初中生全國(guó)應(yīng)物理知識(shí)競(jìng)賽2024復(fù)賽試題及答案

2024年全國(guó)初中應(yīng)用物理學(xué)問競(jìng)賽復(fù)賽試題

一、（共16分）小明利用試驗(yàn)室的電磁繼電器、熱敏

電阻用、可變電阻器層等器件設(shè)計(jì)了一個(gè)恒溫箱限制

電路，如圖1所示。其中“溝通電源”是恒溫箱加熱器

的電源（加熱器在恒

溫箱內(nèi)，圖中未畫

出）；凡處于恒溫箱

內(nèi)，圖2是小明通過

試驗(yàn)測(cè)得的M的阻值隨溫度變更的關(guān)系曲線；電磁繼電器的電源兩端電

壓。=6V,電磁繼電器線圈的電阻可不計(jì)，通過試驗(yàn)測(cè)得當(dāng)電流為

30mA時(shí)，電磁繼電器的銜鐵被吸合。

1.請(qǐng)簡(jiǎn)述此恒溫箱的工作過程。

2.為什么恒溫箱的加熱器應(yīng)當(dāng)接在4叫而不能接在。、哨

3.假如要使恒溫箱內(nèi)預(yù)設(shè)的溫度可調(diào)整范圍是90℃?150℃,可供

選擇的可變電阻器層的電阻值有如下的幾種:

A.0-100QB.0-200QC.O-1OOOQ

D.O-15OOQ

請(qǐng)問應(yīng)選擇哪一個(gè)可變電阻器？為什么?

4.小明設(shè)計(jì)的這個(gè)限制電路，運(yùn)用起來有何不足之處？請(qǐng)你提出一

種解決的方案。

（16分）清洗機(jī)是利用高壓水清洗車輛表面污垢的機(jī)

有一種CC5020型清洗機(jī)的銘牌如下表所示。請(qǐng)回

額定壓

1.從物理學(xué)的角型號(hào)CC50205MPa

力

額定流

度看，銘牌中有一個(gè)物電源220V~/50Hz20L/min

量

防護(hù)等

額定功率2.2kWIP25

理量名稱與單位不一級(jí)

樣，請(qǐng)你指出并說明如何更正。

2.清洗機(jī)正常工作時(shí)，通過清洗機(jī)的電流是A。若清

洗一輛汽車平均耗時(shí)lOmin,則清洗一輛汽車平均用水

m3;平均耗電kW-ho

3.清洗機(jī)正常工作lOmin,清洗機(jī)對(duì)水做多少功?

4.該清洗機(jī)正常工作時(shí)的效率是多少？

三、（共15分）家庭水暖又叫“土暖氣”，是我國(guó)北方

廣闊農(nóng)村與一些城市運(yùn)用的一種取暖設(shè)備，圖3是一種

家庭水暖

c

的安裝示

意圖，其中下水管的。端比

A端略高，其坡度為下水管

圖3

1:100。請(qǐng)看圖思索并回答

以下問題:

1.這種水暖設(shè)備并沒有應(yīng)用水泵，但是當(dāng)點(diǎn)燃鍋爐后，水便可以在

管中按箭頭所示方向自行流淌。請(qǐng)具體分析管中的水流淌的緣由是什么。

2.為什么要安裝放氣閥?

3.運(yùn)用該套設(shè)備時(shí)，對(duì)水箱中的水位凹凸有什么要求?

