2010年第二十屆全國初中應(yīng)用物理競賽復(fù)賽試題(DOC)

1、圖圖2 2010 年第二十屆全國初中應(yīng)用物理競賽復(fù)賽試題 注意事項(xiàng): 1 1 請?jiān)诿芊饩€內(nèi)填寫所在地區(qū)、學(xué)校、姓名和考號。 2 2 用藍(lán)色或黑色鋼筆、圓珠筆書寫。 3.3. 本試卷共有六個大題，滿分為 100100 分。 4.4. 答卷時(shí)間：20102010 年 4 4 月 1818 日（星期日）上午 9 9: 30301111: 1010。 不計(jì)滑輪處的摩擦。則要想讓此裝置能正常工作，浮球的質(zhì)量應(yīng)滿足什么條件（取 g=10N/kg ） ? （2） 他手邊還有開關(guān)、紅燈、綠燈和電鈴各一個，導(dǎo)線若干，請?jiān)趫D中的虛線方框內(nèi)畫 出報(bào)警電路，要求：水位到達(dá) A處時(shí)，紅燈亮，電鈴報(bào)警；水位到達(dá) B處時(shí)，

2、綠燈亮, 電鈴報(bào)警。 一、（1616 分）干簧管（也叫干簧繼電器）比一般機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、速度高、工 作壽命長；而與電子開關(guān)相比，它又有抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng) 的特點(diǎn)，工作可靠性很高。如圖 1甲所示為干簧管的結(jié)構(gòu) 簡圖，其中磁簧片是一種有彈性的薄鐵片，被固定于玻璃 管上。 1 當(dāng)將一個條形磁鐵與干簧管平行放置時(shí)，如圖 1乙， 干簧管的磁簧片觸點(diǎn)就會閉合，將電路接通；當(dāng)條形磁鐵 遠(yuǎn)離干簧管時(shí)，觸點(diǎn)就會斷開。請簡述其原理。 2某同學(xué)設(shè)想用干簧管制作水位自動報(bào)警器，圖 2是他 設(shè)計(jì)的一部分情況，請幫助他完成其余部分的設(shè)計(jì)： （1） 設(shè)永久磁鐵所受的重力為 3N,浮球的體積為200cm3, 厳簧片融

3、點(diǎn)部位厳簧片融點(diǎn)部位 毬簧片毬簧片 甲甲 惰悝氣體惰悝氣體 圖圖2 干竇管I t 圖圖6 、（1616 分）小星同學(xué)為實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一個多擋位電加熱器，其工作原理圖如圖 3所示。 其中Ri、R2、R3為發(fā)熱電阻。三個燈泡為上述發(fā)熱電阻相應(yīng)的的工作指示燈，其所消耗 的電功率可忽略不計(jì)。小星設(shè)想通過開關(guān)的組合，使 電加熱器能有 200W、300W、，、 900W共七擋功 率。為此他還設(shè)計(jì)了下面這份簡單的表格， 表中的V” 表示對應(yīng)的開關(guān)閉合， 相應(yīng)的指示燈亮：“X”表示對 應(yīng)的開關(guān)斷開，相應(yīng)的指示燈熄滅。功率欄給出了相 應(yīng)狀態(tài)時(shí)電加熱器的功率值。 1 按照他的設(shè)想，幫他計(jì)算出 Ri、R2、R3的阻值

4、各 為多少？ 2 補(bǔ)齊表中其余擋位的空格。 額定電壓 220V 額定頻率 50Hz 檔位 Si S2 S3 功率 1 V X X 200W 2 X V X 300W 3 4 5 6 7 900W 三、（1616 分）如圖4為過去郵局里用來稱量郵件質(zhì)量的雙桿臺秤的主要結(jié)構(gòu)簡圖，這種臺 秤的兩條秤桿是固定在一起的，兩條秤桿分別裝有秤錘 A、B,其中秤錘A只能處于其所 在秤桿上有槽的特定位置處，秤錘 B則可停在其所在秤桿上的任意位置。 1 這個臺秤的量程和分度值分別是多少？ 2 寫出用這種秤測量一個郵包的質(zhì)量時(shí)的操作步驟（包括校零的具體步驟） 3若用調(diào)整好的臺秤稱量一個郵包的質(zhì)量時(shí)，秤桿水平平衡后，

