1、- 1 -2008 年全国初中应用物理知识竞赛复赛试题及评分标准1、 （共 16 分）小明利用实验室的电磁继电器、热敏电阻 R1、可变电阻器 R2 等器件设计了一个恒温箱控制电路，如图1 所示。其中“交流电源”是恒温箱加热器的电源（加热器在恒温箱内，图中未画出） ；R 1 处于恒温箱内，图 2 是小明通过实验测得的 R1 的阻值随温度变化的关系曲线；电磁继电器的电源两端电压 U = 6 V，电磁继电器线圈的电阻可不计，通过实验测得当电流为 30mA 时，电磁继电器的衔铁被吸合。1请简述此恒温箱的工作过程。2为什么恒温箱的加热器应该接在A、B端，而不能接在C、D端？3如果要使恒温箱内预设的温度可
2、调节范围是90 150，可供选择的可变电阻器R 2的电阻值有如下的几种：A0100 B0200 C 01000 D01500请问应选择哪一个可变电阻器？为什么？4小明设计的这个控制电路，使用起来有何不足之处？请你提出一种解决的方案。- 2 -二、 （16 分）清洗机是利用高压水清洗车辆表面污垢的机器。有一种 CC5020 型清洗机的铭牌如下表所示。请回答：1从物理学的角度看，铭牌中有一个物理量名称与单位不一致，请你指出并说明如何更正。2清洗机正常工作时，通过清洗机的电流是 A。若清洗一辆汽车平均耗时10min ，则清洗一辆汽车平均用水 m3；平均耗电 kWh。3清洗机正常工作10min，清洗机
3、对水做多少功？4该清洗机正常工作时的效率是多少？型号 CC5020额定压力5MPa电源 220V/50Hz额定流量20L/min额定功率 2.2kW防护等级IP25- 3 -三、 （共15分）家庭水暖又叫“土暖气” ，是我国北方广大农村及一些城市使用的一种取暖设备， 图3是一种家庭水暖的安装示意图，其中下水管的D 端比A 端略高，其坡度为1:100 。请看图思考并回答以下问题：1这种水暖设备并没有应用水泵，但是当点燃锅炉后，水便可以在管中按箭头所示方向自行流动。请具体分析管中的水流动的原因是什么。2为什么要安装放气阀？3使用该套设备时，对水箱中的水位高低有什 么要求？- 4 -四、 （16 分
4、）有一种 WSJ-60 型号电水壶，图 4 是电水壶的电路图，L 1 为电源指示灯、L 2 为保温指示灯、L3 为加热指示灯，R 1、R 2、R 3 为指示灯的保护电阻，其大小为 100k 左右；R 为加热器，其电阻小于100；S 1、S 2 为压键开关；ST 温控器是一个双金属片温控开关，当温度较低时，其处于闭合状态，当温度升高到一定值后，会自动断开，从而实现了自动温度开关控制。当水壶放在底座上时，就分别压下压键开关S1、S 2，并接通电路，如果插头插入插座后，就接通了电源，电源指示灯就亮，反之就断开。该壶有手动和自动两种工作状态。当钮子开关拨到手动挡时，加热电阻连入，开始加热，水沸腾以后再
5、将钮子开关拨回。当钮子开关拨到自动挡时，此时通过 ST 温控器将加热电阻连入，并开始加热；当水沸腾后，ST 温控器的触点断开，进入保温状态，保温指示灯亮；当水的温度低于某温度后，ST 温控器又重新接通，再次进入加热状态。若加热器电阻阻值随温度改变而发生的变化可忽略不计，根据以上叙述与观察，请回答以下问题。1在下列空格中填写“亮”或“不亮”(1)手动状态通电工作时，电源指示灯 ，加热指示灯 ，保温指示灯 。(2)自动状态通电工作时，水沸腾前：电源指示灯 ，加热指示灯 ，保温指示灯 。水沸腾后：电源指示灯 ，加热指示灯 ，保温指示灯 。2现将一满壶 25的水在标准大气压下烧开需时 10min，请计
