1、 第 页 共 9 页12012 年第二十二届全国初中应用物理竞赛复赛试题注意事项：1请在密封钱内填写所在地区、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，满分为 100 分。4 答卷时间: 2012 年 4 月 15 日(星期日)上午 9：3011:10。题 号 一 二 三 四 五 六 总 分分 数复核人一、 （ 16分) 某小型汽油发电机外形如图1所示，其实质是利用一个汽油机带动一个发电机来发电。该发种电机铭牌部分数据如下表所示，根据表中的数据求：图 1(1)在允许的连续运行时间内，发电机以额定功率输出，能够提供的电能是多少度? 172 教学网 (2)己知汽油的
2、热值是 q=4.6l07J/kg，密度是 0.71103kg/m3，设该汽油机的效率为35%，则该汽油发电机油箱的容积至少需要多大?172 教学网(3)汽油发电机将内能转化为电能的效率是多少?网172 教学网得 分 评卷人发动机(汽油机) 发电机型号 XGQF5.0 型号 XGQF5.0 额定功率 8.3kW 额定输出功率 5kW噪声 73db 额定输出电压 220V连续运行时间 8h 额定频率 50 Hz 强制水冷四冲程 自动电压保护第 页 共 9 页2二、(16 分)长期以来，我国北方地区城镇居民的冬季采暖计量一般都按住宅面积收费，导致用户节能意识差，造成严重的资源浪费。作为建筑节能的一项
3、基本措施，近几年部分地区试点以热量表作为计量收费的依据和手段，经测算可节能约 20%30%。172如图 2 所示，一个完整的热量表由以下三个部分组成：一只液体流量计，用以测量经热交换的热水流量；一对用铂电阻制作的温度传感器，分别测量供暖进水和回水温度；一低功耗的单芯片计算机，根据与其相连的流量计和温度传感器提供的流量和温度数据，利用热力学公式可计算出用户从热交换系统获得的热量，通过液晶显示器将测量数据和计算结果显示出来。172 教学网以下是某用户家中的热量表的部分参数，已知水的比热容取 4.2l03J/(kgC)，天然气的燃烧值约为 8107J/m3。最大流量 /m3h-1 2.5 测温范围
4、4 100温差范围/K 250 最大水压/MPa 1.6电源 3.6V 2Ah 电源寿命 5 年 网（1）试通过以上数据计算该型号热量表能测量的最大供热功率是多少？（2）在一次要查看热量表记录情况时，通过逐次点按计量表上的信息显示按钮，液晶显示器逐项显示出了下列数据：根据这些数据推算，求此次查看时该用户家平均每小时从暖气中得到的热量约为多少J？到此次查看时为止，该用户从这套供暖系统得到的总能量相当于完全燃烧了多少 m3 的天然气？(3)如果出现大风降温天气，住宅通过外墙散热的速度会加大。从原理分析，应该在家中怎样调节，才能保持室内温度不出现明显下降。(4)这种型号的热量表平均耗电功率不超过多大
5、? (5) 2010 年国家将逐渐在全国推广使用供热分户计量。假设某城区在未使用热量表计费时，一年热力公司共消耗天然气 40 亿立方米，现有 30%的用户使用热量表，在使用后平均每户节能 20%。按此情况计算，这些使用热量表的用户一年可节约多少天然气? 172 教学网得 分 评卷人进水回水 测温三通水量调节阀热量表热量表热量计量系统组成用户图 2供水温度：52.5 回水温度：49.7 瞬时流量：0.777m 3/h累计热量：46235.67kWh工作时间：19104h46min第 页 共 9 页3三、 （16 分）双活塞气压计是一种可以消除活塞自重影响、对低压容器内的压强进行测量的装置。如图
