2012年第二十二届全国初中应用物理竞赛复赛试题

2012年第二十二届全国初中应用物理竞赛复赛试题注意事项：1．请在密封钱内填写所在地区、学校、姓名和考号。2．用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。3．本试卷共有六个大题，满分为100分。4．答卷时间:2012年4月15日(星期日)上午9：30~11:10。题号一二三四五六总分分数复核人一、（16分)某小型汽油发电机外形如图1所示，其实质是利用一个汽油机带动一个发电机来发电。该发种电机铭牌部分数据如下表所示，根据表中的数据求：图1(1)在允许的连续运行时间内，发电机以额定功率输出，能够提供的电能是多少度?172教学网(2)己知汽油的热值是q=4.6×l07J/kg，密度是0.71×103kg/m3，设该汽油机的效率为35%，则该汽油发电机油箱的容积至少需要多大?172教学网(3)汽油发电机将内能转化为电能的效率是多少?网172教学网得分评卷人发动机(汽油机)发电机型号XGQF5.0型号XGQF5.0额定功率8.3kW额定输出功率5kW噪声73db额定输出电压220V连续运行时间8h额定频率50Hz强制水冷四冲程自动电压保护二、(16分)长期以来，我国北方地区城镇居民的冬季采暖计量一般都按住宅面积收费，导致用户节能意识差，造成严重的资源浪费。作为建筑节能的一项基本措施，近几年部分地区试点以热量表作为计量收费的依据和手段，经测算可节能约20%~30%。172如图2所示，一个完整的热量表由以下三个部分组成：一只液体流量计，用以测量经热交换的热水流量；一对用铂电阻制作的温度传感器，分别测量供暖进水和回水温度；一低功耗的单芯片计算机，根据与其相连的流量计和温度传感器提供的流量和温度数据，利用热力学公式可计算出用户从热交换系统获得的热量，通过液晶显示器将测量数据和计算结果显示出来。172教学网以下是某用户家中的热量表的部分参数，已知水的比热容取4.2×l03J/(kg·C)，天然气的燃烧值约为8×107J/m3。最大流量/m3h-12.5测温范围℃4~100温差范围/K2~50最大水压/MPa1.6电源3.6V2Ah电源寿命≥5年网（1）试通过以上数据计算该型号热量表能测量的最大供热功率是多少？（2）在一次要查看热量表记录情况时，通过逐次点按计量表上的信息显示按钮，液晶显示器逐项显示出了下列数据：根据这些数据推算，求此次查看时该用户家平均每小时从暖气中得到的热量约为多少J？到此次查看时为止，该用户从这套供暖系统得到的总能量相当于完全燃烧了多少m3的天然气？(3)如果出现大风降温天气，住宅通过外墙散热的速度会加大。从原理分析，应该在家中怎样调节，才能保持室内温度不出现明显下降。(4)这种型号的热量表平均耗电功率不超过多大?(5)2010年国家将逐渐在全国推广使用供热分户计量。假设某城区在未使用热量表计费时，一年热力公司共消耗天然气40亿立方米，现有30%的用户使用热量表，在使用后平均每户节能20%。按此情况计算，这些使用热量表的用户一年可节约多少天然气?172教学网得分评卷人进水回水测温三通水量调节阀热量表热量表热量计量系统组成用户图2供水温度：52.5℃回水温度：49.7℃瞬时流量：0.777m3/h累计热量：46235.67kW·h工作时间：19104h46min三、（16分）双活塞气压计是一种可以消除活塞自重影响、对低压'容器内的压强进行测量的装置。如图3所示，在甲、乙两个空腔容器中各有一个活塞A和B，其中活塞A的截面上下一致，称为自由活塞，其横截面积为S1；活塞B的上下截面不等，称为差动活塞，其上下两部分的横截面积分别为S2和S3。乙容器的上、下两部分彼此隔绝，不能相互渗气、渗油。C为带有阀门K1的工作液体的接口，工作液体充满甲容器和乙容器的上部空腔；D为带有阀门K2的接口，可接待测容器；E为带有阀门K3的接口，可与抽气机相连。