2012年第二十二屆全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽試題及答案

1、2012年第二十二屆全國初中應(yīng)用物理競賽復(fù)賽試題注意事項(xiàng)：1請?jiān)诿芊忮X內(nèi)填寫所在地區(qū)、學(xué)校、姓名和考號。2用藍(lán)色或黑色鋼筆、圓珠筆書寫。 3本試卷共有六個(gè)大題，滿分為100分。4答卷時(shí)間: 2012年4月15日(星期日)上午9：3011:10。題 號一二三四五六總 分分 數(shù)復(fù)核人得 分評卷人一、（16分) 某小型汽油發(fā)電機(jī)外形如圖1所示，其實(shí)質(zhì)是利用一個(gè)汽油機(jī)帶動(dòng)一個(gè)發(fā)電機(jī)來發(fā)電。該發(fā)種電機(jī)銘牌部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)求：發(fā)動(dòng)機(jī)(汽油機(jī))發(fā)電機(jī)型號 XGQF5.0 型號 XGQF5.0 額定功率 8.3kW額定輸出功率 5kW噪聲 73db 額定輸出電壓 220V連續(xù)運(yùn)行時(shí)間 8h額

2、定頻率 50Hz 強(qiáng)制水冷四沖程自動(dòng)電壓保護(hù) 圖1(1)在允許的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，發(fā)電機(jī)以額定功率輸出，能夠提供的電能是多少度? 172教學(xué)網(wǎng) (2)己知汽油的熱值是q=4.6×l07J/kg，密度是0.71×103kg/m3，設(shè)該汽油機(jī)的效率為35%，則該汽油發(fā)電機(jī)油箱的容積至少需要多大?172教學(xué)網(wǎng)(3)汽油發(fā)電機(jī)將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能的效率是多少?網(wǎng)172教學(xué)網(wǎng)得 分評卷人進(jìn)水回水測溫三通水量調(diào)節(jié)閥熱量表熱量表熱量計(jì)量系統(tǒng)組成用戶圖2二、(16分)長期以來，我國北方地區(qū)城鎮(zhèn)居民的冬季采暖計(jì)量一般都按住宅面積收費(fèi)，導(dǎo)致用戶節(jié)能意識差，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。作為建筑節(jié)能的一項(xiàng)基本措

3、施，近幾年部分地區(qū)試點(diǎn)以熱量表作為計(jì)量收費(fèi)的依據(jù)和手段，經(jīng)測算可節(jié)能約20%30%。172如圖2所示，一個(gè)完整的熱量表由以下三個(gè)部分組成：一只液體流量計(jì)，用以測量經(jīng)熱交換的熱水流量；一對用鉑電阻制作的溫度傳感器，分別測量供暖進(jìn)水和回水溫度；一低功耗的單芯片計(jì)算機(jī)，根據(jù)與其相連的流量計(jì)和溫度傳感器提供的流量和溫度數(shù)據(jù)，利用熱力學(xué)公式可計(jì)算出用戶從熱交換系統(tǒng)獲得的熱量，通過液晶顯示器將測量數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果顯示出來。172教學(xué)網(wǎng)以下是某用戶家中的熱量表的部分參數(shù)，已知水的比熱容取4.2×l03J/(kg·C)，天然氣的燃燒值約為8×107J/m3。最大流量/m3h-12.

4、5 測溫范圍4 100溫差范圍/K250 最大水壓/MPa1.6電源3.6V 2Ah 電源壽命5年 網(wǎng)（1）試通過以上數(shù)據(jù)計(jì)算該型號熱量表能測量的最大供熱功率是多少？（2）在一次要查看熱量表記錄情況時(shí)，通過逐次點(diǎn)按計(jì)量表上的信息顯示按鈕，液晶顯示器逐項(xiàng)顯示出了下列數(shù)據(jù)：供水溫度：52.5回水溫度：49.7瞬時(shí)流量：0.777m3/h累計(jì)熱量：46235.67kW·h工作時(shí)間：19104h46min根據(jù)這些數(shù)據(jù)推算，求此次查看時(shí)該用戶家平均每小時(shí)從暖氣中得到的熱量約為多少J？到此次查看時(shí)為止，該用戶從這套供暖系統(tǒng)得到的總能量相當(dāng)于完全燃燒了多少m3的天然氣？(3)如果出現(xiàn)大風(fēng)降溫天氣，

