2014年第二十四屆全國初中應(yīng)用物理知識競賽——復(fù)賽試卷

1、2014年第24屆“巨人杯”全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽試卷一、（16分）（2014復(fù)）1（16分）請利用現(xiàn)有器材：一塊大小合適且質(zhì)地不一定均勻的木板，一把量程為2m的卷尺，一臺能夠測量人體質(zhì)量的磅秤（如圖所示），磚塊若干塊設(shè)計一個測量人體重心位置的方案要求寫出測量步驟和測量結(jié)果的表達式二、（16分）（2014復(fù)）2（16分）小明的媽媽為了方便早餐時喝上豆?jié){，買了一臺全自動豆?jié){機，如圖甲所示圖乙所示為豆?jié){機的主要結(jié)構(gòu)：中間部位是一個連接著刀頭的電動機，用來將原料進行粉碎打漿；電熱管負責(zé)對液體加熱煮沸下表是這個豆?jié){機的主要技術(shù)參數(shù)型 號額定電壓220V額定頻率50Hz電機功率180W加熱功率80

2、0W容 量1000mL小明想探究一下豆?jié){機工作的具體過程以及耗電情況，在某次使用之前，先查看了他家的單相電子電能表，上面注明1600imp/kWh，之后，他關(guān)閉其他所有家用電器，將浸泡好的適量黃豆和l000cm3的清水放入豆?jié){機的杯體，啟動自動控制鍵，開始用鐘表計時的同時記錄電能表上面的發(fā)光二極管閃爍的次數(shù)，豆?jié){機按“加熱一預(yù)打漿一加熱一打漿一煮漿一防溢延煮”的程序正常工作直至豆?jié){機發(fā)出聲光報警，提示豆?jié){已做好從啟動自動控制鍵至豆?jié){機發(fā)出聲光報警，整個過程用時20min，電能表上面的發(fā)光二極管閃爍了320次其中、三個過程為電熱絲單獨不間斷工作，而、為電機單獨間歇工作，此過程中電動機累計工作時間

3、為2min，為電熱絲單獨間歇工作請回答：（1）、兩個過程中，電動機為什么要間歇工作？（2）在豆?jié){機工作的20min內(nèi)，消耗的電能為多少kWh？（3）在豆?jié){機工作的20min內(nèi)，電熱絲和電機都不工作的時間為多少min？三、（16分）（2014復(fù)）3（16分）下表所示為某品牌的空調(diào)器銘牌上的部分參數(shù)，其中KFRD表示該空調(diào)為家用分體式具有電輔熱功能的冷暖空調(diào)器請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，回答下面的問題（已知：空氣的密度為1.29kg/m3，空氣的比熱容取103J/（kg）注：空調(diào)的電輔熱功能有兩方面的作用，一是在室外溫度不太低時開啟電輔熱功能可以增加制熱量，實現(xiàn)室內(nèi)溫度的快速提升，二是當室外溫度很低，空調(diào)器

4、的壓縮機制熱效能過低時，開啟電輔熱功能可以輔助制熱，彌補單純靠壓縮機工作制熱量不足的問題XXXKFRD23GW/Z1分體式房間空調(diào)器電源IPH220V50Hz制冷運行制冷量2300W額定輸入功率830W制熱運行制熱量2600W額定輸入功率780W電熱功率500W（1）如果房間的面積為15m2，高度為2.6m，問：如果按照表中的數(shù)據(jù)工作，該空調(diào)器至少多長時間才能將室內(nèi)的空氣由10加熱升高至20？（2）在l中，若室外溫度不太低，實際加熱時間約為4.0min，則在利用空調(diào)器對室內(nèi)空氣加熱的過程中，室內(nèi)空氣向外散熱的平均功率約為多少？空調(diào)器總共消耗的電能為多少？（3）該空調(diào)器在制冷時的額定輸入功率為8