测量前要先校正零位平衡：K1关闭，K2打开，D口不连接待测容器，在两活塞上面放置砝码(图中未画出)，调节砝码的质量使两活塞升起的高度相同。进行测量时，要将待测量的容器接在D口上，并关闭K2、打开K3，开动抽气机进行抽气，待乙容器下部空腔内接近真空时，关闭K3、打开K2，此时差动活塞B己有所下降，在自由活塞A上再加放重为G的砝码时，A、B两活塞的上表面恰好能恢复等高。己知进行测量时大气压强为p0，求待测容器内气体的压强p。172根据帕斯卡定律可知：加在密闭液体上的压强能够大小不变地被液体向各个方向传递。172教学网四、（16分）小明看到一句农谚：“下雪不冷化雪冷”。他很好奇，想具体了解一下冰雪熔化时究竟要吸收多少热量。于是查找了资料，知道“熔化热”的定义是：单位质量的某种晶体，在熔化成同温度的液体时吸收的热量，叫做这种晶体的熔化热。他想用实验测量一下冰的熔化热，于是找来了一些实验器材：一架天平和配套的硅码、一支实验室温度计（0~100℃）、一个有密封盖子的保温桶、一个小烧杯、一把镊子和一个专门用来在冰箱中冻小冰块的塑料冰格，又观察到家里的冰箱面板上显示冷冻室温度恒为-18℃。请帮助小明设计一个用这些器材粗测冰块熔化热的方案，要求写出实验的步骤和用测量的物理量计算冰的熔化热λ的表达式(水和冰的比热容分别用C水和C冰表示)。172教学网得分评卷人得分评卷人图3五、（18分）在一些地区的电力线路敷设过程中，会使用简易绞盘将沉重的混凝土电线杆立起来。其主要结构如图4所示。作业前，先将绞盘底座牢固地固定在地面上，立杆作业时，根据实际需要，安排1~4人分别推动不同的横杆末端，使横杆绕轴做顺时针转动，这样系在电线杆上的钢丝绳就被不断地缠绕在轴上，电线杆被逐渐拉起并最终坚直站立。己知，某个绞盘的轴直径D=l0cm，各横杆末端到轴心的距离L=lm。在一次立杆作业中，所立的电线杆所受重力G=6200N，长L0=10m，其重心距粗端4m。若在电线杆升至某时刻时的情形如图5所示，设此时绞盘的机械效率η=80%，定滑轮的阻力可忽略不计。172教学网1．若此刻仅有一名施工人员推横杆，则该施工人员对绞盘横杆所施加的最小推力F为多少?172教学网2．在整个立杆过程中，施工人员对绞盘横杆的最小推力F的变化情况如何?3．在立杆作业时，施工人员一般要求绞盘离所拉的电线杆适当地远一些，请定性分析这样做的原因。172教学网得分评卷人图5图4六、（18分）应急照明灯是在正常照明电源发生故障时，能持续照明而不间断工作的一类灯具，如图6所示。应急照明灯主要由灯泡(或LED灯珠)、蓄电池、充电器、自动控制电路及相关部件组成。在照明电源正常情况下，应急照明灯通过充电器给蓄电池充电，此时，自动控制电路及相关部件自动将灯泡(或LED灯珠)与蓄电池断开不发光。当照明电路突然停电时，应急照明灯通过自动控制电路及相关部件自动把灯泡(或LED灯珠)跟蓄电池接通，从而实现自动应急照明。下表为某型号应急照明灯的主要技术数据：输入电压充电时间应急照明时间应急照明功率AC220V24h90min0.96W×2应急照明光源蓄电池种类数量灯泡额定电压类别额定电压容量灯泡2只2.4VNi-Cd2.4V1.8Ah1．在该型号应急照明灯刚投入使用阶段，待蓄电池充满电后，可以实现的最长连续应急照明时间为多少?172教学网2．小兰跟老师提出自己要设计并组装一只简易的应急照明灯。老师告诉她实验室现有以下器材：双孔插座及与之配套的插头1套、小灯泡〈额定电压：DC3.0~3.4V，额定电流：350mA)4只、电磁继电器（额定电压：DC6V；额定电流：0.15A）1套及与之配套的低压直流电源(输入电压：AC220V，输出电压：DC6V)1台、蓄电池(两端电压：6V)1只及与之配套的充电器(输入电压：AC220V，输出电压：DC6.3V)1只、导线(足量).如图7所示。(1)请你帮助小兰在图7上完成简易应急照明灯的接线。