2005全国初中物理竞赛复赛

1K1K2BCAK5E2D2F2D1F1E1K3K4电源S1S2M第十五届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题一、王伟同学研究了均匀拉紧的琴弦发音频率与弦长的关系，并记录了实测的数据（如下表所示）。请你根据记录表中的有关数据，分析并估算出他有意留出的空格中应该填写的数据（要求写出估算的过程）。二、（14分）类比水压是形成水流的原因，李楠同学猜想，血液在血管内流动时也需要一定的压力差来维持。假设血液匀速通过长度一定的血管时，受到的阻力f与血液的流速成正比，即kf。那么，要想让血液匀速流过，血管两端就需要一定的压力差。设血管截面积为1S时，两端所需的压强差为1p；若血管截面积减少10%时，为了维持在相同的时间内流过同样体积的血液，压强差必须变为2p。请你通过计算比较21p、p的大小，说明血管变细可能是诱发高血压的重要因素之一。三、（16分）下表是某锅炉厂生产的CWNG系列三种锅炉的主要技术参数表。CWNG系列三种锅炉主要技术参数已知水的比热容为kgJ/102.43·℃，假设三种锅炉的燃煤效率相同，且煤均可达到完全燃烧。请根据上表回答以下问题：1.根据表格中的已知数据，请在表格中的四个（）内填上合适的数据。2.按表格中的出水温度和回水温度，计算CWNG1.05-80/60-AII型锅炉每小时给住宅内释放的热量是多少。3.根据表格中已知数据计算燃煤的热值为多少。四、（16分）李明得到一个国外生首开的电热暖手器，铭牌表示额定值的字样中，能看清楚的只有“24W”这几个字。为了能正确使有该用电器，他把一只标有“600，0.4A”的定值电阻与电热暖手器和开关串联起来，连接到家庭照明电路中，然后进行如下实验观察：将开关接通后，电能表转盘转动137圈恰好用了100s；断开开关后，电能表转盘在1min内恰好转了80圈；观察电能表上标有3000r/(kW·h)字样；他在做实验的时间内，家中其他用电器的使用情况没有变化。请根据以上数据，计算电热暖手器的额定电压是多少？你在计算过程中忽略了什么因素的影响？由此导致的计算结果是偏大还是偏小？五、（20分）一所农村中学常常因为不能及时给水塔注水而停水，科技小组的同学知道后，利用下图所示的器材设计了一个自动注水模拟装置。A为浮子（浮子及其连杆总重约15N），在浮子连杆的上端有一可移动金属触头B（其受重力可忽略不计），它可以分别将其上、下的两个固定触点连通。C为水塔上的圆桶形蓄水池；M为配有电动机的水泵（电泵）；21、DD为弹簧，21、EE为衔铁，21、FF为电磁铁线圈；1K为最高水位限位开关、2K为最低水位限位开关543、K、K、K均为由电磁铁衔铁带动的触头开关。电磁铁1F通电时，4K接通，断电时，3K接通。电磁铁2F断电时，5K接通。21、SS为开关。1.请你按照下图所示的器材，连接一个可以实现自动注水的模拟电路，并说明自动注水的过程。2.要实现自动注水的要求，浮子的最小体积约为多大？（g=10N/kg）3.若设计要求每次自动注水需在10min内完成，需要知道或测量哪些物理量才能得到相匹配电泵的最小额定功率？请你用字母表示这些物理量，推导出电泵最小额定功率的表达式。在你的计算过程中，如果运用了近似条件，请说明。六、（20分）在当今世界，研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题。在内燃机中，废气带走了很多能量，如果能将这些能量再利用起来，会使内燃机的效率提高许多。某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机，就采用了很多新技术。其中最重要的一项叫“增压”技术，它是利用“废气涡轮增压器”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，它同时又带动同轴的进气系统中的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使做功冲程中柴油燃烧的更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达音名中央C1D2E3F4G5A6B7Cī唱名（C调）DoReMiFaSolLaSiDo′频率/Hz264297330352396440528弦长ll98l54l43l32l158l21型号CWNG0.7-80/60-AIICWNG1.05-80/60-AIICWNG1.4-80/60-AII功率/MW（）1.051.4容水量/t33.54耗煤量)/(1hkg145()290外型尺寸3/m2.7×1.5×23.0×1.5×2.93.0×1.9×2.9烟囱尺寸/mmФ300×15000Ф350×15000Ф400×15000热效率/%757575出水温度/℃808080回水温度606060总重量/t57.59运行压力常压常压常压供暖面积2/m6000（）12000循环水量)/(13hm()45602lllffl5344026416161661ffffll11771llffHzHzllfllf495264158171721129.0%)101(SSS111Spkv到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的。这种柴油发动机有6个气缸，气缸直径为110mm，活塞行程为135mm，当转速为2300r/min，发动机功率为220kW，最低油耗可达240g/(kW·h)，柴油的热值为kgJ/103.47。请回答下列问题：1.该柴油发动机的效率最高可达多少？2.在做功冲程中气缸内的平均压强是多少？3.如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器”后，能使它们的平均效率由原来约31%提高到近35%，安装前按每年消耗3亿吨柴油估算，这项技术每年能为我国节约多少吨柴油？