第 1 页 共 9 页2006 年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。要求在 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)如果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，有人提出全部采购比硬质管便宜、而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?说出你的正确方案。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，请你帮助他们利用现场可利用的物品，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。第 2 页 共 9 页三(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成，室内进出水管上安有三个阀门。若当地的大气压强 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 应当处于何种状态?洗澡时，阀门 1、II、111 应当处于何种状态?(4)如果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，才能顺利为热水器上水?(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到 45，这相当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，R l 和 R2 为定值电阻，R 1=15 ，R 2=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。第 3 页 共 9 页五、(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 材料的电阻值怎样随温度的变化而改变?(2)请说出这种材料的两个可能的应用实例。(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成以下工作。(1)说明各挡位的连接方法( 文字表述或画图连接均可)。(2)如果要求低温发热功率为 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。第 4 页 共 9 页七、(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，具有语音清晰、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 mm 83mm23.5 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 是某水表厂生产的第 5 页 共 9 页预付费式的 IC 卡水表，其主要技术参数如表 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 1.4 1.8 2.5长度 165 mm 195 mm 225 mm口径(DN) 15 mm 20mm 25mm过载流量 3m3h 5m3h 7m3h常用流量 1.5m3h 2.5m3h 3.5m3h分界流量 0.12m3h 0.2m3h 0.3m3h最小流量 0.03m3h 0.05m3h 0.07m3h起动流量 0.010m 3h 0.012m 3h 0.017m 3h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 自动关阀并提示电源 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)如果水表仅处在静态下，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第 6 页 共 9 页是多少?(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的锅炉来加热原来温度为20的水?如果连续这样供热水，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?第十六届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题参考答案一、(1)因为泵的总扬程=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:增加的势能按 13.8m 计算:已知 t =30min,h =13.8m。V =120m 3,=0.6。则 W 有= mgh =1.65610 7J。因为 W 有/W 总=,所以 W 总 = W 有 /=2.7610 7J。即应购置水泵的功率为 P 总 = W 总 /t=15.3kW。增加的势能按 15m 计算,应购置水泵的功率为 P总=16.7kW。提供的水泵满足要求。(3)不可行。若离心泵至水面段用橡皮管,由于大气压作用可能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,泵以上水管可第 7 页 共 9 页用软橡皮管。二、1.用细线悬挂直木棍作支点;2.用细线栓好矿石挂在支点左侧,在支点的右侧挂一块石头,移动矿石和石块悬挂的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;如图 1 所示。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;如图 2 所示。6.推导计算矿石密度的表达式。由杠杆平衡条件,解得 。三、(1)A 管的作用一是排气,二是溢水。因为汽油桶改做水箱后,如果不安装 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;而且,上方的空气还影响箱内水温升高。(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。洗澡时,阀门应关闭,阀门、阀门应打开。(4)水箱距地面高度 h =22m。该地区的最低供水水压,p =gh +p0=3.2105Pa。(5)m =V =100kg。Q 喷= cm(t-t0) =1.39107J。如果靠煤气燃烧放出这些热量,需完全燃烧的煤气,m =Q 吸/q=0.33kg。四、(1)A、B 两端直接连接在一起时(RAB=0),调节滑动电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 0。(2)当 A、B 断开时,电阻应为无穷大,这是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+R1+R2=15k,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= R+R1+R2=15k,所以该挡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,所以该挡位表盘中间示数应为 15。(4)欧姆表表盘上的刻度是不均匀的。理由:用 R0 表示 A、B 短接时电路中总电阻,测量电阻 Rx时,电路中电流 I =U/(R0+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 处于(T0T1)时,随着温度的升高,其电阻减小;当 PTC 材料的温度T 处于(T1T2)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 材料制成发热元件通电后温度 T 处于(T0T1)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处于(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。六、(1)低温挡:将 A、C 直接接入电源。中温挡:将 A、B 或 B、