要求如下：17①家庭电路正常工作时，充电器自动给蓄电池充电，各灯泡均不发光；172②当家庭电路停电时，蓄电池自动给各灯泡供电，使各灯泡均正常发光，且在一盏小灯炮灯丝烧断后还应该有部分小灯泡能正常工作；72教学网(2)小明看到小兰的连接电路后，认为可以去掉低压直流电源，而将电磁铁的两个接线柱直接接在充电器的输出端。请分析这样做不可行的原因。得分评卷人图62012年第二十二届全国初中应用物理竞赛复赛试题参考解答和评分标准说明：1．提供的参考解答除选择题外，不一定都是惟一正确的。对于那些与此解答不同的解答，正确的，同样得分。2．评分标准只是按一种思路与方法给出的。在阅卷过程中会出现各种不同情况，可按照本评分标准的精神定出具体处理办法，但不要与本评分标准有较大偏离。3．问答题或计算题是分步给分的。在评分标准中常常写出（1）式几分，（2）式几分……这里的式子是用来代表步骤的。若考生并未写出这个式子，而在文字表达或以后的解题过程中反映了这一步骤，同样得分。没有写出任何式子或文字说明，只给出最后结果的，不能得分。4．参考解答中的数字结果是按照有效数字的运算要求给出的，但对考生不做要求。不要因为有效数字的错误而扣分。5．在最后定奖时．如果得分相同的人数超过获奖名额，因而难于选拔时，可对待选试卷进行加分评判。加分评判的基本依据是：（1）所用方法或原理不是课本所讲的，具有创新性，应加分；（2）方法简便，应加分；（3）提出多种正确解法，应加分；（4）试卷表达规范，条理清楚，能充分利用数学工具，应加分。上述各项的执行都应由竞赛领导小组做出规定（省统一分配奖励名额的由省决定，地、市分配奖励名额的由地、市决定）。一、（16分）（1）发电机能够提供的电能W电=P电t=5kW×8h=40kW·h……………………………3分（2）汽油机的效率PtWQVq有用机放…………………………………………………4分所以油箱的最小容积：3333378.310W83600s20.910m20.9L0.7110kg/m0.354.610J/kgPtVq机…3分（3）汽油发电机将内能转化为电能的效率333337510W83600s21.1%0.7110kg/m20.910m4.610J/kgWPtQVq电电放……6分或33510W0.3521.1%8.310WPP电机二、（16分）解：（1）该型号热量表能测量的最大供热功率maxmaxmaxmaxmaxmaxcmtcVtQPttt水水水333354.210J/(kgC)10kg/m2.5m50C1.4610W3600s…………………4分（2）平均每小时从暖气中得到的热量QcmtcVt水水水333364.210J/(kgC)10kg/m0.777m(52.5-49.7)C=9.1410J…………4分相当于完全燃烧天然气的体积为：637346235.673.610J2081m810J/m………………4分（3）分析原理可知，为了提高房间内暖气片放出热量的速度，只需调节“水量调节阀”，加大热水瞬时流量即可。………………………………………………………………………2分（4）热量表的耗电功率为43.6V2A3600s1.610W5365243600sWUQPtt电………………………………2分（5）相当于节约的天然气体积为4×109m3×30%×20%=2.4×108m3…………………2分三、（16分）解：在自由活塞A上再加放重为G的砝码时，A活塞对工作液体增加的压强为1GpS…………………………………………………………………………………2分根据帕斯卡定律，工作液体对活塞B向上增加的压力为231()GFSSS……………4分又因为活塞B下底面向上减小的气体压力为03()FppS…………………………4分因为活塞B能够回到原来的高度，所以FF……………………………………4分即03231()()GppSSSS所以待测容器内的气体压强为02313()GppSSSS……………………………