初中竞赛培优物理试题考卷及参考答案和试题解析.doc

初中竞赛培优物理试题考卷一解答题（共30小题，满分300分，每小题10分）1（10分）（2012北京）图是一种新型吊运设备的简化模型示意图，图中虚线框里是滑轮组（未画出），滑轮组绳子的自由端由电动机拉动工人师傅用该吊运设备先后搬运水平地面上的圆柱形物体A和物体B物体A的底面积为SA，密度为A，高度为h1；物体B的底面积为SB，密度为B，高度为h2当物体A所受竖直向上拉力T1为1500N时，物体A静止，地面对物体A的支持力为N1，挂在滑轮组挂钩上的物体A匀速竖直上升4m的过程中，电动机对滑轮组绳子自由端的拉力为F1，拉力F1做的功为W当物体B所受竖直向上的拉力T2为1000N时，物体B静止，地面对物体B的支持力为N2挂在滑轮组挂钩上的物体B以速度v匀速竖直上升的过程中，电动机对滑轮组绳子自由端的拉力F2为625N，拉力F2做功的功率P为500W，滑轮组的机械效率为80%已知：N1=2N2，5SA=4SB，8A=7B，2hA=5hB，不计绳的质量，不计滑轮与轴的摩擦求：（1）物体B匀速上升的速度v：（2）拉力F1做的功W2（10分）（2011怀柔区）如图是某同学设计的简易打捞装置结构示意图AOB是以O点为转轴，长为4m的轻质横梁，AB呈水平状态，AO=1m在横梁上方行走装置可以在轨道槽内自由移动，行走装置下方固定有提升电动机提升电动机通过细绳和滑轮组提起重物固定在水平地面上的配重T通过细绳与横梁A端相连，GT=3000N当行走装置处于C位置时，开始打捞物体D质量m1是100kg、体积V为0.04m3物体D在水中匀速上升时，地面对配重T的支持力是N1，滑轮组的机械效率为75%；当物体D全部露出液面，滑轮组将物体D以v是0.1m/s的速度匀速竖直向上提升1m，此时地面对配重T的支持力是N2；N1：N2=5：1，若行走装置和提升电动机及定滑轮的总质量m2是20kg，忽略细绳与滑轮的摩擦以及水对物体的阻力，g取10N/kg求：（1）动滑轮的重力G动；（2）物体D打捞出水面后，滑轮组的机械效率2（结果保留两位小数）；（3）物体D打捞出水面后，电动机拉动细绳的功率P；（4）OC的距离；（5）此装置打捞物体D，物体D距O点的最大水平距离是多少？3（10分）（2011北京）某科技小组设计的提升重物的装置如图甲所示图中水平杆CD与竖直杆EH、DI组合成支架固定在水平地面上小亮站在地面上通过滑轮组提升重物，滑轮组由动滑轮Q和安装在水平杆CD上的两个定滑轮组成小亮以拉力F1匀速竖直提升物体A的过程中，物体A的速度为1，滑轮组的机械效率为A小亮以拉力F2匀速竖直提升物体B的过程中，物体B的速度为2，滑轮组的机械效率为B拉力F1、F2做的功随时间变化的图象分别如图乙中、所示已知：1=32，物体A的体积为VA，物体B的体积为VB，且3VA=2VB，物体A的密度为A，物体B的密度为B，且8A=7B（不计绳的质量，不计滑轮与轴的摩擦）求：机械效率B与A之差4（10分）（2011北京）如图所示，电源两端电压U保持不变当开关S1闭合、S2断开，滑动变阻器接入电路中的电阻为RA时，电压表的示数为U1，电流表的示数为I1，电阻R1的电功率为P1，电阻RA的电功率为PA；当开关S1、S2都闭合，滑动变阻器接入电路中的电阻为RB时，电压表的示数U2为2V，电流表的示数为I2，电阻RB的电功率为PB；当开关S1闭合、S2断开，滑动变阻器滑片P位于最右端时，电阻R2的电功率为8W已知：R1：R2=2：1，P1：PB=1：10，U1：U2=3：2求：（1）电源两端的电压U；（2）电阻R2的阻值；（3）电阻RA的电功率PA5（10分）（2010北京）如下图所示的电路中，电源两端的电压不变闭合开关S，当滑动变阻器接入电路中的电阻为RA时，电压表示数为6V，电流表示数为I1，电阻R1与滑动变阻器消耗的电功率之和为P1；当滑动变阻器接入电路中的电阻为RB时，电压表示数为9V，电流表示数为I2，电阻R1与滑动变阻器消耗的电功率之和为P2已知：P1等于P2，电阻R1与R2之比为1：2求：（1）电阻RA与RB的比值；（2）电源两端的电压U6（10分）（2010北京）如图甲是海洋中学科技小组设计的打捞水中物体的装置示意图DB是以O点为转轴的水平杠杆，OD的长度为1.6m水平甲板上的配重E通过细绳竖直拉着杠杆D端，配重E的质量mE为225kg安装在杠杆DB上的行走装置由支架、动滑轮X、提升电动机、定滑轮K构成，行走装置的质量m为25kg电动机Q可以通过定滑轮S和动滑轮X拉动行走装置沿BO水平滑动固定在提升电动机下的定滑轮K和动滑轮M组成滑轮组Y，当行走装置处于杠杆DB上C点的位置时，提升电动机拉动绳子H端，通过滑轮组Y竖直提升水中的物体A物体A完全在水中匀速上升的过程中，滑轮组Y的机械效率为1，甲板对