2020年第二十一屆全國初中物理競賽復(fù)賽試題

2020年第二十一屆全國初中應(yīng)用物理競賽復(fù)賽試題一、（16分）測定患者的血沉，是醫(yī)學(xué)上用來幫助醫(yī)生對病情作出正確判斷的一種手段。把新鮮的血液，加入抗凝劑，靜置一定時(shí)間后形成抗凝血后，紅血球即從血漿中分離出來而下沉。設(shè)抗凝血是由紅血球和血漿組成的懸浮液，血漿的密度P0~1.0X103kg/m3，紅血球的密度P~1.3X103kg/m3。將抗凝血放進(jìn)豎直放置的血沉管內(nèi)，紅血球起初在血漿中加速下沉，然后一直勻速下沉，其勻速下沉的速度稱為”血沉”。正常人血沉的值大約是v=12mm/h。如果把紅血球近似看作半徑為R的小球，它在血漿中下沉?xí)r所受的粘滯阻力為f=6KqRv，在室溫下耳=1.8X10-3Pa?s,已知▼球=4kR3,試根據(jù)以上信息解答下列問題：3紅血球在血漿中為什么先加速下沉、后一直勻速下沉?計(jì)算紅血球半徑的大小。二、（16分）為了推進(jìn)環(huán)保和節(jié)能理念的實(shí)施，某公司開發(fā)生產(chǎn)了“風(fēng)光互補(bǔ)路燈”，該路燈只需要曬曬太陽吹吹風(fēng)就能工作，如圖l所示。它在有陽光時(shí)通過太陽能電池板發(fā)電，有風(fēng)時(shí)通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，二者皆備時(shí)同時(shí)發(fā)電，并將電能輸至蓄電池儲(chǔ)存起來，供路燈照明使用。為了能使蓄電池的使用壽命更為長久，一般充電至90％左右即停止，放電余留20％左右即停止電能輸出。下表為某型號(hào)風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)配置方案。問：鳳力發(fā)電機(jī)A鳳力發(fā)電機(jī)A陽能電池組件最小啟動(dòng)鳳速1.0nv's太陽能電池36W厳小充電鳳速2.0m/s丈陽能轉(zhuǎn)換效率15%辦破制鳳速12.0ni/s蓄電池500A-h^l2V最大輸出功率400W人功率LED路燈「S0W-I2V當(dāng)風(fēng)速為6.0m/s時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率將變?yōu)?0W，在這種情況下,將蓄電池的電量由20％充至90％需多長時(shí)間?如果當(dāng)?shù)卮怪庇谔柟獾钠矫娴玫降奶栞椛渥畲髲?qiáng)度約為240W/m2，要想太陽能電池的最大功率達(dá)到36W,太陽能電池板的面積至少要多大？若遇到陰天無風(fēng)的天氣，僅靠蓄電池供電，最多可供燈具正常發(fā)光多長時(shí)間?三、(16分)電動(dòng)自行車是倍受人們青睞的一種交通工具，如圖2所示。其主要結(jié)構(gòu)就是在原來的普通自行車的基礎(chǔ)上，增加了電動(dòng)機(jī)及供電、傳動(dòng)設(shè)備，它可以電動(dòng)騎行，亦可以腳踏騎行。電動(dòng)騎行時(shí)，蓄電池為車上的電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為車提供動(dòng)力；腳踏騎行時(shí)，與普通白行車相同。下表是某型號(hào)電動(dòng)白行車主要技術(shù)參數(shù)。仔細(xì)觀察電動(dòng)自行車的構(gòu)造，會(huì)發(fā)現(xiàn)很多地方用到了物理知識(shí)。請仿照下面的示例，再列舉三處應(yīng)用物理知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的事例。示例：電動(dòng)自行車的車座大而扁平，可減小壓強(qiáng)。答：(1)(2)(3)當(dāng)一個(gè)初三學(xué)生騎著電動(dòng)自行車在平直的公路上勻速行駛時(shí)，輪胎與地面的總接觸面積約為40cm2，此時(shí)路面受到的壓強(qiáng)約為多大?

