物理競賽試題

1、2008年全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽試題注意事項：1請在密封線內(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100分。4答卷時間：2008年4月20日（星期日）上午9301110。題 號一二三四五六總分分 數(shù)復(fù)核人得分評卷人一、（共16分）小明利用實驗室的電磁繼電器、熱敏電阻R1、可變電阻器R2等器件設(shè)計了一個恒溫箱控制電路，如圖1所示。其中“交流電源”是恒溫箱加熱器的電源（加熱器在恒溫箱內(nèi)，圖中未畫出）；R1處于恒溫箱內(nèi)，圖2是小明通過實驗測得的R1的阻值隨溫度變化的關(guān)系曲線；電磁繼電器的電源兩端電壓U = 6 V，電磁繼電器線圈的電阻可不計，

2、通過實驗測得當(dāng)電流為30mA時，電磁繼電器的銜鐵被吸合。1請簡述此恒溫箱的工作過程。2為什么恒溫箱的加熱器應(yīng)該接在A、B端，而不能接在C、D端？3如果要使恒溫箱內(nèi)預(yù)設(shè)的溫度可調(diào)節(jié)范圍是90150，可供選擇的可變電阻器R2的電阻值有如下的幾種：A0100 B0200 C01000 D01500請問應(yīng)選擇哪一個可變電阻器？為什么？4小明設(shè)計的這個控制電路，使用起來有何不足之處？請你提出一種解決的方案。得分評卷人二、（16分）清洗機是利用高壓水清洗車輛表面污垢的機器。有一種CC5020型清洗機的銘牌如下表所示。請回答：型號CC5020額定壓力5MPa電源220V/50Hz額定流量20L/min額定功

3、率2.2kW防護等級IP25 1從物理學(xué)的角度看，銘牌中有一個物理量名稱與單位不一致，請你指出并說明如何更正。 2清洗機正常工作時，通過清洗機的電流是 A。若清洗一輛汽車平均耗時10min，則清洗一輛汽車平均用水 m3；平均耗電 kW·h。3清洗機正常工作10min，清洗機對水做多少功？4該清洗機正常工作時的效率是多少？得分評卷人三、（共15分）家庭水暖又叫“土暖氣”，是我國北方廣大農(nóng)村及一些城市使用的一種取暖設(shè)備， 圖3是一種家庭水暖的安裝示意圖，其中下水管的D 端比A 端略高，其坡度為1:100。請看圖思考并回答以下問題：1這種水暖設(shè)備并沒有應(yīng)用水泵，但是當(dāng)點燃鍋爐后，水便可以在

4、管中按箭頭所示方向自行流動。請具體分析管中的水流動的原因是什么。2為什么要安裝放氣閥？3使用該套設(shè)備時，對水箱中的水位高低有什么要求？得分評卷人圖4四、（16分）有一種WSJ-60型號電水壺，圖4是電水壺的電路圖，L1為電源指示燈、L2為保溫指示燈、L3為加熱指示燈，R1、R2、R3為指示燈的保護電阻，其大小為100k左右；R為加熱器，其電阻小于100；S1、S2為壓鍵開關(guān)；ST溫控器是一個雙金屬片溫控開關(guān)，當(dāng)溫度較低時，其處于閉合狀態(tài)，當(dāng)溫度升高到一定值后，會自動斷開，從而實現(xiàn)了自動溫度開關(guān)控制。當(dāng)水壺放在底座上時，就分別壓下壓鍵開關(guān)S1、S2，并接通電路，如果插頭插入插座后，就接通了電源，

5、電源指示燈就亮，反之就斷開。該壺有手動和自動兩種工作狀態(tài)。 當(dāng)鈕子開關(guān)撥到手動擋時，加熱電阻連入，開始加熱，水沸騰以后再將鈕子開關(guān)撥回。當(dāng)鈕子開關(guān)撥到自動擋時，此時通過ST溫控器將加熱電阻連入，并開始加熱；當(dāng)水沸騰后，ST溫控器的觸點斷開，進入保溫狀態(tài)，保溫指示燈亮；當(dāng)水的溫度低于某溫度后，ST溫控器又重新接通，再次進入加熱狀態(tài)。若加熱器電阻阻值隨溫度改變而發(fā)生的變化可忽略不計，根據(jù)以上敘述與觀察，請回答以下問題。 1在下列空格中填寫“亮”或“不亮” (1)手動狀態(tài)通電工作時，電源指示燈 ，加熱指示燈 ，保溫指示燈 。 (2)自動狀態(tài)通電工作時，水沸騰前：電源指示燈 ，加熱指示燈 ，保溫指示燈