配重E的支持力为N1；物体A全部露出水面匀速竖直上升的过程中，滑轮组Y的机械效率为2，甲板对配重E的支持力为N2滑轮组Y提升物体A的过程中，行走装置受到的水平拉力始终为零，杠杆DB在水平位置保持平衡已知物体A的质量mA为50kg，体积V为20dm3，N1与N2之比为3：2，1与2之比为9：10物体A被打捞出水面后，停留在一定高度，电动机Q开始拉动行走装置在行走装置以0.05m/s的速度水平匀速移动的过程中，拉力T所做的功随时间变化的图象如图乙所示，行走装置受到的水平拉力为F细绳和杠杆的质量、滑轮与轴的摩擦、水对物体的阻力均忽略不计，g取10N/kg求：（1）OC的长度；（2）拉力F7（10分）（2009北京）如图是小刚设计的一个通过简单机械自动拉开开关的装置示意图该装置主要由滑轮组、配重C、D以及杠杆AB组成，配重C通过细绳与动滑轮相连，配重C、D分别通过支架固连在杠杆AB两端，支架与杠杆垂直杠杆的B端放在水平台面上，杠杆可以绕支点O在竖直平面内逆时针转动，开关被拉开前，杠杆在水平位置平衡已知动滑轮P的质量mP为0.2kg，OA：OB=3：1，配重D的质量mD为1.5kg，作用在D上的竖直向下的压力F为75N，刚好拉开开关所需的拉力T为6N杠杆、支架和细绳的质量均忽略不计，滑轮与轴的摩擦、杠杆与轴的摩擦均忽略不计，g取10N/kg求：配重C的质量mC等于多少kg，开关刚好能被拉开？8（10分）（2009北京）如图所示的电路中，电源两端电压U保持不变当只闭合开关S1时，电压表的示数为U1，电流表的示数I1为1A，电阻R1消耗的电功率P1为4W，电阻R2消耗的电功率为P2当开关S1、S2都闭合时，电压表的示数为U2，电流表的示数为I2，电阻R2消耗的电功率为P2已知P2：P2=1：4，U1：U2=2：1求：（1）电流表的示数I2为多少安？（2）电源两端的电压U为多少伏？（3）当开关S1、S2都闭合时，通电5min，电阻R2产生的热量为多少焦？9（10分）（2008北京）在如图所示的电路中，电源两端的电压保持不变只闭合开关S，当滑片P移至滑动变阻器R2的中点时，电压表V1的示数为U1，电压表V2的示数为U2，电流表A的示数为I1，电阻R1消耗的电功率为P1闭合开关S、S1，当滑片P移至滑动变阻器R2的A端时，电压表V1的示数为U1，电压表V2示数为U2，电流表A的示数为I2，滑动变阻器R2消耗的电功率为1.6W闭合开关S、S1，当滑片P移至滑动变阻器R2的B端时，电流表A的示数为I3，电阻R3的电功率为P3已知U1=U1，U2=U2求：（1）电流I1与I2的比值（2）电功率P1的大小（3）电功率P3的大小10（10分）（2008北京）如图是一个上肢力量健身器示意图配重A受到的重力为1200N，其底面积为5102m2B、C都是定滑轮，D是动滑轮；杠杆EH可绕O点在竖直平面内转动，OE：0H=2：5小成受到的重力为600N，他通过细绳在H点施加竖直向下的拉力为T1时，杠杆在水平位置平衡，小成对地面的压力为F1，配重A受到的拉力为FA1，配重A对地面的P1为6103pa小成在H点施加竖直向下的拉力为T2时，杠杆仍在水平位置平衡，小成对地面的压力为F2，配重A受到的拉力为FA2，配重A对地面的压强P2为4103pa已知F1：F2=20：19，杠杆EH和细绳的质量均忽略不计求：（1）拉力FA2；（2）拉力T2；（3）动滑轮D受到的重力G11（10分）（2007北京）科技小组的同学们设计了一个多档位的电热器模型，电路实物连接示意图如图所示，电路中电源两端电压保持不变，滑动变阻器的最大阻值为R3将滑动变阻器的滑片P置于中点M，且只闭合开关S1时，电压表V1的示数为U，电流表的示数I1为0.8A；将滑动变阻器的滑片P置于B端，断开开关S1，闭合开关S2时，电压表V1的示数为U，电流表的示数为I2，R2消耗的电功率P2为2.7W（1）求电流表的示数I2；（2）将滑动变阻器的滑片P置于A端，闭合开关S1和开关S2时，电压表V2的示数为3U，求此时R1消耗的电功率P112（10分）（2007北京）如图所示，质量为70kg的工人站在水平地面上，用带有货箱的滑轮组把货物运到高处第一次运送货物时，放入货箱的货物质量为160kg，工人用力F1匀速拉绳的功率为P1，货箱以0.1m/s的速度匀速上升，地面对工人的支持力为N1第二次运送货物时，放入货箱的货物质量为120kg，工人用力F2匀速拉绳，货箱以0.2m/s的速度匀速上升，地面对工人的支持力为N2，滑轮组机械效率为2N1与N2之比为15：19（不计绳重及滑轮摩擦，g取10N/kg）求：（1）货箱和动滑轮的总质量m；（2）功率P1；（3）机械效率213（10分）（2006北京）某学校科技小组的同学们设计了一个自动冲刷厕所的水箱模型，这种水箱模型能把自来水管供给的较小流量的水储存到一定量后，自动开启放水阀门，冲刷便池中的污物如图是这种水箱模型的主要部件的截面示意图图中水箱A是一个边长为50cm的正方体；浮筒B是一个质量为0.2kg的空心圆柱体，其底面积SB为80cm2，高为35cm；放水阀门C是一个质量可忽略的圆柱体，其底面积Sc为55cm2，厚度d为1.5cm；放水阀门C能将排水管口恰好盖严，阀门上固定一根轻绳与浮筒相连，绳的长度l为10cm请你计算出水箱中的水深H至少为多少时，浮筒B刚好能将放水阀门C打开？