第十五届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题

    一、(14分)王伟同学研究了均匀拉紧的琴弦发音频率与弦长的关系，并记录了实测的数据(如下表所示)。请你根据记录表格中的有关数据，分析并估算出他有意留出的空格中应该填写的数据(要求写出估算的过程)。

二、(14分)类比水压是形成水流的原因，李楠同学猜想，血液在血管内流动时也需要一定的压力差来维持。假设血液匀速通过长度一定的血管时，受到的阻力f与血液的流速v成正比，即f=kv。那么，要想让血液匀速流过，血管两端就需要一定的压力差。设血管截面积为S₁时，两端所需的压强差为△p₁；若血管截面积减少10％时，为了维持在相同的时间内流过同样体积的血液，压强差必须变为△p₂。请你通过计算比较△P₁、△P₂的大小，说明血管变细可能是诱发高血压的重要因素之一。

    三、(16分)下表是某锅炉厂生产的CWNG系列三种锅炉的主要技术参数。

CWNG系列三种锅主要技术参数

    已知水的比热容为4.2×10³J／（kg·℃），假设三种锅炉的燃煤效率相同，且煤均可达到完全燃烧。请根据上表回答以下问题：

    1．根据表格中的已知数据，请在表格中的四个(    )内填上合适的数据。

    2．按表格中的出水温度和回水温度，计算CWNGl．05—80／60AH型锅炉每小时给住宅内释放的热量是多少。

3．根据表格中已知数据计算燃烧的热值为多少。

四、(16分)李明得到一个国外生产的电热暖手器，铭牌上表示额定值的字样中，能看清楚的只有"24W"这几个字。为了能正确使用该电器，他把一只标有"600Ω，0.4A'’的定值电阻与电热暖手器和开关串联起来，连接到家庭照明电路中，然后进行如下实验观察：将开关接通后，电能表转盘转动137圈恰好用了100s；断开开关后，电能表转盘在1 min内恰好转了80圈；观察电能表上标有3000r(kW·h)的字样；他在做实验的时间内，家中其他用电器的使用情况没有变化。请根据以上数据，计算电热暖手器的额定电压是多少?你在计算过程中忽略了什么因素的影响?由此导致的计算结果是偏大还是偏小?

    五、(20分)一所农村中学常常因为不能及时给水塔注水而停水，科技小组的同学知道后，利用下图所示的器材设计了一个自动注水模拟装置。A为浮子(浮子及其连杆总重约15N)，在浮子连杆的上端有一可移动金属触头B(其受重力可忽略不计)，它可以分别将其上、下的两个固定触点连通。C为水塔上的圆桶形蓄水池；M为配有电动机的水泵(电泵)；D₁、D₂为弹簧，E₁、E₂为衔铁，F₁、F₂为电磁铁线圈；K₁为最高水位限位开关。K₂为最低水位限位开关，K₃、K₄、K₅均为由电磁铁衔铁带动的触头开关。电磁铁F₁通电时，K₄接通，断电时，K₃接通。电磁铁F₂断电时，K₅接通。S₁、S₂为开关。

    1．请你按照下图所示的器材，连接一个可以实现自动注水的模拟电路，并说明自动注水的过程。

    2．要实现自动注水的要求，浮子的最小体积约为多大?(g=10N／kg)

    3．若设计要求每次自动注水需在10min内完成，需要知道或测量哪些物理量才能得到相匹配电泵的最小额定功率?请你用字母表示这些物理量，推导出电泵最小额定功率的表达式。在你的计算过程中，如果运用了近似条件，请说明。

    六、(20分)在当今世界，研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题。在内燃机中，废气带走了很多能量，如果能将这些能量再利用起来，会使内燃机的效率提高许多。某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机，就采用了很多新技术。其中最重要的一项叫“增压”技术，它是利用“废气涡轮增压器”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，它同时又带动同轴的进气系统中的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使做功冲程中柴油燃烧的更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的。这种柴油发动机有6个气缸，气缸直径为ll0mm，活塞行程为135mm，当转速为2300r／min时，发动机功率为220kW，最低油耗可达240g／(kW·h)，柴油的热值为4.3×10⁷J／kg。请回答下列问题：

    1．该柴油发动机的效率最高可达多少?

