全国第二十二届初中应用物理竞赛复赛试题含答案全WORD版.docx

1、全国第二十二届初中应用物理竞赛复赛试题含答案全WORD版2012年第二十二届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题一、（16分）某种小型汽油发电机外形如图1所示，其实质是利用一个汽油机带动一个发电机来发电。该发电机铭牌部分数据如下表所示，根据表中的数据求：发动机（汽油机）发电机型号 XGQF5.0型号 XGQF5.0额定功率 8.3kW额定输出功率 5kW噪声 73dB额定输出电压 220V连续运行时间 8h额定频率 50Hz强制水冷四冲程自动电压保护（1）在允许的连续运行时间内，发电机以额定功率输出，能够提供的电能是多少度？（2）已知汽油的热值是q=4.6107J/kg，密度是0.71103kg/

2、m3，设该汽油机的效率为35%，则该汽油发电机油箱的容积至少需要多大？（3）汽油发电机将内能转化为电能的效率是多少？二、（16分）长期以来，我国北方地区城镇居民的冬季采暖计量一般都按住宅面积收费，导致用户节能意识差，造成严重的资源浪费。作为建筑节能的一项基本措施，近几年部分地区试点以热量表作为计量收费的依据和手段，经测算可节能约20%30%.如图2所示，一个完整的热量表由以下三个部分组成：一只液体流量计，用以测量经热交换的热水流量；一对用铂电阻制作的温度传感器，分别测量供暖进水和回水温度；一低功耗的单芯片计算机，根据与其相连的流量计和温度传感器提供的流量和温度数据，利用热力学公式可计算出用户从

3、热交换系统获得的热量，通过液晶显示器将测量数据和计算结果显示出来。以下是某用户家中的热量表的部分参数，已知水的比热容取4.2103J/(kg)，天然气的燃烧值约为8107J/m3.最大流量/m3h-12.5测温范围/4100温差范围/K250最大水压/Mpa1.6电源3.6V 2Ah电源寿命5年（1）试通过以上数据计算该型号热量表能测量的最大供热功率是多少？（2）在一次要查看热量表记录情况时，通过逐次点按计量表上的信息显示按钮，液晶显示器逐项显示出了下列数据：根据这些数据推算，求此次查看时该用户家平均每小时从暖气中得到的热量约为多少J？到此次查看时为止，该用户从这套供暖系统得到的总能量相当于完

4、全燃烧了多少m3的天然气？（3）如果出现大风降温天气，住宅通过外墙散热的速度会加大。从原理分析，应该在家中怎样调节，才能保持室内温度不出现明显下降。（4）这种型号的热量表平均耗电功率不超过多大？（5）2010年国家将逐渐在全国推广使用分热分户计量。假设某城区在未使用热量表计费时，一年热力公司共消耗天然气40亿立方米，现有30%的用户使用热量表，在使用后平均每户节能20%.按此情况计算，这些使用热量表的用户一年可节约多少天然气？三、（16分）双活塞气压计是一种可以消除活塞自重影响、对低压容器内的压强进行测量的装置。如图3所示，在甲、乙两个空腔容器中各有一个活塞A和B，其中活塞A的截面上下一致，称

5、为自由活塞，其横截面积为S1；活塞B的上下截面不等，称为差动活塞，其上下两部分的横截面积分别为S2和S3.乙容器的上、下两部分彼此隔绝，不能相互渗气、渗油。C为带有阀门K1的工作液体的接口，工作液体充满甲容器和乙容器的上部空腔；D为带有阀门K2的接口，可接待测容器；E为带有阀门K3的接口，可与抽气机相连。测量前要先校正零位平衡：K1关闭，K2打开，D口不连接待测容器，在两活塞上面放置砝码（图中未画出），调节砝码的质量使两活塞升起的高度相同。进行测量时，要将待测量的容器接在D口上，并关闭K2、打开K3，开动抽气机进行抽气，待乙容器下部空腔内接近真空时，关闭K3、打开K2，此时差动活塞B已有所下降

