2023年第二十二屆全國初中應用物理競賽試題

2023年第二十二屆全國初中應用物理競賽試題注意事項：1．請在密封線內填寫所在地區(qū)、學校、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：2023年3月25日（星期日）上午9：30～11：10。題號一二三四五六總分分數復核人得分評卷人一、本題共10小題，每小題2分，共20分。以下各小題給出的四個選項中只有一個是對的的，把對的選項前面的字母填在題后的括號內。1．上午，小明騎著自行車沿平直的公路駛向學校，強勁的北風迎面吹來，此時地面對車前輪的摩擦力為f1，對車后輪的摩擦力為f2。則下列說法中對的的是（）A．f1與前進方向相反，f1＜f2B．f2與前進方向相反，f1＞f2C．f1與前進方向相同，f1＜f2D．f2與前進方向相同，f1＞f22．小明發(fā)現，有些電線桿上裝有如圖1所示的“小風車”，這些小風車在微風中能不斷地旋轉，且旋轉葉片的一面還裝有反光的小鏡子。關于這樣的“小風車”的作用，下列說法中對的的是（）A．為了警示此處有電B．為了測定風向C．為了測量風速大小D．為了驅趕小鳥，避免小鳥在上面做窩而導致電路短路3．一名軍人在一次執(zhí)行任務時需要從正在正常向前行駛的卡車右側跳下。對于跳車的方法，以下四種方案中最安全的是（）A．臉向車后并相對于車向后跳B．臉向車后并相對于車向前跳C．臉向車前并相對于車向后跳D．臉向車前并相對于車向前跳4．我國不少地區(qū)把陰霾天氣現象并入霧一起作為災害性天氣，統(tǒng)稱為“霧霾天氣”。關于霧和霾的結識，下列說法中對的的是（）A．霾是大量的小水滴或冰晶浮游在近地面空氣層中形成的B．霧和霾是兩種不同的天氣現象C．霧是由懸浮在大氣中的大量微小塵粒、煙?；螓}粒等顆粒形成的D．霧和霾是同一個概念的兩種不同說法5．北京奧運會上的把戲游泳運動員，由于在水面上、下都能聽到音樂指令，從而以其優(yōu)美的舞姿、隨音樂節(jié)拍而精確完畢的動作，讓觀眾感受到了體育之美。關于運動員在水下是如何接受到音樂指令的下列說法中，符合實際情況的是（）A．僅在水面以上放有音箱，當運動員的頭部在水面以下時，聲音經由空氣、水，最終傳到運動員的耳朵B．僅在水面以下放有音箱，當運動員的頭部在水面以下時，聲音通過水傳到運動員的耳朵C．運動員通過無線耳機，接受來自控制室的電磁波信號，再將其轉化成聲音，被耳朵接受D．在水面以上和以下都放有音箱，使運動員的頭部無論是在水面以上還是以下，都能聽到清楚的音樂聲6．小明學習了浮力知識以后，對熱氣球運動產生了愛好，他在網上收集了許多關于熱氣球的知識及類似圖2所示的圖片。以下是他對熱氣球運動所做的猜想，其中對的的是（）A．通過調節(jié)火焰大小，改變熱氣球的體積來調節(jié)熱氣球的飛行高度，進而選擇需要的風向B．通過改變人在吊籃中站立的位置，來改變熱氣球飛行的方向C．通過調節(jié)火焰大小，改變熱氣球內的空氣密度來調節(jié)熱氣球的飛行高度，進而選擇需要的風向D．通過調節(jié)火焰噴射的方向，來改變熱氣球飛行的方向7．如圖3所示，四個相同的玻璃瓶內裝有深度不同的水。用筷子輕輕敲擊瓶口或用嘴貼著瓶口吹氣，會發(fā)出不同的聲音。下列關于所發(fā)出聲音的判斷中對的的是（）A．用筷子輕輕敲擊瓶口，甲瓶的音調最高B．用嘴貼著瓶口吹氣，甲瓶的音調最高C．用筷子輕輕敲擊瓶口，丁瓶的音調最低D．用嘴貼著瓶口吹氣，丁瓶的音調最高8．在煮餃子時，將餃子投入沸騰的水中，并用勺子輕輕推動沉下的餃子，等到水重新沸騰后，加上些涼水繼續(xù)煮一會兒使水再次沸騰，這時煮熟的餃子會浮出水面。熟餃子會浮起來的重要因素是（）A．鍋里的的水量多了B．餃子在水里通過燒煮變輕了C．水溫低時餃子受到的重力較大，水溫高時餃子受到的重力較小D．