1、2017 年全国初中应用物理知识竞赛复赛试题（2017 复）一、 （16 分）图 1 甲是利用激光测量转速的示意图，其中水平圆盘可绕竖直固定轴转动，盘边缘侧面上有一小段涂有很薄的反光材料。当盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层所反射的激光束，并将所收到的光信号转变成电信号输入计算机，经处理后画出相应图线，如图 1 乙所示，其中的横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激信号强度。若已知圆盘直径为 14.00cm，图 1 乙中显示屏横向的每大格（5 小格）对应的时间为 5.0010-2s。求：（1）圆盘每秒转过的圈数。 （结果保留 1 位有效数字）（2）侧面反光涂层的长度为多少厘米。 （保留整数
2、）（2017 复）二、 （16 分）由于一些驾驶员的安全意识不强，使得交通事故偶有发生。如图 2 所示，一辆小轿车经过某一桥面时，不小心冲破了防护栏杆，掉到桥下的河水中。假设在最初漂浮的时间内，司机可实施自救，自救时间最少需要 100s。假设河水很深，单位时间内进入小轿车的水量相等，小轿车和外部总体积约为 5m3，内部可储水空间可等效地看成一个长 3m、宽 1.5m、高 1m 的长方体，设小轿车和人的总质量为 2.0103kg， 水 =1.0103kg/m3，g 取 10N/kg。（1）若要保证司机有足够的自救时间，请估算每秒进入小轿车的水的质量最多为多少；（2）求当小轿车开始下沉时，车内未进
3、水的空间体积占其储水空间总体积的百分比。（2017 复）三、 （16 分）如图 3 甲所示为“双刀双掷”开关（相当于两个单刀双掷开关“联动” ，两个开关之间用绝缘材料连接，彼此并不联通） ，通过搬动手柄，就可以将六个接线柱按一定规律接通，接线柱c 与 e 相连，d 与 f 相连。通过适当的连线，双刀双掷开关可以产生一些神奇的效果。（1）假如用两根导线分别连接 a、f 和 b、e 之后，再与电源和直流电动机连接成如图 3 乙所示的电路，请说明这个电路的作用。（2）若再给你两个单刀双掷开关，1 个电源、一只小灯泡和适量的导线，请设计用这三个开关都能独立控制小灯泡亮和灭的电路，并在图 3 丙中完成所
4、设计的电路图。（2017 复）四、 （16 分）如图 4 所示为一张多功能活动桌子，桌子面板为长方形，其长度为 80cm，质量为 2kg，位于桌面左端下方的支柱高度为 60cm，质量 4kg，其粗细可忽略不计，带有滚轮（不计其所受重力）的工字型底座的长度 60cm，质量 3kg。g 取 10N/kg，请计算：（1）将一实验仪器放在桌子上，若要保证实验仪器摆放在面板上的任意位置桌子都不会翻倒，求这台实验仪器的最大质量；（2）桌子不放任何物品时，左侧两个滚轮共需承受多大压力？右侧两个滚轮共需承受多大压力。（2017 复）五、 （18 分）节水喷灌系统已经在我国很多地区使用，某节水喷灌系统如图 5
5、所示，其喷口距离地面的高度 h=1.8m，该喷灌系统从喷口沿水平喷出水的最大速度 vo=15m/s，每秒喷出水的质量mo=15kg/s，该喷灌系统所用的水是从蓄水池中抽取的，蓄水池中水面距离地面的高度 H=1.95m，并保持不变，水泵由电动机带动，电动机线圈电阻 r=5.0。电动机正常工作时，输入电压 U=220V，输入电流I=4.0A。若不计电动机在工作过程中由于摩擦等一些因素所造成的能量损耗，则此时电动机的输出功率等于水泵所需要的最大输入功率。水泵输出的机械功率与输入功率之比为水泵的抽水效率。计算时取g=10N/kg，取 =3，已知动能的计算式为 。21=mvE动（1）假设系统总是以最大喷
6、水速度工作，求：电动机的输出功率 P 出 ；水泵的抽水效率 。（2）若该喷灌系统总是以最大水平喷水速度工作，在某地区需要用蓄电池将某种太阳能电池产生的电能存储起来供该系统使用，根据以下数据求所需太阳能电池板的最小面积 Sm。已知太阳光传到地面的过程中大约有 =40%的能量损耗，太阳辐射的总功率 Po=41026W，太阳到地球的距离 R=1.51011m，上述太阳能电池的能量转化效率约为 1=20%，蓄电池释放电能的效率为 2=90%。（2017 复）六、 （18 分）某工人在野外施工，需要使质量 m=4.20kg 的铝合金工件从 to=10.0升温到66.0以上（含 66.0） ；除了保温瓶中
