題目列表(包括答案和解析)
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第十五屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題
一、(14分)王偉同學研究了均勻拉緊的琴弦發音頻率與弦長的關系，并記錄了實測的數據(如下表所示)。請你根據記錄表格中的有關數據，分析并估算出他有意留出的空格中應該填寫的數據(要求寫出估算的過程)。
音名 | 中央C 1 | D 2 | E 3 | F 4 | G 5 | A 6 | B 7 | C l |
唱名(C調) | D0 | Re | Mi | Fa | Sol | La | Si | Do’ |
頻率/Hz | 264 | 297 | 330 | 352 | 396 | 440 | 528 | |
弦長 | l | l | l | l | l | l | l |
二、(14分)類比水壓是形成水流的原因，李楠同學猜想，血液在血管內流動時也需要一定的壓力差來維持。假設血液勻速通過長度一定的血管時，受到的阻力f與血液的流速v成正比，即f=kv。那么，要想讓血液勻速流過，血管兩端就需要一定的壓力差。設血管截面積為S1時，兩端所需的壓強差為△p1；若血管截面積減少10％時，為了維持在相同的時間內流過同樣體積的血液，壓強差必須變為△p2。請你通過計算比較△P1、△P2的大小，說明血管變細可能是誘發高血壓的重要因素之一。
三、(16分)下表是某鍋爐廠生產的CWNG系列三種鍋爐的主要技術參數。
CWNG系列三種鍋主要技術參數
型號 | CWNG 0.7－80／60－AII | CWNG 1.05－80／60－AII | CWNG 1.4－80／60－AII |
功率／MW | ( ) | 1.05 | 1.4 |
容水量／t | 3 | 3.5 | 4 |
耗煤量／(kg·h－1) | 145 | ( ) | 290 |
外型尺寸／m3 | 2.7×1.5×2.9 | 3.0 x 1.5×2 | 3.0×1.9×2.9 |
煙囪尺寸／mm | Φ300×15000 | Φ350×15000 | Φ400×15 000 |
熱效率／％ | 75 | 75 | 75 |
出水溫度／℃ | 80 | 80 | 80 |
回水溫度／℃ | 60 | 60 | 60 |
總重量／t | 5 | 7.5 | 9 |
運行壓力 | 常壓 | 常壓 | 常壓 |
供暖面積／m2 | 6 000 | ( ) | 12000 |
循環水量／(m3·h－1) | ( ) | 45 | 60 |
已知水的比熱容為4.2×103J／（kg·℃），假設三種鍋爐的燃煤效率相同，且煤均可達到完全燃燒。請根據上表回答以下問題：
1．根據表格中的已知數據，請在表格中的四個( )內填上合適的數據。
2．按表格中的出水溫度和回水溫度，計算CWNGl．05—80／60AH型鍋爐每小時給住宅內釋放的熱量是多少。
3．根據表格中已知數據計算燃燒的熱值為多少。
四、(16分)李明得到一個國外生產的電熱暖手器，銘牌上表示額定值的字樣中，能看清楚的只有"24W"這幾個字。為了能正確使用該電器，他把一只標有"600Ω，0.4A'’的定值電阻與電熱暖手器和開關串聯起來，連接到家庭照明電路中，然后進行如下實驗觀察：將開關接通后，電能表轉盤轉動137圈恰好用了100s；斷開開關后，電能表轉盤在1 min內恰好轉了80圈；觀察電能表上標有3000r(kW·h)的字樣；他在做實驗的時間內，家中其他用電器的使用情況沒有變化。請根據以上數據，計算電熱暖手器的額定電壓是多少?你在計算過程中忽略了什么因素的影響?由此導致的計算結果是偏大還是偏小?
