題目列表(包括答案和解析)
第十五屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題
一、(14分)王偉同學研究了均勻拉緊的琴弦發(fā)音頻率與弦長的關系，并記錄了實測的數據(如下表所示)。請你根據記錄表格中的有關數據，分析并估算出他有意留出的空格中應該填寫的數據(要求寫出估算的過程)。
音名 | 中央C 1 | D 2 | E 3 | F 4 | G 5 | A 6 | B 7 | C l |
唱名(C調) | D0 | Re | Mi | Fa | Sol | La | Si | Do’ |
頻率/Hz | 264 | 297 | 330 | 352 | 396 | 440 | 528 | |
弦長 | l | l | l | l | l | l | l |
二、(14分)類比水壓是形成水流的原因，李楠同學猜想，血液在血管內流動時也需要一定的壓力差來維持。假設血液勻速通過長度一定的血管時，受到的阻力f與血液的流速v成正比，即f=kv。那么，要想讓血液勻速流過，血管兩端就需要一定的壓力差。設血管截面積為S1時，兩端所需的壓強差為△p1；若血管截面積減少10％時，為了維持在相同的時間內流過同樣體積的血液，壓強差必須變?yōu)椤鱬2。請你通過計算比較△P1、△P2的大小，說明血管變細可能是誘發(fā)高血壓的重要因素之一。
三、(16分)下表是某鍋爐廠生產的CWNG系列三種鍋爐的主要技術參數。
CWNG系列三種鍋主要技術參數
型號 | CWNG 0.7－80／60－AII | CWNG 1.05－80／60－AII | CWNG 1.4－80／60－AII |
功率／MW | ( ) | 1.05 | 1.4 |
容水量／t | 3 | 3.5 | 4 |
耗煤量／(kg·h－1) | 145 | ( ) | 290 |
外型尺寸／m3 | 2.7×1.5×2.9 | 3.0 x 1.5×2 | 3.0×1.9×2.9 |
煙囪尺寸／mm | Φ300×15000 | Φ350×15000 | Φ400×15 000 |
熱效率／％ | 75 | 75 | 75 |
出水溫度／℃ | 80 | 80 | 80 |
回水溫度／℃ | 60 | 60 | 60 |
總重量／t | 5 | 7.5 | 9 |
運行壓力 | 常壓 | 常壓 | 常壓 |
供暖面積／m2 | 6 000 | ( ) | 12000 |
循環(huán)水量／(m3·h－1) | ( ) | 45 | 60 |
已知水的比熱容為4.2×103J／（kg·℃），假設三種鍋爐的燃煤效率相同，且煤均可達到完全燃燒。請根據上表回答以下問題：
1．根據表格中的已知數據，請在表格中的四個( )內填上合適的數據。
2．按表格中的出水溫度和回水溫度，計算CWNGl．05—80／60AH型鍋爐每小時給住宅內釋放的熱量是多少。
3．根據表格中已知數據計算燃燒的熱值為多少。
四、(16分)李明得到一個國外生產的電熱暖手器，銘牌上表示額定值的字樣中，能看清楚的只有"24W"這幾個字。為了能正確使用該電器，他把一只標有"600Ω，0.4A'’的定值電阻與電熱暖手器和開關串聯(lián)起來，連接到家庭照明電路中，然后進行如下實驗觀察：將開關接通后，電能表轉盤轉動137圈恰好用了100s；斷開開關后，電能表轉盤在1 min內恰好轉了80圈；觀察電能表上標有3000r(kW·h)的字樣；他在做實驗的時間內，家中其他用電器的使用情況沒有變化。請根據以上數據，計算電熱暖手器的額定電壓是多少?你在計算過程中忽略了什么因素的影響?由此導致的計算結果是偏大還是偏小?