5、30W，而它的制冷量卻是2300W，比輸入功率還要大，這是為什么？四、（16分）（2014復(fù)）4（16分）機器人小組的同學(xué)要制作一個能自己從椅子上站起的機器人，如圖1所示他們已經(jīng)完成的部分如圖2甲所示：Ol和O2為兩個關(guān)節(jié)（所有關(guān)節(jié)處均安裝有馬達，可使關(guān)節(jié)在一定范圍內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)動）：當機器人的上半身、小腿均垂直于大腿坐在椅子上時，上半身可以繞O1順時針轉(zhuǎn)動30角、逆時針轉(zhuǎn)動90角，小腿只能繞O2逆時針轉(zhuǎn)動90角，如圖2乙所示；O1以上的上半身總長50cm，總質(zhì)量為11.2kg，其重心G1位于Ol正上方25cm處；在Ol和O2水平連線上的大腿部分長25cm，兩只大腿的總質(zhì)量為4.8kg，其重心G2位

6、于Ol和O2連線的中點：O2以下的小腿和腳總長27cm，兩只小腿和腳的總質(zhì)量為4.8kg，其重心位于O2正下方6cm處；其中腳在水平面上的前后長度為l0cm且過O2的豎直線恰好將腳分為對稱的兩半現(xiàn)還需在O1正上方40cm的O3處，為機器人安裝兩只手臂（如圖2丙所示，大臂可繞關(guān)節(jié)O3轉(zhuǎn)動360角、小臂可繞關(guān)節(jié)O4逆時針轉(zhuǎn)動90角，如圖2乙所示；大臂和小臂的長度相等，重心位于整只手臂的中心點）根據(jù)所使用的材料，已知每一只手臂的質(zhì)量和長度的關(guān)系為“每lcm長度手臂的質(zhì)量為0.06kg”請你從理論上計算出機器人的整只手臂至少需要多長，才能使機器人能夠從圖2甲所示的坐姿自己站起來五、（18分）（2014

7、復(fù)）5（18分）如圖1所示為油田開采石油的抽油系統(tǒng)，由抽油機、抽油桿和抽油泵等部分組成抽油泵的原理與活塞式抽水機類似；抽油機通過抽油桿，帶動抽油泵的活塞上下往復(fù)運動，將油層中的原油抽至地面（l）抽油機的結(jié)構(gòu)如圖2甲所示。電動機帶動曲柄轉(zhuǎn)動，通過連桿推動游梁和驢頭繞支點O往復(fù)轉(zhuǎn)動。驢頭的外側(cè)為一段以O(shè)為圓心的圓弧，它可以確保游梁轉(zhuǎn)動時，上端固定在驢頭外側(cè)某一點上的鋼絲繩對懸點的拉力始終在同一條豎直線上已知驢頭外側(cè)圓弧的半徑為L1，支點O到連桿和游梁連接處的（沿游梁方向）長度為L2游梁和驢頭受到的總重力為G，支點O到游梁和驢頭的重心的（沿游梁方向）長度為L3若當驢頭通過鋼絲繩拉動懸點保持靜止、懸點

8、處受到豎直向下的拉力為F、游梁和水平線的夾角為時，連桿對游梁的拉力方向豎直向下，請你求出該拉力的大?。?）抽油泵處的示意圖如圖2乙所示抽油泵包括活塞、排出閥、吸入閥、油管等組成部分，請說明抽油泵的工作原理由于油層內(nèi)的壓強，當套管插入油層時，原油的液面會自動上升到一定高度再通過抽油泵，可進一步將原油吸至地面用回聲儀可以測出原油液面距地面的深度在套管中插入油管時，需保證抽油泵始終在原油液面之下已知在某油田，地面的回聲儀發(fā)出聲波，時間后接收到回聲（空氣中聲速為v）；所安裝的抽油桿的總長度為，（單位長度抽油桿的質(zhì)量為m），橫截面積為Sl，活塞的橫截面積為S2，原油的密度為現(xiàn)要將原油抽至地面，抽油桿和活