五、(20分)一所農村中學常常因為不能及時給水塔注水而停水，科技小組的同學知道后，利用下圖所示的器材設計了一個自動注水模擬裝置。A為浮子(浮子及其連桿總重約15N)，在浮子連桿的上端有一可移動金屬觸頭B(其受重力可忽略不計)，它可以分別將其上、下的兩個固定觸點連通。C為水塔上的圓桶形蓄水池；M為配有電動機的水泵(電泵)；D1、D2為彈簧，E1、E2為銜鐵，F1、F2為電磁鐵線圈；K1為最高水位限位開關。K2為最低水位限位開關，K3、K4、K5均為由電磁鐵銜鐵帶動的觸頭開關。電磁鐵F1通電時，K4接通，斷電時，K3接通。電磁鐵F2斷電時，K5接通。S1、S2為開關。
1．請你按照下圖所示的器材，連接一個可以實現自動注水的模擬電路，并說明自動注水的過程。
2．要實現自動注水的要求，浮子的最小體積約為多大?(g=10N／kg)
3．若設計要求每次自動注水需在10min內完成，需要知道或測量哪些物理量才能得到相匹配電泵的最小額定功率?請你用字母表示這些物理量，推導出電泵最小額定功率的表達式。在你的計算過程中，如果運用了近似條件，請說明。
六、(20分)在當今世界，研制各種機器都必需考慮節約能源和治理廢氣污染這一重要課題。在內燃機中，廢氣帶走了很多能量，如果能將這些能量再利用起來，會使內燃機的效率提高許多。某工廠科研人員研制生產的四沖程汽車專用柴油發動機，就采用了很多新技術。其中最重要的一項叫“增壓”技術，它是利用“廢氣渦輪增壓器”使排氣沖程中排出的高溫、高壓的廢氣去沖擊“廢氣渦輪”高速旋轉，它同時又帶動同軸的進氣系統中的“進氣渦輪”也高速旋轉，從而增加吸氣沖程的進氣量并增大進氣氣壓，使做功沖程中柴油燃燒的更充分，燃氣壓強更大，同時也減少了廢氣中的有害物質，達到提高柴油發動機效率和減少廢氣污染的目的。這種柴油發動機有6個氣缸，氣缸直徑為ll0mm，活塞行程為135mm，當轉速為2300r／min時，發動機功率為220kW，最低油耗可達240g／(kW·h)，柴油的熱值為4.3×107J／kg。請回答下列問題：
1．該柴油發動機的效率最高可達多少?
2．在做功沖程中氣缸內的平均壓強是多少?
3．如果將我國這種機型的汽車柴油發動機都安裝“增壓器”后，能使它們的平均效率由原來約31％提高到近35％，安裝前按每年消耗3億噸柴油估算，這項技術每年能為我國節約多少噸柴油?
4．如果目前我國柴油的平均價格為3750元／噸，根據上面的估算結果，計算使用“增壓”技術后僅節約柴油一項可使我國每年節約多少資金。由此你有哪些認識?
