2014年第二十四屆全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽——復(fù)賽試卷

1、2014年第24屆“巨人杯”全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽試卷一、（16分）（2014復(fù)）1（16分）請(qǐng)利用現(xiàn)有器材：一塊大小合適且質(zhì)地不一定均勻的木板，一把量程為2m的卷尺，一臺(tái)能夠測(cè)量人體質(zhì)量的磅秤（如圖所示），磚塊若干塊設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量人體重心位置的方案要求寫出測(cè)量步驟和測(cè)量結(jié)果的表達(dá)式二、（16分）（2014復(fù)）2（16分）小明的媽媽為了方便早餐時(shí)喝上豆?jié){，買了一臺(tái)全自動(dòng)豆?jié){機(jī)，如圖甲所示圖乙所示為豆?jié){機(jī)的主要結(jié)構(gòu)：中間部位是一個(gè)連接著刀頭的電動(dòng)機(jī)，用來(lái)將原料進(jìn)行粉碎打漿；電熱管負(fù)責(zé)對(duì)液體加熱煮沸下表是這個(gè)豆?jié){機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型 號(hào)額定電壓220V額定頻率50Hz電機(jī)功率180W加熱功率80

2、0W容 量1000mL小明想探究一下豆?jié){機(jī)工作的具體過(guò)程以及耗電情況，在某次使用之前，先查看了他家的單相電子電能表，上面注明1600imp/kWh，之后，他關(guān)閉其他所有家用電器，將浸泡好的適量黃豆和l000cm3的清水放入豆?jié){機(jī)的杯體，啟動(dòng)自動(dòng)控制鍵，開始用鐘表計(jì)時(shí)的同時(shí)記錄電能表上面的發(fā)光二極管閃爍的次數(shù)，豆?jié){機(jī)按“加熱一預(yù)打漿一加熱一打漿一煮漿一防溢延煮”的程序正常工作直至豆?jié){機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警，提示豆?jié){已做好從啟動(dòng)自動(dòng)控制鍵至豆?jié){機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警，整個(gè)過(guò)程用時(shí)20min，電能表上面的發(fā)光二極管閃爍了320次其中、三個(gè)過(guò)程為電熱絲單獨(dú)不間斷工作，而、為電機(jī)單獨(dú)間歇工作，此過(guò)程中電動(dòng)機(jī)累計(jì)工作時(shí)間

3、為2min，為電熱絲單獨(dú)間歇工作請(qǐng)回答：（1）、兩個(gè)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)為什么要間歇工作？（2）在豆?jié){機(jī)工作的20min內(nèi)，消耗的電能為多少kWh？（3）在豆?jié){機(jī)工作的20min內(nèi)，電熱絲和電機(jī)都不工作的時(shí)間為多少min？三、（16分）（2014復(fù)）3（16分）下表所示為某品牌的空調(diào)器銘牌上的部分參數(shù)，其中KFRD表示該空調(diào)為家用分體式具有電輔熱功能的冷暖空調(diào)器請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，回答下面的問(wèn)題（已知：空氣的密度為1.29kg/m3，空氣的比熱容取103J/（kg）注：空調(diào)的電輔熱功能有兩方面的作用，一是在室外溫度不太低時(shí)開啟電輔熱功能可以增加制熱量，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的快速提升，二是當(dāng)室外溫度很低，空調(diào)器

4、的壓縮機(jī)制熱效能過(guò)低時(shí)，開啟電輔熱功能可以輔助制熱，彌補(bǔ)單純靠壓縮機(jī)工作制熱量不足的問(wèn)題XXXKFRD23GW/Z1分體式房間空調(diào)器電源IPH220V50Hz制冷運(yùn)行制冷量2300W額定輸入功率830W制熱運(yùn)行制熱量2600W額定輸入功率780W電熱功率500W（1）如果房間的面積為15m2，高度為2.6m，問(wèn)：如果按照表中的數(shù)據(jù)工作，該空調(diào)器至少多長(zhǎng)時(shí)間才能將室內(nèi)的空氣由10加熱升高至20？（2）在l中，若室外溫度不太低，實(shí)際加熱時(shí)間約為4.0min，則在利用空調(diào)器對(duì)室內(nèi)空氣加熱的過(guò)程中，室內(nèi)空氣向外散熱的平均功率約為多少？空調(diào)器總共消耗的電能為多少？（3）該空調(diào)器在制冷時(shí)的額定輸入功率為8