5、住宅通過外墻散熱的速度會(huì)加大。從原理分析，應(yīng)該在家中怎樣調(diào)節(jié)，才能保持室內(nèi)溫度不出現(xiàn)明顯下降。(4)這種型號的熱量表平均耗電功率不超過多大? (5) 2010年國家將逐漸在全國推廣使用供熱分戶計(jì)量。假設(shè)某城區(qū)在未使用熱量表計(jì)費(fèi)時(shí)，一年熱力公司共消耗天然氣40億立方米，現(xiàn)有30%的用戶使用熱量表，在使用后平均每戶節(jié)能20%。按此情況計(jì)算，這些使用熱量表的用戶一年可節(jié)約多少天然氣? 172教學(xué)網(wǎng)得 分評卷人圖3三、（16分）雙活塞氣壓計(jì)是一種可以消除活塞自重影響、對低壓'容器內(nèi)的壓強(qiáng)進(jìn)行測量的裝置。如圖3所示，在甲、乙兩個(gè)空腔容器中各有一個(gè)活塞A和B，其中活塞A的截面上下一致，稱為自由活塞

6、，其橫截面積為S1；活塞B的上下截面不等，稱為差動(dòng)活塞，其上下兩部分的橫截面積分別為S2和S3。乙容器的上、下兩部分彼此隔絕，不能相互滲氣、滲油。C為帶有閥門K1的工作液體的接口，工作液體充滿甲容器和乙容器的上部空腔；D為帶有閥門K2的接口，可接待測容器；E為帶有閥門K3的接口，可與抽氣機(jī)相連。測量前要先校正零位平衡：K1關(guān)閉， K2打開，D口不連接待測容器，在兩活塞上面放置砝碼(圖中未畫出)，調(diào)節(jié)砝碼的質(zhì)量使兩活塞升起的高度相同。進(jìn)行測量時(shí)，要將待測量的容器接在D口上，并關(guān)閉K2、打開K3，開動(dòng)抽氣機(jī)進(jìn)行抽氣，待乙容器下部空腔內(nèi)接近真空時(shí)，關(guān)閉K3、打開K2，此時(shí)差動(dòng)活塞B己有所下降，在自由

7、活塞A上再加放重為G的砝碼時(shí)，A、B兩活塞的上表面恰好能恢復(fù)等高。 己知進(jìn)行測量時(shí)大氣壓強(qiáng)為p0 ，求待測容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p。172根據(jù)帕斯卡定律可知：加在密閉液體上的壓強(qiáng)能夠大小不變地被液體向各個(gè)方向傳遞。172教學(xué)網(wǎng)得 分評卷人四、（16分）小明看到一句農(nóng)諺：“下雪不冷化雪冷”。他很好奇，想具體了解一下冰雪熔化時(shí)究竟要吸收多少熱量。于是查找了資料，知道“熔化熱”的定義是：單位質(zhì)量的某種晶體，在熔化成同溫度的液體時(shí)吸收的熱量，叫做這種晶體的熔化熱。他想用實(shí)驗(yàn)測量一下冰的熔化熱，于是找來了一些實(shí)驗(yàn)器材：一架天平和配套的硅碼、一支實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)（0100）、一個(gè)有密封蓋子的保溫桶、一個(gè)小燒杯、一把

8、鑷子和一個(gè)專門用來在冰箱中凍小冰塊的塑料冰格，又觀察到家里的冰箱面板上顯示冷凍室溫度恒為-18。請幫助小明設(shè)計(jì)一個(gè)用這些器材粗測冰塊熔化熱的方案，要求寫出實(shí)驗(yàn)的步驟和用測量的物理量計(jì)算冰的熔化熱的表達(dá)式 (水和冰的比熱容分別用C水和C冰表示)。172教學(xué)網(wǎng)得 分評卷人五、（18分）在一些地區(qū)的電力線路敷設(shè)過程中，會(huì)使用簡易絞盤將沉重的混凝土電線桿立起來。其主要結(jié)構(gòu)如圖4所示。作業(yè)前，先將絞盤底座牢固地固定在地面上，立桿作業(yè)時(shí)，根據(jù)實(shí)際需要，安排1 4人分別推動(dòng)不同的橫桿末端，使橫桿繞軸做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣系在電線桿上的鋼絲繩就被不斷地纏繞在軸上，電線桿被逐漸拉起并最終堅(jiān)直站立。己知，某個(gè)絞盤的軸

9、直徑D=l0cm，各橫桿末端到軸心的距離L=lm。在一次立桿作業(yè)中，所立的電線桿所受重力G=6200N，長L0=10m，其重心距粗端4m。若在電線桿升至某時(shí)刻時(shí)的情形如圖5所示，設(shè)此時(shí)絞盤的機(jī)械效率=80%，定滑輪的阻力可忽略不計(jì)。172教學(xué)網(wǎng)圖5圖41若此刻僅有一名施工人員推橫桿，則該施工人員對絞盤橫桿所施加的最小推力F為多少? 172教學(xué)網(wǎng)2在整個(gè)立桿過程中，施工人員對絞盤橫桿的最小推力F的變化情況如何? 3在立桿作業(yè)時(shí)，施工人員一般要求絞盤離所拉的電線桿適當(dāng)?shù)剡h(yuǎn)一些，請定性分析這樣做的原因。172教學(xué)網(wǎng)得 分評卷人圖6六、（18分）應(yīng)急照明燈是在正常照明電源發(fā)生故障時(shí)，能持續(xù)照明而不間斷

