2023年第十六届初中物理知识竞赛复赛答案

第十六届全国初中物理知识竞赛复赛答案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。规定在30 min内至少向养鱼池中输水120 m3，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)假如某型号离心式水泵的扬程为15 m，功率为17 kW，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，有人提出所有采购比硬质管便宜、并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?说出你的对的方案。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，请你帮助他们运用现场可运用的物品，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毕，室内进出水管上安有三个阀门。 若本地的大气压强p0=1.0105Pa，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、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应当处在何种状态?洗澡时，阀门1、II、111应当处在何种状态? (4)假如小华同学住的居民楼层高为3 m，他家的热水器安装在七楼楼顶上，且距楼顶高1 m，那么该地区的水压至少为多大，才干顺利为热水器上水? (5)设热水器水箱容积为100 L，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成45，这相称于多少煤气完全燃烧放出的热量?(已知水的比热容为4.2107J(kg)，煤气的热值约4.2107Jkg)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=100 、电流灵敏度(即指针在满刻度时流过灵敏电流表的电流)U=100A，R为可调电阻，阻值变化范围为05 k，Rl和R2为定值电阻，R1=15 ，R2=ll k，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材料的电阻值如何随温度的变化而改变? (2)请说出这种材料的两个也许的应用实例。 (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毕以下工作。 (1)说明各挡位的连接方法(文字表述或画图连接均可)。 (2)假如规定低温发热功率为200 W，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，具有语音清楚、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1.2 h，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45 mm83mm23.5 mm质量约85g发射功率约10 mW(平均)电池3.6V 580mAh锂电池充电器输入：AC220V 50Hz输出：DC5.2V 320mA充电器重约50 g充电时间2.53.5 h连续待机时间48200 h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，其重要技术参数如表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1.41.82.5长度165 mm195 mm225 mm口径(DN)15 mm20mm25mm过载流量3m3h5m3h7m3h常用流量1.5m3h2.5m3h3.5m3h分界流量0.12m3h0.2m3h0.3m3h最小流量0.03m3h0.05m3h0.07m3h起动流量0.010m3h0.012m3h0.017m3h水表性能B级表密封性1.6MPa水压，15min内不泄漏最小读数0.0001 m3最大读数9999.9999 m3用户窃水自动关阀并提醒电源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2 m3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0.1 MPa0.6MPa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10 Nkg) (2)假如水表仅处在静态下，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的锅炉来加热本来温度为20的水?假如连续这样供热水，一昼夜至少需要烧多少煤?(煤的热值是3107Jkg) (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?一、（1）由于泵的总扬程=吸水扬程+压水扬程离心式水泵的吸水扬程是由大气压决定的，当大气压为标准大气压时，吸水扬程实际不会超过10m。