    2．在做功冲程中气缸内的平均压强是多少?

    3．如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器”后，能使它们的平均效率由原来约31％提高到近35％，安装前按每年消耗3亿吨柴油估算，这项技术每年能为我国节约多少吨柴油?

    4．如果目前我国柴油的平均价格为3750元／吨，根据上面的估算结果，计算使用“增压”技术后仅节约柴油一项可使我国每年节约多少资金。由此你有哪些认识?

第十五届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题

    一、(14分)王伟同学研究了均匀拉紧的琴弦发音频率与弦长的关系，并记录了实测的数据(如下表所示)。请你根据记录表格中的有关数据，分析并估算出他有意留出的空格中应该填写的数据(要求写出估算的过程)。

二、(14分)类比水压是形成水流的原因，李楠同学猜想，血液在血管内流动时也需要一定的压力差来维持。假设血液匀速通过长度一定的血管时，受到的阻力f与血液的流速v成正比，即f=kv。那么，要想让血液匀速流过，血管两端就需要一定的压力差。设血管截面积为S₁时，两端所需的压强差为△p₁；若血管截面积减少10％时，为了维持在相同的时间内流过同样体积的血液，压强差必须变为△p₂。请你通过计算比较△P₁、△P₂的大小，说明血管变细可能是诱发高血压的重要因素之一。

    三、(16分)下表是某锅炉厂生产的CWNG系列三种锅炉的主要技术参数。

CWNG系列三种锅主要技术参数

    已知水的比热容为4.2×10³J／（kg·℃），假设三种锅炉的燃煤效率相同，且煤均可达到完全燃烧。请根据上表回答以下问题：

    1．根据表格中的已知数据，请在表格中的四个(    )内填上合适的数据。

    2．按表格中的出水温度和回水温度，计算CWNGl．05—80／60AH型锅炉每小时给住宅内释放的热量是多少。

3．根据表格中已知数据计算燃烧的热值为多少。

四、(16分)李明得到一个国外生产的电热暖手器，铭牌上表示额定值的字样中，能看清楚的只有"24W"这几个字。为了能正确使用该电器，他把一只标有"600Ω，0.4A'’的定值电阻与电热暖手器和开关串联起来，连接到家庭照明电路中，然后进行如下实验观察：将开关接通后，电能表转盘转动137圈恰好用了100s；断开开关后，电能表转盘在1 min内恰好转了80圈；观察电能表上标有3000r(kW·h)的字样；他在做实验的时间内，家中其他用电器的使用情况没有变化。请根据以上数据，计算电热暖手器的额定电压是多少?你在计算过程中忽略了什么因素的影响?由此导致的计算结果是偏大还是偏小?

    五、(20分)一所农村中学常常因为不能及时给水塔注水而停水，科技小组的同学知道后，利用下图所示的器材设计了一个自动注水模拟装置。A为浮子(浮子及其连杆总重约15N)，在浮子连杆的上端有一可移动金属触头B(其受重力可忽略不计)，它可以分别将其上、下的两个固定触点连通。C为水塔上的圆桶形蓄水池；M为配有电动机的水泵(电泵)；D₁、D₂为弹簧，E₁、E₂为衔铁，F₁、F₂为电磁铁线圈；K₁为最高水位限位开关。K₂为最低水位限位开关，K₃、K₄、K₅均为由电磁铁衔铁带动的触头开关。电磁铁F₁通电时，K₄接通，断电时，K₃接通。电磁铁F₂断电时，K₅接通。S₁、S₂为开关。

    1．请你按照下图所示的器材，连接一个可以实现自动注水的模拟电路，并说明自动注水的过程。

    2．要实现自动注水的要求，浮子的最小体积约为多大?(g=10N／kg)

    3．若设计要求每次自动注水需在10min内完成，需要知道或测量哪些物理量才能得到相匹配电泵的最小额定功率?请你用字母表示这些物理量，推导出电泵最小额定功率的表达式。在你的计算过程中，如果运用了近似条件，请说明。

    六、(20分)在当今世界，研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题。在内燃机中，废气带走了很多能量，如果能将这些能量再利用起来，会使内燃机的效率提高许多。某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机，就采用了很多新技术。其中最重要的一项叫“增压”技术，它是利用“废气涡轮增压器”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，它同时又带动同轴的进气系统中的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使做功冲程中柴油燃烧的更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的。这种柴油发动机有6个气缸，气缸直径为ll0mm，活塞行程为135mm，当转速为2300r／min时，发动机功率为220kW，最低油耗可达240g／(kW·h)，柴油的热值为4.3×10⁷J／kg。请回答下列问题：

    1．该柴油发动机的效率最高可达多少?