第十五屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題
一、(14分)王偉同學研究了均勻拉緊的琴弦發音頻率與弦長的關系，并記錄了實測的數據(如下表所示)。請你根據記錄表格中的有關數據，分析并估算出他有意留出的空格中應該填寫的數據(要求寫出估算的過程)。
音名 | 中央C 1 | D 2 | E 3 | F 4 | G 5 | A 6 | B 7 | C l |
唱名(C調) | D0 | Re | Mi | Fa | Sol | La | Si | Do’ |
頻率/Hz | 264 | 297 | 330 | 352 | 396 | 440 | 528 | |
弦長 | l | l | l | l | l | l | l |
二、(14分)類比水壓是形成水流的原因，李楠同學猜想，血液在血管內流動時也需要一定的壓力差來維持。假設血液勻速通過長度一定的血管時，受到的阻力f與血液的流速v成正比，即f=kv。那么，要想讓血液勻速流過，血管兩端就需要一定的壓力差。設血管截面積為S1時，兩端所需的壓強差為△p1；若血管截面積減少10％時，為了維持在相同的時間內流過同樣體積的血液，壓強差必須變為△p2。請你通過計算比較△P1、△P2的大小，說明血管變細可能是誘發高血壓的重要因素之一。
三、(16分)下表是某鍋爐廠生產的CWNG系列三種鍋爐的主要技術參數。
CWNG系列三種鍋主要技術參數
型號 | CWNG 0.7－80／60－AII | CWNG 1.05－80／60－AII | CWNG 1.4－80／60－AII |
功率／MW | ( ) | 1.05 | 1.4 |
容水量／t | 3 | 3.5 | 4 |
耗煤量／(kg·h－1) | 145 | ( ) | 290 |
外型尺寸／m3 | 2.7×1.5×2.9 | 3.0 x 1.5×2 | 3.0×1.9×2.9 |
煙囪尺寸／mm | Φ300×15000 | Φ350×15000 | Φ400×15 000 |
熱效率／％ | 75 | 75 | 75 |
出水溫度／℃ | 80 | 80 | 80 |
回水溫度／℃ | 60 | 60 | 60 |
總重量／t | 5 | 7.5 | 9 |
運行壓力 | 常壓 | 常壓 | 常壓 |
供暖面積／m2 | 6 000 | ( ) | 12000 |
循環水量／(m3·h－1) | ( ) | 45 | 60 |
已知水的比熱容為4.2×103J／（kg·℃），假設三種鍋爐的燃煤效率相同，且煤均可達到完全燃燒。請根據上表回答以下問題：
1．根據表格中的已知數據，請在表格中的四個( )內填上合適的數據。
2．按表格中的出水溫度和回水溫度，計算CWNGl．05—80／60AH型鍋爐每小時給住宅內釋放的熱量是多少。
3．根據表格中已知數據計算燃燒的熱值為多少。
四、(16分)李明得到一個國外生產的電熱暖手器，銘牌上表示額定值的字樣中，能看清楚的只有"24W"這幾個字。為了能正確使用該電器，他把一只標有"600Ω，0.4A'’的定值電阻與電熱暖手器和開關串聯起來，連接到家庭照明電路中，然后進行如下實驗觀察：將開關接通后，電能表轉盤轉動137圈恰好用了100s；斷開開關后，電能表轉盤在1 min內恰好轉了80圈；觀察電能表上標有3000r(kW·h)的字樣；他在做實驗的時間內，家中其他用電器的使用情況沒有變化。請根據以上數據，計算電熱暖手器的額定電壓是多少?你在計算過程中忽略了什么因素的影響?由此導致的計算結果是偏大還是偏小?
五、(20分)一所農村中學常常因為不能及時給水塔注水而停水，科技小組的同學知道后，利用下圖所示的器材設計了一個自動注水模擬裝置。A為浮子(浮子及其連桿總重約15N)，在浮子連桿的上端有一可移動金屬觸頭B(其受重力可忽略不計)，它可以分別將其上、下的兩個固定觸點連通。C為水塔上的圓桶形蓄水池；M為配有電動機的水泵(電泵)；D1、D2為彈簧，E1、E2為銜鐵，F1、F2為電磁鐵線圈；K1為最高水位限位開關。K2為最低水位限位開關，K3、K4、K5均為由電磁鐵銜鐵帶動的觸頭開關。電磁鐵F1通電時，K4接通，斷電時，K3接通。電磁鐵F2斷電時，K5接通。S1、S2為開關。
