2015年第二十五届全国初中应用物理竞赛(巨人杯)试题含答案

2015年第二十五届全国初中应用物理竞赛（巨人杯）试题注意事项：1．请在密封线内填写所在地区、学校、姓名和考号。2．用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。3．本卷共有6个大题，满分100分。4．答卷时间：2015年3月29日（星期日）上午9:30~11:10题号一二三四五六总分分数一、本题共10小题，每小题2分，共20分。以下各小题给出的四个选项中只有一个是正确的，把正确的选项前面的字母填在题后的括号内。1．市面上有一种化妆镜，当对着它照镜子时，能看到自己面部更细微处。这种化妆镜应该是一个（）A．平面镜B．凸面镜C．凹面镜D．凸透镜2．“充电宝”是一种给手机等电子设备提供电能的移动电源。2014年8月7日，我国民航局首次专门针对“充电宝”发出公告，公告要求旅客携带登机的“充电宝”额定能量不能超过一定标准。这一“标准”的单位是（）A．AhB．mAhC．WhD．VA3．为了确保用电安全，家中都会安装配电盘。配电盘中除了装有分别控制厨房、客厅和卧室等用电的开关外，还装有漏电保护器。小明装完新房后，将插排插入客厅墙上的电源插孔中，然后将电视机的电源插头插入插排的电源插孔，但打开电视机后，配电盘中的漏电保护器就“跳闸”了。小明拔下电视机电源插头，把漏电保护器的开关复原（重新闭合），然后将能正常使用的台灯插入该插排的电源插孔，闭合台灯开关后，漏电保护器两次“跳闸”。关于发生上述现象的原因，下列猜想正确的是（）A．墙上的电源插座中的火线和零线间短路了B．插排中插座处的零线和地线接反了C．插排中插座处的零线和火线接反了D．插排中插座处的火线和地线接反了4．氢气具有可燃性，因此早期使用的氢气填充的气球和飞艇很容易燃烧起火。后来使用不会燃烧的氦气替代氢气来填充气球和飞艇。相同条件下氦气的密度约为氢气密度的两倍。若忽略球皮和吊索的重力，则相同体积的拟气球与氢气球相比（）A．氦气球的有效载重量约为氢气球的一半B．氦气球的有效载重量约为氢气球的2倍C．氦气球的有效载重量比氢气球小很多D．氦气球的有效载重量与氢气球差不多5．图1是一种案秤的照片。根据这张照片估计，将该案秤配备的标有“1kg”字样的槽码放在秤盘上，那么测得其质量应约为（）A．1kgB．0.2kgC．0.1kgD．0.5kg6．晚上，小明挑着一盏不带光源的工艺品小灯笼在家里玩。当把小灯笼移到发光面较大的吸顶灯正下方时（如图2甲所示），会在小灯笼正下方的白纸上出现一个影子，关于这个影子的形状，图2乙中正确的是（）7．如图3所示，一个圆柱状的轻质纸筒顺着一个倾斜的木板滚下。关于纸筒在地面上的落点，下列说法中正确的是（）A．在A点的左侧B．正好在A点C．在A点的右侧D．上述三种情况皆有可能8．无论是严冬还是酷暑，在使用冷暖空调的房间窗户玻璃表面，有时会出现小水珠。下列关于这一现象的说法中，正确的是（）A．无论冬夏，小水珠总是附着在玻璃的内表面B．无论冬夏，小水珠总是附着在玻璃的外表面C．夏天，小水珠附着在玻璃的内表面，冬天，小水珠附着在玻璃的外表面D．夏天，小水珠附着在玻璃的外表面，冬天，小水珠附着在玻璃的内表面9．如果地球表面大气压为1个标准大气压，地球半径为6.4×103km，据此估算地球周围空气的总质量约为（）A．5×1018kgB．5×1012kgC．1×1018kgD．1×1012kg10.某种变焦镜头的变焦范围为15mm~85mm，用这个镜头对着远处的某一栋楼房拍照。