2013年第二十三屆全國應(yīng)用物理競(jìng)賽試題

2013年第二十三屆全國應(yīng)用物理競(jìng)賽試題

3、在有些地區(qū)，人們常在小河邊洗衣服。如圖2所示，人們先把臟衣服浸泡在河水里，然后提出來放在石板上，用木棒捶打，水花四濺……，如此反復(fù)多次，直到衣服被洗凈為止。這里，用木棒捶打的主要目的是()A.把衣服上的灰塵打碎，以便于洗滌B.增大木棒與灰塵之間的摩擦，將灰塵帶走C.迫使?jié)褚路锩娴乃畯囊路w維之間的縫隙中高速噴出，利用高速水流將灰塵沖洗掉

D.木棒捶打，使衣服突然運(yùn)動(dòng)起來，而衣服上的灰塵由于具有慣性仍然靜止，從而使灰塵脫離衣服C4、如圖3所示，海北中學(xué)有一個(gè)跑道為400m的操場(chǎng)，在操場(chǎng)的主席臺(tái)和觀眾席上方一字形排列著A、B、C三個(gè)相同的音箱。在一次運(yùn)動(dòng)會(huì)的開幕式上，站在操場(chǎng)中的所有同學(xué)都可以聽到音箱發(fā)出的足夠大的聲音，但站在某些位置的同學(xué)卻感覺聽不清音箱中播放的內(nèi)容，在圖3的l、2、3三個(gè)位置中，位于哪個(gè)位置附近的同學(xué)應(yīng)該是“感覺聽不清”的？()A1B.2C.3D.在哪個(gè)位置都一樣A5、炒菜時(shí)如果發(fā)生油鍋起火現(xiàn)象，下列做法中最不應(yīng)該的是()A.加一些冷油，降低溫度B.立刻蓋上鍋蓋C.立即向鍋內(nèi)倒入冷水來滅火D.將蔬菜倒入油鍋內(nèi)6、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)(BDS)。系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端（導(dǎo)航儀）組成，全部建成后可在全球范圍內(nèi)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)。2012年12月27日，北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對(duì)亞太地區(qū)提供無源定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)。關(guān)于“BDS”的工作過程，下列說法正確的是()A.導(dǎo)航儀只能接收地面端的中心控制系統(tǒng)的信息而不能接收導(dǎo)航衛(wèi)星的信息B.導(dǎo)航儀只能接收導(dǎo)航衛(wèi)星的信息而不能向?qū)Ш叫l(wèi)星發(fā)送信息C.導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的電磁波不能在真空中傳播D.導(dǎo)航儀與導(dǎo)航衛(wèi)星之間是通過電磁波傳遞信息的CD7、小明學(xué)習(xí)了電路知識(shí)后，想利用發(fā)光二極管設(shè)計(jì)一個(gè)帶開關(guān)指示燈的照明電路，晚間關(guān)閉照明燈后，利用二極管發(fā)出的光指示開關(guān)所在的位置。他共設(shè)計(jì)了4個(gè)電路，如圖4所示，其中L為白熾燈，規(guī)格為(220V60W)、D為發(fā)光二級(jí)管，規(guī)格為(1.2V0.O1A)、S為單刀雙擲開關(guān)、R為限流電阻。圖4中能夠滿足要求的電路是()A

