2007年第十七届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题
一、（10分）表1中提供的是明湖中学使用的一台数学投影仪的有关数据，请根据其中的数据，通过计算回答：
1、这台投影仪的耗电总功率是多大？
2、如果投影仪的光源采用串联电阻降压的话，所有电阻的阻值应该多大？该电阻消耗的功率为多大？
3、这台投影仪的光源采用上述串联电阻降压的方法可行吗？为什么？ 4、如果上述方法不可行，请你提出一种可以使投影仪正常工作的方案。（要求定性说明即可）
表1 电源工作电220V 电源频率 50Hz 压 光源电压 24V 光源电流 10.0A 鼓风机电压 220V 鼓风机电0.1A 流 二、（10分）李老师的家离学校大约10km，为了便于上下班，他购买一部轻便摩托车来代步，使用的燃料为93#汽油，根据表2提供的数据，请回答：
1、如果李老师上班时骑车的平均速度为36km/h，试根据表2中所提供的有关信息，为李老师计算一下，他骑车从家到学校至少需花多少油费？ 2、小洪同学学过物理以后，给李老师建议：在上述条件不变的情况下，采用加快车速缩短时间的办法，就一定可以省油费。请你根据自己掌握的知识，分析说明这种方法是否可行。 表2 轻便摩托车 93#汽油 燃料 油箱容量 功率 三、（12分）汽车在行驶途中，为了安全，车与车之间必须保持一定的距离。因为，驾驶员从发现某一异常情况到采取制动动作的“反应时间”里（设同一人，不同速度下的“反应时间”是相同的），汽车要通过一段距离（称为思考距离）；而从采取制动力作到汽车完全停止，汽车又要通过一段距离（称为制动距离）。表3中给出了某辆汽车在同一段路面上行驶过程中，在不同速度下的思考距离和制运距离等部分数据。
1、根据表3中已给的数据，分析计算并填写尚缺的三个数据，完成表格。 2、根据表3中的数据，分析或通过计算说明超速和酒后驾车的危害。
汽油 7L 6kW 密度 0.7×103kg/m3 热值 价格 4.5×107J/kg 4.90元/L 表3 1 2 3 4 四、（12分）有一种电脑电源适配器（即充电器）的铭牌如图1所示。这款国产充电器，有九个国家或地区的认证标志，其中已经标出了八个。
1、请你在第一个标志前的方框中填入所代表的国家名称及其英文名，并在铭牌下面的另三个图案下填写所表示的含意。
2、根据给出的数据：说明此电源适配器所适用的电源条件是什么。 3、用它与配套的笔记本电脑供电使用时的耗电功率大约在什么范围？ 4、试估算它为笔记本电脑供电时的效率大约在什么范围？
5、有人说：“如果适配器只是输入端插入电源，输出端不接用电器时就不耗电”，你认为对吗？请简要说明理由。
五、（12分）我们已经知道，肺活量是一个人做最大吸气后再做最大呼气所呼出的气体的体积，单位是毫升（ml）。肺活量是身体机能的重要指标之一，对青少年的成长及日后身体是否健康都关系重大。我们要注意增强自身的肺活量。图2所示的是一种测定肺活量的实用方法，图中A为倒扣在水中的开口薄壁圆筒，测量前排尽其中的空气（即测量前筒内充满水）。测量时，被测者吸足空气，再通过B尽量将空气呼出，呼出的空气通过导管进入A内，使A浮起。测得圆筒质量为m，横截面积为S，筒底浮出水面的高度为H，大气压强为Po，求：
1、此时圆筒内气体的体积。 2、此时筒内气体的压强。
3、“肺活量体重指数”是人体重要的呼吸机能指数，它主要通过人体的肺活量与体重的比值来反映肺活量和体量的相关程序，用以对不同年龄、性别的个体与群体进行客观的定量比较分析。
肺活量体重指数=肺活量/体重，单位是ml/kg
例如，我国初三年级男生肺活量体重指数标准：67以上为优秀；50-66为良好；33-49为及格；32以下为不及格。
