2012年第二十二屆全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽試題及答案

PAGEPAGE2第頁共9頁2012年第二十二屆全國初中應(yīng)用物理競賽復(fù)賽試題注意事項：1．請在密封錢內(nèi)填寫所在地區(qū)、學(xué)校、姓名和考號。2．用藍色或黑色鋼筆、圓珠筆書寫。3．本試卷共有六個大題，滿分為100分。 4．答卷時間:2012年4月15日(星期日)上午9：3011:100。題號一二三四五六總分分數(shù)復(fù)核人得分評卷人一、（16分)某小型汽油發(fā)電機外形如圖1所示，其實質(zhì)是利用一個汽油機帶動一個發(fā)電機來發(fā)電。該發(fā)種電機銘牌部分數(shù)據(jù)如下表所示，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)求：發(fā)動機(汽油機)發(fā)電機型號XGQF5.0型號XGQF5.0額定功率8.3kW額定輸出功率5kW噪聲73db額定輸出電壓220V連續(xù)運行時間8h額定頻率50Hz強制水冷四沖程自動電壓保護圖1(1)在允許的連續(xù)運行時間內(nèi)，發(fā)電機以額定功率輸出，能夠提供的電能是多少度?172教學(xué)網(wǎng)(2)己知汽油的熱值是q=4.6×l07J/kg，密度是0.71×103kg/m3，設(shè)該汽油機的效率為35%，則該汽油發(fā)電機油箱的容積至少需要多大?172教學(xué)網(wǎng)(3)汽油發(fā)電機將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能的效率是多少?網(wǎng)172教學(xué)網(wǎng)得分評卷人二、(16分)長期以來，我國北方地區(qū)城鎮(zhèn)居民的冬季采暖計量一般都按住宅面積收費，導(dǎo)致用戶節(jié)能意識差，造成嚴重的資源浪費。作為建筑節(jié)能的一項基本措施，近幾年部分地區(qū)試點以熱量表作為計量收費的依據(jù)和手段，經(jīng)測算可節(jié)能約20%~30%。172進水回水進水回水測溫三通水量調(diào)節(jié)閥熱量表熱量表熱量計量系統(tǒng)組成用戶圖2表由以下三個部分組成：一只液體流量計，用以測量經(jīng)熱交換的熱水流量；一對用鉑電阻制作的溫度傳感器，分別測量供暖進水和回水溫度；一低功耗的單芯片計算機，根據(jù)與其相連的流量計和溫度傳感器提供的流量和溫度數(shù)據(jù)，利用熱力學(xué)公式可計算出用戶從熱交換系統(tǒng)獲得的熱量，通過液晶顯示器將測量數(shù)據(jù)和計算結(jié)果顯示出來。172教學(xué)網(wǎng)以下是某用戶家中的熱量表的部分參數(shù)，已知水的比熱容取4.2×l03J/(kg·C)，天然氣的燃燒值約為8×107J/m3。最大流量/m3h-12.5測溫范圍/℃4~100溫差范圍/K2~50最大水壓/MPa1.6電源3.6V2Ah電源壽命≥5年（1）試通過以上數(shù)據(jù)計算該型號熱量表能測量的最大供熱功率是多少？（2）在一次要查看熱量表記錄情況時，通過逐次點按計量表上的信息顯示按鈕，液晶顯示器逐項顯示出了下列數(shù)據(jù)：供水溫度：52.5供水溫度：52.5℃回水溫度：49.7℃瞬時流量：0.777m3/h累計熱量：46235.67kW·h工作時間：19104h46min根據(jù)這些數(shù)據(jù)推算，求此次查看時該用戶家平均每小時從暖氣中得到的熱量約為多少J？到此次查看時為止，該用戶從這套供暖系統(tǒng)得到的總能量相當于完全燃燒了多少m3的天然氣？(3)如果出現(xiàn)大風(fēng)降溫天氣，住宅通過外墻散熱的速度會加大。從原理分析，應(yīng)該在家中怎樣調(diào)節(jié)，才能保持室內(nèi)溫度不出現(xiàn)明顯下降。(4)這種型號的熱量表平均耗電功率不超過多大?