第二十一屆全國(guó)初中應(yīng)用物理競(jìng)賽復(fù)賽試題及答案

PAGE21第二十一屆全國(guó)初中應(yīng)用物理競(jìng)賽復(fù)賽試題及答案2011年第二十一屆全國(guó)初中應(yīng)用物理競(jìng)賽復(fù)賽試題及答案注意事項(xiàng)：1．請(qǐng)?jiān)诿芊饩€內(nèi)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(shū)寫。3．本試卷共有六個(gè)大題，滿分為100分。4．答卷時(shí)間：2011年4月17日(星期日)上午9：30～11：10。一、(16分)測(cè)定患者的血沉，是醫(yī)學(xué)上用來(lái)幫助醫(yī)生對(duì)病情作出正確判斷的一種手段。把新鮮的血液，加入抗凝劑，靜置一定時(shí)間后形成抗凝血后，紅血球即從血漿中分離出來(lái)而下沉。設(shè)抗凝血是由紅血球和血漿組成的懸浮液，血漿的密度ρ0≈1.0×103kg/m3，紅血球的密度ρ≈1.3×103kg/m3。將抗凝血放進(jìn)豎直放置的血沉管內(nèi)，紅血球起初在血漿中加速下沉，然后一直勻速下沉，其勻速下沉的速度稱為“血沉”。正常人血沉的值大約是=12mm／h。如果把紅血球近似看作半徑為R的小球，它在血漿中下沉?xí)r所受的粘滯阻力為，在室溫下=1.8×10-3Pa﹒s，已知，試根據(jù)以上信息解答下列問(wèn)題：1．紅血球在血漿中為什么先加速下沉后一直勻速下沉?2．計(jì)算紅血球半徑的大小。二、(16分)為了推進(jìn)環(huán)保和節(jié)能理念的實(shí)施，某公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了“風(fēng)光互補(bǔ)路燈”，該路燈只需要曬曬太陽(yáng)吹吹風(fēng)就能工作，如圖l所示。它在有陽(yáng)光時(shí)通過(guò)太陽(yáng)能電池板發(fā)電，有風(fēng)時(shí)通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，二者皆備時(shí)同時(shí)發(fā)電，并將電能輸至蓄電池儲(chǔ)存起來(lái)，供路燈照明使用。為了能使蓄電池的使用壽命更為長(zhǎng)久，一般充電至90％左右即停止，放電余留20％左右即停止電能輸出。下表為某型號(hào)風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)配置方案。問(wèn)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)太陽(yáng)能電池組件最小啟動(dòng)風(fēng)速1.0m/s太陽(yáng)能電池36W最小充電風(fēng)速2.0m/s太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率15%最大限制風(fēng)速12.0m/s蓄電池500Ah-12V最大輸出功率400W大功率LED路燈80W-12V1．當(dāng)風(fēng)速為6．0m／s時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率將變?yōu)?0W，在這種情況下，將蓄電池的電量由20％充至90％需多長(zhǎng)時(shí)間?2．如果當(dāng)?shù)卮怪庇谔?yáng)光的平面得到的太陽(yáng)輻射最大強(qiáng)度約為240W／m2，要想太陽(yáng)能電池的最大功率達(dá)到36W，太陽(yáng)能電池板的面積至少要多大?3．若遇到陰天無(wú)風(fēng)的天氣，僅靠蓄電池供電，最多可供燈具正常發(fā)光多長(zhǎng)時(shí)間?圖1圖1三、(16分)電動(dòng)自行車是倍受人們青睞的一種交通工具，如圖2所示。其主要結(jié)構(gòu)就是在原來(lái)的普通自行車的基礎(chǔ)上，增加了電動(dòng)機(jī)及供電、傳動(dòng)設(shè)備，它可以電動(dòng)騎行，亦可以腳踏騎行。電動(dòng)騎行時(shí)，蓄電池為車上的電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為車提供動(dòng)力；腳踏騎行時(shí)，與普通白行車相同。