第十五届全国初中物理竞赛试题及答案


注意事项:

  1.首先填写所在地区、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。

  4.答卷时间:2005年4月17日(星期日)上午
  9:
  30~
  11:
  10。
题号 一 二 三 四 五 六 总分
得分
复核人
一、(14分)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)。
音名 中央C
1 D
2 E
3 F
4 G
5 A
6 B
7 C
ī
唱名(C调) Do Re Mi Fa Sol La Si Do′
频率/Hz 264 297 330 352 396 440 528
弦长
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 与血液的流速 成正比,即 。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 时,两端所需的压强差为 ;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 。请你通过计算比较 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
型号 CWNG

  0.7-80/60-AII CWNG

  1.05-80/60-AII CWNG

  1.4-80/60-AII
功率/MW ( )
  1.05
  1.4
容水量/t 3
  3.5 4
耗煤量 145 ( ) 290
外型尺寸
  2.7×
  1.5×2
  3.0×
  1.5×
  2.9
  3.0×
  1.9×
  2.9
烟囱尺寸/mm Ф300×15000 Ф350×15000 Ф400×15 000
热效率/\\% 75 75 75
出水温度/℃ 80 80 80
回水温度 60 60 60
总重量/t 5
  7.5 9
运行压力 常压 常压 常压
供暖面积 6000 ( ) 12000
循环水量 ( ) 45 60
已知水的比热容为 ?℃,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CWNG
  1.05-80/60-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 ,
  0.4 A”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); 为弹簧, 为衔铁, 为电磁铁线圈; 为最高水位限位开关、 为最低水位限位开关 均为由电磁铁衔铁带动的触头开关。电磁铁 通电时, 接通,断电时, 接通。电磁铁 断电时, 接通。 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。

2005-10-21 19:04 回复

wolfstar
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2楼
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时,发动机功率为220kW,最低油耗可达240g/(kW?h),柴油的热值为 。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
参考解答和评分标准
说明:

  1.提供的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,可按照本评分标准的精神定出具体处理办法,但不要与评分标准有较大偏离。

  3.分析计算题是按照分步方法给分的。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。后续相关的步骤引用前一步骤的错误数据,不重复扣分。

  4.在最后定奖时,如果得分相同的人数超过获奖名额,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。
上述各项都需由竞赛领导小组做出规定(省统一分配奖励各额的由省决定,地、市分配奖劢名额的由地、市决定)。
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。(4分)
对于中央C和A有:
所以,弦长一行第6格的数值为: (5分)
对于中央C和B有:
所以,频率一行第7格的数值为: (5分)
二、参考答案(14分)
假设截面积为 时的压强差为 ,流速为 ,
假设截面积为 时的压强为 ,流速为 ;
依题意可列方程: ① (3分)
② (3分)
由①、②两式可得: ③ (2分)
又相同的时间内流过同样体积的血液,所以有:

④ (2分)
由④式可得 ⑤ (2分)
⑤式代入③式可得 <1
即 < ,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。(2分)
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。

2005-10-21 19:04 回复

wolfstar
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3楼
方法二,已知三种型号的锅炉热效率相同,则:



由①、③两式可得:
(2分)
所以,CWNG
  0.7-80/60-AII锅炉的功率为
  0.7MW。

  2)由上述的②、③两式可得:
(2分)
所以,CWHG
  1.05-80/60-AII锅炉的耗煤量是2
  17.5kg/h。

  3)供暖面积与循环水量或锅炉功率成正比,即
(3分)
所以,CWNG
  1.05-80/60-AII锅炉的供暖面积为 。

  4)锅炉所做功可视为水循环放出的热量,即W=Q


由④、⑤两式可得:
(3分)
所以,CWNG
  0.7-80/60-AII锅炉的循环水量为 。

  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


  3.(3分)由 :得
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
(1分)
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
(1分)
断开开关前后的功率分别为:
(1分)
(1分)
所以,实验支路的串联(总)功率为:
(2分)
实验支路的总电阻为: (1分)
电热暖手器的电阻为: (2分)
所以,电热暖手器的额定电压为:
(2分)
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:
,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 ,故其实际的额定电压 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 (此时开关 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, 闭合,接通电磁铁线圈 ,衔铁 被吸下来,使开关 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 断开时,电磁铁线圈 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 闭合,接通电磁铁线圈 ,衔铁 被吸下来,使开关 断开,切断电磁铁线圈 的电源,衔铁 释放,使开关 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 连入电路。 (2分)
②能将 与电源连通,再将 连入, (2分)
再将 连入,再将 与 关联 (2分)
③能将 与电源连通,再将 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:

由阿基米德定律可得,
(4分)
即要实现自动注水的要求,浮子的最小体积是 (4分)

  3.(4分)需要知道水的密度 ,测出蓄水池的半径R、蓄水池中最低和最高水位的高度差 、蓄水池距井水面的高度 ,电泵抽水时,通过电动机做功把电能转化为机械能。

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