14（10分）（2006北京）一电学兴趣小组的同学制作了一个多档位电热器模型为了分析接入电路的电阻对电热器电功率的影响，他们将电表接入电路中，其电路图如图所示当只闭合开关S1时，电压表的示数为U1，电阻R3消耗的电功率为P3；当只闭合开关S2时，电压表的示数为U2，电阻R3消耗的电功率为P3，测得此时电阻R2消耗的电功率为1.6W已知2U1=U2，P3=4P3，电源两端电压保持不变，则：（1）求出电阻R1与R2的比值（2）兴趣小组的同学通过测量与分析发现，当开关S1、S2、S3都闭合时，电路消耗的电功率最大，这个最大电功率是多少？15（10分）（2005北京）如图是一种居民楼电梯结构的截面示意图A为电梯厢，厢底有两个动滑轮B，其功能相当于一个动滑轮，使用两个动滑轮的好处是能帮助电梯保持稳定C为配重，起平衡作用在拉力F作用下电梯厢能在电梯井口沿竖直通道上下运行现有10个人同时乘坐电梯（每个人的质量均按60kg计算），电梯厢以0.5m/s的速度匀速上升时，拉力为F1，F1的功率P1为10kW，动滑轮B的机械效率为1；电梯厢运行了12m后，从电梯中下去了5个人，此后电梯厢以0.5m/s的速度匀速上升时，拉力为F2，F2的功率为P2，动滑轮B的机械效率为2（不计绳重及滑轮摩擦，g取10N/kg）求：（1）1：2；（2）拉力F2的功率P216（10分）（2005北京）如图所示电路，电源两端电压保持不变当开关S1闭合、S2断开，滑动变阻器的滑片P移到A端时，R3的电功率为P3，电流表的示数为I1；当开关S1断开、S2闭合时，R3的电功率为P3，电流表的示数为I2已知P3：P3=9：25，（1）求电流表的示数I1与I2的比值（2）当开关S1、S2都断开，滑动变阻器的滑片P在中间某位置C时，变阻器接入电路的电阻为Rc，电压表V1的示数为U1，电压表V2的示数为U2，已知U1：U2=3：2，Rc的电功率为10W，这时R3的电功率为P通过闭合或断开开关及移动滑动变阻器的滑片，会形成不同的电路，电路消耗的最大功率与电路消耗的最小功率之比为3：1求R3的电功率P17（10分）（2004北京）如图所示，小型牵引车通过滑轮组匀速打捞起深井中的物体，已知物体重1.2103N，密度为1.6103kg/m3测得物体在出水面前、后牵引车作用在绳子上的拉力之比为1：2若不计摩擦、绳重及水的阻力，g取10N/kg，问：（1）当物体出水面前，滑轮组的效率是多少？（2）物体出水面后上升的速度是1m/s，牵引车拉力的功率多大？18（10分）（2004北京）在图所示的电路中，电源电压为220V；R1、R2、R3为定值电阻，但是它们的具体电阻数值都没有标注，知道它们电阻的可能值是44、88、176或220闭合开关S，在断开S1、S2与闭合S1、S2两种状态下，电流表的示数之比为1：10电路消耗电功率有四种可能的情况，其中消耗电轴功率的最大值是1100W求：（1）R2的电阻值；（2）在开关S闭合，S1、S2断开的状态下，电压表示数可能各是多少？19（10分）（2002海淀区）有一种电冰箱，只有在压缩机工作时才消耗电能将一台这样的电冰箱单独接在标有“3000r/kWh”字样的电能表上，测得电冰箱压缩机连续工作10min电能表的表盘转过75r了，求：（1）这台电冰箱压缩机的功率多大？（2）如果测得该电冰箱某一天耗电为1.2kWh，设压缩机每次连续工作时间都是15min，并且每次工作后的间歇时间也都相等，那么它的间歇时间的可能值是多少分钟？（设电冰箱压缩机工作时功率保持不变，计算结果保留整数）20（10分）（2002海淀区）下表给出了水面上方气体压强与沸点的对应关系技术员设计了如图所示的锅炉水温控制装置，图中OC为一可绕O点旋转的横杆（质量不计），在横杆上的B点下方连接着阀门S，阀门的底面积为3cm2，OB长度为20cm，横杆A点处挂着重物G，OA长度为60cm对水加热时，随着水温升高，水面上方气体压强增大当压强增大到一定值时，阀门S被打开，使锅炉内气体压强减小，以保证安全当重物G挂在不同位置时，锅炉内水面上方气体压强可达到的最大值不同，从而控制锅炉内水的最高温度 压强（Pa）1.01051.41052.01052.7105沸点（）100110120130（1）当锅炉内水的温度达到120沸腾时，锅炉内气体的压强是多少？