6、算该电水壶的热效率。水的比热容c=4.2103J(kg)。3通过分析电水壶的电路，说明为什么处于自动状态下，水未沸腾前，保温指示灯是不亮的?4试计算电水壶正常工作时其加热电阻的阻值是多大?如果指示灯的保护电阻的大小是 100k，当它- 5 -处于保温状态时，试计算电水壶保温时的功率有多大?由此可以说明什么问题?五、（18 分）医院里的护士使用如图 5 所示的装置给患者输液。小雨发现照这样做法，护士为患者多次更换药瓶比较麻烦，于是就设计了图 6 所示的三瓶串接的方案。请分析回答：1. 图 5 中药液为何会匀速滴下？2. 图 6 中哪个药瓶中的药液先流完？为什么？3. 根据病房的现有条件，如果要估
7、测出输液过程中的一滴药液的质量，需要收集哪些数据，请写出表达式，并简要说明估测中作了哪些近似处理。- 6 -六、 （12 分）晓欣同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8” 、 “1.6”、 “1.8”或“2.0”等字样，他上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值。所谓排气量就是发动机气缸的工作容积，是指所有气缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和。一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大。汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动 2 周。现有一辆小轿车发动机排气量为 1.8L，最大功率为74kW，当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为 5200r/min。汽油机工作时的最
8、佳空燃比（即空气和燃油的质量比）为 14:1，压缩比是 10（即气缸总容积与燃烧室容积的比值） ，若发动机在最大功率时汽油和空气的混合密度为 1.35kg/m3,汽油的热值为 4.6107J/kg、密度为 0.71103kg/m3。请计算：1.这台发动机在最大功率时的热机效率。2.发动机在最大功率时，汽车的最高时速为 175km/h，计算在此情况下汽车每百公里油耗为多少升。- 7 -2008 年第十六届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题答案一、 （16 分）参考答案 1恒温箱温控系统是由交流电加热电路和直流控制电路组成，适当调节变阻器 R2 的阻值，利用热敏电阻- 8 -R1 的性能和阻值等使该
9、系统能保证恒温箱的温度保持在预设的温度范围内。工作过程如下： 当恒温箱内的温度达到或者超过预设之最高温度时，热敏电阻 R1 的阻值下降，直流控制电路中电流增大，电磁继电器吸合衔铁，切断交流加热电路，恒温箱开始降温。（1 分） 当恒温箱内的温度低于预设之最低温度时，热敏电阻 R1 的阻值增大，直流控制电路中电流减小，电磁继电器释放衔铁，交流加热电路接通，恒温箱又开始升温。（1 分） 如此反复接通和断开交流加热电路，使恒温箱的温度保持在预设温度范围内。（1 分） 2恒温箱的加热器应接在 A、B 端。 这样温度高于预设最高温度时，电磁继电器的衔铁吸合，停止加热；而温度低于预设温度时，电磁继电器的衔铁
10、断开，进行加热。这样才能实现温度控制。（2 分） 如果加热器在 C、D 两端，当温度高于预设温度时， R1 的阻值减小，电磁继电器的衔铁吸合，加热器继续工作，温度将更高，这样就无法实现恒温控制。（2 分） 3电磁继电器吸合时的电流为 30mA，则控制电路的总电阻为 R 总=R1+R2=200 （1 分） 控制 90时，由曲线图可知，R1=50，可变电阻值应为 R2=200-50 =150（1 分） 控制 150时，由曲线图可知，R1=30，可变电阻值应为 R2=200-30 =170（1 分） 所以，要选一个能提供 150170 阻值的可变电阻器，选择 B 即可满足上述阻值要求，又能便于调节，
