全国初中应用物理知识竞赛(初复赛)试题及答案(2011—2012)

2011年第二十一届全国初中应用物理知识竞赛初赛试题注意事项： 1请在密封线内填写所在地区、学校、姓名和考号。 2用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。3本试卷共有六个大题，满分100分。4答卷时间：2011年3月27日（星期日）上午9:3011:10一 、本题共10小题，每小题2分，共20分。以下各小题给出的四个选项中只有一个是正确的，把正确选项前面的字母填在题后的括号内。1.目前，很多汽车的驾驶室里都有一个叫做GPS(全球卫星定位系统)接收器的装置。GPS接收器通过接收卫星发射的导航信号，实现对车辆的精确定位并导航。卫星向GPS接收器传送信息依靠的是()A.红外线 B.紫外线 C.电磁波 D.激光 2.图1为工人师傅用于推车运送纯净水的 图片，对于这两种方法中哪种方法比较省力的判断，下列说法中正确的是()A.图甲的方法比较省力。 B.图乙的方法比较省力。C.图甲和图乙两种方法所用力的大小相等。 D.无法判断。3.如图2所示，教室里的天花板下面装有多挡位吊扇， 当吊扇正常工作时，对于吊扇对天花板的拉力大小与其重力大小的判断，下列说法中正确的是() A.吊扇在高挡位工作时，拉力等于重力。B.吊扇在低挡位工作时，拉力大于重力。C.电扇在任意挡位工作时，拉力等于重力。D.电扇在任意挡位工作时，拉力小于重力。4.在学校的田径运动会上，小亮注意到发令台上有一块“板子”，如图3所示；关于这块板子的作用，他做了如下猜想，其中正确的是()A.主要用来反射发令枪的枪声，所以必须正对着终点计时裁判的方向。B.主要用来衬托发令枪冒出的白烟，所以应该是深色或黑色的。C.主要用来减弱噪声，所以要把它放在看台和发令枪之间 。D.主要用来遮阳，所以要把它放在裁判员的头的上方。5.随着我国航天员在轨道舱内停留时间的增加，在轨道舱内进行体育锻炼必将成为航天员需要完成的一项重要工作；下列适合航天员在轨道舱中进行体育锻炼的运动项目是( )A.举哑铃 B.跳绳 C .踢毯子 D.拉弹簧拉力器 6.动车组列车进站前的减速过程分为两个阶段进行:第一阶段采用“再生刹车”技术，速度从250km/h减至90km/h，这期间停止动力供给，列车依靠惯性继续前行，并带动发电机发电；第二阶段采用机械刹车，速度从90km/h开始不断减小直至停止；关于列车进站过程中的能量转化，下列说法中正确的是()A.第一阶段减小的动能全部转化为电能，即电能等于减小的动能。 B.第一阶段减小的动能有一部分转化为电能，即电能小于减小的动能。C.第二阶段减小的动能主要转化为内能，且内能等于减小的动能。 D.第二阶段减小的动能主要转化为内能，且内能大于减小的动能。 7.在晴朗的夜空，我们很容易找到北斗星与北极星，如图4所示。天刚黑下来的时候，我们观察并记录一次北斗星与北极星相对于地面的位置；半夜的时候，我们再次观察并记录北斗星与北极星相对于地面的位置。比较这两次的记录结果，我们会发现( )A.北斗星和北极星都是运动的。B.北斗星和北极星都是静止的。C.北斗星是运动的，北极星是静止的。D.北斗星是静止的，北极星是运动的。8.在炒花生或栗子时，通常要往锅里放一些沙子(或粗盐)；这样做的主要目的是()A.使炒锅的温度更高。 B.使花生或栗子受热均匀且避免与锅底直接接触时间过长。 C.让沙子(或粗盐)吸收一些水分，使花生或栗子更加干酥脆。 D.让沙子(或粗盐)吸收部分热量，防止因温度过高而使花生或栗子变焦。 9.人站在哈哈镜前，会由于哈哈镜的特殊形状而使人体不同部位的像或被拉长或被压短而变形，令人发笑。现有一个如图5甲所示由两个水平方向的柱面镜连接而成的哈哈镜，竖直置于水平地面上。当一个与哈哈镜等高的人站在其正前方(如图5乙所示)，他看到的像的情况是()A.上半身的像被拉长。 B.下半身的像被拉长。 C.全身的像都被拉长。 D.全身的像都被压短。 10.图6甲是某生产流水线上 的产品输送及计数装置示意图。其中S为激光源，Rl为光敏电阻(有光照射时，阻值较小；无光照射时，阻值较大)，R2为定值保护电阻，a、b间接“示波器”(示波器的接入对 电路无影响)。水平传送带匀速前进，每当传送带上的产品通过S与Rl之间时，射向光敏电阻的光线会 被产品挡住。若传送带上的产品为均匀正方体，示波器显示的电压随时间变化的关系如图6乙所示。己知计数器电路中电源两极间的电压恒为6V，保护电阻岛的阻值为400。则()A.有光照射时光敏电阻Rl的阻值为800。B.有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比为1:2。