèi)釋放的熱量是多少。3.根據(jù)表格中已知數(shù)據(jù)計(jì)算燃煤的熱值為多少。四、（16分）李明得到一個(gè)國(guó)外生首開(kāi)的電熱暖手器，銘牌表示額定值的字樣中，能看清楚的只有“24W”這幾個(gè)字。為了能正確使有該用電器，他把一只標(biāo)有“600 ，0.4 A”的定值電阻與電熱暖手器和開(kāi)關(guān)串聯(lián)起來(lái)，連接到家庭照明電路中，然后進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)觀察：將開(kāi)關(guān)接通后，電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)137圈恰好用了100s；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，電能表轉(zhuǎn)盤在1min內(nèi)恰好轉(zhuǎn)了80圈；觀察電能表上標(biāo)有3000r/(kWh)字樣；他在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間內(nèi)，家中其他用電器的使用情況沒(méi)有變化。請(qǐng)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計(jì)算電熱暖手器的額定電壓是多少？你在計(jì)算過(guò)程中忽略了什么因素的

5、影響？由此導(dǎo)致的計(jì)算結(jié)果是偏大還是偏??？五、（20分）一所農(nóng)村中學(xué)常常因?yàn)椴荒芗皶r(shí)給水塔注水而停水，科技小組的同學(xué)知道后，利用下圖所示的器材設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)注水模擬裝置。A為浮子（浮子及其連桿總重約15N），在浮子連桿的上端有一可移動(dòng)金屬觸頭B（其受重力可忽略不計(jì)），它可以分別將其上、下的兩個(gè)固定觸點(diǎn)連通。C為水塔上的圓桶形蓄水池；M為配有電動(dòng)機(jī)的水泵（電泵）；為彈簧，為銜鐵，為電磁鐵線圈；為最高水位限位開(kāi)關(guān)、為最低水位限位開(kāi)關(guān)均為由電磁鐵銜鐵帶動(dòng)的觸頭開(kāi)關(guān)。電磁鐵通電時(shí)，接通，斷電時(shí)，接通。電磁鐵斷電時(shí)，接通。為開(kāi)關(guān)。1. 請(qǐng)你按照下圖所示的器材，連接一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注水的模擬電路，并說(shuō)明自動(dòng)

6、注水的過(guò)程。K1BCAK5E2D2F2D1F1E1K3K4電源S1S2M2.要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注水的要求，浮子的最小體積約為多大？（g=10N/kg）3.若設(shè)計(jì)要求每次自動(dòng)注水需在10min內(nèi)完成，需要知道或測(cè)量哪些物理量才能得到相匹配電泵的最小額定功率？請(qǐng)你用字母表示這些物理量，推導(dǎo)出電泵最小額定功率的表達(dá)式。在你的計(jì)算過(guò)程中，如果運(yùn)用了近似條件，請(qǐng)說(shuō)明。六、（20分）在當(dāng)今世界，研制各種機(jī)器都必需考慮節(jié)約能源和治理廢氣污染這一重要課題。在內(nèi)燃機(jī)中，廢氣帶走了很多能量，如果能將這些能量再利用起來(lái)，會(huì)使內(nèi)燃機(jī)的效率提高許多。某工廠科研人員研制生產(chǎn)的四沖程汽車專用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，就采用了很多新技術(shù)。其中最重

7、要的一項(xiàng)叫“增壓”技術(shù)，它是利用“廢氣渦輪增壓器”使排氣沖程中排出的高溫、高壓的廢氣去沖擊“廢氣渦輪”高速旋轉(zhuǎn)，它同時(shí)又帶動(dòng)同軸的進(jìn)氣系統(tǒng)中的“進(jìn)氣渦輪”也高速旋轉(zhuǎn)，從而增加吸氣沖程的進(jìn)氣量并增大進(jìn)氣氣壓，使做功沖程中柴油燃燒的更充分，燃?xì)鈮簭?qiáng)更大，同時(shí)也減少了廢氣中的有害物質(zhì)，達(dá)到提高柴油發(fā)動(dòng)機(jī)效率和減少?gòu)U氣污染的目的。這種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有6個(gè)氣缸，氣缸直徑為110mm，活塞行程為135mm，當(dāng)轉(zhuǎn)速為2300r/min時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率為220kW，最低油耗可達(dá)240g/(kWh)，柴油的熱值為。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：1.該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的效率最高可達(dá)多少？2.在做功沖程中氣缸內(nèi)的平均壓強(qiáng)是多少？3.如果將我