四、（16分）有一種WSJ-6。型號(hào)電水壺，圖4是電

水壺的電路圖，J為電源指示燈、L2為

型號(hào)：WSJ—60

保溫指示燈、L3為加熱指示燈，用、是、額定電壓：220V-頻率：50Hz

額定功率：600W

水壺的容積：1L

舄為指示燈的愛護(hù)電阻，其大小為

lOOkQ左右；尺為加熱器，其電阻小于

100Q;Si、S2為壓鍵開關(guān)；ST溫控器

是一個(gè)雙金屬片溫控開關(guān)，當(dāng)溫度較低

圖4

時(shí)，其處于閉合狀態(tài)，當(dāng)溫度上升到肯定值后，會(huì)自動(dòng)斷開，從而實(shí)現(xiàn)

了自動(dòng)溫度開關(guān)限制。

當(dāng)水壺放在底座上時(shí)，就分別壓下壓鍵開關(guān)S］、s2,并接通電路,

假如插頭插入插座后，就接通了電源，電源指示燈就亮，反之就斷開。

該壺有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作狀態(tài)。

當(dāng)鈕子開關(guān)撥到手動(dòng)擋時(shí)，加熱電阻連入，起先加熱，水沸騰以后

再將鈕子開關(guān)撥回。

當(dāng)鈕子開關(guān)撥到自動(dòng)擋時(shí)，此時(shí)通過ST溫控器將加熱電阻連入，并

起先加熱；當(dāng)水沸騰后，ST溫控器的觸點(diǎn)斷開，進(jìn)入保溫狀態(tài)，保溫指

示燈亮；當(dāng)水的溫度低于某溫度后，ST溫控器又重新接通，再次進(jìn)入加

熱狀態(tài)。

若加熱器電阻阻值隨溫度變更而發(fā)生的變更可忽視不計(jì)，依據(jù)以上敘

述與視察，請(qǐng)回答以下問題。

1.在下列空格中填寫“亮”或“不亮”

⑴手動(dòng)狀態(tài)通電工作時(shí)，電源指示燈,加熱指示

燈,保溫指示燈O

⑵自動(dòng)狀態(tài)通電工作時(shí)，水沸騰前：電源指示燈,加熱指

示燈,保溫指示燈O水沸騰后：電源指示

燈,加熱指示燈,保溫指示燈。

2.現(xiàn)將一滿壺25℃的水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下燒開需時(shí)lOmin,請(qǐng)計(jì)算

該電水壺的熱效率。水的比熱容L4.2X103j/(kg?℃)o

3.通過分析電水壺的電路，說明為什么處于自動(dòng)狀態(tài)下，水未沸騰

前，保溫指示燈是不亮的？

4.試計(jì)算電水壺正常工作時(shí)其加熱電阻的阻值是多大?假如指示燈

的愛護(hù)電阻的大小是WOkQ,當(dāng)它處于保溫狀態(tài)時(shí)，試計(jì)算電水壺保溫

時(shí)的功率有多大？由此可以說明什么問題？

得評(píng)卷人五、（18分）醫(yī)院里的護(hù)士運(yùn)用如圖5所示的裝置給

4患者輸液。小雨發(fā)覺照這樣做法，護(hù)士為患者多次更換

藥瓶比較麻煩，于

是就設(shè)計(jì)了圖6

所示的三瓶串接的方案。請(qǐng)分析回

圖5

答:

1.圖5中藥液為何會(huì)勻速滴下?

2.圖6中哪個(gè)藥瓶中的藥液先流完？為什么?

3.依據(jù)病房的現(xiàn)有條件，假如要估測(cè)出輸液過程中的一滴藥液的質(zhì)量,

須要收集哪些數(shù)據(jù)，請(qǐng)寫出表達(dá)式，并簡(jiǎn)要說明估測(cè)中作了哪些近似處

理。

|得|評(píng)卷|六、（12分）曉欣同學(xué)看到一些小汽車的尾部都標(biāo)有

分人“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字樣，他上網(wǎng)查詢得

知這是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)“排氣量”的數(shù)值。所謂排氣量就是發(fā)

動(dòng)機(jī)氣缸的工作容積，是指全部氣缸內(nèi)活塞從下止點(diǎn)到達(dá)

上止點(diǎn)所掃過的容積之和。一般狀況下發(fā)動(dòng)機(jī)的“排氣量”越大，功率

越大。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)每一個(gè)工作循環(huán)要經(jīng)驗(yàn)四個(gè)沖程，帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)2周。