五、(20分)一所農村中學常常因為不能及時給水塔注水而停水，科技小組的同學知道后，利用下圖所示的器材設計了一個自動注水模擬裝置。A為浮子(浮子及其連桿總重約15N)，在浮子連桿的上端有一可移動金屬觸頭B(其受重力可忽略不計)，它可以分別將其上、下的兩個固定觸點連通。C為水塔上的圓桶形蓄水池；M為配有電動機的水泵(電泵)；D1、D2為彈簧，E1、E2為銜鐵，F(xiàn)1、F2為電磁鐵線圈；K1為最高水位限位開關。K2為最低水位限位開關，K3、K4、K5均為由電磁鐵銜鐵帶動的觸頭開關。電磁鐵F1通電時，K4接通，斷電時，K3接通。電磁鐵F2斷電時，K5接通。S1、S2為開關。
1．請你按照下圖所示的器材，連接一個可以實現(xiàn)自動注水的模擬電路，并說明自動注水的過程。
2．要實現(xiàn)自動注水的要求，浮子的最小體積約為多大?(g=10N／kg)
3．若設計要求每次自動注水需在10min內完成，需要知道或測量哪些物理量才能得到相匹配電泵的最小額定功率?請你用字母表示這些物理量，推導出電泵最小額定功率的表達式。在你的計算過程中，如果運用了近似條件，請說明。
六、(20分)在當今世界，研制各種機器都必需考慮節(jié)約能源和治理廢氣污染這一重要課題。在內燃機中，廢氣帶走了很多能量，如果能將這些能量再利用起來，會使內燃機的效率提高許多。某工廠科研人員研制生產的四沖程汽車專用柴油發(fā)動機，就采用了很多新技術。其中最重要的一項叫“增壓”技術，它是利用“廢氣渦輪增壓器”使排氣沖程中排出的高溫、高壓的廢氣去沖擊“廢氣渦輪”高速旋轉，它同時又帶動同軸的進氣系統(tǒng)中的“進氣渦輪”也高速旋轉，從而增加吸氣沖程的進氣量并增大進氣氣壓，使做功沖程中柴油燃燒的更充分，燃氣壓強更大，同時也減少了廢氣中的有害物質，達到提高柴油發(fā)動機效率和減少廢氣污染的目的。這種柴油發(fā)動機有6個氣缸，氣缸直徑為ll0mm，活塞行程為135mm，當轉速為2300r／min時，發(fā)動機功率為220kW，最低油耗可達240g／(kW·h)，柴油的熱值為4.3×107J／kg。請回答下列問題：
1．該柴油發(fā)動機的效率最高可達多少?
2．在做功沖程中氣缸內的平均壓強是多少?
3．如果將我國這種機型的汽車柴油發(fā)動機都安裝“增壓器”后，能使它們的平均效率由原來約31％提高到近35％，安裝前按每年消耗3億噸柴油估算，這項技術每年能為我國節(jié)約多少噸柴油?
4．如果目前我國柴油的平均價格為3750元／噸，根據上面的估算結果，計算使用“增壓”技術后僅節(jié)約柴油一項可使我國每年節(jié)約多少資金。由此你有哪些認識?
第十一屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題
一、[8分]1kg20℃的水吸收4.2×105J的熱量后，它的可能溫度是多少?在下列4個答案中選出正確答案的序號并說明選擇該答案的理由。
A．80℃ B．100℃ C．120℃ D．130℃
二、[8分]小浩制作了一個彈簧測力計，如圖l所示，彈簧一共20匝。經檢驗，該彈簧測力計在測量范圍內(0～5N)示數是準確的。該彈簧不但“伸長的長度跟所受的拉力成正比”，而且彈簧受拉力伸長時，各匝伸長的長度都相等。
有一次不慎把彈簧靠近O端的一小部分擠壓變形，小浩把變形的3匝剪去，并把彈簧上端重新固定在D點，然后把指針C適當向下移，使它在彈簧測力計豎直放置時指針C仍指在“0”刻線處。
1．寫出這個新改制的彈簧測力計受到的拉力F與它的示數F測的關系式并說明理由。
2．用這個新改制的彈簧測力計稱量一個重物，它的示數為4.0N，該物實重是多少?
三、[10分]1．如圖2所示，甲、乙、丙三人要合扛一重物。物重600N，三人肩頭所能承受的最大壓力均為200N。現(xiàn)有兩根一樣長的硬棒及必要的繩子(硬棒及繩的自重不計)，請你設計出一種方法，使三人肩頭承受的壓力都不超過最大壓力。畫出示意圖表示你設計的扛重物方法。
2．小明推一輛滿載重物的獨輪車，如圖3所示，手握在車把A處(圖中未畫人)，遇到一個較高的臺階，他自己推不上去，小華趕快跑來幫忙。小華選擇了一種最省力且效果最好的施力方法，請畫出小華所施力F的示意圖。
四、[20分]教學中常用的投影儀的結構如圖4所示，在水平放置的凸透鏡的正上方放一與水平成45°角的平面鏡，右邊豎直放一屏幕。物體的光線經凸透鏡和平面鏡后，可在屏幕上成一清晰的像。圖5是這一裝置的示意圖，A"B"是物AB的像。圖中BO1=30cm，O1O2=20cm，O2O3=90cm。
l．對凸透鏡而言，物距和像距各是多少?
