2014年第二十四屆全國初中應(yīng)用物理知識(shí)競賽——復(fù)賽試卷

1、2014年第24屆“巨人杯”全國初中應(yīng)用物理知識(shí)競賽復(fù)賽試卷一、（16分）（2014復(fù)）1（16分）請利用現(xiàn)有器材：一塊大小合適且質(zhì)地不一定均勻的木板，一把量程為2m的卷尺，一臺(tái)能夠測量人體質(zhì)量的磅秤（如圖所示），磚塊若干塊設(shè)計(jì)一個(gè)測量人體重心位置的方案要求寫出測量步驟和測量結(jié)果的表達(dá)式二、（16分）（2014復(fù)）2（16分）小明的媽媽為了方便早餐時(shí)喝上豆?jié){，買了一臺(tái)全自動(dòng)豆?jié){機(jī)，如圖甲所示圖乙所示為豆?jié){機(jī)的主要結(jié)構(gòu)：中間部位是一個(gè)連接著刀頭的電動(dòng)機(jī)，用來將原料進(jìn)行粉碎打漿；電熱管負(fù)責(zé)對液體加熱煮沸下表是這個(gè)豆?jié){機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型 號額定電壓220V額定頻率50Hz電機(jī)功率180W加熱功率80

2、0W容 量1000mL小明想探究一下豆?jié){機(jī)工作的具體過程以及耗電情況，在某次使用之前，先查看了他家的單相電子電能表，上面注明1600imp/kWh，之后，他關(guān)閉其他所有家用電器，將浸泡好的適量黃豆和l000cm3的清水放入豆?jié){機(jī)的杯體，啟動(dòng)自動(dòng)控制鍵，開始用鐘表計(jì)時(shí)的同時(shí)記錄電能表上面的發(fā)光二極管閃爍的次數(shù)，豆?jié){機(jī)按“加熱一預(yù)打漿一加熱一打漿一煮漿一防溢延煮”的程序正常工作直至豆?jié){機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警，提示豆?jié){已做好從啟動(dòng)自動(dòng)控制鍵至豆?jié){機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警，整個(gè)過程用時(shí)20min，電能表上面的發(fā)光二極管閃爍了320次其中、三個(gè)過程為電熱絲單獨(dú)不間斷工作，而、為電機(jī)單獨(dú)間歇工作，此過程中電動(dòng)機(jī)累計(jì)工作時(shí)間

3、為2min，為電熱絲單獨(dú)間歇工作請回答：（1）、兩個(gè)過程中，電動(dòng)機(jī)為什么要間歇工作？（2）在豆?jié){機(jī)工作的20min內(nèi)，消耗的電能為多少kWh？（3）在豆?jié){機(jī)工作的20min內(nèi)，電熱絲和電機(jī)都不工作的時(shí)間為多少min？三、（16分）（2014復(fù)）3（16分）下表所示為某品牌的空調(diào)器銘牌上的部分參數(shù)，其中KFRD表示該空調(diào)為家用分體式具有電輔熱功能的冷暖空調(diào)器請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，回答下面的問題（已知：空氣的密度為1.29kg/m3，空氣的比熱容取103J/（kg）注：空調(diào)的電輔熱功能有兩方面的作用，一是在室外溫度不太低時(shí)開啟電輔熱功能可以增加制熱量，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的快速提升，二是當(dāng)室外溫度很低，空調(diào)器

4、的壓縮機(jī)制熱效能過低時(shí)，開啟電輔熱功能可以輔助制熱，彌補(bǔ)單純靠壓縮機(jī)工作制熱量不足的問題XXXKFRD23GW/Z1分體式房間空調(diào)器電源IPH220V50Hz制冷運(yùn)行制冷量2300W額定輸入功率830W制熱運(yùn)行制熱量2600W額定輸入功率780W電熱功率500W（1）如果房間的面積為15m2，高度為2.6m，問：如果按照表中的數(shù)據(jù)工作，該空調(diào)器至少多長時(shí)間才能將室內(nèi)的空氣由10加熱升高至20？（2）在l中，若室外溫度不太低，實(shí)際加熱時(shí)間約為4.0min，則在利用空調(diào)器對室內(nèi)空氣加熱的過程中，室內(nèi)空氣向外散熱的平均功率約為多少？空調(diào)器總共消耗的電能為多少？（3）該空調(diào)器在制冷時(shí)的額定輸入功率為8