6、，在自由活塞A上再加放重为G的砝码时，A、B两活塞的上表面恰好能恢复等高。已知进行测量时大气压强为p0，求等测容器内气体的压强p。根据帕斯卡定律可知：加在密闭液体上的压强能够大小不变地被液体向各个方向传递。四、（16分）小明看到一句农谚：“下雪不冷化雪冷”，他很好奇，想具体了解一下冰雪熔化时究竟要吸收多少热量。于是他查找了资料，知道“熔化热”的定义是：单位质量的某种晶体，在熔化成同温度的液体时吸收的热量，叫做这种晶体的熔化热。他想用实验测量一下冰的熔化热，于是找来了一些实验器材：一架天平和配套的砝码、一支实验室温度计（0100）、一个有密封盖子的保温桶、一个小烧杯、一把镊子和一个专门用来在冰箱

7、中冻小冰块的塑料冰格，又观察到家里的冰箱面板上显示冷冻室温度恒为-18.请帮助小明设计一个用这些器材粗测冰块熔化热的方案，要求写出实验的步骤和用测量的物理量计算冰的熔化热的表达式（水和冰的比热容分别用c水和c冰表示）五、（18分）在一些地区的电力线路敷设过程中，会使用简易绞盘将沉重的混泥土电线杆立起来。其主要结构如图4所示。作业前，先将绞盘底座牢固地固定在地面上，立杆作业时，根据实际需要，安排14人分别推动不同的横杆末端，使横杆绕轴做顺时针转动，这样第在电线杆上的钢丝绳就被不断地缠绕在轴上，电线杆被逐渐拉起并最终竖直站立。已知，某个绞盘的轴直径D=10cm，各横杆末端到轴心的距离L=1m.在一

8、次立杆作业中，所立的电线杆所受重力G=6200N，长L0=10m，其重心距粗端4m.若在电线杆升至某时刻时的情形如图5所示，设此时绞盘的机械效率=80%，定滑轮的阻力可忽略不计。1.若此刻仅有一名施工人员推横杆，则该施工人员对绞盘横杆所施加的最小推力F为多少？2.在整个立杆过程中，施工人员对绞盘横杆的最小推力F的变化情况如何？3.在立杆作业时，施工人员一般要求绞盘离所拉的电线杆适当地远一些，请定性分析这样做的原因。六、（18分）应急照明灯是在正常照明电源发生故障时，能持续照明而不间断工作的一类灯具，如图6所示。应急照明灯主要由灯泡（或LED灯珠）、蓄电池、充电器、自动控制电路及相关部件组成。在

9、照明电源正常情况下，应急照明灯通过充电器给蓄电池充电，此时，自动控制电路及相关部件自动将灯泡（或LED灯珠）与蓄电池断开而不发光。当照明电路突然停电时，应急照明灯通过自动控制电路及相关部件自动把灯泡（或LED灯珠）跟蓄电池接通，从而实现自动应急照明。下表为某型号应急照明灯的主要技术数据：输入电压充电时间应急照明时间应急照明功率AC220V24h90min0.96W2应急照明光源蓄电池种类数量灯泡额定电压类别额定电压容量灯泡2只2.4VNi-Cd2.4V1.8Ah1.在该型号应急照明灯刚投入使用阶段，待蓄电池充满电后，可以实现的最长连续应急照明时间为多少？2.小兰跟老师提出自己要设计并组装一只简

10、易的应急照明灯。老师告诉她实验室现有以下器材：双孔插座及与之配套的插头1套、小灯泡（额定电压：DC3.03.4V，额定电流：350mA）4只、电磁继电器（额定电压：DC6V；额定电流：0.15A）1套及与之配套的低压直流电源（输入电压：AC220V，输出电压：DC6V）1台、蓄电池（两端电压：6V）1只及与之配套的充电器（输入电压：AC220V，输出电压：DC6.3V）1只、导线（足量），如图7所示。（1）请你帮助小兰在图7上完成简易应急照明灯的接线。要求如下：家庭电路正常工作时，充电器自动给蓄电池充电，各灯泡均不发光；当家庭电路停电时，蓄电池自动给各灯泡供电，使各灯泡均正常发光，且在一盏小灯