    2．在做功冲程中气缸内的平均压强是多少?

    3．如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器”后，能使它们的平均效率由原来约31％提高到近35％，安装前按每年消耗3亿吨柴油估算，这项技术每年能为我国节约多少吨柴油?

    4．如果目前我国柴油的平均价格为3750元／吨，根据上面的估算结果，计算使用“增压”技术后仅节约柴油一项可使我国每年节约多少资金。由此你有哪些认识?

电动机的三类题

江西  刘诗枫

一、基础题

    例1  在如图1所示的实验中，接通电源后，导体因受力的作用而发生运动，改变电流方向或磁感线方向，则下列说法不正确的是（    ）

图1

    A、在上述实验现象里，是机械能转化为电能

    B、通电导体在磁场中受力的方向跟电流方向有关

    C、通电导体在磁场中受力的方向跟磁感线方向有关

    D、同时改变电流方向和磁感线方向，通电导体的受力方向不变

解析：本题综合考查了电动机的能量转化、决定通电导体受力方向的因素等知识点。导体通电后运动，消耗的电能转化为机械能，而不是机械能转化为电能；通电导体在磁场中受力的方向跟电流方向和磁感线方向都有关，当这二者的方向同时改变时，通电导体的受力方向不变，因此B、C、D都正确。

    答案：A

二、新颖题

    例2  用磁体去靠近点亮的台灯的灯泡，会观察到里面的灯丝抖动起来，把磁体拿开，抖动立即消失。你亲自做一下，并与其他同学交流，找到更合理的答案。

    解析：本题联系生活情景考查磁场对电流的作用，很有新意。因为灯丝中有电流通过，磁体靠近时，灯丝会受到磁场力的作用，力的方向与电流方向和磁场方向都有关系。家用照明电路中的电流是交流电，即电流方向不断改变，所以灯丝所受磁场力的方向也会不断变化，这些方向变化的磁场力使钨丝不停抖动。

三、创新题

例3  如图2所示是小明和小燕同学制作的直流电动机模型。他们用回形针做成两个支架，分别与电池的两极相连。用漆包线绕成一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去上半周漆皮。将线圈放在支架上，磁体放在线圈下。闭合开关且用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。

图2

（1）该直流电动机模型的工作原理是：___________________。

    （2）通过改变________方向，可以改变线圈的转动方向。

（3）若通电后，小明发现电动机不转，下面是他想到的可能原因，请你帮他看一看，哪些是可能的？

    ①接线柱接触不良；②电池装反了；③线圈与支架之间的摩擦力太大了；④磁铁的极性接反了；⑤磁铁的磁性不够强；⑥电池应该换成新的电池。

（4）经过处理，通电后，小明发现电动机只是转了不到一圈就停下来，请你帮他找出原因，如果要使它连续转动下去，可以怎样改进？

    解析：本题综合考查了电动机的原理、改变转动方向的方法以及电动机故障的分析与排除，很有创意，能力要求较高。（1）该直流电动机模型的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动；（2）通电线圈在磁场中受力的方向跟电流方向和磁感线方向都有关，要改变线圈的转动方向，可以改变电流方向或改变磁感线方向，但不能同时改变两者的方向，否则线圈的转动方向不变；（3）电动机不转的可能原因有多，电流不足、磁体磁性太弱、转子受到的阻力太大、电路的接触不良等都会使电动机不能转动，故可能的原因是①③⑤⑥；（4）电动机停下来不转的原因不是上述的原因引起的，也不是线圈没有受到力的作用，而是因为矩形线圈的两条长边受到的力大小相等、方向相反，使线圈不能持续转动下去，这个位置叫平衡位置。线圈在这个位置应该停止对线圈供电，让它借助自身的惯性转过平衡位置。所以在平衡位置时线圈的一端与支架接触的漆皮不能刮掉，而与支架接触的其他位置的漆皮应该刮掉。