10、工作的一類燈具， 如圖6 所示。應(yīng)急照明燈主要由燈泡(或LED燈珠)、蓄電池、充電器、自動(dòng)控制電路及相關(guān)部件組成。在照明電源正常情況下，應(yīng)急照明燈通過充電器給蓄電池充電，此時(shí)，自動(dòng)控制電路及相關(guān)部件自動(dòng)將燈泡 (或LED燈珠)與蓄電池?cái)嚅_不發(fā)光。當(dāng)照明電路突然停電時(shí)，應(yīng)急照明燈通過自動(dòng)控制電路及相關(guān)部件自動(dòng)把燈泡(或LED燈珠)跟蓄電池接通，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)應(yīng)急照明。下表為某型號應(yīng)急照明燈的主要技術(shù)數(shù)據(jù)：輸入電壓充電時(shí)間應(yīng)急照明時(shí)間應(yīng)急照明功率AC 220V<24h>90min0.96W×2應(yīng)急照明光源蓄電池種類數(shù)量燈泡額定電壓類別額定電壓容量燈泡2只2.4VNi-Cd2.4

11、V1.8Ah1在該型號應(yīng)急照明燈剛投入使用階段，待蓄電池充滿電后，可以實(shí)現(xiàn)的最長連續(xù)應(yīng)急照明時(shí)間為多少? 172教學(xué)網(wǎng)2小蘭跟老師提出自己要設(shè)計(jì)并組裝一只簡易的應(yīng)急照明燈。老師告訴她實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有以下器材：雙孔插座及與之配套的插頭1套、小燈泡額定電壓： DC3.03.4V，額定電流：350mA) 4只、電磁繼電器（額定電壓：DC6V；額定電流：0.15A）1套及與之配套的低壓直流電源(輸入電壓：AC220V，輸出電壓：DC6V) 1臺、蓄電池(兩端電壓：6V) 1只及與之配套的充電器(輸入電壓：AC220V，輸出電壓：DC6.3V)1只、導(dǎo)線(足量).如圖7所示。 (1)請你幫助小蘭在圖7上完成簡

12、易應(yīng)急照明燈的接線。要求如下：17 家庭電路正常工作時(shí)，充電器自動(dòng)給蓄電池充電，各燈泡均不發(fā)光；17 2當(dāng)家庭電路停電時(shí)，蓄電池自動(dòng)給各燈泡供電，使各燈泡均正常發(fā)光，且在一盞小燈炮燈絲燒斷后還應(yīng)該有部分小燈泡能正常工作；72教學(xué)網(wǎng)(2)小明看到小蘭的連接電路后，認(rèn)為可以去掉低壓直流電源，而將電磁鐵的兩個(gè)接線柱直接接在充電器的輸出端。請分析這樣做不可行的原因。2012年第二十二屆全國初中應(yīng)用物理競賽復(fù)賽試題參考解答和評分標(biāo)準(zhǔn)說明：1提供的參考解答除選擇題外，不一定都是惟一正確的。對于那些與此解答不同的解答，正確的，同樣得分。2評分標(biāo)準(zhǔn)只是按一種思路與方法給出的。在閱卷過程中會(huì)出現(xiàn)各種不同情況，可

13、按照本評分標(biāo)準(zhǔn)的精神定出具體處理辦法，但不要與本評分標(biāo)準(zhǔn)有較大偏離。3問答題或計(jì)算題是分步給分的。在評分標(biāo)準(zhǔn)中常常寫出（1）式幾分，（2）式幾分這里的式子是用來代表步驟的。若考生并未寫出這個(gè)式子，而在文字表達(dá)或以后的解題過程中反映了這一步驟，同樣得分。沒有寫出任何式子或文字說明，只給出最后結(jié)果的，不能得分。4參考解答中的數(shù)字結(jié)果是按照有效數(shù)字的運(yùn)算要求給出的，但對考生不做要求。不要因?yàn)橛行?shù)字的錯(cuò)誤而扣分。5在最后定獎(jiǎng)時(shí)如果得分相同的人數(shù)超過獲獎(jiǎng)名額，因而難于選拔時(shí)，可對待選試卷進(jìn)行加分評判。加分評判的基本依據(jù)是：（1）所用方法或原理不是課本所講的，具有創(chuàng)新性，應(yīng)加分；（2）方法簡便，應(yīng)加分；