5、30W，而它的制冷量卻是2300W，比輸入功率還要大，這是為什么？四、（16分）（2014復(fù)）4（16分）機(jī)器人小組的同學(xué)要制作一個(gè)能自己從椅子上站起的機(jī)器人，如圖1所示他們已經(jīng)完成的部分如圖2甲所示：Ol和O2為兩個(gè)關(guān)節(jié)（所有關(guān)節(jié)處均安裝有馬達(dá)，可使關(guān)節(jié)在一定范圍內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)）：當(dāng)機(jī)器人的上半身、小腿均垂直于大腿坐在椅子上時(shí)，上半身可以繞O1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30°角、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°角，小腿只能繞O2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°角，如圖2乙所示；O1以上的上半身總長50cm，總質(zhì)量為11.2kg，其重心G1位于Ol正上方25cm處；在Ol和O2水平連線上的大腿部分長25cm，兩只大

6、腿的總質(zhì)量為4.8kg，其重心G2位于Ol和O2連線的中點(diǎn)：O2以下的小腿和腳總長27cm，兩只小腿和腳的總質(zhì)量為4.8kg，其重心位于O2正下方6cm處；其中腳在水平面上的前后長度為l0cm且過O2的豎直線恰好將腳分為對稱的兩半現(xiàn)還需在O1正上方40cm的O3處，為機(jī)器人安裝兩只手臂（如圖2丙所示，大臂可繞關(guān)節(jié)O3轉(zhuǎn)動(dòng)360°角、小臂可繞關(guān)節(jié)O4逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°角，如圖2乙所示；大臂和小臂的長度相等，重心位于整只手臂的中心點(diǎn)）根據(jù)所使用的材料，已知每一只手臂的質(zhì)量和長度的關(guān)系為“每lcm長度手臂的質(zhì)量為0.06kg”請你從理論上計(jì)算出機(jī)器人的整只手臂至少需要多長，才能使機(jī)

7、器人能夠從圖2甲所示的坐姿自己站起來五、（18分）（2014復(fù)）5（18分）如圖1所示為油田開采石油的抽油系統(tǒng)，由抽油機(jī)、抽油桿和抽油泵等部分組成抽油泵的原理與活塞式抽水機(jī)類似；抽油機(jī)通過抽油桿，帶動(dòng)抽油泵的活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將油層中的原油抽至地面（l）抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2甲所示。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過連桿推動(dòng)游梁和驢頭繞支點(diǎn)O往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。驢頭的外側(cè)為一段以O(shè)為圓心的圓弧，它可以確保游梁轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上端固定在驢頭外側(cè)某一點(diǎn)上的鋼絲繩對懸點(diǎn)的拉力始終在同一條豎直線上已知驢頭外側(cè)圓弧的半徑為L1，支點(diǎn)O到連桿和游梁連接處的（沿游梁方向）長度為L2游梁和驢頭受到的總重力為G，支點(diǎn)O到游梁和驢頭的重心的（沿

8、游梁方向）長度為L3若當(dāng)驢頭通過鋼絲繩拉動(dòng)懸點(diǎn)保持靜止、懸點(diǎn)處受到豎直向下的拉力為F、游梁和水平線的夾角為時(shí)，連桿對游梁的拉力方向豎直向下，請你求出該拉力的大?。?）抽油泵處的示意圖如圖2乙所示抽油泵包括活塞、排出閥、吸入閥、油管等組成部分，請說明抽油泵的工作原理由于油層內(nèi)的壓強(qiáng)，當(dāng)套管插入油層時(shí)，原油的液面會(huì)自動(dòng)上升到一定高度再通過抽油泵，可進(jìn)一步將原油吸至地面用回聲儀可以測出原油液面距地面的深度在套管中插入油管時(shí)，需保證抽油泵始終在原油液面之下已知在某油田，地面的回聲儀發(fā)出聲波，時(shí)間后接收到回聲（空氣中聲速為v）；所安裝的抽油桿的總長度為，（單位長度抽油桿的質(zhì)量為m），橫截面積為Sl，活塞