    答案：略

人教版第九章   电与磁 复习提纲

一、磁现象

1、磁性：物体能够吸引铁、钴、镍的性质叫做磁性。

2、磁体：具有磁性的物体称为磁体。

3、磁体的性质：吸铁性、指向性

4、磁极：磁体上两端磁性最强的部位叫磁极。任何磁体都有北极（N极）和南极（S极）。

5、磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。

6、判断一个物体是不是磁体的方法：

①根据吸铁性；

②根据指向性；

③根据磁极间的相互作用规律；

④根据磁体两极磁性最强，中间最弱。

7 、磁化：使原来没有磁性的物体获得磁性的过程电磁化。

去磁：使具有磁性的物体失去磁性的过程叫去磁。

容易失去磁性的物体叫做软磁体；不容易失去磁性的物体叫做永磁体或硬磁体。

二、磁场

1、磁场：磁体周围存在的一种看不见、摸不着，能够使磁针偏转的物质。磁极间的相互作用就是通过磁场发生的。

2、磁场方向：放在磁场中某点的小磁针静止时北极所指的方向就是该点的磁场方向。

3、基本性质：磁场对放入其中的磁体产生力的作用。

4、磁感线：为了形象直观地描述磁场中各点的磁场方向，根据铁屑的排列情况，在磁场中画出的一些带箭头的曲线。

注意：

①磁场是真实存在于磁体周围的一种物质；而磁感线是人们为了研究磁场方便，假想出来的一种模型，它并不真实存在。

②磁体周围的磁感线都是从北极出发回到磁体的南极，在磁体内部磁感线从磁体的南极出发回到北极。可见磁感线是一组闭合的曲线。

③磁感线的疏密可以表示磁场的强弱，磁体两极处磁感线最密，表示磁极处磁场最强。

④磁感线布满磁体周围的所有空间并且不相交。磁感线的形状可以是直的，也可以是弯曲的。

⑤磁感线的方向：磁感线上任意一点的切线方向与放在该点的小磁针静止时北极的指向一致也就是该点的磁场方向。

⑥不同磁体周围磁感线以及同名磁极间、异名磁极间的磁场分布分别如图所示。

5、地磁场：地球周围的磁场。地磁的两极与地理的两极不重合，它们之间稍有偏离，最早发现地磁的两极与地理的两极不重合的是我国宋代学者沈括。

三、电生磁

1、电流的磁效应：

①通电导线的周围有磁场，磁场的方向跟电流方向有关，这就是电流的磁效应。

②奥斯特实验：第一个揭示了电和磁有联系的实验，奥斯特在世界上第一个发现了电和磁之间的联系。

奥斯特实验表明：通电导线周围存在磁场；电流的磁场文秘和电流的方向有关。

2、通电螺线管的磁场：通电螺线管的磁场与条形磁体相似，它也有N、S极，它的N、S极与螺线管上电流的方向有关，可以用安培定则来判断。

安培定则的内容：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。

判断方法：

1. 标出螺线管上电流的环绕方向；
2. 用右握住螺线管，让四指弯向电流的方向；

③大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极。

影响螺线管极性的因素：螺线管的极性和电流的方向与螺线管的缠绕方法有关。

通电螺线管的外部磁感线由N极到S极，在内部由S极到N极。

3、关于通电螺线管的作图

关于通电螺线管的题目有三种类型：第一种是已知电源的正、负极和绕线方法来判断螺线管的极性；第二种是已知螺线管的极性和绕线方法来判断电源的正、负极；第三种是已知电源的正、负极和螺线管的极性画螺线管的绕线情况。解决这三种问题，应从以下几点入手：

①记住常见的几种磁感线分布情况。

②磁场中的小磁针静止时N极的指向为该点的磁场方向和该点的磁感线方向。

③磁感线是闭合曲线：磁体外部的磁感线都是从磁体的北（N）极出发回到磁体的南（S）极；在磁体内部磁感线从磁体的南极出发回到北极。

④对于通电螺线关健是根据N、S极或电源的“+”、“－”极判断出螺线管的电流方向，绕时的绕线线形状应像“S”或反“S”，螺线管朝向读者的一侧应画导线，内侧不画导线，最后将导线跟电源连接志闭合电路 。