11、故选用 B 即可。（1 分） 4小明设计的这个电路，从理论上讲控制的只是一个固定的温度值，这样使用时，就会出现恒温箱内温度在某一固定值附近时，电磁继电器频繁通断的现象，这对电磁继电器和加热器电路的使用寿命是十分不利的。（2 分）为了解决这个问题，可以设想制造一种继电器，当已经达到了预设的温度时，继电器达到吸合电流值（如此题中的 30mA） ，这种继电器可以延长一段时间或限时到规定时间才吸合，从而断开被控制电路。（2 分）当低于预设的温度时，通过继电器的电流小于吸合电流值，这种继电器同样可以延长一段时间或限时到规定时间才释放衔铁。从而实现继电器和加热电路有一个较长的稳定工作状态，达到既能实现恒温
12、控制又能延长使用寿命的目的。（1 分） （说明：只要提出的设计合理，即可得分） 二、 （16 分）参考答案 1铭牌中的“额定压力”与单位 “Mpa”不一致，应改为“额定压强” ，单位不变。（2 分） 2 10，0.2，0.37（每空 1 分共 3 分）（3 分） 3设恒力 F 作用在水上，使水移动了距离 L，则 F 对水做的功 W=FL， （2 分） 而 F=pS，所以 W=FL=pSL=pV（3 分） 清洗机正常工作 10min，清洗机喷出的水的体积为 V=20L/min10min=0.2m3 （1 分） - 9 -清洗机对水做功 W= pV =5MPa0.2m3=1.0106J （1 分）
13、 4清洗机消耗的电能 W 电=Pt=2.2kW 10min=1.32106J （2 分） 该清洗机正常工作时的效率 =W/W 电100%=75.8% （2 分） 三、 （16 分）参考答案 1在管中 A 点附近取一截面，截面右侧水管 ABC 段中的水温高，密度 A 右小；（2 分） 水经暖气片放热后，温度降低，所以水管 CDA 段中的水温较低，密度 A 左较大（2 分） 根据液体压强公式 p=gh，A 截面左侧 CDA 段中的水产生的压强大于右侧 ABC 段水的压强，因此水管中的水会按逆时针方向流动。（2 分） 同时安装水管时又有一定的坡度，即 D 端高、A 端低，为水的逆时针流动创造了有利的
14、条件（2 分） （说明：只说明“上暖气”中水的流动是对流，而没有详细解释的给 2 分） 2当水管中有空气时，气泡会沿管道向上移动，并汇集在最高处，包括管道中向上凸起的部分、暖气片的顶部等处。（3 分） 如果汇集的气体过多，会形成气柱，分断了水管中的水，阻碍水的流动，从而影响用热水供暖的效果。（2 分） 3水箱中的水位一定要高于整个循环水路的最高点，才能在整个循环水路中灌满水（1 分） 否则循环水路中就会有空气，水就不能正常流动，从而影响用热水供暖的效果。（2 分） 四、 （16 分）参考答案 1 （ 1）亮，亮，不亮；（2 分） （说明：全对为 2 分，答错一个扣一分，直到扣完 2 分为止）
15、（2 ）亮，亮，不亮；亮，不亮，亮。（4 分） （说明：全对为 4 分，答错一个扣一分，直到扣完 4 分为止） 2 Q 有=cV（t1-t0）=3.15105J （1 分） Q 总 =600W1060s=3.6105J （1 分） = Q 有/Q 总=87.5% （1 分） 3当电水壶处于自动状态下，水未沸腾前，保温指示灯与 ST 双金属片温控器并联，（1 分） 且 ST 双金属片温控器处于联通短路状态，（1 分） 所以保温指示灯被短路不亮。（1 分） 4由 P=U2/R 得电水壶正常工作时其加热电阻的阻值 R =U2/ P=80.7 （1 分） 保温状态时，通过电热器的电流 I=U/（R1+