9、的橫截面積為S2，原油的密度為現(xiàn)要將原油抽至地面，抽油桿和活塞勻速上升時(shí)，受到的總摩擦阻力為f1，抽油桿和活塞勻速下降時(shí)，受到的總摩擦阻力為f2請分別估算當(dāng)抽油桿勻速豎直向上提升、勻速豎直下降時(shí)，懸點(diǎn)處受到豎直向下的拉力（套管和油管中，原油液面上方的氣壓相同；地面下的抽油桿長度遠(yuǎn)大于懸點(diǎn)距地面的高度）六、（18分）（2014復(fù)）6（18分）小明地鐵時(shí)發(fā)現(xiàn)，在地鐵離開某一站之后不久，透過地鐵的車窗，可以看見黑洞洞的地鐵隧道墻壁上出現(xiàn)了一小段動(dòng)畫廣告，如圖甲所示他很好奇，就上網(wǎng)查到了這種技術(shù)的原理：事先用電腦制作好一段動(dòng)畫，再通過軟件將動(dòng)畫的每一幀畫面逐列的以一定的時(shí)間間隔發(fā)送到一根長約1m的LE

10、D（半導(dǎo)體發(fā)光二極管）顯示柱上，每根顯示柱約有600個(gè)LED，如圖乙所示，每根顯示柱只接收同一幅畫面的信號地鐵列車通過時(shí)同步感應(yīng)器驅(qū)動(dòng)顯示柱同步發(fā)光，隨著列車以某個(gè)速度行駛，由于視覺暫留效應(yīng)（人眼在觀察景物時(shí)，光信號傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時(shí)間，光的作用結(jié)束后，視覺形象并不立即消失，而是會(huì)保留約十分之一秒，視覺的這一現(xiàn)象稱為“視覺暫留”），就會(huì)在人眼中形成一幅幅靜止的具有一定寬度的靜止畫面，每個(gè)顯示柱形成的略有變化的畫面在掠過乘客眼中時(shí)，就會(huì)像放電影一樣形成一小段動(dòng)畫廣告了試根據(jù)以上數(shù)據(jù)估算：（1）假如要在乘客眼前形成流暢的動(dòng)畫，需要在地鐵車窗外每秒出現(xiàn)24幅寬度約90cm的畫面，列車的

11、速度應(yīng)該是多少km/h？（2）要想展示一個(gè)20s的動(dòng)畫廣告，每兩站之間一共需要多少個(gè)LED顯示柱？（3）如果某時(shí)刻乘客發(fā)現(xiàn)動(dòng)畫的畫面向車行的前方緩慢移動(dòng)，是因?yàn)閷?shí)際車速與設(shè)計(jì)的速度相比偏大還是偏?。浚?）若每個(gè)LED的耗電功率為直流0.03W，假設(shè)將交流電轉(zhuǎn)化為直流電時(shí)的效率為80%，某條地鐵線路一共有16個(gè)站點(diǎn)（含起點(diǎn)與終點(diǎn)站），地鐵經(jīng)過每個(gè)相鄰站間均有20s的動(dòng)畫廣告，每天每根LED顯示柱均累計(jì)工作2h，則這條雙向的地鐵隧道中，僅LED顯示柱發(fā)光每天就會(huì)消耗多少kWh的電能？2014年第24屆“巨人杯”全國初中應(yīng)用物理知識(shí)競賽復(fù)賽試卷參考答案與試題解析一、（16分）1（16分）請利用現(xiàn)有器

12、材：一塊大小合適且質(zhì)地不一定均勻的木板，一把量程為2m的卷尺，一臺(tái)能夠測量人體質(zhì)量的磅秤（如圖所示），磚塊若干塊設(shè)計(jì)一個(gè)測量人體重心位置的方案要求寫出測量步驟和測量結(jié)果的表達(dá)式考點(diǎn)：控制變量法與探究性實(shí)驗(yàn)方案菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：探究型實(shí)驗(yàn)綜合題分析：重力在物體上的作用點(diǎn)叫做重心，質(zhì)地均勻，外形規(guī)則的物體的重心在物體的幾何中心上解答：答：測量步驟：（1）將磅秤置于水平地面后，調(diào)節(jié)平衡（調(diào)零）；（2）用磅秤測量人體的質(zhì)量，記為m1；（3）將磚塊橫向立放于磅秤載物臺(tái)中央位置，木板一端置于磚塊上，另一端用磚塊墊起使木板與地面平行，記錄磅秤的示數(shù)m0；（4）被測量的人平躺在木板上，腳底與磅秤外的一端平齊