2．在圖5中畫出物AB的成像光路圖。
3．若將凸透鏡向上移動一點，像將向何方移動?
4．說明螺紋透鏡的作用。
五、[16分]圖6(甲)所示為一個電磁繼電器的示意圖，a、b是它的兩個端點；B是銜鐵，D是安在一塊金屬板上的觸點，B和D都安在一個彈性片C上，C的左端固定。c和c’、d和d’分別是安在絕緣板上的金屬觸點，當線圈A不通電時，D上的觸點與c及c’接觸，把c和c’連接起來，因此c、c’稱為常閉觸點；而d及d’此時是斷開的，稱為常開觸點。當線圈A通電時，銜鐵B被吸下，c和c’斷開而d和d’被連接起來。
現(xiàn)在利用這個電磁斷電器控制帶動水泵的電動機工作，使水泵往水箱中抽水。在水箱中豎直立一根絕緣棒，在棒上分別安有P、Q、R三個電極，如圖6(乙)所示。現(xiàn)在希望控制水箱內的水位總在Q、R之間，即水位降到Q處，電動機啟動，開始抽水，水位達到R處，電動機自動關機，停止抽水。(水是導電的)
圖6(丙)圖6(丁)分別是控制電路和電動機的供電電路，圖中R0是與電磁繼電器線圈并聯(lián)的一個電阻，它的阻值很小，當R0接入電路后，電磁繼電器的線圈相當于被短路。丙、丁兩圖中標有l(wèi)～6的6個接線柱是與電磁繼電器的線圈或觸點相連的。
1．寫出這6個接線柱分別與電磁繼電器的何處連接。
2．開始水箱內沒有水，說明閉開關S后，水箱內的水位為什么能保持在Q、R之間。
六、[18分]課外活動小組的同學設計制作了一個電熱水孵卵器，他們用兩根額定電壓和額定功率都相同的電熱絲作熱源，再連入一個電阻R0，使這臺孵卵器即使斷了一根電熱絲，單絲工作產生熱量的效果仍然與雙絲工作時產生的熱量效果完全相同。若電源兩端的電壓為U，兩絲的額定電壓均為UL、額定功率均為PL。
1．畫出孵卵器的電路圖。2．R0的阻值是多大? 3．R0在單絲工作與雙絲工作狀態(tài)下消耗功率之比是多少?
七、[20分]小剛家的一個水龍頭擰不緊，水一滴一滴斷續(xù)地滴落到地上。小剛發(fā)現(xiàn)，在耳朵聽到前一滴水滴在地上的聲音的同時，看到下一滴水剛好開始下落(如圖7所示)。他為了測算水滴下落的平均速度和一天浪費的水量，找來了秒表和卷尺。首先量出水龍頭口離地面的高度h，再用秒表計時。計時的方法是：當聽到某一水滴滴在地上的聲音的同時，開啟秒表開始計時，并數“l(fā)”，以后每聽到一聲水滴聲，依次數“2、3……”一直數到“n”時，按下秒表停止計時，讀出秒表的示數為t。
1．寫出用上述測量量表示水滴在空中運動的平均速度v的表達式。
2．小剛測得h=lm，當數到n=20時秒表的示數t=8.7s，則水滴下落的平均速度v是多少?
3．若每滴水質量是0.25g，則一晝夜要浪費多少水?