C.有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比为1:2。D.每1 h通过S与Rl之间的产品个数为6000个。二、简答下列各题(每题5分，共30分)1.警用弓弩因其发射时无光、声音小等特点，被广泛应用于反恐，如图7甲所示。图7乙和丙为两种配有不同瞄准装置的弩，它们可用来发射箭和钢珠，并配有手柄、肩托等辅助设备弩弦的拴绕使用了滑轮可有效地减小体积。请观察它的结构，并分析它的使用过程，其中用到了哪些物理知识?2.许多轿车后窗玻璃的内壁上都平行地贴有若干条很窄的金属膜，如图8所示。驾驶员可以通过开关对其进行控制，当通电时这些金属膜会发热。请回答这些金属膜的主要作用是什么?3.图9中的甲、乙两图是同一把平放在一张白纸上的透明刻度尺正放和反放的照片，图9丙是其沿刻度线方向的横截面图。刻度尺的刻度线是用油漆喷上去的。由图9乙可以看到，每个数字和刻度线的右侧都有一个阴影。(1)利用图9丙说明，该刻度尺的刻度线喷在图9丙中所标的A、B、C、D的哪个部位?为什么? (2)一般都将刻度尺带刻度的一侧做得较薄，这样做的好处是什么?4.一串小彩灯，规格都是4V、0.2A，每个小彩灯的结构如图10所示，在正常情况下，细金属丝由于表面有一层氧化铜而与灯丝支架不导通，若加上200V以上电压时，氧化铜被击穿，细金属丝与灯丝支架导通。若将这种规格的小彩灯接入220V电路中，为使小彩灯正常发光，请通过计算说明: (1)应串联多少个小彩灯? (2)若其中一只小彩灯的灯丝被烧断，其它小彩灯是否还能发光?为什么?5.为了节省电能，居民楼的楼道灯通常由两个开关共同控制。一个是利用光敏器件制成的“光控开关”，它的作用是光线暗时自动闭合，光线亮时自动断开；一个是利用声敏器件制成的“声控开关”，它的作用是有声音时自动闭合电路，两分钟后，若再无声音则自动断开。(1)请将图11甲中的器材连成符合上述楼道灯要求的电路。 (2)小明受楼道灯电路的启发，在爷爷的卧室里也安装了这样一个“聪明”的电路。晚上只要拍拍手，灯就亮了，过一会自动熄灭，给爷爷带来了方便。不过遇到晚上有雷雨，就麻烦了，雷声使灯不断被点亮，影响爷爷休息。还有爷爷睡觉前需要这盏灯一直被点亮。现在再给你两个开关Sl、S2，在图11乙中完成对这个“聪明”电路的改装。并分别说明在灯自动工作、晚上打雷需取消自动功能和需要灯一直被点亮时开关Sl、S2的断开与闭合情况。6.某物理兴趣小组的同学设计了图12甲所示的实验装置，在橡皮塞中紧密地插入一根细玻璃管，将此橡皮塞盖紧在装满水的玻璃瓶瓶口，玻璃瓶沿水平方向的截面为图12乙所示的椭圆。当用力沿图12所示方向挤压装满水 的玻璃瓶时，会看到细玻璃管内的水面明显上升。在这里，同学们利用细玻璃管内水面的变化将玻璃瓶的微小形变放大了。请你再列举两个用到这种放大方法来观察物理现象的实验或用到这种方法来工作的仪器，并简要说明放大的方法。三、(11分)米线是一种特色小吃。端上餐桌的有:一碗热汤，上面浮着一层油:一碟切成薄片的鲜肉:一碗已煮熟的米线。食客先把肉片放进汤内，稍候再加入米线。现有以下资料:汤的初温97C，比热容4.2x103J / (kg. C);肉片的质量为0.2kg，初温22 C ，比热容3.5xl03J/(kg. C )。基于健康缘故，肉片必须至少在大于80C的汤中保持2min，在这2 min时间里，由于向外界散热整体温度将下降约2C 。问:1.碗中油层的作用是什么?2.为实现上述的温度要求，碗中汤的质量多少应满足什么条件? 四、(12分)微波炉是一种利用向食物发射微波，进而将以微波形式存在的电磁能转化为内能来对食物加热的厨具。因为微波可以深入食物表面内约5 cm，因此与蒸烤类厨具比较，具有加热更加迅速的特点。小明家最近买了一个微波炉，他听人们讲利用微波炉对食物加热，不仅加热时间短，还具备加热效率高的特点。为了验证后一种说法，他决定借助电能表、手表、温度计等器材实际测量一下微波炉在高火挡烧水时的效率。为此他查看了家中微波炉后面的铭牌，上面注明额定输入功率为1 200 W，他又查看了他家的单相电子电能表，上面注明3200 imp / kWh(它表示每消耗电能1 kWh，该电能表上面的发光二极管闪烁3 200次)。之后，他关闭其他所有家用电器，将体积为1L、温度为20C的水放入微波炉并用高火开始加热，同时用钟表计时并记录电能表上 面的发光二极管闪烁的次数，历时4 min，电能表上面的发光二极管闪烁了256次，此时取出并测得水的温度为72 C，请你帮助小明计算微波炉烧水时的效率。