6、 。水沸騰后：電源指示燈 ，加熱指示燈 ，保溫指示燈 。2現(xiàn)將一滿壺25的水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下燒開需時10min，請計算該電水壺的熱效率。水的比熱容c=4.2×103J(kg·)。3通過分析電水壺的電路，說明為什么處于自動狀態(tài)下，水未沸騰前，保溫指示燈是不亮的? 4試計算電水壺正常工作時其加熱電阻的阻值是多大?如果指示燈的保護電阻的大小是100k，當(dāng)它處于保溫狀態(tài)時，試計算電水壺保溫時的功率有多大?由此可以說明什么問題?得分評卷人五、（18分）醫(yī)院里的護士使用如圖5所示的裝置給患者輸液。小雨發(fā)現(xiàn)照這樣做法，護士為患者多次更換藥瓶比較麻煩，于是就設(shè)計了圖6所示的三瓶串接的方案。請

7、分析回答：圖5圖61. 圖5中藥液為何會勻速滴下？2. 圖6中哪個藥瓶中的藥液先流完？為什么？3. 根據(jù)病房的現(xiàn)有條件，如果要估測出輸液過程中的一滴藥液的質(zhì)量，需要收集哪些數(shù)據(jù)，請寫出表達式，并簡要說明估測中作了哪些近似處理。得分評卷人六、（12分）曉欣同學(xué)看到一些小汽車的尾部都標(biāo)有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字樣，他上網(wǎng)查詢得知這是汽車發(fā)動機“排氣量”的數(shù)值。所謂排氣量就是發(fā)動機氣缸的工作容積，是指所有氣缸內(nèi)活塞從下止點到達上止點所掃過的容積之和。一般情況下發(fā)動機的“排氣量”越大，功率越大。汽車發(fā)動機每一個工作循環(huán)要經(jīng)歷四個沖程，帶動曲軸轉(zhuǎn)動2周?，F(xiàn)有一輛小轎車發(fā)動機排氣

8、量為1.8L，最大功率為74kW，當(dāng)該發(fā)動機以最大功率工作時，曲軸的轉(zhuǎn)速為5200r/min。汽油機工作時的最佳空燃比（即空氣和燃油的質(zhì)量比）為14:1，壓縮比是10（即氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值），若發(fā)動機在最大功率時汽油和空氣的混合密度為1.35kg/m3,汽油的熱值為4.6×107J/kg、密度為0.71×103kg/m3。請計算：1.這臺發(fā)動機在最大功率時的熱機效率。2.發(fā)動機在最大功率時，汽車的最高時速為175km/h，計算在此情況下汽車每百公里油耗為多少升。2008年全國初中物理知識競賽復(fù)賽試題答案一、（16分）參考答案 1恒溫箱溫控系統(tǒng)是由交流電加熱電路和直

9、流控制電路組成，適當(dāng)調(diào)節(jié)變阻器R2的阻值，利用熱敏電阻R1的性能和阻值等使該系統(tǒng)能保證恒溫箱的溫度保持在預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)。工作過程如下： 當(dāng)恒溫箱內(nèi)的溫度達到或者超過預(yù)設(shè)之最高溫度時，熱敏電阻R1的阻值下降，直流控制電路中電流增大，電磁繼電器吸合銜鐵，切斷交流加熱電路，恒溫箱開始降溫。（1分） 當(dāng)恒溫箱內(nèi)的溫度低于預(yù)設(shè)之最低溫度時，熱敏電阻R1的阻值增大，直流控制電路中電流減小，電磁繼電器釋放銜鐵，交流加熱電路接通，恒溫箱又開始升溫。（1分） 如此反復(fù)接通和斷開交流加熱電路，使恒溫箱的溫度保持在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)。（1分） 2恒溫箱的加熱器應(yīng)接在A、B端。 這樣溫度高于預(yù)設(shè)最高溫度時，電磁繼電器的

