2010年第十六屆全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽試題

南通SEO，南通網(wǎng)絡(luò)營(yíng)銷 南通熱線2010年第十六屆全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽試題一、(10分)如圖l，東湖中學(xué)想用離心泵將湖中的水抽到C處的養(yǎng)魚池中。要求在30 min內(nèi)至少向養(yǎng)魚池中輸水120 m3，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)將以下幾個(gè)需要解決的問題交給了科技小組。 (1)A，B處各有一個(gè)平臺(tái)，離心泵應(yīng)放在什么位置，請(qǐng)說明理由。 (2)如果某型號(hào)離心式水泵的揚(yáng)程為15 m，功率為17 kW，效率為0.6，試通過計(jì)算說明這臺(tái)水泵是否可滿足東湖中學(xué)的需求?(3)為了節(jié)約資金，有人提出全部采購(gòu)比硬質(zhì)管便宜、而且與水泵管徑相符的軟橡皮管配套使用，你認(rèn)為是否可行，為什么?說出你的正確方案。二(10分)一個(gè)地質(zhì)勘探小分隊(duì)，在野外河邊休息時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種礦石，他們非常想盡快知道這種礦石的密度大約是多少，但是手中只有皮尺、直木棍和針線包中縫衣服用的針和細(xì)線，請(qǐng)你幫助他們利用現(xiàn)場(chǎng)可利用的物品，設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)定礦石密度的方案，并推導(dǎo)出計(jì)算礦石密度的表達(dá)式。三(14分)小華同學(xué)為了節(jié)能和方便家人洗澡，用廢棄的汽油桶在房頂上自制了一個(gè)簡(jiǎn)易太陽能熱水器，圖2是它的安裝示意圖。在水箱上下安有二根管子，其中一根是進(jìn)出水管，給熱水器上冷水或淋浴時(shí)用熱水，都是通過進(jìn)出水管來完成，室內(nèi)進(jìn)出水管上安有三個(gè)閥門。 若當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簭?qiáng)p0=1.0105Pa，請(qǐng)回答下列問題： (1)小華為什么要在熱水器上方安裝一根與大氣相通的管子A? (2)根據(jù)閥門I、II、的位置，說明它們的作用是什么?如何調(diào)節(jié)噴頭出水的溫度? (3)給熱水器上冷水時(shí)，閥門I、1I、III應(yīng)當(dāng)處于何種狀態(tài)?洗澡時(shí)，閥門1、II、111應(yīng)當(dāng)處于何種狀態(tài)? (4)如果小華同學(xué)住的居民樓層高為3 m，他家的熱水器安裝在七樓樓頂上，且距樓頂高1 m，那么該地區(qū)的水壓至少為多大，才能順利為熱水器上水? (5)設(shè)熱水器水箱容積為100 L，在一般的光照條件下，一滿箱12的水經(jīng)白天太陽的加熱溫度可達(dá)到45，這相當(dāng)于多少煤氣完全燃燒放出的熱量?(已知水的比熱容為4.2107J(kg)，煤氣的熱值約4.2107Jkg)四、(12分)育才中學(xué)科技小組設(shè)計(jì)了一個(gè)可以測(cè)量電阻值的多量程歐姆表，圖3中所示為其中兩個(gè)量程的測(cè)試電路，G為靈敏電流表，其內(nèi)阻Ro=100 、電流靈敏度(即指針在滿刻度時(shí)流過靈敏電流表的電流)U=100A，R為可調(diào)電阻，阻值變化范圍為05 k，Rl和R2為定值電阻，R1=15 ，R2=ll k，E為1.5V干電池，S為量程選擇開關(guān)。測(cè)量時(shí)把待測(cè)電阻兩端分別與A、B兩端相接。為了能從靈敏電流表上直接讀出待測(cè)電阻的阻值，需在表盤上重新標(biāo)注示數(shù)。請(qǐng)回答： (1)在指針滿偏處，盤面應(yīng)標(biāo)注的示數(shù)是多少? (2)當(dāng)A、B間斷開時(shí)，指針?biāo)傅奈恢锰?，盤面應(yīng)標(biāo)注的示數(shù)是多少? (3)開關(guān)分別置于1和2位置時(shí)，在表盤正中間位置處應(yīng)標(biāo)注的示數(shù)各是多少?