微波炉中发射微波的器件叫做微波管，若某微波炉内的微波管只有一只，且该微波管只能在额定电压下以额定功率工作，请回答这个微波炉是如何仅仅利用这只微波管实现在不同挡位工作的呢?五、 (12分小明的父亲为了解决全家人夏季淋浴问题，想自己动手:作一个太阳淋浴器，他买来了一个圆柱形金属桶，一个压力传感开关，两个圆柱体以及细线若干。初步设计如图13所示，其中A、B两个圆柱体通过细绳与压力传感开关相连。己知:圆柱形金属桶的底面积Sl=0.5 m2，高h1=50 c m;压力传感开关的作用是当它受到竖直向下的拉力达到10 N时闭合，通过控制水泵从进水口向桶内注水，当拉力等于4N时断开，水泵停止向桶内注水:两个圆柱体的底面积S2=40 cm2，高h2=12 cm，每个圆柱体重G=6N。要求当水桶内储水量达200 L时停止注水，当储水量剩余40L时开始注水。请你帮助小明的父亲在其初步设计的基础上，求出满足上述要求的两段细线的长度。(压力传感开关与金属桶间的距离、细绳质量与体积、计算储水量时圆柱体排水体积忽略不计)六、(15分)随着新能源、低碳等理念的普及，小明设想出了一种完全以太阳能电池为能源的汽车，以下是他查到的一些数据:太阳辐射的总功率P总=3.9x1026 W，太阳到地球的距离口1.5x1011 m，阳光穿过太空和地球周围的大气层到达地面的过程中的能量损耗约为51%;太阳光垂直照射时，太阳能电池的能量转化效率最高约为15%;假设一辆太阳能电池车的质量约为750kg，期望达到的最高时速为72km/h，车辆行驶过程中的平均阻力约为车重的0.02倍，车身最多能敷设的太阳能电池板的面积约为8m2，驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率。(已知半径为r的球的表面积为S=4r2)1.根据以上数据，通过计算对小明的设想进行分析与评价。2.你对他的设想有什么改进建议?2011年第二十一届全国初中应用物理知识竞赛初赛试题答案2011年第二十一届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题注意事项： 1请在密封线内填写所在地区、学校、姓名和考号。 2用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。 3本试卷共有六个大题，满分为100分。4答卷时间：2011年4月17日(星期日)上午9：3011：10。 一、(16分)测定患者的血沉，是医学上用来帮助医生对病情作出正确判断的一种手段。把新鲜的血液，加入抗凝剂，静置一定时间后形成抗凝血后，红血球即从血浆中分离出来而下沉。设抗凝血是由红血球和血浆组成的悬浮液，血浆的密度01. 0103kg/m3，红血球的密度1.3103kg/m3。将抗凝血放进竖直放置的血沉管内，红血球起初在血浆中加速下沉，然后一直匀速下沉，其匀速下沉的速度称为“血沉”。正常人血沉的值大约是=12mmh。如果把红血球近似看作半径为R的小球，它在血浆中下沉时所受的粘滞阻力为，在室温下=1.810-3Pas，已知，试根据以上信息解答下列问题： 1红血球在血浆中为什么先加速下沉后一直匀速下沉? 2计算红血球半径的大小。二、(16分)为了推进环保和节能理念的实施，某公司开发生产了“风光互补路灯”，该路灯只需要晒晒太阳吹吹风就能工作，如图l所示。它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆备时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用。为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90左右即停止，放电余留20左右即停止电能输出。下表为某型号风光互补路灯系统配置方案。问：风力发电机太阳能电池组件最小启动风速1.0m/s太阳能电池36W最小充电风速2.0m/s太阳能转化效率15% 最大限制风速12.0m/s蓄电池500Ah-12V最大输出功率400W大功率LED路灯80W-12V1当风速为60ms时，风力发电机的输出功率将变为50W，在这种情况下，将蓄电池的电量由20充至90需多长时间?2如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240Wm2，要想太阳能电池的最大功率达到36W，太阳能电池板的面积至少要多大?3若遇到阴天无风的天气，仅靠蓄电池供电，最多可供灯具正常发光多长时间?图1三、(16分)电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具，如图2所示。