9、塞勻速上升時，受到的總摩擦阻力為f1，抽油桿和活塞勻速下降時，受到的總摩擦阻力為f2請分別估算當抽油桿勻速豎直向上提升、勻速豎直下降時，懸點處受到豎直向下的拉力（套管和油管中，原油液面上方的氣壓相同；地面下的抽油桿長度遠大于懸點距地面的高度）六、（18分）（2014復(fù)）6（18分）小明地鐵時發(fā)現(xiàn)，在地鐵離開某一站之后不久，透過地鐵的車窗，可以看見黑洞洞的地鐵隧道墻壁上出現(xiàn)了一小段動畫廣告，如圖甲所示他很好奇，就上網(wǎng)查到了這種技術(shù)的原理：事先用電腦制作好一段動畫，再通過軟件將動畫的每一幀畫面逐列的以一定的時間間隔發(fā)送到一根長約1m的LED（半導(dǎo)體發(fā)光二極管）顯示柱上，每根顯示柱約有600個LED

10、，如圖乙所示，每根顯示柱只接收同一幅畫面的信號地鐵列車通過時同步感應(yīng)器驅(qū)動顯示柱同步發(fā)光，隨著列車以某個速度行駛，由于視覺暫留效應(yīng)（人眼在觀察景物時，光信號傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時間，光的作用結(jié)束后，視覺形象并不立即消失，而是會保留約十分之一秒，視覺的這一現(xiàn)象稱為“視覺暫留”），就會在人眼中形成一幅幅靜止的具有一定寬度的靜止畫面，每個顯示柱形成的略有變化的畫面在掠過乘客眼中時，就會像放電影一樣形成一小段動畫廣告了試根據(jù)以上數(shù)據(jù)估算：（1）假如要在乘客眼前形成流暢的動畫，需要在地鐵車窗外每秒出現(xiàn)24幅寬度約90cm的畫面，列車的速度應(yīng)該是多少km/h？（2）要想展示一個20s的動畫廣告，

11、每兩站之間一共需要多少個LED顯示柱？（3）如果某時刻乘客發(fā)現(xiàn)動畫的畫面向車行的前方緩慢移動，是因為實際車速與設(shè)計的速度相比偏大還是偏??？（4）若每個LED的耗電功率為直流0.03W，假設(shè)將交流電轉(zhuǎn)化為直流電時的效率為80%，某條地鐵線路一共有16個站點（含起點與終點站），地鐵經(jīng)過每個相鄰站間均有20s的動畫廣告，每天每根LED顯示柱均累計工作2h，則這條雙向的地鐵隧道中，僅LED顯示柱發(fā)光每天就會消耗多少kWh的電能？2014年第24屆“巨人杯”全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽試卷參考答案與試題解析一、（16分）1（16分）請利用現(xiàn)有器材：一塊大小合適且質(zhì)地不一定均勻的木板，一把量程為2m的卷尺

12、，一臺能夠測量人體質(zhì)量的磅秤（如圖所示），磚塊若干塊設(shè)計一個測量人體重心位置的方案要求寫出測量步驟和測量結(jié)果的表達式考點：控制變量法與探究性實驗方案菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：探究型實驗綜合題分析：重力在物體上的作用點叫做重心，質(zhì)地均勻，外形規(guī)則的物體的重心在物體的幾何中心上解答：答：測量步驟：（1）將磅秤置于水平地面后，調(diào)節(jié)平衡（調(diào)零）；（2）用磅秤測量人體的質(zhì)量，記為m1；（3）將磚塊橫向立放于磅秤載物臺中央位置，木板一端置于磚塊上，另一端用磚塊墊起使木板與地面平行，記錄磅秤的示數(shù)m0；（4）被測量的人平躺在木板上，腳底與磅秤外的一端平齊，記錄磅秤的示數(shù)m；（5）用卷尺測得木板的長度為L設(shè)人的重心