如果体重60kg的小强用上面的肺活量仪测活量，测得H=18cm，已知筒A的质量为200g，横截面积为200cm2，请计算他有肺活量体重指数是多少？
六、（14分）空气的流动形成风，风具有能量，称为风能。风能具有来源丰富、安全卫生等优点。图3是我国某地区风力发电的外景图。风力发电机中的叶片在风力的推动下转动，并带动机头发电机发电，为人们提供电能。设该地区空气密度为1.3kg/m3,一台风车的轮叶转动时可以形成面积为600m2的圆面。
速度思考距离v/(km/h) S1/m 45 9 75 15 90 105 21 制动距停车距离S2/m 离S3/m 14 23 38 74 76 97 1、若风速为10m/s，则ls内冲击到风车轮叶形成的圆面的空气质量是多少kg？已知1kg空气以这样的速度运动时具有的动能是50J，10台这样的风车工作ls所产生的电能可供1盏“220V 60W”灯炮正常工作2h，求这种风车发电的效率。
2、若此地年平均风速为15m/s，100台这样的风车一年（工作时间按4000h计算）获得的风能相当于完全燃烧多少kg煤？（煤的热值为3×107J/kg）
3、请你结合风力发电的实际情况及图4中的有关信息说明自前风力发电开发的困难和前景。
七、（14分）医院、宾馆等公共场所普遍使用高温高压蒸气消毒锅对物品消毒。图5为自动测定锅内温度的电路原理图，其中Ro为定值电阻，A为温度指示表（实质是一只电流表），Rx为热敏电阻（其电阻值随锅内温度的变化而变化）。热敏电阻的阻值与温度的对应关系如表4所示，电源两端的电压不变。 表4 锅内温度值25 37 50 62 75 87 100 112 125 /℃ Rx对应的电150 80 50 30 20 15 10 7 阻值/Ω 1、若锅内温度为75℃时电流表指针指向0.24A；若锅内温度为112℃时电脑表指针指向0.50A；若锅内温度为125℃时电流表指针指向0.60A；求锅内温度为125℃时热敏电阻的阻值Rx。
2、高温高压蒸气消毒锅内温度与锅内气压的关系如表5所示。 表5 锅内温度值87 100 112 125 /℃ 锅内气压值1.8×105 2.0v105 2.5×105 3.3×105 /Pa 为了使高温高压蒸气消毒锅内温度不超过112℃，高压锅盖上有一限压阀，图6为限压阀的原理图，限压阀由一直立圆柱形金属体和滤网型外套组成。当锅内温度接近112℃时，锅内高压气体将圆柱形金属体顶起，并对外排气减压，从而到限压的作用。已知圆柱形金属体的底面积S为0.2cm2，求该金属体的质量m。（外界大气压P外=1.0×105Pa，g取10N/kg）
八、（16分）育才中学科技小组的小明同学自行设计一个地磅，其原理如图7 所示。设电源两端电压U恒为定值，Ro为定值电阻，滑动变阻器的总电阻为R、总长度为L，滑动触头与托盘固联，开始时触头位于变阻器最上端A，并能随轻弹簧一起上下滑动。已知滑动变阻器的电阻与其接入电路的长度成正比；当对地磅施加压力F时，弹簧的长度会缩短l。（弹簧发生弹性形变时，弹力的大小跟簧伸长或缩短的长度成正比：f=kx）请回答： 1、说明定值电阻Ro的作用
2、写出电流表的示数l与待测物体质量m之间的关系式；并分析此地磅的刻度特点。
3、有同学建议小明将原理图改为图8所示，你认为这样改动好不好？请你分析并简要说明理由。
4、请你在图8的基础上，在图9的方框里画出你改进后的电路图，并说明改进后的特点。
第十七届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题
参考解答与评分标准
一、（共10分）参考解答
1．因为光源消耗的功率为：P光源=U光源I光源=24V×10A=240W…1分 鼓风机消耗的功率为：P风机=U风机I风机 =220V×0.1A=22W…1分
