2022年第二十一屆全國初中應(yīng)用物理競賽復(fù)賽試題圖1一、(16分)為了推進(jìn)環(huán)保和節(jié)能理念的實(shí)施，某公司開發(fā)生產(chǎn)了“風(fēng)光互補(bǔ)路燈”，該路燈只需要曬曬太陽吹吹風(fēng)就能工作，如圖l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(bǔ)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1.0m/s太陽能電池36W最小充電風(fēng)速2.0m/s太陽能轉(zhuǎn)化效率15%最大限制風(fēng)速12.0m/s蓄電池500Ah-12V最大輸出功率400W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?qiáng)度約為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?二、(16分)電動自行車是倍受人們青睞的一種交通工具，如圖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，與普通白行車相同。下表是某型號電動白行車主要技術(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12A·電動機(jī)額定電壓48V額定功率240W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(qiáng)。答：(1)(2)(3)2．當(dāng)一個初三學(xué)生騎著電動自行車在平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(qiáng)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(diǎn)?(各列舉一條)三、(16分)家用燃?xì)饪焖贌崴?如圖3所示)是一種方便、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8×107J／m3，水的比熱容為／(kg·℃)。生產(chǎn)許可證圖3XK00-1020224圖3執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB6932-2022型號JSD-D8JA燃?xì)夥N類天然氣額定燃?xì)鈮簭?qiáng)2000Pa額定熱負(fù)荷16kW適用水壓～額定產(chǎn)熱水能力8L/min(Δt=25K)額定電壓3V(DC)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0℃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(shí)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(shí)現(xiàn)“火滅斷氣”功能的?四、(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ρ0≈1.0×103kg/m3，紅血球的密度ρ≈×103kg/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=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，在室溫下=×10-3Pa﹒s，已知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。五、(18分)小芳家里新買了一臺電熱水器，從“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/MPa額定電壓/V交流220容積/L50頻率/Hz50凈重/kg191．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：2022年起，本地的分時電價為：峰時段(08：00～22：00)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(diǎn)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(diǎn)前加熱好，讓熱水器自動保溫至下午6點(diǎn)，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50℃降至46℃需要190分鐘，已知c水=×10六、(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(qiáng)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：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/min1420額定電壓V380額定電流A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。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?2022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，不一定都是唯一正確的。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分。沒有寫出任何式子成文字說明，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(yùn)算要求給出的，但對考生不做要求。不要因?yàn)橛行?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）方法簡使．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，條理清楚趁，能充分利用數(shù)學(xué)工其．應(yīng)加分。上述各項(xiàng)的執(zhí)行都需由竟賽領(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）。一、（16分）參考答案1．紅血球在血液中下沉?xí)r受力情況如圖答-1所示。紅血球由靜止開始下沉?xí)r，速度很小，根據(jù)可知，所受的粘滯阻力也非常小，由于血漿的密度ρ0小于紅血球的密度ρ，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………………2分……………………2分所以有即所以有………2分將，，，代入并計算得：…………2分二、（16分）參考答案1．需要時間……………6分2．電池板面積………………4分3．可供燈具發(fā)光時間………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(qiáng)：……………3分說明：答案在（～）×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=48V×12A×3600s=×106J………………3分5．因?yàn)殡妱幼孕熊噭蛩傩旭偅浴?分6．優(yōu)點(diǎn)：不會排放廢氣，噪音小缺點(diǎn)：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。四、（16分）參考答案1．氣溫低于O℃時．使用后的燃?xì)鉄崴髦械臍埓娴乃畷Y(jié)冰。水站冰后，密度變?。w積漲大．這樣很容易把燃?xì)鉄崴髅浧?。所以，氣溫低于O℃時使用燃?xì)鉄崴骱螅畱?yīng)打開放水塞．放盡機(jī)體內(nèi)存水，再擰緊?！?分2．該型燃?xì)鉄崴髡９ぷ鱨min．燃料燃燒放出的熱量：.……………………1分1min內(nèi)加熱的水的質(zhì)量：水溫上升Δt=25K=251min內(nèi)水吸熱：…………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：…………………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)氣闊門使燃?xì)膺M(jìn)入主火管通。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門就會在彈簧的壓力下向右移動而關(guān)閉．停止進(jìn)氣。……3分5．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?yàn)橐馔獾脑蚴够鹧嫦ɑ穑p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，拉動拉動燃?xì)忾y門關(guān)閉，防止燃?xì)馔庑?。………………?分五、（18分）參考答案1．電熱水器總重電熱水器掛在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……………………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絲所受的摩擦力，以懸掛下端為軸，根據(jù)杠桿平衡條件有………………………3分…………1分2．由熱水器的三檔功率的數(shù)值關(guān)系猜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）忽略加熱過程中的熱損失，直接加熱消耗的電能為：下午加熱的電費(fèi)支出為：元/kWh×=元………………………2分（2）早晨8點(diǎn)前加熱，電費(fèi)支出為：元/kWh×=元加熱升溫4℃加熱升溫4℃T1=W2/P3=336s=（這段加熱時間可以忽略不計）降溫4℃W3=3W2=3××105J=×106J=……………3分電費(fèi)支出為：元/kWh×=元總支出為：元+元=元因此，第二種