11、泡灯丝烧断后还应该有部分小灯泡能正常工作。（2）小明看到小兰的连接电路后，认为可以去掉低压直流电源，而将电磁铁的两个接线柱直接接在充电器的输出端。请你分析这样做不可行的原因。2012年第二十二届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题一、（16分）某种小型汽油发电机外形如图1所示，其实质是利用一个汽油机带动一个发电机来发电。该发电机铭牌部分数据如下表所示，根据表中的数据求：发动机（汽油机）发电机型号 XGQF5.0型号 XGQF5.0额定功率 8.3kW额定输出功率 5kW噪声 73dB额定输出电压 220V连续运行时间 8h额定频率 50Hz强制水冷四冲程自动电压保护（1）在允许的连续运行时间内，发

12、电机以额定功率输出，能够提供的电能是多少度？（2）已知汽油的热值是q=4.6107J/kg，密度是0.71103kg/m3，设该汽油机的效率为35%，则该汽油发电机油箱的容积至少需要多大？（3）汽油发电机将内能转化为电能的效率是多少？（1）发电机能够提供的电能W电=P电t=5kW8h=40kWh（2）汽油机的效率所以油箱的最小容积（3）汽油发电机将内能转化为电能的效率或二、（16分）长期以来，我国北方地区城镇居民的冬季采暖计量一般都按住宅面积收费，导致用户节能意识差，造成严重的资源浪费。作为建筑节能的一项基本措施，近几年部分地区试点以热量表作为计量收费的依据和手段，经测算可节能约20%30%.

13、如图2所示，一个完整的热量表由以下三个部分组成：一只液体流量计，用以测量经热交换的热水流量；一对用铂电阻制作的温度传感器，分别测量供暖进水和回水温度；一低功耗的单芯片计算机，根据与其相连的流量计和温度传感器提供的流量和温度数据，利用热力学公式可计算出用户从热交换系统获得的热量，通过液晶显示器将测量数据和计算结果显示出来。以下是某用户家中的热量表的部分参数，已知水的比热容取4.2103J/(kg)，天然气的燃烧值约为8107J/m3.最大流量/m3h-12.5测温范围/4100温差范围/K250最大水压/Mpa1.6电源3.6V 2Ah电源寿命5年（1）试通过以上数据计算该型号热量表能测量的最大

14、供热功率是多少？（2）在一次要查看热量表记录情况时，通过逐次点按计量表上的信息显示按钮，液晶显示器逐项显示出了下列数据：根据这些数据推算，求此次查看时该用户家平均每小时从暖气中得到的热量约为多少J？到此次查看时为止，该用户从这套供暖系统得到的总能量相当于完全燃烧了多少m3的天然气？（3）如果出现大风降温天气，住宅通过外墙散热的速度会加大。从原理分析，应该在家中怎样调节，才能保持室内温度不出现明显下降。（4）这种型号的热量表平均耗电功率不超过多大？（5）2010年国家将逐渐在全国推广使用分热分户计量。假设某城区在未使用热量表计费时，一年热力公司共消耗天然气40亿立方米，现有30%的用户使用热量表

15、，在使用后平均每户节能20%.按此情况计算，这些使用热量表的用户一年可节约多少天然气？（1）该型号热量表能测量的最大供热功率（2）平均每小时从暖气中得到的热量相当于完全燃烧天然气的体积为： （3）分析原理可知，为了提高房间内暖气片放出热量的速度，只需调节“水量调节阀”，加大热水瞬时流量即可。（4）热量表的耗电功率为（5）相当于节约的天然气体积为4109m330%20%=2.4108m3三、（16分）双活塞气压计是一种可以消除活塞自重影响、对低压容器内的压强进行测量的装置。如图3所示，在甲、乙两个空腔容器中各有一个活塞A和B，其中活塞A的截面上下一致，称为自由活塞，其横截面积为S1；活塞B的上下