現(xiàn)有一輛小轎車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量為L(zhǎng)8L,最大功率為74kW,當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)

以最大功率工作時(shí)，曲軸的轉(zhuǎn)速為5200r/mino汽油機(jī)工作時(shí)的最佳空

燃比（即空氣和燃油的質(zhì)量比）為14:1,壓縮比是1。（即氣缸總?cè)莘e

與燃燒室容積的比值），若發(fā)動(dòng)機(jī)在最大功率時(shí)汽油和空氣的混合密度為

3733

1.35kg/nr,汽油的熱值為4.6X10J/kg>密度為0.71X10kg/mo

請(qǐng)計(jì)算：

1.這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在最大功率時(shí)的熱機(jī)效率。

2.發(fā)動(dòng)機(jī)在最大功率時(shí)，汽車的最高時(shí)速為175km/h,計(jì)算在此狀

況下汽車每百公里油耗為多少升。

2024年全國(guó)初中物理學(xué)問競(jìng)賽復(fù)賽試題答案

一、（16分）參考答案

1.恒溫箱溫控系統(tǒng)是由溝通電加熱電路和直流限制電路組成，適當(dāng)調(diào)整

變阻器R2的阻值，利用熱敏電阻R1的性能和阻值等使該系統(tǒng)能保證恒

溫箱的溫度保持在預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)。工作過程如下:

當(dāng)恒溫箱內(nèi)的溫度達(dá)到或者超過預(yù)設(shè)之最高溫度時(shí)，熱敏電阻R1的阻

值下降，直流限制電路中電流增大，電磁繼電器吸合銜鐵，切斷溝通加

熱電路，恒溫箱起先降溫?！?分）

當(dāng)恒溫箱內(nèi)的溫度低于預(yù)設(shè)之最低溫度時(shí)，熱敏電阻R1的阻值增大，

直流限制電路中電流減小，電磁繼電器釋放銜鐵，溝通加熱電路接通，

恒溫箱又起先升溫。…（1分）

如此反復(fù)接通和斷開溝通加熱電路，使恒溫箱的溫度保持在預(yù)設(shè)溫度范

圍內(nèi)?！?分）

2.恒溫箱的加熱器應(yīng)接在A、B端。

這樣溫度高于預(yù)設(shè)最高溫度時(shí)，電磁繼電器的銜鐵吸合，停止加熱；而

溫度低于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，電磁繼電器的銜鐵斷開，進(jìn)行加熱。這樣才能實(shí)

現(xiàn)溫度限制?！?分）

假如加熱器在C、D兩端，當(dāng)溫度高于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，R1的阻值減小，電

磁繼電器的銜鐵吸合，加熱器接著工作，溫度將更高，這樣就無(wú)法實(shí)現(xiàn)

恒溫限制。…（2分）

3.電磁繼電器吸合時(shí)的電流為30mA,則限制電路的總電阻為

R^=Rl+R2=200Q…（1分）

限制90℃時(shí)，由曲線圖可知，Rl=50Q,可變電阻值應(yīng)為

R2=200Q-50Q=150Q…（1分）

限制15。℃時(shí)，由曲線圖可知，Rl=30Q,可變電阻值應(yīng)為

R2=200Q-30Q=170Q…（1分）

所以，要選一個(gè)能供應(yīng)150Q?170Q阻值的可變電阻器，選擇B即可

滿意上述阻值要求，又能便于調(diào)整，故選用B即可?！?分）

4.小明設(shè)計(jì)的這個(gè)電路，從理論上講限制的只是一個(gè)固定的溫度值，這

樣運(yùn)用時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)恒溫箱內(nèi)溫度在某一固定值旁邊時(shí)，電磁繼電器頻

繁通斷的現(xiàn)象，這對(duì)電磁繼電器和加熱器電路的運(yùn)用壽命是非常不利

的?！?分）為了解決這個(gè)問題，可以設(shè)想制造一種繼電器，當(dāng)已經(jīng)