5、30W，而它的制冷量卻是2300W，比輸入功率還要大，這是為什么？四、（16分）（2014復(fù)）4（16分）機(jī)器人小組的同學(xué)要制作一個(gè)能自己從椅子上站起的機(jī)器人，如圖1所示他們已經(jīng)完成的部分如圖2甲所示：Ol和O2為兩個(gè)關(guān)節(jié)（所有關(guān)節(jié)處均安裝有馬達(dá)，可使關(guān)節(jié)在一定范圍內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)）：當(dāng)機(jī)器人的上半身、小腿均垂直于大腿坐在椅子上時(shí)，上半身可以繞O1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30角、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90角，小腿只能繞O2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90角，如圖2乙所示；O1以上的上半身總長(zhǎng)50cm，總質(zhì)量為11.2kg，其重心G1位于Ol正上方25cm處；在Ol和O2水平連線上的大腿部分長(zhǎng)25cm，兩只大腿的總質(zhì)量為4.8kg，其重心G2位

6、于Ol和O2連線的中點(diǎn)：O2以下的小腿和腳總長(zhǎng)27cm，兩只小腿和腳的總質(zhì)量為4.8kg，其重心位于O2正下方6cm處；其中腳在水平面上的前后長(zhǎng)度為l0cm且過(guò)O2的豎直線恰好將腳分為對(duì)稱的兩半現(xiàn)還需在O1正上方40cm的O3處，為機(jī)器人安裝兩只手臂（如圖2丙所示，大臂可繞關(guān)節(jié)O3轉(zhuǎn)動(dòng)360角、小臂可繞關(guān)節(jié)O4逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90角，如圖2乙所示；大臂和小臂的長(zhǎng)度相等，重心位于整只手臂的中心點(diǎn)）根據(jù)所使用的材料，已知每一只手臂的質(zhì)量和長(zhǎng)度的關(guān)系為“每lcm長(zhǎng)度手臂的質(zhì)量為0.06kg”請(qǐng)你從理論上計(jì)算出機(jī)器人的整只手臂至少需要多長(zhǎng)，才能使機(jī)器人能夠從圖2甲所示的坐姿自己站起來(lái)五、（18分）（2014

7、復(fù)）5（18分）如圖1所示為油田開采石油的抽油系統(tǒng)，由抽油機(jī)、抽油桿和抽油泵等部分組成抽油泵的原理與活塞式抽水機(jī)類似；抽油機(jī)通過(guò)抽油桿，帶動(dòng)抽油泵的活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將油層中的原油抽至地面（l）抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2甲所示。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿推動(dòng)游梁和驢頭繞支點(diǎn)O往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。驢頭的外側(cè)為一段以O(shè)為圓心的圓弧，它可以確保游梁轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上端固定在驢頭外側(cè)某一點(diǎn)上的鋼絲繩對(duì)懸點(diǎn)的拉力始終在同一條豎直線上已知驢頭外側(cè)圓弧的半徑為L(zhǎng)1，支點(diǎn)O到連桿和游梁連接處的（沿游梁方向）長(zhǎng)度為L(zhǎng)2游梁和驢頭受到的總重力為G，支點(diǎn)O到游梁和驢頭的重心的（沿游梁方向）長(zhǎng)度為L(zhǎng)3若當(dāng)驢頭通過(guò)鋼絲繩拉動(dòng)懸點(diǎn)保持靜止、懸點(diǎn)

8、處受到豎直向下的拉力為F、游梁和水平線的夾角為時(shí)，連桿對(duì)游梁的拉力方向豎直向下，請(qǐng)你求出該拉力的大小（2）抽油泵處的示意圖如圖2乙所示抽油泵包括活塞、排出閥、吸入閥、油管等組成部分，請(qǐng)說(shuō)明抽油泵的工作原理由于油層內(nèi)的壓強(qiáng)，當(dāng)套管插入油層時(shí)，原油的液面會(huì)自動(dòng)上升到一定高度再通過(guò)抽油泵，可進(jìn)一步將原油吸至地面用回聲儀可以測(cè)出原油液面距地面的深度在套管中插入油管時(shí)，需保證抽油泵始終在原油液面之下已知在某油田，地面的回聲儀發(fā)出聲波，時(shí)間后接收到回聲（空氣中聲速為v）；所安裝的抽油桿的總長(zhǎng)度為，（單位長(zhǎng)度抽油桿的質(zhì)量為m），橫截面積為Sl，活塞的橫截面積為S2，原油的密度為現(xiàn)要將原油抽至地面，抽油桿和活

