1、2011年全國應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽PAGE PAGE 52011年第二十一屆全國初中應(yīng)用物理競賽復(fù)賽試題一、（16分）測定患者的血沉，是醫(yī)學(xué)上用來幫助醫(yī)生對病情作出正確判斷的一種手段。把新鮮的血液，加入抗凝劑，靜置一定時間后形成抗凝血后，紅血球即從血漿中分離出來而下沉。設(shè)抗凝血是由紅血球和血漿組成的懸浮液，血漿的密度01.0103kg/m3，紅血球的密度1.3103kg/m3。將抗凝血放進(jìn)豎直放置的血沉管內(nèi)，紅血球起初在血漿中加速下沉，然后一直勻速下沉，其勻速下沉的速度稱為”血沉”。正常人血沉的值大約是v=12mm/h。如果把紅血球近似看作半徑為R的小球，它在血漿中下沉?xí)r所受的粘滯阻力為f=6

2、Rv，在室溫下=1.810-3Pas，已知V球=R3，試根據(jù)以上信息解答下列問題： 1紅血球在血漿中為什么先加速下沉、后一直勻速下沉？2計算紅血球半徑的大小。 二、（16分）為了推進(jìn)環(huán)保和節(jié)能理念的實施，某公司開發(fā)生產(chǎn)了 “風(fēng)光互補路燈”，該路燈只需要曬曬太陽吹吹風(fēng)就能工作，如圖1所示。它在有陽光時通過太陽能電池板發(fā)電，有風(fēng)時通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，二者皆備時同時發(fā)電，并將電能輸至蓄電池儲存起來，供路燈照明使用。為了能使蓄電池的使用壽命更為長久，一般充電至90%左右即停止，放電余留20%左右即停止電能輸出。圖1下表為某型號風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)配置方案。問：風(fēng)力發(fā)電機(jī)太陽能電池組件最小啟動風(fēng)速1.0 m

3、/s太陽能電池36W最小充電風(fēng)速2.0 m/s太陽能轉(zhuǎn)換效率15%最大限制風(fēng)速12.0 m/s蓄電池500Ah-12V最大輸出功率400 W大功率LED路燈80W-12V1當(dāng)風(fēng)速為6.0m/s時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率將變?yōu)?0W，在這種情況下，將蓄電池的電量由20%充至90%需多長時間？2如果當(dāng)?shù)卮怪庇谔柟獾钠矫娴玫降奶栞椛渥畲髲姸燃s為240W/m2，要想太陽能電池的最大功率達(dá)到36W，太陽能電池板的面積至少要多大？ 3若遇到陰天無風(fēng)的天氣，僅靠蓄電池供電，最多可供燈具正常發(fā)光多長時間？ 圖4彈簧燃?xì)饽て林骰鹚空{(diào)節(jié)閥進(jìn)水錐形管球三、（16分）電動自行車是倍受人們青睞的一種交通工具，如圖

4、2所示。其主要結(jié)構(gòu)就是在原來的普通自行車的基礎(chǔ)上，增加了電動機(jī)及供電、傳動設(shè)備，它可以電動騎行，亦可以腳踏騎行。電動騎行時，蓄電池為車上的電動機(jī)供電，電動機(jī)為車提供動力；腳踏騎行時，與普通自行車相同。下表是某型號電動自行車主要技術(shù)參數(shù)。 整 車整車質(zhì)量40kg最高車速30km/h最大噪聲62dB蓄電池電壓48V容量12Ah電動機(jī)額定電壓48V額定功率240W圖2 1仔細(xì)觀察電動自行車的構(gòu)造，會發(fā)現(xiàn)很多地方用到了物理知識。請仿照下面的示例，再列舉三處應(yīng)用物理知識進(jìn)行設(shè)計的事例。示例：電動自行車的車座大而扁平，可減小壓強。 答：（1）_ ；（2）_ ；（3）_。 2當(dāng)一個初三學(xué)生騎著電動自行車在平

5、直的公路上勻速行駛時，輪胎與地面的總接觸面積約為40cm2，此時路面受到的壓強約為多大？ 3電動自行車以額定功率行駛時通過電動機(jī)線圈的電流是多大？4蓄電池充足電后儲存的能量是多少？5在蓄電池充足電后為電動機(jī)供電的過程中，當(dāng)把儲存能量的80%提供給電動機(jī)后就應(yīng)進(jìn)行充電。若電動機(jī)工作時將電能轉(zhuǎn)化為對自行車輸出機(jī)械能的效率為75%，電動自行車在平直的公路上勻速行駛時受到的阻力為30N，則蓄電池充一次電最多能完全依靠儲存的電能連續(xù)行駛多遠(yuǎn)？6從環(huán)保的角度來看，與摩托車相比，電動自行車有什么優(yōu)缺點？（各列舉一條）燃?xì)鈭D5燃?xì)怆p金屬片火焰氣閥熄火后的狀態(tài)圖3四、（16分）家用燃?xì)饪焖贌崴鳎ㄈ鐖D3所示）是