水沸騰后，餃子內的部分水汽化變成水蒸氣，使餃子體積增大9．目前航天飛船的飛行軌道都是近地軌道，一般在地面上方300km左右的軌道上飛行，繞地球飛行一周的時間約為90min左右。若飛船在赤道上空飛行，那么飛船里的航天員在24h內可以見到日出的次數也許為（）A．15B．1C．2.7D．0.3810．圖4甲所示的熱熔膠槍是一種裝修工具，用于材料涂膠。它的內部有2只相同的PTC（正溫度系數）加熱元件，其工作電路如圖4乙所示，扣動扳機能使固體膠條向前擠壓，聯(lián)動開關S同時擲向A、B，槍口冒出膠液，松開扳機，聯(lián)動開關S同時擲向B、C。單只PTC元件的電阻隨溫度的變化如圖4丙所示。關于PTC元件的工作情況，下列說法中對的的是（）A．扣動扳機，兩只PTC元件串聯(lián)在電路中B．松開扳機，只有一只PTC元件接入電路C．松開扳機，當溫度為80℃時，電路消耗的電功率為55WD．扣動扳機，當溫度為180℃時，1min電路消耗的電能為4800J得分評卷人二、簡答下列各題（每題5分，共30分）1．乒乓球運動是集競技、娛樂、健身于一體的體育運動，如圖5所示。請分析運動員在擊球過程中用到了哪些物理知識?2．圖6是魚缸中過濾增氧泵增氧工作時的原理示意圖，水泵把水從進水管口吸入，從出水管口快速噴出時，空氣就會從進氣管口進入水中，與水流一起噴出。（1）請解釋空氣能進入水中的原理和過程；（2）請再列舉一個生產或生活中運用上述原理進行工作的例子。3．2023年7月1日，青藏鐵路全線貫通。鐵路要通過“千年凍土”區(qū)，“凍土”區(qū)路基在溫度過高時會變得松軟不牢固。為解決“凍土”難題，保證路基的穩(wěn)定，青藏鐵路路基兩旁各插有一排碗口粗細、高約2m的熱棒（中空的鐵棒），如圖7所示，熱棒在路基下還埋有5m深，里面灌有液氨。請解釋熱棒是如何解決“凍土”難題保證路基的穩(wěn)定的。4．小明家新買了一臺電熱油汀取暖器，如圖8所示。當小明用力晃動這臺取暖器時，可以聽到其內部發(fā)出了液體流動的聲音。小明找出說明書仔細閱讀后得知，這種取暖器將電熱管安裝在散熱片腔體內的下部；在腔體內電熱管周邊注有導熱油；在控制電路中裝有雙金屬溫控元件，當油溫達成調定溫度時，溫控元件會自行斷開電源；在使用注意事項中特別強調這種取暖器不能倒置或側臥使用。請回答：（1）為什么用油做導熱物質而不用水?（2）取暖器內部發(fā)出了液體流動的聲音，說明油沒有裝滿，這是為什么?（3）為什么強調不能上下倒置或放倒后通電加熱?5．有的轎車的觀后鏡是用平面鏡做成的，而有的又是用凸面鏡做成的，請說明其各自的優(yōu)點是什么。6．一些高樓大廈表面用許多大塊的鍍膜玻璃做外墻面（俗稱“玻璃幕墻”）。在大樓外面的人，白天看這些玻璃，感覺它們仿佛一面面的鏡子，能看到樓外景物的像，卻看不到大樓里面的景物。在大樓里面的人，通過這些玻璃，卻能看到樓外的景物。請你對樓外面的人白天觀測到的現象做出解釋。得分評卷人三、（11分）早在182023前的漢代，科學家張衡就發(fā)明了用來測量車輛行駛里程的“記里鼓車”，又名“記里車”、“司里車”、“大章車”等?？萍际穼W家王振鐸先生根據史書上的文字描述，復原了這種神奇的車，如圖9甲所示。圖9乙所示為記里鼓車的原理圖，馬匹拉著該車向前行走，帶動左、右足輪轉動。立輪與左、右足輪裝在同一水平軸上，齒數為18，并與下平輪嚙合，帶動下平輪水平轉動，下平輪齒數為54；齒數為3的旋風輪與下平輪裝在同一豎軸上，并與中平輪嚙合。中平輪齒數為100，轉動一圈，輪上的撥子便撥動上層木人右臂擊鼓一次，顯示車行一里。漢代曾以六尺為一步，三百步為一里，假設那時人們認為的圓周率約為3。試通過計算說明，這架“記里鼓車”的足輪直徑應當是多少尺?得分評卷人四、（12分）在學校創(chuàng)新比賽中，小亮同學設計了一個多檔位的電熱水器。