13、到腳底的距離為h，根據(jù)杠桿平衡條件得：（mm0）gL=m1ghh=L點評：本題考查了學(xué)生對重心以及杠桿平衡條件的掌握，注重了學(xué)生實驗?zāi)芰Φ目疾槎?、?6分）2（16分）小明的媽媽為了方便早餐時喝上豆?jié){，買了一臺全自動豆?jié){機，如圖甲所示圖乙所示為豆?jié){機的主要結(jié)構(gòu)：中間部位是一個連接著刀頭的電動機，用來將原料進行粉碎打漿；電熱管負責(zé)對液體加熱煮沸下表是這個豆?jié){機的主要技術(shù)參數(shù)型 號額定電壓220V額定頻率50Hz電機功率180W加熱功率800W容 量1000mL小明想探究一下豆?jié){機工作的具體過程以及耗電情況，在某次使用之前，先查看了他家的單相電子電能表，上面注明1600imp/kWh，之后，他關(guān)閉

14、其他所有家用電器，將浸泡好的適量黃豆和l000cm3的清水放入豆?jié){機的杯體，啟動自動控制鍵，開始用鐘表計時的同時記錄電能表上面的發(fā)光二極管閃爍的次數(shù)，豆?jié){機按“加熱一預(yù)打漿一加熱一打漿一煮漿一防溢延煮”的程序正常工作直至豆?jié){機發(fā)出聲光報警，提示豆?jié){已做好從啟動自動控制鍵至豆?jié){機發(fā)出聲光報警，整個過程用時20min，電能表上面的發(fā)光二極管閃爍了320次其中、三個過程為電熱絲單獨不間斷工作，而、為電機單獨間歇工作，此過程中電動機累計工作時間為2min，為電熱絲單獨間歇工作請回答：（1）、兩個過程中，電動機為什么要間歇工作？（2）在豆?jié){機工作的20min內(nèi)，消耗的電能為多少kWh？（3）在豆?jié){機工作

15、的20min內(nèi)，電熱絲和電機都不工作的時間為多少min？考點：電功與熱量的綜合計算菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：電和熱綜合題分析：（1）豆?jié){機是由電熱管和電動機并聯(lián)連接，而豆?jié){機的電動機工作時，電熱管不工作；電熱管工作時，電動機不工作；（2）1600imp/kWh表示每消耗1kWh指示燈閃爍1600次，然后進一步求出指示燈閃爍320次消耗的電能；（3）根據(jù)W=Pt求出電動機消耗的電能；根據(jù)消耗的總電能和電動機消耗的電能求出電熱絲消耗的電能，再利用P=的變形公式求出電熱絲工作的時間，最后根據(jù)豆?jié){機工作的時間和電熱絲工作的時間即可求出電熱絲和電機都不工作的時間解答：解：（1）兩個過程為打漿過程，電動機停止轉(zhuǎn)

16、動，刀頭也停止旋轉(zhuǎn)，在水和黃豆停止流動后，電動機突然帶動刀頭再次高速旋轉(zhuǎn)，此時黃豆由于慣性仍然保持靜止，這樣才能更有效將黃豆打碎，如此反復(fù)，最終將黃豆打成細小的顆粒，經(jīng)加熱后成為豆?jié){；（2）消耗的電能：W=kWh=0.2kWh=7.2105J=0.2kWh；（3）電動機消耗的電能：W電動機=P電動機t電動機=180W260s=2.16104J；電熱絲消耗的電能：W電熱絲=WW電動機=7.2105J2.16104=6.984105J；由P=可得，電熱絲工作的時間：t電熱絲=873s=14.6min；電熱絲和電機都不工作的時間：t=20min14.6min=3.4min答：（1）兩個過程為打漿過程