6、一種方便、快捷且不受天氣影響的洗浴設(shè)備。下表為某品牌家用燃?xì)饪焖贌崴鞯闹饕夹g(shù)數(shù)據(jù)。已知天然氣的熱值為8107J/m3，水的比熱容為4.2103J/（kg）。1為安全使用此熱水器，機(jī)體上印有一些警告，其中一條是這樣說的：“氣溫低于0oC時，用后請打開放水塞，放盡機(jī)體內(nèi)存水，再擰緊”。請解釋為什么要這樣做？2試求該型號家用燃?xì)饪焖贌崴髡９ぷ鲿r的燒水效率。3若在額定產(chǎn)熱水能力下進(jìn)行淋浴，一次淋浴總計加熱時間為20min，則此次淋浴至少需消耗多少天然氣？4為防止燃?xì)鉄崴髟跓o水或水壓過低時“干燒”，技術(shù)人員設(shè)計了很多種“水氣聯(lián)動”裝置，實現(xiàn)通常所說的“水到氣到”。圖4就是其中一種“水氣聯(lián)動”裝

7、置的原理圖，你能看出它的工作原理嗎？請簡述它是如何利用“水到”來控制“氣到”的。5為了防止熱水器工作過程中加熱火焰意外熄滅導(dǎo)致燃?xì)庑孤?，技術(shù)人員設(shè)計了“火滅斷氣”的裝置。如圖5所示為一種“火滅斷氣”裝置的原理圖，請根據(jù)這個原理圖，簡述它是怎樣實現(xiàn)“火滅斷氣”功能的？ 生 產(chǎn) 許 可 證XK00-1020044執(zhí) 行 標(biāo) 準(zhǔn)GB6932-2001型 號JSD16-D8JA燃 氣 種 類天然氣額定燃?xì)鈮簭?000Pa額 定 熱 負(fù) 荷16kW適 用 水 壓0.025MPa0.75MPa額定產(chǎn)熱水能力8L/min （t=25K）額 定 電 壓3V （DC）五、（18分）小芳家里新買了一臺電熱水器，從

8、“用戶手冊”中，她獲得了以下資料，請根據(jù)這些資料完成相應(yīng)的計算：一、外形尺寸（mm）ABCDEF781100196196353434二、技術(shù)數(shù)據(jù)額定功率/W1000/1500/2500額定壓力/MPa0.8額定電壓/V交流 220容 積/L50頻 率/Hz50凈 重/kg19圖6F懸掛孔懸掛架出水管進(jìn)水管安全閥BAEC承重墻L形掛鉤D1圖6為安裝示意圖，安裝時要將L形掛鉤用膨脹螺釘固定在承重墻上，上表是熱水器的部分?jǐn)?shù)據(jù)，請估算L形掛鉤受到的最大向下拉力F及對應(yīng)此時膨脹螺釘與承重墻體間的摩擦力f。2這臺熱水器共有三擋加熱功率，銷售人員曾介紹說：熱水器內(nèi)部有兩個加熱管。請你根據(jù)銷售人員的介紹，猜測

9、并畫出內(nèi)部加熱電路的主要結(jié)構(gòu)（簡化的等效電路圖）。然后依據(jù)你的猜想，計算出每個加熱管的電阻值。3產(chǎn)品說明書上標(biāo)明：當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度，停止加熱后，如果水溫降到低于設(shè)定溫度4時，熱水器將自動以設(shè)置功率將桶內(nèi)的水加熱至設(shè)定溫度，如此反復(fù)直至手動停止加熱。小芳想到了國家提倡的峰谷電價制度的有關(guān)規(guī)定：2011年起，本地的分時電價為：峰時段(08：0022：00)0.6元/度，谷時段(22：00次日08：00)0.3元/度。她想，如果每天下午6點洗浴時需要把20的冷水加熱至50，可以下午直接加熱，也可以早晨8點前加熱好，讓熱水器自動保溫至下午6點，哪種方式更省錢呢？為此她利用熱水器提供的測溫功能測量了水溫從

