第十七届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题.docx
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第十七届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题
2007年第十七届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题
姓名:
一、(10分)表1中提供的是明湖中学使用的一台数学投影仪的有关数据,请根据其中的数据,通过计算回答:
1、这台投影仪的耗电总功率是多大?
2、如果投影仪的光源采用串联电阻降压的话,所有电阻的阻值应该多大?
该电阻消耗的功率为多大?
3、这台投影仪的光源采用上述串联电阻降压的方法可行吗?
为什么?
4、如果上述方法不可行,请你提出一种可以使投影仪正常工作的方案。
(要求定性说明即可)
电源工作电压
220V
电源频率
50Hz
光源电压
24V
光源电流
10.0A
鼓风机电压
220V
鼓风机电流
0.1A
表1
二、(10分)李老师的家离学校大约10km,为了便于上下班,他购买一部轻便摩托车来代步,使用的燃料为93#汽油,根据表2提供的数据,请回答:
1、如果李老师上班时骑车的平均速度为36km/h,试根据表2中所提供的有关信息,为李老师计算一下,他骑车从家到学校至少需花多少油费?
2、小洪同学学过物理以后,给李老师建议:
在上述条件不变的情况下,采用加快车速缩短时间的办法,就一定可以省油费。
请你根据自己掌握的知识,分析说明这种方法是否可行。
表2
轻便摩托车
93#汽油
燃料
汽油
密度
0.7×103kg/m3
油箱容量
7L
热值
4.5×107J/kg
功率
6kW
价格
4.90元/L
三、(12分)汽车在行驶途中,为了安全,车与车之间必须保持一定的距离。
因为,驾驶员从发现某一异常情况到采取制动动作的“反应时间”里(设同一人,不同速度下的“反应时间”是相同的),汽车要通过一段距离(称为思考距离);而从采取制动力作到汽车完全停止,汽车又要通过一段距离(称为制动距离)。
表3中给出了某辆汽车在同一段路面上行驶过程中,在不同速度下的思考距离和制运距离等部分数据。
1、根据表3中已给的数据,分析计算并填写尚缺的三个数据,完成表格。
2、根据表3中的数据,分析或通过计算说明超速和酒后驾车的危害。
表3
速度v/(km/h)
思考距离S1/m
制动距离S2/m
停车距离S3/m
1
45
9
14
23
2
75
15
38
3
90
74
4
105
21
76
97
四、(12分)有一种电脑电源适配器(即充电器)的铭牌如图1所示。
这款国产充电器,有九个国家或地区的认证标志,其中已经标出了八个。
图1
1、请你在第一个标志前的方框中填入所代表的国家名称及其英文名,并在铭牌下面的另三个图案下填写所表示的含意。
2、根据给出的数据:
说明此电源适配器所适用的电源条件是什么。
3、用它与配套的笔记本电脑供电使用时的耗电功率大约在什么范围?
4、试估算它为笔记本电脑供电时的效率大约在什么范围?
5、有人说:
“如果适配器只是输入端插入电源,输出端不接用电器时就不耗电”,你认为对吗?
请简要说明理由。
五、(12分)我们已经知道,肺活量是一个人做最大吸气后再做最大呼气所呼出的气体的体积,单位是毫升(ml)。
肺活量是身体机能的重要指标之一,对青少年的成长及日后身体是否健康都关系重大。
我们要注意增强自身的肺活量。
图2所示的是一种测定肺活量的实用方法,图中A为倒扣在水中的开口薄壁圆筒,测量前排尽其中的空气(即测量前筒内充满水)。
测量时,被测者吸足空气,再通过B尽量将空气呼出,呼出的空气通过导管进入A内,使A浮起。
测得圆筒质量为m,横截面积为S,筒底浮出水面的高度为H,大气压强为Po,求:
1、此时圆筒内气体的体积。
2、此时筒内气体的压强。
3、“肺活量体重指数”是人体重要的呼吸机能指数,
它主要通过人体的肺活量与体重的比值来反映肺活量和
体量的相关程序,用以对不同年龄、性别的个体与群体进行客观的定量比较分析。
肺活量体重指数=肺活量/体重,单位是ml/kg
例如,我国初三年级男生肺活量体重指数标准:
67以上为优秀;50-66为良好;33-49为及格;32以下为不及格。
如果体重60kg的小强用上面的肺活量仪测活量,测得H=18cm,已知筒A的质量为200g,横截面积为200cm2,请计算他有肺活量体重指数是多少?