当使用焦距15mm拍照时，显示屏上所成的清晰像的高度为h1；当使用焦距85mm拍照时，显示屏上所成的清晰像的高度为h2，则h1与h2的比值约为（）A．3:17B．17:3C．289:9D．9:289图1槽码二、简答下列各题（每题6分，共30分）1．小刚和家人在逛公园时，发现园艺工人正在用一个奇怪的工具修剪树枝（如图4甲所示）。在交谈中师傅告诉他这个工具叫做“高剪”，使用时用“高剪”的头部钩住高处要剪断的枝杈，拉动绳子，就可以轻松地剪断树枝了。图4乙为高剪的头部照片，你能说出它使用了哪些物理知识吗？图42．小明过生日那天，妈妈买了冰淇淋蛋糕。回到家中妈妈把随赠的干冰棒装入矿泉水瓶并旋紧了瓶盖，然后也蛋糕一起放入了冰箱。没过多久，冰箱内发生了爆炸，门被震飞。请你解释产生这一结果的原因。3．在不太明亮的博物馆里，有一个由透明玻璃制成的长方体展柜，柜内放着一个碗形文物甲，文物的正上方有灯光朝下照射。从某个角度看过去，可以看到“4个”文物（如图6所示，分别标记为甲、乙、丙、丁）。请回答：（1）图6中的乙、丙、丁分别是如何形成的？（2）为什么看起来甲最亮，乙和丙较暗，丁最暗？4．小丽随爸爸参观一个大型油库，她发现每个储油罐都是又矮又粗，外表刷成银白色，顶部都向上拱起，罐身上方有很高的铁针，每个油罐这边还有自动喷水装置，如图7所示。请你帮助小丽分析储油罐为什么这样设计和安装？5．现有如下器材：一个带有阀门的“U”形管（如图8所示）；铁架台（带有夹持附件）；注射器（带有橡胶软管，可供抽气用）；一把刻度尺；两只分别盛有水和浓盐水的烧杯；试用上述器材测量烧杯中的浓盐水的密度。要求写出实验的方法和步骤，以及结果的表达式。三、（11分）如图9所示为一架学生用托盘天平，其游码标尺的最大刻度值为5g。若测得天平横梁两刀口间距L1为24cm，游码刻度线总长度L2是18cm，试用以上数据推算游码的质量。四、（12分）声波在海水中传播衰减程度远小于电磁波。声纳就是利用声波在水中的传播特点来对物体进行定位和测速的。图10是一艘静止军舰上的声纳装置的显示器所显示出声波信号发出与接收的情况，图中P1、P2是声纳发出的信号，n1、n2分别是P1、P2被不明物体反射回来的信号。如果P1、P2之间的时间间隔Δt=1.0s，声波在海水中的传播速度v=1500m/s，不明物体是沿直线正对着军舰匀速行驶。求1．信号P1遇到不明物体时，该物体到军舰的距离。2．不明物体的速度。五、（12分）图11是小兴踩脚踏式翻盖垃圾桶的照片。小兴穿的鞋是41码（26cm）。若桶盖质量为500g，且质量分布均匀，请估算：1．若要把桶盖顶起，脚掌对踏板的压力至少应该是多大？2．将桶盖翻到照片所示状态，至少要做多少功？六、（15分）随着人们环保意识的提高，“风光互补路灯”（如图12所示）得到了广泛的应用。它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，两者皆备时同时发电，并将电能输送至蓄电池储存起来，供路灯晚间照明使用。为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止充电，放电余留20%左右即停止电能输出。下表为某型号风光互补路灯系统配置方案的相关参数。风力发电机太阳能电池组件最小启动风速1.0m/s太阳能电池180W最小充电风速3.0m/s太阳能转换效率15%最大限制风速12.0m/s蓄电池400A·h-12V最大输出功率400W大功率LED路灯80W-12V1．若遇到阴天并且无风，仅靠蓄电池供电，最多可供灯具正常发光多长时间？2．