5、秤錘 A、B所處的位置地零火 耆卅皆世廿特譽(yù)豐豐港*譽(yù)*計(jì)冊管世 支點(diǎn) 如圖4所示，則這個郵包的質(zhì)量為多少？ 4由圖中的信息推導(dǎo)出 A、B兩秤錘的質(zhì)量 mA、mB的關(guān)系 四、（1616 分）小華家買了新房，準(zhǔn)備改裝客廳頂燈的電路時(shí)，他發(fā)現(xiàn)爸爸拿來一幅如圖 5 所示電路圖，他很好奇，看了一會兒之后，發(fā)現(xiàn) 這幅圖有些眼熟，但又和過去所看的圖不同， 他 拿著圖去問爸爸：S3是什么開關(guān)，爸爸告訴他這 叫“雙刀雙擲”開關(guān)，相當(dāng)于兩個單刀雙擲開關(guān) “聯(lián)動”。爸爸還告訴他要將這三個開關(guān)分別裝 在三個與客廳相連的房間的門旁邊。這是為什 么？這樣裝有什么好處呢？小華決定仔細(xì)研究 一下。 1.小華準(zhǔn)備首先用列表的

6、方法分析開關(guān)的狀態(tài)與燈泡亮滅的關(guān)系。為此他設(shè)計(jì)了如下的 表格，并用“ 1”和“2”表示開關(guān)接通的位置，用“ 1 ”和“ 0”表示燈泡的“亮”和“滅” 請你也參與到他的研究中來， 并幫他在表格中記錄下三個開關(guān)所有可能的組合對燈的控制 情況，完成下表： Si S3 S2 燈的亮火 2根據(jù)列表的結(jié)果總結(jié)出這個電路的好處。 3弄懂了這個電路和雙刀雙擲開關(guān)的特點(diǎn)之后，他又有了新的想法：還可以在圖 5的電 路中再增加一個雙刀雙擲開關(guān) S4,并使它和其他的開關(guān)作用相同。請把他的設(shè)計(jì)畫在圖 6 中。 N （零）（零） N （零）（零） 圖圖6 五、 （1818 分）單位質(zhì)量的某種液體變?yōu)橥瑴囟鹊臍怏w 所需要吸

7、收的熱量，叫做這種液體的汽化熱。通常情 況下，同種液體在不同溫度下的汽化熱是不同的。某 課外活動小組設(shè)計(jì)了如圖 7所示的裝置，可以用來測 定100 C時(shí)水的汽化熱。該裝置的測量原理是：用電 壓可調(diào)的電加熱器使玻璃容器內(nèi)的水沸騰，用電子天 平分別測量沸騰一段時(shí)間前后水的質(zhì)量，同時(shí)測量所 用的時(shí)間及在該段時(shí)間內(nèi)電加熱器的電壓和電流，根 據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)和能量守恒關(guān)系即可求出水的汽化熱 入。由于這個裝置工作時(shí)的散熱損失是 不可忽略的，該組同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)測量了兩組數(shù)據(jù)，如下表所示: 電壓/ V 電流/ A 時(shí)間/ s 水的初質(zhì)量/g 水的末質(zhì)量/ g 第一組 20 1 300 70 68 第二組 40 2 3

8、00 70 60 1 .試簡單說明該裝置的散熱功率是否隨加熱功率的改變而改變。 2 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，求水的汽化熱 入 3.針對此實(shí)驗(yàn)提出一些減少實(shí)驗(yàn)誤差的措施。 六、（1818 分）小亮家有一輛家用轎車，爸爸在給他說車的性能時(shí)，總是說“ 2. 0的排量”， 卻很少說“功率”，為此小亮特地從網(wǎng)上查到了排量的定義：活塞從上止點(diǎn)移動到下止點(diǎn) 所通過的空間容積稱為汽缸排量。 如果發(fā)動機(jī) 有若干個氣缸，所有氣缸工作容積之和稱為發(fā) 動機(jī)排量。從說明書上查到：小亮家的汽車采 用的是LFX直列四缸發(fā)動機(jī)，排量為 2. 0L ; 從網(wǎng)上查找到了其輸出特性曲線（如圖 8所 示）；小亮又向爸爸詢問了一些實(shí)測數(shù)據(jù)：由