7、尚存有温度 t=90.0的 1.2kg 的热水外，无其他热源。请提出一种能达到目的、操作简单的方案，并通过估算验证你的方案。已知铝合金的比热容 c1=0.88103J/(kg)，水的比热容 c2=4.20103J/(kg) ，不计工件与热水向周围环境传递的热量。2017 年度全国初中应用物理知识竞赛北京赛区决赛试卷答案详解1、 （1）如图圆盘转动一周显示 22 格，转动周期为 0.22 秒， 圈 5.42.01sTn（2） cmd2、 （1）由题可知，小轿车在漂浮状态时司机可实施自救，自救时间至少 100s，此时满足：F 浮 =m 总 g-F 浮 = -gVm 总 =m 车人 =m 水 -联立
8、得：m 水 = ； 100s=30kg/s，即每秒进入水的质量最多 30kg。kg310k3（2）由漂浮时 m 水 = 可得 V 水 =3 ，车储水空间 V=4.5 ，则未进水的空间 ，m3m35.1mV则 %3.105.4%103 V3、略4、 （1）如图可知，实验仪器摆放在面板最右侧最易翻倒，临界状态时右侧底座为支点，令 F 面板 =m 面板 g，F 支架 =m 支架 g，F 底座 =m 底座 g，F 仪器 =m 仪器 g，L 面板 、L 支柱 、L 底座 、L 仪器 分别为重心到支点距离，则有：F 面板 L 面板 +F 支柱 L 支柱 +F 底座 L 底座 =F 仪器 L 仪器 -由式
9、可得： F 仪器 =m 仪器 g=185N，m 仪器 =18.5kg，仪器的最大质量为 18.5kg。（2）多功能桌总重力为 G 总 =G 面板 +G 支架 +G 底座 =90N；当桌子不放任何物品时，仍以右底座作为支点，根据平衡条件，对于左侧滚轮所受地面支持力则有：F 面板 L 面板 +F 支柱 L 支柱 +F 底座 L 底座 =F 支持力 L 支持力 -由式 可得： F 支持力 62N，滚轮承受的压力和地面对滚轮的支持力是一对相互作用力，则左侧两个滚轮需承受 62N 的压力；由左右两侧滚轮承受的总压力为桌体总重力可知，右侧两个滚轮需承受 28N 的压力。5、 （1） 电动机输出功率 P 入
10、 =P 电 -P 热 =UI-I2r=880w-80w=800w = ，又 ，解得：P 出 =600w出PthHmgvtW)(210tm0=%75（2）电池板的最小面积 ，接收到太阳能的功率： ，电池板接受太阳能转minS min20)1(4SR化为电能的功率：P 电 w，求得：80%902UIP 2min8.5S6、解：4.20kg 的铝从 10升温到 66所需热量 ；JtcmQ51.21.2kg 的水从 90降温到 66放出的热量 Q，根据估算，将铝直接放入t 0.热水中并不能升温到 66；（1）操作方案：将保温瓶中的热水分若干次倒出来。第一次先导出一部分，与温度为 的工10t件充分接触，
11、并达到热平衡，工件温度升高到 ，将这部分温度的水倒掉；再从保温瓶倒出1t一部分热水，在此与温度为 的工件充分接触，并达到热平衡，工件温度升高到 ，将这部分1t 2t温度的水倒掉；重复上述操作，直到最后一次，将剩余的热水全部倒出与工件接触，达到热平衡。 （只要每部分的水足够少，最终就可使工件的温度达到所要求的值）（2）验证计算：例如，将 1.2kg 的热水分五次倒出来，每次倒 0.24kg，在第一次使热水与工件达到热平衡的过程中，水放热 ，工件吸热 ，由 ，解得：)(11tmcQ)(01 tcmQ 1Q，依次算出 的数值见下表： 1.27t 5t倒水次数/次 1 2 3 4 5平衡温度/ 27.1 40.6 51.2 59.5 66.0可见 =66.0，符合要求。5t附：若将 1.2kg 的水分 4 次倒，每次倒出 0.3kg，以此计算 的值，见下表：51t倒水次数/次 1 2 3 4平衡温度/ 30.3 45.5 56.8 65.2由于 =65.266.0 ，所以如果将热水等分后逐步使工件升温，到处次数不能少于 5 次。5t