所以这台投影仪消耗的总功率为：P=P光源+ P风机=240W+22W =262W…1分 2．若光源采用串联电阻降压，这时所选用的电阴R应分担的电压为：
UR=U电源- U光源=220V-24V=196V……1分
通过所选用的电阻R的电流为：IR= I光源=10A…0.5分
所选用电阻的阻值应为：R= UR/IR=196V/10A=19.6Ω……0.5分
22
所选用电阻消耗的功率为：PR=IRR=（10A）×19.6Ω=1960W……1分
3．因为所选用电阻消耗的功率为1960W，远大于投影仪正常工作时所消耗的功率；同时电阻上消耗的1960W，将产生大量热量，实际使用中很难有效的解决散热问题，因此容易烧毁投影仪。所以，这台投影仪的光源不宜采用串联电阻降压……2分
4．只要同学提出的定性文案合理，即可给满分，例如可采用变压器变压的方法等。……2分
二、（共10分）参考解答
1、因为李老师的骑车速度为：v=36km/h=10m/s……1分
3
李老师上学校所用的时间为：t=s/v=1000m/10m/s=1×10s…1分
336
摩托车所做的功应为：W=pt=6×10W×6×10s=6×10J……1分 所用的汽油放出的热量应为：Q=W………1分
6
所以李老师上学校时须用去汽油的质量为：m=Q/q=6×10J/4.5×7
10J/kg=0.133kg……1分
33-33
所用汽油的体积为：V=m/p=0.133kg/0.7×10kg/m=0.19×10m=0.19L……0.5分 所以，李老师上学校应花去油费为：4.90元/L×0.19L=0.93元…0.5分
2.单独从t=s/v和W=pt来考虑，在功率P不变的情况下，提高车速可以减小发动机所做功，好象可以省油。但根据W=Fs和P=W/t可得，P=Fv。也就是说，在行驶阻力不变的情况下，提高车速v，必然导致发动机的功率P增大…2分
所以单纯靠提高车速并不一定能减小发动机所做的功、达到省油的目的……2分 三.（12分）参考解答
1.（1）由表格中第一行的数据可知：停车距离=思考距离+制动距离，所以第二行的停车距离15m+38m=53m
…2分
（2）思考距离=行驶速度×反应时间…1分
已知：v1=45Km/h=12.5m/s,s11=9m，所以，反应时间t=s11/v1=0.72s…1分 反应时间t相等，v3=90km/h=25m/s，所以，S13=v3t3=25m/s×0.72s=18m…分 第三行的制功距离=停车距离-思考距离=74m-18m=56m……2分 速度v/思考距离制动距离停车距离 1 45 9 14 23 2 3 4 75 90 105 15 18 21 38 56 76 53 74 97 2.（1）从表格中的数据可以看出，行驶的速度越大，思考距离、制动距离也越长，
导致停车距离也更长，当然更容易导致交通事故。……2分
（2）根据思考距离=行驶速度×反应时间，酒后架车反应时间比不饮酒的反应时间要长一些，因此，思考距离也要长一些，导致停车距离也更长一些，当然也就更容易出现交通事故。………2分 四、（12分）参考解答
1.中国，China:防水，防触电；防摔打或易破损：………2分
2.适用的电源条件是100V～240v、频率为50Hz～60Hz的交流电源；……2分 3.由P=UI得耗电功率范围是100W～96W
（100V×1.0A=100W，240V×0.4A=96W）………3分 4.由η=P输出/ P输入得供电的效率在79.8%～83.1之间；
（P输出=19V×4.2A=79.8W，P输入分别为100W、96W）……3分
5.不对：一定要拔下输入端的插头，否则适配器的初级电路通电，仍在耗电。…2分
五、（共12分）参考解答
1．因为圆简漂浮在水面上，所以有F浮=G=mg…1分
又据阿基米德原理F浮=P水gV排……1分 所以P水gv排=mg,，v排=m/P水………1分