所以泵不能放在B处，只能放在A处。（2）不考虑水的动能：增长的势能按13.8m计算：已知t=30min，h=13.8m,v=120m3, =0.6则W有=mgh=1031201013.8J=1.656107J由于W有/W总= 所以W总=W有/=1.656107J/0.6=2.76107J所以应购置水泵的功率为P总=W总/t=2.76107J/1800s=1.53104W=15.3Kw增长的势能按15m计算，应购置水泵的功率为P总=16.7kW。提供的水泵满足规定。（3）不可行。若离心泵至水面段用橡皮管，由于大气压作用也许将橡皮管压扁而影响正常工作。建议离心泵至水面段用硬质管，为节约起见，泵以上水管可用软橡皮管。二、1、用细线悬挂直木棍作支点；2、用细线拴好矿石挂在支点的左侧，在支点的右侧挂一块石块，移动矿石和石块悬挂位置直到木棍水平平衡；3、用皮尺分别量出悬挂矿石和石块的点到支点的距离为l1，l2；4、将矿石浸没在水中，移动挂石块的位置直到木棍再次水平平衡；5、用皮尺量出悬挂石块的点到支点的距离为l3；6、推导计算矿石密度的表达式。由杠杆平衡条件，得G矿l1=G石l1（1） （G矿-F浮）l1=G石l3（2） P矿gv矿 l2（1）/（2）得 = P矿gv矿-P水gv矿 l3P水l2解得 P矿= l2-l3三、（1）A管的作用一是排气，二是溢水。由于汽油桶改做水箱后，假如不安装A管排气的话，上水时会把一些空气密闭在里面，就不易将水注满；并且，上方的空气还影响箱内水温的升高。（2）阀门控制进入水箱的冷水,阀门控制进入淋浴喷头的热水 ,阀门控制进入淋浴喷头的冷水通过阀门、阀门调节进入淋浴喷头的冷热水的多少可以改变淋浴喷头喷出的水的温度。（3）给热水器上水时，阀门应打开，阀门、阀门应关闭。（三个阀门的状态都答对得1分，只要有一个答错就得0分）洗澡时，阀门应关闭，阀门、阀门应打开。（三个阀门的状态都答对得1分，只要有一个答错就得0分）（4）水箱距地面高度h=73m+1m=22m该地区的最低供水水压p=pgh=po=1.0103kg/m310N/kg22m+1.0105pa=3.2105pa(5)m=pv=1.0103kg/m310010-3m3=100kgQ吸=cm(t-to)=4.2103J/(kg.) 100kg(45-12) =1.39107J假如靠煤气燃烧放出这些热量，需完全燃烧的煤气Q吸 1.39107Jm= = =0.33kgq 4.2107J/kg四、（1）A、B两端直接连接在一起时（RAB=O），调节滑动变阻器使灵敏电流表指针满偏，则指针所指处盘面上应标注的示数为O。（2）当A、B断开时，电阻应为无穷大，这时指针所指位置的示数应标。（3）开关置于2时，且将A、B短接时表针满偏，则R+Rg+R2= 1.5v =15k，若在A、B间接一电阻Rx，且刚好使100A 表针指在表盘中间位置，这时电路中的电流为满偏时的一半，电路中的总电阻为满偏时的2倍，即Rx=R+Rg+R2=15k，所以该档位表盘中间示数应为15k。开关置于1时，且将A、B短接时表针满偏，这时电路中总电阻为 15，同理若在A、B间接一电阻Rx,且刚好使表针指在表盘中间位置，这时电路中的电流为满偏时的一半，电路中的总电阻为满偏时的2倍，即Rx=15，所以该档位表盘中间示数应为15。（3）欧姆表表盘上的刻度是不均匀的。理由：用Ro表达A、B短接时电路中总电阻，测量电阻Rx时，电路中电流I=U/Ro+Rx ，可见I与Rx不成正比，所以欧姆表表盘上的刻度是不均匀的。五、（1）当PTC材料的温度T处在（ToT1）时，随着温度的升高，其电阻减小；当PTC材料的温度T处在（T12）时，随着温度的升高，其电阻增大；当PTC材料的温度T高于T2时，随着温度的升高，其电阻减小。（2）用PTC材料可以制成电热驱蚊器的发热元件，也可以制成恒温电暖器发热元件。（3）以恒温电暖器为例：当用PTC材料制成的发热元件通电后温度T处在（ToT1）时，随着温度的升高，其电阻减小，因电压不变，发热功率p=U2/R增大，使温度更快地升高；当发热元件温度T处在（T1T2）时，随着温度的升高，其电阻增大，因电压不变，发热功率P=U2/R减小，使温度升高趋缓，并保持在（T1T2）之间的一个温度不再上升；当发热元件温度T高于T2时，随着温度的升高，其电阻减小，发热功率进一步增大，使温度更快地升高，则将会烧坏发热元件。可见，用PTC材料制成的发热元件的恒温电暖器，应当在环境温度低于T2的条件下使用；否则会烧坏。分析其他应用实例，可参考以上评分标准给分。六、（1）低温挡：将A、C直接接入电源 中温挡：将A、B或B、C接入电源高温挡：将A、C连接在一起后，A与B接入电源上。（2）设A、C间的电阻为R，该火锅的低温功率：R低=200W 该火锅的中温功率：P中= 2P低=400W该火锅的高温功率：P高=4P低=800W（3）该火锅的产品铭牌（以下是至少涉及的一些项目）产品名称（1分）利民牌电火锅（牌名可任意定）额定电压（1分）220v额定功率（1分）高温中温低温800W400W200W连接方法（2分）略略略略*市利民电器厂 出厂日期：2023年1月15日七、（1）手机通话的电功率P=10mW20=200mW根据公式P=UI，可求得这部手机正常通话时的工作电流I=55.6mA（2）这部手机的电池充电一次获得的总能量W总=3.6v0.58A3600s=7516.8J累计通话时间内消耗的电能W通=PT通=200mW1.2h=20010-3W1.23600s=864J正常使用的情况下，待机7天消耗的电能 W特=W总-W通=6652.8J由公式W=Uit可求得这部手机的待机的待机电流大约为I特=3.06mA（3）由于直流电源的输出电压为36v，远大于被充电池的电压，所以需要串联一个阻值适宜的电阻才干充电。