全国第二十一届初中应用物理知识竞赛初赛复赛试题与答案.docx

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全国第二十一届初中应用物理知识竞赛初赛复赛试题与答案

第二十一届2011年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.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400Ω。

则（）

A.有光照射时光敏电阻Rl的阻值为800Ω。

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1h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97°C，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80°C的汤中保持2min，在这2min时间里，由于向外界散热整体温度将下降约2°C。

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5cm，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1200W，他又查看了他家的单相电子电能表，上面注明3200imp/kW·h（它表示每消耗电能1kW·h，该电能表上面的发光二极管闪烁3200次）。

之后，他关闭其他所有家用电器，将体积为1L、温度为20°C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4min，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=0.5m2，高h1=50cm;压力传感开关的作用是当它受到竖直向下的拉力达到10N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=40cm2，高h2=12cm，每个圆柱体重G=6N。

要求当水桶内储水量达200L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=3.9x1026W，太阳到地球的距离口1.5x1011m，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=4πr2）

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：

30～11：

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ρ0≈1.0×103kg/m3，红血球的密度ρ≈1.3×103kg/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

=12mm／h。

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

=1.8×10-3Pa﹒s，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-12V

1．当风速为6．0m／s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240W／m2，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?

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

12A·h

电动机

额定电压

48V

额定功率

240W

1．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）

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8×107J／m3，水的比热容为4.2x103J／（kg·℃）。

生产许可证

XK00-1020044

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

0.025MPa～0.75MPa

额定产热水能力

8L/min（Δt=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）

A

B

C

D

E

F

781

100

196

196

353

434

二、技术数据

额定功率/W

1000/1500/2500

额定压力/MPa

0.8

额定电压/V

交流220

容积/L

50

频率/Hz

50

净重/kg

19

1．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：

00～22：

00）0．6元／度，谷时段（22：

00～次日08：

00）0．3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=4.2×103J／（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

mm

400

最大锯切厚度

mm

125

配

套

电

动

机

额定功率

kW

3

额定转速

r/min

1420

额定电压

V

380

额定电流

A

5.0

额定频率

Hz

50

型号

Y100L2-4

防护等级

IP44

1．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11．0cm。

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竞赛复赛参考答案

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ρ0小于红血球的密度ρ，红血球受到的浮力小于重力．所以刚开始f＋F浮

…………………………………………………………………………………………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

f＋F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（1.7～2.5）×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=48V×12A×3600s=2.07×106J…………………………………………………………3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Δt=25K=25℃

1min内水吸热：

……1分

燃气热水器正常工作时烧水的效率