8、某測(cè)量?jī)x器及其控制電路如圖5所示。儀器的等效內(nèi)阻為100歐，正常工作電流范圍為100—300mA，電源電壓為30V?？刂齐娐酚蓛蓚€(gè)滑動(dòng)變阻器組成，為了快速準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)儀器的工作電流，應(yīng)選用哪一組變阻器？()A.R1=lOO歐,R2=10歐B.R1=200歐,R2=20歐C.R1=l00歐,R2=100歐DR1=200歐,R2=200歐B9、明光中學(xué)的同學(xué)制定了一個(gè)劃船比賽規(guī)則：①在距兩個(gè)船隊(duì)之間的中點(diǎn)處放置一個(gè)插有紅旗的小木箱（發(fā)令槍響時(shí)被釋放，隨河水流動(dòng)）：②甲、乙兩船隊(duì)（兩船連線與水流方向平行）聽發(fā)令槍聲同時(shí)從上游和下游向著小木箱出發(fā)；③先得到小木箱的船隊(duì)獲勝。針對(duì)這個(gè)比賽規(guī)則同學(xué)們開展了討論，下列選項(xiàng)是一些同學(xué)的意見，其中正確的是()A.比賽規(guī)則不公平，對(duì)上游船隊(duì)有利B.比賽規(guī)則不公平，對(duì)下游船隊(duì)有利C.比賽規(guī)則公平，水流動(dòng)對(duì)兩船隊(duì)影響效果一樣D.條件不足，無法確定

10、小轎車勻速行駛在公路上，坐在副駕駛位置的小青觀察到轎車速度盤的指針始終在11Okm/h位置處，在超越相鄰車道上同向勻速行駛的另一輛大客車的過程中，小青發(fā)現(xiàn)自己經(jīng)過該車的時(shí)間約為5s，如圖6所示。則被超越大客車的車速范圍為()～～～～50m/sAB二、簡(jiǎn)答下列各題（每題5分，共30分）1、圖7是常見的一種電動(dòng)自行車，因其節(jié)能環(huán)保、便捷實(shí)用而受到很多工薪階層人員的青睞。請(qǐng)你說出5種電動(dòng)自行車上不同部件中蘊(yùn)含的物理知識(shí)。(1)輪胎表面有花紋，增大輪胎與地面問摩擦：(2)行駛過程中，電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；(3)后視鏡的金屬鍍膜．可成虛像；(4)座位里面有海綿，增大受力面積，減小壓強(qiáng)；(5)剎車時(shí)，利用增大壓力的方法增大摩擦：(6)把套有花紋，增大手與把套間的摩擦；(7)車燈，將電能轉(zhuǎn)化為光能。說明：每說對(duì)一種作用得l分，最多5分2、小文同學(xué)學(xué)習(xí)了有關(guān)物理知識(shí)后，設(shè)想制作了一個(gè)為氣球充氣的電動(dòng)充氣泵，她畫出了如圖8甲所示的結(jié)構(gòu)示意圖，其中永久磁鐵下方為S極。充氣泵在工作過程中，通過電磁鐵線圈的電流大小隨時(shí)間變化情況如圖8乙所示。請(qǐng)簡(jiǎn)述這個(gè)氣泵為氣球充氣的工作過程。2．(5分)參考答案

(1)電流從電磁鐵A端流入時(shí)，電磁鐵上方為S極，永久磁鐵受到電磁鐵的向上的力，彈性金屬片帶動(dòng)連桿向上運(yùn)動(dòng)，彈性氣囊被拉長(zhǎng)，氣室內(nèi)氣壓小于外界氣壓．左側(cè)閥門關(guān)閉，右側(cè)閥門打開，氣體通過右側(cè)閥門進(jìn)入氣室；(2)當(dāng)電流從電磁鐵B端流入時(shí)，電磁鐵上方為N極，永久磁鐵受到電磁鐵的向下的力。彈性金屬片帶動(dòng)連桿向下運(yùn)動(dòng)，彈性氣囊被壓縮，氣室內(nèi)氣壓大于外界氣壓，右側(cè)閥門關(guān)閉，左側(cè)閥門打開，氣體通過左側(cè)閥門進(jìn)入排氣管，為氣球充氣；(3)如此反復(fù)，將氣體不斷充入氣球。說明：(1)2分，(2)2分，(3)1分，共5分3.明光中學(xué)物理實(shí)踐小組在裝配直流電動(dòng)機(jī)模型后參加班級(jí)的實(shí)踐成果展示交流會(huì)，在會(huì)上演示通過改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及轉(zhuǎn)速使重物上升或下降的過程。電路元件包括一個(gè)單刀單擲開關(guān)、一個(gè)雙刀雙擲開關(guān)、一個(gè)滑動(dòng)變阻器、一個(gè)小型直流電動(dòng)機(jī)和一個(gè)直流電源，如圖9所示。請(qǐng)完成電路圖的連接以實(shí)現(xiàn)上述功能。（操作過程中只能扳動(dòng)開關(guān)，不得再改變電路中的接線）說明：全部連接正確，得5分；滑動(dòng)變阻器、單刀單擲開關(guān)、電動(dòng)機(jī)、電源連接正確，雙刀雙擲開關(guān)錯(cuò)誤，得2分：雙刀雙擲開關(guān)連接正確，其余部分連接錯(cuò)誤．得3分

