第二十一屆全國(guó)初中應(yīng)用物理競(jìng)賽復(fù)賽試題及答案

1、第7頁(yè)（共4頁(yè)）2011年第二十一屆全國(guó)初中應(yīng)用物理競(jìng)賽復(fù)賽試題注意事項(xiàng)：1 .請(qǐng)?jiān)诿芊饩€(xiàn)內(nèi)填寫(xiě)所在地區(qū)、學(xué)校、姓名和考號(hào)。2 .用藍(lán)色或黑色鋼筆、圓珠筆書(shū)寫(xiě)。3 .本試卷共有六個(gè)大題，滿(mǎn)分為100分。4 .答卷時(shí)間：2011年4月17日（星期日）上午9:3011:10。一、（16分）測(cè)定患者的血沉，是醫(yī)學(xué)上用來(lái)幫助醫(yī)生對(duì)病情作出正確判斷的一種手段。把新鮮的血液,加入抗凝劑，靜置一定時(shí)間后形成抗凝血后，紅血球即從血漿中分離出來(lái)而下沉。設(shè)抗凝血是由紅血球和血漿組成的懸浮液，血漿的密度卬=1.0X103kg/m3,紅血球的密度1.3X103kg/m3。將抗凝血放進(jìn)豎直放置的血沉管內(nèi)，紅血球起初在血

2、漿中加速下沉，然后一直勻速下沉，其勻速下沉的速度稱(chēng)為“血沉”c正常人血沉的值大約是二12mm/h。如果把紅血球近似看作半徑為R的小球，它在血漿中下沉?xí)r所受的4粘滯阻力為f6R，在室溫下=1.8X10-3Pa.s,已知V球4R3,試根據(jù)以上信息解答下列問(wèn)題：31 .紅血球在血漿中為什么先加速下沉后一直勻速下沉？2 .計(jì)算紅血球半徑的大小。,該路燈只需要曬二、（16分）為了推進(jìn)環(huán)保和節(jié)能理念的實(shí)施，某公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了“風(fēng)光互補(bǔ)路燈”曬太陽(yáng)吹吹風(fēng)就能工作，如圖l所示。它在有陽(yáng)光時(shí)通過(guò)太陽(yáng)能電池板發(fā)電，有風(fēng)時(shí)通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電,二者皆備時(shí)同時(shí)發(fā)電，并將電能輸至蓄電池儲(chǔ)存起來(lái)，供路燈照明使用。為了能使蓄電

3、池的使用壽命更為風(fēng)力發(fā)電機(jī)太陽(yáng)能電池組件最小啟動(dòng)風(fēng)速1.0m/s太陽(yáng)能電池36W最小充電風(fēng)速2.0m/s太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率15%最大限制風(fēng)速12.0m/s蓄電池500Ah-12V取大輸出功率400W大功率LED路燈80W-12V卜表為某型號(hào)風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)配置方案。問(wèn):圖1長(zhǎng)久，一般充電至90%左右即停止，放電余留20%左右即停止電能輸出。1 .當(dāng)風(fēng)速為6.0m/s時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率將變?yōu)?0W,在這種情況下，將蓄電池的電量由20%充至90%需多長(zhǎng)時(shí)間？2 .如果當(dāng)?shù)卮怪庇谔?yáng)光的平面得到的太陽(yáng)輻射最大強(qiáng)度約為240W/m2,要想太陽(yáng)能電池的最大功率達(dá)到36W,太陽(yáng)能電池板的面積至少要多大？

