【专家解说】：第十五届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题
一、(14分)王伟同学研究了均匀拉紧的琴弦发音频率与弦长的关系，并记录了实测的数据(如下表所示)。请你根据记录表格中的有关数据，分析并估算出他有意留出的空格中应该填写的数据(要求写出估算的过程)。
音名中央C
1D
2E
3F
4G
5A
6B
7C
l
唱名(C调)D0ReMiFaSolLaSiDo’
频率/Hz264297330352396440528
弦长l89l
45l
34l
23l
815l
12l
二、(14分)类比水压是形成水流的原因，李楠同学猜想，血液在血管内流动时也需要一定的压力差来维持。假设血液匀速通过长度一定的血管时，受到的阻力f与血液的流速v成正比，即f=kv。那么，要想让血液匀速流过，血管两端就需要一定的压力差。设血管截面积为S1时，两端所需的压强差为△p1；若血管截面积减少10％时，为了维持在相同的时间内流过同样体积的血液，压强差必须变为△p2。请你通过计算比较△P1、△P2的大小，说明血管变细可能是诱发高血压的重要因素之一。
三、(16分)下表是某锅炉厂生产的CWNG系列三种锅炉的主要技术参数。
CWNG系列三种锅主要技术参数
型号CWNG
0.7－80／60－AIICWNG
1.05－80／60－AIICWNG
1.4－80／60－AII
功率／MW()1.051.4
容水量／t33.54
耗煤量／(kg•h－1)145()290
外型尺寸／m32.7×1.5×2.93.0x1.5×23.0×1.9×2.9
烟囱尺寸／mmΦ300×15000Φ350×15000Φ400×15000
热效率／％757575
出水温度／℃808080
回水温度／℃606060
总重量／t57.59
运行压力常压常压常压
供暖面积／m26000()12000
循环水量／(m3•h－1)()4560
已知水的比热容为4.2×103J／（kg•℃），假设三种锅炉的燃煤效率相同，且煤均可达到完全燃烧。请根据上表回答以下问题：
1．根据表格中的已知数据，请在表格中的四个()内填上合适的数据。
2．按表格中的出水温度和回水温度，计算CWNGl．05—80／60AH型锅炉每小时给住宅内释放的热量是多少。
3．根据表格中已知数据计算燃烧的热值为多少。
四、(16分)李明得到一个国外生产的电热暖手器，铭牌上表示额定值的字样中，能看清楚的只有"24W"这几个字。为了能正确使用该电器，他把一只标有"600Ω，0.4A'’的定值电阻与电热暖手器和开关串联起来，连接到家庭照明电路中，然后进行如下实验观察：将开关接通后，电能表转盘转动137圈恰好用了100s；断开开关后，电能表转盘在1min内恰好转了80圈；观察电能表上标有3000r(kW•h)的字样；他在做实验的时间内，家中其他用电器的使用情况没有变化。请根据以上数据，计算电热暖手器的额定电压是多少?你在计算过程中忽略了什么因素的影响?由此导致的计算结果是偏大还是偏小?
五、(20分)一所农村中学常常因为不能及时给水塔注水而停水，科技小组的同学知道后，利用下图所示的器材设计了一个自动注水模拟装置。A为浮子(浮子及其连杆总重约15N)，在浮子连杆的上端有一可移动金属触头B(其受重力可忽略不计)，它可以分别将其上、下的两个固定触点连通。C为水塔上的圆桶形蓄水池；M为配有电动机的水泵(电泵)；D1、D2为弹簧，E1、E2为衔铁，F1、F2为电磁铁线圈；K1为最高水位限位开关。K2为最低水位限位开关，K3、K4、K5均为由电磁铁衔铁带动的触头开关。电磁铁F1通电时，K4接通，断电时，K3接通。电磁铁F2断电时，K5接通。S1、S2为开关。
1．请你按照下图所示的器材，连接一个可以实现自动注水的模拟电路，并说明自动注水的过程。
2．要实现自动注水的要求，浮子的最小体积约为多大?(g=10N／kg)
3．若设计要求每次自动注水需在10min内完成，需要知道或测量哪些物理量才能得到相匹配电泵的最小额定功率?请你用字母表示这些物理量，推导出电泵最小额定功率的表达式。在你的计算过程中，如果运用了近似条件，请说明。
六、(20分)在当今世界，研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题。在内燃机中，废气带走了很多能量，如果能将这些能量再利用起来，会使内燃机的效率提高许多。某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机，就采用了很多新技术。其中最重要的一项叫“增压”技术，它是利用“废气涡轮增压器”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，它同时又带动同轴的进气系统中的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使做功冲程中柴油燃烧的更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的。这种柴油发动机有6个气缸，气缸直径为ll0mm，活塞行程为135mm，当转速为2300r／min时，发动机功率为220kW，最低油耗可达240g／(kW•h)，柴油的热值为4.3×107J／kg。请回答下列问题：
1．该柴油发动机的效率最高可达多少?