17、，電動機停止轉(zhuǎn)動，刀頭也停止旋轉(zhuǎn)，在水和黃豆停止流動后，電動機突然帶動刀頭再次高速旋轉(zhuǎn)，此時黃豆由于慣性仍然保持靜止，這樣才能更有效將黃豆打碎，如此反復(fù)，最終將黃豆打成細小的顆粒，經(jīng)加熱后成為豆?jié){；（2）在豆?jié){機工作的20min內(nèi)，消耗的電能為0.2kWh；（3）在豆?jié){機工作的20min內(nèi)，電熱絲和電機都不工作的時間為14.6min點評：本題考查豆?jié){機的工作原理、消耗電能和時間的計算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運用，難點是根據(jù)題意分析出豆?jié){機的工作原理三、（16分）3（16分）下表所示為某品牌的空調(diào)器銘牌上的部分參數(shù)，其中KFRD表示該空調(diào)為家用分體式具有電輔熱功能的冷暖空調(diào)器請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，

18、回答下面的問題（已知：空氣的密度為1.29kg/m3，空氣的比熱容取103J/（kg）注：空調(diào)的電輔熱功能有兩方面的作用，一是在室外溫度不太低時開啟電輔熱功能可以增加制熱量，實現(xiàn)室內(nèi)溫度的快速提升，二是當室外溫度很低，空調(diào)器的壓縮機制熱效能過低時，開啟電輔熱功能可以輔助制熱，彌補單純靠壓縮機工作制熱量不足的問題XXXKFRD23GW/Z1分體式房間空調(diào)器電源IPH220V50Hz制冷運行制冷量2300W額定輸入功率830W制熱運行制熱量2600W額定輸入功率780W電熱功率500W（1）如果房間的面積為15m2，高度為2.6m，問：如果按照表中的數(shù)據(jù)工作，該空調(diào)器至少多長時間才能將室內(nèi)的空氣由

19、10加熱升高至20？（2）在l中，若室外溫度不太低，實際加熱時間約為4.0min，則在利用空調(diào)器對室內(nèi)空氣加熱的過程中，室內(nèi)空氣向外散熱的平均功率約為多少？空調(diào)器總共消耗的電能為多少？（3）該空調(diào)器在制冷時的額定輸入功率為830W，而它的制冷量卻是2300W，比輸入功率還要大，這是為什么？考點：電功與熱量的綜合計算菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：電和熱綜合題分析：（1）由表可知空調(diào)的制冷功率，先根據(jù)m=V求出空調(diào)需要制冷空氣的質(zhì)量，再根據(jù)Q=cmt求出空調(diào)需要吸收的熱量；利用t=求出需要的制冷時間（2）根據(jù)功率的計算公式以及額定功率和實際功率即可求出散熱功率；根據(jù)制熱時的制熱輸入功率和電熱功率以及W=Pt

20、即可求出空調(diào)器總共消耗的電能；（3）從物態(tài)變化以及吸熱、放熱的特點進行分析解答：解：（1）室內(nèi)空氣體積：V=15m22.6m=39m3；空調(diào)需要制熱空氣的質(zhì)量：m=V=1.29kg/m339m3=50.31kg；空調(diào)需要放出的熱量：Q放=c空氣mt=1.0103J/（kg）50.31kg（2010）=5.03105J；由P=可得，將室內(nèi)溫度從10調(diào)升至20，需要的時間：t=162.3s=2.7min；（2）散熱功率：P散熱=P=3100W=1000W；空調(diào)器總共消耗的電能：W=Pt=（500W+780W）460s=3.07105J；（3）空調(diào)器在工作過程中，壓縮機通過使工作物質(zhì)不斷發(fā)生液化和汽

21、化，將室內(nèi)的熱量搬至室外，因此壓縮機消耗的功率可以小于制冷功率故答案為：（1）該空調(diào)器至少2.7min才能將室內(nèi)的空氣由10加熱升高至20；（2）在利用空調(diào)器對室內(nèi)空氣加熱的過程中，室內(nèi)空氣向外散熱的平均功率約為1000W；空調(diào)器總共消耗的電能為3.07105J；（3）空調(diào)器在工作過程中，壓縮機通過使工作物質(zhì)不斷發(fā)生液化和汽化，將室內(nèi)的熱量搬至室外，因此壓縮機消耗的功率可以小于制冷功率點評：本題考查了物態(tài)變化過程吸放熱現(xiàn)象，質(zhì)量的計算，物體吸放熱量的計算，電功、電功率的計算等；涉及的知識點較多，綜合性強，難度較大四、（16分）4（16分）機器人小組的同學(xué)要制作一個能自己從椅子上站起的機器人，如