達(dá)到了預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，繼電器達(dá)到吸合電流值（如此題中的30mA）,這

種繼電器可以延長(zhǎng)一段時(shí)間或限時(shí)到規(guī)定時(shí)間才吸合，從而斷開被限制

電路。…（2分）當(dāng)?shù)陀陬A(yù)設(shè)的溫度時(shí)，通過繼電器的電流小于吸合電

流值，這種繼電器同樣可以延長(zhǎng)一段時(shí)間或限時(shí)到規(guī)定時(shí)間才釋放銜鐵。

從而實(shí)現(xiàn)繼電器和加熱電路有一個(gè)較長(zhǎng)的穩(wěn)定工作狀態(tài)，達(dá)到既能實(shí)現(xiàn)

恒溫限制又能延長(zhǎng)運(yùn)用壽命的目的?！?分）（說明：只要提出的設(shè)計(jì)

合理，即可得分）

二、（16分）參考答案

1.銘牌中的“額定壓力”與單位“Mpa”不一樣，應(yīng)改為“額定壓強(qiáng)”,

單位不變?！?分）

2.10,0.2,0.37（每空1分共3分）…（3分）

3.設(shè)恒力F作用在水上，使水移動(dòng)了距離L,則F對(duì)水做的功

W=FL,…（2分）

WF=pS,所以

W=FL=pSL=pV…（3分）

清洗機(jī)正常工作Wmin,清洗機(jī)噴出的水的體積為

V=20L/minX10min=0.2m3???（1分）

清洗機(jī)對(duì)水做功

W=pV=5MPaX0.2m3=1.0X106J…（1分）

4.清洗機(jī)消耗的電能

Wtl=Pt=2.2kWX10min=1.32X106J…（2分）

該清洗機(jī)正常工作時(shí)的效率

『W/W電義100%=75.8%…（2分）

三、（16分）參考答案

1.在管中A點(diǎn)旁邊取一截面，截面右側(cè)水管ABC段中的水溫高，密度

pA右??；…（2分）

水經(jīng)暖氣片放熱后，溫度降低，所以水管CDA段中的水溫較低，密度p

A左較大…（2分）

依據(jù)液體壓強(qiáng)公式p=pgh,A截面左側(cè)CDA段中的水產(chǎn)生的壓強(qiáng)大于

右側(cè)ABC段水的壓強(qiáng)，因此水管中的水會(huì)按逆時(shí)針方向流淌?！?分）

同時(shí)安裝水管時(shí)又有肯定的坡度，即D端高、A端低，為水的逆時(shí)針流

淌創(chuàng)建了有利的條件…（2分）

（說明：只說明“上暖氣”中水的流淌是對(duì)流，而沒有具體說明的給2

分）

2.當(dāng)水管中有空氣時(shí)，氣泡會(huì)沿管道向上移動(dòng)，并匯合在最高處，包括

管道中向上凸起的部分、暖氣片的頂部等處?！?分）

假如匯合的氣體過多，會(huì)形成氣柱，分?jǐn)嗔怂苤械乃?，阻礙水的流淌,

從而影響用熱水供暖的效果?！?分）

3.水箱中的水位肯定要高于整個(gè)循環(huán)水路的最高點(diǎn)，才能在整個(gè)循環(huán)水

路中灌滿水…（1分）

否則循環(huán)水路中就會(huì)有空氣，水就不能正常流淌，從而影響用熱水供暖

的效果?！?分）

四、（16分）參考答案

1.（1）亮，亮，不亮；…（2分）（說明：全對(duì)為2分，答錯(cuò)一個(gè)扣一

分，直到扣完2分為止）

（2）亮，亮，不亮；亮，不亮，亮。…（4分）

（說明：全對(duì)為4分，答錯(cuò)一個(gè)扣一分，直到扣完4分為止）