16、RL1+R2）U/R2=2.210-3A （1 分） 就以这个电流计算，保温状态时电热器的发热功率为 P=I2R=3.910-4W （1 分） - 10 -即可以近似认为不发热。所以保温状态下的水温逐渐降低。（1 分） 五、 （18 分）参考答案 1如答图 1 为例说明输液过程： 开始时瓶中气体的压强大约是 1 个大气压，药瓶吊在高处，从瓶中液面到插在病人血管中的针头处有相当大的高度差，这段液柱产生的压强使针头处药液的压强较大，大于血管中的压强，药液自动流入血管。（2 分） 药液流出使瓶中的（一定质量的）气体体积变大，压强降低，瓶中气体压强小于大气压，大气压强将空气从进气管压入瓶中，使瓶中空气
17、的压强基本上保持在一个大气压（一个大气压相当于 10.3m 高水柱产生的压强，而在输液情况下液面升降幅度不足 0.2m，可见压强相当稳定） ，使药液均匀地流下。（2 分） 2甲瓶的药液先流完。（ 1 分） 因为甲、乙、丙三瓶采用串联的方式，其工作情况是这样的： 药液从丙瓶中流下，丙瓶中空气体积增大、压强下降，乙瓶中空气将乙瓶中药液压入丙瓶补充，使丙瓶液面保持不变。（1 分） 药液从乙瓶中流至丙瓶后，乙瓶中空气体积增大、压强下降，甲瓶中空气将甲瓶中药液压入乙瓶补充，使乙瓶液面保持不变。（1 分） 药液从甲瓶中流至乙瓶后，甲瓶中空气体积增大、压强下降，大气压将外界空气压入甲瓶，甲瓶中液面下降。（1
18、 分） 液体如此流动，直到甲瓶的药液全部流完，这时甲瓶中空气与外界直接连通，连接甲、乙两瓶的管子相当于甲瓶当初的进气管。（1 分） 以后的过程是药液从丙瓶流入血管，乙管中药液流入丙瓶补充，空气流入乙瓶，直至乙瓶中药液流完，乙瓶与大气直接连通。然后才是空气直接进入丙瓶，直到丙瓶中药液逐渐流完。（1 分） （说明：大致按分析的几步计分即可） 3收集数据和计算步骤如下： 从药瓶上的刻度读出瓶中药液的体积 V1（1 分） 当某一滴药液刚好落下时数“0”开始记时，当数到第 “n”个液滴滴下时停止记时，记下所用时间t0 （ 1 分） 算出一个液滴下落的时间间隔为：T=n （1 分） 记下完成一瓶滴注的时间
19、 t （1 分） 算出一瓶药液的总滴数 N= nt /t0 （1 分） 算出每滴药液的体积为：V0= V/N = V t0/（nt） （1 分） 则每滴药液的质量为 m= 水 V0= 水 V t0/（nt） （1 分） 上述估算中两处作了近似处理： 把药液的密度看作水的密度。忽略了输液结束时瓶中残留的药液。（1 分） （说明：大致按分析的几步计分即可） 六、 （18 分）参考答案 - 11 -1这台发动机在最大功率时 1min 内发动机做的有用功 W 有=74103W 60s=4.44106J （2 分） 在 1min 内转动 5200r，吸入汽油和空气的混合气 2600 次（2 分） 1mi
20、n 内发动机消耗汽油的质量为： m= V =1.35kg/m31.8 10-3 m32600 =0.47 kg （4 分） 1min 内汽油完全燃烧放出的热量 W 总=0.47kg4.6107J/ kg=2.16107J （2 分） 这台发动机在最大功率时的热机效率 =W 有/W 总=21% （2 分） 2汽车以最高时速 175km/h 前进 100km 所用时间： t=s/v=100km/175km/h =34.3min （2 分） 汽车每行使 100km 的耗油质量为 m= 0.47 kg/min34.3min=16.1kg （2 分） 汽车每行使 100km 的耗油体积为 ：V = m/=16.1kg/0.71kg/L=22.7L （2 分）