8、國(guó)這種機(jī)型的汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)都安裝“增壓器”后，能使它們的平均效率由原來(lái)約31%提高到近35%，安裝前按每年消耗3億噸柴油估算，這項(xiàng)技術(shù)每年能為我國(guó)節(jié)約多少噸柴油？4.如果目前我國(guó)柴油的平均價(jià)格為3750元/噸，根據(jù)上面的估算結(jié)果，計(jì)算使用“增壓”技術(shù)后僅節(jié)約柴油一項(xiàng)可使我國(guó)每年節(jié)約多少資金。由此你有哪些認(rèn)識(shí)？第十五屆全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽參考解答和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明：1.提供的解答不一定都是惟一正確的。對(duì)于那些與此解答不同的解答，正確的，同樣得分。2.評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)只是按一種思路與方法給出的。在閱卷過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種不同情況，可按照本評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的精神定出具體處理辦法，但不要與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)有較大偏離。3.分析計(jì)算

9、題是按照分步方法給分的。在評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)中常常寫出（1）式幾分（2）式幾分這里的式子是用來(lái)代表步驟的。若考生并未寫出這個(gè)式子，而在文字表達(dá)或以后的解題過(guò)程中反映了這一步驟，同樣得分。沒(méi)有寫出任何式子或文字說(shuō)明，只給出最后結(jié)果的，不能得分。后續(xù)相關(guān)的步驟引用前一步驟的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，不重復(fù)扣分。4.在最后定獎(jiǎng)時(shí)，如果得分相同的人數(shù)超過(guò)獲獎(jiǎng)名額，而難于選拔時(shí)，可對(duì)待選試卷進(jìn)行加分評(píng)判。加分評(píng)判的基本依據(jù)是：（1）所用方法或原理不是課本所講的，具有創(chuàng)新性，應(yīng)加分；（2）方法簡(jiǎn)便，應(yīng)加分；（3）提出多種正確解法，應(yīng)加分；（4）試卷表達(dá)規(guī)范，條理清楚，能充分利用數(shù)學(xué)工具，應(yīng)加分。上述各項(xiàng)都需由競(jìng)賽領(lǐng)導(dǎo)小組做出規(guī)定（

10、省統(tǒng)一分配獎(jiǎng)勵(lì)各額的由省決定，地、市分配獎(jiǎng)勱名額的由地、市決定）。一、參考答案（14分）分析表格中頻率和弦長(zhǎng)兩行數(shù)據(jù)可知，均勻拉緊的琴弦發(fā)音頻率與弦長(zhǎng)近似成反比。（4分）對(duì)于中央C和A有： 所以，弦長(zhǎng)一行第6格的數(shù)值為： (5分)對(duì)于中央C和B有：所以，頻率一行第7格的數(shù)值為： (5分)二、參考答案（14分）假設(shè)截面積為時(shí)的壓強(qiáng)差為，流速為，假設(shè)截面積為時(shí)的壓強(qiáng)為，流速為；依題意可列方程： （3分） （3分）由、兩式可得： （2分）又相同的時(shí)間內(nèi)流過(guò)同樣體積的血液，所以有： （2分）由式可得 （2分）式代入式可得 1即，說(shuō)明血管變細(xì)血壓增高，血管變細(xì)可能是誘發(fā)高血壓的重要因素之一。（2分）三、