14、（3）提出多種正確解法，應(yīng)加分；（4）試卷表達(dá)規(guī)范，條理清楚，能充分利用數(shù)學(xué)工具，應(yīng)加分。上述各項(xiàng)的執(zhí)行都應(yīng)由競賽領(lǐng)導(dǎo)小組做出規(guī)定（省統(tǒng)一分配獎(jiǎng)勵(lì)名額的由省決定，地、市分配獎(jiǎng)勵(lì)名額的由地、市決定）。一、（16分）（1）發(fā)電機(jī)能夠提供的電能W電=P電t=5kW×8h=40kW·h3分（2）汽油機(jī)的效率 4分所以油箱的最小容積：3分（3）汽油發(fā)電機(jī)將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能的效率6分或二、（16分）解：（1）該型號熱量表能測量的最大供熱功率 4分（2）平均每小時(shí)從暖氣中得到的熱量4分相當(dāng)于完全燃燒天然氣的體積為： 4分（3）分析原理可知，為了提高房間內(nèi)暖氣片放出熱量的速度，只需調(diào)節(jié)“水量

15、調(diào)節(jié)閥”，加大熱水瞬時(shí)流量即可。2分（4）熱量表的耗電功率為 2分（5）相當(dāng)于節(jié)約的天然氣體積為 4×109m3×30%×20%=2.4×108m3 2分三、（16分）解：在自由活塞A上再加放重為G的砝碼時(shí)，A活塞對工作液體增加的壓強(qiáng)為 2分根據(jù)帕斯卡定律，工作液體對活塞B向上增加的壓力為4分又因?yàn)榛钊鸅下底面向上減小的氣體壓力為 4分因?yàn)榛钊鸅能夠回到原來的高度，所以 4分即 所以待測容器內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為 4分四、（16分）1、實(shí)驗(yàn)步驟：（1）用調(diào)好的天平測量小燒杯的質(zhì)量m1； 2分（2）用小燒杯盛取足量的水，再用天平測量小燒杯和水的質(zhì)量m2； 2分（3

16、）將水倒入保溫桶內(nèi)，用溫度計(jì)測量水的溫度t1；2分（4）提前較長時(shí)間將用冰格盛適量水放在冰箱冷凍室里凍成冰塊，用鑷子取適量冰塊放在小燒杯中，迅速用天平測量出基總質(zhì)量m3后，立刻將冰塊倒入保溫桶內(nèi)的水中，蓋緊桶蓋； 3分（5）輕輕搖晃保溫桶使水溫均勻，并仔細(xì)聽聲音，能聽出冰塊熔化完畢后，打開桶蓋，用溫度計(jì)測出保溫桶內(nèi)水的溫度t2。3分2、冰塊的熔化熱的表達(dá)式為： 4分五、（18分）解：1.如圖答1所示，設(shè)鋼絲繩拉電線桿的力為F，把電線桿看作杠桿，其支點(diǎn)為其粗端端點(diǎn)O。 圖答1由杠桿平衡條件，有： 2分 3分絞盤本質(zhì)上是一個(gè)輪軸，若要施工人員對絞盤橫桿的推力F最小，則該力應(yīng)沿水平方向，作用于橫桿末

17、端且與橫桿垂直。在這種情況下，設(shè)所需的最小推力為F。1分設(shè)絞盤的軸恰好轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則推力推動(dòng)橫桿末端移動(dòng)的距離為工人推力總共做的功為： 1分絞盤拉動(dòng)鋼絲繩移動(dòng)的距離為絞盤對鋼絲繩所做的有用功為：1分絞盤的機(jī)械效率為 2分所以 3分2.在整個(gè)立桿過程中，電線桿重力G大小不變。隨著電線桿被逐漸拉起，重力G的力臂LG在逐漸減小；而鋼絲繩拉電線桿的力F的力臂LF卻在逐漸增大；根據(jù)杠桿的平衡條件：，可知，鋼絲繩拉電線桿的力F在逐漸減小。2分又因?yàn)?，橫桿末端到軸心的距離L、軸的直徑D以及絞盤的效率不變，所以施工人員對絞盤橫桿的最小推力F也在逐漸減小。1分3.絞盤離所拉的電線桿適當(dāng)?shù)剡h(yuǎn)一些，其他情況相同時(shí)，可以適當(dāng)?shù)卦龃箐摻z繩對電線桿的拉力F的力臂L F，在重力G與重力G的力臂LG相同的前提下，使F'減小，從而可以使施工人員對絞盤橫桿的推力F減小一些。2分六、（18分）1.由該型號應(yīng)急照明燈的主要技術(shù)數(shù)據(jù)可知，其所用燈泡的額定電壓為2.4V，其蓄電池兩端的電壓也是2.4V；由此可知，兩只燈泡應(yīng)并聯(lián)。2分單只燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流： 2分干路中的總電流： 1分即蓄電池對外供電電流為：I=0.8A 1