請(qǐng)簡(jiǎn)要說明理由。 (4)該歐姆表表盤上的刻度是否均勻?請(qǐng)從電路原理上說明理由。五、(12分)有一種被稱作PTC的半導(dǎo)體材料，其電阻隨溫度的變化曲線如圖4所示。 (1)請(qǐng)你根據(jù)這條曲線分析，PTC材料的電阻值怎樣隨溫度的變化而改變? (2)請(qǐng)說出這種材料的兩個(gè)可能的應(yīng)用實(shí)例。 (3)以其中的一個(gè)應(yīng)用為例，說明它的正常工作過程和使用條件。六、(14分)利民電器廠設(shè)計(jì)了一種具有高、中、低溫三擋的家用電火鍋，其發(fā)熱體電阻絲如圖5所示。A、B、C為三個(gè)接線柱，B是電阻絲中點(diǎn)的接線柱。相信你一定能幫助該廠完成以下工作。 (1)說明各擋位的連接方法(文字表述或畫圖連接均可)。 (2)如果要求低溫發(fā)熱功率為200 W，那么高溫和中溫兩擋的發(fā)熱功率分別應(yīng)是多大?(3)設(shè)計(jì)一份該火鍋的產(chǎn)品銘牌。七、(14分)現(xiàn)在流行的無線市話俗稱“小靈通”，是一種新型的個(gè)人無線接入系統(tǒng)，具有語音清晰、發(fā)射功率低、待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、功能多、價(jià)格合理等特點(diǎn)。它的使用使傳統(tǒng)意義上的固定電話不再固定在某個(gè)位置，可在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)自由移動(dòng)使用，隨時(shí)隨地接聽、撥打本地和國(guó)內(nèi)、國(guó)際電話。 表1是某一型號(hào)小靈通的部分資料數(shù)據(jù)。若這種小靈通在正常使用的情況下，充電一次可使用7天，累計(jì)通話時(shí)間為1.2 h，通話時(shí)耗電功率為平均發(fā)射功率的20倍。則： (1)這部小靈通正常通話時(shí)的工作電流大約多大? (2)小靈通開機(jī)但不通話時(shí)的狀態(tài)稱為待機(jī)。這部小靈通的待機(jī)電流大約多大? (3)在沒有充電器的情況下，可用一個(gè)電壓略高于3.6V的直流電源為小靈通電池臨時(shí)應(yīng)急充電。請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)方案，用圖6所示的直流電源給這部小靈通的電池充電，并畫出充電的電路圖。 表l尺寸(長(zhǎng)高寬)約45 mm83mm23.5 mm質(zhì)量約85g發(fā)射功率約10 mW(平均)電池3.6V 580mAh鋰電池充電器輸入：AC220V 50Hz輸出：DC5.2V 320mA充電器重約50 g充電時(shí)間2.53.5 h連續(xù)待機(jī)時(shí)間48200 h八、(14分)現(xiàn)在有些住宅區(qū)使用的水表是預(yù)付費(fèi)式的水表，每個(gè)用戶一表一卡，憑卡用水，卡中數(shù)據(jù)輸入表中，水表自動(dòng)開閥供水。 所購(gòu)水用完后自動(dòng)關(guān)閥斷水，用戶必須重新購(gòu)水，方能重新用水。圖7是某水表廠生產(chǎn)的預(yù)付費(fèi)式的IC卡水表，其主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。請(qǐng)根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，回答下列問題：項(xiàng)目FY-15E熱水表FY-20E熱水表FY-25E熱水表質(zhì)量1.41.82.5長(zhǎng)度165 mm195 mm225 mm口徑(DN)15 mm20mm25mm過載流量3m3h5m3h7m3h常用流量1.5m3h2.5m3h3.5m3h分界流量0.12m3h0.2m3h0.3m3h最小流量0.03m3h0.05m3h0.07m3h起動(dòng)流量0.010m3h0.012m3h0.017m3h水表性能B級(jí)表密封性1.6MPa水壓，15min內(nèi)不泄漏最小讀數(shù)0.0001 m3最大讀數(shù)9999.9999 m3用戶竊水自動(dòng)關(guān)閥并提示電源3.6V、2.4Ah鋰電池2節(jié)串聯(lián)IC卡的保密性射頻卡，一表一卡，不可復(fù)制IC卡使用壽命使用次數(shù)10萬次報(bào)警方式剩余水量2 m3時(shí)報(bào)警，用完剩余水后關(guān)閥靜態(tài)工作電流0.5mA開閥或關(guān)閥時(shí)的工作電流500mA常用流量誤差2工作溫度溫度：0一90(FY系列)工作水壓0.1 MPa0.6MPa材料銅 (1)要保證水表正常工作，水平位置相對(duì)水塔內(nèi)的水面高度差的范圍應(yīng)是多少?