圖10甲所示是他設計的電熱水器的工作電路圖，R1和R2是兩根電熱絲。他設計的旋轉開關如圖10乙所示，旋轉開關內有一塊絕緣圓盤，在圓盤的邊沿依次有共10個金屬觸點（在圖乙中用“○”表達，“○”中標有1、2、3、4編號，編號相同的觸點用導線連接）?？梢岳@中心軸轉動的開關旋鈕兩端各有一個金屬滑片，轉動開關旋鈕可以將相鄰的觸點連接。例如，圖10乙中，旋鈕上的箭頭指向圖中位置D，此時，金屬滑片將1、2兩觸點接通，同時另一端也將3、4兩觸點接通。當旋鈕上的箭頭指向A、B、C、D不同位置時，可以實現四檔加熱功率。他設計的四檔加熱功率如下表所示：溫度檔位高溫中溫2中溫1低溫加熱功率/W11006604402641．假如要實現旋轉開關沿某個方向轉動時，加熱功率依次遞減或遞增，通過計算，分析說明電熱絲R1和R2的阻值應當分別為多大?旋鈕上的箭頭指向A、B、C、D不同位置時，分別相應哪一檔加熱功率?2．小亮根據計算結果，借助電池組、電壓表和電流表分別截取了電阻大小符合規(guī)定的兩根電熱絲，并按電路圖連接好。經檢查無誤后，小亮將電熱器接入家庭電路，同時借助電能表和手表測量電熱器在不同檔位工作時實際消耗的電功率，結果發(fā)現每一檔的實際功率均小于按照電熱絲電阻值計算的結果，測量后發(fā)現電源電壓為220V。請簡樸解釋產生這種偏差的因素。3．使用中他發(fā)現水溫開始升高較快，后來水溫升高越來越慢，最后甚至會保持某個溫度不再升高，此時水并沒有沸騰。并且選擇加熱檔位功率越小，水可以達成的最高溫度越低，這是為什么?得分評卷人五、（12分）如圖11甲所示為某型號汽車的自動測定油箱內油量的電路原理圖，其中電源兩端的電壓恒為24V，R0為定值電阻，A為油量指示表（一只量程為0～0.6A的電流表），Rx為壓敏電阻，它的上表面受力面積為10cm2，其阻值與所受壓力的相應關系如圖11乙所示。油箱的上下兩部分皆為長方體形狀，下半部分的橫截面積為、20dm2，高為2dm，上半部分的橫截面積為10dm2，油箱加滿油時油的總體積為60dm3。當油箱裝滿油時，油量指示表的示數如圖11丙所示。已知：ρ汽油＝0.7×103kg／m3，取g=10N／kg。1．當油箱內汽油用完時，油量指示表的指針指向某一位置，求此位置所相應的電流值是多少；2．若汽車在高速公路勻速行駛400km，油量表由滿刻度指向滿刻度的位置，求該汽車每行駛100km消耗汽油多少升；3．在上面第（2）問所述的行駛過程中發(fā)現，油量表的示數在開始運動的一段時間內變化較快，而后來一段時間內變化較慢，請解釋其中的因素。得分評卷人六、（15分）如圖12甲所示，冰凍是導致高山地區(qū)冬季輸配電線路倒塔（桿）斷線的重要因素。為了避免這類事故的發(fā)生，一方面電力工人要及時對輸電線路進行除冰作業(yè)，另一方面要加強輸電線的抗拉能力。一般高壓輸電線每一根都是由一股位于中間的鋼質線芯和六股相同粗細的鋁質線芯絞在一起組成的，其橫截面如圖12乙所示。這種輸電線通常被稱為鋼芯鋁絞線（代號LGJ）。已知該鋼芯鋁絞線所能承受的最大安全拉力為其正常工作情況下拉力的5倍。下表是該種鋼芯鋁絞線的相關技術數據。鋁線（股數×直徑）鋼線（股數×直徑）導線外直徑電阻安全載流量（mm）（mm）（mm）（Ω／km）70℃80℃90℃6×3.801×3.8011.40.5194A228A255A1．該電力線路采用鋼芯鋁絞線而不采用與之同樣結構尺寸的鋁絞線，其重要目的是什么?2．輸電線路結冰后，輸電線（連同上面的冰）變粗、變重。為了保證輸電線路的安全，防止輸電線被拉斷，在冰凍的鋼芯鋁絞線（連同上面的冰，其橫截面可以看作圓）的直徑D增大到一定值時就必須進行除冰作業(yè)，試估算需要進行除冰作業(yè)時冰凍的鋼芯鋁絞線的直徑D。（ρ鋁＝2.7×103kg／m3，ρ鋼＝7.9×103kg／m3，ρ冰＝0.9×103kg／m3，?。?0.7）3．