4.如果目前我国柴油的平均价格为3750元/吨，根据上面的估算结果，计算使用“增压”技术后仅节约柴油一项可使我国每年节约多少资金。由此你有哪些认识？第十五届全国初中应用物理知识竞赛一、参考答案（14分）分析表格中频率和弦长两行数据可知，均匀拉紧的琴弦发音频率与弦长近似成反比。对于中央C和A有：所以，弦长一行第6格的数值为：对于中央C和B有：所以，频率一行第7格的数值为：二、参考答案（14分）假设截面积为1S时的压强差为1p，流速为1，假设截面积为时的压强为2p，流速为；依题意可列方程：①③222Spkv②由①、②两式可得：122121SSvvpp又相同的时间内流过同样体积的血液，所以有：2211lSlStvStvS22112211vSvS④由④式可得9.01221SSvv⑤⑤式代入③式可得81.09.09.021pp＜1即1p＜2p，说明血管变细血压增高，血管变细可能是诱发高血压的重要因素之一。三、参考答案（16分）1.（共10分）（1）方法一，由表中三种锅炉型号的代码表示中可知，第一种锅炉的功率为0.7MW。方法二，已知三种型号的锅炉热效率相同，则：tPqm11①tPqm22②tPqm33③由①、③两式可得：3131PPmm4.12901451PMWP7.01(2分)所以，CWNG0.7-80/60-AII锅炉的功率为0.7MW。（2）由上述的②、③两式可得：3232PPmm4.105.12902mhkgm/5.2172所以，CWHG1.05-80/60-AII锅炉的耗煤量是217.5kg/h。（3）供暖面积与循环水量或锅炉功率成正比，即1200060452S3K1K2BCAK5E2D2F2D1F1E1K3K4电源源源源源S1S2M229000mS所以，CWNG1.05-80/60-AII锅炉的供暖面积为29000m。（4）锅炉所做功可视为水循环放出的热量，即W=QtVctP水11④tVctP水33⑤由④、⑤两式可得：3131VVPP604.17.01VhmV/3031所以，CWNG0.7-80/60-AII锅炉的循环水量为hm/303。2.（3分）按表格中的出水温度和回水温度，以及循环水量，计算锅炉每小时向住宅释放的能量。依据JJtVcQW水93321078.3)6080(145101102.43.（3分）由tPqm22：得kgJkgJmtPq/1032.2/5.21775.036001005.17622四、参考答案（16分）接通开关时，电能表测出的是所有用电器在100s内消耗的总电能hkWW3000137'断开开关后，电能表测出的就是李明家其他用电器在60s内消耗的电能hkWW300080断开开关前后的功率分别为：WkWtWP164436001003000137'''WkWtWP1600360060300080所以，实验支路的串联（总）功率为：实验支路的总电阻为：11004422022串串PUR电热暖手器的电阻为：5006001100定串RRR所以，电热暖手器的额定电压为：VVRPU额额10950024在上述计算中，忽略了温度对电阻的影晌。在实验测试中，电热暖手器的实际电压为：VVVRUPUU定串实10060022044220，小于其额定电压（2分）由于电流的热效应，温度升高，电阻增大，电热暖手器在额定电压下（正常）工作时，其电阻会大于500，故其实际的额定电压4600)2(1212hhghRP)2(1212hhghRghmPt水%3510240103.4106.3376qmWRPU额额也会大于测量值109V，因此忽略温度对电阻的影响，会导致计算结果偏小。（3分）五、参考答案（20分）1.（12分）电路如下图所示。闭合开关21、SS（此时开关53、KK处于接通状态），电泵运转，开始注水。随着蓄水池中水位的逐渐升高，浮子A带动金属触头B上移，当升到最高水位时，1K闭合，接通电磁铁线圈1F，衔铁1E被吸下来，使开关3K断开，切断电泵的电源，停止抽水。与此同时K4接通，由于K4与K1为并联，所以当水位下降使1K断开时，电磁铁线圈1F仍处于接通状态，电泵保持停止状态。当水位下降到最低点时，开关2K闭合，接通电磁铁线圈2F，衔铁2E被吸下来，使开关5K断开，切断电磁铁线圈1F的电源，衔铁1E释放，使开关3K闭合，接通电泵的电源，再次注水。如此循环往复，实现自动注水。注：可以采用分步骤累计分数的方法。①能连接电机的供电电路，并将3K连入电路。（2分）②能将1F与电源连通，再将1K连入，（2分）再将5K连入，再将1K与4K关联（2分）③能将2F与电源连通，再将2K连入。（2分）文字叙述要求简洁，条理清晰（4分）2.（4分）由图知，浮子上浮接通电路，必须满足：浮AFG由阿基米德定律可得，排水浮gVF3333105.110100.115mmgGgFV水A水浮排（4分）即要实现自动注水的要求，浮子的最小体积是33105.1m（4分）3.（4分）需要知道水的密度水，测出蓄水池的半径R、蓄水池中最低和最高水位的高度差1h、蓄水池距井水面的高度2h，电泵抽水时，通过电动机做功把电能转化为机械能。计算过程中，完全按理想状态考虑，忽略能量的损失。六、参考答案（20分）1.（4分）该发动机的效率最高为：分）WkWP5102.2220，mmmD11.01102.（8mmml135.0135每秒钟的做功冲程数为：srsrn1223060230021设做功冲程中的平均压强为P，则有用功率P为：lDnpnFLP2)2(66PaPalDnPP62521049.1135.011.014.3122306102.24643.（6分）已知%311，%352，31m亿吨因为安装“增压器”前后有用功是相同的，所以有：2211qmqm1212mm亿吨亿吨mmmmmm34.03114.0114.0)%35%311()1(11121214.安装“增压器”后，仅节约柴油一项每年可为国家节约的资金为0.34亿吨×37