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2013年第二十三届全国初中应用物理竞赛复赛(巨人杯)试题_图文

2013 年第二十三届全国初中应用物理竞赛复赛(巨人杯)试题 注意事项; 1.请在密封线内填写所在地区、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 l00 分. 4.答卷时间:2013 年 4 月 l4 日(星期日)上午 9:30~11:10。 一、(16 分)图 l 甲所示的手动液压小吊车广泛适用于工厂、矿山、码头、建筑工地等场所,用来完 成机器安装、货物装卸等任务。起重臂由内外两根横截面均为长方形的铜管套在一起组成。通过调节内管 在外管中的长度可以改变起重臂的长度。若起重臂处在图 l 丙所示的水平位置和长度的情况下,它最多能 吊起 800kg 的重物而不会发生翻倒,且已知该手动液压小吊车的总质量为 400kg。问: 1.当保持起重臂的水平位置不变而将其长度调整为图 1 乙所示情况,通过计算说明该手动液压小吊 车可否吊起 500kg 的重物? 2.该手动液压小吊车在图 l 丙所示状况下,,匀速吊起 400kg 重物的过程中,前后支撑轮的每个轮 子对地面的压力多大?

二、(16 分)有一种由电动机与水泵共轴安装组成的电动水泵,如图 2 所示。它广泛用于工厂、矿山、 农田等场所,担负排灌作业。下表为某种型号的电动承泵的技术数据:

注:表格中的扬程为水泵进水管所在水面到水泵出水口之间的高度。 在该电动水泵正常工作时,请计算 1.水泵出水口处水的流速大小;
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2.水泵的效率η 。(出水口处水流的动能可忽略不计,取 g=10N/kg)

三、(16 分)15 岁的小明和爸爸妈妈一起去某古镇旅游时,发现了一处“酿洒作坊”, 还在酿造某 种当地特产的白酒。作坊里的一些装置(如图 3 所示)引起了她的好奇心。导游介绍说这个装置名为“木 榨”,将事先经过浸泡、蒸煮、发酵的糯米和水的混合物(称为“酒醪”)装入绢袋,再放入右侧的榨箱 内(榨箱下面铺有竹帘),盖上压板和砧木,将横梁的一端卡在右边立架的 F 点,用 E 点压住砧木,左端 的 D 点被一根竖直的木条与下面的木架 AC 的 B 点连接起来,然后在本架左边的 A 处木板上放上沉重的石 条来施加持续的压力,就可以将酒醪中的液体压榨出来。他站在木榨侧面正对着木榨拍下了此照片,回到 家后用刻度尺测量了照片上的一些尺寸,如图 3(单位:mm)。

1.他当时用自己的手测测了旁边放置的石条,每块宽约 l 拃(1“柞”为尽力伸开手掌后,拇指尖到 中指尖的距离),长约为 2 拃加一掌宽,厚约为一掌宽,他还查阅了石头的密度,发现各种石头的密度一 般不同,就选了其中一种石头密度值ρ =2.7×l0 kg/m ;根据这些数据估算每块石条的质量,进而估算当
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在 A 处增加 5 块石条时,砧木受到的压力的增加量。 2.在酒坊另一个角落,有两个用粗管连接的圆柱形容器.如图 4 甲所示,上面分别写着“蒸馏锅” 和“冷却池”。将压榨出的酒液放入蒸馏锅内,将上盖密封后,在底部用柴火加热;从冷却池的上方可以 看到,池内的水中浸泡着一段螺旋状的管道,外壁分别接有两个水管和一个出酒管,如图 4 乙所示。冷却 池里的管道为什么要做成这种形状? 3.试分析冷水应该从冷却池的 A、B 那个口进入,为什么? 4.从冷却池出酒口流出的酒液和蒸馏锅内剩下的液体相比,哪个的密度大?为什么?

