全国初中应用物理竞赛试题(含答案).doc

2016年初中应用物理竞赛试题

一、本题共10小题，毎小题2分，共20分。以下各小题给出的四个选项中只有一个选项中只有一个是正确的，把正确选项前面的字母填在题后的括号内。
1．我国有句谚语说：“下雪不冷化雪冷”。你认为以下几个说法中一定错误的是（ ）
A．冷与不冷是将下雪过程中与下雪过后的温度进行对比来说的
B．冷气流的北上导致气温的降低
C．雪的熔化、熔化后水的蒸发以及雪的升华都需要吸热导致气温的降低
D．人们感觉的“冷”与“不冷”除与温度有关之外，还受空气湿度的影响
2．公路交通标志由基板和附着其上的反光膜组成，夜晚它可以反射汽车射来的灯光，使司机看清交通标志。图1所示的反光膜横截面的结构示意图中，设计最合理的是（ ）

3．如图2所示，生活中有很多方法都可以将斧头安紧在斧柄上，下面四种方法能更好地利用斧头惯性的是( )
图2
4．将一根直木棒放在一装有水的长方体形状的玻璃水槽中的偏左侧的位置，直木棒静止后从其正前方观察到的现象是下面四种情况中的哪一种（ ）

5．用手提起如图4甲所示长细金属链的一端，使金属链的另一端接触玻璃杯底部，然后逐渐将长金属链顺序地盘入玻璃杯中，直到金属链几乎能装满玻璃杯。将玻璃杯放置在水平桌面的最左端，使金属链的另一端伸出玻璃杯外，然后用手指按住金属链，如图4乙所示。若将手指放开，将会出现下列哪种现象（ ）
A．没有变化 B．金属链会回到玻璃杯中
C．金属链会下落一段距离后停止滑出杯子 D．金属链会下落直到玻璃杯清空
6．如图5所示为双金属片温度计的内部结构示意图，双金属片一般是由形状相同的铜片和铁片铆合在一起制成的，其中铜的热膨胀程度比铁的大。当温度变化时，由于内外两层金属片的膨胀程度不一样而引起指针偏转，同时在弹力的平衡下，指针便指在刻度盘上相应的温度值位置上，从而显示出被测的温度。下面关于双金属片温度计的认识中，错误的是( )
A．双金属片温度计是根据固体热胀冷缩的原理制成的
B．被测温度越高，双金属片温度计内弹簧的弹力越大
C．双金属片温度计的指针做得比较长，是为了能起到将微小形变放大的作用
D．要使温度升高时指针顺时针偏转，双金属片的外层（图中较粗线所示）应是铁，内层（图中较细线所示）应是铜
7．有经验的面点师傅在用手从蒸笼里拿刚蒸熟的馒头之前，总是先用手蘸上少许凉水。面点师傅这样做，主要的道理和目的是（ ）
A．利用凉水先对手进行冷却，同时由于水的比热容又较大，避免手被烫伤
B．利用凉水蒸发吸热，以降低手的温度，避免手被烫伤
C．利用凉水蒸发吸热，以迅速降低笼内水蒸气的温度，避免手被烫伤
D．利用凉水把手与热馒头隔开，以避免手被烫伤
8．在抢救呼吸困难的病人时，医生往往给病人输氧气。氧气经过很长的输送管道进入病房，再通过一个如图6所示的装置。这个装置让氧气先通入瓶中的蒸馏水内，而后才提供给病人呼吸使用。研究性学习小组的同学们对于让氧气通入瓶中的蒸馏水内的目的，提出了如下几种观点：
①过滤氧气，除去输送过程中夹杂的少量杂质
②给氧气加湿，使氧气湿润一些
③冷却氧气，降低氧气的温度
④通过气泡可以观察氧气的流量大小，便于调节
在上述观点中，最为合理的一组是（ ）
A．①②③B．②③④C．①②④ D．①③④
9．晶晶在超市买了一块豆腐、一颗圆白菜、一盒鸡蛋，根据你学的物理知识，你觉得如图7所示的哪种装袋方式最合理（ ）
图7
10．半潜船是专门从事运输大型海上石油钻井平台、大型舰船、潜艇等超长超重而又无法分割吊运的超大型设备的船舶。如图8甲所示，半潜船把装货甲板潜入水中，使货物能够进入装货甲板上。然后半潜船上浮至船身和货物一起浮出水面，将货物运走，如图8乙所示为用半潜船运送损坏的舰艇。下列说法中正确的是（ ）
A．半潜船是由密度比水小的实心材料制成的
B．建造半潜船时内部一定留有很大体积的空舱
C．没有装载任何货物处于下潜状态的半潜船，与它装载着舰艇并浮出水面时受到的浮力大小一定相等
D．图8乙中的半潜船的质量必需要小于舰艇的质量
二、简答下列各题（每题6分，共30分）
1．眼镜是我们十分熟悉的光学器件，由镜片和镜架组成（如图9所示）。眼镜可分为①矫正视力的近视眼镜、远视眼镜、老花眼镜及散光眼镜等；②保护眼睛的防风眼镜、太阳眼镜、游泳眼镜等；③具有矫正视力和保护眼睛双重功能的眼镜。
请分别从力学、光学等不同角度，说出至少三条上述各种眼镜中包含的物理知识。