9、于汽車行駛的路況很好，所以平均車速為 90km / h，此時(shí)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為 2000r/ min，平 均行駛百公里油耗為 9L ;從物理書上查得汽 油的熱值為 4.6X 107j/kg，密度為 0.71 x 103kg/m3 1. 由這臺發(fā)動機(jī)輸出特性曲線可以看出，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為 的輸出功率與轉(zhuǎn)速大致有什么關(guān)系？ 2試通過公式推導(dǎo)出在其他參數(shù)相同時(shí)，發(fā)動機(jī)的輸出功率與其排量的關(guān)系。 3.這輛汽車以90km/ h行駛時(shí)，發(fā)動機(jī)的效率約為多少？每個做功沖程汽缸內(nèi)的平均壓 強(qiáng)是約為多少？2010 年第二十屆全國初中應(yīng)用物理競賽復(fù)賽試題 參考解答與評分標(biāo)準(zhǔn) 說明： 小孔小孔 絕熱蓋絕熱蓋 r r 電加熱

10、器二電加熱器二: : 真空真空 保溫杯保溫杯 電子電子天平、天平、 圖8 1000-5000 r / min 范圍內(nèi)，它 支架支架 電源線電源線 水水 由公式G=mg可以算出浮球的質(zhì)量應(yīng)滿足： 0.5kgm浮球0.3kg 1分 1 提供的參考解答除選擇題外，不一定都是惟一正確的。對于那些與此解答不同的 解答，正確的，同樣得分。 2 評分標(biāo)準(zhǔn)只是按一種思路與方法給出的。在閱卷過程中會出現(xiàn)各種不同情況，可 按照本評分標(biāo)準(zhǔn)的精神定出具體處理辦法，但不要與本評分標(biāo)準(zhǔn)有較大偏離。 3 問答題或計(jì)算題是按照分步方法給分的。在評分標(biāo)準(zhǔn)中常常寫出( I)式幾分，(2) 式幾分這里的式子是用來代表步驟的。若考生

11、并未寫出這個式子，而在文字表達(dá)或以后 的解題過程中反映了這一步驟，同樣得分。沒有寫出任何式子或文字說明，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，但對考生不做要求。 不要因?yàn)橛行?shù)字的錯誤而扣分。 5 在最后定獎時(shí)， 如果得分相同的人數(shù)超過獲獎名額， 因而難于選拔時(shí)， 可對待選 試卷進(jìn)行加分評判。加分評判的基本依據(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 )方法簡便，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，能充分利用數(shù)學(xué)工具，應(yīng)加分。 上述各項(xiàng)的執(zhí)行都需由競賽領(lǐng)導(dǎo)小組做出規(guī)定 (省統(tǒng)一

12、分配獎勵名額的由省決定， 地、 市分配獎勵名額的由地、市決定)。 一、(1616 分)參考答案 1 當(dāng)將一個條形磁鐵與干簧管平行放置時(shí)，干簧管的磁簧片就會被磁化，且靠近的 那兩個端點(diǎn)會被磁化成異名磁極而相互吸引，觸點(diǎn)將會閉合，將電路接通；當(dāng)條形磁鐵遠(yuǎn) 離干簧管時(shí)，磁簧片的磁性消失，在彈力的作用下觸點(diǎn)就會斷開。 ，”,，”， 4分 2 浮球浸沒入水中時(shí)受到的浮力為 F浮二，水gV排=1.0 103kg/m3 10N/kg 2 10，m3 = 2N , 3分 設(shè)浮球剛好浸沒入水中，浮球必須上浮，則必須滿足 G浮球：:：F浮 G磁鐵二2N 3N =5N 設(shè)浮球剛好離開水面時(shí)，浮球必須下降，則必須滿足

13、 G浮球磁鐵二3N 因此要想讓此裝置能正常工作，此浮球所受的重力應(yīng)滿足： 5NG浮球3N, 2分 3 女口圖1卩斤示： I、I * ） / 555555555555555555555555555 全部正確給6分，不畫開關(guān)扣2分，不標(biāo)出紅、綠燈或標(biāo)錯扣 2分 ffilffil 二、（1616 分）參考答案 1.由題意可知： 當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電加熱器的功率為電阻 Ri的功率，所以 Ri 二 U2 (220V)2 P 200W 當(dāng)開關(guān)S2閉合時(shí)，電加熱抬的功率為電阻 R2的功率，所以 Ri 二 U2 (220V)2 R 300W 當(dāng)開關(guān)都閉合時(shí)，電路的總功率應(yīng)該為最大，即 P7=Pi+P2+P 3=9

