2012年第二十二届全国初中应用物理竞赛试题及参考答案

2012年第二十二届全国初中应用物理竞赛试题注意事项：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．本试卷共有六个大题，满分100分。4．答卷时间：2012年3月25日(星期日)上午9：30——11：10。一、本题共l0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，把正确选项前面的宇母填在题后的括号内。1．早晨，小明骑着自行车沿平直的公路驶向学校，强劲的北风迎面吹来，此时地面对车前轮的摩擦力为f1，对车后轮的摩擦力为f2。则下列说法中正确的是()A．f1与前进方向相反，f1f2B．f2与前进方向相反，f1f2C．f1与前进方向相同，f1f2D．f2与前进方向相同，f1f22．小明发现，有些电线杆上装有如图l所示的“小风车”，这些小风车在微风在微风中能不停地旋转，且旋转叶片的一面还装有反光的小镜子。关于这样的“小风车”的作用，下列说法中正确的是()A．为了警示此处有电B．为了测定风向C．为了测量风速大小D．为了驱赶小鸟，避免小鸟在上面做窝而导致电路短路3．一名军人在一次执行任务时需要从正在正常向前行驶的卡车右侧跳下。对于跳车的方法，以下四种方案中最安全的是()A．脸向车后并相对于车向后跳B．脸向车后并相对于车向前跳C．脸向车前并相对于车向后跳D．脸向车前并相对于车向前跳4．我国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气，统称为“雾霾天气”。关于雾和霾的认识，下列说法中正确的是()A．霾是大量的小水滴或冰晶浮游在近地面空气层中形成的B．雾和霾是两种不同的天气现象C．雾是由悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒等颗粒形成的D．雾和霾是同一个概念的两种不同说法5．北京奥运会上的花样游泳运动员，由于在水面上、下都能听到音乐指令，从而以其优美的舞姿、随音乐节拍而精确完成的动作，让观众感受到了体育之美。关于运动员在水下是如何接收到音乐指令的下列说法中，符合实际情况的是()A．仅在水面以上放有音箱，当运动员的头部在水面以下时，声音经由空气、水，最终传到运动员的耳朵B．仅在水面以下放有音箱，当运动员的头部在水面以下时，声音通过水传到运动员的耳朵C．运动员通过无线耳机，接收来自控制室的电磁波信号，再将其转化成声音，被耳朵接收D．在水面以上和以下都放有音箱，使运动员的头部无论是在水面以上还是以下，都能听到清晰的音乐声6．小明学习了浮力知识以后，对热气球运动产生了兴趣，他在网上收集了许多关于热气球的知识及类似图2所示的图片。以下是他对热气球运动所做的猜想，其中正确的是()A．通过调节火焰大小，改变热气球的体积来调节热气球的飞行高度，进而选择需要的风向B．通过改变人在吊篮中站立的位置，来改变热气球飞行的方向C．通过调节火焰大小，改变热气球内的空气密度来调节热气球的飞行高度，进而选择需要的风向D．通过调节火焰喷射的方向，来改变热气球飞行的方向7．如图3所示，四个相同的玻璃瓶内装有深度不同的水。用筷子轻轻敲击瓶口或用嘴贴着瓶口吹气，会发出不同的声音。下列关于所发出声音的判断中正确的是()A．用筷子轻轻敲击瓶口，甲瓶的音调最高B．用嘴贴着瓶口吹气，甲瓶的音调最高C．用筷子轻轻敲击瓶口，丁瓶的音调最低D．用嘴贴着瓶口吹气，丁瓶的音调最高8．在煮饺子时，将饺子投入沸腾的水中，并用勺子轻轻推动沉下的饺子，等到水重新沸腾后，加上些凉水继续煮一会儿使水再次沸腾，这时煮熟的饺子会浮出水面。熟饺子会浮起来的主要原因是()A．锅里的水量多了B．饺子在水里经过烧煮变轻了C．水温低时饺子受到的重力较大，水温高时饺子受到的重力较小D．水沸腾后，饺子内的部分水汽化变成水蒸气，使饺子体积增大9．目前航天飞船的飞行轨道都是近地轨道，一般在地面上方300km左右的轨道上飞行，绕地球飞行一周的时间约为90min左右。