6、3 所示，在甲、乙两个空腔容器中各有一个活塞 A 和 B，其中活塞 A 的截面上下一致，称为自由活塞，其横截面积为S1；活塞 B 的上下截面不等，称为差动活塞，其上下两部分的横截面积分别为 S2 和 S3。乙容器的上、下两部分彼此隔绝，不能相互渗气、渗油。C 为带有阀门 K1 的工作液体的接口，工作液体充满甲容器和乙容器的上部空腔；D 为带有阀门 K2 的接口，可接待测容器；E 为带有阀门 K3 的接口，可与抽气机相连。测量前要先校正零位平衡： K1 关闭， K2 打开，D 口不连接待测容器，在两活塞上面放置砝码( 图中未画出) ，调节砝码的质量使两活塞升起的高度相同。进行测量时，要将待测量的
7、容器接在 D 口上，并关闭 K2、打开 K3，开动抽气机进行抽气，待乙容器下部空腔内接近真空时，关闭 K3、打开 K2，此时差动活塞 B 己有所下降，在自由活塞 A 上再加放重为 G 的砝码时，A 、B 两活塞的上表面恰好能恢复等高。 己知进行测量时大气压强为 p0 ，求待测容器内气体的压强 p。172根据帕斯卡定律可知：加在密闭液体上的压强能够大小不变地被液体向各个方向传递。172 教学网四、（16分）小明看到一句农谚：“下雪不冷化雪冷”。他很好奇，想具体了解一下冰雪熔化时究竟要吸收多少热量。于是查找了资料，知道“熔化热”的定义是：单位质量的某种晶体，在熔化成同温度的液体时吸收的热量，叫做这
8、种晶体的熔化热。他想用实验测量一下冰的熔化热，于是找来了一些实验器材：一架天平和配套的硅码、一支实验室温度计（ 0100 ） 、一个有密封盖子的保温桶、一个小烧杯、一把镊子和一个专门用来在冰箱中冻小冰块的塑料冰格，又观察到家里的冰箱面板上显示冷冻室温度恒为-18。请帮助小明设计一个用这些器材粗测冰块熔化热的方案，要求写出实验的步骤和用测量的物理量计算冰的熔化热的表达式 (水和冰的比热容分别用 C水 和 C冰 表示)。172教学网得 分 评卷人得 分 评卷人图 3第 页 共 9 页4五、 （18 分）在一些地区的电力线路敷设过程中，会使用简易绞盘将沉重的混凝土电线杆立起来。其主要结构如图 4 所
9、示。作业前，先将绞盘底座牢固地固定在地面上，立杆作业时，根据实际需要，安排 1 4 人分别推动不同的横杆末端，使横杆绕轴做顺时针转动，这样系在电线杆上的钢丝绳就被不断地缠绕在轴上，电线杆被逐渐拉起并最终坚直站立。己知，某个绞盘的轴直径 D=l0cm，各横杆末端到轴心的距离 L=lm。在一次立杆作业中，所立的电线杆所受重力 G=6200N，长 L0=10m，其重心距粗端 4m。若在电线杆升至某时刻时的情形如图 5 所示，设此时绞盘的机械效率 =80%，定滑轮的阻力可忽略不计。172 教学网1若此刻仅有一名施工人员推横杆，则该施工人员对绞盘横杆所施加的最小推力 F 为多少? 172 教学网2在整个
10、立杆过程中，施工人员对绞盘横杆的最小推力 F 的变化情况如何? 3在立杆作业时，施工人员一般要求绞盘离所拉的电线杆适当地远一些，请定性分析这样做的原因。172 教学网得 分 评卷人图 5图 4第 页 共 9 页5六、（18分）应急照明灯是在正常照明电源发生故障时，能持续照明而不间断工作的一类灯具， 如图6 所示。应急照明灯主要由灯泡(或LED 灯珠)、蓄电池、充电器、自动控制电路及相关部件组成。在照明电源正常情况下，应急照明灯通过充电器给蓄电池充电，此时，自动控制电路及相关部件自动将灯泡 (或LED灯珠) 与蓄电池断开不发光。当照明电路突然停电时，应急照明灯通过自动控制电路及相关部件自动把灯泡