14、00W 所以 R3=400W, R3 = U2 (220V)2 R3 400W =12悅 1分 1分 3分 1分 10分 額定電壓 220V 額定頻率 50Hz 檔位 S1 S2 S3 功率 1 V X X 200W 2 X V X 300W 3 X X V 400W 4 V V X 500W 5 V X V 600W 2.如下表所示（每行 2分，共10分） 6 X V V 700W 7 V V V 900W 三、（1616 分）參考答案 1 由圖可知，這臺秤的量程是 2.0kg 分度值是1g ”，”，” 4分 2 如圖 2 （可不畫）, 5 分 將臺秤放在水平臺面上. 將秤錘A、B均置零 調(diào)

15、節(jié)平衡螺母，直至秤桿水平平衡為止。 將所要測量的郵包放在載物臺上。 先逐槽移動秤錘 A，直至若再向大刻度方向移動 一個槽，就會導(dǎo)致杠桿左端下沉?xí)r為止： 而后移動秤錘B, ：，1 - 直至秤桿再次水平平衡。 將稱錘A、B所對的刻度值相加即為郵包的質(zhì)量。 3 這個郵包的質(zhì)量為 723g, 3 分 4 當(dāng)向載物臺放質(zhì)量為 100g （0.1kg）的重物時(shí)，為使臺秤平衡，可以將才秤錘向左 移動一格也可以將 B秤錘向左移動至左端，此時(shí)其移動的距離為 A秤錘移動距離的 20 倍因?yàn)槎呤堑刃У?，所以可以得到耐廣 mA=20mB. , 4分 四、（1616 分）參考答案 1 如下表所示（順序不要求一致） ,

16、 8分 Si S3 S2 燈的亮火 1 1 1 1 1 1 2 0 1 2 1 0 1 2 2 1 2 1 1 0 2 1 2 1 2 2 1 1 2 2 2 0 2 根據(jù)列表的結(jié)果可以看出，不論其他開關(guān)處于何種位置，每一個開關(guān)都可以獨(dú)立 的控制燈的亮、滅，因而從任何一個房門走進(jìn)或離開客廳時(shí)都可以方便的開或關(guān)客廳的燈， 也節(jié)約電能。，,， 4 分 3 如圖 3 所示., 4 分 五、（1818 分）參考答案 1 .該裝置的散熱功率不隨加熱功率的改變而改變。 ，”,，”,，”， 2分 因?yàn)榧訜峁β拾l(fā)生改變后，水溫并不會改變，與周圍環(huán)境的溫度差也就不變，而其他 的條件也都未發(fā)生變化，所以散熱功率不

17、會變化。, 3分 2. 由能量守恒定律可知： 卩電=P散t 吸=P散 t m / , 3 分 根據(jù)題意可得： / U i1右=耳攵& g U2 I2t2 -R散t2 m2 代入數(shù)據(jù)，解得：，=2.25 106J/kg , 3增大加熱功率（或電壓）、增大汽化水的質(zhì)量、換用更保溫的容器（減少散熱功率）、 適當(dāng)增大環(huán)境溫度、減小測量時(shí)間、多測幾組數(shù)取平均值等 , 4分 六、（1818 分）參考答案 1 .由這臺發(fā)動機(jī)輸出特性曲線可以看出在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為 的輸出功率與轉(zhuǎn)速大致成正比.，,， 2設(shè)做功沖程燃?xì)鈱钊钠骄鶋簭?qiáng)為 做功沖程燃?xì)鈱σ粋€活塞的平均壓力： 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為n時(shí)燃?xì)鈱钊龉Φ墓β? W p 2n t 4 所以，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 n,做功沖程汽缸平均壓強(qiáng) po大致相同時(shí)燃?xì)鈱钊龉Φ墓β?p與發(fā)動機(jī)的排量 V排成正比。，, 3. 由發(fā)動機(jī)輸出特性曲線可知：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為10005000r/min 范圍內(nèi)，它 P0, 發(fā)動機(jī)排量為V排。 F=pS 每個做功沖程燃?xì)鈱σ粋€活塞做的功: PoV排 W。二 FL 二