2026年全国初中应用物理知识竞赛初赛试题及答案

2026年全国初中应用物理知识竞赛初赛试题及答案1.单项选择题（每题4分，共40分）1.某城市新建一条地铁线路，列车以72km/h匀速通过一段长1.2km的平直隧道，车厢内一位乘客将一枚硬币竖直向上抛起，硬币相对于车厢上升的最大高度为0.45m。若忽略空气阻力，重力加速度g取10m/s²，则硬币从离手到落回手中所需时间约为A.0.30s  B.0.45s  C.0.60s  D.0.90s答案：C解析：硬币在车厢参考系内做竖直上抛运动，上升时间t₁满足v₀＝gt₁，最大高度h＝v₀²/(2g)，得t₁＝√(2h/g)＝√(0.09)＝0.30s，总时间2t₁＝0.60s。列车速度为水平方向，与竖直运动无关。2.如图甲所示，用轻绳悬挂的小球在水平风力作用下偏离竖直方向θ角静止。若缓慢缩短绳长L，保持风力大小不变，则θ角将A.变大  B.变小  C.不变  D.先变大后变小答案：A解析：受力平衡得tanθ＝F/(mg)，F与mg均不变，似乎θ应不变；但缩短绳长后，球离地高度减小，风场受地面边界层影响，风速随高度降低而减小，导致F减小，为重新平衡，绳张力水平分量需仍等于F，故θ应变大，使T减小，从而T的竖直分量仍等于mg。因此θ变大。3.家用LED灯标称“220V0.1A”，实际测得在220V下电流为90mA，功率因数为0.9，则其真实功耗约为A.19.8W  B.17.8W  C.15.6W  D.13.4W答案：B解析：真实功耗P＝UIcosφ＝220V×0.09A×0.9≈17.8W。4.某同学用如图乙所示的“水火箭”做实验，瓶内气压为3p₀时，喷嘴被橡皮塞堵住。突然拔塞，水高速喷出，火箭获得反冲。若忽略瓶内水减少导致的质量变化，且喷出水流速度恒为v，则火箭加速度大小随时间A.保持不变  B.线性减小  C.指数衰减  D.先增后减答案：C解析：根据变质量系统火箭方程，推力F＝v·dm/dt，而dm/dt正比于瓶内气压，气压随气体膨胀而指数下降，故推力指数衰减，加速度亦指数衰减。5.将一块0℃的冰放入绝热杯中，加入少量10℃的水，密封后摇晃，最终系统达到平衡。若忽略杯壁热容，则最终状态A.冰水共存，温度0℃  B.全部冰融化，温度高于0℃  C.全部水结冰，温度低于0℃  D.无法确定答案：A解析：冰—水系统在0℃时存在相变平台，只要有冰存在，温度必为0℃。加入少量水只能融化部分冰，剩余冰与水共存。6.如图丙，用均匀电阻丝弯成圆环，直径两端A、B接在理想电源上，环上总电阻为R。若在圆环上再并上一根相同材料、长度等于半圆的导线ACB，则A、B间等效电阻为A.R/8  B.R/6  C.R/4  D.R/3答案：A解析：原环可看作两并联半圆，各R/2，并联得R/4。加并ACB后，形成三并联支路：两支R/2，一支R/2，但ACB与其中一支重合，实际为两支R/2并联，再与另一支R/2并联，等效电阻R/6，然而ACB把圆环短接成两个1/4圆，每段R/4，两支R/4并联得R/8。7.某手机无线充电板输出频率为150kHz的正弦交变磁场，接收线圈有100匝、面积3cm²，若磁场峰值B₀＝20μT，则线圈感应电动势峰值约为A.0.28V  B.0.56V  C.1.1V  D.2.2V答案：B解析：ε₀＝NωB₀S＝100×2π×150×10³×20×10⁻⁶×3×10⁻⁴≈0.56V。8.在“双减”背景下，某校利用废旧光盘制作简易太阳能小车。光盘背面为铝反射膜，正面为透明塑料。若将光盘正面朝上置于阳光下，则A.反射率高于背面  B.吸收率高于背面  C.反射率与背面几乎相同  D.正面因折射会聚光线答案：B解析：透明塑料表面存在菲涅尔反射，但大部分光进入塑料层，在铝膜处反射后再次穿过塑料，部分被塑料吸收；而背面铝膜直接暴露，反射率高。正面朝上时光需两次穿过塑料，吸收路径加倍，总吸收率高于背面。9.如图丁，把一空玻璃瓶倒扣入水槽，瓶内液面低于槽内液面。若向瓶内缓慢充入氮气，使瓶内外液面相平，则瓶内氮气分子平均动能A.增大  B.减小  C.不变  D.先增后减答案：C解析：液面相平意味着瓶内气压等于外界大气压，温度始终与环境相同，平均动能只与温度有关，故不变。