22、圖1所示他們已經(jīng)完成的部分如圖2甲所示：Ol和O2為兩個關(guān)節(jié)（所有關(guān)節(jié)處均安裝有馬達，可使關(guān)節(jié)在一定范圍內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)動）：當機器人的上半身、小腿均垂直于大腿坐在椅子上時，上半身可以繞O1順時針轉(zhuǎn)動30角、逆時針轉(zhuǎn)動90角，小腿只能繞O2逆時針轉(zhuǎn)動90角，如圖2乙所示；O1以上的上半身總長50cm，總質(zhì)量為11.2kg，其重心G1位于Ol正上方25cm處；在Ol和O2水平連線上的大腿部分長25cm，兩只大腿的總質(zhì)量為4.8kg，其重心G2位于Ol和O2連線的中點：O2以下的小腿和腳總長27cm，兩只小腿和腳的總質(zhì)量為4.8kg，其重心位于O2正下方6cm處；其中腳在水平面上的前后長度為l0cm且過O

23、2的豎直線恰好將腳分為對稱的兩半現(xiàn)還需在O1正上方40cm的03處，為機器人安裝兩只手臂（如圖2丙所示，大臂可繞關(guān)節(jié)O3轉(zhuǎn)動360角、小臂可繞關(guān)節(jié)04逆時針轉(zhuǎn)動90角，如圖2乙所示；大臂和小臂的長度相等，重心位于整只手臂的中心點）根據(jù)所使用的材料，已知每一只手臂的質(zhì)量和長度的關(guān)系為“每lcm長度手臂的質(zhì)量為0.06kg”請你從理論上計算出機器人的整只手臂至少需要多長，才能使機器人能夠從圖2甲所示的坐姿自己站起來考點：杠桿的平衡條件菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：簡單機械分析：重力的方向是豎直向下的，機器人站起克服自身的重力，需要將自己的重心移動到腳面上方的范圍內(nèi)； 根據(jù)機器人受力分析圖，把機器人看作是一個

24、杠桿，手臂取最短長度時，身體處于平衡狀態(tài)時，分別表示出上半身受到的重力、兩只大腿受到的重力、兩只小腿受到的重力和腳受到的總重力及其各力臂；再表示出則兩只手臂受到的總重力，機器人的整只手臂的最短長度為；最后根據(jù)杠桿平衡原理F1L1=F2L2，列出方程解答解答：解：（1）機器人在從座椅上向上站起來之前，必須先將自己的重心移動到腳面上方的范圍內(nèi)（2）機器人手臂取最短長度時，應(yīng)滿足條件為：機器人上半身繞O1點前傾（順時針轉(zhuǎn)動）30角，同時水平向前伸直兩只手臂，整個機器人的重心剛好落在腳后跟的正上方如圖答1所示：（3）上半身受到的重力G1=m1g=11.2kgg，由幾何關(guān)系到腳后跟的力臂為7.5cm；兩

25、只大腿受到的總重力G2=m2g=4.8kgg，由幾何關(guān)系到腳后跟的力臂為7.5cm；兩只小腿和腳受到的總重力G3=m2g=4.8kgg，由幾何關(guān)系到腳后跟的力臂為5cm（4）設(shè)機器人的整只手臂的最短長度為L，則兩只手臂受到的總重力G4=mg=20.06kg/cmLg；（5）由幾何關(guān)系到腳后跟的力臂為，由此列出方程：11.2kgg7.5cm+7.5cm=4.8kgg5cm+20.06kg/cmgL，解得：L=40cm答：從理論上機器人的整只手臂至少需要40cm，能使機器人能夠從圖2甲所示的坐姿自己站起來點評：本題考查了杠桿平衡原理在實際生活中的靈活應(yīng)用，需要學(xué)生有較強的分析能力，屬于難題，能夠?qū)?/p>