(g取10 Nkg) (2)如果水表僅處在靜態(tài)下，最多能使用多少天才需更換電池?水表開閥或關(guān)閥時(shí)它的電功率是多少? (3)FY-25E型熱水表在常用流量狀態(tài)流出50的熱水時(shí)，需要用多大功率、效率為80的鍋爐來加熱原來溫度為20的水?如果連續(xù)這樣供熱水，一晝夜至少需要燒多少煤?(煤的熱值是3107Jkg) (4)FY一15E熱水表報(bào)警后，在常用流量下用水，大約還能用幾小時(shí)? (5)FY-20E水表出水口水的最大流速是多少?第十六屆全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽試題參考答案一、(1)因?yàn)楸玫目倱P(yáng)程=吸水揚(yáng)程+壓水揚(yáng)程,離心式水泵的吸水揚(yáng)程是由大氣壓決定的,當(dāng)大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí),吸水揚(yáng)程實(shí)際不會(huì)超過10m。所以泵不能放在B處,只能放在A處。(2)不考慮水的動(dòng)能:增加的勢(shì)能按13.8m計(jì)算:已知t =30min,h =13.8m。V =120m3,=0.6。則W有= mgh =1.656107J。因?yàn)閃有/W總=,所以W總= W有/=2.76107J。即應(yīng)購(gòu)置水泵的功率為P總= W總/t=15.3kW。增加的勢(shì)能按15m計(jì)算,應(yīng)購(gòu)置水泵的功率為P總=16.7kW。提供的水泵滿足要求。(3)不可行。若離心泵至水面段用橡皮管,由于大氣壓作用可能將橡皮管壓扁而影響正常工作。建議離心泵至水面段用硬質(zhì)管,為節(jié)約起見,泵以上水管可用軟橡皮管。二、1.用細(xì)線懸掛直木棍作支點(diǎn);2.用細(xì)線栓好礦石掛在支點(diǎn)左側(cè),在支點(diǎn)的右側(cè)掛一塊石頭,移動(dòng)礦石和石塊懸掛的位置直到木棍水平平衡;3.用皮尺分別量出懸掛礦石和石塊的點(diǎn)到支點(diǎn)的距離為l1,l2;如圖1所示。4.將礦石浸沒在水中,移動(dòng)掛石塊的位置直到木棍再次水平平衡;5.用皮尺量出懸掛石塊的點(diǎn)到支點(diǎn)的距離為l3;如圖2所示。6.推導(dǎo)計(jì)算礦石密度的表達(dá)式。由杠桿平衡條件,解得。三、(1)A管的作用一是排氣,二是溢水。因?yàn)槠屯案淖鏊浜?如果不安裝A管排氣的話,上水時(shí)會(huì)把一些空氣密閉在里面,就不易將水注滿;而且,上方的空氣還影響箱內(nèi)水溫升高。(2)閥門控制進(jìn)入水箱的冷水;閥門控制進(jìn)入淋浴噴頭的熱水;閥門控制進(jìn)入淋浴噴頭的冷水。通過閥門、閥門調(diào)節(jié)進(jìn)入淋浴噴頭的冷熱水的多少可以改變淋浴噴頭噴出的水的溫度。(3)給熱水器上水時(shí),閥門應(yīng)打開,閥門、閥門應(yīng)關(guān)閉。洗澡時(shí),閥門應(yīng)關(guān)閉,閥門、閥門應(yīng)打開。(4)水箱距地面高度h =22m。該地區(qū)的最低供水水壓,p =gh +p0=3.2105Pa。(5)m =V =100kg。Q噴= cm(t-t0) =1.39107J。如果靠煤氣燃燒放出這些熱量,需完全燃燒的煤氣,m =Q吸/q=0.33kg。四、(1)A、B兩端直接連接在一起時(shí)(RAB=0),調(diào)節(jié)滑動(dòng)電阻器使靈敏電流表指針滿偏,則指針?biāo)柑幈P面上應(yīng)標(biāo)注的示數(shù)為0。(2)當(dāng)A、B斷開時(shí),電阻應(yīng)為無窮大,這是指針?biāo)肝恢玫氖緮?shù)應(yīng)標(biāo)。