若飞船在赤道上空飞行，那么飞船里的航天员在24h内可以见到日出的次数可能为()A．15B．1C．2.7D．0.3810．图4甲所示的热熔胶枪是一种装修工具，用于材料涂胶。它的内部有2只相同的PTC(正温度系数)加热元件，其工作电路如图4乙所示，扣动扳机能使固体胶条向前挤压，联动开关S同时掷向A、B，枪口冒出胶液，松开扳机，联动开关S同时掷向B、C。单只PTC元件的电阻随温度的变化如图4丙所示。关于PTC元件的工作情况，下列饼法中正确的是()A．扣动扳机，两只PTC元件串联在电路中B．松开扳机，只有一只PTC元件接入电路C．松开扳机，当温度为80℃时，电路消耗的电功率为55WD．扣动扳机，当温度为l80℃时，lmin电路消耗的电能为4800J二、简答下列各题(每题5分，共30分)1．乒乓球运动是集竞技、娱乐、健身于一体的体育运动，如图5所示。请分析运动员在击球过程中用到了哪些物理知识?2．图6是鱼缸中过滤增氧泵增氧工作时的原理示意图，水泵把水从进水管口吸入，从出水管口快速喷出时，空气就会从进气管口进入水中，与水流一起喷出。(1)请解释空气能进入水中的原理和过程：(2)请再列举一个生产或生活中利用上述原理进行工作的例了。3．2006年7月1日，青藏铁路全线贯通。铁路要通过“千年冻土”区，“冻土”区路基在温度过高时会变得松软不牢固。为解决“冻土”难题，保证路基的稳定，青藏铁路路基两旁各插有一排碗口粗细、高约2m的热棒(中空的铁棒)，如图7所示，热棒在路基下还埋有5m深，里面灌有液氨。请解释热棒是如何解决“冻土”难题保证路基的稳定的。4．小明家新买了一台电热油汀取暖器，如图8所示。当小明用力晃动这台取暖器时，可以听到其内部发出了液体流动的声音。小明找出说明书仔细阅读后得知，这种取暖器将电热管安装在散热片腔体内的下部；在腔体内电热管周围注有导热油；在控制电路中装有双金属温控元件，当油温达到调定温度时，温控元件会自行断开电源：在使用注意事项中特别强调这种取暖器不能倒置或侧卧使用。请回答：(1)为什么用油做导热物质而不用水?(2)取暖器内部发出了液体流动的声音，说明油没有装满，这是为什么?(3)为什么强调不能上下倒置或放倒后通电加热?5．有的轿车的观后镜是用平面镜做成的，而有的又是用凸面镜做成的，请说明其各自的优点是什么。6．一些高楼大厦表面用许多大块的镀膜玻璃做外墙面(俗称“玻璃幕墙”)。在大楼外面的人，白天看这些玻璃，感觉它们好像一面面的镜子．能看到楼外景物的像，却看不到大楼里面的景物。在大楼里面的人，通过这些玻璃，却能看到楼外的景物。请你对楼外面的人白天观察到的现象做出解释。三、(11分)早在1800年前的汉代，科学家张衡就发明了用来测量车辆行驶里程的“记里鼓车”，又名“记里车”、“司里车”、“大章车”等。科技史学家王振铎先生根据史书上的文字描述，复原了这种神奇的车，如图9甲所示。图9乙所示为记里鼓车的原理图，马匹拉着该车向前行走，带动左、右足轮转动。立轮与左、右足轮装在同一水平轴上，齿数为l8，并与下平轮啮合，带动下平轮水平转动，下平轮齿数为54；齿数为3的旋风轮与下平轮装在同一竖轴上，并与中平轮啮合。中平轮齿数为l00，转动一圈，轮上的拨子便拨动上层木人右臂击鼓一次，显示车行一里。汉代曾以六尺为一步，三百步为一里，假设那时人们认为的圆周率约为3。试通过计算说明，这架“记里鼓车”的足轮直径应该是多少尺?四、(12分)在学校创新比赛中，小亮同学设计了一个多档位的电热水器。图10甲所示是他设计的电热水器的工作电路图，Rl和R2是两根电热丝。他设计的旋转开关如图l0乙所示，旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的边缘依次有共l0个金属触点(在图乙中用“o”表示，“o”中标有1、2、3、4编号，编号相同的触点用导线连接)。可以绕中心轴转动的开关旋钮两端各有…个金属滑片，转动开关旋钮呵以将相邻的触点连接。例如，图l0乙中，旋钮上的箭头指向图中位置D，此时，金属滑片将1、2两触点接通，同时另一端也将3、4两触点接通。