第十五屆全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽試題

    一、(14分)王偉同學研究了均勻拉緊的琴弦發(fā)音頻率與弦長的關(guān)系，并記錄了實測的數(shù)據(jù)(如下表所示)。請你根據(jù)記錄表格中的有關(guān)數(shù)據(jù)，分析并估算出他有意留出的空格中應(yīng)該填寫的數(shù)據(jù)(要求寫出估算的過程)。

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(nèi)流動時也需要一定的壓力差來維持。假設(shè)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(shè)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(nèi)流過同樣體積的血液，壓強差必須變?yōu)椤鱬₂。請你通過計算比較△P₁、△P₂的大小，說明血管變細可能是誘發(fā)高血壓的重要因素之一。

    三、(16分)下表是某鍋爐廠生產(chǎn)的CWNG系列三種鍋爐的主要技術(shù)參數(shù)。

CWNG系列三種鍋主要技術(shù)參數(shù)

    已知水的比熱容為4.2×10³J／（kg·℃），假設(shè)三種鍋爐的燃煤效率相同，且煤均可達到完全燃燒。請根據(jù)上表回答以下問題：

    1．根據(jù)表格中的已知數(shù)據(jù)，請在表格中的四個(    )內(nèi)填上合適的數(shù)據(jù)。

    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(nèi)釋放的熱量是多少。

3．根據(jù)表格中已知數(shù)據(jù)計算燃燒的熱值為多少。

四、(16分)李明得到一個國外生產(chǎn)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(guān)串聯(lián)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(guān)接通后，電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動137圈恰好用了100s；斷開開關(guān)后，電能表轉(zhuǎn)盤在1 min內(nèi)恰好轉(zhuǎn)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(nèi)，家中其他用電器的使用情況沒有變化。請根據(jù)以上數(shù)據(jù)，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(jié)果是偏大還是偏小?

    五、(20分)一所農(nóng)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(shè)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，F(xiàn)₁、F₂為電磁鐵線圈；K₁為最高水位限位開關(guān)。K₂為最低水位限位開關(guān)，K₃、K₄、K₅均為由電磁鐵銜鐵帶動的觸頭開關(guān)。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(guān)。

    1．請你按照下圖所示的器材，連接一個可以實現(xiàn)自動注水的模擬電路，并說明自動注水的過程。

    2．要實現(xiàn)自動注水的要求，浮子的最小體積約為多大?(g=10N／kg)

    3．若設(shè)計要求每次自動注水需在10min內(nèi)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(jié)約能源和治理廢氣污染這一重要課題。在內(nèi)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(nèi)燃機的效率提高許多。某工廠科研人員研制生產(chǎn)的四沖程汽車專用柴油發(fā)動機，就采用了很多新技術(shù)。其中最重要的一項叫“增壓”技術(shù)，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(zhuǎn)，它同時又帶動同軸的進氣系統(tǒng)中的“進氣渦輪”也高速旋轉(zhuǎn)，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(zhì)，達到提高柴油發(fā)動機效率和減少廢氣污染的目的。這種柴油發(fā)動機有6個氣缸，氣缸直徑為ll0mm，活塞行程為135mm，當轉(zhuǎn)速為2300r／min時，發(fā)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(fā)動機的效率最高可達多少?

    2．在做功沖程中氣缸內(nèi)的平均壓強是多少?

    3．如果將我國這種機型的汽車柴油發(fā)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(shù)每年能為我國節(jié)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(jù)上面的估算結(jié)果，計算使用“增壓”技術(shù)后僅節(jié)約柴油一項可使我國每年節(jié)約多少資金。由此你有哪些認識?

第十五屆全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽試題

    一、(14分)王偉同學研究了均勻拉緊的琴弦發(fā)音頻率與弦長的關(guān)系，并記錄了實測的數(shù)據(jù)(如下表所示)。請你根據(jù)記錄表格中的有關(guān)數(shù)據(jù)，分析并估算出他有意留出的空格中應(yīng)該填寫的數(shù)據(jù)(要求寫出估算的過程)。

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(nèi)流動時也需要一定的壓力差來維持。假設(shè)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(shè)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(nèi)流過同樣體積的血液，壓強差必須變?yōu)椤鱬₂。請你通過計算比較△P₁、△P₂的大小，說明血管變細可能是誘發(fā)高血壓的重要因素之一。

    三、(16分)下表是某鍋爐廠生產(chǎn)的CWNG系列三種鍋爐的主要技術(shù)參數(shù)。

CWNG系列三種鍋主要技術(shù)參數(shù)

    已知水的比熱容為4.2×10³J／（kg·℃），假設(shè)三種鍋爐的燃煤效率相同，且煤均可達到完全燃燒。請根據(jù)上表回答以下問題：

    1．根據(jù)表格中的已知數(shù)據(jù)，請在表格中的四個(    )內(nèi)填上合適的數(shù)據(jù)。

    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(nèi)釋放的熱量是多少。

3．根據(jù)表格中已知數(shù)據(jù)計算燃燒的熱值為多少。

四、(16分)李明得到一個國外生產(chǎn)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(guān)串聯(lián)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(guān)接通后，電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動137圈恰好用了100s；斷開開關(guān)后，電能表轉(zhuǎn)盤在1 min內(nèi)恰好轉(zhuǎn)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(nèi)，家中其他用電器的使用情況沒有變化。請根據(jù)以上數(shù)據(jù)，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(jié)果是偏大還是偏小?