10、50降至46需要190分鐘，已知c水=4.2103J/(kg)，請幫她通過計算做出哪種方式更省錢的判斷。圖9縫孔六、（18分）電動木工機(jī)械的發(fā)明和應(yīng)用大大地降低了木工的勞動強度，且大幅度地提高了勞動效率。木工圓鋸機(jī)就是一種常見的用來鋸切木料的電動木工機(jī)械。如圖7所示為某型號電動木工圓鋸機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)如圖8所示。它采用電動機(jī)作為動力，通過皮帶傳動的方式帶動與圓形鋸盤共軸安裝的皮帶輪，從而帶動周邊有齒的圓形鋸盤高速轉(zhuǎn)動以鋸開木料。它的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表：圖7圖8圓形鋸盤皮帶輪軸左側(cè)皮帶右側(cè)皮帶電動機(jī)皮帶輪 最大鋸盤直徑mm400最大鋸切厚度mm125配套電動機(jī)額定功率kW3額定轉(zhuǎn)速r/min142

11、0額定電壓V380額定電流A5.0額定頻率Hz50型 號Y100L2-4防護(hù)等級IP441小明仔細(xì)觀察圓形鋸盤后發(fā)現(xiàn)，圓形鋸盤的周邊除了有齒外，還開有圖9所示的很深的縫，縫的底端打有一個小圓孔，鋸齒部分還比鋸盤部分稍厚一些。請你從物理學(xué)的角度說說這樣做的道理。2該型號電動木工圓鋸機(jī)正常工作時，圖8中的哪一側(cè)皮帶上的拉力較大？并說明你做出判斷的理由。3若測得與圓形鋸盤共軸安裝的皮帶輪的直徑為9.2cm，電動機(jī)的皮帶輪的直徑為11.0cm。電動機(jī)滿負(fù)荷工作時配套電動機(jī)輸出機(jī)械能的效率為90%，則此時皮帶上較大的拉力與較小的拉力的差值是多大？4若將皮帶傳動的效率看作100%，共軸傳動的摩擦損耗不計。

12、試估算該型號電動木工圓鋸機(jī)安裝最大鋸盤正常工作時，圓形鋸盤所受到的木料的阻力是多大？ 2011年第二十一屆全國初中應(yīng)用物理競賽復(fù)賽試題參考解答與評分標(biāo)準(zhǔn)說明： 1. 提供的參考解答除選擇題外，不一定都是惟一正確的。對于那些與此解答不同的解答，正確的，同樣得分。 2. 評分標(biāo)準(zhǔn)只是按一種思路與方法給出的。在閱卷過程中會出現(xiàn)各種不同情況，可按照本評分標(biāo)準(zhǔn)的精神定出具體處理辦法，但不要與本評分標(biāo)準(zhǔn)有較大偏離。 3. 問答題或計算題是按照分步方法給分的。在評分標(biāo)準(zhǔn)中常常寫出（1）式幾分，（2）式幾分這里的式子是用來代表步驟的。若考生并未寫出這個式子，而在文字表達(dá)或以后的解題過程中反映了這一步驟，同樣得

13、分。沒有寫出任何式子或文字說明，只給出最后結(jié)果的，不能得分。 4. 參考解答中的數(shù)字結(jié)果是按照有效數(shù)字的運算要求給出的，但對考生不做要求。不要因為有效數(shù)字的錯誤而扣分。 5. 在最后定獎時，如果得分相同的人數(shù)超過獲獎名額，因而難于選拔時，可對待選試卷進(jìn)行加分評判。加分評判的基本依據(jù)是： （1）所用方法或原理不是課本所講的，具有創(chuàng)新性，應(yīng)加分； （2）方法簡便，應(yīng)加分； （3）提出多種正確解法，應(yīng)加分； （4）試卷表達(dá)規(guī)范，條理清楚，能充分利用數(shù)學(xué)工具，應(yīng)加分。上述各項的執(zhí)行都需由競賽領(lǐng)導(dǎo)小組做出規(guī)定（省統(tǒng)一分配獎勵名額的由省決定， 地、市分配獎勵名額的由地、市決定）。圖答-1一、（16分）參考

14、答案1紅血球在血漿中下沉?xí)r受力情況如圖答-1所示。2分紅血球由靜止開始下沉?xí)r，速度很小，根據(jù)f=6Rv可知，所受的粘滯阻力也非常小，由于血漿的密度0小于紅血球的密度，紅血球受到的浮力小于重力，所以剛開始f +F浮G，紅血球會加速下沉；隨著紅血球下沉速度變大，粘滯阻力增大，當(dāng)f +F浮=G時，紅血球就會勻速下沉。4分2當(dāng)紅血球在血漿中勻速下沉?xí)r，受到的幾個力平衡，所以f +F浮=G 2分因f=6RvF浮=G排=0V球g=0R3g=0g R3 2分G=mg=V球g=R3g=g R32分所以有 6Rv+0g R3=g R3即9v+20g R2=2g R2所以有R= 2分將=1.810-3Pas，v=