13、，記錄磅秤的示數(shù)m；（5）用卷尺測得木板的長度為L設(shè)人的重心到腳底的距離為h，根據(jù)杠桿平衡條件得：（mm0）gL=m1ghh=L點(diǎn)評：本題考查了學(xué)生對重心以及杠桿平衡條件的掌握，注重了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾槎?、?6分）2（16分）小明的媽媽為了方便早餐時(shí)喝上豆?jié){，買了一臺(tái)全自動(dòng)豆?jié){機(jī)，如圖甲所示圖乙所示為豆?jié){機(jī)的主要結(jié)構(gòu)：中間部位是一個(gè)連接著刀頭的電動(dòng)機(jī)，用來將原料進(jìn)行粉碎打漿；電熱管負(fù)責(zé)對液體加熱煮沸下表是這個(gè)豆?jié){機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型 號額定電壓220V額定頻率50Hz電機(jī)功率180W加熱功率800W容 量1000mL小明想探究一下豆?jié){機(jī)工作的具體過程以及耗電情況，在某次使用之前，先查看了他家的

14、單相電子電能表，上面注明1600imp/kWh，之后，他關(guān)閉其他所有家用電器，將浸泡好的適量黃豆和l000cm3的清水放入豆?jié){機(jī)的杯體，啟動(dòng)自動(dòng)控制鍵，開始用鐘表計(jì)時(shí)的同時(shí)記錄電能表上面的發(fā)光二極管閃爍的次數(shù)，豆?jié){機(jī)按“加熱一預(yù)打漿一加熱一打漿一煮漿一防溢延煮”的程序正常工作直至豆?jié){機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警，提示豆?jié){已做好從啟動(dòng)自動(dòng)控制鍵至豆?jié){機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警，整個(gè)過程用時(shí)20min，電能表上面的發(fā)光二極管閃爍了320次其中、三個(gè)過程為電熱絲單獨(dú)不間斷工作，而、為電機(jī)單獨(dú)間歇工作，此過程中電動(dòng)機(jī)累計(jì)工作時(shí)間為2min，為電熱絲單獨(dú)間歇工作請回答：（1）、兩個(gè)過程中，電動(dòng)機(jī)為什么要間歇工作？（2）在豆?jié){機(jī)工

15、作的20min內(nèi)，消耗的電能為多少kWh？（3）在豆?jié){機(jī)工作的20min內(nèi)，電熱絲和電機(jī)都不工作的時(shí)間為多少min？考點(diǎn)：電功與熱量的綜合計(jì)算菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：電和熱綜合題分析：（1）豆?jié){機(jī)是由電熱管和電動(dòng)機(jī)并聯(lián)連接，而豆?jié){機(jī)的電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，電熱管不工作；電熱管工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)不工作；（2）1600imp/kWh表示每消耗1kWh指示燈閃爍1600次，然后進(jìn)一步求出指示燈閃爍320次消耗的電能；（3）根據(jù)W=Pt求出電動(dòng)機(jī)消耗的電能；根據(jù)消耗的總電能和電動(dòng)機(jī)消耗的電能求出電熱絲消耗的電能，再利用P=的變形公式求出電熱絲工作的時(shí)間，最后根據(jù)豆?jié){機(jī)工作的時(shí)間和電熱絲工作的時(shí)間即可求出電熱絲和電機(jī)都

16、不工作的時(shí)間解答：解：（1）兩個(gè)過程為打漿過程，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，刀頭也停止旋轉(zhuǎn)，在水和黃豆停止流動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)突然帶動(dòng)刀頭再次高速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)黃豆由于慣性仍然保持靜止，這樣才能更有效將黃豆打碎，如此反復(fù)，最終將黃豆打成細(xì)小的顆粒，經(jīng)加熱后成為豆?jié){；（2）消耗的電能：W=kWh=0.2kWh=7.2×105J=0.2kWh；（3）電動(dòng)機(jī)消耗的電能：W電動(dòng)機(jī)=P電動(dòng)機(jī)t電動(dòng)機(jī)=180W×2×60s=2.16×104J；電熱絲消耗的電能：W電熱絲=WW電動(dòng)機(jī)=7.2×105J2.16×104=6.984×105J；由P=可得，電熱絲工