9、塞勻速上升時(shí)，受到的總摩擦阻力為f1，抽油桿和活塞勻速下降時(shí)，受到的總摩擦阻力為f2請(qǐng)分別估算當(dāng)抽油桿勻速豎直向上提升、勻速豎直下降時(shí)，懸點(diǎn)處受到豎直向下的拉力（套管和油管中，原油液面上方的氣壓相同；地面下的抽油桿長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于懸點(diǎn)距地面的高度）六、（18分）（2014復(fù)）6（18分）小明地鐵時(shí)發(fā)現(xiàn)，在地鐵離開某一站之后不久，透過(guò)地鐵的車窗，可以看見(jiàn)黑洞洞的地鐵隧道墻壁上出現(xiàn)了一小段動(dòng)畫廣告，如圖甲所示他很好奇，就上網(wǎng)查到了這種技術(shù)的原理：事先用電腦制作好一段動(dòng)畫，再通過(guò)軟件將動(dòng)畫的每一幀畫面逐列的以一定的時(shí)間間隔發(fā)送到一根長(zhǎng)約1m的LED（半導(dǎo)體發(fā)光二極管）顯示柱上，每根顯示柱約有600個(gè)LED

10、，如圖乙所示，每根顯示柱只接收同一幅畫面的信號(hào)地鐵列車通過(guò)時(shí)同步感應(yīng)器驅(qū)動(dòng)顯示柱同步發(fā)光，隨著列車以某個(gè)速度行駛，由于視覺(jué)暫留效應(yīng)（人眼在觀察景物時(shí)，光信號(hào)傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間，光的作用結(jié)束后，視覺(jué)形象并不立即消失，而是會(huì)保留約十分之一秒，視覺(jué)的這一現(xiàn)象稱為“視覺(jué)暫留”），就會(huì)在人眼中形成一幅幅靜止的具有一定寬度的靜止畫面，每個(gè)顯示柱形成的略有變化的畫面在掠過(guò)乘客眼中時(shí)，就會(huì)像放電影一樣形成一小段動(dòng)畫廣告了試根據(jù)以上數(shù)據(jù)估算：（1）假如要在乘客眼前形成流暢的動(dòng)畫，需要在地鐵車窗外每秒出現(xiàn)24幅寬度約90cm的畫面，列車的速度應(yīng)該是多少km/h？（2）要想展示一個(gè)20s的動(dòng)畫廣告，

11、每?jī)烧局g一共需要多少個(gè)LED顯示柱？（3）如果某時(shí)刻乘客發(fā)現(xiàn)動(dòng)畫的畫面向車行的前方緩慢移動(dòng)，是因?yàn)閷?shí)際車速與設(shè)計(jì)的速度相比偏大還是偏??？（4）若每個(gè)LED的耗電功率為直流0.03W，假設(shè)將交流電轉(zhuǎn)化為直流電時(shí)的效率為80%，某條地鐵線路一共有16個(gè)站點(diǎn)（含起點(diǎn)與終點(diǎn)站），地鐵經(jīng)過(guò)每個(gè)相鄰站間均有20s的動(dòng)畫廣告，每天每根LED顯示柱均累計(jì)工作2h，則這條雙向的地鐵隧道中，僅LED顯示柱發(fā)光每天就會(huì)消耗多少kWh的電能？2014年第24屆“巨人杯”全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽試卷參考答案與試題解析一、（16分）1（16分）請(qǐng)利用現(xiàn)有器材：一塊大小合適且質(zhì)地不一定均勻的木板，一把量程為2m的卷尺

12、，一臺(tái)能夠測(cè)量人體質(zhì)量的磅秤（如圖所示），磚塊若干塊設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量人體重心位置的方案要求寫出測(cè)量步驟和測(cè)量結(jié)果的表達(dá)式考點(diǎn)：控制變量法與探究性實(shí)驗(yàn)方案菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：探究型實(shí)驗(yàn)綜合題分析：重力在物體上的作用點(diǎn)叫做重心，質(zhì)地均勻，外形規(guī)則的物體的重心在物體的幾何中心上解答：答：測(cè)量步驟：（1）將磅秤置于水平地面后，調(diào)節(jié)平衡（調(diào)零）；（2）用磅秤測(cè)量人體的質(zhì)量，記為m1；（3）將磚塊橫向立放于磅秤載物臺(tái)中央位置，木板一端置于磚塊上，另一端用磚塊墊起使木板與地面平行，記錄磅秤的示數(shù)m0；（4）被測(cè)量的人平躺在木板上，腳底與磅秤外的一端平齊，記錄磅秤的示數(shù)m；（5）用卷尺測(cè)得木板的長(zhǎng)度為L(zhǎng)設(shè)人的重心