16、截面不等，称为差动活塞，其上下两部分的横截面积分别为S2和S3.乙容器的上、下两部分彼此隔绝，不能相互渗气、渗油。C为带有阀门K1的工作液体的接口，工作液体充满甲容器和乙容器的上部空腔；D为带有阀门K2的接口，可接待测容器；E为带有阀门K3的接口，可与抽气机相连。测量前要先校正零位平衡：K1关闭，K2打开，D口不连接待测容器，在两活塞上面放置砝码（图中未画出），调节砝码的质量使两活塞升起的高度相同。进行测量时，要将待测量的容器接在D口上，并关闭K2、打开K3，开动抽气机进行抽气，待乙容器下部空腔内接近真空时，关闭K3、打开K2，此时差动活塞B已有所下降，在自由活塞A上再加放重为G的砝码时，A、

17、B两活塞的上表面恰好能恢复等高。已知进行测量时大气压强为p0，求等测容器内气体的压强p。根据帕斯卡定律可知：加在密闭液体上的压强能够大小不变地被液体向各个方向传递。解：在自由活塞A上再加放重为G的砝码时，A活塞对工作液体增加的压强为根据帕斯卡定律，工作液体对活塞B向上增加的压力为又因为活塞B下底面向上减小的气体压力为因为活塞B能够回到原来的高度，所以即所以待测容器内的气体压强为四、（16分）小明看到一句农谚：“下雪不冷化雪冷”，他很好奇，想具体了解一下冰雪熔化时究竟要吸收多少热量。于是他查找了资料，知道“熔化热”的定义是：单位质量的某种晶体，在熔化成同温度的液体时吸收的热量，叫做这种晶体的熔化

18、热。他想用实验测量一下冰的熔化热，于是找来了一些实验器材：一架天平和配套的砝码、一支实验室温度计（0100）、一个有密封盖子的保温桶、一个小烧杯、一把镊子和一个专门用来在冰箱中冻小冰块的塑料冰格，又观察到家里的冰箱面板上显示冷冻室温度恒为-18.请帮助小明设计一个用这些器材粗测冰块熔化热的方案，要求写出实验的步骤和用测量的物理量计算冰的熔化热的表达式（水和冰的比热容分别用c水和c冰表示）实验步骤：（1）用调好的天平测量小烧杯的质量m1；（2）用小烧杯盛取足量的水，再用天平测量小烧杯和水的质量m2；（3）将水倒入保温桶内，用温度计测量水的温度t1；（4）提前较长时间将用冰格盛适量水放在冰箱冷冻室

19、里冻成冰块，用镊子取适量冰块放在小烧杯中，迅速用天平测量出基总质量m3后，立刻将冰块倒入保温桶内的水中，盖紧桶盖；（5）轻轻摇晃保温桶使水温均匀，并仔细听声音，能听出冰块熔化完毕后，打开桶盖，用温度计测出保温桶内水的温度t2。冰块的熔化热的表达式为： 五、（18分）在一些地区的电力线路敷设过程中，会使用简易绞盘将沉重的混泥土电线杆立起来。其主要结构如图4所示。作业前，先将绞盘底座牢固地固定在地面上，立杆作业时，根据实际需要，安排14人分别推动不同的横杆末端，使横杆绕轴做顺时针转动，这样第在电线杆上的钢丝绳就被不断地缠绕在轴上，电线杆被逐渐拉起并最终竖直站立。已知，某个绞盘的轴直径D=10cm，

20、各横杆末端到轴心的距离L=1m.在一次立杆作业中，所立的电线杆所受重力G=6200N，长L0=10m，其重心距粗端4m.若在电线杆升至某时刻时的情形如图5所示，设此时绞盘的机械效率=80%，定滑轮的阻力可忽略不计。1.若此刻仅有一名施工人员推横杆，则该施工人员对绞盘横杆所施加的最小推力F为多少？2.在整个立杆过程中，施工人员对绞盘横杆的最小推力F的变化情况如何？3.在立杆作业时，施工人员一般要求绞盘离所拉的电线杆适当地远一些，请定性分析这样做的原因。解：1.如图答1所示，设钢丝绳拉电线杆的力为F，把电线杆看作杠杆，其支点为其粗端端点O。由杠杆平衡条件，有： 绞盘本质上是一个轮轴，若要施工人员对