4、電磁波遇到平滑的金屬表面會(huì)像光遇到平面鏡一樣發(fā)生反射，反射過程遵循光的反射定律。小明與叔叔一起去參觀救生艇時(shí)，發(fā)現(xiàn)救生艇的上方懸掛著一個(gè)由三塊相互垂直的正方形薄金屬平板組成的“角反射器”，如圖10所示。請(qǐng)你簡(jiǎn)述角反射器的工作原理以及該救生艇懸掛角反射器的原因。

4．(5分)參考答案

(1)無論雷達(dá)波從哪個(gè)角度射向角反射器，反射波最終都會(huì)沿與入射方向平行的直線返回；(2)救生艇懸掛角反射器是為讓雷達(dá)能夠盡快發(fā)現(xiàn)救生艇。在必要的時(shí)候開展?fàn)I救。說明：(1)3分，(2)2分。共5分。5、民航客機(jī)在飛行過程中，飛行高度可達(dá)lOkm左右，在這種情況下，飛機(jī)外部的氣溫可達(dá)-60℃左右，氣壓也低至26-28kPa。但是座艙內(nèi)卻是溫暖如春，氣壓和地面大氣壓相近。請(qǐng)應(yīng)用物理知識(shí)分析飛機(jī)座艙內(nèi)是如何獲得如此舒適環(huán)境的。5，(5分)參考答案

(1)為了維持座艙內(nèi)的氣壓與地面大氣壓接近，需要壓縮機(jī)不斷地將空氣壓入座艙，在這一過程中，壓縮機(jī)對(duì)空氣做功，使空氣的內(nèi)能增大，溫度升高；(2)為了保持座艙內(nèi)適宜的溫度，還需要空調(diào)機(jī)來降溫。說明：(i)3分，(2)2分。共5分。

6、-般說來，物體在溫度升高時(shí)膨脹，溫度降低時(shí)收縮，這一現(xiàn)象稱為熱脹冷縮。在相同的條件下，氣體的熱脹冷縮最顯著，液體次之，固體最不顯著。固體、液體、氣體的這種性質(zhì)都可以被利用。有一些電冰箱中的自動(dòng)溫度控制裝置，就是根據(jù)氣體熱脹冷縮的性質(zhì)制成的。圖11是它的結(jié)構(gòu)示意圖，其中金屬盒是用薄的彈性鋼片制作，表面有一些環(huán)狀波紋，內(nèi)部密封有一定量的氣體。結(jié)合圖片嘗試分析它的控溫原理。6．(5分)參考答案