2．为防止小轿车在行驶途中由于车门没有关闭而带来危险，厂家设计了报警电路。四个车门都关闭时蜂鸣报警器不响且指示灯不亮；只要有一扇车门没有关闭，蜂鸣报警器就会报警，对应的指示灯就会发光，根据指示灯发光情况可判断哪一扇车门没有关闭。请你在图10中用笔画线表示导线，将各元件连接成符合要求的、电路图（导线不许交叉或穿过开关），说明：每个车门控制一个开关（S1对应L1，其他类推)当车门关闭时开关断开，车门打开时开关闭合。
图11
3．如图11甲所示的吊车在试图吊起损坏的车辆时，发生了翻车事故（如图11乙所示）。请你分析吊车翻车的3种可能原因。
4．参加拔河比赛前老师告诉同学们应注意以下技巧：①挑选体重大的同学参赛；②穿较新的有花纹的橡胶底运动鞋；③拔河时身体要句后倾斜适当角度，两腿前伸两脚用力蹬地，重心落在脚掌后面；④发力时，绳子一定要拉直，听到口号一起用力往后拉。请你分析并说出3条上述技巧背后蕴含的物理知识。

5．在秋季无风或微风的清晨，湖面上方经常有一层厚厚的“水雾”。请你解释秋季水面容易产生水雾的原因。

三、（11分）抽水蓄能电站是一种特殊的发电站，也是目前电力系统中最可靠、最经济、寿命周期长、容量大、技术最成熟的储能装置。抽水蓄能电站的基本结构如图13所示，当电网上的电能有盈余时，抽水蓄能电站就利用盈余的电能，通过蓄能机组带动水泵，把水由低处的下库抽到高处的上库并储存起来；当电网上的电能不足时，使原来抽到上库的水再流回下库，并推动蓄能机组带动发电机发电。
2015年6月12日，安徽金寨抽水蓄能电站项目正式开工。总装机容量120万千瓦（此处可看作总发电功率为120万千瓦），计划建设4台单机容量30万千瓦的发电机组。设计年总抽水消耗电能26.8亿千瓦时，蓄能发电20.1亿千瓦时。取g=10N/kg，求：
1．按照设计要求，平均每年这4台发电机组相当于要共同工作连续工作多少天？
2．该抽水蓄能电站的年运行综合效率ŋ行的设计值是多少？
3．若该抽水蓄能电站在放水发电阶段的效率ŋ发=90%，则抽水蓄能阶段的效率ŋ抽是多少？
4．若该抽水蓄能电站上、下库的水面平均高度h=100m，为保证该抽水蓄能电站4台发电机组全部满负荷连续发电t0=l0h，试估算，该抽水蓄能电站上库的容量V库至少要多少m³?

四、（11分）2015年4月16日，中国首创的十秒级闪充电车在宁波正式下线，如图14所示。这种电车采用超级电容（一种可以直接以电能形式储存能量的设备，像蓄电池一样也有正、负两极）作为电能存储设备。这种超级电容安全环保，可反复充放电100万次以上，使用寿命长达十年。与该车相匹配的充电桩安装在各公交站点，充电桩在乘客上下车的约30s时间里即可把电充满，并可让车持续正常行驶5 km以上。在制动和下坡时，电车还可以把部分动能再转化为电能为超级电容充电。
若假设这种电车的质量（满载，含乘客）为m=15t;正常匀速行驶时，电车受到的平均阻力f为车重G的0.02倍；正常匀速行驶时的速度为v=10m/s。（取g=10N/kg)求:
1．这种电车正常匀速行驶时的功率P行。
2．若这种电车每次充满电后持续正常行驶5km，正常匀速行驶时的效率为ŋ行=90%。试估算，每次充满电，电车从充电桩所获得的能量E。
3．若每次给这种电车充满电须耗时t=30s。试估算，充电桩为电车充电时的输出功率P出。
4．若按电价0.5元/kWh来计算，则每次充电需花费电费多少元？与之同样功能的然油公交车百公里油耗约为36L，燃油价格按5.5元/L来计算，同样行驶5km需花费然油费多少元？