    五、(20分)一所農(nóng)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(shè)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，F(xiàn)₁、F₂為電磁鐵線圈；K₁為最高水位限位開關(guān)。K₂為最低水位限位開關(guān)，K₃、K₄、K₅均為由電磁鐵銜鐵帶動的觸頭開關(guān)。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(guān)。

    1．請你按照下圖所示的器材，連接一個可以實現(xiàn)自動注水的模擬電路，并說明自動注水的過程。

    2．要實現(xiàn)自動注水的要求，浮子的最小體積約為多大?(g=10N／kg)

    3．若設(shè)計要求每次自動注水需在10min內(nèi)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(jié)約能源和治理廢氣污染這一重要課題。在內(nèi)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(nèi)燃機的效率提高許多。某工廠科研人員研制生產(chǎn)的四沖程汽車專用柴油發(fā)動機，就采用了很多新技術(shù)。其中最重要的一項叫“增壓”技術(shù)，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(zhuǎn)，它同時又帶動同軸的進氣系統(tǒng)中的“進氣渦輪”也高速旋轉(zhuǎn)，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(zhì)，達到提高柴油發(fā)動機效率和減少廢氣污染的目的。這種柴油發(fā)動機有6個氣缸，氣缸直徑為ll0mm，活塞行程為135mm，當轉(zhuǎn)速為2300r／min時，發(fā)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(fā)動機的效率最高可達多少?

    2．在做功沖程中氣缸內(nèi)的平均壓強是多少?

    3．如果將我國這種機型的汽車柴油發(fā)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(shù)每年能為我國節(jié)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(jù)上面的估算結(jié)果，計算使用“增壓”技術(shù)后僅節(jié)約柴油一項可使我國每年節(jié)約多少資金。由此你有哪些認識?

閱讀短文，然后回答問題
“嫦娥一號”的發(fā)射成功，引起人們對月球的科學興趣．隨著對月球了解的深入，一些科學家預(yù)言：月球必將成為人類未來的能源基地．按照科學家的設(shè)想，一種方案是利用月球陽光充足、地域廣闊的特點，在月球上建設(shè)大型的太陽能發(fā)電廠，克服了在地球上受天氣影響、提供的功率小等缺點．另一種方案是利用月球上豐富的核燃料物質(zhì)，在月球上建設(shè)大型的核電站，克服了在地球原料不足、容易造成核污染等缺點．在月球上產(chǎn)生的電能經(jīng)微波轉(zhuǎn)換器將電流轉(zhuǎn)換成微波，并通過天線將電能以微波的形式向地面發(fā)送，地面接收站通過天線把微波能還原成電能，如圖所示，這樣就解決了電能的輸送問題．
（1）目前我國常用的能源有煤炭、石油、天然氣、風能、水能、核燃料、太陽能等，其中屬于可再生能源的是________；與不可再生能源相比，可再生能源的主要優(yōu)點是（只要求寫1條）：________．
（2）如圖所示是表示光電池工作原理的示意圖：當太陽光照射到組成光電池的疊在一起的兩片不同的半導體的表面時，將會產(chǎn)生光電效應(yīng)，從而使電路中產(chǎn)生電流，從能量轉(zhuǎn)化的角度看，光電池是將________能轉(zhuǎn)化為________能的裝置．若在月球上一塊接收面積為2m²的太陽能電池板，其光電轉(zhuǎn)化率為17%，如果太陽光照射到該電池板時每平方米面積上的輻射功率為1.5×10⁴W，則它的發(fā)電功率是多少？
（3）獲取核能有兩條途徑--重核的裂變和輕核的聚變．如圖所示，圖甲屬于核________變；圖乙屬于核________變．
（4）請舉出生活中能說明微波具有能量的一個實例：________；若從月球發(fā)出的一微波信號經(jīng)1.28 s到達地球，則月球與地球間的距離約等于________m．
（5）利用微波傳輸電能，輸電效率可達80%．若微波輸電采用的頻率是2450 MHz，月球電站的發(fā)電能力為6×10⁹kW，求：微波的波長及地面接收站接收到的電能是多少kW？

閱讀文章并回答文后問題。

變廢為寶的生物質(zhì)能

      生物質(zhì)是地球上最廣泛存在的物質(zhì)，它包括所有動物、植物和微生物，以及由這些有

  生命物質(zhì)派生、排泄和代謝的許多有機質(zhì)。各種生物質(zhì)都具有一定的能量。以生物質(zhì)為載

  體、由生物質(zhì)產(chǎn)生的能量，便是生物質(zhì)能。

生物質(zhì)能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式。它直接或間接來源于

    植物的光合作用。地球上的植物進行光合作用所消費的能量，  占太陽照射到地球總輻射量的0.2％。這個比例雖不大，但絕對值很驚人：光合作用消費的能量是目前人類能源消費總量的40倍�？梢�，生物質(zhì)能是一個巨大的能源。