另串接一只电流表，观测充电电流不超过320mA，以免烧坏电池。让直流电源的电流从电池正极流入、负极流出。其电路图如答案图4。八、（1）从表中可知，水表的工作水压是0.1Mpa0.6Mpa,工作水压p=pgh+po 得h=（p-po）/pgh1=(p1-po)/pg=(0.1106pa-1.0105pa)/(1.0103kg/m310N/kg)=0mh2=(p2-po)/pg=(0.6106pa-1.0105pa)/(1.0103kg/m310N/kg)=50m所以，高度差范围是0m50m。（2）从表中可知电池的容量为2.4Ah，静态工作电流0.5mA，根据公式I=Q/t，得t=Q/I t=2.4Ah/(0.510-3A)=4.8103h=2102天从表中可知，水表开阀或关阀时，水表通过的电流为500mA，电源是由两节3.6v的电池串联组成，即电源两端的电压为7.2v，根据电功率公式：P=UI，P=UI=7.2V0.5A=3.6W（3）从表中可知，FY-25E型热水表的常用流量为3.5m3/h，即该水表此时每小时流出3.5m3的水。（未考虑常用流量误差）根据公式：Q吸=cm(t-to)和Q吸=pt1得p=cm(t-to)/ t1代入数据得p=4.2103J/(kg. ) 3.5m31.0103kg/ m3(50-20)/(80%3600s)=1.53105W从题中已知，煤的热值是3107J/kg,根据公式：Q放=pt2和Q吸=qm得pt2=qm,m=pt2/q代入数据后，得m=1.53105w243600s/(3107J/kg)=440.6kg(4)从表中可知，FY-15E型热水表的常用流量为1.5m3/h；水表报警时，剩余水量为2m3，用完这2m3水后关阀。还可使用的时间=剩余水量/常用流量，即t=2m3/(1.5m3/h)=1.33h（未考虑常用流量误差）（5）从表中可知，FY-20E型热水表的过载流量为5m3/h，出水口的口径为20mm，水表的最大流速=过载流量/出水口的横截面积即 v=(5m3/h)/(D/2)2v=5m33.14(20/2)210-6m23600s=4.4m/s17、如图所示的电路，R=4，另一个电阻Rx和电源电压U未知，当闭合开关S2，而S1、S3断开时，电流表的示数为0.5A；假如断开S2，闭合开关S1、S3时，电流示数为2.25A。求：电阻Rx的阻值。18、如右图示电源电压为9V，R1=3，滑动变阻器R2的变化范围为020，假如电流表采用00.6A量程，电压表采用03V量程，为了不使电流表、电压表损坏求滑动变阻器R2的取值范围。19、将一个阻值为10欧的电铃与一个滑动变阻器串联后，接在电压为15伏的电源的两端，当滑动变阻器的阻值为15欧时，电铃恰好正常工作此时电路中电流和电铃两端电压各多大？若电源电压改为9伏，欲使电铃仍然正常工作，变阻器的阻值应变为多大？20、如右图所示，当滑动变阻器调至阻值为15时，电流表、电压表的示数分别为0.6A，15V。求当滑动变阻器调至阻值为23时，电流表、电压表的示数为多少？21、如图示的电路中，电源电压若保持不变，R1=4，R2=6。、假如开关S1、S2都断开时，电流表的示数为0.6A，那么电源电压是多大？、假如开关S1、S2都闭合时，电流表的示数为2A，那么R3的阻值是多大？22、某公共场合（公共楼梯，医院走廊内）有一盏长明灯，电阻为500欧，要保证其使用寿命，规定允许通过的最大电流为0.2安。问应当如何才干将这盏长明灯接到照明电路上？23、如图示，R1=5，R3=20，它们与R2串联，接在电压为U的电源上，电压表V1的示数为10V，V2的示数为25V，求电源的电压是多少？24、如右图，电源电压为18V，R2是050的变阻器，合上S后，A表达数为0.5A，V表达数为5V，求、R1和变阻器接入电路中部分的电阻是多少。、假如A表的量程是00.6A，V表的量程是015V，为了使电表不致被损坏，滑动变阻器接入电路的阻值不得小于多少？25、电阻R1和R2串联后接在电压为9V的电源上，通过R1的电流强度是0.3A，R2的阻值为10，求R1两端的电压和电阻大小。（规定画电路图，在图上标出有关物理量）26、如右图示，电源电压U恒定，当开关S闭合时，电流表的示数为1.2A；当开关断开时，电流表的示数是0.4A，电压表的示数为6V，则两个灯泡的电阻分别是多大？27、电阻R1的阻值为10，当电阻R1和R2以某种方法连接在电源两端时，R1两端的电压为9V，当两电阻以另一种方法连接后接在同一电源两端时，R1两端的电压为3V，求电阻R2的阻值。28、如右图所示的电路中，R1=6，滑动变阻器的规格为“1A、20”，电源电压为4.5V并保持不变。电流表量程为00.6A，电压表的量程为03V。求：、 为保护电表，则滑动变阻器的变化范围为多少？、 当滑动变阻器R2为8时，电流表、电压表的示数分别为多少？