10、銜鐵吸合，停止加熱；而溫度低于預(yù)設(shè)溫度時，電磁繼電器的銜鐵斷開，進行加熱。這樣才能實現(xiàn)溫度控制。（2分） 如果加熱器在C、D兩端，當(dāng)溫度高于預(yù)設(shè)溫度時，R1的阻值減小，電磁繼電器的銜鐵吸合，加熱器繼續(xù)工作，溫度將更高，這樣就無法實現(xiàn)恒溫控制。（2分） 3電磁繼電器吸合時的電流為30mA，則控制電路的總電阻為 R總=R1+R2=200  （1分） 控制90時，由曲線圖可知，R1=50，可變電阻值應(yīng)為 R2=200-50=150（1分） 控制150時，由曲線圖可知，R1=30，可變電阻值應(yīng)為 R2=200-30=170（1分） 所以，要選一個能提供150170阻值的可變電阻器，

11、選擇B即可滿足上述阻值要求，又能便于調(diào)節(jié)，故選用B即可。（1分） 4小明設(shè)計的這個電路，從理論上講控制的只是一個固定的溫度值，這樣使用時，就會出現(xiàn)恒溫箱內(nèi)溫度在某一固定值附近時，電磁繼電器頻繁通斷的現(xiàn)象，這對電磁繼電器和加熱器電路的使用壽命是十分不利的。（2分）為了解決這個問題，可以設(shè)想制造一種繼電器，當(dāng)已經(jīng)達到了預(yù)設(shè)的溫度時，繼電器達到吸合電流值（如此題中的30mA），這種繼電器可以延長一段時間或限時到規(guī)定時間才吸合，從而斷開被控制電路。（2分）當(dāng)?shù)陀陬A(yù)設(shè)的溫度時，通過繼電器的電流小于吸合電流值，這種繼電器同樣可以延長一段時間或限時到規(guī)定時間才釋放銜鐵。從而實現(xiàn)繼電器和加熱電路有一個較長的穩(wěn)

12、定工作狀態(tài)，達到既能實現(xiàn)恒溫控制又能延長使用壽命的目的。（1分）（說明：只要提出的設(shè)計合理，即可得分） 二、（16分）參考答案 1銘牌中的“額定壓力”與單位“Mpa”不一致，應(yīng)改為“額定壓強”，單位不變。（2分） 210，0.2，0.37（每空1分共3分）（3分） 3設(shè)恒力F作用在水上，使水移動了距離L，則F對水做的功 W=FL，（2分） 而F=pS，所以 W=FL=pSL=pV（3分） 清洗機正常工作10min，清洗機噴出的水的體積為 V=20L/min×10min=0.2m3       （1分） 清洗機對水做

13、功 W= pV =5MPa×0.2m3=1.0×106J                              （1分） 4清洗機消耗的電能 W電=Pt=2.2kW×10min=1.32×106J   &#

14、160;                  （2分） 該清洗機正常工作時的效率 =W/W電×100%=75.8%              （2分） 三、（16分）參考答案 1在管中A點附近取一截面，截面右側(cè)水管ABC段中的水溫高，密度A右??；（2分） 水經(jīng)暖氣片放熱后

15、，溫度降低，所以水管CDA段中的水溫較低，密度A左較大（2分） 根據(jù)液體壓強公式p=gh，A截面左側(cè)CDA段中的水產(chǎn)生的壓強大于右側(cè)ABC段水的壓強，因此水管中的水會按逆時針方向流動。（2分） 同時安裝水管時又有一定的坡度，即D端高、A端低，為水的逆時針流動創(chuàng)造了有利的條件（2分） （說明：只說明“上暖氣”中水的流動是對流，而沒有詳細(xì)解釋的給2分） 2當(dāng)水管中有空氣時，氣泡會沿管道向上移動，并匯集在最高處，包括管道中向上凸起的部分、暖氣片的頂部等處。（3分） 如果匯集的氣體過多，會形成氣柱，分?jǐn)嗔怂苤械乃?，阻礙水的流動，從而影響用熱水供暖的效果。（2分） 3水箱中的水位一定要高于整個循環(huán)水路

16、的最高點，才能在整個循環(huán)水路中灌滿水（1分） 否則循環(huán)水路中就會有空氣，水就不能正常流動，從而影響用熱水供暖的效果。（2分） 四、（16分）參考答案 1（1）亮，亮，不亮；（2分）（說明：全對為2分，答錯一個扣一分，直到扣完2分為止） （2）亮，亮，不亮；亮，不亮，亮。（4分） （說明：全對為4分，答錯一個扣一分，直到扣完4分為止） 2 Q有=cV（t1-t0）=3.15×105J   （1分） Q總 =600W×10×60s=3.6×105J  （1分） = Q有/Q總=8