13、到腳底的距離為h，根據(jù)杠桿平衡條件得：（mm0）gL=m1ghh=L點(diǎn)評(píng)：本題考查了學(xué)生對(duì)重心以及杠桿平衡條件的掌握，注重了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾槎?、?6分）2（16分）小明的媽媽為了方便早餐時(shí)喝上豆?jié){，買了一臺(tái)全自動(dòng)豆?jié){機(jī)，如圖甲所示圖乙所示為豆?jié){機(jī)的主要結(jié)構(gòu)：中間部位是一個(gè)連接著刀頭的電動(dòng)機(jī)，用來(lái)將原料進(jìn)行粉碎打漿；電熱管負(fù)責(zé)對(duì)液體加熱煮沸下表是這個(gè)豆?jié){機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型 號(hào)額定電壓220V額定頻率50Hz電機(jī)功率180W加熱功率800W容 量1000mL小明想探究一下豆?jié){機(jī)工作的具體過(guò)程以及耗電情況，在某次使用之前，先查看了他家的單相電子電能表，上面注明1600imp/kWh，之后，他關(guān)閉

14、其他所有家用電器，將浸泡好的適量黃豆和l000cm3的清水放入豆?jié){機(jī)的杯體，啟動(dòng)自動(dòng)控制鍵，開始用鐘表計(jì)時(shí)的同時(shí)記錄電能表上面的發(fā)光二極管閃爍的次數(shù)，豆?jié){機(jī)按“加熱一預(yù)打漿一加熱一打漿一煮漿一防溢延煮”的程序正常工作直至豆?jié){機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警，提示豆?jié){已做好從啟動(dòng)自動(dòng)控制鍵至豆?jié){機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警，整個(gè)過(guò)程用時(shí)20min，電能表上面的發(fā)光二極管閃爍了320次其中、三個(gè)過(guò)程為電熱絲單獨(dú)不間斷工作，而、為電機(jī)單獨(dú)間歇工作，此過(guò)程中電動(dòng)機(jī)累計(jì)工作時(shí)間為2min，為電熱絲單獨(dú)間歇工作請(qǐng)回答：（1）、兩個(gè)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)為什么要間歇工作？（2）在豆?jié){機(jī)工作的20min內(nèi)，消耗的電能為多少kWh？（3）在豆?jié){機(jī)工作

15、的20min內(nèi)，電熱絲和電機(jī)都不工作的時(shí)間為多少min？考點(diǎn)：電功與熱量的綜合計(jì)算菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：電和熱綜合題分析：（1）豆?jié){機(jī)是由電熱管和電動(dòng)機(jī)并聯(lián)連接，而豆?jié){機(jī)的電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，電熱管不工作；電熱管工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)不工作；（2）1600imp/kWh表示每消耗1kWh指示燈閃爍1600次，然后進(jìn)一步求出指示燈閃爍320次消耗的電能；（3）根據(jù)W=Pt求出電動(dòng)機(jī)消耗的電能；根據(jù)消耗的總電能和電動(dòng)機(jī)消耗的電能求出電熱絲消耗的電能，再利用P=的變形公式求出電熱絲工作的時(shí)間，最后根據(jù)豆?jié){機(jī)工作的時(shí)間和電熱絲工作的時(shí)間即可求出電熱絲和電機(jī)都不工作的時(shí)間解答：解：（1）兩個(gè)過(guò)程為打漿過(guò)程，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)

16、動(dòng)，刀頭也停止旋轉(zhuǎn)，在水和黃豆停止流動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)突然帶動(dòng)刀頭再次高速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)黃豆由于慣性仍然保持靜止，這樣才能更有效將黃豆打碎，如此反復(fù)，最終將黃豆打成細(xì)小的顆粒，經(jīng)加熱后成為豆?jié){；（2）消耗的電能：W=kWh=0.2kWh=7.2105J=0.2kWh；（3）電動(dòng)機(jī)消耗的電能：W電動(dòng)機(jī)=P電動(dòng)機(jī)t電動(dòng)機(jī)=180W260s=2.16104J；電熱絲消耗的電能：W電熱絲=WW電動(dòng)機(jī)=7.2105J2.16104=6.984105J；由P=可得，電熱絲工作的時(shí)間：t電熱絲=873s=14.6min；電熱絲和電機(jī)都不工作的時(shí)間：t=20min14.6min=3.4min答：（1）兩個(gè)過(guò)程為打漿過(guò)程