（2）当外界大气压强为1.0105Pa时，将G挂在A位置，锅炉内水沸腾的温度为120求此时阀门底部受到的气体压力和上部受到的大气压力的差值是多少？（计算时可认为阀门上、下底面积相等）（3）当大气压强为1.0105Pa时，要使锅炉内的水温度达到110时沸腾，应将G挂在离O点多远处？21（10分）（2012南京）如图甲所示，透明玻璃壳内有一个标有“6V 3W”字样的小灯泡L和一个由某种金属材料制成的电阻R，A、B、C是其外露的三个接线柱图乙为电源电压恒为6V的实验装置，其中M、O、N为三个接线柱用导线先把，M、N分别与A、B相连，再把O与M相连，闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片P，测得多组电压表与电流表的读数，并绘制成如图丙所示的图线求：（1）小灯泡L正常发光时的电阻（2）在原来连线的基础上，再用导线连接A、C，闭合开关S，当把滑片P移到最左端时，电流表的示数是多少？（3）拆除上述在A、B、C、M、O、N间所有连接导线把M、O、N分别与A、B、C相连，闭合开关S，电流表示数为0.35A，此时滑动变阻器连入电路的电阻为2，小灯泡消耗的实际功率为多少？22（10分）（2011南京）小明根据所学的电学知识，想设计一个汽车超载自动报警电路他查阅了相关资料了解到压敏电阻是阻值随压力变化而变化的元件，并了解到压敏电阻在生活中的一种应用压力传感器压力传感器受到的压力越大，输出的电压就越大，用它可以称量汽车的重某压力传感器输出电压与压力的关系如下表：压力/105N01.22.43.64.86.0输出电压/V012345小明利用该压力传感器和电阻箱R（最大电阻999.9）及部分其它器材设计了图甲所示的电路，闭合开关S，当线圈中电流大于或等于20mA时，电磁继电器的衔铁被吸合已知继电器线圈的电阻为25，继电器电路的电源电压由传感器的输出电压U提供（假设U不受继电器电路影响）（1）根据表格中数据，请在图乙给定的坐标系中描绘出压力传感器的输出电压随压力变化的图象；（2）当压力增加到一定程度时，电铃报警，说明汽车超载，则图甲中电铃应接在_（选填“A、B”或“C、D”）两端；（3）小明希望压力大于或等于2.4105N时，启动报警系统，则电阻箱R的电阻应调节到多大？（4）要使该装置报警，汽车的最小重力为多少？23（10分）（2012黄冈）如图甲为小颖同学设计的电热水器的原理图，该电热水器具有加热、保温功能图甲中电磁继电器（线圈电阻不计）、热敏电阻R、保护电阻R0、电压恒为6V的电源U1、导线等组成控制电路当电磁铁线圈中的电流I10mA时，继电器上方触点和触点c接通；当电磁铁线圈中的电流I10mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点和触点a、b接通热敏电阻中允许通过的最大电流I0=15mA，其电阻R随温度变化的规律如图乙，热敏电阻和加热电路中的三只电阻R1、R2、R3均置于储水箱中已知R1=33、R2=66、R3=154、U2=220V（1）衔铁被吸下时，加热电路的总电阻是多大？（2）保温状态下，若加热电路的发热功率等于热水器散热功率的80%，求10分钟内热水器散失的热量；（3）为使控制电路正常工作，保护电阻R0的阻值至少为多大？若R0为该值，衔铁刚好被吸下时储水箱中水温是多少？24（10分）（2013黄冈）图甲为加油站加油系统示意图，油罐容积为30m3，为了降低油品损耗，保证油罐运行安全，在油罐顶部安装有调节油罐内外压力平衡的呼吸阀其中吸气阀（图乙）管口面积为2103m2，重力不计的吸气阀盖在0.6N的恒力作用下堵住吸气管口加油时，加油机内油泵自动启动，加油枪流量控制为Q=5104m3/s；（油取0.8103 kg/m3，外界大气压取105Pa，g=10N/kg） （1）某次加油时，加油枪口高出油罐油面3m，所加油的体积为2.5102m3，则加油系统克服油的重力做了多少功？（不考虑油面的变化）（2）若加油枪口横截面积为4104m2，则加油时油在油枪口处流速是多少米/秒？（3）若油罐中油的体积为10.04m3，罐内气体压强与其体积关系如下表所示（吸气阀未打开前气体质量、温度保持不变），则在加油多长时间后，吸气阀会立即打开？