17、7.5% （1分） 3當(dāng)電水壺處于自動狀態(tài)下，水未沸騰前，保溫指示燈與ST雙金屬片溫控器并聯(lián)，（1分） 且ST雙金屬片溫控器處于聯(lián)通短路狀態(tài)，（1分） 所以保溫指示燈被短路不亮。（1分） 4由P=U2/R得電水壺正常工作時其加熱電阻的阻值 R =U2/ P=80.7  （1分） 保溫狀態(tài)時，通過電熱器的電流 I=U/（R1+RL1+R2）U/R2=2.2×10-3A   （1分） 就以這個電流計算，保溫狀態(tài)時電熱器的發(fā)熱功率為 P=I2R=3.9×10-4W   &

18、#160; （1分） 即可以近似認(rèn)為不發(fā)熱。所以保溫狀態(tài)下的水溫逐漸降低。（1分） 五、（18分）參考答案 1如答圖1為例說明輸液過程： 開始時瓶中氣體的壓強大約是1個大氣壓，藥瓶吊在高處，從瓶中液面到插在病人血管中的針頭處有相當(dāng)大的高度差，這段液柱產(chǎn)生的壓強使針頭處藥液的壓強較大，大于血管中的壓強，藥液自動流入血管。（2分） 藥液流出使瓶中的（一定質(zhì)量的）氣體體積變大，壓強降低，瓶中氣體壓強小于大氣壓，大氣壓強將空氣從進氣管壓入瓶中，使瓶中空氣的壓強基本上保持在一個大氣壓（一個大氣壓相當(dāng)于10.3m高水柱產(chǎn)生的壓強，而在輸液情況下液面升降幅度不足0.2m，可見壓強相當(dāng)穩(wěn)定），使藥液

19、均勻地流下。（2分） 2甲瓶的藥液先流完。（1分） 因為甲、乙、丙三瓶采用串聯(lián)的方式，其工作情況是這樣的： 藥液從丙瓶中流下，丙瓶中空氣體積增大、壓強下降，乙瓶中空氣將乙瓶中藥液壓入丙瓶補充，使丙瓶液面保持不變。（1分） 藥液從乙瓶中流至丙瓶后，乙瓶中空氣體積增大、壓強下降，甲瓶中空氣將甲瓶中藥液壓入乙瓶補充，使乙瓶液面保持不變。（1分） 藥液從甲瓶中流至乙瓶后，甲瓶中空氣體積增大、壓強下降，大氣壓將外界空氣壓入甲瓶，甲瓶中液面下降。（1分） 液體如此流動，直到甲瓶的藥液全部流完，這時甲瓶中空氣與外界直接連通，連接甲、乙兩瓶的管子相當(dāng)于甲瓶當(dāng)初的進氣管。（1分） 以后的過程是藥液從丙瓶流入血管

20、，乙管中藥液流入丙瓶補充，空氣流入乙瓶，直至乙瓶中藥液流完，乙瓶與大氣直接連通。然后才是空氣直接進入丙瓶，直到丙瓶中藥液逐漸流完。（1分） （說明：大致按分析的幾步計分即可） 3收集數(shù)據(jù)和計算步驟如下： 從藥瓶上的刻度讀出瓶中藥液的體積V1（1分） 當(dāng)某一滴藥液剛好落下時數(shù)“0”開始記時，當(dāng)數(shù)到第“n”個液滴滴下時停止記時，記下所用時間t0 （1分） 算出一個液滴下落的時間間隔為：T=n    （1分） 記下完成一瓶滴注的時間t      （1分） 算出一瓶藥液的總滴數(shù)N= 

21、nt /t0      （1分） 算出每滴藥液的體積為：V0= V/N = V t0/（nt）      （1分） 則每滴藥液的質(zhì)量為m= 水V0=水V t0/（nt）                 （1分） 上述估算中兩處作了近似處理： 把藥液的密度看作水的密度。忽略了輸液結(jié)束時瓶中殘留的藥液。（1分） （說明：大致按分析的幾步計分即可） 六、（18分）參考答案 1這臺發(fā)動機在最大功率時1min內(nèi)發(fā)動機做的有用功 W有=74×103W×60s=4.44×106J                （2分） 在1min內(nèi)轉(zhuǎn)動5200r，吸