4、3 .若遇到陰天無(wú)風(fēng)的天氣，僅靠蓄電池供電，最多可供燈具正常發(fā)光多長(zhǎng)時(shí)間三、（16分）電動(dòng)自行車(chē)是倍受人們青睞的一種交通工具，如圖2所示。其主要結(jié)構(gòu)就是在原來(lái)的普通自行車(chē)的基礎(chǔ)上，增加了電動(dòng)機(jī)及供電、傳動(dòng)設(shè)備，它可以電動(dòng)騎行，亦可以腳踏騎行。電動(dòng)騎行時(shí)，蓄電池為車(chē)上的電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為車(chē)提供動(dòng)力；腳踏騎行時(shí)，與普通白行車(chē)相同。卜表是某型號(hào)電動(dòng)白行車(chē)主要技術(shù)參數(shù)。整車(chē)整車(chē)質(zhì)量40kg最局車(chē)速& 30km/h取大噪嚴(yán)w 62dB蓄電池電壓48V容量12A h電動(dòng)機(jī)額定電壓48V額定功率240W1 .仔細(xì)觀察電動(dòng)自行車(chē)的構(gòu)造，會(huì)發(fā)現(xiàn)很多地方用到了物理知識(shí)。 請(qǐng)仿照下面的示例，再列舉三處應(yīng)用物理知識(shí)

5、進(jìn)行設(shè)計(jì)的事例。生產(chǎn)許可證XK00-1020044執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB6932-2001型 號(hào)JSD-D8JA燃?xì)夥N類(lèi)天然氣額定燃?xì)鈮簭?qiáng)2000Pa額定熱負(fù)荷16kW適用水壓0.025MPa 0.75MPa額定產(chǎn)熱水能力8L/min (At=25K)額定電壓3V （DC）圖3示例：電動(dòng)自行車(chē)的車(chē)座大而扁平，可減小壓強(qiáng)。答：（2）2 .當(dāng)一個(gè)初三學(xué)生騎著電動(dòng)自行車(chē)在平直的公路上勻速行駛時(shí)，輪胎與地面的總接觸面積約為40cm2,此時(shí)路面受到的壓強(qiáng)約為多大？3 .電動(dòng)自行車(chē)以額定功率行駛時(shí)通過(guò)電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈的電流是多大？4 .蓄電池充足電后儲(chǔ)存的能量是多少？5 .在蓄電池充足電后為電動(dòng)機(jī)供電的過(guò)程中，當(dāng)把儲(chǔ)存能

6、量的80%提供給電動(dòng)機(jī)后就應(yīng)進(jìn)行充電。若電動(dòng)機(jī)工作時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為對(duì)自行車(chē)輸出機(jī)械能的效率為75%,電動(dòng)自行車(chē)在平直的公路上勻速行駛時(shí)受到的阻力為30N,則蓄電池充一次電最多能完全依靠?jī)?chǔ)存的電能連續(xù)行駛多遠(yuǎn)？6 .從環(huán)保的角度來(lái)看，與摩托車(chē)相比，電動(dòng)自行車(chē)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？（各列舉一條）四、（16分）家用燃?xì)饪焖贌崴鳎ㄈ鐖D3所示）是一種方便、快捷且不受天氣影響的洗浴設(shè)備。下表為某品牌家用燃?xì)饪焖贌崴鞯闹饕夹g(shù)數(shù)據(jù)。已知天然氣的熱值為8X107J/m3,水的比熱容為4.2x103j/（kg.C）。1 .為安全使用此熱水器，機(jī)體上印有一些警告，其中一條是這樣說(shuō)的：“氣溫低于0c時(shí)，用后請(qǐng)打開(kāi)放水塞，

7、放盡機(jī)體內(nèi)存水，再擰緊”。請(qǐng)解釋為什么要這樣做？2 .試求該型號(hào)家用燃?xì)饪焖贌崴髡９ぷ鲿r(shí)的燒水效率。3 .若在額定產(chǎn)熱水能力下進(jìn)行淋浴，一次淋浴總計(jì)加熱時(shí)間為20min,則此次淋浴至少需消耗多少天然氣？4 .為防止燃?xì)鉄崴髟跓o(wú)水或水壓過(guò)低時(shí)“干燒”，技術(shù)人員設(shè)計(jì)了很多種“水氣聯(lián)動(dòng)”裝置，實(shí)現(xiàn)通常所說(shuō)的“水到氣到”。圖4就是其中一種“水氣聯(lián)動(dòng)”裝置的原理圖，你能看出它的工作原理嗎？請(qǐng)簡(jiǎn)述它是如何利用“水到”來(lái)控制“氣到”的。5 .為了防止熱水器工作過(guò)程中加熱火焰意外熄滅導(dǎo)致燃?xì)庑孤?，技術(shù)人員設(shè)計(jì)了“火滅斷氣”的裝置。如圖5所示為一種“火滅斷氣”裝置的原理圖，請(qǐng)根據(jù)這個(gè)原理圖，簡(jiǎn)述它是怎樣實(shí)