2．在做功冲程中气缸内的平均压强是多少?
3．如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器”后，能使它们的平均效率由原来约31％提高到近35％，安装前按每年消耗3亿吨柴油估算，这项技术每年能为我国节约多少吨柴油?
4．如果目前我国柴油的平均价格为3750元／吨，根据上面的估算结果，计算使用“增压”技术后仅节约柴油一项可使我国每年节约多少资金。由此你有哪些认识?
第十六届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题
一、(10分)如图l，东湖中学想用离心泵将湖中的水抽到C处的养鱼池中。要求在30min内至少向养鱼池中输水120m3，学校领导将以下几个需要解决的问题交给了科技小组。
(1)A，B处各有一个平台，离心泵应放在什么位置，请说明理由。
(2)如果某型号离心式水泵的扬程为15m，功率为17kW，
效率为0.6，试通过计算说明这台水泵是否可满足东湖中学的需求?
(3)为了节约资金，有人提出全部采购比硬质管便宜、而且与水泵管径相符的软橡皮管配套使用，你认为是否可行，为什么?说出你的正确方案。
二．(10分)一个地质勘探小分队，在野外河边休息时发现了一种矿石，他们非常想尽快知道这种矿石的密度大约是多少，但是手中只有皮尺、直木棍和针线包中缝衣服用的针和细线，请你帮助他们利用现场可利用的物品，设计一个测定矿石密度的方案，并推导出计算矿石密度的表达式。
三．(14分)小华同学为了节能和方便家人洗澡，用废弃的汽油桶在房顶上自制了一个简易太阳能热水器，图2是它的安装示意图。在水箱上下安有二根管子，其中一根是进出水管，给热水器上冷水或淋浴时用热水，都是通过进出水管来完成，室内进出水管上安有三个阀门。
若当地的大气压强p0=1.0×105Pa，请回答下列问题：
(1)小华为什么要在热水器上方安装一根与大气相通的管子A?
(2)根据阀门I、II、Ⅲ的位置，说明它们的作用是什么?如何调节喷头出水的温度?
(3)给热水器上冷水时，阀门I、1I、III应当处于何种状态?洗澡时，阀门1、II、111应当处于何种状态?
(4)如果小华同学住的居民楼层高为3m，他家的热水器安装在七楼楼顶上，且距楼顶高1m，那么该地区的水压至少为多大，才能顺利为热水器上水?
(5)设热水器水箱容积为100L，在一般的光照条件下，一满箱12℃的水经白天太阳的加热温度可达到45℃，这相当于多少煤气完全燃烧放出的热量?(已知水的比热容为4.2×107J／(kg•℃)，煤气的热值约4.2×107J／kg)
四、(12分)育才中学科技小组设计了一个可以测量电阻值的多量程欧姆表，图3中所示为其中两个量程的测试电路，G为灵敏电流表，其内阻Ro=100Ω、电流灵敏度(即指针在满刻度时流过灵敏电流表的电流)U=100μA，R为可调电阻，阻值变化范围为0～5kΩ，Rl和R2为定值电阻，R1=15Ω，R2=llkΩ，E为1.5V干电池，S为量程选择开关。测量时把待测电阻两端分别与A、B两端相接。为了能从灵敏电流表上直接读出待测电阻的阻值，需在表盘上重新标注示数。请回答：
(1)在指针满偏处，盘面应标注的示数是多少?
(2)当A、B间断开时，指针所指的位置处，盘面应标注的示数是多少?