3．電動(dòng)自行車以額定功率行駛時(shí)通過電動(dòng)機(jī)線圈的電流是多大?4．蓄電池充足電后儲(chǔ)存的能量是多少?5．在蓄電池充足電后為電動(dòng)機(jī)供電的過程中，當(dāng)把儲(chǔ)存能量的80％提供給電動(dòng)機(jī)后就應(yīng)進(jìn)行充電。若電動(dòng)機(jī)工作時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為對自行車輸出機(jī)械能的效率為75%，電動(dòng)自行車在平直的公路上勻速行駛時(shí)受到的阻力為30N,則蓄電池充一次電最多能完全依靠儲(chǔ)存的電能連續(xù)行駛多遠(yuǎn)?6．從環(huán)保的角度來看，與摩托車相比，電動(dòng)自行車有什么優(yōu)缺點(diǎn)?（各列舉一條）四、（16分）家用燃?xì)饪焖贌崴鳎ㄈ鐖D3所示）是一種方便、快捷且不受天氣影響的洗浴設(shè)備。下表為某品牌家用燃?xì)饪焖贌崴鞯闹饕夹g(shù)數(shù)據(jù)。已知天然氣的熱值為8X107j/m3,水的比熱容為4.2xl03j/（kg.°C）。1．為安全使用此熱水器，機(jī)體上印有一些警告，其中一條是這樣說的：“氣溫低于0C時(shí)，用后請打開放水塞，放盡機(jī)體內(nèi)存水，再擰緊…”請解釋為什么要這樣做?試求該型號(hào)家用燃?xì)饪焖贌崴髡９ぷ鲿r(shí)的燒水效率。若在額定產(chǎn)熱水能力下進(jìn)行淋浴，一次淋浴總計(jì)加熱時(shí)間為20min，則此次淋浴至少需消耗多少天然氣?為防止燃?xì)鉄崴髟跓o水或水壓過低時(shí)“干燒”，技術(shù)人員設(shè)計(jì)了很多種“水氣聯(lián)動(dòng)”裝置，實(shí)現(xiàn)通常所說的“水到氣到”。圖4就是其中一種“水氣聯(lián)動(dòng)”裝置的原理圖，你能看出它的工作原理嗎?請簡述它是如何利用“水到”來控制“氣到”的。為了防止熱水器工作過程中加熱火焰意外熄滅導(dǎo)致燃?xì)庑孤?，技術(shù)人員設(shè)計(jì)置?！盎饒D，簡述了“火滅斷氣”的裝圖3生產(chǎn)許可證］XK00-L020Q44設(shè)計(jì)置?！盎饒D，簡述了“火滅斷氣”的裝圖3生產(chǎn)許可證］XK00-L020Q44執(zhí)齊編推」OB693221)01型可JSDI6-D8.IA燃?xì)夥N類：天然氣額定燃?xì)鈮簭?qiáng)2OOOPa額疋熱負(fù)荷適用水壓0.025MPa-0.75MPa獺建產(chǎn)熱水能力8L/mtn〔△尸2SKJ勰定電壓3V(DC)如圖5所示為一種滅斷氣”裝置的原理請根據(jù)這個(gè)原理圖，它是怎樣實(shí)現(xiàn)“火滅斷氣”功能的?熄譏樂的狀想球燃膜卡燃圖4圖5錐形管水量立謂節(jié)涌雙金屬片火焰氣點(diǎn)熄譏樂的狀想球燃膜卡燃圖4圖5錐形管水量立謂節(jié)涌雙金屬片火焰氣點(diǎn)至電火進(jìn)水五、(18分)小芳家里新買了一臺(tái)電熱水器，從“用戶手冊”中，她獲得了以下資料，請根據(jù)這些資料完成相應(yīng)的計(jì)算：一、外形尺寸(mm)ABCDEF7S1100196；196353434二、技術(shù)數(shù)據(jù)Jt|MA.-I額走功率/wn1000/1500/2500額定壓力啊氏0.S額定電壓/V交流220容軌50頻率血50凈'^/kg!9圖6為安裝示意圖，安裝時(shí)要將L形掛鉤用膨脹螺釘固定在承重墻上，上表是熱水器的部分?jǐn)?shù)據(jù)，請估算L形掛鉤受到的最大向下拉力F及對應(yīng)此時(shí)膨脹螺釘與承重墻體間的摩擦力f.2．