8、現(xiàn)“火滅斷氣”功能的？五、（18分）小芳家里新買(mǎi)了一臺(tái)電熱水器，從“用戶(hù)手冊(cè)”中，她獲得了以下資料，請(qǐng)根據(jù)這些資料 完成相應(yīng)的計(jì)算：ABCDEF781100196196353434、外形尺寸（mm）、技術(shù)數(shù)據(jù)額定功率/W1000/1500/2500額定壓力/MPa0.8額定電壓/V交流220容積/L50頻率/Hz50凈重/kg191 .圖6為安裝示意圖，安裝時(shí)要將 L形掛鉤用膨脹螺釘固定在承重墻上，上表是熱水器的部分?jǐn)?shù)據(jù), 請(qǐng)估算L形掛鉤受到的最大向下拉力F及對(duì)應(yīng)此時(shí)膨脹螺釘與承重墻體間的摩擦力f.這臺(tái)熱水器共有三擋加熱功率，銷(xiāo)售人員曾介紹說(shuō)：熱水器內(nèi)部有兩個(gè)加熱管。請(qǐng)你根據(jù)銷(xiāo)售人 （簡(jiǎn)化的等

9、效電路圖）2員的介紹，猜測(cè)并畫(huà)出內(nèi)部加熱電路的主要結(jié)構(gòu) 熱管的電阻值。3 .產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上標(biāo)明：當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度， 停止加熱后，如果水溫BI到低于設(shè)定溫度4 C時(shí)，熱水器將自動(dòng)以設(shè)置功率將桶內(nèi)的水加熱 至設(shè)定溫度，如此反復(fù)直至手動(dòng)停止加熱。小 芳想到了國(guó)家提倡的峰谷電價(jià)制度的有關(guān)規(guī) 定：2011年起，本地的分時(shí)電價(jià)為：峰時(shí)段（08: 0022: 00）0. 6元/度，谷時(shí)段（22: 00次 日08: 00）0. 3元/度。她想，如果每天下午 6點(diǎn)洗浴時(shí)需要把 20c的冷水加熱至 50 C,O然后依據(jù)你的猜想，計(jì)算出每個(gè)加可以下午直接加熱，也可以早晨8點(diǎn)前加熱好，讓熱水器自動(dòng)保溫至下午6點(diǎn)，哪種方式

10、更省錢(qián)呢？為此她利用熱水器提供的測(cè)溫功能測(cè)量了水溫從50c降至46c需要190分鐘，已知c水=4.2X10j/（kg.C）,請(qǐng)幫她通過(guò)計(jì)算做出哪種方式更省錢(qián)的判斷。六、（18分）電動(dòng)木工機(jī)械的發(fā)明和應(yīng)用大大地降低了木工的勞動(dòng)強(qiáng)度，且大幅度地提高了勞動(dòng)效率。木工圓鋸機(jī)就是一種常見(jiàn)的用來(lái)鋸切木料的電動(dòng)木工機(jī)械。如圖7所示為某型號(hào)電動(dòng)木工圓鋸機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)如圖8所示。它采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，通過(guò)皮帶傳動(dòng)的方式帶動(dòng)與圓形鋸盤(pán)共軸安裝的皮帶輪，從而帶動(dòng)周邊有齒的圓形鋸盤(pán)高速轉(zhuǎn)動(dòng)以鋸開(kāi)木料。它的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表：最大鋸盤(pán)直徑mm400最大鋸切厚度mm125額定功率kW3配額定轉(zhuǎn)速r/min1420套額定電