11、參考答案（16分）1.（共10分）（1）方法一，由表中三種鍋爐型號(hào)的代碼表示中可知，第一種鍋爐的功率為0.7MW。 方法二，已知三種型號(hào)的鍋爐熱效率相同，則： 由、兩式可得： (2分)所以，CWNG0.7-80/60-AII鍋爐的功率為0.7MW。（2）由上述的、兩式可得： (2分)所以，CWHG1.05-80/60-AII鍋爐的耗煤量是217.5kg/h。（3）供暖面積與循環(huán)水量或鍋爐功率成正比，即 (3分)所以，CWNG1.05-80/60-AII鍋爐的供暖面積為。（4）鍋爐所做功可視為水循環(huán)放出的熱量，即W=Q 由、兩式可得： (3分)所以，CWNG0.7-80/60-AII鍋爐的循環(huán)水

12、量為。2.（3分）按表格中的出水溫度和回水溫度，以及循環(huán)水量，計(jì)算鍋爐每小時(shí)向住宅釋放的能量。依據(jù)3.（3分）由：得 四、參考答案（16分）接通開(kāi)關(guān)時(shí)，電能表測(cè)出的是所有用電器在100s內(nèi)消耗的總電能 （1分）斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，電能表測(cè)出的就是李明家其他用電器在60s內(nèi)消耗的電能（1分）斷開(kāi)開(kāi)關(guān)前后的功率分別為： （1分） （1分）所以，實(shí)驗(yàn)支路的串聯(lián)（總）功率為： （2分）實(shí)驗(yàn)支路的總電阻為： （1分）電熱暖手器的電阻為： （2分）所以，電熱暖手器的額定電壓為： （2分）在上述計(jì)算中，忽略了溫度對(duì)電阻的影晌。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，電熱暖手器的實(shí)際電壓為：，小于其額定電壓 （2分）由于電流的熱效應(yīng)，溫度升高

13、，電阻增大，電熱暖手器在額定電壓下（正常）工作時(shí)，其電阻會(huì)大于，故其實(shí)際的額定電壓也會(huì)大于測(cè)量值109V，因此忽略溫度對(duì)電阻的影響，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏小。 （3分）五、參考答案（20分）1.（12分）電路如下圖所示。閉合開(kāi)關(guān)（此時(shí)開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài)），電泵運(yùn)轉(zhuǎn)，開(kāi)始注水。隨著蓄水池中水位的逐漸升高，浮子A帶動(dòng)金屬觸頭B上移，當(dāng)升到最高水位時(shí)，閉合，接通電磁鐵線圈，銜鐵被吸下來(lái)，使開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，切斷電泵的電源，停止抽水。與此同時(shí)K4接通，由于K4與K1為并聯(lián)，所以當(dāng)水位下降使斷開(kāi)時(shí)，電磁鐵線圈仍處于接通狀態(tài)，電泵保持停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)水位下降到最低點(diǎn)時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，接通電磁鐵線圈，銜鐵被吸下來(lái)，使開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，切斷

14、電磁鐵線圈的電源，銜鐵釋放，使開(kāi)關(guān)閉合，接通電泵的電源，再次注水。如此循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注水。K1BCAK5E2D2F2D1F1E1K3K4電源源源源源S1S2M注：可以采用分步驟累計(jì)分?jǐn)?shù)的方法。能連接電機(jī)的供電電路，并將連入電路。 （2分）能將與電源連通，再將連入， （2分）再將連入，再將與關(guān)聯(lián) （2分）能將與電源連通，再將連入。 （2分）文字?jǐn)⑹鲆蠛?jiǎn)潔，條理清晰 （4分）2.（4分）由圖知，浮子上浮接通電路，必須滿足： 由阿基米德定律可得， （4分） 即要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注水的要求，浮子的最小體積是 （4分）3.（4分）需要知道水的密度，測(cè)出蓄水池的半徑R、蓄水池中最低和最高水位的高度差、蓄水池距井水面的高度，電泵抽水時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)做功把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 （1分） （2分）計(jì)算過(guò)程中，完全按理想狀態(tài)考慮，忽略能量的損失。 （1分）六、參考答案 （20分）1.（4分）該發(fā)動(dòng)機(jī)的效率最高為： （4分）2.（8分）， 每秒鐘的做功沖程