其主要结构就是在原来的普通自行车的基础上，增加了电动机及供电、传动设备，它可以电动骑行，亦可以脚踏骑行。电动骑行时，蓄电池为车上的电动机供电，电动机为车提供动力；脚踏骑行时，与普通白行车相同。下表是某型号电动白行车主要技术参数。整车整车质量40kg最高车速30km/h最大噪声62dB蓄电池电压48V容量12Ah电动机额定电压48V额定功率240W1仔细观察电动自行车的构造，会发现很多地方用到了物理知识。请仿照下面的示例，再列举三处应用物理知识进行设计的事例。 示例：电动自行车的车座大而扁平，可减小压强。答：(1) (2) (3) 2当一个初三学生骑着电动自行车在平直的公路上匀速行驶时，轮胎与地面的总接触面积约为40cm2，此时路面受到的压强约为多大?3电动自行车以额定功率行驶时通过电动机线圈的电流是多大?4蓄电池充足电后储存的能量是多少?5在蓄电池充足电后为电动机供电的过程中，当把储存能量的80提供给电动机后就应进行充电。若电动机工作时将电能转化为对自行车输出机械能的效率为75，电动自行车在平直的公路上匀速行驶时受到的阻力为30N，则蓄电池充一次电最多能完全依靠储存的电能连续行驶多远? 6从环保的角度来看，与摩托车相比，电动自行车有什么优缺点?(各列举一条)图3四、(16分)家用燃气快速热水器(如图3所示)是一种方便、快捷且不受天气影响的洗浴设备。下表为某品牌家用燃气快速热水器的主要技术数据。已知天然气的热值为8107Jm3，水的比热容为4.2x103J(kg)。生产许可证XK00-执行标准GB6932-2001型 号JSD-D8JA燃气种类天然气额定燃气压强2000Pa额 定 热 负 荷16kW适用水压0.025MPa0.75MPa额定产热水能力8L/min (t=25K)额定电压3V (DC)1为安全使用此热水器，机体上印有一些警告，其中一条是这样说的：“气温低于0时，用后请打开放水塞，放尽机体内存水，再拧紧”。请解释为什么要这样做?2试求该型号家用燃气快速热水器正常工作时的烧水效率。3若在额定产热水能力下进行淋浴，一次淋浴总计加热时间为20min，则此次淋浴至少需消耗多少天然气?4为防止燃气热水器在无水或水压过低时“干烧”，技术人员设计了很多种“水气联动”装置，实现通常所说的“水到气到”。图4就是其中一种“水气联动”装置的原理图，你能看出它的工作原理吗?请简述它是如何利用“水到”来控制“气到”的。5为了防止热水器工作过程中加热火焰意外熄灭导致燃气泄漏，技术人员设计了“火灭断气”的装置。如图5所示为一种“火灭断气”装置的原理图，请根据这个原理图，简述它是怎样实现“火灭断气”功能的?五、(18分)小芳家里新买了一台电热水器，从“用户手册”中，她获得了以下资料，请根据这些资料完成相应的计算： 一、外形尺寸(mm) ABCDEF781100196196353434二、技术数据额定功率/W1000/1500/2500额定压力/MPa0.8额定电压/V交流220容 积/L50频 率/Hz50净 重/kg191图6为安装示意图，安装时要将L形挂钩用膨胀螺钉固定在承重墙上，上表是热水器的部分数据，请估算L形挂钩受到的最大向下拉力F及对应此时膨胀螺钉与承重墙体间的摩擦力f.2这台热水器共有三挡加热功率，销售人员曾介绍说：热水器内部有两个加热管。请你根据销售人员的介绍，猜测并画出内部加热电路的主要结构(简化的等效电路图)。然后依据你的猜想，计算出每个加热管的电阻值。3产品说明书上标明：当达到设定温度，停止加热后，如果水温降到低于设定温度4时，热水器将自动以设置功率将桶内的水加热至设定温度，如此反复直至手动停止加热。小芳想到了国家提倡的峰谷电价制度的有关规定：2011年起，本地的分时电价为：峰时段(08：0022：00)06元度，谷时段(22：00次日08：00)03元度。她想，如果每天下午6点洗浴时需要把20的冷水加热至50，可以下午直接加热，也可以早晨8点前加热好，让热水器自动保温至下午6点，哪种方式更省钱呢?为此她利用热水器提供的测温功能测量了水温从50降至46需要190分钟，已知c水=4.2103J(kg)，请帮她通过计算做出哪种方式更省钱的判断。六、(18分)电动木工机械的发明和应用大大地降低了木工的劳动强度，且大幅度地提高了劳动效率。木工圆锯机就是一种常见的用来锯切木料的电动木工机械。如图7所示为某型号电动木工圆锯机，其主要结构如图8所示。它采用电动机作为动力，通过皮带传动的方式带动与圆形锯盘共轴安装的皮带轮，从而带动周边有齿的圆形锯盘高速转动以锯开木料。