11、(或LED灯珠)跟蓄电池接通，从而实现自动应急照明。下表为某型号应急照明灯的主要技术数据：输入电压 充电时间 应急照明时间 应急照明功率AC 220V 90min 0.96W2应急照明光源 蓄电池种类 数量 灯泡额定电压 类别 额定电压 容量灯泡 2 只 2.4V Ni-Cd 2.4V 1.8Ah1在该型号应急照明灯刚投入使用阶段，待蓄电池充满电后，可以实现的最长连续应急照明时间为多少? 172 教学网2小兰跟老师提出自己要设计并组装一只简易的应急照明灯。老师告诉她实验室现有以下器材：双孔插座及与之配套的插头 1 套、小灯泡额定电压： DC3.03.4V，额定电流：350mA) 4 只、电磁继
12、电器（额定电压：DC6V；额定电流：0.15A）1 套及与之配套的低压直流电源( 输入电压：AC220V，输出电压：DC6V) 1 台、蓄电池(两端电压：6V) 1 只及与之配套的充电器(输入电压：AC220V，输出电压：DC6.3V)1 只、导线(足量). 如图 7 所示。 (1)请你帮助小兰在图 7 上完成简易应急照明灯的接线。要求如下：17 家庭电路正常工作时，充电器自动给蓄电池充电，各灯泡均不发光；17 2当家庭电路停电时，蓄电池自动给各灯泡供电，使各灯泡均正常发光，且在一盏小灯炮灯丝烧断后还应该有部分小灯泡能正常工作；72 教学网(2)小明看到小兰的连接电路后，认为可以去掉低压直流电
13、源，而将电磁铁的两个接线柱直接接在充电器的输出端。请分析这样做不可行的原因。得 分 评卷人图 6第 页 共 9 页62012年第二十二届全国初中应用物理竞赛复赛试题参考解答和评分标准说明：1提供的参考解答除选择题外，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，但不要与本评分标准有较大偏离。3问答题或计算题是分步给分的。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，
14、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。4参考解答中的数字结果是按照有效数字的运算要求给出的，但对考生不做要求。不要因为有效数字的错误而扣分。5在最后定奖时如果得分相同的人数超过获奖名额，因而难于选拔时，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。上述各项的执行都应由竞赛领导小组做出规定（省统一分配奖励名额的由省决定，地、市分配奖励名额的由地、市决定） 。一、 （16 分）（1）发电机能够提供的电
15、能 W 电 =P 电 t=5kW8h=40kWh3 分（2）汽油机的效率 4 分QVq有 用 机放所以油箱的最小容积：3 分3 378.1060s20.91m20.9L0.7kg/m.541J/kgPtVq 机（3）汽油发电机将内能转化为电能的效率6 分3337W8s.%.10/2.904.610J/kgWtQ 电 电放或 350. .%8P电机第 页 共 9 页7二、 （16 分）解：（1）该型号热量表能测量的最大供热功率 maxmaxaxmactcVtQPt 水 水 水4 分33354.210J/(kgC)10/2.50C1.460W6s（2）平均每小时从暖气中得到的热量QcmtVt水 水
16、 水4 分333 64.10J/(kgC)10/m.7(52.-497)C=.10J相当于完全燃烧天然气的体积为： 4 分6373460J8m81/（3）分析原理可知，为了提高房间内暖气片放出热量的速度，只需调节“水量调节阀” ，加大热水瞬时流量即可。2 分（4）热量表的耗电功率为2 分43.6V2A0s1.6W54WUQPt 电（5）相当于节约的天然气体积为 4109m330%20%=2.4108m3 2 分三、 （16 分）解：在自由活塞 A 上再加放重为 G 的砝码时，A 活塞对工作液体增加的压强为2 分1GpS根据帕斯卡定律，工作液体对活塞 B 向上增加的压力为 4 分231()GFS