当旋钮上的箭头指向A、B、C、D不同位置时，可以实现四档加热功率。他设计的四档加热功率如下表所示：温度档位高温中温2中温1低温加热功率／w11006604402641．如果要实现旋转开关沿某个方向转动时，加热功率依次递减或递增，通过计算，分析说明电热丝Rl和R2的阻值应该分别为多大?旋钮上的箭头指向A、B、C、D不同位置时，分别对应哪一档加热功率?2．小亮根据计算结果，借助电池组、电压表和电流表分别截取了电阻大小符合要求的两根电热丝，并按电路图连接好。经检查无误后，小亮将电热器接入家庭电路，同·时借助电能表和手表测量电热器在不同档位工作时实际消耗的电功率，结果发现每一档的实际功率均小于按照电热丝电阻值计算的结果，测量后发现电源电压为220V。请简单解释产生这种偏差的原因。3．使用中他发现水温开始升高较快，后来水温升高越来越慢，最后甚至会保持某个温度不再升高，此时水并没有沸腾。并且选择加热档位功率越小，水能够达到的最高温度越低，这是为什么?五、(12分)如图ll甲所示为某型号汽车的自动测定油箱内油量的电路原理图，其中电源两端的电压恒为24V，R0为定值电阻，A为油量指示表(一只量程为0～0．6A的电流表)，Rx为压敏电阻，它的上表面受力面积为l0cm2，其阻值与所受压力的对应关系如图ll乙所示。油箱的上下两部分皆为长方体形状，下半部分的横截面积为20dm2，高为2dm，上半部分的横截面积为10dm2，油箱加满油时油的总体积为60dm3。当油箱装满油时，油量指示表的示数如图11丙所示。已知：ρ汽油=0．7×103kg／m3，取g=10N／kg。1．当油箱内汽油用完时，油量指示表的指针指向某一位置，求此位置所对应的电流值是多少：12．若汽车在高速公路匀速行驶400km，油量表由满刻度指向满刻度的41位置，求该汽车每行驶lOOkm消耗汽油多少升；3．在上面第(2)问所述的行驶过程中发现，油量表的示数在开始运动的一段时间内变化较快，而后来一段时间内变化较慢，请解释其中的原因。六、(15分)如图l2甲所示，冰冻是造成高山地区冬季输配电线路倒塔(杆)断线的重要原因。为了避免这类事故的发生，一方面电力工人要及时对输电线路进行除冰作业，另一方面要加强输电线的抗拉能力。一般高压输电线每一根都是由一股位于中间的钢质线芯和六股相同粗细的铝质线芯绞在一起组成的，其横截面如图12乙所示。这种输电线通常被称为钢芯铝绞线(代号LGJ)。已知该钢芯铝绞线所能承受的最大安全拉力为其正常工作情况下拉力的5倍。下表是该种钢芯铝绞线的相关技术数据。铝线(股数×直径)钢线(股数×直径)导线外直径电阻安全载流量(mm)(mm)(mm)(Ω／km)70℃80℃90℃6x3.801x3.8011.40.5194A228A255A1．该电力线路采用钢芯铝绞线而不采用与之同样结构尺寸的铝绞线，其主要目的是什么?2．输电线路结冰后，输电线(连同上面的冰)变粗、变重。为了保证输电线路的安全，防止输电线被拉断，在冰冻的钢芯铝绞线(连同上面的冰，其横截面可以看作圆)的直径D增大到一定值时就必须进行除冰作业，试估算需要进行除冰作业时冰冻的钢芯铝绞线的直径D。(ρ铝=2．7×103kg／m3，ρ钢=7．9×103kg／m3，ρ冰=0．9×103kg／m3，取7.101.114)3．有一种输电线路除冰作业的方法叫“短路熔冰”。所谓“短路熔冰”，就是在短时间内，输电线不经过用电器而直接接通，输电线中通过比平时大许多的电流，利用导线本身发热熔冰以完成除冰作业的方法。短路熔冰时，若一根这种钢芯铝绞线每米的发热功率为200W，则短路熔冰时通过一根钢芯铝绞线的电流大约是多大?(取2.310)2012年第二十二届全国初中应用物理竞赛参考解答和评分标准说明：1．除选择题外，提供的参考解答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，可参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．简答题或计算题是分步给分的。在评分标准中常常写出①、②……，这里的①、②……