六、(14分)空气的流动形成风,风具有能量,称为风能。
风能具有来源丰富、安全卫生等优点。
图3是我国某地区风力发电的外景图。
风力发电机中的叶片在风力的推动下转动,并带动机头发电机发电,为人们提供电能。
设该地区空气密度为1.3kg/m3,一台风车的轮叶转动时可以形成面积为600m2的圆面。
1、若风速为10m/s,则ls内冲击到风车轮叶形成的圆面的空气质量是多少kg?
已知1kg空气以这样的速度运动时具有的动能是50J,10台这样的风车工作ls所产生的电能可供1盏“220V60W”灯炮正常工作2h,求这种风车发电的效率。
2、若此地年平均风速为15m/s,100台这样的风车一年(工作时间按4000h计算)获得的风能相当于完全燃烧多少kg煤?
(煤的热值为3×107J/kg)
3、请你结合风力发电的实际情况及图4中的有关信息说明自前风力发电开发的困难和前景。
七、(14分)医院、宾馆等公共场所普遍使用高温高压蒸气消毒锅对物品消毒。
图5为自动测定锅内温度的电路原理图,其中Ro为定值电阻,A为温度指示表(实质是一只电流表),Rx为热敏电阻(其电阻值随锅内温度的变化而变化)。
热敏电阻的阻值与温度的对应关系如表4所示,电源两端的电压不变。
表4
锅内温度值/℃
25
37
50
62
75
87
100
112
125
Rx对应的电阻值/Ω
150
80
50
30
20
15
10
7
1、若锅内温度为75℃时电流表指针指向0.24A;若锅内温度为112℃时电脑表指针指向0.50A;若锅内温度为125℃时电流表指针指向0.60A;求锅内温度为125℃时热敏电阻的阻值Rx。
2、高温高压蒸气消毒锅内温度与锅内气压的关系如表5所示。
表5
锅内温度值/℃
87
100
112
125
锅内气压值/Pa
1.8×105
2.0v105
2.5×105
3.3×105
为了使高温高压蒸气消毒锅内温度不超过112℃,高压锅盖上有一限压阀,图6为限压阀的原理图,限压阀由一直立圆柱形金属体和滤网型外套组成。
当锅内温度接近112℃时,锅内高压气体将圆柱形金属体顶起,并对外排气减压,从而到限压的作用。
已知圆柱形金属体的底面积S为0.2cm2,求该金属体的质量m。
(外界大气压P外=1.0×105Pa,g取10N/kg)
八、(16分)育才中学科技小组的小明同学自行设计一个地磅,其原理如图7所示。
设电源两端电压U恒为定值,Ro为定值电阻,滑动变阻器的总电阻为R、总长度为L,滑动触头与托盘固联,开始时触头位于变阻器最上端A,并能随轻弹簧一起上下滑动。
已知滑动变阻器的电阻与其接入电路的长度成正比;当对地磅施加压力F时,弹簧的长度会缩短l。
(弹簧发生弹性形变时,弹力的大小跟簧伸长或缩短的长度成正比:
f=kx)请回答:
1、说明定值电阻Ro的作用
2、写出电流表的示数l与待测物体质量m之间的
关系式;并分析此地磅的刻度特点。
3、有同学建议小明将原理图改为图8所示,你认为
这样改动好不好?