這臺(tái)熱水器共有三擋加熱功率，銷售人員曾介紹說：熱水器內(nèi)部有兩個(gè)加熱管。請你根據(jù)銷售人員的介紹，猜測并畫出內(nèi)部加熱電路的主要結(jié)構(gòu)（簡化的等效電路圖）。然后依據(jù)你的猜想，計(jì)算出每個(gè)加熱管的電阻值。3．產(chǎn)品說明書上標(biāo)明：當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度，停止加熱后，如果水溫降到低于設(shè)定溫度4°C時(shí)，熱水器將自動(dòng)以設(shè)置功率將桶內(nèi)的水加熱至設(shè)定溫度，如此反復(fù)直至手動(dòng)停止加熱。小芳想到了國家提倡的峰谷電價(jià)制度的有關(guān)規(guī)定：2020年起，本地的分時(shí)電價(jià)為：峰時(shí)段（08：00?22：00）0.6元/度，谷時(shí)段（22：00?次日08：00）0.3元/度。她想，如果每天下午6點(diǎn)洗浴時(shí)需要把20C的冷水加熱至50C，可以下午直接加熱，也可以早晨8點(diǎn)前加熱好，讓熱水器自動(dòng)保溫至下午6點(diǎn)，哪種方式更省錢呢?為此她利用熱水器提供的測溫功能測量了水溫從50C降至46C需要190分鐘，已知c=4.2X103J/（kg?C）,請幫她通過計(jì)算做出哪種方式更省水錢的判斷。FED圖6出水管&丫宜全閥FED圖6出水管&丫宜全閥P進(jìn)水管承扌墻少年掛鉤六、（18分）電動(dòng)木工機(jī)械的發(fā)明和應(yīng)用大大地降低了木工的勞動(dòng)強(qiáng)度，且大幅度地提高了勞動(dòng)效率。木工圓鋸機(jī)就是一種常見的用來鋸切木料的電動(dòng)木工機(jī)械。如圖7所示為某型號(hào)電動(dòng)木工圓鋸機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)如圖8所示。它采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，通過皮帶傳動(dòng)的方式帶動(dòng)與圓形鋸盤共軸安裝的皮帶輪，從而帶動(dòng)周邊有齒的圓形鋸盤高速轉(zhuǎn)動(dòng)以鋸開木料。它的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表：最大鋸盤直徑mm400斤大鋸切厚度最大鋸盤直徑mm400斤大鋸切厚度mm125套電動(dòng)機(jī)額建功率kW3轉(zhuǎn)宦轉(zhuǎn)速r/min1420V380額定電流A5,0顒定覿率Hz50型$YIOOL2^防護(hù)尊級IP44^71．小明仔細(xì)觀察圓形鋸盤后發(fā)現(xiàn)，圓形鋸盤的周邊除了有齒外，還開有圖9所示的很深的縫，縫的底端打有一個(gè)小圓孔，鋸齒部分還比鋸盤部分稍厚一些。請你從物理學(xué)的角度說說這樣做的道理。2．該型號(hào)電動(dòng)木工圓鋸機(jī)正常工作時(shí)，圖8中的哪一側(cè)皮帶上的拉力較大?并說明你做出判斷的理由。若測得與圓形鋸盤共軸安裝的皮帶輪的直徑為9.2cm,電動(dòng)機(jī)的皮帶輪的直徑為11.Ocm。電動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷工作時(shí)配套電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械能的效率為90%，則此時(shí)皮帶上較大的拉力與較小的拉力的差值是多大?若將皮帶傳動(dòng)的效率看作100%，共軸傳動(dòng)的摩擦損耗不計(jì)。試估算該型號(hào)電動(dòng)木工圓鋸機(jī)安裝最大鋸盤正常工作時(shí)，圓形鋸盤所受到的木料的阻力是多大?2011年第二十一屆全國初中應(yīng)用物理競賽復(fù)賽試題