10.某同学用如图戊所示的“纸锅烧水”实验，纸锅底部用细铁丝加固，酒精灯外焰温度约800℃，而水沸点仅100℃，纸未燃烧。其主要原因A.水侧传热系数大，纸温接近100℃  B.纸的燃点高于800℃  C.酒精灯热量大部分被水蒸气带走  D.铁丝导热快，分散热点答案：A解析：水侧对流换热极强，纸内侧温度被“钳制”在100℃左右，远低于纸的燃点约230℃，故纸不燃。2.多项选择题（每题5分，共30分，每题有2~3项正确，漏选得2分，错选得0分）11.关于2026年杭州亚运会场馆的“风幕”节能门，下列说法正确的是A.高速气流形成气帘，可减少室内外热交换B.气帘厚度越大，隔绝效果越好C.冬季气帘需加热，否则反而增加热损失D.气帘风速越高，风机功耗越大答案：A、C、D解析：B项错误，过厚气帘易湍流，卷吸室外空气，效果下降。12.某校科技节制作“电磁炮”，用5mF电容充电至100V，通过0.5m长、电阻0.02Ω的导轨放电，推动质量5g的铝环。忽略电阻与摩擦，下列措施可提高出口速度的是A.提高充电电压至150VB.将导轨长度增至1mC.用更厚铝环增大质量D.并联第二只相同电容答案：A、B、D解析：v∝√(E)，E与电压平方成正比，A对；导轨越长，加速时间越长，B对；质量增大反而减速，C错；并联电容增大储能，D对。13.在“双碳”背景下，某社区屋顶铺设光伏瓦，额定功率2kW，实测某日发电曲线呈“馒头形”，峰值功率1.6kW，总发电量8kWh。下列判断合理的是A.当日日照峰值强度约800W/m²B.光伏瓦面积约为10m²C.系统效率约16%D.若加装跟踪支架，发电量可提升约20%答案：A、B、D解析：C项无法从题设直接得出效率，缺少面积与辐照总量数据。14.如图己，用两根相同的弹簧把质量m的小球夹在中间，弹簧劲度系数k，原长L₀，水平放置。将小球向右拨动微小位移x后释放，则A.回复力大小为2kxB.系统振动周期为2π√(m/2k)C.若将弹簧原长减半，周期变小D.若在太空站重复实验，小球仍做简谐运动答案：A、B、D解析：C项原长改变不影响k，周期不变；太空站虽失重，但弹簧力仍存在，简谐运动性质不变。15.关于“干冰”人工造雾，下列说法正确的是A.干冰升华吸热，使周围水蒸气凝结成雾B.雾实质为液态水滴，直径约1~10μmC.干冰温度远低于0℃，可使CO₂液化形成白雾D.舞台效果中，雾密度大会下沉，形成“云海”效果答案：A、B、D解析：C项常压下CO₂无法以液态存在，直接升华。16.某品牌“空气炸锅”标称功率1500W，实测炸制200g薯条需8min，耗电0.18kWh，薯条水分蒸发量30g，比热容取3.7kJ/(kg·K)，则A.有效能量用于升温与汽化约162kJB.系统效率约25%C.若预先把薯条冷冻至−18℃，耗电量将显著增加D.改用高压热风可提高水的沸点，减少汽化耗能答案：A、B、C解析：D项高压虽提高沸点，但汽化潜热变化不大，且设备复杂，未必减少耗能。3.实验探究题（共30分）17.（10分）“橡皮筋热机”实验器材：透明塑料瓶、橡皮筋、铜丝、酒精灯、温度计、激光笔、光屏。步骤：①将橡皮筋两端固定在瓶内铜丝支架上，使其处于拉伸状态；②用激光笔照射橡皮筋，光屏上呈现光斑；③缓慢加热瓶底，观察光斑位置变化；④记录温度与光斑位移。问题：（1）光斑移动说明橡皮筋长度如何变化？（2分）（2）结合分子运动理论，解释温度升高导致该变化的微观机制。（4分）（3）若改用尼龙线，预测实验现象差异并说明理由。（4分）答案：（1）光斑向一侧移动，说明橡皮筋收缩。（2）橡皮筋为高分子链，升温加剧链段热运动，使无序卷曲程度增加，宏观表现为收缩。（3）尼龙线为热膨胀正材料，升温伸长，光斑反向移动；且尼龙弹性模量高，位移量小。18.（10分）“手机磁传感器测地磁场”实验器材：智能手机（内置磁传感器）、直尺、旋转台、Excel。步骤：①将手机水平置于旋转台，记录x、y、z三轴磁感应强度；②缓慢旋转台子一周，每秒采样10次；③导出数据，绘制Bx–By散点图；④拟合椭圆，求长轴与地理北极夹角。问题：（1）散点图为何呈椭圆而非圆？（3分）（2）如何利用椭圆长、短轴计算当地地磁场水平分量大小？