(5)2010年國家將逐漸在全國推廣使用供熱分戶計量。假設(shè)某城區(qū)在未使用熱量表計費時，一年熱力公司共消耗天然氣40億立方米，現(xiàn)有30%的用戶使用熱量表，在使用后平均每戶節(jié)能20%。按此情況計算，這些使用熱量表的用戶一年可節(jié)約多少天然氣?172教學(xué)網(wǎng)得分評卷人圖6六、（18分）應(yīng)急照明燈是在正常照明電源發(fā)生故障圖6時，能持續(xù)照明而不間斷工作的一類燈具，如圖6所示。應(yīng)急照明燈主要由燈泡(或LED燈珠)、蓄電池、充電器、自動控制電路及相關(guān)部件組成。在照明電源正常情況下，應(yīng)急照明燈通過充電器給蓄電池充電，此時，自動控制電路及相關(guān)部件自動將燈泡(或LED燈珠)與蓄電池斷開不發(fā)光。當照明電路突然停電時，應(yīng)急照明燈通過自動控制電路及相關(guān)部件自動把燈泡(或LED燈珠)跟蓄電池接通，從而實現(xiàn)自動應(yīng)急照明。下表為某型號應(yīng)急照明燈的主要技術(shù)數(shù)據(jù)：輸入電壓充電時間應(yīng)急照明時間應(yīng)急照明時間>90min應(yīng)急照明功率AC220V<24h>90min0.96W×2應(yīng)急照明光源蓄電池種類數(shù)量燈泡額定電壓類別額定電壓容量燈泡2只2.4VNi-Cd2.4V1.8Ah1．在該型號應(yīng)急照明燈剛投入使用階段，待蓄電池充滿電后，可以實現(xiàn)的最長連續(xù)應(yīng)急照明時間為多少?172教學(xué)網(wǎng)2．小蘭跟老師提出自己要設(shè)計并組裝一只簡易的應(yīng)急照明燈。老師告訴她實驗室現(xiàn)有以下器材：雙孔插座及與之配套的插頭1套、小燈泡〈額定電壓：DC3.0~3.4V，額定電流：350mA)4只、電磁繼電器（額定電壓：DC6V；額定電流：0.15A）1套及與之配套的低壓直流電源(輸入電壓：AC220V，輸出電壓：DC6V)1臺、蓄電池(兩端電壓：6V)1只及與之配套的充電器(輸入電壓：AC220V，輸出電壓：DC6.3V)1只、導(dǎo)線(足量)。如圖7所示。(1)請你幫助小蘭在圖7上完成簡易應(yīng)急照明燈的接線。要求如下：17①家庭電路正常工作時，充電器自動給蓄電池充電，各燈泡均不發(fā)光；17②當家庭電路停電時，蓄電池自動給各燈泡供電，使各燈泡均正常發(fā)光，且在一盞小燈炮燈絲燒斷后還應(yīng)該有部分小燈泡能正常工作；72教學(xué)網(wǎng)(2)小明看到小蘭的連接電路后，認為可以去掉低壓直流電源，而將電磁鐵的兩個接線柱直接接在充電器的輸出端。請你分析這樣做不可行的原因。2012年第二十二屆全國初中應(yīng)用物理競賽復(fù)賽試題參考解答和評分標準說明：1．提供的參考解答除選擇題外，不一定都是惟一正確的。對于那些與此解答不同的解答，正確的，同樣得分。2．評分標準只是按一種思路與方法給出的。在閱卷過程中會出現(xiàn)各種不同情況，可按照本評分標準的精神定出具體處理辦法，但不要與本評分標準有較大偏離。3．問答題或計算題是按照分步方法給分的。在評分標準中常常寫出（1）式幾分，（2）式幾分……這里的式子是用來代表步驟的。若考生并未寫出這個式子，而在文字表達或以后的解題過程中反映了這一步驟，同樣得分。沒有寫出任何式子或文字說明，只給出最后結(jié)果的，不能得分。4．參考解答中的數(shù)字結(jié)果是按照有效數(shù)字的運算要求給出的，但對考生不做要求。不要因為有效數(shù)字的錯誤而扣分。5．在最后定獎時．如果得分相同的人數(shù)超過獲獎名額，因而難于選拔時，可對待選試卷進行加分評判。加分評判的基本依據(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）方法簡便，應(yīng)加分；（3）提出多種正確解法，應(yīng)加分；（4）試卷表達規(guī)范，條理清楚，能充分利用數(shù)學(xué)工具，應(yīng)加分。