2010年第十六屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題

南通SEO，南通網絡營銷 南通熱線2010年第十六屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題一、(10分)如圖l，東湖中學想用離心泵將湖中的水抽到C處的養(yǎng)魚池中。要求在30 min內至少向養(yǎng)魚池中輸水120 m3，學校領導將以下幾個需要解決的問題交給了科技小組。 (1)A，B處各有一個平臺，離心泵應放在什么位置，請說明理由。 (2)如果某型號離心式水泵的揚程為15 m，功率為17 kW，效率為0.6，試通過計算說明這臺水泵是否可滿足東湖中學的需求?(3)為了節(jié)約資金，有人提出全部采購比硬質管便宜、而且與水泵管徑相符的軟橡皮管配套使用，你認為是否可行，為什么?說出你的正確方案。二(10分)一個地質勘探小分隊，在野外河邊休息時發(fā)現(xiàn)了一種礦石，他們非常想盡快知道這種礦石的密度大約是多少，但是手中只有皮尺、直木棍和針線包中縫衣服用的針和細線，請你幫助他們利用現(xiàn)場可利用的物品，設計一個測定礦石密度的方案，并推導出計算礦石密度的表達式。三(14分)小華同學為了節(jié)能和方便家人洗澡，用廢棄的汽油桶在房頂上自制了一個簡易太陽能熱水器，圖2是它的安裝示意圖。在水箱上下安有二根管子，其中一根是進出水管，給熱水器上冷水或淋浴時用熱水，都是通過進出水管來完成，室內進出水管上安有三個閥門。 若當地的大氣壓強p0=1.0105Pa，請回答下列問題： (1)小華為什么要在熱水器上方安裝一根與大氣相通的管子A? (2)根據閥門I、II、的位置，說明它們的作用是什么?如何調節(jié)噴頭出水的溫度? (3)給熱水器上冷水時，閥門I、1I、III應當處于何種狀態(tài)?洗澡時，閥門1、II、111應當處于何種狀態(tài)? (4)如果小華同學住的居民樓層高為3 m，他家的熱水器安裝在七樓樓頂上，且距樓頂高1 m，那么該地區(qū)的水壓至少為多大，才能順利為熱水器上水? (5)設熱水器水箱容積為100 L，在一般的光照條件下，一滿箱12的水經白天太陽的加熱溫度可達到45，這相當于多少煤氣完全燃燒放出的熱量?(已知水的比熱容為4.2107J(kg)，煤氣的熱值約4.2107Jkg)四、(12分)育才中學科技小組設計了一個可以測量電阻值的多量程歐姆表，圖3中所示為其中兩個量程的測試電路，G為靈敏電流表，其內阻Ro=100 、電流靈敏度(即指針在滿刻度時流過靈敏電流表的電流)U=100A，R為可調電阻，阻值變化范圍為05 k，Rl和R2為定值電阻，R1=15 ，R2=ll k，E為1.5V干電池，S為量程選擇開關。測量時把待測電阻兩端分別與A、B兩端相接。為了能從靈敏電流表上直接讀出待測電阻的阻值，需在表盤上重新標注示數。請回答： (1)在指針滿偏處，盤面應標注的示數是多少? (2)當A、B間斷開時，指針所指的位置處，盤面應標注的示數是多少? (3)開關分別置于1和2位置時，在表盤正中間位置處應標注的示數各是多少?請簡要說明理由。 (4)該歐姆表表盤上的刻度是否均勻?請從電路原理上說明理由。五、(12分)有一種被稱作PTC的半導體材料，其電阻隨溫度的變化曲線如圖4所示。 (1)請你根據這條曲線分析，PTC材料的電阻值怎樣隨溫度的變化而改變? (2)請說出這種材料的兩個可能的應用實例。 (3)以其中的一個應用為例，說明它的正常工作過程和使用條件。六、(14分)利民電器廠設計了一種具有高、中、低溫三擋的家用電火鍋，其發(fā)熱體電阻絲如圖5所示。A、B、C為三個接線柱，B是電阻絲中點的接線柱。相信你一定能幫助該廠完成以下工作。 (1)說明各擋位的連接方法(文字表述或畫圖連接均可)。 (2)如果要求低溫發(fā)熱功率為200 W，那么高溫和中溫兩擋的發(fā)熱功率分別應是多大?(3)設計一份該火鍋的產品銘牌。七、(14分)現(xiàn)在流行的無線市話俗稱“小靈通”，是一種新型的個人無線接入系統(tǒng)，具有語音清晰、發(fā)射功率低、待機時間長、功能多、價格合理等特點。它的使用使傳統(tǒng)意義上的固定電話不再固定在某個位置，可在無線網絡覆蓋范圍內自由移動使用，隨時隨地接聽、撥打本地和國內、國際電話。 表1是某一型號小靈通的部分資料數據。若這種小靈通在正常使用的情況下，充電一次可使用7天，累計通話時間為1.2 h，通話時耗電功率為平均發(fā)射功率的20倍。