17、，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，刀頭也停止旋轉(zhuǎn)，在水和黃豆停止流動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)突然帶動(dòng)刀頭再次高速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)黃豆由于慣性仍然保持靜止，這樣才能更有效將黃豆打碎，如此反復(fù)，最終將黃豆打成細(xì)小的顆粒，經(jīng)加熱后成為豆?jié){；（2）在豆?jié){機(jī)工作的20min內(nèi)，消耗的電能為0.2kWh；（3）在豆?jié){機(jī)工作的20min內(nèi)，電熱絲和電機(jī)都不工作的時(shí)間為14.6min點(diǎn)評(píng)：本題考查豆?jié){機(jī)的工作原理、消耗電能和時(shí)間的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，難點(diǎn)是根據(jù)題意分析出豆?jié){機(jī)的工作原理三、（16分）3（16分）下表所示為某品牌的空調(diào)器銘牌上的部分參數(shù)，其中KFRD表示該空調(diào)為家用分體式具有電輔熱功能的冷暖空調(diào)器請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，

18、回答下面的問(wèn)題（已知：空氣的密度為1.29kg/m3，空氣的比熱容取103J/（kg）注：空調(diào)的電輔熱功能有兩方面的作用，一是在室外溫度不太低時(shí)開啟電輔熱功能可以增加制熱量，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的快速提升，二是當(dāng)室外溫度很低，空調(diào)器的壓縮機(jī)制熱效能過(guò)低時(shí)，開啟電輔熱功能可以輔助制熱，彌補(bǔ)單純靠壓縮機(jī)工作制熱量不足的問(wèn)題XXXKFRD23GW/Z1分體式房間空調(diào)器電源IPH220V50Hz制冷運(yùn)行制冷量2300W額定輸入功率830W制熱運(yùn)行制熱量2600W額定輸入功率780W電熱功率500W（1）如果房間的面積為15m2，高度為2.6m，問(wèn)：如果按照表中的數(shù)據(jù)工作，該空調(diào)器至少多長(zhǎng)時(shí)間才能將室內(nèi)的空氣由

19、10加熱升高至20？（2）在l中，若室外溫度不太低，實(shí)際加熱時(shí)間約為4.0min，則在利用空調(diào)器對(duì)室內(nèi)空氣加熱的過(guò)程中，室內(nèi)空氣向外散熱的平均功率約為多少？空調(diào)器總共消耗的電能為多少？（3）該空調(diào)器在制冷時(shí)的額定輸入功率為830W，而它的制冷量卻是2300W，比輸入功率還要大，這是為什么？考點(diǎn)：電功與熱量的綜合計(jì)算菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：電和熱綜合題分析：（1）由表可知空調(diào)的制冷功率，先根據(jù)m=V求出空調(diào)需要制冷空氣的質(zhì)量，再根據(jù)Q=cmt求出空調(diào)需要吸收的熱量；利用t=求出需要的制冷時(shí)間（2）根據(jù)功率的計(jì)算公式以及額定功率和實(shí)際功率即可求出散熱功率；根據(jù)制熱時(shí)的制熱輸入功率和電熱功率以及W=Pt

20、即可求出空調(diào)器總共消耗的電能；（3）從物態(tài)變化以及吸熱、放熱的特點(diǎn)進(jìn)行分析解答：解：（1）室內(nèi)空氣體積：V=15m22.6m=39m3；空調(diào)需要制熱空氣的質(zhì)量：m=V=1.29kg/m339m3=50.31kg；空調(diào)需要放出的熱量：Q放=c空氣mt=1.0103J/（kg）50.31kg（2010）=5.03105J；由P=可得，將室內(nèi)溫度從10調(diào)升至20，需要的時(shí)間：t=162.3s=2.7min；（2）散熱功率：P散熱=P=3100W=1000W；空調(diào)器總共消耗的電能：W=Pt=（500W+780W）460s=3.07105J；（3）空調(diào)器在工作過(guò)程中，壓縮機(jī)通過(guò)使工作物質(zhì)不斷發(fā)生液化和汽