(3)開關(guān)置于2時(shí),且將A、B短接時(shí)表針滿偏,則R+R1+R2=15k,若在A、B間接一電阻Rx,且剛好使表針指在表盤中間位置,這時(shí)電路中的電流為滿偏時(shí)的一半,電路中的總電阻為滿偏時(shí)的2倍,即Rx= R+R1+R2=15k,所以該擋位表盤中間示數(shù)應(yīng)為15k。開關(guān)置于1時(shí),且將A、B短接時(shí)表針滿偏,這時(shí)電路中總電阻為=15,同理若在A、B間接一電阻Rx,且剛好使表針在表盤中間位置,這時(shí)電路中的電流為滿偏時(shí)的一半,電路中的總電阻為滿偏時(shí)的2倍,即Rx=15,所以該擋位表盤中間示數(shù)應(yīng)為15。(4)歐姆表表盤上的刻度是不均勻的。理由:用R0表示A、B短接時(shí)電路中總電阻,測(cè)量電阻Rx時(shí),電路中電流I =U/(R0+Rx),可見I與Rx不成正比,所以歐姆表表盤上的刻度是不均勻的。五、(1)當(dāng)PTC材料的溫度T處于(T0T1)時(shí),隨著溫度的升高,其電阻減小;當(dāng)PTC材料的溫度T處于(T1T2)時(shí),隨著溫度的升高,其電阻增大;當(dāng)PTC材料的溫度T高于T2時(shí),隨著溫度的升高,其電阻減小。(2)用PTC材料可以制成電熱驅(qū)蚊器的發(fā)熱元件,也可以制成恒溫電暖器發(fā)熱元件。(3)以恒溫電暖器為例:當(dāng)用PTC材料制成發(fā)熱元件通電后溫度T處于(T0T1)時(shí),隨著溫度的升高,其電阻減小,因電壓不變,發(fā)熱功率P =U2/R增大,使溫度更快地升高。當(dāng)發(fā)熱元件溫度T處于(T1T2)時(shí),隨著溫度的升高,其電阻增大,因電壓不變,發(fā)熱功率P = U2/R減小,使溫度升高趨緩,并保持在(T1T2)之間的一個(gè)溫度不再上升;當(dāng)發(fā)熱元件溫度T高于T2時(shí),隨著溫度的升高,其電阻減小,發(fā)熱功率進(jìn)一步增大,使溫度更快地升高,則將會(huì)燒壞發(fā)熱元件?？梢?用PTC材料制成的發(fā)熱元件的恒溫電暖器,應(yīng)當(dāng)在環(huán)境溫度低于T2的條件下使用,否則會(huì)燒壞。六、(1)低溫?fù)?將A、C直接接入電源。中溫?fù)?將A、B或B、C接入電源。高溫?fù)?將A、C連接在一起后,A與B接入電源上?；蜻B線如圖3。(2)設(shè)A、C間電阻為R,該火鍋的低溫功率:200W。該火鍋的中溫功率:400W。該火鍋的高溫功率:800W。(3)該火鍋的產(chǎn)品銘牌。七、(1)手機(jī)通話的電功率:P=55.6mW。根據(jù)公式P= UI,可求得這部手機(jī)正常通話時(shí)的工作電流:I =PU=55.6mA。(2)這部手機(jī)的電池充電一次獲得的總能量:W總=7 516.8J。累計(jì)通話時(shí)間消耗電能W通= pt通=864J。正常使用的情況下,待機(jī)7d消耗的電能,W待= W總-W通=6 652.8J。由公式W = UIt可求得這部手機(jī)的待機(jī)電流大約為I待=W通Ut待=3.06mA。(3)因?yàn)橹绷麟娫吹妮敵鲭妷簽?6V,遠(yuǎn)大于被充電池的電壓,所以需要串聯(lián)一個(gè)阻值適宜的電阻才能充電。另串接一只電流表,觀察充電電流不超過320mA,以免燒壞電池。讓直流電源的電流從電池正極流入,負(fù)極流出。其電路圖如答案圖4。八、(1)從表中可知,水表的工作水壓是0.1MPa 0.6MPa,由工作水壓p=gh+p0,得h = (p-p0)/g,所以h1= (p1-p0)/g =0m。所以h2= (p2-p0)/g =50m。所以,高度差范圍是0m 50m。(2)從表中可知電池的容量為2.4Ah,靜態(tài)工作電流0.5mA,根據(jù)公式I = Q/t,得t= Q/I。t=2102d。從表中可知,水表開閥或關(guān)閥時(shí),水表通過的電流為500mA,電源是由兩節(jié)3.6V的電池串聯(lián)組成,即電源兩端的電壓為7.2V,根據(jù)電功率公式:P= UI,P= UI =3.6W。(3)從表中可知,FY-25E型熱水表的常用流量為3.5m3/h,即該水表此時(shí)每小時(shí)流出3.5m3的水。根據(jù)公式:Q吸= cm(t-t0)和Q吸=Pt1,得P= cm(t-t0)/t1。代入數(shù)據(jù)后,得:P=1.53105W。從