參考解答與評分標(biāo)準(zhǔn)鈍供的參羽解答除選并題外.不“定都是惟一正確的?對尸那峙號(hào)此解答不同的解祥.正踴的.同樣得分.評分標(biāo)準(zhǔn)只足按-?種?踣與方広貽出的?怎側(cè)卷過程中會(huì)出理各種不同情況?可按照本評分標(biāo)準(zhǔn)的榊神定岀具體處理辦法，但不要與車評分標(biāo)眾冇較大値離?何答題或計(jì)笊題是按阻分步方法洽分的.在評分標(biāo)準(zhǔn)中常常號(hào)出⑴式幾處(2)式兒分?….這里的式子宦用來代衣步農(nóng)的.若考生井未寫岀這牛式子.而在文字謹(jǐn)達(dá)或以后的鮮翹過程中用獲了這?步同樣得分?沒有耳出任何式子哎文字說明?只telilM后給果的?不純得分?參奪解答中肋數(shù)字給果斥按肌何效敷字的運(yùn)算要求第岀的.但對考生不做?求?不耍園為冇效數(shù)字的錯(cuò)謀而'扣分.在QJS定獎(jiǎng)時(shí).如果再分相同的人敷超過僅獎(jiǎng)名矗.閔而難尹選技時(shí).可對待選試卷進(jìn)行加分評劌.加分評判的星本依??3<1)所用方法戒厳理不是漂本所講的?貝有創(chuàng)新性?同加分X《2)方法簡便"&加分；?CJ>搓出多胖匯確解法.應(yīng)加分；■(4)試卷衣達(dá)址范.條理惰楚,能充分利用數(shù)學(xué)工具?應(yīng)加分.上述齊踰的執(zhí)行郝需由競賽錢導(dǎo)小俎做出規(guī)定(省統(tǒng)分卍獎(jiǎng)檢名旗的由省決定.地.市分用獎(jiǎng)砂名幀的由地.市決定)?B?-1一."6分〉?紂魯案B?-1個(gè)■球在血縈中下沉?xí)r曼力悄況如用答?1所示2分紅血球由靜比開她F沉?xí)r.連度很小.根據(jù)/-6m^v可知，所愛的粘潮H力也非常小，由FA*的密度風(fēng)水于紅血球的密度“紅血球受竟的浮力小Fit力.所以用開怡MeVG,紅血球會(huì)加速卜沉；闇押紅血球下沉速度變大，粘滯陽力增大.當(dāng)AFrF-GBt紅■配球就會(huì)勻漣F沉4分當(dāng)紅血球在血漿中勻遑下沉?xí)r.受到的幾個(gè)力平衡.所以2分也J?6"RpFkG嚴(yán)血$?07>oFkG嚴(yán)血$?07>ok432分Gf*pFt越、礦士“gJiTOC\o"1-5"\h\z33所以玄6■神v?9松《33即9“+論，=2莎尸所以仃R口IF2分妝Q?pjg將7*1?8乂丨0"P???v"l2mm/h?l*l(T5mZs./>9?1.0?10>kg/fn'.^=13*IO>kg/m,.滬10N/kg代入井計(jì)算得,3麗3糾Of2分第1賀共4萸二.CM分》蕭製時(shí)何，TOC\o"1-5"\h\zW12*500x36(X)x(90%-20%)…./?—3i-84h電池板面積】^7-2407F5%m"1m"3?町供燈按發(fā)光時(shí)何：W12*500*3600*(90%-20%)..…，八f*■丙=??52.5h6分壬、（16分）?考答案L.?3分2?車人的質(zhì)總約為50kg,則地血受封的II強(qiáng)：*°=￡==（叭"逸=趣kg+jOk護(hù)10M怨.2Ux|0>Pa3分FSSS40xKrm'說陰’鑄秦證（1.7~2?5）乂10怙的均可樽分3$4R建功矯下的電波：?zP240W“.2分U48V4?壽電池命存的電絶：E=（J//?48Vx）2A?3600s■2.07xj（/J5分因?yàn)殡妱?dòng)自行車勻速行It所以:kE?