21、化，將室內(nèi)的熱量搬至室外，因此壓縮機(jī)消耗的功率可以小于制冷功率故答案為：（1）該空調(diào)器至少2.7min才能將室內(nèi)的空氣由10加熱升高至20；（2）在利用空調(diào)器對(duì)室內(nèi)空氣加熱的過(guò)程中，室內(nèi)空氣向外散熱的平均功率約為1000W；空調(diào)器總共消耗的電能為3.07105J；（3）空調(diào)器在工作過(guò)程中，壓縮機(jī)通過(guò)使工作物質(zhì)不斷發(fā)生液化和汽化，將室內(nèi)的熱量搬至室外，因此壓縮機(jī)消耗的功率可以小于制冷功率點(diǎn)評(píng)：本題考查了物態(tài)變化過(guò)程吸放熱現(xiàn)象，質(zhì)量的計(jì)算，物體吸放熱量的計(jì)算，電功、電功率的計(jì)算等；涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)，難度較大四、（16分）4（16分）機(jī)器人小組的同學(xué)要制作一個(gè)能自己從椅子上站起的機(jī)器人，如

22、圖1所示他們已經(jīng)完成的部分如圖2甲所示：Ol和O2為兩個(gè)關(guān)節(jié)（所有關(guān)節(jié)處均安裝有馬達(dá)，可使關(guān)節(jié)在一定范圍內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)）：當(dāng)機(jī)器人的上半身、小腿均垂直于大腿坐在椅子上時(shí)，上半身可以繞O1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30角、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90角，小腿只能繞O2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90角，如圖2乙所示；O1以上的上半身總長(zhǎng)50cm，總質(zhì)量為11.2kg，其重心G1位于Ol正上方25cm處；在Ol和O2水平連線上的大腿部分長(zhǎng)25cm，兩只大腿的總質(zhì)量為4.8kg，其重心G2位于Ol和O2連線的中點(diǎn)：O2以下的小腿和腳總長(zhǎng)27cm，兩只小腿和腳的總質(zhì)量為4.8kg，其重心位于O2正下方6cm處；其中腳在水平面上的前后長(zhǎng)度為l0cm且過(guò)O

23、2的豎直線恰好將腳分為對(duì)稱的兩半現(xiàn)還需在O1正上方40cm的03處，為機(jī)器人安裝兩只手臂（如圖2丙所示，大臂可繞關(guān)節(jié)O3轉(zhuǎn)動(dòng)360角、小臂可繞關(guān)節(jié)04逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90角，如圖2乙所示；大臂和小臂的長(zhǎng)度相等，重心位于整只手臂的中心點(diǎn)）根據(jù)所使用的材料，已知每一只手臂的質(zhì)量和長(zhǎng)度的關(guān)系為“每lcm長(zhǎng)度手臂的質(zhì)量為0.06kg”請(qǐng)你從理論上計(jì)算出機(jī)器人的整只手臂至少需要多長(zhǎng)，才能使機(jī)器人能夠從圖2甲所示的坐姿自己站起來(lái)考點(diǎn)：杠桿的平衡條件菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：簡(jiǎn)單機(jī)械分析：重力的方向是豎直向下的，機(jī)器人站起克服自身的重力，需要將自己的重心移動(dòng)到腳面上方的范圍內(nèi)； 根據(jù)機(jī)器人受力分析圖，把機(jī)器人看作是一個(gè)

24、杠桿，手臂取最短長(zhǎng)度時(shí)，身體處于平衡狀態(tài)時(shí)，分別表示出上半身受到的重力、兩只大腿受到的重力、兩只小腿受到的重力和腳受到的總重力及其各力臂；再表示出則兩只手臂受到的總重力，機(jī)器人的整只手臂的最短長(zhǎng)度為；最后根據(jù)杠桿平衡原理F1L1=F2L2，列出方程解答解答：解：（1）機(jī)器人在從座椅上向上站起來(lái)之前，必須先將自己的重心移動(dòng)到腳面上方的范圍內(nèi)（2）機(jī)器人手臂取最短長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)滿足條件為：機(jī)器人上半身繞O1點(diǎn)前傾（順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)）30角，同時(shí)水平向前伸直兩只手臂，整個(gè)機(jī)器人的重心剛好落在腳后跟的正上方如圖答1所示：（3）上半身受到的重力G1=m1g=11.2kgg，由幾何關(guān)系到腳后跟的力臂為7.5cm；兩