筒内气体的总体积V=V排+SH=m/p水+SH……1分
2．如题图2，筒外水面比筒内水面高出高度为h=V排/S=m/（P水S）…2分
由分析得：筒内气体压强为P=（P0+P水gh=P0+P水g m/（P水S）=P0+mg/s……2分 3．他的肺活量为
V=V排+SH=m/p水+SH=200g/（1g/cm3）+200cm2×18cm=3800cm3=3800ml……2分 肺活量体重指数=肺活量/体重=3800/60=63（ml/kg）……2分 六、（共14分）参考解答
1．每秒钟通过的空气流的长度为：L=vt=10m/s×1s=10m……1分 每秒钟通过风车轮叶形成的圆面空气流的体积为：……1分
V=SL=600m2×10m=6×103m3……1分
3333
空气流的质量为：m=pV=1.3kg/m×6×10m=7.8×10kg………1分
3
1台风车工作1s获得的空气的动能为：E0=7.8×10kg×50J/kg=3.9×5
10J…………1分
5
10台风车工作1s获得的空气的动能为：E=10 E0=10×3.9×10J=3.9×6
10J…………1分
10台风车工作1s产生的电能为：E电=pt=60W×2×3600S=4.32×105J……………2分
56
风车发电的效率为：η= E电/E×100%=4.32×10J/3.9×10J×100%=11%………1分
‘47
2．100台风车1s获得的风能为 E0=100×12×10J=12×10J………………1分
714
100台风车一年获提的风能为 E总=4000×3600×1.2×10J=1.728×10J…2分 如果这些能量是由完全燃烧煤来获得，则煤的质量应为：
m=E总/q=1.728×1014J/3×107J/kg=5.76×106kg……1分
3．风力发电的实际困难为：
风力不稳定，前期投资大，导致风力发电成本较高等。…………1分
前景：随着技术不断的成熟，成本下降较快，有望低于火力发电成本；风力发电对环境几乎没有污染等。1分 七．（14分）参考解答
1.据题意U=I1（RX1+ R0）……2分 U=I2（RX2+ R0）……2分
将I1=0.24A, R X1=20Ω，I2=0.5A，RX2=7Ω代入……2分 联立解得 U=6V， R0=5Ω………………2分
据题意 U=I3（RX3+R0）， RX3=U/I3-R0=6V/0.6A-5Ω=5Ω………2分 （2）对于圆柱形金属体 pS-p0S=mg………2分
m=pS-p0S/g=（2.5×105Pa-1×105Pa）0.2×10-4m2/10N/kg=0.3kg……2分
八．（共16分）参考解答
1．定值电阻R0起到分压限流、保护电路元件的作用。………2分
2．设地磅上放质量为m物体时，轻弹簧缩短x，则有x=mg/F×l……2分
此时滑动变阻器的电阻值：Rx=R-mglR/FL=[1-mgl/FL]R……2分 电流的表达式：I=U/Rx+R0=U/[1-mgl/FL]R+R0……1分
由表达式可看出：I与m之间不存在正比例关系，所以，用此表示显示m值的刻度是不均匀的。…1分
3．这样改进仍不好。……1分
因为电压表示数：Ux=U-IR0=U-U/[1-mgl/FL]R+R0×R0……1分
所以，这个电路中，电压表的示数大反而表示所测物体的质量小，而且刻度仍然是不均匀的…2分
4．改造如答题图1所示……2分
Ux=U/R+R0×mglR/FL=UgLR/（R+R0）FL×m……1分 因此Ux与m成正比，所以刻度值是均匀的，而且电压表的示数大表示所测物体的 质量也大，符合人们的习惯。……1分
2007年第十七届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题及答案