(1)當(dāng)電冰箱內(nèi)的溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，金屬盒內(nèi)的氣體膨脹，使金屬盒的兩個(gè)側(cè)面凸起來，通過連桿帶動(dòng)控制連桿、動(dòng)觸點(diǎn)向右移動(dòng)，與兩靜觸點(diǎn)接觸，接通工作電路，壓縮機(jī)工作，電冰箱內(nèi)溫度降低(2)當(dāng)溫度降低至設(shè)定溫度以下，金屬盒內(nèi)氣體體積減?。饘俸械膬蓚€(gè)側(cè)面凹進(jìn)去，通過連軒帶動(dòng)控制連桿、動(dòng)觸點(diǎn)向左移動(dòng)，導(dǎo)致動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)分離．切斷工作電路．壓縮機(jī)停止工作。(3)如此反復(fù)．保持電冰箱內(nèi)的溫度不高于設(shè)定溫度。說明：(1)、(2)各2分，(3)1分。共5分。三、（11分）隨著社會(huì)的進(jìn)步，電冰箱已經(jīng)成為現(xiàn)代家庭不可或缺的家用電器，下表是某品牌電冰箱的銘牌。請(qǐng)認(rèn)真閱讀銘牌上的信息，并結(jié)合平時(shí)的生活經(jīng)驗(yàn)回答下列問題：1、小明認(rèn)為，耗電量應(yīng)當(dāng)?shù)扔谳斎肟偣β逝c一天的時(shí)間的乘積，但計(jì)算后卻發(fā)現(xiàn)，差異很大。這是為什么？2、電冰箱上標(biāo)示的耗電量為0.58kW·h/24h。但是在炎熱的夏季當(dāng)電冰箱內(nèi)裝滿食物后，小明利用電能表測(cè)量的結(jié)果大約是該耗電量的倍，其可能原因是什么？三、（11分）參考解答

1、電冰箱是間歇工作的，只有當(dāng)冷凍室內(nèi)的實(shí)際溫度高于設(shè)定溫度時(shí)．電冰箱的壓縮機(jī)才開始工作?！?3分)2、電冰箱上標(biāo)示的耗電量為常溫下，電冰箱內(nèi)不放任何物體，且不開冰箱門的情況下測(cè)得的。而在實(shí)際應(yīng)用過程中，真實(shí)的耗電量會(huì)更大一些………………一…．．(3分)3、該電冰箱真實(shí)耗電量：W=1.5x0.58kWh=0.87kWh……(2分)

一天實(shí)際工作時(shí)間………………(3分)四、（12分）工人師傅經(jīng)常使用一種稱為“大力鉗”的工具夾緊或切斷金屬材料，圖12所示為用于切斷金屬所常用的一種小型大力鉗，其各部分尺寸已在圖中標(biāo)明（單位為cm）。若工人師傅的單手最大握力為900N，他使用該大力鉗時(shí)，在被鉗材料處能夠產(chǎn)生的最大壓力為多大？

四、(12分)參考解答大力鉗工作時(shí)，相當(dāng)于杠桿組合，其中ABC、CDE以及對(duì)應(yīng)的下半部分分別為杠桿?！?2分)

假設(shè)力的方向沿豎直方向，則杠桿CDE可模型化為圖答2的情況，其中D為支點(diǎn)。根據(jù)杠桿平衡條件可得：：F1L1=F2L2………………………．．(2分)

由題意可知：F1=900N，L1=12cm，L2=2cm。所以同理：杠桿ABC可模型化為圖答3的情況，其中B為支點(diǎn)。根據(jù)杠桿平衡條件可得F3L3=F4L4…………．(1分)

由題意可知：F3=F2=5.4×103N，

所以

注：兩個(gè)受力分析圖各1分。五、（12分）三峽水利樞紐工程是中國規(guī)模最大的水利樞紐工程，如圖13所示。樞紐控制流域面積約，占長(zhǎng)江流域面積的56%，壩址所在位置年平均流量為Q＝4.51xl011m3。水利樞紐的主要任務(wù)包括防洪、發(fā)電、航運(yùn)三方面，在發(fā)電方面，三峽水電站共安裝32臺(tái)7x105kW水輪發(fā)電機(jī)組，另外還有2臺(tái)5xl04kW的電源機(jī)組，總裝機(jī)容量（指34臺(tái)發(fā)電機(jī)組同時(shí)工作時(shí)的總發(fā)電功率）P=2.25xl07kW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量約W=1011kW·h。閱讀上述材料，解答下列問題(水的密度ρ=1.0x103kg/m3，取g=10N/kg)：