有一種輸電線路除冰作業(yè)的方法叫“短路熔冰”。所謂“短路熔冰”，就是在短時間內，輸電線不通過用電器而直接接通，輸電線中通過比平時大許多的電流，運用導線自身發(fā)熱熔冰以完畢除冰作業(yè)的方法。短路熔冰時，若一根這種鋼芯鋁絞線每米的發(fā)熱功率為200W，則短路熔冰時通過一根鋼芯鋁絞線的電流大約是多大?（?。?.2）2023年第二十二屆全國初中應用物理競賽參考解答和評分標準說明：1．除選擇題外，提供的參考解答不一定都是惟一對的的。對于那些與此解答不同的解答，對的的，同樣得分。2．評分標準只是按一種思緒與方法給出的。在閱卷過程中會出現各種不同情況，可參照本評分標準的精神定出具體解決辦法，但不要與本評分標準有較大偏離。3．簡答題或計算題是分步給分的。在評分標準中經常寫出①、②……，這里的①、②……是用來代表答題要點或環(huán)節(jié)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要點或環(huán)節(jié)，同樣得分。沒有寫出任何式子或文字說明，只給出最后結果的，不能得分。4．參考解答中的數字結果是按照有效數字的運算規(guī)定給出的，但對考生不做規(guī)定。不要由于有效數字的錯誤而扣分。5．規(guī)定學生估算的，要看學生是否會忽略那些可以忽略的條件。6．在最后定獎時．假如得分相同的人數超過獲獎名額，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是：（1）所用方法或原理不是課本所講的，具有創(chuàng)新性，應加分；（2）方法簡便，應加分；（3）提出多種對的解法，應加分；（4）試卷表達規(guī)范，條理清楚，能充足運用數學工具，應加分。上述各項的執(zhí)行都應由競賽領導小組做出規(guī)定（省統(tǒng)一分派獎勵名額的由省決定，地、市分派獎勵名額的由地、市決定）。一、選擇題（每小題2分，共20分）1．A2．D3．C4．B5．D6．C7．B8．D9．A10．D二、簡答題（每題5分，共30分）1．（5分）參考答案①球拍表面貼橡膠，為了增大球與球拍間的摩擦。②乒乓球在受到擊打后，改變運動方向及速度大小，由于力可以改變物體的運動狀態(tài)。③弧圈球是指旋轉的球沿弧線運動，這是由于空氣流速大的地方壓強小。④乒乓球落到臺面后會彈起，由于不同形式的能可以互相轉化。⑤球與球拍脫離后仍然向前運動，由于球有慣性。說明：每說對一種物理知識的應用得1分，最多5分。2．（5分）參考答案①流體流速大的地方壓強?。斔畯某鏊芸诳焖賴姵鰰r，進氣管下部壓強減小，這時進氣管內的水平下降，起到降至出水管以下，附近的空氣在大氣壓的作用下被壓入出水管的水中，隨水流從出水管口進入魚缸內的水中。②燃氣灶灶頭與燃氣管是分離的，但是在運用燃氣灶燒水或做飯的時候，并沒有燃氣從進氣口處外溢，就是由于在灶頭與燃氣管對接處．氣體流速大、壓強小，所以燃氣不會向壓強大的周邊外溢。說明：①4分，②1分，共5分3．（5分）參考答案（1）路基溫度升高，液態(tài)氨吸熱汽化，上升到熱棒的上端；（2）氣態(tài)氨通過鐵質外殼向溫度較低的大氣放熱，液化變成液態(tài)氨；（3）液態(tài)氨沉入棒底。如此反復，不斷將地下的熱量傳遞到大氣中，保證路基處在冰凍狀態(tài)而不熔化，從而保證路基的穩(wěn)定。說明：（1）、（2）各2分，（3）1分。共5分。4．（5分）參考答案（1）油是絕緣體，使用較安全。（2）加熱時．油體積要膨脹，若腔體內注滿油，易脹壞腔體，引起事故。（3）避免電熱管露出油面，在這種情況下，通電加熱有也許導致電熱管處在油面以上的部分由于溫度過高而損壞。說明：（1）1分，（2）、（3）各2分。共5分。5．