17、作的時(shí)間：t電熱絲=873s=14.6min；電熱絲和電機(jī)都不工作的時(shí)間：t=20min14.6min=3.4min答：（1）兩個(gè)過程為打漿過程，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，刀頭也停止旋轉(zhuǎn)，在水和黃豆停止流動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)突然帶動(dòng)刀頭再次高速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)黃豆由于慣性仍然保持靜止，這樣才能更有效將黃豆打碎，如此反復(fù)，最終將黃豆打成細(xì)小的顆粒，經(jīng)加熱后成為豆?jié){；（2）在豆?jié){機(jī)工作的20min內(nèi)，消耗的電能為0.2kWh；（3）在豆?jié){機(jī)工作的20min內(nèi)，電熱絲和電機(jī)都不工作的時(shí)間為14.6min點(diǎn)評：本題考查豆?jié){機(jī)的工作原理、消耗電能和時(shí)間的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，難點(diǎn)是根據(jù)題意分析出豆?jié){機(jī)的工作原理三

18、、（16分）3（16分）下表所示為某品牌的空調(diào)器銘牌上的部分參數(shù)，其中KFRD表示該空調(diào)為家用分體式具有電輔熱功能的冷暖空調(diào)器請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，回答下面的問題（已知：空氣的密度為1.29kg/m3，空氣的比熱容取103J/（kg）注：空調(diào)的電輔熱功能有兩方面的作用，一是在室外溫度不太低時(shí)開啟電輔熱功能可以增加制熱量，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的快速提升，二是當(dāng)室外溫度很低，空調(diào)器的壓縮機(jī)制熱效能過低時(shí)，開啟電輔熱功能可以輔助制熱，彌補(bǔ)單純靠壓縮機(jī)工作制熱量不足的問題XXXKFRD23GW/Z1分體式房間空調(diào)器電源IPH220V50Hz制冷運(yùn)行制冷量2300W額定輸入功率830W制熱運(yùn)行制熱量2600W額定輸

19、入功率780W電熱功率500W（1）如果房間的面積為15m2，高度為2.6m，問：如果按照表中的數(shù)據(jù)工作，該空調(diào)器至少多長時(shí)間才能將室內(nèi)的空氣由10加熱升高至20？（2）在l中，若室外溫度不太低，實(shí)際加熱時(shí)間約為4.0min，則在利用空調(diào)器對室內(nèi)空氣加熱的過程中，室內(nèi)空氣向外散熱的平均功率約為多少？空調(diào)器總共消耗的電能為多少？（3）該空調(diào)器在制冷時(shí)的額定輸入功率為830W，而它的制冷量卻是2300W，比輸入功率還要大，這是為什么？考點(diǎn)：電功與熱量的綜合計(jì)算菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：電和熱綜合題分析：（1）由表可知空調(diào)的制冷功率，先根據(jù)m=V求出空調(diào)需要制冷空氣的質(zhì)量，再根據(jù)Q=cmt求出空調(diào)需要吸收

20、的熱量；利用t=求出需要的制冷時(shí)間（2）根據(jù)功率的計(jì)算公式以及額定功率和實(shí)際功率即可求出散熱功率；根據(jù)制熱時(shí)的制熱輸入功率和電熱功率以及W=Pt即可求出空調(diào)器總共消耗的電能；（3）從物態(tài)變化以及吸熱、放熱的特點(diǎn)進(jìn)行分析解答：解：（1）室內(nèi)空氣體積：V=15m2×2.6m=39m3；空調(diào)需要制熱空氣的質(zhì)量：m=V=1.29kg/m3×39m3=50.31kg；空調(diào)需要放出的熱量：Q放=c空氣mt=1.0×103J/（kg）×50.31kg×（2010）=5.03×105J；由P=可得，將室內(nèi)溫度從10調(diào)升至20，需要的時(shí)間：t=162.