4．小剛為進一步找出水滴下落的平均速度v和下落高度h的關系，又做了以下實驗：找來一塊擋板，讓水滴落到擋板上。改變檔板和水龍頭口之間的距離h，并仔細調節(jié)水龍頭滴水的快慢，使得耳朵聽到的前一滴水滴在擋板上的聲音的同時，下一滴水剛好開始下落。計時方法仍和上面一樣。他從實驗中又獲得了如下表所示的6組數據(連同上面的一組共有7組數據)。請你幫小剛繼續(xù)完成以下的工作：(1)把這些數據分別標示在圖8(甲)(乙)兩個坐標系中，并作出相應的圖象。其中圖8(甲)的縱坐標是水滴在空中的平均速度v，圖8(乙)的縱坐標是水滴在空中的平均速度的平方，即v2。，它們的橫坐標都是高度h。(2)根據圖象寫出v與h的函數關系。
次數 | l | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
高度h(m) | O.2 | 0.3 | O.4 | 0.5 | 0.6 | O.8 |
平均速度v(m／s) | 0.97 | 1.19 | 1.38 | 1.54 | 1.68 | 1.95 |
5．考慮到聲音傳播的速度遠小于光的傳播速度這一因素，上面測出的水滴的平均速度會有一定的誤差，測量值與真實值相比，是偏大還是偏小?為什么?
第十五屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題
一、(14分)王偉同學研究了均勻拉緊的琴弦發(fā)音頻率與弦長的關系，并記錄了實測的數據(如下表所示)。請你根據記錄表格中的有關數據，分析并估算出他有意留出的空格中應該填寫的數據(要求寫出估算的過程)。
音名 | 中央C 1 | D 2 | E 3 | F 4 | G 5 | A 6 | B 7 | C l |
唱名(C調) | D0 | Re | Mi | Fa | Sol | La | Si | Do’ |
頻率/Hz | 264 | 297 | 330 | 352 | 396 | 440 | 528 | |
弦長 | l | l | l | l | l | l | l |
二、(14分)類比水壓是形成水流的原因，李楠同學猜想，血液在血管內流動時也需要一定的壓力差來維持。假設血液勻速通過長度一定的血管時，受到的阻力f與血液的流速v成正比，即f=kv。那么，要想讓血液勻速流過，血管兩端就需要一定的壓力差。設血管截面積為S1時，兩端所需的壓強差為△p1；若血管截面積減少10％時，為了維持在相同的時間內流過同樣體積的血液，壓強差必須變?yōu)椤鱬2。請你通過計算比較△P1、△P2的大小，說明血管變細可能是誘發(fā)高血壓的重要因素之一。
三、(16分)下表是某鍋爐廠生產的CWNG系列三種鍋爐的主要技術參數。
CWNG系列三種鍋主要技術參數
型號 | CWNG 0.7－80／60－AII | CWNG 1.05－80／60－AII | CWNG 1.4－80／60－AII |
功率／MW | ( ) | 1.05 | 1.4 |
容水量／t | 3 | 3.5 | 4 |
耗煤量／(kg·h－1) | 145 | ( ) | 290 |
外型尺寸／m3 | 2.7×1.5×2.9 | 3.0 x 1.5×2 | 3.0×1.9×2.9 |
煙囪尺寸／mm | Φ300×15000 | Φ350×15000 | Φ400×15 000 |
熱效率／％ | 75 | 75 | 75 |
出水溫度／℃ | 80 | 80 | 80 |
回水溫度／℃ | 60 | 60 | 60 |
總重量／t | 5 | 7.5 | 9 |
運行壓力 | 常壓 | 常壓 | 常壓 |
供暖面積／m2 | 6 000 | ( ) | 12000 |
循環(huán)水量／(m3·h－1) | ( ) | 45 | 60 |
已知水的比熱容為4.2×103J／（kg·℃），假設三種鍋爐的燃煤效率相同，且煤均可達到完全燃燒。請根據上表回答以下問題：
1．根據表格中的已知數據，請在表格中的四個( )內填上合適的數據。
2．按表格中的出水溫度和回水溫度，計算CWNGl．05—80／60AH型鍋爐每小時給住宅內釋放的熱量是多少。
3．根據表格中已知數據計算燃燒的熱值為多少。
四、(16分)李明得到一個國外生產的電熱暖手器，銘牌上表示額定值的字樣中，能看清楚的只有"24W"這幾個字。為了能正確使用該電器，他把一只標有"600Ω，0.4A'’的定值電阻與電熱暖手器和開關串聯(lián)起來，連接到家庭照明電路中，然后進行如下實驗觀察：將開關接通后，電能表轉盤轉動137圈恰好用了100s；斷開開關后，電能表轉盤在1 min內恰好轉了80圈；觀察電能表上標有3000r(kW·h)的字樣；他在做實驗的時間內，家中其他用電器的使用情況沒有變化。請根據以上數據，計算電熱暖手器的額定電壓是多少?你在計算過程中忽略了什么因素的影響?由此導致的計算結果是偏大還是偏小?
