第二十届全国初中应用物理竞赛复赛试题及答案

1、2010 年第二十届全国初中应用物理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： 2010 年 4 月 18 日（星期日）上午9： 30 11： 10。一、（ 16 分）干簧管（也叫干簧继电器）比一般机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长；而与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强的特点，工作可靠性很高。如图 1 甲所示为干簧管的结构简图，其中磁簧片是一种有弹性的薄铁片，被固定于玻璃管上。1当将一个条形磁铁与干簧管平行放置时，如图1 乙，干簧管的磁簧片触点就会闭合，将电路接通；当条形

2、磁铁远离干簧管时，触点就会断开。请简述其原理。2某同学设想用干簧管制作水位自动报警器，图2 是他设计的一部分情况，请帮助他完成其余部分的设计：（ 1）设永久磁铁所受的重力为 3n，浮球的体积为 200cm3，不计滑轮处的摩擦。则要想让此装置能正常工作，浮球的质量应满足什么条件（取g=10n/kg ）？（ 2）他手边还有开关、红灯、绿灯和电铃各一个，导线若干，请在图中的虚线方框内画出报警电路，要求：水位到达 a 处时，红灯亮，电铃报警；水位到达 b 处时，绿灯亮，电铃报警。二、（ 16 分） 小星同学 室 了一个多 位 加 器，其工作原理 如 3 所示。其中 r1、 r2、 r3 阻。三个灯泡

3、上述 阻相 的的工作指示灯，其所消耗的 功率可忽略不 。小星 想通 开关的 合，使 加 器能有 200w 、 300w 、 900w 共七 功率。 此他 了下面 份 的表格， 表中的“”表示 的开关 合， 相 的指示灯亮： “”表示 的开关断开，相 的指示灯熄 。功率 出了相 状 加 器的功率 。1按照他的 想，帮他 算出 r1、 r2、 r3 的阻 各 多少？2 表中其余 位的空格。 定 220v 定 率50hz档位s1s2s3功率1200w2300w34567900w三、（ 16 分） 如图 4 为过去邮局里用来称量邮件质量的双杆台秤的主要结构简图，这种台秤的两条秤杆是固定在一起的，两条秤

4、杆分别装有秤锤 a 、 b ，其中秤锤 a 只能处于其所在秤杆上有槽的特定位置处，秤锤 b 则可停在其所在秤杆上的任意位置。1这个台秤的量程和分度值分别是多少？2写出用这种秤测量一个邮包的质量时的操作步骤（包括校零的具体步骤）3若用调整好的台秤称量一个邮包的质量时，秤杆水平平衡后，秤锤如图 4 所示，则这个邮包的质量为多少？4由图中的信息推导出a 、 b 两秤锤的质量ma 、mb 的关系a 、 b所处的位置四、（ 16 分）小华家买了新房，准备改装客厅顶灯的电路时，他发现爸爸拿来一幅如图5所示电路图， 他很好奇， 看了一会儿之后， 发现这幅图有些眼熟， 但又和过去所看的图不同，他拿着图去问爸爸

5、： s3 是什么开关， 爸爸告诉他这叫“双刀双掷” 开关， 相当于两个单刀双掷开关“联动”。爸爸还告诉他要将这三个开关分别装在三个与客厅相连的房间的门旁边。这是为什么？这样装有什么好处呢？小华决定仔细研究一下。1小华准备首先用列表的方法分析开关的状态与灯泡亮灭的关系。为此他设计了如下的表格，并用“ 1”和“ 2”表示开关接通的位置，用“1”和“ 0”表示灯泡的“亮”和“灭” 。请你也参与到他的研究中来， 并帮他在表格中记录下三个开关所有可能的组合对灯的控制情况，完成下表：s1s3s2灯的亮灭2根据列表的结果总结出这个电路的好处。3弄懂了这个电路和双刀双掷开关的特点之后，他又有了新的想法：还可以