油罐的气体体积（m3）19.9619.982020.0220.04油罐的气体压强（Pa）999009980099700996009950025（10分）（2011鄂州）家庭室内装修要用到某种液体乙烯材料和三混粉，工人师傅使用加热与搅拌为一体的用电器，下图是该用电器的工作原理图先在室温下把液体乙烯材料放入容器中，温控旋转开关接ab开始加热，发光二极管正常发光，当液体温度达到70；温控旋转开关自动接cd，发光二极管熄灭，电动机起动，再倒入三混粉在容器中保温搅拌，搅拌均匀后，涂抹到墙壁上使之更加平滑牢固旋转开关接ab时电路消耗功率为1522W，旋转开关接cd时电路消耗功率为1200W，电动机正常工作的功率为1100W，发光二极管L规格为“2V 0.2W”，R1是加热电热丝，R2是保温电热丝，R0为保护发光二极管正常工作的限流电阻（忽略温度对电阻的影响）（1）用电器正常工作时，求保温电热丝R2的电阻值（2）液体乙烯材料质量为6kg，初温为20，求温控旋转开关接ab开始加热到刚接cd时，液体乙烯材料吸收了多少热量？C液=1.8103J/（kg）（3）温控旋转开关接ab开始加热到刚接cd时，电路正常工作了6分40秒，该过程中加热电热丝产生的热量为多少？26（10分）（2010黄冈）电压力锅集高压锅和电饭锅的优点于一体，既安全又节能某型号电压力锅的额定电压为220V，右图是其工作原理图，R1、R2分别是主加热器和保压加热器，R1的额定功率为800W；L是用来指示电压力锅工作状态的变色发光二极管，当通过它的电流小于40mA时，发红光，达到40mA时，开始发绿光，只要有电流通过L其两端电压就恒为2V；R0是特殊电阻，其阻值随锅内温度变化而改变；接通电路，开关S自动与触点a、b闭合，开始加热，当锅内水温达到105时，S自动与a、b断开，并与触点c接通，开始保压，此时锅内水温不变，且未沸腾（1）电压力锅正常工作时，若指示灯L发绿光，求R0的最大阻值（2）在保压状态下，加热器正常工作1h耗电0.2kWh，求R2的阻值（3）用该压力锅对5L、20的水加热，正常工作35min后，求水温升高到多少摄氏度？已知消耗的电能有90%被有效利用，水的比热容为4.2103J/（kg）27（10分）（2007包头）医院里利用高温高压蒸汽消毒锅对器械进行消毒，不同的器械所要求的温度、压强不同如图为自动测量锅内温度、气压的电路原理图（虚线框内为锅内部分电路）电源电压恒为4.5V（1）若对总质量为5kg、初温为15的钢制器械进行消毒，消毒温度须达到115时，器械共吸收多少热量？c钢=0.46103J/（kg）（2）A1为显示锅内气压大小的仪表（实质是电流表），当锅内气压不高于1标准大气压时，A1显示气压值都为0，此时R1阻值为200，求：气压表零刻度线应标在电流表Al刻度盘多少毫安处？（3）热敏传感器R2（阻值随温度发生变化的可变电阻）置于锅内，A2为显示温度的仪表（实质是电流表）；R2的电阻与温度的关系如下表所示：温度t（）80859095100105110115电阻R2（）1201101009080706050当电流表A2示数为60mA时，锅内的温度为多少？28（10分）（2003黄冈）如图表是HG2003家用蒸汽电熨斗示意图和名牌使用时水箱中的水滴入被加热的底板气室迅速汽化产生向下的蒸汽额定电压220V功能汽烫、平烫额定频率50Hz蒸汽方式滴下式额定功率1000W质量1.3kg底板面积160cm2放置方式自立式（1）某师傅在用熨斗干烫衣服时，用了19N向下的力压熨斗，在此过程中，衣服受到的压强是多少？（g取10N/kg）（2）用熨斗汽烫时先预热，使金属底板的温度从20升到220，温控开关自动断开已知底板的质量为1kg，铁的比热为0.44103J/（kg）问蒸汽电熨斗预热时底板吸收多少热量？（3）汽烫时，水滴入汽室，由于水升温汽化带走热量当底板温度降到190时，温控开关自动闭合，当加热到220时又断开，如此反复若蒸汽电熨斗大体按如图所示程序工作，10min烫一件衣服共消耗多少电能？29（10分）（2008盐城）右图是一个加热、保温电路的一部分电热丝R1规格为“220V 1100W”，限流电阻R2=506电路的工作原理是：当温控开关S接a时，电热丝R1接入电路，电路处于加热状态；当达到一定温度时，温控开关S自动从a切换到b，电路处于保温状态正常工作时，加热功率1100W，保温功率88W（电源电压保持不变，电阻不随温度变化）（1）请你按照上述原理，对右图进行连线，使它成为完整的电路图；（2）某天在使用（1）中已经连接完整的电路时，R1烧毁了有人想使电路恢复正常工作，设计了下面方案请通过计算、分析，对两个方案作出评价：方案一：用“220V 220W”电热丝R3、“220V 880W”电热丝R4串联替代R1；方案二：用两根都是“220V 550W”的电热丝R5并联替代R1（3）请你选用下表所提供的电热丝，再设计一个方案，使（2）中损坏的电路恢复正常工作，并说明设计理由电热丝： 符号 R6 R7 R8 R9 规格 220V 500W 220V 600W 220V 2200W 110V 550W 数量 1 1 2 330（10分）（2013顺义区二模）如图是液压汽车起重机从水中打捞重物的示意图A 是动滑轮，B 是定滑轮，C 是卷扬机，D 