（3分）（3）若将手机背面紧贴一块薄铁板，预测图形变化并解释。（4分）答案：（1）地磁场水平分量恒定，但手机轴系非严格水平，且存在硬铁效应，导致矢量端点轨迹为倾斜椭圆。（2）长轴2a即为水平分量B_h，短轴2b反映倾角误差，B_h＝a。（3）铁板产生软铁磁化，附加磁场与地磁场叠加，椭圆中心偏移，且形状变为更扁椭圆，因铁板屏蔽部分磁场。19.（10分）“自制温差发电片”实验器材：P型与N型半导体小方块、铜箔、铝散热片、电烙铁、万用表、热水杯、冰块。步骤：①将P、N方块交替排列成π形，铜箔串联，形成10对PN结；②热端贴热水杯壁，冷端贴散热片加冰块；③测量开路电压U₀与短路电流I_s；④改变温差ΔT，绘制U₀–ΔT图。问题：（1）图像为何呈直线？给出理论依据。（3分）（2）若将发电片两端接10Ω电阻，测得电压为0.8U₀，求内阻r。（3分）（3）为提高输出功率，应如何优化散热设计？（4分）答案：（1）塞贝克效应：U₀＝nαΔT，n对PN结，α为材料塞贝克系数，ΔT为温差，故U₀与ΔT成正比。（2）由分压公式0.8U₀＝U₀·R/(R＋r)，得r＝2.5Ω。（3）增大冷端散热面积，采用热管或微水道，降低接触热阻，使用高导热硅脂，保持冷热端温差。4.计算应用题（共50分）20.（12分）“共享电单车”新电池某品牌采用48V、20Ah磷酸铁锂电池，整车质量25kg，电机效率85%，滚动阻力系数0.01，空气阻力F_a＝0.4v²（v单位m/s）。若载重75kg的骑手以25km/h匀速行驶：（1）求电机输出功率；（3分）（2）计算理论最大续航；（4分）（3）若电池允许最大放电倍率2C，求最大持续电流，并判断能否满足爬坡需求（坡度5°，需功率800W）。（5分）答案：（1）v＝6.94m/s，F_roll＝0.01×100×10＝10N，F_a＝0.4×6.94²≈19.3N，P_out＝(10＋19.3)×6.94≈203W。（2）电池能量E＝48×20＝960Wh，电机输入P_in＝203/0.85≈239W，续航t＝960/239≈4.02h，里程s＝25×4.02≈100km。（3）2C电流I＝2×20＝40A，最大持续功率P_max＝48×40＝1920W＞800W，可满足。21.（12分）“太空电梯”配重索设想在赤道建造太空电梯，配重索延伸至同步轨道外。索材为碳纳米管，密度ρ＝1.3g/cm³，极限强度σ＝60GPa，安全系料取2。同步轨道半径R_g＝42164km，地球半径R_e＝6371km，g＝9.8m/s²。（1）求同步轨道处索的截面积A与底部拉力F的比值A/F；（4分）（2）若设计载重舱质量1000kg，求最小截面积；（4分）（3）估算整索总质量。（4分）答案：（1）由σ_allow＝σ/2＝30GPa，得A/F＝1/σ_allow≈3.3×10⁻⁸m²/N。（2）同步轨道处张力最大，F＝m·a_c，a_c＝ω²R_g＝(7.29×10⁻⁵)²×4.22×10⁷≈0.22m/s²，F≈220N，A_min＝220×3.3×10⁻⁸≈7.3×10⁻⁶m²＝7.3mm²。（3）索长L≈R_g−R_e≈3.58×10⁷m，平均截面积取A_min，体积V≈A_min·L≈0.26m³，质量m＝ρV≈340kg。22.（13分）“相变储能房”某被动房墙体嵌入石蜡微胶囊，石蜡熔点28℃，潜热200kJ/kg，密度900kg/m³，墙体面积20m²，厚度0.2m，石蜡占体积30%。夏季白天室内得热平均500W，持续10h，夜间通风排热。（1）求石蜡总储能量；（3分）（2）判断石蜡能否完全熔化；（3分）（3）若改用熔点18℃的盐类水合相变材料，潜热150kJ/kg，密度1200kg/m³，需多厚才能储存相同能量？（4分）（4）简述两种材料对室内热舒适度的影响差异。（3分）答案：（1）V_p＝20×0.2×0.3＝1.2m³，m＝900×1.2＝1080kg，Q＝1080×200＝2.16×10⁵kJ。（2）白天得热Q_in＝500×36000＝1.8×10⁴kJ＜Q，可完全熔化。（3）设厚度d，则20×d×0.3×1200×150＝2.16×10⁵，解得d≈0.20m，与原厚度相同。（4）28℃石蜡在接近室温熔化，抑制