21、3s=2.7min；（2）散熱功率：P散熱=P=3100W=1000W；空調(diào)器總共消耗的電能：W=Pt=（500W+780W）×4×60s=3.07×105J；（3）空調(diào)器在工作過程中，壓縮機(jī)通過使工作物質(zhì)不斷發(fā)生液化和汽化，將室內(nèi)的熱量搬至室外，因此壓縮機(jī)消耗的功率可以小于制冷功率故答案為：（1）該空調(diào)器至少2.7min才能將室內(nèi)的空氣由10加熱升高至20；（2）在利用空調(diào)器對室內(nèi)空氣加熱的過程中，室內(nèi)空氣向外散熱的平均功率約為1000W；空調(diào)器總共消耗的電能為3.07×105J；（3）空調(diào)器在工作過程中，壓縮機(jī)通過使工作物質(zhì)不斷發(fā)生液化和汽化，將室內(nèi)

22、的熱量搬至室外，因此壓縮機(jī)消耗的功率可以小于制冷功率點(diǎn)評：本題考查了物態(tài)變化過程吸放熱現(xiàn)象，質(zhì)量的計(jì)算，物體吸放熱量的計(jì)算，電功、電功率的計(jì)算等；涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)，難度較大四、（16分）4（16分）機(jī)器人小組的同學(xué)要制作一個(gè)能自己從椅子上站起的機(jī)器人，如圖1所示他們已經(jīng)完成的部分如圖2甲所示：Ol和O2為兩個(gè)關(guān)節(jié)（所有關(guān)節(jié)處均安裝有馬達(dá)，可使關(guān)節(jié)在一定范圍內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)）：當(dāng)機(jī)器人的上半身、小腿均垂直于大腿坐在椅子上時(shí)，上半身可以繞O1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30°角、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°角，小腿只能繞O2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°角，如圖2乙所示；O1以上的上半身總長50cm，總質(zhì)量

23、為11.2kg，其重心G1位于Ol正上方25cm處；在Ol和O2水平連線上的大腿部分長25cm，兩只大腿的總質(zhì)量為4.8kg，其重心G2位于Ol和O2連線的中點(diǎn)：O2以下的小腿和腳總長27cm，兩只小腿和腳的總質(zhì)量為4.8kg，其重心位于O2正下方6cm處；其中腳在水平面上的前后長度為l0cm且過O2的豎直線恰好將腳分為對稱的兩半現(xiàn)還需在O1正上方40cm的03處，為機(jī)器人安裝兩只手臂（如圖2丙所示，大臂可繞關(guān)節(jié)O3轉(zhuǎn)動(dòng)360°角、小臂可繞關(guān)節(jié)04逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°角，如圖2乙所示；大臂和小臂的長度相等，重心位于整只手臂的中心點(diǎn)）根據(jù)所使用的材料，已知每一只手臂的質(zhì)量和長度的

24、關(guān)系為“每lcm長度手臂的質(zhì)量為0.06kg”請你從理論上計(jì)算出機(jī)器人的整只手臂至少需要多長，才能使機(jī)器人能夠從圖2甲所示的坐姿自己站起來考點(diǎn)：杠桿的平衡條件菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：簡單機(jī)械分析：重力的方向是豎直向下的，機(jī)器人站起克服自身的重力，需要將自己的重心移動(dòng)到腳面上方的范圍內(nèi)； 根據(jù)機(jī)器人受力分析圖，把機(jī)器人看作是一個(gè)杠桿，手臂取最短長度時(shí)，身體處于平衡狀態(tài)時(shí)，分別表示出上半身受到的重力、兩只大腿受到的重力、兩只小腿受到的重力和腳受到的總重力及其各力臂；再表示出則兩只手臂受到的總重力，機(jī)器人的整只手臂的最短長度為；最后根據(jù)杠桿平衡原理F1L1=F2L2，列出方程解答解答：解：（1）機(jī)器人在

25、從座椅上向上站起來之前，必須先將自己的重心移動(dòng)到腳面上方的范圍內(nèi)（2）機(jī)器人手臂取最短長度時(shí)，應(yīng)滿足條件為：機(jī)器人上半身繞O1點(diǎn)前傾（順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)）30°角，同時(shí)水平向前伸直兩只手臂，整個(gè)機(jī)器人的重心剛好落在腳后跟的正上方如圖答1所示：（3）上半身受到的重力G1=m1g=11.2kg×g，由幾何關(guān)系到腳后跟的力臂為7.5cm；兩只大腿受到的總重力G2=m2g=4.8kg×g，由幾何關(guān)系到腳后跟的力臂為7.5cm；兩只小腿和腳受到的總重力G3=m2g=4.8kg×g，由幾何關(guān)系到腳后跟的力臂為5cm（4）設(shè)機(jī)器人的整只手臂的最短長度為L，則兩只手臂受到的總重