6、在图路中再增加一个双刀双掷开关s4，并使它和其他的开关作用相同。请把他的设计画在图中。5 的电6五、（ 18 分） 单位质量的某种液体变为同温度的气体所需要吸收的热量，叫做这种液体的汽化热。通常情况下，同种液体在不同温度下的汽化热是不同的。某课外活动小组设计了如图7 所示的装置，可以用来测定 100时水的汽化热。该装置的测量原理是：用电压可调的电加热器使玻璃容器内的水沸腾，用电子天平分别测量沸腾一段时间前后水的质量，同时测量所用的时间及在该段时间内电加热器的电压和电流，根据相关的数据和能量守恒关系即可求出水的汽化热 。由于这个装置工作时的散热损失是不可忽略的，该组同学实验时测量了两组数据，如下

7、表所示：电压 v电流 a时间 s水的初质量 g水的末质量 g第一组2013007068第二组40230070601试简单说明该装置的散热功率是否随加热功率的改变而改变。2根据以上数据，求水的汽化热3针对此实验提出一些减少实验误差的措施。六、（ 18 分） 小亮家有一辆家用轿车，爸爸在给他说车的性能时，总是说“20 的排量”，却很少说“功率” ，为此小亮特地从网上查到了排量的定义：活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为汽缸排量。如果发动机有若干个气缸， 所有气缸工作容积之和称为发动机排量。 从说明书上查到： 小亮家的汽车采用的是 lfx 直列四缸发动机，排量为20l ；从网上查找到了其输出

8、特性曲线（如图8 所示）；小亮又向爸爸询问了一些实测数据：由于汽车行驶的路况很好，所以平均车速为90km h，此时发动机转速为 2000r min ，平均行驶百公里油耗为9l ；从物理书上查得汽油的热值为 4.6 107j kg，密度为0.71 103kg m31由这台发动机输出特性曲线可以看出，在发动机转速为1000-5000 r min 范围内，它的输出功率与转速大致有什么关系？2试通过公式推导出在其他参数相同时，发动机的输出功率与其排量的关系。3这辆汽车以90km h 行驶时，发动机的效率约为多少？每个做功冲程汽缸内的平均压强是约为多少？2010 年第二十届全国初中应用物理竞赛复赛试题参

9、考解答与评分标准 明：1提供的参考解答除 外，不一定都是惟一正确的。 于那些与此解答不同的解答，正确的，同 得分。2 分 准只是按一种思路与方法 出的。在 卷 程中会出 各种不同情况，可按照本 分 准的精神定出具体 理 法，但不要与本 分 准有 大偏离。3 答 或 算 是按照分步方法 分的。在 分 准中常常写出（l）式几分， (2）式几分 里的式子是用来代表步 的。若考生并未写出 个式子，而在文字表达或以后的解 程中反映了 一步 ，同 得分。没有写出任何式子或文字 明，只 出最后 果的不能得分。4参考解答中的数字 果是按照有效数字的运算要求 出的，但 考生不做要求。不要因 有效数字的 而扣分。

10、5在最后定 ，如果得分相同的人数超 名 ，因而 于 拔 ，可 待 卷 行加分 判。加分 判的基本依据是：（ 1）所用方法或原理不是 本所 的，具有 新性， 加分：（ 2）方法 便， 加分；（ 3）提出多种正确解法。 加分；（ 4） 卷表达 范，条理清楚，能充分利用数学工具， 加分。上述各 的 行都需由 小 做出 定（省 一分配 励名 的由省决定， 地、市分配 励名 的由地、市决定）。一、（ 16 分）参考答案1当将一个条形磁 与干簧管平行放置 ，干簧管的磁簧片就会被磁化，且靠近的那两个端点会被磁化成异名磁极而相互吸引，触点将会 合，将 路接通；当条形磁 离干簧管 ，磁簧片的磁性消失，在 力的作