1.若三峽電站上、下游水位差按h=110m計(jì)算，試求三峽電站將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能的效率。2.若34臺(tái)發(fā)電機(jī)組全部發(fā)電，要達(dá)到年發(fā)電量的要求，每臺(tái)發(fā)電機(jī)組平均年發(fā)電時(shí)間t為多少天？五、(12分)參考解答

1．水力發(fā)電是利用河川、湖泊等位于高處的水流至低處時(shí)，水的重力做功，將水流減小的重力勢(shì)能，通過水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能………………．．(2分)

年平均流水總質(zhì)量：rn=pQ=1.0x103×4.51x1011kg=4.51×1014kg………………．(2分j

流水年平均做的總功W水=Gh=mgh=4.51×1014×10×110J=4.96x1011J……………．．(2分)

年平均發(fā)電量：W=1011kWh=3.6×1017J………………．(1分)

三峽電站將水流的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為：2.工作天數(shù)：六、（15分）寒假小明參加了學(xué)校組織的去內(nèi)蒙古草原的冬令營之前，老師對(duì)他們講了草原上防火和自救的知識(shí)，告訴他們，草原一旦起火，推進(jìn)的速度很快，草原的火就像一堵墻一樣大面積地向前推進(jìn)；但由于草的質(zhì)量小，很快就燒完了，所以當(dāng)火墻的前面還在燃燒，火墻的后面很快就會(huì)熄滅，因此火墻比較薄。這一點(diǎn)與森林火災(zāi)有著顯著的不同?；诓菰馂?zāi)的特點(diǎn)，老師囑咐他們，若遇到草原著火，一定要迎著火墻快速地沖過去。如果背著火，朝沒有火的地方跑，很快就會(huì)被大火吞噬。若某次草原發(fā)生火災(zāi)時(shí)，恰好西風(fēng)，風(fēng)速v1=1m/s，所形成的火墻厚度D=8m;火墻的推進(jìn)速度可看作與風(fēng)速相同，即v2=v1=lm/s。通常情況下，人在草原上奔跑的速度可達(dá)v3=7m/s;而在十分疲憊的情況下，持續(xù)奔跑的速度約為。人的衣服被火焰點(diǎn)燃所需的時(shí)間約為t1=1.5s。1.請(qǐng)你通過計(jì)算說明老師所說的“草原火災(zāi)自救方法”的科學(xué)道理以及后面所說的。如果背著火，朝沒有火的地方跑，很快就會(huì)被大火吞噬”的原因。2.假如草原發(fā)生火災(zāi)時(shí)，天刮著西風(fēng)，這時(shí)你恰好在火場(chǎng)東側(cè)約兩百米的位置。當(dāng)時(shí)你隨身帶有以下物品中的某一件：鐮刀、鐵锨、礦泉水。在不方便使用老師所說的“草原火災(zāi)自救方法”的情況下，請(qǐng)你簡(jiǎn)述你將如何利用上述物品逃生（任選兩種作答，多選無效）?如果連上述隨身物品也沒有，你還能采用什么方法逃生(只說一種方法，多說無效)?

1·按老師所說的“草原火災(zāi)自救方法”，迎著火墻向西奔跑，則人穿越火墻自救所需時(shí)間:

由于1s<5s人越墻后，身上的衣服不會(huì)被點(diǎn)燃，人很安全。需要注意的是，人在穿越火墻的短暫時(shí)間內(nèi)，一定要屏住呼吸，以免因吸入火焰而灼傷呼吸道……………2分如果背著火，朝著沒有火的地方跑，跑不了多久就疲憊了，人的奔跑速度就會(huì)變小，一碟被火焰追上了，逃生的人呆在火墻中的時(shí)間可達(dá)：十分疲憊的人在火墻中呆J6s,時(shí)間確實(shí)太長(zhǎng)了!而且由于16>5s，逃生的人即