15、12mmh=10-5m/s，0=1.0103kg/m3，=1.3103kg/m3，g=10Nkg代入并計算得： R = 310-6 m 2分二、（16分）參考答案1需要時間：t= EQ F(W,P ) = EQ F(125003600(90%-20%),50) s = 84 h6分2電池板面積：S= EQ F(P板,P陽 ) = EQ F(36,24015%)m2= 1 m2 4分3可供燈具發(fā)光時間：t燈= EQ F(W,P燈) = EQ F(125003600(90%-20%),80) s = 52.5 h 6分三、（16分）參考答案1略 3分2假設(shè)騎車人的質(zhì)量約為50kg，則地面受到的壓強

16、： 3分說明：答案在（1.72.5）105Pa的均可得分3額定功率下的電流： 2分4蓄電池儲存的電能：E=UIt=48V12A3600s = 2.07106 J 3分5因為電動自行車勻速行駛，所以：kE=fs 3分6優(yōu)點：不會排放尾氣、噪音小。 缺點：蓄電池使用一定時間后就需更換，廢棄后的電池易污染環(huán)境。 2分四、（16分）參考答案1氣溫低于0時，使用后的燃?xì)鉄崴髦袣埓娴乃畷Y(jié)冰。水結(jié)冰后，密度變小，體積脹大，這樣很容易把燃?xì)鉄崴髅浧?。所以，氣溫低?時使用燃?xì)鉄崴骱?，?yīng)打開放水塞，放盡機(jī)體內(nèi)存水，再擰緊。3分2該型燃?xì)鉄崴髡９ぷ?min，燃料燃燒放出的熱量： Q放=P放t =161

17、03W60s = 9.6105 J 1分1 min內(nèi)加熱的水的質(zhì)量：m=V=1kg/L8L/min1min=8kg 水溫上升t=25K=251min內(nèi)水吸熱：Q吸=cmt=4.2103J/（kg）8 kg 25 = 8.4105 J 1分燃?xì)鉄崴髡９ぷ鲿r燒水的效率 2分3一次淋浴所需燃料燃燒放出的熱量：Q放=Pt =161032060J=1.92107J 1分 需要完全燃燒天然氣的體積為： 2分4當(dāng)進(jìn)水口處有水壓時，膜片的右面就會受到向左的壓力，克服彈簧的彈力向左推動閥桿，打開進(jìn)氣閥門使燃?xì)膺M(jìn)入主火管道。反之如果此時的水壓很小或者無水，則膜片受到的向左的壓力就會減少甚至消失，燃?xì)忾y門就會在

18、彈簧的壓力下向右移動而關(guān)閉，停止進(jìn)氣。3分圖答-2FCDNG總f5火焰燃燒時，雙金屬片外側(cè)的金屬溫度升高時膨脹的更多，雙金屬片向下彎曲，推動燃?xì)忾y門打開；如果因為意外的原因使火焰熄滅，雙金屬片的溫度降低，外側(cè)金屬收縮的更多，雙金屬片向上伸直，拉動燃?xì)忾y門關(guān)閉，防止燃?xì)馔庑埂?分五、（18分）參考答案1電熱水器總重G總=m凈g+水Vg=1910N+50110N=690N電熱水器掛在L形掛鉤上時，其受力情況如圖答-2所示。因電熱水器靜止，所以沿豎直方向二力平衡，因此對L形掛鉤向下的拉力 F=G總=690N 3分因L形掛鉤靜止，電熱水器上端所受的水平向左的拉力等于膨脹螺釘所受的摩擦力。以懸掛架下端為

19、軸，根據(jù)杠桿平衡條件有 fD= G總C3分圖答-3R1R2S1S2220V 1分2由熱水器的三擋功率的數(shù)值關(guān)系猜測得熱水器加熱部分的等效電路圖如圖答-3所示，其中加熱管R1的額定功率為1000W，電熱管R2的額定功率為1500W。2分加熱管的電阻分別為 2分 3（1）忽略加熱過程的熱損失，直接加熱消耗的電能為：W1=Q1=cmt1=4.2103J/(kg) 50kg(50-20)=6.3106J=1.75kWh下午加熱的電費支出為：0.6元/kWh1.75kWh=1.05元2分（2）早晨8點前加熱，電費支出為：0.3元/ kWh1.75kWh=0.525元加熱升溫4所需電能W2=Q2=cmt2=4.2103J/(kg) 50kg(50-46) =8.4105J加熱升溫4所需時間（設(shè)加熱功率為2500W）： T1=W2/P3=336s=5.6min （這段加熱時間可以忽略不計）降溫4所需時間為190min，至下午6點共需要三次加熱，消耗電能：W3=3W2=38.4105J=2.52106J