下表是某型號(hào)電動(dòng)白行車主要技術(shù)參數(shù)。整車整車質(zhì)量40kg最高車速≤30km/h最大噪聲≤62dB蓄電池電壓48V容量12A·電動(dòng)機(jī)額定電壓48V額定功率240W1．仔細(xì)觀察電動(dòng)自行車的構(gòu)造，會(huì)發(fā)現(xiàn)很多地方用到了物理知識(shí)。請(qǐng)仿照下面的示例，再列舉三處應(yīng)用物理知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的事例。示例：電動(dòng)自行車的車座大而扁平，可減小壓強(qiáng)。答：(1)(2)(3)2．當(dāng)一個(gè)初三學(xué)生騎著電動(dòng)自行車在平直的公路上勻速行駛時(shí)，輪胎與地面的總接觸面積約為40cm2，此時(shí)路面受到的壓強(qiáng)約為多大?3．電動(dòng)自行車以額定功率行駛時(shí)通過(guò)電動(dòng)機(jī)線圈的電流是多大?4．蓄電池充足電后儲(chǔ)存的能量是多少?5．在蓄電池充足電后為電動(dòng)機(jī)供電的過(guò)程中，當(dāng)把儲(chǔ)存能量的80％提供給電動(dòng)機(jī)后就應(yīng)進(jìn)行充電。若電動(dòng)機(jī)工作時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為對(duì)自行車輸出機(jī)械能的效率為75％，電動(dòng)自行車在平直的公路上勻速行駛時(shí)受到的阻力為30N，則蓄電池充一次電最多能完全依靠?jī)?chǔ)存的電能連續(xù)行駛多遠(yuǎn)?6．從環(huán)保的角度來(lái)看，與摩托車相比，電動(dòng)自行車有什么優(yōu)缺點(diǎn)?(各列舉一條)圖3四、(16分)家用燃?xì)饪焖贌崴?如圖3所示)是一種方便、快捷且不受天氣影響的洗浴設(shè)備。下表為某品牌家用燃?xì)饪焖贌崴鞯闹饕夹g(shù)數(shù)據(jù)。已知天然氣的熱值為8×107J／m3，水的比熱容為4.2x103J／(kg·℃)。圖3生產(chǎn)許可證XK00-1020044執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB6932-2001型號(hào)JSD-D8JA燃?xì)夥N類天然氣額定燃?xì)鈮簭?qiáng)2000Pa額定熱負(fù)荷16kW適用水壓0.025MPa～0.75MPa額定產(chǎn)熱水能力8L/min(Δt=25K)額定電壓3V(DC)1．為安全使用此熱水器，機(jī)體上印有一些警告，其中一條是這樣說(shuō)的：“氣溫低于0℃時(shí)，用后請(qǐng)打開(kāi)放水塞，放盡機(jī)體內(nèi)存水，再擰緊…”2．試求該型號(hào)家用燃?xì)饪焖贌崴髡９ぷ鲿r(shí)的燒水效率。3．若在額定產(chǎn)熱水能力下進(jìn)行淋浴，一次淋浴總計(jì)加熱時(shí)間為20min，則此次淋浴至少需消耗多少天然氣?4．為防止燃?xì)鉄崴髟跓o(wú)水或水壓過(guò)低時(shí)“干燒”，技術(shù)人員設(shè)計(jì)了很多種“水氣聯(lián)動(dòng)”裝置，實(shí)現(xiàn)通常所說(shuō)的“水到氣到”。圖4就是其中一種“水氣聯(lián)動(dòng)”裝置的原理圖，你能看出它的工作原理嗎?請(qǐng)簡(jiǎn)述它是如何利用“水到”來(lái)控制“氣到”的。5．為了防止熱水器工作過(guò)程中加熱火焰意外熄滅導(dǎo)致燃?xì)庑孤?，技術(shù)人員設(shè)計(jì)了“火滅斷氣”的裝置。如圖5所示為一種“火滅斷氣”裝置的原理圖，請(qǐng)根據(jù)這個(gè)原理圖，簡(jiǎn)述它是怎樣實(shí)現(xiàn)“火滅斷氣”功能的?五、(18分)小芳家里新買了一臺(tái)電熱水器，從“用戶手冊(cè)”中，她獲得了以下資料，請(qǐng)根據(jù)這些資料完成相應(yīng)的計(jì)算：一、外形尺寸(mm)ABCDEF781100196196353434二、技術(shù)數(shù)據(jù)額定功率/W1000/1500/2500額定壓力/MPa0.8額定電壓/V交流220容積/L50頻率/Hz50凈重/kg191．