11、壓V380電額定電流A5.0動(dòng)額定頻率Hz50機(jī)型 號(hào)Y100L 2-4防護(hù)等級(jí)IP441 .小明仔細(xì)觀察圓形鋸盤(pán)后發(fā)現(xiàn)，圓形鋸盤(pán)的周邊除了有齒外，還開(kāi)有圖9所示的很深的縫，縫的底端打有一個(gè)小圓孔，鋸齒部分還比鋸盤(pán)部分稍厚一些。請(qǐng)你從物理學(xué)的角度說(shuō)說(shuō)這樣做的道理。2 .該型號(hào)電動(dòng)木工圓鋸機(jī)正常工作時(shí)，圖8中的哪一側(cè)皮帶上的拉力較大？并說(shuō)明你做出判斷的理由。3 .若測(cè)得與圓形鋸盤(pán)共軸安裝的皮帶輪的直徑為9.2cm,電動(dòng)機(jī)的皮帶輪的直徑為11.0cm。電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷工作時(shí)配套電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械能的效率為90%,則此時(shí)皮帶上較大的拉力與較小的拉力的差值是多大？4 .若將皮帶傳動(dòng)的效率看作100%,共軸傳動(dòng)

12、的摩擦損耗不計(jì)。試估算該型號(hào)電動(dòng)木工圓鋸機(jī)安裝最大鋸盤(pán)正常工作時(shí)，圓形鋸盤(pán)所受到的木料的阻力是多大？2011年第二十一屆全國(guó)初中應(yīng)用物理競(jìng)賽復(fù)賽試題參考解答與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)-1所示。一、（16分）參考答案1 .紅血球在血液中下沉?xí)r受力情況如圖答紅血球由靜止開(kāi)始下沉?xí)r，速度很小，根據(jù)f 6 R可知，所受的粘滯阻力也非常小，由于血漿的密度卬小于紅血球的密度p,紅血球受到的浮力小于重力.所以剛開(kāi)始f+F浮G，紅血球會(huì)加速下沉;紅血球就會(huì)勻速下隨著紅血球下沉速度變大，粘滯阻力增大，當(dāng)f+F浮=6時(shí)沉。2 .當(dāng)紅血球在血漿中勻速下沉?xí)r，受到的幾個(gè)力平衡.所以f+l=G所以有mg將 1.80V排g2 0gR21

13、0 3PagsR3R3g0gR3gR32gR所以有12mm/ hg 10N/kg代入并計(jì)算得:、（16 分） 需要時(shí)間Wt2.P電池板面積3.0gR3gR392(0)g1 10 5m/s,0 1.0 103kg/m3,31.3 103 kg/m36R 10 m12 500 3600 (90% 20%) s 84h50% 240 15%可供燈具發(fā)光時(shí)間3m2 1m2W 12 500 3600 (90% 20%)s 52.5h80三、（16分）參考答案1.略2 .假設(shè)騎車(chē)人的質(zhì)量約為50kg,則地面受到的壓強(qiáng):G人+G車(chē)(m人 m車(chē))g (50 kg 40kg) 10N/kg40 10-4m22.

14、25 105 Pa說(shuō)明：答案在（1.72.5）xi05Pa的均可得分3 .額定功率下的電流P240WI-5AU48V4 .蓄電池儲(chǔ)存的電能E=UIt=48VX12AX3600s=2.07便6J5 .因?yàn)殡妱?dòng)自行車(chē)勻速行駛，所以kEfskE sf0.8 2.07 106J 0.7530 N，一44.14 10 m6 .優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)排放廢氣，噪音小缺點(diǎn)：蓄電池使用一定時(shí)間后就需更換，廢棄后的電池易污染環(huán)境。四、（16分）參考答案1 .氣溫低于OC時(shí).使用后的燃?xì)鉄崴髦械臍埓娴乃畷?huì)結(jié)冰。水站冰后，密度變小.體積漲大.這樣很容易把燃?xì)鉄崴髅浧?。所以，氣溫低于OC時(shí)使用燃?xì)鉄崴骱?應(yīng)打開(kāi)放水塞.放盡