它的主要技术数据如下表：最大锯盘直径mm400最大锯切厚度mm125配套电动机额定功率kW3额定转速r/min1420额定电压V380额定电流A5.0额定频率Hz50型 号Y100L2-4防护等级IP441小明仔细观察圆形锯盘后发现，圆形锯盘的周边除了有齿外，还开有图9所示的很深的缝，缝的底端打有一个小圆孔，锯齿部分还比锯盘部分稍厚一些。请你从物理学的角度说说这样做的道理。2该型号电动木工圆锯机正常工作时，图8中的哪一侧皮带上的拉力较大?并说明你做出判断的理由。3若测得与圆形锯盘共轴安装的皮带轮的直径为9.2cm，电动机的皮带轮的直径为110cm。电动机满负荷工作时配套电动机输出机械能的效率为90，则此时皮带上较大的拉力与较小的拉力的差值是多大?4若将皮带传动的效率看作100，共轴传动的摩擦损耗不计。试估算该型号电动木工圆锯机安装最大锯盘正常工作时，圆形锯盘所受到的木料的阻力是多大?2011年第二十一届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题答案说明：1提供的参考解答除选择题外，不一定都是唯一正确的。对于那些与此解答不同的解答正确的，同样得分。 2评分标准只是按一种思路与方法给出的。在阅卷过程中会出现各种不同情况，可按照本评分标准的精神定出具体处理办法，但不要与本评分标准有较大偏离。 3问答题或计算题是按照分步方法给分的。在评分标准中常常写出（1）式几分，（2）式几分这里的式子是用来代表步骤的。若考生并未写出这个式子，而在文字表达或以后的解题过程中反映了这一步骤同样得分。没有写出任何式子成文字说明，只给出最后结果的不能得分。 4参考解答中的数字结果是按照有效数字的运算要求给出的，但对考生不做要求。不要因为有效数字的错误而扣分。 5在最后定奖时，如果得分相同的人数超过获奖名额，因而难于选拔时可对待选试卷进行加分评判。加分评判的基本依据是（1）所用方法或原理不是课本所讲的，具有创新性，应加分；（2）方法简使应加分；（3）提出多种正确解法，应加分；（4）试卷表达规范，条理清楚趁，能充分利用数学工其应加分。上述各项的执行都需由竟赛领导小组做出规定（省统一分配奖励名额的由省决定，地、市分配奖励名额的由地、市决定）。一、（16分）参考答案1红血球在血液中下沉时受力情况如图答-1所示。红血球由静止开始下沉时，速度很小，根据可知，所受的粘滞阻力也非常小，由于血浆的密度0小于红血球的密度，红血球受到的浮力小于重力所以刚开始fF浮G ,红血球会加速下沉；随着红血球下沉速度变大，粘滞阻力增大，当fF浮=G时，红血球就会匀速下沉。4分2当红血球在血浆中匀速下沉时，受到的几个力平衡所以 fF浮=G 2分因 2分 2分所以有 即所以有2分将，代入并计算得：2分二、（16分）参考答案1需要时间 6分2电池板面积 4分3可供灯具发光时间 6分三、（16分）参考答案1略3分2假设骑车人的质量约为50kg，则地面受到的压强： 3分说明：答案在（1.72.5）105Pa的均可得分3额定功率下的电流 2分4蓄电池储存的电能 E=UIt=48V12A3600s=2.07106J3分5因为电动自行车匀速行驶，所以 3分6优点：不会排放废气，噪音小 缺点：蓄电池使用一定时间后就需更换，废弃后的电池易污染环境。四、（16分）参考答案1气温低于O时使用后的燃气热水器中的残存的水会结冰。水站冰后，密度变小体积涨大这样很容易把燃气热水器胀破。所以，气温低于O 时使用燃气热水器后应打开放水塞放尽机体内存水，再拧紧。3分2该型燃气热水器正常工作lmin燃料燃烧放出的热量：. 1分1min内加热的水的质量： 水温上升t=25K=251min内水吸热：1分 燃气热水器正常工作时烧水的效率 2分3一次淋浴所需燃料燃烧放出的热量： 1分 需要完全燃烧天然气的体积为： 2分4当进水口处有水压时膜片的右面就会受到向左的压力，克服弹簧的弹力向左推动阀杆打开进气阔门使燃气进入主火管通。反之如果此时的水压很小或者无水，则膜片受到的向左的压力就会减少甚至消失。燃气阀门就会在弹簧的压力下向右移动而关闭停止进气。3分5火焰燃烧时双金属片外侧的金属温度升高时膨胀的更多，双金属片向下弯曲，推动燃气阀门打开；如果因为意外的原因使火焰熄火，双金属片的温度降低外侧金属收缩的更多，双金属片向上伸直，拉动拉动燃气阀门关闭，防止燃气外泄。3分五、（18分）参考答案1电热水器总重 电热水器挂在L形挂钩上时，其受力情况如图答-2所示。因电热水器静止，所以沿竖直方向二力平衡，因此对L形挂钩向下的拉力 3分因L形挂钩静止，电热水器上端所受的水平向左的拉力等于膨胀螺丝所受的摩擦力，以悬挂下端为轴，根据杠杆平衡条件有 3分 1分2由热水器的三档功率的数值关系猜得热水器加热部分的等效电路图如图答-3所示，其中加热管R1的额定功率为1000W，电热管R2的额定功率为1500W。