26、力和力臂的正確分析是解答此題的關(guān)鍵五、（18分）5（18分）如圖1所示為油田開采石油的抽油系統(tǒng)，由抽油機、抽油桿和抽油泵等部分組成抽油泵的原理與活塞式抽水機類似；抽油機通過抽油桿，帶動抽油泵的活塞上下往復(fù)運動，將油層中的原油抽至地面（l）抽油機的結(jié)構(gòu)如圖2甲所示電動機帶動曲柄轉(zhuǎn)動，通過連桿推動游梁和驢頭繞支點O往復(fù)轉(zhuǎn)動驢頭的外側(cè)為一段以O(shè)為圓心的圓弧，它可以確保游梁轉(zhuǎn)動時，上端固定在驢頭外側(cè)某一點上的鋼絲繩對懸點的拉力始終在同一條豎直線上已知驢頭外側(cè)圓弧的半徑為L1，支點O到連桿和游梁連接處的（沿游梁方向）長度為L2游梁和驢頭受到的總重力為G，支點O到游梁和驢頭的重心的（沿游梁方向）長度為L3

27、若當驢頭通過鋼絲繩拉動懸點保持靜止、懸點處受到豎直向下的拉力為F、游梁和水平線的夾角為時，連桿對游梁的拉力方向豎直向下，請你求出該拉力的大?。?）抽油泵處的示意圖如圖2乙所示抽油泵包括活塞、排出閥、吸入閥、油管等組成部分，請說明抽油泵的工作原理由于油層內(nèi)的壓強，當套管插入油層時，原油的液面會自動上升到一定高度再通過抽油泵，可進一步將原油吸至地面用回聲儀可以測出原油液面距地面的深度在套管中插入油管時，需保證抽油泵始終在原油液面之下已知在某油田，地面的回聲儀發(fā)出聲波，時間后接收到回聲（空氣中聲速為v）；所安裝的抽油桿的總長度為，（單位長度抽油桿的質(zhì)量為m），橫截面積為Sl，活塞的橫截面積為S2，原

28、油的密度為現(xiàn)要將原油抽至地面，抽油桿和活塞勻速上升時，受到的總摩擦阻力為f1，抽油桿和活塞勻速下降時，受到的總摩擦阻力為f2請分別估算當抽油桿勻速豎直向上提升、勻速豎直下降時，懸點處受到豎直向下的拉力（套管和油管中，原油液面上方的氣壓相同；地面下的抽油桿長度遠大于懸點距地面的高度）考點：杠桿的平衡條件；速度公式及其應(yīng)用；氣壓計和抽水機菁優(yōu)網(wǎng)版權(quán)所有專題：長度、時間、速度；氣體的壓強、流體壓強與流速的關(guān)系；簡單機械分析：（1）鋼絲繩對驢頭的拉力（以及摩擦力）始終沿切線方向，所以拉力（以及摩擦力）對支點O的力臂不變，游梁和水平線的夾角為已知，根據(jù)力的平衡和余弦定理計算出拉力大小；（2）根據(jù)活塞的運

29、行方向和砝碼的關(guān)閉情況進行分析解答；當抽油桿勻速豎直向上提升時，活塞受到的重力遠小于抽油桿的重力，可忽略，所以懸點的拉力等于抽油桿受到的重力lmg、加上活塞上方的原油受到的總重（S2S1）lg、加上總摩擦力f1（方向與相對運動方向相反，豎直向下）、并減去套管中高出活塞的原油液柱給活塞向上的壓力g（lh）S2；據(jù)此解答；當抽油桿勻速豎直下降時，懸點的拉力等于抽油桿受到的重力lmg、減去總摩擦阻力f2（方向與相對運動方向相反、豎直向上）、減去抽油管中的原油對抽油桿的浮力glS1；據(jù)此解答解答：解：（1）由于鋼絲繩對驢頭的拉力（以及摩擦力）始終沿切線方向，故鋼絲繩拉力（以及摩擦力）對支點O的力臂始終