（5分）參考答案（1）、平面鏡成像的特點是對稱，具有物像等大、物和像距平面鏡的距離相等等特點，便于司機判斷自己駕駛的汽車和后面汽車的距離。（2）凸面鏡做成的觀后鏡的優(yōu)點是視野更加開闊，可以觀測到更大范圍的其他車輛的行駛情況。說明：（1）3分，（2）2分。共5分。6．（5分）參考答案（1）這種玻璃表面有一層很薄的金屬鍍層，因此，和普通玻璃相比，反射的光更多，透射的光更少。反射成像更加明顯，所以站在馬路上看，它們仿佛一面面的鏡子；（2）由于透射的光更少，導致白天樓內與樓外相比更暗，同時由于這種玻璃透光性能減弱，所以從樓內透射到樓外的光會變得更弱；（3）由于身處光線很好的樓外的人，眼晴瞳孔的張開限度較小，導致站在樓外的人看不到里面的情景。說明：（1）、（2）各2分，（3）1分。共5分。三、（11分）參考解答車行駛一里．則中平輪需轉動一圈，旋風輪和下平輪需轉動的圈數：n1＝100/3…（3分）若下平輪轉動一周，立輪和足輪需要轉動圈數：n2=54/18…………（2分）所以，當車輛行駛一里，足輪需要轉動圈數：n3＝n2n1＝54/189×100/3=100……（2分）又由于：1里=300步=6×300尺=1800尺………………（1分）所以：100πD＝1800尺…………………（2分）足輪直徑：D=6尺………………………（1分）四、（12分）參考解答1．由圖可知：旋鈕上的箭頭指向D位置時，電熱絲R1和R2并聯(lián)，此時電路消耗功率最大P1＝1100W（1分）旋鈕上的箭頭指向C位置時，電熱絲R1單獨工作，此時電路消耗功率為：P2=660W（1分）所以：R1＝＝＝73.3Ω………………（1分）旋鈕上的箭頭指向B位置時，電熱絲R2單獨工作，此時電路消耗功率為：P1=440W（1分）所以：R2＝＝＝110Ω………………（1分）當旋鈕上的箭頭指向A位置時，電熱絲R1和R2串聯(lián)，此時電路消耗功率為：P4＝＝＝264W………………（1分）2．電熱絲的電阻會隨溫度而變化。在借助電池組、電壓表和電流表截取一定阻值的電熱絲時，電熱絲消耗的功率很小，一定期間內產生的熱量少，故溫度低，此時電阻??；當電熱絲接入家庭電路工作時，消耗的電功率較大，一定期間內產生的熱量多，溫度升高顯著，電阻變大明顯：由公式P＝可知，此時消耗的電功率比測得的電阻計算的電功率要小一些。…………（3分）3．電熱器在給水加熱時。由于水在吸熱的同時還在散熱（向空氣傳遞熱量、蒸發(fā)吸熱），并且隨著水溫的升高，水溫與環(huán)境溫度差增大，熱傳遞的速度加快、水蒸發(fā)時吸熱的速度也加快，導致水的溫度升高減慢；當散失熱量與從電熱絲吸取到的熱量平衡時，水溫就不再升高了?！?分）加熱功率越小，單位時間內產生的熱量越少，達成上述平衡時與環(huán)境的溫差越小，所以水能達成的最高溫度越低?！?分）五、（12分）參考解答1．油箱裝滿油時，下半部分容積：V2=20×2×10－3mL＝4×10－2m3上半部分容積：V1=V－V2＝6×10－2m3＝4×10－2m3=2×10－2m3上半部分高度：h1＝=m=2×10－lm……（1分）汽油的深度：h＝h1+h2=2×10－1m+2×10－1m=4×10－1m汽油對壓敏電阻的壓強：p＝ρ汽油gh=0.7×103×10×4×10－1Pa=2.8×103Pa………（1分）汽油對壓敏電阻的壓力：F=pS=2.8×103×10×10－4N＝2.8N………（1分）由圖11乙可知：Rx=30Ω………………（1分）由題意可得：R0=－Rx=Ω－30Ω=10Ω………（1分）汽油用完時，由圖11乙可知：Rx′＝300Ω……………（1分）通過油量表的電流：I2==Ω＝0.08A……………（1分）2．油量表指向滿刻度的位置，通過油量表的電流：I3=×0.6A=0.15A此時壓敏電阻阻值：Rx″＝－R0＝160Ω－10Ω＝150Ω…………（1分）由圖11乙可