上述各項的執(zhí)行都需由競賽領(lǐng)導(dǎo)小組做出規(guī)定（省統(tǒng)一分配獎勵名額的由省決定，地、市分配獎勵名額的由地、市決定）。一、（16分）解：（1）發(fā)電機能夠提供的電能W電=P電t=5kW×8h=40kW·h…………3分（2）汽油機的效率…………………4分所以油箱的最小容積：……3分（3）汽油發(fā)電機將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能的效率……6分或二、（16分）解：（1）該型號熱量表能測量的最大供熱功率…4分（2）平均每小時從暖氣中得到的熱量…………4分相當于完全燃燒天然氣的體積為：………………2分（3）分析原理可知，為了提高房間內(nèi)暖氣片放出熱量的速度，只需調(diào)節(jié)“水量調(diào)節(jié)閥”，加大熱水瞬時流量即可?！?分（4）熱量表的耗電功率為………………2分（5）相當于節(jié)約的天然氣體積為4×109m3×30%×20%=2.4×108m3…2分三、（16分）解：在自由活塞A上再加放重為G的砝碼時，A活塞對工作液體增加的壓強為…………………2分根據(jù)帕斯卡定律，工作液體對活塞B向上增加的壓力為……………4分又因為活塞B下底面向上減小的氣體壓力為…………4分因為活塞B能夠回到原來的高度，所以………2分即所以待測容器內(nèi)的氣體壓強為………………4分四、（16分）答：1、實驗步驟：（1）用調(diào)好的天平測量小燒杯的質(zhì)量m1；……………2分（2）用小燒杯盛取足量的水，再用天平測量小燒杯和水的質(zhì)量m2；………………2分（3）將水倒入保溫桶內(nèi)，用溫度計測量水的溫度t1；…………………2分（4）提前較長時間將用冰格盛適量水放在冰箱冷凍室里凍成冰塊，用鑷子取適量冰塊放在小燒杯中，迅速用天平測量出基總質(zhì)量m3后，立刻將冰塊倒入保溫桶內(nèi)的水中，蓋緊桶蓋；……………3分（5）輕輕搖晃保溫桶使水溫均勻，并仔細聽聲音，能聽出冰塊熔化完畢后，打開桶蓋，用溫度計測出保溫桶內(nèi)水的溫度t2?！?分2、冰塊的熔化熱的表達式為：………………4分五、（18分）解：1.如圖答1所示，設(shè)鋼絲繩拉電線桿的力為F′，把電線桿看作杠桿，其支點為其粗端端點O。圖答1由杠桿平衡條件，有：……………………2分…………………3分絞盤本質(zhì)上是一個輪軸，若要施工人員對絞盤橫桿的推力F最小，則該力應(yīng)沿水平方向，作用于橫桿末端且與橫桿垂直。在這種情況下，設(shè)所需的最小推力為F?！?分設(shè)絞盤的軸恰好轉(zhuǎn)動一周，則推力推動橫桿末端移動的距離為工人推力總共做的功為：……………………1分絞盤拉動鋼絲繩移動的距離為絞盤對鋼絲繩所做的有用功為：……………1分絞盤的機械效率為……………2分所以………3分2.在整個立桿過程中，電線桿重力G大小不變。隨著電線桿被逐漸拉起，重力G的力臂LG在逐漸減??；而鋼絲繩拉電線桿的力F′的力臂LF′卻在逐漸增大；根據(jù)杠桿的平衡條件：，可知，鋼絲繩拉電線桿的力F′在逐漸減小?！?分又因為，橫桿末端到軸心的距離L、軸的直徑D以及絞盤的效率η不變，所以施工人員對絞盤橫桿的最小推力F也在逐漸減小?！?分3.絞盤離所拉的電線桿適當?shù)剡h一些，其他情況相同時，可以適當?shù)卦龃箐摻z繩對電線桿的拉力F′的力臂LF′，在重力G與重力G的力臂LG相同的前提下，使F'減小，從而可以使施工人員對絞盤橫桿的推力F減小一些?！?分六、（18分）解：1.由該型號應(yīng)急照明燈的主要技術(shù)數(shù)據(jù)可知，其所用燈泡的額定電壓為2.4V，其蓄電池兩端的電壓也是2.4V；由此可知，兩只燈泡應(yīng)并聯(lián)?！?分單只燈泡正常發(fā)光時的電流：…………………2分干路中的總電流：………………1分即蓄電池對外供電電流為：I=0.8A……………1分蓄電池充滿電后，可以實現(xiàn)的最長應(yīng)急照明時間：…2分2．