请你分析并简要说明理由。
4、请你在图8的基础上,在图9的方框里画出你改进
后的电路图,并说明改进后的特点。
第十七届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题参考解答与评分标准
一、1.因为光源消耗的功率为:
P光源=U光源I光源=24V×10A=240W…1分
鼓风机消耗的功率为:
P风机=U风机I风机=220V×0.1A=22W…1分
所以这台投影仪消耗的总功率为:
P=P光源+P风机=240W+22W=262W…1分
2.若光源采用串联电阻降压,这时所选用的电阴R应分担的电压为:
UR=U电源-U光源=220V-24V=196V……1分
通过所选用的电阻R的电流为:
IR=I光源=10A…0.5分
所选用电阻的阻值应为:
R=UR/IR=196V/10A=19.6Ω……0.5分
所选用电阻消耗的功率为:
PR=I2RR=(10A)2×19.6Ω=1960W……1分
3.因为所选用电阻消耗的功率为1960W,远大于投影仪正常工作时所消耗的功率;同时电阻上消耗的1960W,将产生大量热量,实际使用中很难有效的解决散热问题,因此容易烧毁投影仪。
所以,这台投影仪的光源不宜采用串联电阻降压……2分
4.只要同学提出的定性文案合理,即可给满分,例如可采用变压器变压的方法等。
……2分
二、1、因为李老师的骑车速度为:
v=36km/h=10m/s……1分
李老师上学校所用的时间为:
t=s/v=1000m/10m/s=1×103s…1分
摩托车所做的功应为:
W=pt=6×103W×6×103s=6×106J……1分
所用的汽油放出的热量应为:
Q=W………1分
所以李老师上学校时须用去汽油的质量为:
m=Q/q=6×106J/4.5×107J/kg=0.133kg……1分
所用汽油的体积为:
V=m/p=0.133kg/0.7×103kg/m3=0.19×10-3m3=0.19L……0.5分
所以,李老师上学校应花去油费为:
4.90元/L×0.19L=0.93元…0.5分
2.单独从t=s/v和W=pt来考虑,在功率P不变的情况下,提高车速可以减小发动机所做功,好象可以省油。
但根据W=Fs和P=W/t可得,P=Fv。
也就是说,在行驶阻力不变的情况下,提高车速v,必然导致发动机的功率P增大…2分
所以单纯靠提高车速并不一定能减小发动机所做的功、达到省油的目的……2分
三.1.
(1)由表格中第一行的数据可知:
停车距离=思考距离+制动距离,所以第二行的停车距离15m+38m=53m…2分
(2)思考距离=行驶速度×反应时间…1分
已知:
v1=45Km/h=12.5m/s,s11=9m,所以,反应时间t=s11/v1=0.72s…1分
反应时间t相等,v3=90km/h=25m/s,所以,S13=v3t3=25m/s×0.72s=18m…分
第三行的制功距离=停车距离-思考距离=74m-18m=56m……2分
速度v/(km·h-1)
思考距离S1/m
制动距离S2/m
停车距离S3/m
1
45
9
14
23
2
75
15
38
53
3
90
18
56
74
4
105
21
76
97
2.