若一块该“风光互补路灯”太阳能电池板的总面积为5m2，当其垂直太阳光方向放置时，最大发电功率达到180W，则当地垂直太阳光方向1m2范围内太阳能电池板所接收太阳辐射的最大功率为多少？3．当风速为6.0m/s时，风力发电机的输出功率将变为50W。在这种风速下，持续光照12h，蓄电池的电量也只由20%充到了70%。求此过程中太阳能电池板发电的平均功率。2015年第二十五届全国初中应用物理竞赛（巨人杯）参考答案一、选择题（每小题2分，共20分）1．C2．C3．B4．D5．B6．C7．C8．D9．A10．A二、简答题（每题5分，共30分）1．（1）剪刀的刀刃处，减小受力面积增大了压强；（2）使用了滑轮组，省力；（3）剪刀本身是一个省力杠杆；（4）利用了弹簧的弹性形变产生的弹力，恢复剪刀的张开状态；（5）绳子的表面粗糙，增加了手与绳子间的摩擦。说明：答对一点得2分，共6分。2．放在冷藏室中的干冰，会迅速升华成气态二氧化碳；由于装干冰的矿泉水瓶的瓶盖被旋紧了，瓶内的压强急剧增大；当超过矿泉水瓶能够承受的最大压强时，将导致矿泉水瓶被撑破，瓶内气体高速溢出，导致爆炸。3．（1）乙和丁分别是甲通过展柜侧玻璃和展柜后侧玻璃反射而成的像。丙是乙通过展柜后侧玻璃反射而成的像，同时也是丁通过展柜左侧玻璃反射而所成的像，二像重合。（2）因为展柜玻璃与平面镜不同，玻璃的透光性好，入射光的大部分透射到玻璃的另一面，小部分发生镜面反射。甲是文物表面反射的光透过玻璃后直接进入人眼所成的像，所以看起来最亮，通过展柜侧面玻璃成的像乙和丁是部分光发生镜面反射的结果，较暗；丙是反射光在另一个玻璃表面再次发生反射成像的结果，在遇到第二个玻璃表面时又有大部分光透射出去，因此丙看起来最暗。4．（1）外表又矮又粗，是为了增加容积时，尽量减少增加油对罐侧壁的压强；（2）外表刷成银白色，是为了更好的反射太阳辐射，避免油温升高太多；（3）顶部拱起，是类似于拱桥的作用，增加罐顶的强度；（4）罐身上方细高的铁架避雷针，防止雷击点燃油料；（5）自动喷水装置可以在气温较高时，向罐身喷洒水，利用水的蒸发吸热，降低罐身的温度。说明：答对一点得2分，共6分。5．（1）将“U”形管开口竖直向下固定在铁架台上，两个管品分别插入盛有水和浓盐水的烧杯中，打开阀门；（2）用注射器从抽气口抽出适量空气后，待两管中的液面升高一定高度后，关闭阀门；（3）分别用刻度尺测量两管内外液面的高度差h盐水和h水。待测盐水的密度为：ρ盐水=h水h盐水ρ水说明：每一操作步骤1分，得出正确表达式3分，共6分。三、（11分）参考解答设游码的质量为m0，则根据天平的原理，当天平左盘放置m1=5g的物体时可以在右盘放置m1=5g的砝码与之平衡，此时天平横梁（除游码外）的重力与其相对于支点（中央刀口的）力臂的乘积设为M，则四、（12分）参考解答五、（12分）参考解答（1）若要把桶盖顶起，脚对踏板的压力至少应该为桶盖水平放置时被顶起所需力的大小，因桶盖的质量分布均匀，重力作用在桶盖的重心位置；小兴的鞋的尺码是41码，即长度为26cm；用刻度尺测量出各段距离，根据鞋的长度与各距离的相同比例关系，可得出如下的估测值：AO1=13cm；O1B=26cm；CO2=86cm；DO2=22cm。设脚对A点的作用力为F，顶杆对B点的作用力为F1，顶杆对桶盖上的D点的作用力为F2，根据杠杆平衡条件有：可得：F=19.6N„„„„„„„„„„7分（取值范围在18N到22N之间的均可给分）（2）将桶盖从水平翻为照片中所示状态的过程中，重心将升高约为24cm根据重力做功的公式：W=mgh=0.5kg×10N/kg×0.24m=1.2J„„5分（功的答案在1.0J到1.5J之间均可给分）六、（15分）参考解答