簡易應(yīng)急照明燈的接線如圖答2所示?！?分圖答2說明：上述電路圖的6分具分布如下：=1\*GB3①電磁繼電器的電磁鐵應(yīng)接于低壓直流電源的輸出端?！?分=2\*GB3②充電器給蓄電池充電時應(yīng)注意蓄電池的正、負極。…………2分=3\*GB3③為了保證各小燈泡正常工作，應(yīng)如圖連接?！?分若四個小燈泡接成先并聯(lián)后再串聯(lián)，扣1分。（2）若將電磁鐵的兩個接線柱直接接在充電器兩端，當家庭電路正常工作時，電磁鐵有磁性，吸引銜鐵下移，接通蓄電池充電電路，充電器給蓄電池充電；…………2分當家庭電路停電時，蓄電池與電磁鐵構(gòu)成通路，電磁鐵依然保持磁性，蓄電池?zé)o法為小燈泡供電，小燈泡不能發(fā)光?！?分2012年第二十二屆全國初中應(yīng)用物理競賽復(fù)賽試題注意事項：1.請在密封錢內(nèi)填寫所在地區(qū)、學(xué)校、姓名和考號.2.用藍色或黑色鋼筆、圓珠筆書寫3.本試卷共有六個大題，滿分為100分. 4.答卷時間:2012年4月15日(星期日)上午9：3011:100一、（16分)某小型汽油發(fā)電機外形如圖1所示，其實質(zhì)是利用一個汽油機帶動一個發(fā)電機來發(fā)電。該發(fā)種電機銘牌部分數(shù)據(jù)如下表所示，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)求：發(fā)動機(汽油機)發(fā)電機型號XGQF5.0型號XGQF5.0額定功率8.3kW額定輸出功率5kW噪聲73db額定輸出電壓220V連續(xù)運行時間8h額定頻率50Hz強制水冷四沖程自動電壓保護(1)在允許的連續(xù)運行時間內(nèi)，發(fā)電機以額定功率輸出，能夠提供的電能是多少度?172教學(xué)網(wǎng)(2)己知汽油的熱值是q=4.6xl07J/kg，密度是0.71x103kg/m3，設(shè)該汽油機的效率為35%，則該汽油發(fā)電機油箱的容積至少需要多大?172教學(xué)網(wǎng)(3)汽油發(fā)電機將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能的效率是多少?二、(16分)長期以來，我國北方地區(qū)域鎮(zhèn)居民的冬季來暖計量一般都按住宅面積收費，導(dǎo)致用戶節(jié)能意識差，造成嚴重的資源浪費。作為建筑節(jié)能的一項基本措施，近幾年部分地區(qū)試點以熱量表作為計量收費的依據(jù)和于段，經(jīng)測算可節(jié)能約20%30%。172教學(xué)網(wǎng)如圖2所示，一個完整的熱量表由以下三個部分組成：一只被體流量計，用以測量經(jīng)熱交換的熱水流量；一對用鉛電阻制作的溫度傳感器，分別測量供暖進水和回水溫度；一低功耗的單芯片計算機，根據(jù)與其相連的流量計和溫度傳感器提供的流量和溫度數(shù)據(jù)，利用熱力學(xué)公式可計算出用戶從熱交換系統(tǒng)獲得的熱量，通過液晶顯示器將測量數(shù)據(jù)和計算結(jié)果顯示出來。172教學(xué)網(wǎng)最大流量/m3h-12.5測溫范圍℃4——100溫差范圍/K2~50最大水壓/MPa1.6電源3.6V2Ah電源壽命≥5年以下是某用戶家中的熱量表的部分參數(shù)，已知水的比熱容取4.2xl03J/(kg·C)，天然氣的燃燒值約為8X107J/m3。(1)試通過以上數(shù)據(jù)計算該型號熱量表能測量的最大供熱功率是多少?(2)在一次要查看熱量表記錄情況時，通過逐次點按熱量表上的信息顯示按鈕，液晶顯示器逐項循環(huán)顯示出了下列數(shù)據(jù):172教學(xué)網(wǎng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)推算，求此次查看時該用戶家平均每小時從暖氣中得到的熱量約為多少J?