21、绞盘横杆的推力F最小，则该力应沿水平方向，作用于横杆末端且与横杆垂直。在这种情况下，设所需的最小推力为F。设绞盘的轴恰好转动一周，则推力推动横杆末端移动的距离为工人推力总共做的功为： 绞盘拉动钢丝绳移动的距离为绞盘对钢丝绳所做的有用功为： 绞盘的机械效率为2.在整个立杆过程中，电线杆重力G大小不变。随着电线杆被逐渐拉起，重力G的力臂LG在逐渐减小；而钢丝绳拉电线杆的力F的力臂L F却在逐渐增大；根据杠杆的平衡条件：，可知，钢丝绳拉电线杆的力F在逐渐减小。又因为，横杆末端到轴心的距离L、轴的直径D以及绞盘的效率不变，所以施工人员对绞盘横杆的最小推力F也在逐渐减小。3.绞盘离所拉的电线杆适当地远一

22、些，其他情况相同时，可以适当地增大钢丝绳对电线杆的拉力F的力臂L F，在重力G与重力G的力臂LG相同的前提下，使减小，从而可以使施工人员对绞盘横杆的推力减小一些。六、（18分）应急照明灯是在正常照明电源发生故障时，能持续照明而不间断工作的一类灯具，如图6所示。应急照明灯主要由灯泡（或LED灯珠）、蓄电池、充电器、自动控制电路及相关部件组成。在照明电源正常情况下，应急照明灯通过充电器给蓄电池充电，此时，自动控制电路及相关部件自动将灯泡（或LED灯珠）与蓄电池断开而不发光。当照明电路突然停电时，应急照明灯通过自动控制电路及相关部件自动把灯泡（或LED灯珠）跟蓄电池接通，从而实现自动应急照明。下表为

23、某型号应急照明灯的主要技术数据：输入电压充电时间应急照明时间应急照明功率AC220V24h90min0.96W2应急照明光源蓄电池种类数量灯泡额定电压类别额定电压容量灯泡2只2.4VNi-Cd2.4V1.8Ah1.在该型号应急照明灯刚投入使用阶段，待蓄电池充满电后，可以实现的最长连续应急照明时间为多少？2.小兰跟老师提出自己要设计并组装一只简易的应急照明灯。老师告诉她实验室现有以下器材：双孔插座及与之配套的插头1套、小灯泡（额定电压：DC3.03.4V，额定电流：350mA）4只、电磁继电器（额定电压：DC6V；额定电流：0.15A）1套及与之配套的低压直流电源（输入电压：AC220V，输出电

24、压：DC6V）1台、蓄电池（两端电压：6V）1只及与之配套的充电器（输入电压：AC220V，输出电压：DC6.3V）1只、导线（足量），如图7所示。（1）请你帮助小兰在图7上完成简易应急照明灯的接线。要求如下：家庭电路正常工作时，充电器自动给蓄电池充电，各灯泡均不发光；当家庭电路停电时，蓄电池自动给各灯泡供电，使各灯泡均正常发光，且在一盏小灯泡灯丝烧断后还应该有部分小灯泡能正常工作。（2）小明看到小兰的连接电路后，认为可以去掉低压直流电源，而将电磁铁的两个接线柱直接接在充电器的输出端。请你分析这样做不可行的原因。1.由该型号应急照明灯的主要技术数据可知，其所用灯泡的额定电压为2.4V，其蓄电池

25、两端的电压也是2.4V；由此可知，两只灯泡应并联。单只灯泡正常发光时的电流： 干路中的总电流： 即蓄电池对外供电电流为：I=0.8A蓄电池充满电后，可以实现的最长应急照明时间： 2简易应急照明灯的接线如图答2所示。说明：上述电路图的6分具分布如下：电磁继电器的电磁铁应接于低压直流电源的输出端。充电器给蓄电池充电时应注意蓄电池的正负极。为了保证各小灯泡正常工作，应如图连接。若四个小灯泡接成先并联后再串联，扣1分。（2）若将电磁铁的两个接线柱直接接在充电器两端，当家庭电路正常工作时，电磁铁有磁性，吸引衔铁下移，接通蓄电池充电电路，充电器给蓄电池充电；当家庭电路停电时，蓄电池与电磁铁构成通路，电磁铁依然保持磁性，蓄电池无法为小灯泡供电，小灯泡不能发光。