    人類以柴薪為能源，歷史長達百萬年。作為可直接利用的燃料，柴薪利用貫穿著整個人類的文明發(fā)展史。除柴薪的直接燃燒外，生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化利用技術(shù)還有沼氣生產(chǎn)、酒精制取、木制石油、生物質(zhì)能發(fā)電等。

    一、生物質(zhì)能的來源

柴薪  至今仍是許多發(fā)展中國家的重要能源。但由于柴薪的需求導致林地日減，應(yīng)適當規(guī)劃與廣泛植林。

    牲畜糞便  牲畜的糞便，經(jīng)干燥可直接燃燒供應(yīng)熱能。若將糞便經(jīng)過厭氧處理，可產(chǎn)生甲烷和肥料。

    制糖作物  制糖作物可直接發(fā)酵，轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖肌?/p>

    城市垃圾  主要成分包括：紙屑（占40％）、紡織廢料（占20％）和廢棄食物（占20％）等。將城市垃圾直接燃燒可產(chǎn)生熱能，或是經(jīng)過熱分解處理制成燃料使用。

    城市污水  一般城市污水約含有0.02％一0.03％的固體與99％以上的水分，下水道污泥有望成為厭氧消化槽的主要原料。

    水生植物  同柴薪一樣，水生植物也可轉(zhuǎn)化成燃料。

    二、生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化利用

    生物質(zhì)能的開發(fā)和利用具有巨大的潛力，主要包括兩方面：一是建立以沼氣為中心的農(nóng)村新能量、物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，使秸稈中的生物能以沼氣的形式緩慢地釋放出來，解決燃料問題；二是建立能量農(nóng)場、能量林場及海洋能量農(nóng)場。

    沼氣利用技術(shù)  人類發(fā)現(xiàn)、利用沼氣，已有悠久的歷史。1776年，意大利科學家沃爾塔發(fā)現(xiàn)沼澤地里腐爛的生物質(zhì)發(fā)酵，從水底冒出一連串的氣泡，分析其主要成分為甲烷和二氧化碳等氣體。由于這種氣體產(chǎn)生于沼澤地，故俗稱“沼氣”。1781年，法國科學家穆拉發(fā)明人工沼氣發(fā)生器。200多年過去了，如今全世界約有農(nóng)村家用沼氣池530萬個，中國就占了92％。農(nóng)村沼氣池的主要填料是豬糞、秸稈、污泥和水等。隨著農(nóng)村沼氣使用的日益推廣和大型厭氧工程技術(shù)的進步，90年代以來，世界范圍內(nèi)的一些大型沼氣工程有了迅速發(fā)展。

    生物質(zhì)汽化將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料，稱為生物質(zhì)汽化。其基本原理是含碳物質(zhì)在不充分氧化（燃燒）的情況下，會產(chǎn)生出可燃的一氧化碳氣體，即煤氣。制造煤氣的設(shè)備稱為汽化爐，人們故意不給足氧氣，讓含碳物質(zhì)在沒有足夠的空氣的情況下燃燒，“燜”出一氧化碳來。

    生物質(zhì)液化  將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料，稱為生物質(zhì)液化。它包括間接液化和直接液化兩種。間接液化是指通過微生物作用或化學合成方法生成液體燃料，如乙醇（酒精）、甲醇；直接液化則是采用機械方法，用壓榨或提取等工藝獲得可燃燒的油品，如棉籽油等植物油，經(jīng)提煉成為可替代柴油的燃料。

    生物質(zhì)熱分解  這是一項很有潛力的技術(shù)，用于制取人造石油。一些生物質(zhì)通過熱分解，可制取生物油、生物炭和可燃燒氣體，使生物質(zhì)得到充分利用。

    能源農(nóng)場  即建立以獲取能源為目的的生物質(zhì)生產(chǎn)基地，以能源農(nóng)場的形式大規(guī)模培育生物質(zhì)，并加工成可利用的能源；要對土地進行合理規(guī)劃，盡可能利用山地、非耕荒地和水域，選擇適合當?shù)厣�長條件的生物質(zhì)品種進行培育、繁殖，以獲得足夠數(shù)量的高產(chǎn)植物。在海洋、水域，要充分利用海藻和水生物提取能源，建立海洋能源農(nóng)場或江河能源農(nóng)場。同時，將基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)廣泛應(yīng)用于能源農(nóng)場中，以提高能源轉(zhuǎn)化率。

專家預(yù)測，到2050年，以生物質(zhì)能為重要組成部分的可再生能源，將以相同或低于礦物燃料的價格，提供全球3／5的電力和2／5的直接燃料。

                                                           摘自《新科技啟蒙》

（1）生物質(zhì)能是屬于一次能源還是二次能源?是屬于可再生能源還是不可再生能源？

（2）生物質(zhì)能在使用時可以轉(zhuǎn)化為哪些形式的能？請舉例說明。

（3）能源危機是一個全球性的問題，對于我們個人，平時使用過哪些能源?我們在使用時要注意些什么問題?談?wù)勀愕目捶ā?/p>