則： (1)這部小靈通正常通話時的工作電流大約多大? (2)小靈通開機但不通話時的狀態(tài)稱為待機。這部小靈通的待機電流大約多大? (3)在沒有充電器的情況下，可用一個電壓略高于3.6V的直流電源為小靈通電池臨時應急充電。請你設計一個方案，用圖6所示的直流電源給這部小靈通的電池充電，并畫出充電的電路圖。 表l尺寸(長高寬)約45 mm83mm23.5 mm質量約85g發(fā)射功率約10 mW(平均)電池3.6V 580mAh鋰電池充電器輸入：AC220V 50Hz輸出：DC5.2V 320mA充電器重約50 g充電時間2.53.5 h連續(xù)待機時間48200 h八、(14分)現(xiàn)在有些住宅區(qū)使用的水表是預付費式的水表，每個用戶一表一卡，憑卡用水，卡中數據輸入表中，水表自動開閥供水。 所購水用完后自動關閥斷水，用戶必須重新購水，方能重新用水。圖7是某水表廠生產的預付費式的IC卡水表，其主要技術參數如表2所示。請根據表2中的數據，回答下列問題：項目FY-15E熱水表FY-20E熱水表FY-25E熱水表質量1.41.82.5長度165 mm195 mm225 mm口徑(DN)15 mm20mm25mm過載流量3m3h5m3h7m3h常用流量1.5m3h2.5m3h3.5m3h分界流量0.12m3h0.2m3h0.3m3h最小流量0.03m3h0.05m3h0.07m3h起動流量0.010m3h0.012m3h0.017m3h水表性能B級表密封性1.6MPa水壓，15min內不泄漏最小讀數0.0001 m3最大讀數9999.9999 m3用戶竊水自動關閥并提示電源3.6V、2.4Ah鋰電池2節(jié)串聯(lián)IC卡的保密性射頻卡，一表一卡，不可復制IC卡使用壽命使用次數10萬次報警方式剩余水量2 m3時報警，用完剩余水后關閥靜態(tài)工作電流0.5mA開閥或關閥時的工作電流500mA常用流量誤差2工作溫度溫度：0一90(FY系列)工作水壓0.1 MPa0.6MPa材料銅 (1)要保證水表正常工作，水平位置相對水塔內的水面高度差的范圍應是多少?(g取10 Nkg) (2)如果水表僅處在靜態(tài)下，最多能使用多少天才需更換電池?水表開閥或關閥時它的電功率是多少? (3)FY-25E型熱水表在常用流量狀態(tài)流出50的熱水時，需要用多大功率、效率為80的鍋爐來加熱原來溫度為20的水?如果連續(xù)這樣供熱水，一晝夜至少需要燒多少煤?(煤的熱值是3107Jkg) (4)FY一15E熱水表報警后，在常用流量下用水，大約還能用幾小時? (5)FY-20E水表出水口水的最大流速是多少?第十六屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題參考答案一、(1)因為泵的總揚程=吸水揚程+壓水揚程,離心式水泵的吸水揚程是由大氣壓決定的,當大氣壓為標準大氣壓時,吸水揚程實際不會超過10m。所以泵不能放在B處,只能放在A處。(2)不考慮水的動能:增加的勢能按13.8m計算:已知t =30min,h =13.8m。V =120m3,=0.6。則W有= mgh =1.656107J。因為W有/W總=,所以W總= W有/=2.76107J。即應購置水泵的功率為P總= W總/t=15.3kW。增加的勢能按15m計算,應購置水泵的功率為P總=16.7kW。提供的水泵滿足要求。(3)不可行。若離心泵至水面段用橡皮管,由于大氣壓作用可能將橡皮管壓扁而影響正常工作。建議離心泵至水面段用硬質管,為節(jié)約起見,泵以上水管可用軟橡皮管。二、1.用細線懸掛直木棍作支點;2.用細線栓好礦石掛在支點左側,在支點的右側掛一塊石頭,移動礦石和石塊懸掛的位置直到木棍水平平衡;3.用皮尺分別量出懸掛礦石和石塊的點到支點的距離為l1,l2;如圖1所示。4.將礦石浸沒在水中,移動掛石塊的位置直到木棍再次水平平衡;5.用皮尺量出懸掛石塊的點到支點的距離為l3;如圖2所示。6.推導計算礦石密度的表達式。由杠桿平衡條件,解得。三、(1)A管的作用一是排氣,二是溢水。因為汽油桶改做水箱后,如果不安裝A管排氣的話,上水時會把一些空氣密閉在里面,就不易將水注滿;而且,上方的空氣還影響箱內水溫升高。(2)閥門控制進入水箱的冷水;閥門控制進入淋浴噴頭的熱水;閥門控制進入淋浴噴頭的冷水。通過閥門、閥門調節(jié)進入淋浴噴頭的冷熱水的多少可以改變淋浴噴頭噴出的水的溫度。