圖6為安裝示意圖，安裝時(shí)要將L形掛鉤用膨脹螺釘固定在承重墻上，上表是熱水器的部分?jǐn)?shù)據(jù)，請(qǐng)估算L形掛鉤受到的最大向下拉力F及對(duì)應(yīng)此時(shí)膨脹螺釘與承重墻體間的摩擦力f.2．這臺(tái)熱水器共有三擋加熱功率，銷售人員曾介紹說(shuō)：熱水器內(nèi)部有兩個(gè)加熱管。請(qǐng)你根據(jù)銷售人員的介紹，猜測(cè)并畫出內(nèi)部加熱電路的主要結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)化的等效電路圖)。然后依據(jù)你的猜想，計(jì)算出每個(gè)加熱管的電阻值。3．產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上標(biāo)明：當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度，停止加熱后，如果水溫降到低于設(shè)定溫度4℃時(shí)，熱水器將自動(dòng)以設(shè)置功率將桶內(nèi)的水加熱至設(shè)定溫度，如此反復(fù)直至手動(dòng)停止加熱。小芳想到了國(guó)家提倡的峰谷電價(jià)制度的有關(guān)規(guī)定：2011年起，本地的分時(shí)電價(jià)為：峰時(shí)段(08：00～22：00)0．6元／度，谷時(shí)段(22：00～次日08：00)0．3元／度。她想，如果每天下午6點(diǎn)洗浴時(shí)需要把20℃的冷水加熱至50℃，可以下午直接加熱，也可以早晨8點(diǎn)前加熱好，讓熱水器自動(dòng)保溫至下午6點(diǎn)，哪種方式更省錢呢?為此她利用熱水器提供的測(cè)溫功能測(cè)量了水溫從50℃降至46℃需要190分鐘，已知c水=4.2×10六、(18分)電動(dòng)木工機(jī)械的發(fā)明和應(yīng)用大大地降低了木工的勞動(dòng)強(qiáng)度，且大幅度地提高了勞動(dòng)效率。木工圓鋸機(jī)就是一種常見(jiàn)的用來(lái)鋸切木料的電動(dòng)木工機(jī)械。如圖7所示為某型號(hào)電動(dòng)木工圓鋸機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)如圖8所示。它采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，通過(guò)皮帶傳動(dòng)的方式帶動(dòng)與圓形鋸盤共軸安裝的皮帶輪，從而帶動(dòng)周邊有齒的圓形鋸盤高速轉(zhuǎn)動(dòng)以鋸開(kāi)木料。它的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表：最大鋸盤直徑mm400最大鋸切厚度mm125配套電動(dòng)機(jī)額定功率kW3額定轉(zhuǎn)速r/min1420額定電壓V380額定電流A5.0額定頻率Hz50型號(hào)Y100L2-4防護(hù)等級(jí)IP441．小明仔細(xì)觀察圓形鋸盤后發(fā)現(xiàn)，圓形鋸盤的周邊除了有齒外，還開(kāi)有圖9所示的很深的縫，縫的底端打有一個(gè)小圓孔，鋸齒部分還比鋸盤部分稍厚一些。請(qǐng)你從物理學(xué)的角度說(shuō)說(shuō)這樣做的道理。2．該型號(hào)電動(dòng)木工圓鋸機(jī)正常工作時(shí)，圖8中的哪一側(cè)皮帶上的拉力較大?并說(shuō)明你做出判斷的理由。3．若測(cè)得與圓形鋸盤共軸安裝的皮帶輪的直徑為9.2cm，電動(dòng)機(jī)的皮帶輪的直徑為11．0cm。電動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷工作時(shí)配套電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械能的效率為90％，則此時(shí)皮帶上較大的拉力與較小的拉力的差值是多大?4．若將皮帶傳動(dòng)的效率看作100％，共軸傳動(dòng)的摩擦損耗不計(jì)。試估算該型號(hào)電動(dòng)木工圓鋸機(jī)安裝最大鋸盤正常工作時(shí)，圓形鋸盤所受到的木料的阻力是多大?