是油缸，E是柱塞作用在动滑轮上共三股钢丝绳，卷扬机转动使钢丝绳带动动滑轮上升提取重物，被打捞的重物体积V=0.5m3若在本次打捞前起重机对地面的压强p1=2.0107Pa，当物体在水中匀速上升时起重机对地面的压强p2=2.375107Pa，物体完全出水后起重机对地面的压强p3=2.5107Pa假设起重时柱塞沿竖直方向，物体出水前、后柱塞对吊臂的支撑力分别为N1和N2，N1与N2之比为19：24重物出水后上升的速度v=0.45m/s吊臂、定滑轮、钢丝绳的重以及轮与绳的摩擦不计（g取10N/kg）求：（1）被打捞物体的重力；（2）被打捞的物体浸没在水中上升时，滑轮组AB的机械效率；（3）重物出水后，卷扬机牵引力的功率初中竞赛培优物理试题考卷参考答案与试题解析一解答题（共30小题，满分300分，每小题10分）1、分析：首先对物体进行受力分析，此时物体A和物体B在竖直方向受三个力的作用，竖直向上的拉力和支持力，竖直向下的重力（1）知道物体A和物体B的底面积、密度和高度可利用公式G=mg=vg=shg计算出物体A和物体B的重力从图可知，当物体A和物体B静止时，竖直向上的力等于竖直向下的力，从而可以列出两个等式：GA=T1+N1，GB=T2+N2，便可以计算出物体A和物体B的重力、以及N1和N2的大小知道提升重物B时滑轮组的机械效率和绳子自由端的拉力，可利用公式=计算出吊着物体的绳子的段数知道拉力F2的大小和拉力F2做功的功率，可利用公式P=FV计算出绳子自由端运动的速度，从而可以计算出物体B匀速上升的速度v（2）知道物体B的重力和绳子自由端的拉力F2，不计绳的质量，不计滑轮与轴的摩擦，可利用公式F=（G物+G动）计算出动滑轮的重力，又知道物体A的重力，可利用公式F=（G物+G动）计算出提升重物A时绳子自由端的拉力F1，知道物体A上升的高度，从而可以计算出绳子自由端移动的距离，最后再利用公式W=FS计算出拉力F1做的功W解答：解：物体A和物体B在竖直方向受三个力的作用，竖直向上的拉力和支持力，竖直向下的重力如图所示：（1）物体A的底面积为SA，密度为A，高度为h1；物体B的底面积为SB，密度为B，高度为h2，物体A的重力为：GA=AsAhAg；物体B的重力为：GB=BsBhBg，而物体A和物体B静止，GA=T1+N1，GB=T2+N2，而T1=1500N，T2=1000N，即：AsAhAg=1500N+N1，BsBhBg=1000N+N2，则=，而N1=2N2，5SA=4SB，8A=7B，2hA=5hB，解得：N1=2000N，N2=1000N，GA=3500N，GB=2000N；绳子自由端的拉力F2=625N，=80%，=80%，解得：n=4又拉力F2做功的功率P=500W，由公式P=Fv得，绳子自由端运动的速度为：v绳=0.8m/s，则物体B匀速上升的速度为：v=v绳=0.8m/s=0.2m/s（2）n=4，拉力F2=625N，GB=2000N，由公式F=（G物+G动）可得：动滑轮的重力为；G动=4F2GB=4625N2000N=500N，而GA=3500N，提升重物A时绳子自由端的拉力为：F1=（GA+G动）=（3500N+500N）=1000N，而物体A上升的高度为：h=4m，则绳子自由端移动的距离为：s=4h=44m=16m，拉力F1做的功为：W=F1s=1000N16m=16000J答：（1）物体B匀速上升的速度v为0.2m/s（2）拉力F1做的功W为16000J2、分析：（1）因为AOC是一个杠杆，已知AO的长度，所以要求解OC的长度时，可以结合杠杆的平衡条件F1L1=F2L2进行求解，因此需要求出A点和C点的动力和阻力；对配重T的受力分析可以求解动力FD1=FD1，对以行走装置、动滑轮M和物体D为研究对象，受力分析可以求解阻力FC1=FC1，具体如下：首先对物体D进行受力分析，物体D受到竖直向下的重力和竖直向上的水的浮力及绳子的拉力，在三个力的作用下处于平衡状态，即合外力为零，可以求出绳子拉力的大小；然后结合滑轮组的机械效率公式进行推理求解计算出动滑轮的重力；（2）对出水后物体及动滑轮进行分析，求出拉力的大小，知道物体D的质量，利用重力公式求D的重力，=求此时滑轮组的机械效率；（3）求出绳端移动的速度，利用公式P=FV可求功率的大小；（4）物体A在水中匀速上升过程中，以行走装置、动滑轮M和物体A为研究对象，进行受力分析，对杠杆上C点、D点受力分析、对配重T进行受力分析，得出各个物理量之间的等量关系，求出OC的距离；（5）在C点受到的最大拉力等于m2g+G动+m1g，根据杠杆平衡条件求物体D距O点的最大水平距离解答：解：（1）物体D在水中匀速上升h1的过程中，物体受到的浮力：F浮=水Vg=1.0103kg/m30.04m310N/kg=400N，滑轮组受到的阻力：F1=mDgF浮=100kg10N/kg400N=600N，此时，滑