(3)給熱水器上水時,閥門應打開,閥門、閥門應關閉。洗澡時,閥門應關閉,閥門、閥門應打開。(4)水箱距地面高度h =22m。該地區(qū)的最低供水水壓,p =gh +p0=3.2105Pa。(5)m =V =100kg。Q噴= cm(t-t0) =1.39107J。如果靠煤氣燃燒放出這些熱量,需完全燃燒的煤氣,m =Q吸/q=0.33kg。四、(1)A、B兩端直接連接在一起時(RAB=0),調節(jié)滑動電阻器使靈敏電流表指針滿偏,則指針所指處盤面上應標注的示數為0。(2)當A、B斷開時,電阻應為無窮大,這是指針所指位置的示數應標。(3)開關置于2時,且將A、B短接時表針滿偏,則R+R1+R2=15k,若在A、B間接一電阻Rx,且剛好使表針指在表盤中間位置,這時電路中的電流為滿偏時的一半,電路中的總電阻為滿偏時的2倍,即Rx= R+R1+R2=15k,所以該擋位表盤中間示數應為15k。開關置于1時,且將A、B短接時表針滿偏,這時電路中總電阻為=15,同理若在A、B間接一電阻Rx,且剛好使表針在表盤中間位置,這時電路中的電流為滿偏時的一半,電路中的總電阻為滿偏時的2倍,即Rx=15,所以該擋位表盤中間示數應為15。(4)歐姆表表盤上的刻度是不均勻的。理由:用R0表示A、B短接時電路中總電阻,測量電阻Rx時,電路中電流I =U/(R0+Rx),可見I與Rx不成正比,所以歐姆表表盤上的刻度是不均勻的。五、(1)當PTC材料的溫度T處于(T0T1)時,隨著溫度的升高,其電阻減小;當PTC材料的溫度T處于(T1T2)時,隨著溫度的升高,其電阻增大;當PTC材料的溫度T高于T2時,隨著溫度的升高,其電阻減小。(2)用PTC材料可以制成電熱驅蚊器的發(fā)熱元件,也可以制成恒溫電暖器發(fā)熱元件。(3)以恒溫電暖器為例:當用PTC材料制成發(fā)熱元件通電后溫度T處于(T0T1)時,隨著溫度的升高,其電阻減小,因電壓不變,發(fā)熱功率P =U2/R增大,使溫度更快地升高。當發(fā)熱元件溫度T處于(T1T2)時,隨著溫度的升高,其電阻增大,因電壓不變,發(fā)熱功率P = U2/R減小,使溫度升高趨緩,并保持在(T1T2)之間的一個溫度不再上升;當發(fā)熱元件溫度T高于T2時,隨著溫度的升高,其電阻減小,發(fā)熱功率進一步增大,使溫度更快地升高,則將會燒壞發(fā)熱元件?？梢?用PTC材料制成的發(fā)熱元件的恒溫電暖器,應當在環(huán)境溫度低于T2的條件下使用,否則會燒壞。六、(1)低溫擋:將A、C直接接入電源。中溫擋:將A、B或B、C接入電源。高溫擋:將A、C連接在一起后,A與B接入電源上。或連線如圖3。(2)設A、C間電阻為R,該火鍋的低溫功率:200W。該火鍋的中溫功率:400W。該火鍋的高溫功率:800W。(3)該火鍋的產品銘牌。七、(1)手機通話的電功率:P=55.6mW。根據公式P= UI,可求得這部手機正常通話時的工作電流:I =PU=55.6mA。(2)這部手機的電池充電一次獲得的總能量:W總=7 516.8J。累計通話時間消耗電能W通= pt通=864J。正常使用的情況下,待機7d消耗的電能,W待= W總-W通=6 652.8J。由公式W = UIt可求得這部手機的待機電流大約為I待=W通Ut待=3.06mA。(3)因為直流電源的輸出電壓為36V,遠大于被充電池的電壓,所以需要串聯(lián)一個阻值適宜的電阻才能充電。另串接一只電流表,觀察充電電流不超過320mA,以免燒壞電池。讓直流電源的電流從電池正極流入,負極流出。其電路圖如答案圖4。八、(1)從表中可知,水表的工作水壓是0.1MPa 0.6MPa,由工作水壓p=gh+p0,得h = (p-p0)/g,所以h1= (p1-p0)/g =0m。所以h2= (p2-p0)/g =50m。所以,高度差范圍是0m 50m。(2)從表中可知電池的容量為2.4Ah,靜態(tài)工作電流0.5mA,根據公式I = Q/t,得t= Q/I。t=2102d。從表中可知,水表開閥或關閥時,水表通過的電流為500mA,電源是由兩節(jié)3.6V的電池串聯(lián)組成,即電源兩端的電壓為7.2V,根據電功率公式:P= UI,P= UI =3.6W。(3)從表中可知,FY-25E型熱水表的常用流量為3.5m3/h,即該水表此時每小時流出3.5m3的水。根據公式:Q吸= cm(t-t0)和Q吸=Pt1,得P= cm(t-t0)/t1。代入數據后,得:P=1.53105W。從