26、力G4=mg=2×0.06kg/cm×Lg；（5）由幾何關(guān)系到腳后跟的力臂為，由此列出方程：11.2kg×g×7.5cm+×7.5cm=4.8kg×g×5cm+2×0.06kg/cm×g×L×，解得：L=40cm答：從理論上機(jī)器人的整只手臂至少需要40cm，能使機(jī)器人能夠從圖2甲所示的坐姿自己站起來點(diǎn)評：本題考查了杠桿平衡原理在實(shí)際生活中的靈活應(yīng)用，需要學(xué)生有較強(qiáng)的分析能力，屬于難題，能夠?qū)α土Ρ鄣恼_分析是解答此題的關(guān)鍵五、（18分）5（18分）如圖1所示為油田開采石油的抽油系統(tǒng)，

27、由抽油機(jī)、抽油桿和抽油泵等部分組成抽油泵的原理與活塞式抽水機(jī)類似；抽油機(jī)通過抽油桿，帶動(dòng)抽油泵的活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將油層中的原油抽至地面（l）抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2甲所示電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過連桿推動(dòng)游梁和驢頭繞支點(diǎn)O往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)驢頭的外側(cè)為一段以O(shè)為圓心的圓弧，它可以確保游梁轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上端固定在驢頭外側(cè)某一點(diǎn)上的鋼絲繩對懸點(diǎn)的拉力始終在同一條豎直線上已知驢頭外側(cè)圓弧的半徑為L1，支點(diǎn)O到連桿和游梁連接處的（沿游梁方向）長度為L2游梁和驢頭受到的總重力為G，支點(diǎn)O到游梁和驢頭的重心的（沿游梁方向）長度為L3若當(dāng)驢頭通過鋼絲繩拉動(dòng)懸點(diǎn)保持靜止、懸點(diǎn)處受到豎直向下的拉力為F、游梁和水平線的夾角為時(shí)，連桿對

28、游梁的拉力方向豎直向下，請你求出該拉力的大?。?）抽油泵處的示意圖如圖2乙所示抽油泵包括活塞、排出閥、吸入閥、油管等組成部分，請說明抽油泵的工作原理由于油層內(nèi)的壓強(qiáng)，當(dāng)套管插入油層時(shí)，原油的液面會(huì)自動(dòng)上升到一定高度再通過抽油泵，可進(jìn)一步將原油吸至地面用回聲儀可以測出原油液面距地面的深度在套管中插入油管時(shí)，需保證抽油泵始終在原油液面之下已知在某油田，地面的回聲儀發(fā)出聲波，時(shí)間后接收到回聲（空氣中聲速為v）；所安裝的抽油桿的總長度為，（單位長度抽油桿的質(zhì)量為m），橫截面積為Sl，活塞的橫截面積為S2，原油的密度為現(xiàn)要將原油抽至地面，抽油桿和活塞勻速上升時(shí)，受到的總摩擦阻力為f1，抽油桿和活塞勻速下

29、降時(shí)，受到的總摩擦阻力為f2請分別估算當(dāng)抽油桿勻速豎直向上提升、勻速豎直下降時(shí)，懸點(diǎn)處受到豎直向下的拉力（套管和油管中，原油液面上方的氣壓相同；地面下的抽油桿長度遠(yuǎn)大于懸點(diǎn)距地面的高度）考點(diǎn)：杠桿的平衡條件；速度公式及其應(yīng)用；氣壓計(jì)和抽水機(jī)菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：長度、時(shí)間、速度；氣體的壓強(qiáng)、流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系；簡單機(jī)械分析：（1）鋼絲繩對驢頭的拉力（以及摩擦力）始終沿切線方向，所以拉力（以及摩擦力）對支點(diǎn)O的力臂不變，游梁和水平線的夾角為已知，根據(jù)力的平衡和余弦定理計(jì)算出拉力大?。唬?）根據(jù)活塞的運(yùn)行方向和砝碼的關(guān)閉情況進(jìn)行分析解答；當(dāng)抽油桿勻速豎直向上提升時(shí)，活塞受到的重力遠(yuǎn)小于抽油桿的重力