(1)从表格中的数据可以看出,行驶的速度越大,思考距离、制动距离也越长,导致停车距离也更长,当然更容易导致交通事故。
……2分
(2)根据思考距离=行驶速度×反应时间,酒后架车反应时间比不饮酒的反应时间要长一些,因此,思考距离也要长一些,导致停车距离也更长一些,当然也就更容易出现交通事故。
………2分
四、1.中国,China:
防水,防触电;防摔打或易破损:
………2分
2.适用的电源条件是100V~240v、频率为50Hz~60Hz的交流电源;……2分
3.由P=UI得耗电功率范围是100W~96W(100V×1.0A=100W,240V×0.4A=96W)………3分
4.由η=P输出/P输入得供电的效率在79.8%~83.1之间;
(P输出=19V×4.2A=79.8W,P输入分别为100W、96W)……3分
5.不对:
一定要拔下输入端的插头,否则适配器的初级电路通电,仍在耗电。
…2分
五、(共12分)参考解答
1.因为圆简漂浮在水面上,所以有F浮=G=mg…1分又据阿基米德原理F浮=P水gV排……1分
所以P水gv排=mg,,v排=m/P水………1分筒内气体的总体积V=V排+SH=m/p水+SH……1分
2.如题图2,筒外水面比筒内水面高出高度为h=V排/S=m/(P水S)…2分
由分析得:
筒内气体压强为P=(P0+P水gh=P0+P水gm/(P水S)=P0+mg/s……2分
3.他的肺活量为V=V排+SH=m/p水+SH=200g/(1g/cm3)+200cm2×18cm=3800cm3=3800ml……2分
肺活量体重指数=肺活量/体重=3800/60=63(ml/kg)……2分
六、(共14分)参考解答
1.每秒钟通过的空气流的长度为:
L=vt=10m/s×1s=10m……1分
每秒钟通过风车轮叶形成的圆面空气流的体积为:
……1分V=SL=600m2×10m=6×103m3……1分
空气流的质量为:
m=pV=1.3kg/m3×6×103m3=7.8×103kg………1分
1台风车工作1s获得的空气的动能为:
E0=7.8×103kg×50J/kg=3.9×105J…………1分
10台风车工作1s获得的空气的动能为:
E=10E0=10×3.9×105J=3.9×106J…………1分
10台风车工作1s产生的电能为:
E电=pt=60W×2×3600S=4.32×105J……………2分
风车发电的效率为:
η=E电/E×100%=4.32×105J/3.9×106J×100%=11%………1分
2.100台风车1s获得的风能为E0‘=100×12×104J=12×107J………………1分
100台风车一年获提的风能为E总=4000×3600×1.2×107J=1.728×1014J…2分
如果这些能量是由完全燃烧煤来获得,则煤的质量应为:
m=E总/q=1.728×1014J/3×107J/kg=5.76×106kg……1分
3.风力发电的实际困难为:
风力不稳定,前期投资大,导致风力发电成本较高等。
…………1分
前景:
随着技术不断的成熟,成本下降较快,有望低于火力发电成本;风力发电对环境几乎没有污染等。
1分
七.1.据题意U=I1(RX1+R0)……2分
U=I2(RX2+R0)……2分
将I1=0.24A,RX1=20Ω,I2=0.5A,RX2=7Ω代入……2分
联立解得U=6V,R0=5Ω………………2分
据题意U=I3(RX3+R0),RX3=U/I3-R0=6V/0.6A-5Ω=5Ω………2分
(2)对于圆柱形金属体pS-p0S=mg………2分
m=pS-p0S/g=(2.5×105Pa-1×105Pa)0.2×10-4m2/10N/kg=0.3kg……2分
八.1.定值电阻R0起到分压限流、保护电路元件的作用。
………2分
2.设地磅上放质量为m物体时,轻弹簧缩短x,则有x=mg/F×l……2分
此时滑动变阻器的电阻值:
Rx=R-mglR/FL=[1-mgl/FL]R……2分
电流的表达式:
I=U/Rx+R0=U/[1-mgl/FL]R+R0……1分
由表达式可看出:
I与m之间不存在正比例关系,所以,用此表示显示m值的刻度是不均匀的。
…1分
3.这样改进仍不好。
……1分
因为电压表示数:
Ux=U-IR0=U-U/[1-mgl/FL]R+R0×R0……1分
所以,这个电路中,电压表的示数大反而表示所测物体的质量小,而且刻度仍然是不均匀的…2分
4.改造如答题图1所示……2分
Ux=U/R+R0×mglR/FL=UgLR/(R+R0)FL×m……1分
因此Ux与m成正比,所以刻度值是均匀的,而且电压表的示数大表示所测物体的质量也大,符合人们的习惯。
……1分
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