17、又因为活塞 B 下底面向上减小的气体压力为 4 分03()p因为活塞 B 能够回到原来的高度，所以 4 分即 03231()()GpS所以待测容器内的气体压强为 4 分02313()GpS四、 （16 分）第 页 共 9 页81、实验步骤：（1）用调好的天平测量小烧杯的质量 m1； 2 分（2）用小烧杯盛取足量的水，再用天平测量小烧杯和水的质量 m2； 2 分（3）将水倒入保温桶内，用温度计测量水的温度 t1；2 分（4）提前较长时间将用冰格盛适量水放在冰箱冷冻室里冻成冰块，用镊子取适量冰块放在小烧杯中，迅速用天平测量出基总质量 m3 后，立刻将冰块倒入保温桶内的水中，盖紧桶盖；3 分（5）轻
18、轻摇晃保温桶使水温均匀，并仔细听声音，能听出冰块熔化完毕后，打开桶盖，用温度计测出保温桶内水的温度 t2。3分2、冰块的熔化热的表达式为：4 分21223131()(8C)()cmtctm冰水 水五、 （18 分）解：1.如图答 1 所示，设钢丝绳拉电线杆的力为 F，把电线杆看作杠杆，其支点为其粗端端点 O。图答 1由杠杆平衡条件，有： 2 分FGL3 分3 36.210N4mcos5.0NinGFL绞盘本质上是一个轮轴，若要施工人员对绞盘横杆的推力 F 最小，则该力应沿水平方向，作用于横杆末端且与横杆垂直。在这种情况下，设所需的最小推力为 F。1 分设绞盘的轴恰好转动一周，则推力推动横杆末端
19、移动的距离为 12sL工人推力总共做的功为： 1 分2WFL总绞盘拉动钢丝绳移动的距离为 sD绞盘对钢丝绳所做的有用功为： 1 分有 用绞盘的机械效率为 0%2FWL有 用总 2 分第 页 共 9 页9所以 3 分32.510N.m2198FLD2.在整个立杆过程中，电线杆重力 G 大小不变。随着电线杆被逐渐拉起，重力 G 的力臂LG 在逐渐减小；而钢丝绳拉电线杆的力 F的力臂 LF却在逐渐增大；根据杠杆的平衡条件：，可知，钢丝绳拉电线杆的力 F在逐渐减小。2 分G又因为，横杆末端到轴心的距离 L、轴的直径 D 以及绞盘的效率 不变，所以施工人员对绞盘横杆的最小推力 F 也在逐渐减小。1 分3
20、.绞盘离所拉的电线杆适当地远一些，其他情况相同时，可以适当地增大钢丝绳对电线杆的拉力 F的力臂 L F，在重力 G 与重力 G 的力臂 LG 相同的前提下，使 F减小，从而可以使施工人员对绞盘横杆的推力 F 减小一些。2 分六、 （18 分）1.由该型号应急照明灯的主要技术数据可知，其所用灯泡的额定电压为 2.4V，其蓄电池两端的电压也是 2.4V；由此可知，两只灯泡应并联。 2分单只灯泡正常发光时的电流： 2 分0.96W.4A2VLPIU干路中的总电流： 1 分2.4=8LI即蓄电池对外供电电流为：I=0.8A 1分蓄电池充满电后，可以实现的最长应急照明时间： 2 分1.8h=250QtI2简易应急照明灯的接线如图答 2 所示。6 分图答 2说明：上述电路图的 6 分具分布如下：电磁继电器的电磁铁应接于低压直流电源的输出端。2 分充电器给蓄电池充电时应注意蓄电池的正负极。2 分为了保证各小灯泡正常工作，应如图连接。2 分第 页 共 9 页10若四个小灯泡接成先并联后再串联，扣 1 分。（2）若将电磁铁的两个接线柱直接接在充电器两端，当家庭电路正常工作时，电磁铁有磁性，吸引衔铁下移，接通蓄电池充电电路，充电器给蓄电池充电；2 分当家庭电路停电时，蓄电池与电磁铁构成通路，电磁铁依然保持磁性，蓄电池无法为小灯泡供电，小灯泡不能发光。2 分