30、，可忽略，所以懸點(diǎn)的拉力等于抽油桿受到的重力lmg、加上活塞上方的原油受到的總重（S2S1）lg、加上總摩擦力f1（方向與相對運(yùn)動(dòng)方向相反，豎直向下）、并減去套管中高出活塞的原油液柱給活塞向上的壓力g（lh）S2；據(jù)此解答；當(dāng)抽油桿勻速豎直下降時(shí)，懸點(diǎn)的拉力等于抽油桿受到的重力lmg、減去總摩擦阻力f2（方向與相對運(yùn)動(dòng)方向相反、豎直向上）、減去抽油管中的原油對抽油桿的浮力glS1；據(jù)此解答解答：解：（1）由于鋼絲繩對驢頭的拉力（以及摩擦力）始終沿切線方向，故鋼絲繩拉力（以及摩擦力）對支點(diǎn)O的力臂始終為L1，故T連桿=L2cos=FL1+L3cos，T連桿=；（2）活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于活塞上方液

31、柱的壓力，排出閥關(guān)閉由于套管匯總液柱的壓力，吸入閥打開，原油被吸入油管活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸入閥由于受到上方液柱的壓力而關(guān)閉排出閥由于受到活塞下方液柱的壓力而打開，從而將活塞下方的原油壓入活塞上方如此不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用活塞將原油不斷提升至高處設(shè)原油液面到活塞的液柱深度為h，可求出h=，則原油液面到活塞的液柱深度為lh；當(dāng)抽油桿勻速豎直向上提升時(shí)，排出閥關(guān)閉，吸入閥打開，以抽油桿、活塞、油管中活塞上方的原油液柱整體作為研究對象，懸點(diǎn)的拉力等于抽油桿受到的重力lmg（活塞受到的重力遠(yuǎn)小于抽油桿的重力，可忽略）、加上活塞上方的原油受到的總重（S2S1）lg、加上總摩擦力f1（方向與相對運(yùn)動(dòng)方向相反，豎直

32、向下）、并減去套管中高出活塞的原油液柱給活塞向上的壓力g（lh）S2；故T勻速上升=lmg+（S2S1）lg+f1g（lh）S2=lmg+（S2S1）lg+f1g（l）S2；當(dāng)抽油桿勻速豎直下降時(shí)，排出閥打開，吸入閥關(guān)閉；以抽油桿和活塞整體做為研究對象懸點(diǎn)的拉力等于抽油桿受到的重力lmg（活塞受到的重力遠(yuǎn)小于抽油桿的重力，可忽略）、減去總摩擦阻力f2（方向與相對運(yùn)動(dòng)方向相反、豎直向上）、減去抽油管中的原油對抽油桿的浮力glS1故T勻速下降=lmgf2glS1答：（1）該拉力的大小為；（2）抽油泵的工作原理為：活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于活塞上方液柱的壓力，排出閥關(guān)閉由于套管匯總液柱的壓力，吸入閥打開，

33、原油被吸入油管活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸入閥由于受到上方液柱的壓力而關(guān)閉排出閥由于受到活塞下方液柱的壓力而打開，從而將活塞下方的原油壓入活塞上方如此不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用活塞將原油不斷提升至高處；當(dāng)抽油桿勻速豎直向上提升、勻速豎直下降時(shí)，懸點(diǎn)處受到豎直向下的拉力分別為：lmg+（S2S1）lg+f1g（l）S2；lmgf2glS1點(diǎn)評：本題考查了所學(xué)物理知識(shí)在實(shí)際生活中的應(yīng)用，是一道競賽題目，難度較大，不易理解六、（18分）6（18分）小明地鐵時(shí)發(fā)現(xiàn)，在地鐵離開某一站之后不久，透過地鐵的車窗，可以看見黑洞洞的地鐵隧道墻壁上出現(xiàn)了一小段動(dòng)畫廣告，如圖甲所示他很好奇，就上網(wǎng)查到了這種技術(shù)的原理：事先用電腦制作好一段動(dòng)畫，再通過軟件將動(dòng)畫的每一幀畫面逐列的以一定的時(shí)間間隔發(fā)送到一根長約1m的LED（半導(dǎo)體發(fā)光二極管）顯示柱上，每根顯示柱約有600個(gè)LED，如圖乙所示，每根顯示柱只接收同一幅畫面的信號地鐵列車通過時(shí)同步感應(yīng)器驅(qū)動(dòng)顯示柱同步發(fā)光，隨著列車以某個(gè)速度行駛，由于視覺暫留效應(yīng)（人眼在觀察景物時(shí)，光信號傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時(shí)間，光的作用結(jié)束后，