2.（^=cpV（tl-tO）=3.15X105J…（1分）

Q=600WX10x60s=3.6X105J…（1分）

irQ有/Q總=87.5%…（1分）

3.當(dāng)電水壺處于自動(dòng)狀態(tài)下，水未沸騰前，保溫指示燈與ST雙金屬片

溫控器并聯(lián)，…（1分）

且ST雙金屬片溫控器處于聯(lián)通短路狀態(tài)，…（1分）

所以保溫指示燈被短路不亮?！?分）

4.由P=U2/R得電水壺正常工作時(shí)其加熱電阻的阻值

R=U2/P=80.7Q…（1分）

保溫狀態(tài)時(shí)，通過電熱器的電流

I=U/（R1+RL1+R2）<U/R2=2.2X1O-3A…（1分）

就以這個(gè)電流計(jì)算，保溫狀態(tài)時(shí)電熱器的發(fā)熱功率為

P=I2R=3.9X10-4W…（1分）

即可以近似認(rèn)為不發(fā)熱。所以保溫狀態(tài)下的水溫漸漸降低?！?分）

五、（18分）參考答案

1.如答圖1為例說明輸液過程：

起先時(shí)瓶中氣體的壓強(qiáng)大約是1個(gè)大氣壓，藥瓶吊在高處，從瓶中液面

到插在病人血管中的針頭處有相當(dāng)大的高度差，這段液柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)使

針頭處藥液的壓強(qiáng)較大，大于血管中的壓強(qiáng)，藥液自動(dòng)流入血管?！?

分）

藥液流出訪瓶中的（肯定質(zhì)量的）氣體體積變大，壓強(qiáng)降低，瓶中氣體

壓強(qiáng)小于大氣壓，大氣壓強(qiáng)將空氣從進(jìn)氣管壓入瓶中，使瓶中空氣的壓

強(qiáng)基本上保持在一個(gè)大氣壓（一個(gè)大氣壓相當(dāng)于10.3m高水柱產(chǎn)生的壓

強(qiáng)，而在輸液狀況下液面升降幅度不足0.2m,可見壓強(qiáng)相當(dāng)穩(wěn)定），使

藥液勻稱地流下。…（2分）

2.甲瓶的藥液先流完。…（1分）

因?yàn)榧?、乙、丙三瓶采納串聯(lián)的方式，其工作狀況是這樣的：

藥液從丙瓶中流下，丙瓶中空氣體積增大、壓強(qiáng)下降，乙瓶中空氣將乙

瓶中藥液壓入丙瓶補(bǔ)充，使丙瓶液面保持不變?！?分）

藥液從乙瓶中流至丙瓶后，乙瓶中空氣體積增大、壓強(qiáng)下降，甲瓶中空

氣將甲瓶中藥液壓入乙瓶補(bǔ)充，使乙瓶液面保持不變?！?分）

藥液從甲瓶中流至乙瓶后，甲瓶中空氣體積增大、壓強(qiáng)下降，大氣壓將

外界空氣壓入甲瓶，甲瓶中液面下降?！?分）

液體如此流淌，直到甲瓶的藥液全部流完，這時(shí)甲瓶中空氣與外界干脆

連通，連接甲、乙兩瓶的管子相當(dāng)于甲瓶當(dāng)時(shí)的進(jìn)氣管。…（1分）

以后的過程是藥液從丙瓶流入血管，乙管中藥液流入丙瓶補(bǔ)充，空氣流

入乙瓶，直至乙瓶中藥液流完，乙瓶與大氣干脆連通。然后才是空氣干

脆進(jìn)入丙瓶，直到丙瓶中藥液漸漸流完?！?分）

（說明：大致按分析的幾步計(jì)分即可）

3.收集數(shù)據(jù)和計(jì)算步驟如下：

①?gòu)乃幤可系目潭茸x出瓶中藥液的體積VI…（1分）

②當(dāng)某一滴藥液剛好落下時(shí)數(shù)“0”起先記時(shí)，當(dāng)數(shù)到第“n”個(gè)液滴滴

下時(shí)停止記時(shí)，登記所用時(shí)間tO