25、只大腿受到的總重力G2=m2g=4.8kgg，由幾何關(guān)系到腳后跟的力臂為7.5cm；兩只小腿和腳受到的總重力G3=m2g=4.8kgg，由幾何關(guān)系到腳后跟的力臂為5cm（4）設(shè)機(jī)器人的整只手臂的最短長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則兩只手臂受到的總重力G4=mg=20.06kg/cmLg；（5）由幾何關(guān)系到腳后跟的力臂為，由此列出方程：11.2kgg7.5cm+7.5cm=4.8kgg5cm+20.06kg/cmgL，解得：L=40cm答：從理論上機(jī)器人的整只手臂至少需要40cm，能使機(jī)器人能夠從圖2甲所示的坐姿自己站起來(lái)點(diǎn)評(píng)：本題考查了杠桿平衡原理在實(shí)際生活中的靈活應(yīng)用，需要學(xué)生有較強(qiáng)的分析能力，屬于難題，能夠?qū)?/p>

26、力和力臂的正確分析是解答此題的關(guān)鍵五、（18分）5（18分）如圖1所示為油田開采石油的抽油系統(tǒng)，由抽油機(jī)、抽油桿和抽油泵等部分組成抽油泵的原理與活塞式抽水機(jī)類似；抽油機(jī)通過(guò)抽油桿，帶動(dòng)抽油泵的活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將油層中的原油抽至地面（l）抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2甲所示電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿推動(dòng)游梁和驢頭繞支點(diǎn)O往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)驢頭的外側(cè)為一段以O(shè)為圓心的圓弧，它可以確保游梁轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上端固定在驢頭外側(cè)某一點(diǎn)上的鋼絲繩對(duì)懸點(diǎn)的拉力始終在同一條豎直線上已知驢頭外側(cè)圓弧的半徑為L(zhǎng)1，支點(diǎn)O到連桿和游梁連接處的（沿游梁方向）長(zhǎng)度為L(zhǎng)2游梁和驢頭受到的總重力為G，支點(diǎn)O到游梁和驢頭的重心的（沿游梁方向）長(zhǎng)度為L(zhǎng)3

27、若當(dāng)驢頭通過(guò)鋼絲繩拉動(dòng)懸點(diǎn)保持靜止、懸點(diǎn)處受到豎直向下的拉力為F、游梁和水平線的夾角為時(shí)，連桿對(duì)游梁的拉力方向豎直向下，請(qǐng)你求出該拉力的大小（2）抽油泵處的示意圖如圖2乙所示抽油泵包括活塞、排出閥、吸入閥、油管等組成部分，請(qǐng)說(shuō)明抽油泵的工作原理由于油層內(nèi)的壓強(qiáng)，當(dāng)套管插入油層時(shí)，原油的液面會(huì)自動(dòng)上升到一定高度再通過(guò)抽油泵，可進(jìn)一步將原油吸至地面用回聲儀可以測(cè)出原油液面距地面的深度在套管中插入油管時(shí)，需保證抽油泵始終在原油液面之下已知在某油田，地面的回聲儀發(fā)出聲波，時(shí)間后接收到回聲（空氣中聲速為v）；所安裝的抽油桿的總長(zhǎng)度為，（單位長(zhǎng)度抽油桿的質(zhì)量為m），橫截面積為Sl，活塞的橫截面積為S2，原

28、油的密度為現(xiàn)要將原油抽至地面，抽油桿和活塞勻速上升時(shí)，受到的總摩擦阻力為f1，抽油桿和活塞勻速下降時(shí)，受到的總摩擦阻力為f2請(qǐng)分別估算當(dāng)抽油桿勻速豎直向上提升、勻速豎直下降時(shí)，懸點(diǎn)處受到豎直向下的拉力（套管和油管中，原油液面上方的氣壓相同；地面下的抽油桿長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于懸點(diǎn)距地面的高度）考點(diǎn)：杠桿的平衡條件；速度公式及其應(yīng)用；氣壓計(jì)和抽水機(jī)菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：長(zhǎng)度、時(shí)間、速度；氣體的壓強(qiáng)、流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系；簡(jiǎn)單機(jī)械分析：（1）鋼絲繩對(duì)驢頭的拉力（以及摩擦力）始終沿切線方向，所以拉力（以及摩擦力）對(duì)支點(diǎn)O的力臂不變，游梁和水平線的夾角為已知，根據(jù)力的平衡和余弦定理計(jì)算出拉力大小；（2）根據(jù)活塞的運(yùn)