30、為L1，故T連桿=L2cos=FL1+L3cos，T連桿=；（2）活塞向上運動時，由于活塞上方液柱的壓力，排出閥關(guān)閉由于套管匯總液柱的壓力，吸入閥打開，原油被吸入油管活塞向下運動時，吸入閥由于受到上方液柱的壓力而關(guān)閉排出閥由于受到活塞下方液柱的壓力而打開，從而將活塞下方的原油壓入活塞上方如此不斷往復(fù)運動，利用活塞將原油不斷提升至高處設(shè)原油液面到活塞的液柱深度為h，可求出h=，則原油液面到活塞的液柱深度為lh；當抽油桿勻速豎直向上提升時，排出閥關(guān)閉，吸入閥打開，以抽油桿、活塞、油管中活塞上方的原油液柱整體作為研究對象，懸點的拉力等于抽油桿受到的重力lmg（活塞受到的重力遠小于抽油桿的重力，可忽略

31、）、加上活塞上方的原油受到的總重（S2S1）lg、加上總摩擦力f1（方向與相對運動方向相反，豎直向下）、并減去套管中高出活塞的原油液柱給活塞向上的壓力g（lh）S2；故T勻速上升=lmg+（S2S1）lg+f1g（lh）S2=lmg+（S2S1）lg+f1g（l）S2；當抽油桿勻速豎直下降時，排出閥打開，吸入閥關(guān)閉；以抽油桿和活塞整體做為研究對象懸點的拉力等于抽油桿受到的重力lmg（活塞受到的重力遠小于抽油桿的重力，可忽略）、減去總摩擦阻力f2（方向與相對運動方向相反、豎直向上）、減去抽油管中的原油對抽油桿的浮力glS1故T勻速下降=lmgf2glS1答：（1）該拉力的大小為；（2）抽油泵的工

32、作原理為：活塞向上運動時，由于活塞上方液柱的壓力，排出閥關(guān)閉由于套管匯總液柱的壓力，吸入閥打開，原油被吸入油管活塞向下運動時，吸入閥由于受到上方液柱的壓力而關(guān)閉排出閥由于受到活塞下方液柱的壓力而打開，從而將活塞下方的原油壓入活塞上方如此不斷往復(fù)運動，利用活塞將原油不斷提升至高處；當抽油桿勻速豎直向上提升、勻速豎直下降時，懸點處受到豎直向下的拉力分別為：lmg+（S2S1）lg+f1g（l）S2；lmgf2glS1點評：本題考查了所學(xué)物理知識在實際生活中的應(yīng)用，是一道競賽題目，難度較大，不易理解六、（18分）6（18分）小明地鐵時發(fā)現(xiàn)，在地鐵離開某一站之后不久，透過地鐵的車窗，可以看見黑洞洞的地鐵隧道墻壁上出現(xiàn)了一小段動畫廣告，如圖甲所示他很好奇，就上網(wǎng)查到了這種技術(shù)的原理：事先用電腦制作好一段動畫，再通過軟件將動畫的每一幀畫面逐列的以一定的時間間隔發(fā)送到一根長約1m的LED（半導(dǎo)體發(fā)光二極管）顯示柱上，每根顯示柱約有600個LED，如圖乙所示，每根顯示柱只接收同一幅畫面的信號地鐵列車通過時同步感應(yīng)器驅(qū)動顯示柱同步發(fā)光，隨著列車以某個速度行駛，由于視覺暫留效應(yīng)（人眼在觀察景物時，光信號傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時間，光的作用結(jié)束后，視覺形