15、機(jī)體內(nèi)存水，再擰緊。3分2 .該型燃?xì)鉄崴髡９ぷ鱨min.燃料燃燒放出的熱量：.35.Q放%t1610W60s9.610J1分1min內(nèi)加熱的水的質(zhì)量：mV1kg/L8L/min1min8kg水溫上升At=25K=25C1min內(nèi)水吸熱：Q吸c(diǎn)mt4.2103J/(kggC)8kg250C8.4105J1分燃?xì)鉄崴髡９ぷ鲿r(shí)燒水的效率5,100%=8J100%87.5%2分Q9.6105J3 .一次淋浴所需燃料燃燒放出的熱量：Q放Pt161032060J1.92107J1分需要完全燃燒天然氣的體積為:Q 放1.92 107Jq 8 107J/m30.24m34 .當(dāng)進(jìn)水口處有水壓時(shí).膜片

16、的右面就會(huì)受到向左的壓力，克服彈簧的彈力向左推動(dòng)閥桿.打開(kāi)進(jìn)氣闊門(mén)使燃?xì)膺M(jìn)入主火管通。反之如果此時(shí)的水壓很小或者無(wú)水，則膜片受到的向左的壓力就會(huì)減少甚至消失。燃?xì)忾y門(mén)就會(huì)在彈簧的壓力下向右移動(dòng)而關(guān)閉.停止進(jìn)氣。3分5 .火焰燃燒時(shí).雙金屬片外側(cè)的金屬溫度升高時(shí)膨脹的更多，雙金屬片向下彎曲，推動(dòng)燃?xì)忾y門(mén)打開(kāi)；如果因?yàn)橐馔獾脑蚴够鹧嫦ɑ穑p金屬片的溫度降低.外側(cè)金屬收縮的更多，雙金屬片向上伸直，拉動(dòng)拉動(dòng)燃?xì)忾y門(mén)關(guān)閉，防止燃?xì)馔庑埂?分五、（18分）參考答案1.電熱水器總重G 總 m凈 g水 Vg 19 10N 50 1 10N 690N電熱水器掛在L形掛鉤上時(shí)，其受力情況如圖答-2所示。因電熱水

17、器靜止，所以沿豎直方向二力平衡，因此對(duì)L形掛鉤向下的拉F G總 690 N 3分因L形掛鉤靜止，電熱水器上端所受的水平向左的拉力等于膨脹螺絲所 受的摩擦力，以懸掛下端為軸，根據(jù)杠桿平衡條件有fD G 總 gc 3G總gcD690N 196 mm _690N196 mm2.由熱水器的三檔功率的數(shù)值關(guān)系猜得熱水器加熱部分的等效電路圖如圖答-3所示，其中加熱管R1的額定功率為1000W,電熱管R2的額定功率為1500W o 2分加熱管的電阻分別為22U2 (220V)2,R1-48.4P 1000WR2U2(220V)21500W32.33. (1)忽略加熱過(guò)程中的熱損失，直接加熱消耗的電能為：皿Q

18、1cmt14.2103J/(kg0C)50kg(500C200C)6,3106J1.75kWh下午加熱的電費(fèi)支出為：0.6元/kWhX1.75kWh=1.05元2分(2)早晨8點(diǎn)前加熱，電費(fèi)支出為：0.3元/kWhX1.75kWh=0.525元加熱升溫4c所需電能W2Q2cmt24.2103J/(kg0C)50kg(50C460C)8,4105J加熱升溫4c所需時(shí)間(設(shè)加熱功率為2500W):T1=W2/P3=336s=5.6min(這段加熱時(shí)間可以忽略不計(jì))降溫4c所需時(shí)間為190至下午6點(diǎn)共需要三次加熱，消耗電能：W3=3W2=3X8.4105J=2.52106J=0.7kWh3分電費(fèi)支出為：0.6元/kWhX0.7kWh=0.42元總支出為：0.525元+0.42元=0.945元因此，第二種方案更省錢(qián)。2分六、（18分）參考答案1 .鋸齒部分比