轮组的机械效率1=75%，解得：G动=200N，（2）对出水后物体及动滑轮进行分析如图（1）所示：3FC2=G=G动+GD=mDg+200N=100kg10N/kg+200N=1200N，则FC2=400N，此时，滑轮组的机械效率：2=83%；（3）电动机拉动细绳的功率：P=FC23v=400N30.1m/s=120W；（4）物体A在水中匀速上升过程中，以行走装置、动滑轮M和物体A为研究对象，受力分析图如图2所示，杠杆上C点、D点受力分析图如图3所示，配重T的受力分析图如图4所示FC1=GF浮G=mg+G动+mAg，N1=mEgFD1，FD1OD=FC1OCFC1=FC1，FD1=FD1得：N1=3000N物体A离开水面后匀速上升的过程中，以行走装置、动滑轮M和物体A为研究对象，受力分析图如图5所示，配重E的受力分析图如图7所示，杠杆C点、D点受力分析图如图6所示FC2=G，N2=mEgFD2，FD2OD=FC2OCFC2=FC2，FD2=FD2N2=3000NN1：N2=5：1解得：OC=2m；（5）由题知，GTOA=（G1+m2g+G动）OC最大，即：3000N1m=（1000N+200N+200N）OC最大，解得：OC最大2.14m答：（1）动滑轮的重力为200N；（2）物体D打捞出水面后，滑轮组的机械效率为83%；（3）物体D打捞出水面后，电动机拉动细绳的功率为120W；（4）OC的距离为2m；（5）此装置打捞物体D，物体D距O点的最大水平距离是2.14m3、分析：由滑轮组的结构可以看出，承担物重的绳子股数n=2，根据题目提供的两物体的体积关系和密度关系，利用密度公式和重力公式物重GA和GB关系；不计绳的质量、不计滑轮与轴的摩擦，利用F=（G物+G轮）求拉力F1和F2的大小；根据题中Wt图象提供的信息可求，拉力F1和F2的做功功率P1和P2，又知道运动速度关系，利用P=Fv求出拉力的大小关系；从而得出动滑轮和物重GA和GB关系；再利用效率公式求两种情况下的机械效率求差值解答：解：不计绳的质量，不计滑轮与轴的摩擦，拉动物体A和物体B的拉力：FA=（GA+G轮），FB=（GB+G轮），由题中Wt图象可知：PA=90W，PB=45W，P=Fv，1=32，拉力做功功率：=，=，由解得：=，由G=mg=vg、3vA=2vB、8A=7B，解得：=，由解得：G动=GA，G动=GB，A=70%，B=80%，BA=80%70%=10%答：机械效率B与A之差为10%4、分析：要解决此题，首先要掌握有关动态电路的分析分别作出三种情况下的等效电路图，这是解题的关键掌握串联电路中电流电压的关系同时注意各物理量的求法，牵扯的电阻较多，所以要注意物理量的统一在各种电路下，表示出物理量的关系式，利用比值关系进行计算解答：解：当开关S1闭合、S2断开，滑动变阻器接入电路中的电阻为RA时，等效电路如图甲所示；当开关S1、S2都闭合，滑动变阻器接入电路中的电阻为RB时，等效电路如图乙所示；当开关S1闭合、S2断开，滑动变阻器滑片P位于最右端时，等效电路如图丙所示（1）已知：U1：U2=3：2，R1：R2=2：1，由图甲、乙得：U1=I1（R1+R2），U2=I2R2解得：=已知：P1：PB=1：10由图甲、乙得：P1=I12R1，PB=I22RB解得：R1=RB由电源两端电压U不变得：I1（R1+R2+RA）=I2（R2+RB）解得：RA=9R2由图乙得：=； U2=2V解得：U=12V答：电源两端的电压为12V（2）由图丙得：=解得：U2=4VP2=8WR2=2答：电阻R2的阻值为2（3）由U1：U2=3：2解得：U1=3VUA=UU1=12V3V=9VRA=9R2=92=18PA=4.5W答：电阻RA的电功率PA是4.5W5、分析：（1）由电路分析可知，三个电阻串联，先画出三个电阻所在的简单电路图；题目中已知两种情况下，R1及滑动变阻器的总电压，由功率相等，列出功率关系，则可得出电流之比；再由题目中电压关系，列欧姆定律表达式，则可求得R1、RA及RB的关系式；由总电压不变可得出三个电阻与R2的关系，由R1和R2的关系可得出RA及RB的关系（2）由图甲可得总电压与U1的关系可以用电阻表示，则由第一问中求出的电阻关系代入，求得总电压解答：解：（1）由图甲、乙得：P1=U1I1，P2=U2I2，P1=P2，U1=6V，U2=9V解得：；U1=I1（R1+RA），U2=I2（R1+RB）解得：5R1+9RA=4RB电源两端电压不变，I1（R1+RA+R2）=I2（R1+RB+R2）解得：R1+3RA+R2=2RB由式得：RB=2R1将式代入式解得：（2）由甲图可得：，因R2=2R1，RB=2R1，RA=代入上式解得：U=15V答：（1）RA与RB的阻值之比为；（2）总电压为15V6、分析：（1）因为DOC是一个杠杆，已知