2分加热管的电阻分别为 2分3（1）忽略加热过程中的热损失，直接加热消耗的电能为： 下午加热的电费支出为： 0.6元/kWh1.75kWh=1.05元2分 （2）早晨8点前加热，电费支出为： 0.3元/kWh1.75kWh=0.525元加热升温4所需电能 加热升温4所需时间（设加热功率为2500W）： T1=W2/P3=336s=5.6min （这段加热时间可以忽略不计）降温4所需时间为190至下午6点共需要三次加热，消耗电能： W3=3W2=38.4105J=2.52106J=0.7kWh3分电费支出为： 0.6元/kWh0.7kWh=0.42元总支出为： 0.525元+0.42元=0.945元因此，第二种方案更省钱。2分六、（18分）参考答案1锯齿部分比锯盘部分稍厚一些，木料的锯切口的宽度就会比锯盘厚度略大一点，这就可以有效地减小锯开的木料时锯盘盘面的压力从而减小木料对锯盘盘面的摩擦阻力；锯齿部分比锯盘部分稍厚一些，再加上踞盘周边所开的缝及缝的底端所打的孔，这就保证了据开的木料与锯盘盘面之间的缝隙能够时时允满空气，从而避免受到因大气压把锯开的木料紧紧地压在锯盘盘面上而造成的对锯盘盘面的摩擦阻力；被锯开的木料与锯盘盘面之间随时重入空气有利于锯盘的散热。说明：其他说法正确的同样得分。每答出一项得2分，最多4分。2右侧皮带上的拉力较大由锯盘上的锯齿与形状及分布情况可以看出，圆形锯盘在锯木头时应该顺时针转动，那么，与圆形锯盘共轴安装的皮带轮也应该顺时针转动；由此可以推知，电动机的皮带轮也应该顺时针转动；所以，电动机的皮带轮应该拉右侧的皮带而不拉左侧的皮带；因此，右侧皮带上的拉力应该人大于左侧皮带上的拉力。4分3电动机满负荷正常工作时皮带的运行速度左、右两侧皮带上的拉力之差（即电动机输出的驱动力）为： 5分4皮带轮所受拉力的情况可等效为左侧皮带拉力为ON，右侧皮带拉力为330N；皮带传动的效率为100%。不计共轴传动的摩擦损耗；设圆形锯盘所受到的木科的阻力为Ff。由轮轴公式，有 5分2012年第二十二届全国初中应用物理知识竞赛初赛试题一、本题共10小题，每小题2分，共20分。以下各小题给出的四个选项中只有一个是正确的，把正确选项前面的字母填在题后的括号内。1早晨，小明骑着自行车沿平直的公路驶向学校，强劲的北风迎面吹来，此时地面对车前轮的摩擦力为f1，对车后轮的摩擦力为f2。则下列说法中正确的是 （ ）Af1与前进方向相反，f1 f2 Bf2与前进方向相反，f1f2Cf1与前进方向相同，f1 f2 Df2与前进方向相同，f1f22小明发现，有些电线杆上装有如图1所示的“小风车”，这些小风车在微风中能不停地旋转，且旋转叶片的一面还装有反光的小镜子。关于这样的“小风车”的作用，下列说法中正确的是 （ ）A为了警示此处有电B为了测定风向C为了测量风速大小D为了驱赶小鸟，避免小鸟在上面做窝而导致电路短路3一名军人在一次执行任务时需要从正在正常向前行驶的卡车右侧跳下。对于跳车的方法，以下四种方案中最安全的是 （ ）A脸向车后并相对于车向后跳 B脸向车后并相对于车向前跳C脸向车前并相对于车向后跳 D脸向车前并相对于车向前跳4我国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气，统称为“雾霾天气”。关于雾和霾的认识，下列说法中正确的是 （ ）A霾是大量的小水滴或冰晶浮游在近地面空气层中形成的B雾和霾是两种不同的天气现象C雾是由悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒等颗粒形成的D雾和霾是同一个概念的两种不同说法5北京奥运会上的花样游泳运动员，由于在水面上、下都能听到音乐指令，从而以其优美的舞姿、随音乐节拍而精确完成的动作，让观众感受到了体育之美。关于运动员在水下是如何接收到音乐指令的下列说法中，符合实际情况的是 （ ）A仅在水面以上放有音箱，当运动员的头部在水面以下时，声音经由空气、水，最终传到运动员的耳朵B仅在水面以下放有音箱，当运动员的头部在水面以下时，声音通过水传到运动员的耳朵C运动员通过无线耳机，接收来自控制室的电磁波信号，再将其转化成声音，被耳朵接收D在水面以上和以下都放有音箱，使运动员的头部无论是在水面以上还是以下，都能听到清晰的音乐声6小明学习了浮力知识以后，对热气球运动产生了兴趣，他在网上收集了许多关于热气球的知识及类似图2所示的图片。