四、(16 分)有一种由磁性开关控制的自动水位控制装置,其基本原理结构如图 5 所示:当储水槽内 的水位降低到某一位置时,弹簧的弹力会克服水的压力将活塞向右推,当环形电磁铁到达干簧管 2 正下方 时,由于磁化使得干簧管接通,送入电信号至控制电路,使水泵电动机与电源接通,水泵开始向储水槽内 送水;当储水槽内的水位升高到某一位置时,水的压力克服弹簧弹力将活塞向左推,当环形电磁铁到达干 簧管 l 正下方时,由于磁化使得干簧管接通,送入电信号至控制电路,使水泵电动机与电源断开,.水泵 停止工作。 1.若弹簧的弹力 F 与压缩时的形变Δ L 之闻的关系巍 F=kΔ L,其中 k=9N/cm,活塞的直径 D=4cm, 当环形电磁铁到达干簧管 l 正下方时,弹簧的形变为Δ L2=4cm,此时储水槽内的水深为多少(不计活塞 受到的摩擦力,圆周率取 3)? 2.若希望储水槽内水位 h1 降低到 0.15m 时,水泵就开始向储水槽供水,则干簧管 1 和 2 的触点间隔 L 应为多少? 3.若储水槽为长方体,其底边的尺寸为 l.5m×2m,水泵的流量为 0.16m /min,出水口始终开着,流 量为 0.01m /min,求水泵每次向储水槽加水时,要工作多久才会停止?
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五、(18 分)图 6 甲是小明家的调温电熨斗,额定电压为 220V,其电热丝的额定功率为 800W,图 6 乙 是其原理图。

l。小明为了搞明白电熨斗的工作原理,专门查阅了相关资料,得知:(1)双金属片是把长和宽都相同 的铜片和铁片紧紧地粘在一起做成的。受热时,由于铜片膨胀得比铁片明显,双金属片便会向铁片一侧弯 曲。(2)调温电熨斗的双金属位于金属底板上方附近。请回答:调温电熨斗在工作过程中是如何实现金属 底板温度基本恒定的?如果想提高金属底板的设定温度,应将升降螺丝向上移动还是向下移动? 2.小明在使用电熨斗时发现,室温不变,设定温度越高,每 1min 电熨斗的工作指示灯亮的时间越长; 进一步研究又发现,当设定温度不变,环境温度越低,每 1min 电熨斗的工作指示灯亮的时间越长。小明 查阅资料锝知,其他条件相同,两个物体间温度差不太大的情况下,散热速度与温度差成正比。小明为了 探究该电熨斗的散热速度和电熨斗底板与环境温度差的关系,在电熨斗底扳已然达到设定温度后将其竖直 放置处于等待状态的情况下,通过实验得到如下数据:

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假定电熨斗每 1s 散发的热量为 Q,请你帮助小明写出 Q 与Δ t 的关系式。 3.利用第 2 问的结果回答:如果使用该电熨斗在温度为 20℃的房间熨烫毛料西服,要求电熨斗表面 温度约为 180℃。问该电熨斗表面温度已然达到要求,在竖直放置处于等待状态的情况下,电热丝每 1min 内将消耗多少电能?

六、(18 分)目前市场上有一种热水器叫做“空调热水器”,又名“冷气热水器”,顾名思义,就是可 同时提供空调制冷和热水供应的热水器。其最大的好处是相比传统的电热水器和燃气热水器,这种热水器 非常节能。其原理与普通的空调相似,如图 7 所示。

1.根据图 7 简述这种热水器的工作原理。 2. 以下为某种品牌的三种型号 “空调热水器” 的测定参数 (在环境温度 20℃, 迸水温度 20℃时测定) :

请根据上表数据计算或分析: (1)根据型号 A 的热水产率,计算说明为什么这种“空调热水器”比传统的电热水器更节能[水的比热
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容 c 水=4.2×10 J/ (kg℃)]; (2)这种热水器有一种性能参数叫做“能效比”,其定义为:当水吸收 Q 的热量,电流所做的功为 W 时,能效比η =Q//W。A 型热水器的能效比为多少? 3.若 B 型与其他两种型号的能效比相同,而出水温度只要求达到 45℃时,它的实际热水产率会是多 少?

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