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2012年第二十二届全国初中应用物理竞赛复赛试题  

2012-05-17 09:34:11|  分类: 竞赛园地 |  标签: |举报 |字号 订阅

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2012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: 30---11: 100。

题 号

总 分

分 数

       

复核人

       

得 分

评卷人

  

 

一、(16) 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:

 

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 50Hz

强制水冷四冲程

自动电压保护

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)己知汽油的热值是q=4.6×l07J/kg,密度是0.71×103kg/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?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

172教学网

 

 

得 分

评卷人

  

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教学网

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4.2xl03J/(kg·C),天然气的燃烧值约为8×107J/m3

最大流量/m3h-1

2.5  

测温范围℃

4 ~100

温差范围/K

2~50  

最大水压/MPa

1.6

电源

3.6V 2Ah

电源寿命

≥5年

(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,通过逐次点按热量表上的信息显示按钮,液晶显示器逐项循环显示出了下列数据: 172教学网

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? 172教学网

(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) 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

  

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S2S3。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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

得 分

评卷人

  

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(0~100℃)、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λ的表达式(水和冰的比热容分别用CC表示)。

172教学网

 

 

 

 

 

得 分

评卷人

  

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η=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

  

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(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(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(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 

<24h 

>90min 

0.96W×2

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

1.8Ah

1.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: DC3.0~3.4V,额定电流:350mA) 4只、电磁继电器(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:

172教学网①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;

172 网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。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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