叮$kErjC.8xl07xip6Jx0.75ir>4.令$=——=?4J4xlOm/30N?優(yōu)點(diǎn)I不會(huì)排放甩氣、吸宙小.缺點(diǎn)：蓄電池怯用一定時(shí)何際就離更捻?廢舟石的電池騎污棗環(huán)境?2分四、C16分》案氣溫低干0匸時(shí).便用盲的罐氣熱水妙中歿存的加會(huì)結(jié)冰.水結(jié)冰J6.巒度吏小.體段脹大?這樣很容易上備氣熱水狂脹破.所以.氣灌低F09時(shí)便用您氣始朋器JEL應(yīng)打開放4GT放盡機(jī)體恂存水，評1?13分該星眉代熱水BiKtX作魅科MB燒曲出的遇■:0.P■/?|6?10>Wx605?96xl0'j1分Imm內(nèi)111熱的水的噴理：；Ikg/L*8EJmin*Imin=8kg?水迫上升△戶25K?25X：Imin內(nèi)水吸熱二<kg-V）胡kg”?8.410‘JI分燃F熱水越正常工作時(shí)燒水的效率今

5d^l￡L|(?%-875%9.6x10*J；2分3.?5d^l￡L|(?%-875%9.6x10*J；2分3.?次淋浴所需懶l(wèi)?K疑放出的熾ILQJ/Tu16?101TO?戶1.92*10J需咚完個(gè)燃燒天然氣的體積為；?1分,=互豈竺鳴“2曲q8>d(fJ/m‘"lift*口處仃木壓時(shí).段片的右(fa傲?xí)艿较蜃蟮膱R力?克朋卉貫的彈力佝左推動(dòng)的比打”進(jìn)氣閥門使熾氣進(jìn)入*?火計(jì)逋?反2如架此時(shí)的水壓很小或占無水，則腆片受劉的向左的汗力就公賊少衣至泊災(zāi).豈佗觸門就會(huì)左押鶯的圧力卜向右移動(dòng)而黃％停止進(jìn)氣3分火焰燃燒時(shí).戲金屬片外側(cè)的金解溫處升爲(wèi)時(shí)膨脹的妙#?取金屬片向卜亀曲?推動(dòng)燃?xì)忾y門HH：如哄岡為恿外的康醫(yī)他火焰熄滅?的溫度降低?外鶴金H收縮的更芯.戎金屬片向上圖答4伸A.垃動(dòng)緻氣閥門X閉.5止煥氣外淆.五.(律分)參為答寨圖答4I.電婦水釜總更G亡=7?”尸Q斗hI9Xl0N^50*lxION690N電熱水形掛鉗上時(shí).其受力餉況如圏N?2所*.因電熱水爲(wèi)界止.斫以沿gtl方向二力￥謝?因此對L形祈他向下的拉力WGQ-690N肉l形h：w止.電熱木踐上塔所受的朋平陶&的竝力笥rr^ttu所受的斤擦力.以肚扛架下端為軸h根梱杠什平衛(wèi)條件令/IRG-tTOC\o"1-5"\h\z八弘￡=鯉兇竺呱690N-I分圖答JD196mm圖答J由加水器的三攔功車的數(shù)們關(guān)系初測得熱水器加熱胡分的尊效電歸圖如用答?3所永.坂中加熱笹兒的験定功■為1000W.電變社為的缺定功辜為I500W2分加熱斤的電俎分別為t￡s(220V￡=484Q*￡IOOOW蘭=遜*2如—?2分庁I500W(門超的加焦過證的妁損失?曲接如拂泊耗的電絵為：叭一J/GgC)*50kg*(50C-20X?>=6J?l(fJ=1.75kWhF午加熱的電対支岀為：0.6/fc/kWh?|.7SkWh-I.O5元2分(2)VJWR點(diǎn)翹加熾.電績支出為’03jt/kWh?l.75kWh^0.52S尤加熱斤盅JC所鬲黴能^i--owA/i=4.2x10vJ/（kgr）X50kg*（5O'C-46T?）=84?105J加敷丹湍4X；所希時(shí)何（設(shè)加熱功率為2500W）：r,=wyFr336s=5.6min?這段加熱時(shí)何可以忽略不讓＞降溫4*0所需時(shí)間為IMinim至FT6點(diǎn)共需宴二次加熱,消耗電能:TOC\o"1-5"\h\z陷=3旳=3x8.4“10$J=2.52*l（AlP.?kWh3分電擠支出為：；0.67t/kWhx0.7kWH-0.427C■■