DO的长度，所以要求解OC的长度时，可以结合杠杆的平衡条件F1L1=F2L2进行求解，因此需要求出D点和C点的动力和阻力；对配重E的受力分析可以求解动力FD1=FD1，对以行走装置、动滑轮M和物体A为研究对象，受力分析可以求解阻力FC1=FC1，具体如下：首先对物体A进行受力分析，物体A受到竖直向下的重力和竖直向上的水的浮力及绳子的拉力，在三个力的作用下处于平衡状态，即合外力为零，可以求出绳子拉力的大小；然后结合滑轮组的机械效率公式=进行推理求解计算出动滑轮的重力；结合杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可以求解出OC的长度；（2）由表格可知做功W和做功时间t，结合功率公式可以求出功率的大小；再结合机械功率P=Fv求解拉力的大小解答：解：（1）物体A在水中匀速上升h1的过程中，F1=mAgF浮F浮=水Vg=200NF1=300N此时，滑轮组的机械效率物体A离开水面后匀速上升h2的过程中，滑轮组机械效率根据1：2=9：10，解得：G动=100N物体A在水中匀速上升过程中，以行走装置、动滑轮M和物体A为研究对象，受力分析图如图a所示，配重E的受力分析图如图b所示，杠杆上C点、D点受力分析图如图c所示FC1=GF浮G=mg+G动+mAg，N1=mEgFD1FD1OD=FC1OCFC1=FC1，FD1=FD1物体A离开水面后匀速上升的过程中，以行走装置、动滑轮M和物体A为研究对象，受力分析图如图d所示，配重E的受力分析图如图e所示，杠杆C点、D点受力分析图如图f所示FC2=G，N2=mEgFD2 FD2OD=FC2OCFC2=FC2，FD2=FD2N1：N2=3：2解得：OC=1.8OD=2.88m；答：OC的长度为2.88m；（2）行走装置以v=0.05m/s的速度水平匀速移动的过程中，由图象可得拉力T的功率P=5WP=T2v，解得：T=50NF=2T=100N；答：拉力F为100N7、分析：以杠杆为研究对象，因为杠杆平衡，根据杠杆的平衡条件得出两边受力的大小关系；左边受力根据动滑轮的特点和同一直线上力的合成求得；右边受力根据同一直线上同方向力的合成求得；最后根据两边受力大小关系求配重C的质量mC解答：解：若开关刚好能被拉开，则拉力T=6N，此时杠杆在水平位置平衡，B端受地面的支持力为0，如右图：FAOA=FBOB，OA：OB=3：1，FA：FB=1：3；细绳的质量、滑轮与轴的摩擦忽略不计，T=（F拉+G轮），物体C受到的向上的拉力：F拉=2TG轮=26NmPg=12N0.2kg10N/kg=10N；杠杆左边受到力：FA=GCF拉=mCg10N，FB=F+GD=75N+mDg=75N+1.5kg10N/kg=90N将代入得：（mCg10N）：90N=1：3，mC=4kg答：配重C的质量mC等于4kg，开关刚好能被拉开8、分析：先由实物图画出原理图，可知当只有S1闭合时，三个电阻串联，电压表测R2与R3两端的电压；当开关全闭合时，R1与R2串联，电压表测R2上的电压电流表测总电流（1）题目中告诉了R2两次所消耗的功率之比，则可由功率公式表达出功率值，则由I2与I1的比值可求得I2的数值；（2）题目中已求得电流，故可由电压之比求得电阻R2，再由欧姆定律即可求得电压值；（3）由以上求得的电流值及电阻值，利用焦耳定律可求得热量解答：解：当只闭合开关S1时，等效电路如图甲所示：当开关全闭合时，等效电路如图乙所示：（1）只闭合开关S1时，由功率公式可得：R1=；由图甲、乙得：=，即=；故I2=2I1=2A；（2）由欧姆定律得：U=IR则：=；则解得：R3=3R2；因电源两端的电压不变，由甲乙可得：I1（R1+R2+R3）=I2（R1+R2）则可解得：R2=2；电源电压U=I（R1+R2）=2A（4+2）=12V（3）由图乙可得：电阻R2产生的热量：Q=I22R2t=（2A）22560s=2400J答：（1）电流表示数I2为2A； （2）电源电压为12V：（3）电阻R2产生的热量为2400J9、分析：（1）只闭合开关S，滑片P移至滑动变阻器R2的中点时，电阻R1、R2、R3串联，电流表测量总电流，电压表V1测的是R1、R2两端的电压，电压表V2测的是电阻R3两端的电压，根据欧姆定律，闭合开关S、S1，当滑片P移至滑动变阻器R2A端时，滑动变阻器接入电路阻值最大，R2、R3串联，R1被短路，电压表V1测的是R2两端的电压，电流表测总电流，I2=（2）因为电源电压不变，还知道U1=U1，U2=U2，从而求出U1与U2的关系，U1、U2的关系，根据欧姆定律求出R2、R3的关系，进一步求出电阻R1两端的电压，已知滑动变阻器R2消耗的电功率，根据关系式求出电功率P1的大小（3）闭合开关S、S1，当滑片P移至滑动变阻器R2的B端时，滑动变阻器接入