五、（14分）小明某次在路边观察到，工人师傅们在安装水泥电线杆过程中要将地面上水平的电线杆“竖立”起来时，在地面上先挖了形状如图15所示的坑。地面处的坑口截面基本上是一个长方形，其宽度仅比电线杆的粗端直径略大一点，坑中从长方形的一边开始有一从地面直达坑底的斜坡。而另一边则是直上直下的，坑底基本上是一个正方形。请你回答：
1．为什么要挖成图15所示的深坑，而不挖成图16甲所示的仅比电杆略粗一点的深坑，或者如图16乙所示的大口径的深坑？这样做有什么好处？
2．通过计算对比分析：如果已将电线杆水平放在坑口上方，且其粗端位于坑底右端正上方，现要把电线杆分别埋入图15、图16甲所示的两个坑中，则在竖起电线杆的开始阶段，对电线杆的细端分别至少需要多大的力？己知这种坑深1.6m，坑底的长、宽都是0.3m，地面处坑口长2.3m、宽0.3m。电杆线的质量为410kg，长8.0m，粗端直径026m，其重心距粗端3.2m。（取g=10N/kg)
3．在上述两种情况下，竖起电线杆的过程中，工人师傅们对电线杆分别至少要做多少功？

六、（14分）如图17所示为一种新型电器——无叶空气净化暖风器，兼具风扇、制暖和空气净化的功能，其铭牌如表所示。如图18甲所示，电器的底部为进气口，空气进入时要经过滤网净化，然后被马达送入环形通道（内有加热元件）。环形通道一端开有细缝，空气从细缝高速吹出。如图18乙所示，高速吹出的气流，能带动周围和后方的空气，使形成风的空气体积比进气体积增加十几倍。
1．请解释这种电器形成风的空气体积比进气体积增加很多的原因
2．如果要将一个“10m×7m×3m”的房间的温度从15°C提升到20°C，请回答：
(1)请估算该电器至少需^作多长时间？（己知空气的密度约为1.22　kg/m³，比热容约为1×10³J/（kg·℃）
空气净化暖风器铭牌
最大功率
制暖2000W
凉风/净化40W
送风距离
4-7m
最强进气气流可达
33L/S(升/秒）
最强出风气流可达
434L/S(升/秒）
(2)反思你的估算和实际情况有何差异、解释为什么会有差异？
3．如果要净化该房间内的空气，请回答：
(1)该电器过滤一遍与房间相同体积的空气至少需要多长时间？
(2)反思你计算出的时间和实际情况下将空气过滤干净需要的时间有何差异、解释为什么会有差异？

参考解答和评分标准
一、选择题（每小题2分，共20分）
1．B 2．D 3．A 4．C 5．D 6．D 7．A 8．C 9．B 10．B
二、简答题（第题6分，共30分）
1．（6分）参考答案
（1）鼻托面积较大是为了增大受力面积，减小压强，使人感觉更舒服；
（2）镜片和镜架尽量用密度小的材料，减小眼镜总质量，减小压力，减小压强，使人感觉更舒适；
（3）近视眼镜的镜片对光束有发散作用，可以使裸眼所成的像向视网膜方向移动，成以视网膜上；
（4）镜腿采用弹性较好的材料，不容易损坏和变形。
2．（6分）参考答案
如图答-1所示
3．（6分）参考答案
（1）吊臂相对于水平面倾斜的角度过小；
（2）被吊物体质量过大；
（3）吊臂伸出过长；
（4）吊车左端的支撑爪不够靠前。
4．（6分）参考答案
（1）体重大的同学对地面的压力大，摩擦力大；
（2）穿较新的有花纹的橡胶底运动鞋，可以增加接触面间的粗糙程度，摩擦力大；
（3）把人看做一个杠杆，以脚为支点，重心落在脚掌后面且两腿前伸用力蹬地，可以增加重力的力臂，增加被对手拉动向前方转动的难度；
（4）同时用力，且所有力都沿同一直线，同一方向，合力最大。
5．（6分）参考答案
（1）秋季夜晚水和空气放热，由于水的比热容比空气大，早晨的温度高于空气；
（2）水蒸发形成水蒸气；
（3）水蒸气遇冷空气放热液化形成小水滴即“水雾”。
三、（11分）参考解答
1．平均每年这4台发电机组相当于要共同连续工作的时间
……………………2分
2．该抽水蓄能电站的年运行综合效率的设计值
……………………2分
3．运行综合效率η行与放水发电阶段的效率η发和抽水蓄能阶段的效率η抽的关系为
η行=η发
则抽水蓄能阶段的效率
……………………3分
4．放水发出的电能 Pt=η发ρVgh ……………………2分
该抽水蓄能电站上水池的库容至少为
……………………2分
四、（11分）参考解答
1．电车匀速行驶时，电车的牵引力
F=f=0.02G=0.02mg=0.02×15×103kg×10N/kg=3×103N ……………………1分
电车正常匀速行驶时的功率 P行=Fv=3×103N×10m/s=3×104W …………………2分
2．这种电车每次充满电后持续正常行驶s=5km，电车所做的功为：
W=Fs=3×103N×5×103m=1.5×107J ……………………1分
电车从充电桩所获得的能量 ……………………2分
3．充电桩为电车充电时的输出功率为……2分
4．每次充电所需电费为 ……………2分
燃油公交车行驶5km须花费燃油费为…………1分
五、（14分）参考答案
1．（5分）挖成图15所示的深坑好处如下：
①少挖土方：挖成图15所示的深坑要比挖成图16乙所示的深坑少挖土方，这样可以少做功，避免人力浪费，提高劳动效率。
②便于施工：施工人员更易于从图15所示的坑里向外取土。
③省力省功：用图15所示的深坑埋水泥电线杆，与用图16甲所示的深坑埋水泥电线杆相比，不必将电线杆沿竖直方向直立在地面上，重心上升高度小，施工时即省力又省功。
④施工安全：用图15所示的深坑埋水泥电线杆，施工人员只需从有斜坡的方向扶住水泥电线杆就行了，水泥电线杆不会向其它方向倾倒，施工比较安全。
2．①若将这种电线杆埋入图15所示的坑中，电线杆就位后的情况如图答-2所示。 ………………1分
设竖起电线杆的开始阶段，在细端所施加的竖直向上的拉力为F1。
在图答-2中，电线杆粗端伸入坑口的距离为2.3 m -0.3 m =2.0m
进而：O1A1=8.0 m -2.0 m =6.0m O1B1=3.2 m -2.0 m =1.2m ………1分
电线杆重：G=mg=410×10 N =4100N ………1分
根据杠杆平衡条件，有：F1×O1A1=G×O1B1
解得：F1==820N ………2分