(3)开关分别置于1和2位置时，在表盘正中间位置处应标注的示数各是多少?请简要说明理由。
(4)该欧姆表表盘上的刻度是否均匀?请从电路原理上说明理由。
五、(12分)有一种被称作PTC的半导体材料，其电阻随温度的变化曲线如图4所示。
(1)请你根据这条曲线分析，PTC材料的电阻值怎样随温度的变化而改变?
(2)请说出这种材料的两个可能的应用实例。
(3)以其中的一个应用为例，说明它的正常工作过程和使用条件。
六、(14分)利民电器厂设计了一种具有高、中、低温三挡的家用电火锅，其发热体电阻丝如图5所示。A、B、C为三个接线柱，B是电阻丝中点的接线柱。相信你一定能帮助该厂完成以下工作。
(1)说明各挡位的连接方法(文字表述或画图连接均可)。
(2)如果要求低温发热功率为200W，那么高温和中温两挡的发热功率分别应是多大?
(3)设计一份该火锅的产品铭牌。
七、(14分)现在流行的无线市话俗称“小灵通”，是一种新型的个人无线接入系统，具有语音清晰、发射功率低、待机时间长、功能多、价格合理等特点。它的使用使传统意义上的固定电话不再固定在某个位置，可在无线网络覆盖范围内自由移动使用，随时随地接听、拨打本地和国内、国际电话。
表1是某一型号小灵通的部分资料数据。若这种小灵通在正常使用的情况下，充电一次可使用7天，累计通话时间为1.2h，通话时耗电功率为平均发射功率的20倍。则：
(1)这部小灵通正常通话时的工作电流大约多大?
(2)小灵通开机但不通话时的状态称为待机。这部小灵通的待机电流大约多大?
(3)在没有充电器的情况下，可用一个电压略高于3.6V的直流电源为小灵通电池临时应急充电。请你设计一个方案，用图6所示的直流电源给这部小灵通的电池充电，并画出充电的电路图。
表l
尺寸
(长×高×宽)约45mm×83mm×23.5mm
质量约85g
发射功率约10mW(平均)
电池3.6V580mA•h锂电池
充电器
输入：AC220V50Hz
输出：DC5.2V320mA
充电器重约50g
充电时间2.5～3.5h
连续待机时间48～200h
八、(14分)现在有些住宅区使用的水表是预付费式的水表，每个用户一表一卡，凭卡用水，卡中数据输入表中，水表自动开阀供水。
所购水用完后自动关阀断水，用户必须重新购水，方能重新用水。图7是某水表厂生产的预付费式的IC卡水表，其主要技术参数如表2所示。请根据表2
中的数据，回答下列问题：
项目FY-15E热水表FY-20E热水表FY-25E热水表
质量1.4㎏1.8㎏2.5㎏
长度165mm195mm225mm
口径(DN)15mm20mm25mm
过载流量3m3／h5m3／h7m3／h
常用流量1.5m3／h2.5m3／h3.5m3／h
分界流量0.12m3／h0.2m3／h0.3m3／h
最小流量0.03m3／h0.05m3／h0.07m3／h
起动流量≤0.010m3／h≤0.012m3／h≤0.017m3／h
水表性能B级表
密封性1.6MPa水压，15min内不泄漏
最小读数0.0001m3
最大读数9999.9999m3
用户窃水自动关阀并提示
电源3.6V、2.4Ah锂电池2节串联
IC卡的保密性射频卡，一表一卡，不可复制
IC卡使用寿命使用次数>10万次
报警方式剩余水量2m3时报警，用完剩余水后关阀
静态工作电流0.5mA
开阀或关阀时的工作电流500mA
常用流量误差≤2％
工作温度温度：0℃一90℃(FY系列)
工作水压0.1MPa～0.6MPa
材料铜
(1)要保证水表正常工作，水平位置相对水塔内的水面高度差的范围应是多少?
(g取10N／kg)
(2)如果水表仅处在静态下，最多能使用多少天才需更换电池?水表开阀或关阀时它的电功率是多少?
(3)FY-25E型热水表在常用流量状态流出50℃的热水时，需要用多大功率、效率为80％的锅炉来加热原来温度为20℃的水?如果连续这样供热水，一昼夜至少需要烧多少煤?(煤的热值是3×107J／kg)
(4)FY一15E热水表报警后，在常用流量下用水，大约还能用几小时?
(5)FY-20E水表出水口水的最大流速是多少?
最后祝你取得好成绩
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