2011年第二十一屆全國(guó)初中應(yīng)用物理競(jìng)賽復(fù)賽試題參考解答與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)試卷來(lái)自于《初中物理在線》說(shuō)明：1．提供的參考解答除選擇題外，不一定都是唯一正確的。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，但不要與本評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)有較大偏離。3．問(wèn)答題或計(jì)算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)有寫出任何式子成文字說(shuō)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(yùn)算要求給出的，但對(duì)考生不做要求。不要因?yàn)橛行?shù)字的錯(cuò)誤而扣分。5．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，因而難于選拔時(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)使．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，條理清楚趁，能充分利用數(shù)學(xué)工其．應(yīng)加分。上述各項(xiàng)的執(zhí)行都需由竟賽領(lǐng)導(dǎo)小組做出規(guī)定（省統(tǒng)一分配獎(jiǎng)勵(lì)名額的由省決定，地、市分配獎(jiǎng)勵(lì)名額的由地、市決定）。一、（16分）參考答案1．紅血球在血液中下沉?xí)r受力情況如圖答-1所示。紅血球由靜止開(kāi)始下沉?xí)r，速度很小，根據(jù)可知，所受的粘滯阻力也非常小，由于血漿的密度ρ0小于紅血球的密度ρ，紅血球受到的浮力小于重力．所以剛開(kāi)始f＋F浮<G,紅血球會(huì)加速下沉；隨著紅血球下沉速度變大，粘滯阻力增大，當(dāng)f＋F浮=G時(shí)，紅血球就會(huì)勻速下沉?！?分2．當(dāng)紅血球在血漿中勻速下沉?xí)r，受到的幾個(gè)力平衡．所以f＋F浮=G………………………2分因………………2分……2分所以有即所以有……2分將，，，代入并計(jì)算得：…………2分二、（16分）參考答案1．需要時(shí)間…………6分2．電池板面積………4分3．可供燈具發(fā)光時(shí)間…………………6分三、（16分）參考答案1．略……………………3分2．假設(shè)騎車人的質(zhì)量約為50kg，則地面受到的壓強(qiáng)：……3分說(shuō)明：答案在（1.7～2.5）×105Pa的均可得分3．額定功率下的電流………………………2分4．蓄電池儲(chǔ)存的電能E=UIt=48V×12A×3600s=2.07×106J…………3分5．因?yàn)殡妱?dòng)自行車勻速行駛，所以……3分6．優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)排放廢氣，噪音小缺點(diǎn)：蓄電池使用一定時(shí)間后就需更換，廢棄后的電池易污染環(huán)境。四、（16分）參考答案1．氣溫低于O℃時(shí)．使用后的燃?xì)鉄崴髦械臍埓娴乃畷?huì)結(jié)冰。水站冰后，密度變小．體積漲大．這樣很容易把燃?xì)鉄崴髅浧?。所以，氣溫低于O℃時(shí)使用燃?xì)鉄崴骱螅畱?yīng)打開(kāi)放水塞．放盡機(jī)體內(nèi)存水，再擰緊?！?分2．該型燃?xì)鉄崴髡９ぷ鱨min．燃料燃燒放出的熱量：.………………1分1min內(nèi)加熱的水的質(zhì)量：水溫上升Δt=25K=251min內(nèi)水吸熱：……1分燃?xì)鉄崴髡９ぷ鲿r(shí)燒水的效率…………2分3．一次淋浴所需燃料燃燒放出的熱量：…………1分需要完全燃燒天然氣的體積為：……………………2分4．當(dāng)進(jìn)水口處有水壓時(shí)．膜片的右面就會(huì)受到向左的壓力，克服彈簧的彈力向左推動(dòng)閥桿．打開(kāi)進(jìn)氣闊門使燃?xì)膺M(jìn)入主火管通。反之如果此時(shí)的水壓很小或者無(wú)水，則膜片受到的向左的壓力就會(huì)減少甚至消失。燃?xì)忾y門就會(huì)在彈簧的壓力下向右移動(dòng)而關(guān)閉．停止進(jìn)氣。……3分5．火焰燃燒時(shí)．雙金屬片外側(cè)的金屬溫度升高時(shí)膨脹的更多，雙金屬片向下彎曲，推動(dòng)燃?xì)忾y門打開(kāi)；如果因?yàn)橐馔獾脑蚴够鹧嫦ɑ?，雙金屬片的溫度降低．外側(cè)金屬收縮的更多，雙金屬片向上伸直，拉動(dòng)拉動(dòng)燃?xì)忾y門關(guān)閉，防止燃?xì)馔庑??！?分五、（18分）參考答案1．電熱水器總重電熱水器掛在L形掛鉤上時(shí)，其受力情況如圖答-2所示。因電熱水器靜止，所以沿豎直方向二力平衡，因此對(duì)L形掛鉤向下的拉力……………………3分因L形掛鉤靜止，電熱水器上端所受的水平向左的拉力等于膨脹螺絲所受的摩擦力，以懸掛下端為軸，根據(jù)杠桿平衡條件有………3分………………1分2．由熱水器的三檔功率的數(shù)值關(guān)系猜得熱水器加熱部分的等效電路圖如圖答-3所示，其中加熱管R1的額定功率為1000W，電熱管R2的額定功率為1500W。……2分加熱管的電阻分別為……………2分3．（1）忽略加熱過(guò)程中的熱損失，直接加熱消耗的電能為：下午加熱的電費(fèi)支出為：0.6元/kWh×1.75kWh=1.05元……………2分（2）早晨8點(diǎn)前加熱，電費(fèi)支出為：0.3元/kWh×1.75kWh=0.525元加熱升溫4℃加熱升溫4℃T1=W2/P3=336s=5.6min（這段加熱時(shí)間可以忽略不計(jì)）降溫4℃W3=3W2=3×8.4×105J=2.52×106J=0.7kWh……3分電費(fèi)支出為：