②若将这种电线杆埋入图16甲所示的坑中。电线杆就位后的情况如图答-3所示。1分
设竖起电线杆的开始阶段，在细端所施加的竖直向上的力为F2。
在图答-3中：O2A2=8.0m O2B2=3.2 m ……1分
根据杠杆平衡条件，有：F2×O2A2=G×O2B2
解得： ……1分
3．在图答-2中，电线杆重心升高：h1=3.2 m -1.6 m =1.6m ……1分
人们对电线杆做功：W1=Gh1=4100×1.6J =6560J ……1分
在图答-3中，电线杆重心升高：h2=3.2 m ……1分
人们对电线杆做功：W2=Gh2=4100×3.2J =13120J ……1分
六、（14分）参考答案
1．当气流从细缝以高速吹出，气流的压强小于周围空气的压强 ………………1分
在压强差的作用下，周围的空气流向气流并被加速，从而随着气流一起向前运动 1分
另一方面，随着风扇前方气流向前运动，风扇后方的空气向前补充过来 ………1分
这样，形成风的空气的体积比进气的体积增加了很多倍。
2．（1）房间内空气体积为：10m×7m×3m=210m3
将房间的温度从15℃提升到20℃，空气需要吸收的热量：
Q=cm△t=cρV△t=1.0×103J/kg·℃×1.22kg/m3×210m3×5℃=1.28×106J ………2分
即电流至少做功W=1.28×106J ………1分
电器工作的最小时间 t=W/P=1.28×106J/2000W=640s≈10.7min ………1分
（2）实际情况下，电器要运行更长时间、消耗更多的电能。 ………1分
房间不是完全绝热的，会向外界散发热量，造成热量流失 ………1分
实际上室内还胡各种物品，而且这些物品的密度和比热容的乘积一般都大于空气的，考虑这些物品温度升高需要吸收的热量，还需消耗更多的电能转化为热能 ………1分
3．（1）进气口安装有滤网，按最强进风气流33L/s估算，至少需要时间：
………1分
即至少需要1.8个小时。
（2）实际情况下将空气过滤干净需要更长时间 ………1分
因为：实际情况下，由于风导致的空气流动、房间内空气温度不均导致的对流、空气分子的热运动，空气中有害分子、细颗粒物在分布上不断“扩散”。因此，经过滤网过滤的空气，出来后并非就始终保持纯净了。实际发生的过程是：经过净化器净化，空气中有害成分的浓度在不断降低。而不是一升的空气通过净化器，就多了一升干净空气、少了一升污染的空气。 ………1分
另一方面，这种扩散也需要一定的时间。由于空气净化器一般摆放在房间里的一个固定位置，在这个位置附近的空气相对净化效果较好，而离该位置较远的空气中的污染物扩散到净化器的位置需要一定的时间。因此，从整个房间来看，将整体的空气净化干净还需要更长时间。 ………1分
10