11、用下触点就会断开。 4 分2浮球浸没入水中 受到的浮力 f浮水 gv排 1.0 103 kg / m3 10n / kg2 10 4 m32n 3 分 浮球 好浸没入水中，浮球必 上浮， 必 足g浮球f浮g磁铁 2n 3n5n 浮球 好离开水面 ，浮球必 下降， 必 足g浮球g磁铁3n因此要想 此装置能正常工作，此浮球所受的重力 足：5ng浮球 3n 2 分由公式 g=mg 可以算出浮球的 量 足：0.5kgm 浮球 0.3kg1 分3如 1 所示：6 分全部正确 6 分，不画开关扣 2 分，不 出 、 灯或 扣2 分二、（ 16 分）参考答案1由 意可知：当开关 s1 合 ， 加 器的功率

12、阻r1 的功率，所以r1u 2(220v ) 22421 分p1200w当开关 s2 合 ， 加 抬的功率 阻r2 的功率，所以r1u 2(220v ) 21611 分p1300w当开关都 合 ， 路的 功率 最大，即p7=p1+p2+p3=900w所以 p3=400w 3 分r3u 2(220v ) 2121 1 分p3400w2如下表所示（每行2 分，共 10分）10 分 定 220v 定 率50hz档位s1s2s3功率1200w2300w3400w4500w5600w6700w7900w三、（ 16 分）参考答案1由 可知， 台秤的量程是2.0kg分度 是 1g4 分2如 2（可不画）5

13、 分 将台秤放在水平台面上 将秤 a 、 b 均置零 平衡螺母，直至秤杆水平平衡 止。 将所要 量的 包放在 物台上。 先逐槽移 秤 a ，直至若再向大刻度方向移 一个槽，就会 致杠杆左端下沉 止：而后移 秤 b，直至秤杆再次水平平衡。 将称 a 、 b 所 的刻度 相加即 包的 量。3 个 包的 量 723g3 分4当向 物台放 量 100g(0.1kg）的重物 ， 使台秤平衡，可以将才秤 向左移 一格也可以将b 秤 向左移 至左端，此 其移 的距离 a 秤 移 距离的20倍因 二者是等效的，所以可以得到耐广ma=20m b 4 分四、（ 16 分）参考答案1如下表所示（ 序不要求一致）8

14、分s1s3s2灯的亮 111111201210122121102121221122202根据列表的 果可以看出，不 其他开关 于何种位置，每一个开关都可以独立的控制灯的亮、 ，因而从任何一个房 走 或离开客 都可以方便的开或关客 的灯，也 能。4 分3如 3 所示4 分五、（ 18 分）参考答案1 装置的散 功率不随加 功率的改 而改 。2 分因 加 功率 生改 后，水温并不会改 ，与周 境的温度差也就不 ，而其他的条件也都未 生 化，所以散 功率不会 化。3 分2由能量守恒定律可知：p电p散t q吸p散t m 3 分根据 意可得：u1i1t1p散 t1m1u 2 i2 t2p散 t2m2代入

15、数据，解得：2.25 106 j / kg 6 分3增大加 功率 （或 ）、增大汽化水的 量、 用更保温的容器 （减少散 功率） 、适当增大 境温度、减小 量 、多 几 数取平均 等 4 分六、（ 18 分）参考答案1由 台 机 出特性曲 可以看出在 机 速 1000 5000r/min 范 内， 它的 出功率与 速大致成正比2 分2 做功冲程燃气 活塞的平均 p0， 机排量 v排。做功冲程燃气 一个活塞的平均 力：f=p0s每个做功冲程燃气 一个活塞做的功：w0 flp0 slp0v排 2 分4 机 速 n 燃气 活塞做功的功率：wp0v排np0v排2 分p2n2t4所以，在 机 速n，做功冲程汽缸平均 p0 大致相同 燃气 活塞做功的功率p 与 机的排量 v 排 成正比。2 分3