1．請你按照下圖所示的器材，連接一個可以實現自動注水的模擬電路，并說明自動注水的過程。
2．要實現自動注水的要求，浮子的最小體積約為多大?(g=10N／kg)
3．若設計要求每次自動注水需在10min內完成，需要知道或測量哪些物理量才能得到相匹配電泵的最小額定功率?請你用字母表示這些物理量，推導出電泵最小額定功率的表達式。在你的計算過程中，如果運用了近似條件，請說明。
六、(20分)在當今世界，研制各種機器都必需考慮節約能源和治理廢氣污染這一重要課題。在內燃機中，廢氣帶走了很多能量，如果能將這些能量再利用起來，會使內燃機的效率提高許多。某工廠科研人員研制生產的四沖程汽車專用柴油發動機，就采用了很多新技術。其中最重要的一項叫“增壓”技術，它是利用“廢氣渦輪增壓器”使排氣沖程中排出的高溫、高壓的廢氣去沖擊“廢氣渦輪”高速旋轉，它同時又帶動同軸的進氣系統中的“進氣渦輪”也高速旋轉，從而增加吸氣沖程的進氣量并增大進氣氣壓，使做功沖程中柴油燃燒的更充分，燃氣壓強更大，同時也減少了廢氣中的有害物質，達到提高柴油發動機效率和減少廢氣污染的目的。這種柴油發動機有6個氣缸，氣缸直徑為ll0mm，活塞行程為135mm，當轉速為2300r／min時，發動機功率為220kW，最低油耗可達240g／(kW·h)，柴油的熱值為4.3×107J／kg。請回答下列問題：
1．該柴油發動機的效率最高可達多少?
2．在做功沖程中氣缸內的平均壓強是多少?
3．如果將我國這種機型的汽車柴油發動機都安裝“增壓器”后，能使它們的平均效率由原來約31％提高到近35％，安裝前按每年消耗3億噸柴油估算，這項技術每年能為我國節約多少噸柴油?
4．如果目前我國柴油的平均價格為3750元／噸，根據上面的估算結果，計算使用“增壓”技術后僅節約柴油一項可使我國每年節約多少資金。由此你有哪些認識?
| 情況一 | 在傾角超過25°的陡坡上墾荒 |
| 情況二 | 有些人在山上偷獵野生植物 |
| 情況三 | 在河流上游大面積砍伐森林，破壞高山植被 |
| 情況四 | 礦業露天開采，產生的廢石、廢渣等松散物質隨意堆放 |
| 情況五 | 在高山上無序開山炸石 |
| 表面 | 毛巾 | 棉布 | 木板 |
| 彈簧測力計示數/N | 4.0 | 2.5 | 1.5 |
| 壓力/N | 5 | 10 | 15 |
| 彈簧測力計示數/N | 1.5 | 3.0 | 4.5 |
3．小組的進一步討論：| 青島XX中學初三2班配合治理泥石流日常行為條約 ①愛護樹木，不踐踏草坪． ②不浪費紙張，利用紙張的反面作草稿紙． ③經常使用一次性筷子和紙杯． ④將廢報紙送到回收站． ⑤將廢電池單獨存放，不隨便扔到山上或草坪中． 制定人：小馬、小李、小張、小玉 時間：2005年6月 |
| 情況一 | 在傾角超過25°的陡坡上墾荒 |
| 情況二 | 有些人在山上偷獵野生植物 |
| 情況三 | 在河流上游大面積砍伐森林，破壞高山植被 |
| 情況四 | 礦業露天開采，產生的廢石、廢渣等松散物質隨意堆放 |
| 情況五 | 在高山上無序開山炸石 |
| 表面 | 毛巾 | 棉布 | 木板 |
| 彈簧測力計示數/N | 4.0 | 2.5 | 1.5 |
| 壓力/N | 5 | 10 | 15 |
| 彈簧測力計示數/N | 1.5 | 3.0 | 4.5 |
| 青島XX中學初三2班配合治理泥石流日常行為條約 ①愛護樹木，不踐踏草坪． ②不浪費紙張，利用紙張的反面作草稿紙． ③經常使用一次性筷子和紙杯． ④將廢報紙送到回收站． ⑤將廢電池單獨存放，不隨便扔到山上或草坪中． 制定人：小馬、小李、小張、小玉 時間：2005年6月 |
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