2008年第十八屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題及答案

1、2008年第十八屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題本試卷共有六個大題，滿分100分。答卷時間：2008年4月20日（星期日）上午9301110。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，圖中未畫出）；R1處于恒溫箱內，圖2是小明通過實驗測得的R1的阻值隨溫度變化的關系曲線；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，通過實驗測得當電流為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該接在A、B端，而不

2、能接在C、D端？3如果要使恒溫箱內預設的溫度可調節(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請問應選擇哪一個可變電阻器？為什么？4小明設計的這個控制電路，使用起來有何不足之處？請你提出一種解決的方案。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額定功率2.2kW防護等級IP25 1從物理學的角度看，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

3、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？三、（共15分）家庭水暖又叫“土暖氣”，是我國北方廣大農村及一些城市使用的一種取暖設備， 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這種水暖設備并沒有應用水泵，但是當點燃鍋爐后，水便可以在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使用該套設備時，對水箱中的水位高低有什么要求？圖4四、（16

4、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；ST溫控器是一個雙金屬片溫控開關，當溫度較低時，其處于閉合狀態(tài)，當溫度升高到一定值后，會自動斷開，從而實現(xiàn)了自動溫度開關控制。當水壺放在底座上時，就分別壓下壓鍵開關S1、S2，并接通電路，如果插頭插入插座后，就接通了電源，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)。 當鈕子開關撥到手動擋時，加熱電阻連入，開始加熱，水沸騰以后再將鈕子開關撥回。當鈕子開關撥到自動擋時

5、，此時通過ST溫控器將加熱電阻連入，并開始加熱；當水沸騰后，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 。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的水在標準大氣壓下燒開需時10min，請計算該電水壺的熱效率。水的比熱容c=4.2&#

6、215;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?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，于是就設計了圖6所示的三瓶串接的方案。請分析回答：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量，需要收集

7、哪些數(shù)據，請寫出表達式，并簡要說明估測中作了哪些近似處理。六、（12分）曉欣同學看到一些小汽車的尾部都標有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字樣，他上網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)要經歷四個沖程，帶動曲軸轉動2周?，F(xiàn)有一輛小轎車發(fā)動機排氣量為1.8L，最大功率為74kW，當該發(fā)動機以最大功率工作時，曲軸的轉速為5200r/min。汽油機工作時的最佳空燃比（即空氣和燃油的質量比）為14:1，壓縮比是10（即氣缸總容

8、積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年第十八屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題參考答案一、（16分）1恒溫箱溫控系統(tǒng)是由交流電加熱電路和直流控制電路組成，適當調節(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設的溫度范圍內。工作過程如下： 當恒溫箱內的溫度達到或者超過預設之

9、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） 當恒溫箱內的溫度低于預設之最低溫度時，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） 如此反復接通和斷開交流加熱電路，使恒溫箱的溫度保持在預設溫度范圍內。（1分） 2恒溫箱的加熱器應接在A、B端。 這樣溫度高于預設最高溫度時，電磁繼電器的銜鐵吸合，停止加熱；而溫度低于預設溫度時，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，當溫度高于預設溫度時，R1的阻值減小，電磁

10、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，選擇B即可滿足上述阻值要求，又能便于調節(jié)，故選用B即可。（1分） 4小明設計的這個電路，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)恒溫箱內溫度在某一固定值附近時，電磁繼電器頻繁通

11、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，可以設想制造一種繼電器，當已經達到了預設的溫度時，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?shù)陀陬A設的溫度時，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)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，應改為“額定壓強”，

12、單位不變。（2分） 210，0.2，0.37（每空1分共3分）（3分） 3設恒力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 （2分） 該清洗機正常工作時的效率 =W/W電×100%=75.8% （2分） 三

13、、（16分）參考答案 1在管中A點附近取一截面，截面右側水管ABC段中的水溫高，密度A右小；（2分） 水經暖氣片放熱后，溫度降低，所以水管CDA段中的水溫較低，密度A左較大（2分） 根據液體壓強公式p=gh，A截面左側CDA段中的水產生的壓強大于右側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，而沒有詳細解釋的給2分） 2當水管中有空氣時，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

14、，會形成氣柱，分斷了水管中的水，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=3.6×105

15、J （1分） = Q有/Q總=87.5% （1分） 3當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 （1分） 即可以近似認為不發(fā)熱。所以保溫狀態(tài)下的水溫逐漸降低。（1分） 五、（18分）參考

16、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大的高度差，這段液柱產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（一個大氣壓相當于10.3m高水柱產生的壓強，而在輸液情況下液面升降幅度不足0.2m，可見壓強相當穩(wěn)定），使藥液均勻地流下。（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

17、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、乙兩瓶的管子相當于甲瓶當初的進氣管。（1分） 以后的過程是藥液從丙瓶流入血管，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

18、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） 當某一滴藥液剛好落下時數(shù)“0”開始記時，當數(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= 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內發(fā)動機做的有用功 W有=74×103W×60s=4.44×106J （2分） 在1min內轉動5200r，吸入汽油和空氣的混合氣2600次（2分） 1min內發(fā)動機消耗汽油的質量為： m= V =1.35kg/m3×1.8× ×10-3 m3×2