五、(20分)一所農村中學常常因為不能及時給水塔注水而停水，科技小組的同學知道后，利用下圖所示的器材設計了一個自動注水模擬裝置。A為浮子(浮子及其連桿總重約15N)，在浮子連桿的上端有一可移動金屬觸頭B(其受重力可忽略不計)，它可以分別將其上、下的兩個固定觸點連通。C為水塔上的圓桶形蓄水池；M為配有電動機的水泵(電泵)；D1、D2為彈簧，E1、E2為銜鐵，F(xiàn)1、F2為電磁鐵線圈；K1為最高水位限位開關。K2為最低水位限位開關，K3、K4、K5均為由電磁鐵銜鐵帶動的觸頭開關。電磁鐵F1通電時，K4接通，斷電時，K3接通。電磁鐵F2斷電時，K5接通。S1、S2為開關。
1．請你按照下圖所示的器材，連接一個可以實現(xiàn)自動注水的模擬電路，并說明自動注水的過程。
2．要實現(xiàn)自動注水的要求，浮子的最小體積約為多大?(g=10N／kg)
3．若設計要求每次自動注水需在10min內完成，需要知道或測量哪些物理量才能得到相匹配電泵的最小額定功率?請你用字母表示這些物理量，推導出電泵最小額定功率的表達式。在你的計算過程中，如果運用了近似條件，請說明。
六、(20分)在當今世界，研制各種機器都必需考慮節(jié)約能源和治理廢氣污染這一重要課題。在內燃機中，廢氣帶走了很多能量，如果能將這些能量再利用起來，會使內燃機的效率提高許多。某工廠科研人員研制生產的四沖程汽車專用柴油發(fā)動機，就采用了很多新技術。其中最重要的一項叫“增壓”技術，它是利用“廢氣渦輪增壓器”使排氣沖程中排出的高溫、高壓的廢氣去沖擊“廢氣渦輪”高速旋轉，它同時又帶動同軸的進氣系統(tǒng)中的“進氣渦輪”也高速旋轉，從而增加吸氣沖程的進氣量并增大進氣氣壓，使做功沖程中柴油燃燒的更充分，燃氣壓強更大，同時也減少了廢氣中的有害物質，達到提高柴油發(fā)動機效率和減少廢氣污染的目的。這種柴油發(fā)動機有6個氣缸，氣缸直徑為ll0mm，活塞行程為135mm，當轉速為2300r／min時，發(fā)動機功率為220kW，最低油耗可達240g／(kW·h)，柴油的熱值為4.3×107J／kg。請回答下列問題：
1．該柴油發(fā)動機的效率最高可達多少?
2．在做功沖程中氣缸內的平均壓強是多少?
3．如果將我國這種機型的汽車柴油發(fā)動機都安裝“增壓器”后，能使它們的平均效率由原來約31％提高到近35％，安裝前按每年消耗3億噸柴油估算，這項技術每年能為我國節(jié)約多少噸柴油?
4．如果目前我國柴油的平均價格為3750元／噸，根據上面的估算結果，計算使用“增壓”技術后僅節(jié)約柴油一項可使我國每年節(jié)約多少資金。由此你有哪些認識?
實驗課上，第四小組的同學在做“用電流表測電流”的實驗時，劉偉同學一閉合開關，發(fā)現(xiàn)電流表的指針偏轉到最右邊刻度之外，于是他立即斷開開關．和其他的同學分析了一下，認為原因可能有兩個：一是電池用多了，二是電流表的量程選小了．接著王濤重新連接電路，將電池減少一節(jié)，量程改接0～3 A，當王濤閉合開關時，剛才的現(xiàn)象沒有發(fā)生，可是此時電流表指針卻偏轉到最左邊的刻度之外，于是又必須斷開開關．問：第四小組的同學的猜想是否合理？如果合理，王濤重做實驗時發(fā)生的現(xiàn)象又會是什么原因？請你做出假設，并指出該如何去驗證你的假設？
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