到此次查看時為止，該用戶從這套供暖系統(tǒng)得到的總能量相當于完全燃燒了多少m3的天然氣?172教學(xué)網(wǎng)(3)如果出現(xiàn)大風(fēng)降溫天氣，住宅通過外墻散熱的速度會加大。從原理分析，應(yīng)該在家中怎樣調(diào)節(jié)，才能保持室內(nèi)溫度不出現(xiàn)明顯下降。(4)這種型號的熱量表平均耗電功率不超過多大?(5)2010年國家將逐漸在全國推廣使用供熱分戶計量。假設(shè)某城區(qū)在未使用熱量表計費時，一年熱力公司共消耗天然氣40億立方米，現(xiàn)有30%的用戶使用熱量表，在使用后平均每戶節(jié)能20%。按此情況計算，這些使用熱量表的用戶一年可節(jié)約多少天然氣?172教學(xué)網(wǎng)三、172教學(xué)網(wǎng)（16分）雙活塞氣壓計是一種可以消除活塞自重影響、對低壓'容器內(nèi)的壓強進行測量的裝置。如圖3所示，在甲、乙兩個空腔容器中各有一個活塞A和B，其中活塞A的截面上下一致，稱為自由活塞，其橫截面積為S1；活塞B的上下截面不等，稱為差動活塞，其上下兩部分的橫截面積分別為S2和S3。乙容器的上、下兩部分彼此隔絕，不能相互滲氣、滲油。C為帶有閥門K1的工作液體的接口，工作液體充滿甲容器和乙容器的上部空腔；D為帶有閥門K2的接口，可接待測容器；E為帶有閥門K3的接口，可與抽氣機相連。測量前要先校正零位平衡:K1關(guān)閉，K2打開。D口不連接待測容器，在兩活塞上面放置砝碼(圖中未畫出)。調(diào)節(jié)砝碼的質(zhì)量使兩活塞升起的高度相同。進行測量時，要將待測量的容器接在D口上，并關(guān)閉K2、打開K3，開動抽氣機進行抽氣，待乙容器下部空腔內(nèi)接近真空時，關(guān)閉K3、打開K2，此時差動活塞B己有所下降，在自由活塞A上再加放重為G的砝碼時，A、B兩活塞的上表面恰好能恢復(fù)等高。己知進行測量時大氣壓強為p0.求待測容器內(nèi)氣體的壓強p。172教學(xué)網(wǎng)根據(jù)帕斯卡定律可知:加在密閉液體上的壓強能夠大小不變地被液體向各個方向傳遞。172教學(xué)網(wǎng)1四、（16分）小明看到一句農(nóng)諺：“下雪不冷化雪冷”。他很好奇，想具體了解一下冰雪熔化時究竟要吸收多少熱量。于是查找了資料，知道“熔化熱”的定義是：單位質(zhì)量的某種晶體，在熔化成同溫度的液體時吸收的熱量，叫做這種晶體的熔化熱。他想用實驗測量一下冰的熔化熱，于是找來了一些實驗器材:一架天平和配套的硅碼、一支實驗室溫度計（0——100℃）、一個有密封蓋子的保溫桶、一個小燒杯、一把錘子和一個專門用來在冰箱中凍小冰塊的塑料冰格，又觀察到家里的冰箱面板上顯示冷凍室溫度恒為-18℃。請幫助小明設(shè)計一個用這些器材粗測冰塊熔化熱的方案，要求寫出實驗的步驟和用測量的物理量計算冰的熔化熱λ的表達式(水和冰的比熱容分別用C水和C冰表示)。172教學(xué)網(wǎng)五、（18分）在一些地區(qū)的電力線路敷設(shè)過程中，會使用簡易絞盤將沉重的混凝土電線桿立起來。其主要結(jié)構(gòu)如圖4所示。作業(yè)前，先將絞盤底座牢固地固定在地面上，立桿作業(yè)時，根據(jù)實際需要，安排1~4人分別推動不同的橫桿末端，使橫桿繞軸做順時針轉(zhuǎn)動，這樣系在電線桿上的鋼絲繩就被不斷地纏繞在軸上，電線桿被逐漸拉起并最終堅直站立。己知，某個絞盤的軸直徑D=l0cm，各橫桿末端到軸心的距離L=lm。在一次立桿作業(yè)中，所立的電線桿所受重力G=6200N，長L0=10m，其重心距粗端4m。若在電線桿升至某時刻時的情形如圖5所示，設(shè)此時絞盤的機械效率η=80%，定滑輪的阻力可忽略不計。172教學(xué)網(wǎng)1.若此刻僅有二名施工人員推橫桿，則該施工人員對絞盤橫桿所施加的最小推力F為多少?172教學(xué)網(wǎng)2．在整個立桿過程中，施工人員對絞盤棋桿的最小推力的變化情況如何?3.在立桿作業(yè)時，施工人員一般要求絞盤離所拉的電線桿適當?shù)剡h一些，請定性分析