四、电磁铁

1、电磁铁：带有铁心的通电螺线管叫做电磁铁。

2、电磁铁的工作原理：电磁铁是内部插有铁心的螺线管，当通电螺线管插入铁心后，由于铁心被磁化，产生了与原螺线管磁场方向一致的磁场，因而它的磁性比原来强得多。电磁铁就是利用电流的磁效应和通电螺线管中插入铁心生磁性大大增强的原理工作的。

②影响电磁铁磁性强弱的因素有电流的大小、线圈匝数、有无铁心等。线圈匝数一定时，电流越大，磁性越强；结构相同的电磁铁，电流一定，线圈匝数越多，磁性越强。有铁芯时比无铁芯磁性强。

五、电磁继电器  扬声器

1、电磁继电器：是利用低电压、弱电流电路的通断来间接地控制高电压、强电流电路的装置，实质是由电磁铁控制电路工作的开关。

构造：电磁铁、衔铁、弹簧、动触点、静触点。

电路组成：低压控制电路；高压工作电路。

工作原理：电磁铁通电时具有磁性吸引衔铁，使动触点和静触点接触，工作电路闭合，电磁铁断电时失去磁性，弹簧把衔铁拉起来切断电路。

2、扬声器：是把电信号转换成声信号的一种装置。

构造：永磁体、线圈、纸盆。

工作原理：当线圈中通过交变电流时，线圈的磁性大小及方向不断变化，受到永磁体的吸引和排斥来回变化，带动纸盆来回振动，于是扬声器就发出了声音。

其发声原理可表示为：变化的电流—变化的磁场—纸盆的振动—声音。

六、电动机

1、磁场对通电导线的作用：通电导线大磁场中要受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁感线的方向有关。当电流的方向或磁感线的方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反。

2、左手定则：张开左手，让四指与大拇指垂直，让磁感线垂直穿过掌心，四指指向电流方向，大拇指马提尼克指的方向就是磁场对通电导线的作用力的方向。

3、通电线圈在磁场中会受力发生转动。

4、电动机

①工作原理：通电线圈在磁场中受力而转动，其能量转化过程是电能转化为机械能。

②种类：直流电动机、交流电动机

③直流电动机构造：磁体、线圈、换向器、电刷。

④换向器：由两个铜制半环构成。

作用：每当线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中电流方向使线圈能沿着同一方向连续转动。

⑤转速：电动机的转速由电流大小决定。

⑥电动机的转动的方向由电流方向和磁场方向决定。

⑦能量转化：电能转化为机械能。

⑧电动机优点：构造简单；控制方便；体积小；无污染；效率高。

七、磁生电

1、 电磁感应现象：闭合电路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动产生电流的现象叫做电磁感应现象，产生的电流叫感应电流。

英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，进一步揭示了电与磁之间的联系，发明了发电机。

感应电流的方向与导体做切割磁感线运动的方向和磁感线方向有关。

2、产生感应电流的条件：电路必须是闭合的；部分导体在磁场中做切割磁感线运动。

3、发电机：

①制成原理：利用电磁感应现象制成的

②能量的转化：机械能转化为电能

③分类：直流发电机、交流发电机

④交流发电机的构造：转子、定子、2个铜环、2个电刷。

4、交流电和直流电：

①交流电：大小和方向周期性变化的电流。符号AC。

②直流电：电流方向不变的电流。符号DC。

5、我国供生产和生活用的是交流电，频率是50Hz，周期是0.02s，电流在每秒内产生的周期性变化的次数是50次，在1秒内电流方向变化100次。

八、电磁现象作图

1、已知磁体的磁极画磁感线方向或通电螺线管中电流方向。

2、根据磁感线方向确定磁极，标出通电螺线管的磁极或电流方向。

3、根据题中或图中的已知条件，画出螺线管线圈的绕法。

4、根据图中通电螺线管的电流方向，标出磁极、磁场中某点的小磁针的极性，以及另一个通电螺线管的磁极或线圈的绕法。

5、根据要求完成电磁继电器线路的连接。