29、行方向和砝碼的關(guān)閉情況進(jìn)行分析解答；當(dāng)抽油桿勻速豎直向上提升時(shí)，活塞受到的重力遠(yuǎn)小于抽油桿的重力，可忽略，所以懸點(diǎn)的拉力等于抽油桿受到的重力lmg、加上活塞上方的原油受到的總重（S2S1）lg、加上總摩擦力f1（方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，豎直向下）、并減去套管中高出活塞的原油液柱給活塞向上的壓力g（lh）S2；據(jù)此解答；當(dāng)抽油桿勻速豎直下降時(shí)，懸點(diǎn)的拉力等于抽油桿受到的重力lmg、減去總摩擦阻力f2（方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反、豎直向上）、減去抽油管中的原油對(duì)抽油桿的浮力glS1；據(jù)此解答解答：解：（1）由于鋼絲繩對(duì)驢頭的拉力（以及摩擦力）始終沿切線方向，故鋼絲繩拉力（以及摩擦力）對(duì)支點(diǎn)O的力臂始終

30、為L(zhǎng)1，故T連桿=L2cos=FL1+L3cos，T連桿=；（2）活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于活塞上方液柱的壓力，排出閥關(guān)閉由于套管匯總液柱的壓力，吸入閥打開，原油被吸入油管活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸入閥由于受到上方液柱的壓力而關(guān)閉排出閥由于受到活塞下方液柱的壓力而打開，從而將活塞下方的原油壓入活塞上方如此不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用活塞將原油不斷提升至高處設(shè)原油液面到活塞的液柱深度為h，可求出h=，則原油液面到活塞的液柱深度為lh；當(dāng)抽油桿勻速豎直向上提升時(shí)，排出閥關(guān)閉，吸入閥打開，以抽油桿、活塞、油管中活塞上方的原油液柱整體作為研究對(duì)象，懸點(diǎn)的拉力等于抽油桿受到的重力lmg（活塞受到的重力遠(yuǎn)小于抽油桿的重力，可忽略

31、）、加上活塞上方的原油受到的總重（S2S1）lg、加上總摩擦力f1（方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，豎直向下）、并減去套管中高出活塞的原油液柱給活塞向上的壓力g（lh）S2；故T勻速上升=lmg+（S2S1）lg+f1g（lh）S2=lmg+（S2S1）lg+f1g（l）S2；當(dāng)抽油桿勻速豎直下降時(shí)，排出閥打開，吸入閥關(guān)閉；以抽油桿和活塞整體做為研究對(duì)象懸點(diǎn)的拉力等于抽油桿受到的重力lmg（活塞受到的重力遠(yuǎn)小于抽油桿的重力，可忽略）、減去總摩擦阻力f2（方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反、豎直向上）、減去抽油管中的原油對(duì)抽油桿的浮力glS1故T勻速下降=lmgf2glS1答：（1）該拉力的大小為；（2）抽油泵的工

32、作原理為：活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于活塞上方液柱的壓力，排出閥關(guān)閉由于套管匯總液柱的壓力，吸入閥打開，原油被吸入油管活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸入閥由于受到上方液柱的壓力而關(guān)閉排出閥由于受到活塞下方液柱的壓力而打開，從而將活塞下方的原油壓入活塞上方如此不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用活塞將原油不斷提升至高處；當(dāng)抽油桿勻速豎直向上提升、勻速豎直下降時(shí)，懸點(diǎn)處受到豎直向下的拉力分別為：lmg+（S2S1）lg+f1g（l）S2；lmgf2glS1點(diǎn)評(píng)：本題考查了所學(xué)物理知識(shí)在實(shí)際生活中的應(yīng)用，是一道競(jìng)賽題目，難度較大，不易理解六、（18分）6（18分）小明地鐵時(shí)發(fā)現(xiàn)，在地鐵離開某一站之后不久，透過(guò)地鐵的車窗，可以看見(jiàn)黑洞洞的地鐵隧道墻壁上出現(xiàn)了一小段動(dòng)畫廣告，如圖甲所示他很好奇，就上網(wǎng)查到了這種技術(shù)的原理：事先用電腦制作好一段動(dòng)畫，再通過(guò)軟件將動(dòng)畫的每一幀畫面逐列的以一定的時(shí)間間隔發(fā)送到一根長(zhǎng)約1m的LED（半導(dǎo)體發(fā)光二極管）顯示柱上，每根顯示柱約有600個(gè)LED，如圖乙所示，每根顯示柱只接收同一幅畫面的信號(hào)地鐵列車通過(guò)時(shí)同步感應(yīng)器驅(qū)動(dòng)顯示柱同步發(fā)光，隨著列車以某個(gè)速度行駛，由于視覺(jué)暫留效應(yīng)（人眼在觀察景物時(shí)，光信號(hào)傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間，光的作用結(jié)束后，視覺(jué)形