以下是他对热气球运动所做的猜想，其中正确的是 （ ）A通过调节火焰大小，改变热气球的体积来调节热气球的飞行高度，进而选择需要的风向B通过改变人在吊篮中站立的位置，来改变热气球飞行的方向C通过调节火焰大小，改变热气球内的空气密度来调节热气球的飞行高度，进而选择需要的风向D通过调节火焰喷射的方向，来改变热气球飞行的方向7如图3所示，四个相同的玻璃瓶内装有深度不同的水。用筷子轻轻敲击瓶口或用嘴贴着瓶口吹气，会发出不同的声音。下列关于所发出声音的判断中正确的是 （ ）A用筷子轻轻敲击瓶口，甲瓶的音调最高B用嘴贴着瓶口吹气，甲瓶的音调最高C用筷子轻轻敲击瓶口，丁瓶的音调最低D用嘴贴着瓶口吹气，丁瓶的音调最高8在煮饺子时，将饺子投入沸腾的水中，并用勺子轻轻推动沉下的饺子，等到水重新沸腾后，加上些凉水继续煮一会儿使水再次沸腾，这时煮熟的饺子会浮出水面。熟饺子会浮起来的主要原因是 （ ）A锅里的的水量多了B饺子在水里经过烧煮变轻了C水温低时饺子受到的重力较大，水温高时饺子受到的重力较小D水沸腾后，饺子内的部分水汽化变成水蒸气，使饺子体积增大9目前航天飞船的飞行轨道都是近地轨道，一般在地面上方300km左右的轨道上飞行，绕地球飞行一周的时间约为90min左右。若飞船在赤道上空飞行，那么飞船里的航天员在24h内可以见到日出的次数可能为 （ ）A15 B1 C2.7 D0.3810图4甲所示的热熔胶枪是一种装修工具，用于材料涂胶。它的内部有2只相同的PTC（正温度系数）加热元件，其工作电路如图4乙所示，扣动扳机能使固体胶条向前挤压，联动开关S同时掷向A、B，枪口冒出胶液，松开扳机，联动开关S同时掷向B、C。单只PTC元件的电阻随温度的变化如图4丙所示。关于PTC元件的工作情况，下列说法中正确的是 （ ）A扣动扳机，两只PTC元件串联在电路中B松开扳机，只有一只PTC元件接入电路C松开扳机，当温度为80时，电路消耗的电功率为55WD扣动扳机，当温度为180时，1min电路消耗的电能为4800J二、简答下列各题（每题5分，共30分）1乒乓球运动是集竞技、娱乐、健身于一体的体育运动，如图5所示。请分析运动员在击球过程中用到了哪些物理知识?2图6是鱼缸中过滤增氧泵增氧工作时的原理示意图，水泵把水从进水管口吸入，从出水管口快速喷出时，空气就会从进气管口进入水中，与水流一起喷出。（1）请解释空气能进入水中的原理和过程；（2）请再列举一个生产或生活中利用上述原理进行工作的例子。32006年7月1日，青藏铁路全线贯通。铁路要通过“千年冻土”区，“冻土”区路基在温度过高时会变得松软不牢固。为解决“冻土”难题，保证路基的稳定，青藏铁路路基两旁各插有一排碗口粗细、高约2m的热棒（中空的铁棒），如图7所示，热棒在路基下还埋有5m深，里面灌有液氨。请解释热棒是如何解决“冻土”难题保证路基的稳定的。4小明家新买了一台电热油汀取暖器，如图8所示。当小明用力晃动这台取暖器时，可以听到其内部发出了液体流动的声音。小明找出说明书仔细阅读后得知，这种取暖器将电热管安装在散热片腔体内的下部；在腔体内电热管周围注有导热油；在控制电路中装有双金属温控元件，当油温达到调定温度时，温控元件会自行断开电源；在使用注意事项中特别强调这种取暖器不能倒置或侧卧使用。请回答：（1）为什么用油做导热物质而不用水? （2）取暖器内部发出了液体流动的声音，说明油没有装满，这是为什么?（3）为什么强调不能上下倒置或放倒后通电加热?5有的轿车的观后镜是用平面镜做成的，而有的又是用凸面镜做成的，请说明其各自的优点是什么。6一些高楼大厦表面用许多大块的镀膜玻璃做外墙面（俗称“玻璃幕墙”）。在大楼外面的人，白天看这些玻璃，感觉它们好像一面面的镜子，能看到楼外景物的像，却看不到大楼里面的景物。在大楼里面的人，通过这些玻璃，却能看到楼外的景物。请你对楼外面的人白天观察到的现象做出解释。三、（11分）早在1800年前的汉代，科学家张衡就发明了用来测量车辆行驶里程的“记里鼓车”，又名“记里车”、“司里车”、“大章车”等。科技史学家王振铎先生根据史书上的文字描述，复原了这种神奇的车，如图9甲所示。图9乙所示为记里鼓车的原理图，马匹拉着该车向前行走，带动左、右足轮转动。立轮与左、右足轮装在同一水平轴上，齿数为18，并与下平轮啮合，带动下平轮水平转动，下平轮齿数为54；齿数为3的旋风轮与下平轮装在同一竖轴上，并与中平轮啮合。中平轮齿数为100，转动一圈，轮上的拨子便拨动上层木人右臂击鼓一次，显示车行一里。汉代曾以六尺为一步，三百步为一里，假设那时人们认为的圆周率约为3。试通过计算说明，这架“记里鼓车”的足轮直径应该是多少尺?四、（12分）在学校创新比赛中，小亮同学设计了一个多档位的电热水器。图10甲所示是他设计的电热水器的工作电路图，R1和R2是两根电热丝。他设计的旋转开关如图10乙所示，旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的边缘依次有共10个金属触点（在图乙中用“”表示，“”中标有1、2、3、4编号，编号相同的触点用导线连接）。可以绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将相邻的触点连接。例如，图10乙中，旋钮上的箭头指向图中位置D，此时，金属滑片将1、2两触点接通，同时另一端也将3、4两触点接通。当旋钮上的箭头指向A、B、C、D不同位置时，可以实现四档加热功率。他设计的四档加热功率如下表所示：温度档位高温中温2中温1低温加热功率/W11006604402641如果要实现旋转开关沿某个方向转动时，加热功率依次递减或递增，通过计算，分析说明电热丝R1和R2的阻值应该分别为多大?旋钮上的箭头指向A、B、C、D不同位置时，分别对应哪一档加热功率?2小亮根据计算结果，借助电池组、电压表和电流表分别截取了电阻大小符合要求的两根电热丝，并按电路图连接好。经检查无误后，小亮将电热器接入家庭电路，同时借助电能表和手表测量电热器在不同档位工作时实际消耗的电功率，结果发现每一档的实际功率均小于按照电热丝电阻值计算的结果，测量后发现电源电压为220V。请简单解释产生这种偏差的原因。3使用中他发现水温开始升高较快，后来水温升高越来越慢，最后甚至会保持某个温度不再升高，此时水并没有沸腾。并且选择加热档位功率越小，水能够达到的最高温度越低，这是为什么?五、（12分）如图11甲所示为某型号汽车的自动测定油箱内油量的电路原理图，其中电源两端的电压恒为24V，R0为定值电阻，A为油量指示表（一只量程为00.6A的电流表），Rx为压敏电阻，它的上表面受力面积为10cm2，其阻值与所受压力的对应关系如图11乙所示。油箱的上下两部分皆为长方体形状，下半部分的横截面积为、20dm2，高为2dm，上半部分的横截面积为10dm2，油箱加满油时油的总体积为60dm3。当油箱装满油时，油量指示表的示数如图11丙所示。已知：汽油0.7103kgm3，取g=10Nkg。1当油箱内汽油用完时，油量指示表的指针指向某一位置，求此位置所对应的电流值是多少；2若汽车在高速公路匀速行驶400km，油量表由满刻度指向满刻度的位置，求该汽车每行驶100km消耗汽油多少升；3在上面第（2）问所述的行驶过程中发现，油量表的示数在开始运动的一段时间内变化较快，而后来一段时间内变化较慢，请解释其中的原因。六、（15分）如图12甲所示，冰冻是造成高山地区冬季输配电线路倒塔（杆）断线的重要原因。为了避免这类事故的发生，一方面电力工人要及时对输电线路进行除冰作业，另一方面要加强输电线的抗拉能力。一般高压输电线每一根都是由一股位于中间的钢质线芯和六股相同粗细的铝质线芯绞在一起组成的，其横截面如图12乙所示。这种输电线通常被称为钢芯铝绞线（代号LGJ）。已知该钢芯铝绞线所能承受的最大安全拉力为其正常工作情况下拉力的5倍。下表是该种钢芯铝绞线的相关技术数据。铝线（股数直径）钢线（股数直径）导线外直径电阻安全载流量（mm）（mm）（mm）（km）70809063.8013.8011.40.5194A228A255A1该电力线路采用钢芯铝绞线而不采用与之同样结构尺寸的铝绞线，其主要目的是什么?2输电线路结冰后，输电线（连同上面的冰）变粗、变重。为了保证输电线路的安全，防止输电线被拉断，在冰冻的钢芯铝绞线（连同上面的冰，其横截面可以看作圆）的直径D增大到一定值时就必须进行除冰作业，试估算需要进行除冰作业时冰冻的钢芯铝绞线的直径D。（铝2.7103kgm3，钢7.9103kgm3，冰0.9103kgm3，取10.7）3有一种输电线路除冰作业的方法叫“短路熔冰”。所谓“短路熔冰”，就是在短时间内，输电线不经过用电器而直接接通，输电线中通过比平时大许多的电流，利用导线本身发热熔冰以完成除冰作业的方法。短路熔冰时，若一根这种钢芯铝绞线每米的发热功率为200W，则短路熔冰时通过一根钢芯铝绞线的电流大约是多大?（取103.2）2012年第二十二届全国初中应用物理知识竞赛初赛试题答案一、选择题（每小题2分，共20分）1A 2D 3C 4B 5D 6C 7B 8D 9A 10D二、简答题（每题5分，共30分）1（5分）参考答案球拍表面贴橡胶，为了增大球与球拍间的摩擦。乒乓球在受到击打后，改变运动方向及速度大小，因为力可以改变物体的运动状态。弧圈球是指旋转的球沿弧线运动，这是因为空气流速大的地方压强小。乒乓球落到台面后会弹起，因为不同形式的能可以相互转化。球与球拍脱离后依然向前运动，因为球有惯性。说明：每说对一种物理知识的应用得1分，最多5分。2（5分）参考答案流