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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)。
音名 | 中央C 1 | D 2 | E 3 | F 4 | G 5 | A 6 | B 7 | C l |
唱名(C调) | D0 | Re | Mi | Fa | Sol | La | Si | Do’ |
频率/Hz | 264 | 297 | 330 | 352 | 396 | 440 | 528 | |
弦长 | l | l | l | l | l | l | l |
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
型号 | CWNG 0.7－80／60－AII | CWNG 1.05－80／60－AII | CWNG 1.4－80／60－AII |
功率／MW | ( ) | 1.05 | 1.4 |
容水量／t | 3 | 3.5 | 4 |
耗煤量／(kg·h－1) | 145 | ( ) | 290 |
外型尺寸／m3 | 2.7×1.5×2.9 | 3.0 x 1.5×2 | 3.0×1.9×2.9 |
烟囱尺寸／mm | Φ300×15000 | Φ350×15000 | Φ400×15 000 |
热效率／％ | 75 | 75 | 75 |
出水温度／℃ | 80 | 80 | 80 |
回水温度／℃ | 60 | 60 | 60 |
总重量／t | 5 | 7.5 | 9 |
运行压力 | 常压 | 常压 | 常压 |
供暖面积／m2 | 6 000 | ( ) | 12000 |
循环水量／(m3·h－1) | ( ) | 45 | 60 |
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?
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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)。
音名 | 中央C 1 | D 2 | E 3 | F 4 | G 5 | A 6 | B 7 | C l |
唱名(C调) | D0 | Re | Mi | Fa | Sol | La | Si | Do’ |
频率/Hz | 264 | 297 | 330 | 352 | 396 | 440 | 528 | |
弦长 | l | l | l | l | l | l | l |
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
型号 | CWNG 0.7－80／60－AII | CWNG 1.05－80／60－AII | CWNG 1.4－80／60－AII |
功率／MW | ( ) | 1.05 | 1.4 |
容水量／t | 3 | 3.5 | 4 |
耗煤量／(kg·h－1) | 145 | ( ) | 290 |
外型尺寸／m3 | 2.7×1.5×2.9 | 3.0 x 1.5×2 | 3.0×1.9×2.9 |
烟囱尺寸／mm | Φ300×15000 | Φ350×15000 | Φ400×15 000 |
热效率／％ | 75 | 75 | 75 |
出水温度／℃ | 80 | 80 | 80 |
回水温度／℃ | 60 | 60 | 60 |
总重量／t | 5 | 7.5 | 9 |
运行压力 | 常压 | 常压 | 常压 |
供暖面积／m2 | 6 000 | ( ) | 12000 |
循环水量／(m3·h－1) | ( ) | 45 | 60 |
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?
查看习题详情和答案>>近几年，西部地区泥石流灾害频繁，小组调查发现在2003年6～7月间，该地区就发生滑坡泥石流5起，造成50多人死伤、5000多人受灾，部分房屋、公路、桥梁受损．
小张调查了当地的一些生产活动情况，发现如下问题：
| 情况一 | 在倾角超过25°的陡坡上垦荒 |
| 情况二 | 有些人在山上偷猎野生植物 |
| 情况三 | 在河流上游大面积砍伐森林，破坏高山植被 |
| 情况四 | 矿业露天开采，产生的废石、废渣等松散物质随意堆放 |
| 情况五 | 在高山上无序开山炸石 |
由于上述情况
2．如何避免和治理泥石流呢？刚才小组研究的是使石头下滑的力．现在，研究起相反作用的力--摩擦阻力．
（1）小组回忆了以前对摩擦力的探究：
用弹簧测力计沿水平方向拉着一个木块，在不同平面上作
| 表面 | 毛巾 | 棉布 | 木板 |
| 弹簧测力计示数/N | 4.0 | 2.5 | 1.5 |
| 压力/N | 5 | 10 | 15 |
| 弹簧测力计示数/N | 1.5 | 3.0 | 4.5 |
（2）在实际情况中，斜坡所受的压力由石头的重力和山坡倾角决定，无法改变．因此，只能通过改变山坡表面的粗糙程度--在山坡上多植树、保护植被来改变摩擦阻力．请你运用物理研究中的模型法，设计一个模拟实验来验证．
①实验器材：木板斜面（代替山坡），数十枚玻璃棋子（代替石头），数十枚铁钉（代替树木），毛巾（代替植被），水、水管或喷壶（代替洪水或暴雨）．
②实验过程：
a．先将棋子直接摆放在木板斜面上，然后沿斜面自上而下冲水，发现棋子很容易被冲下斜面．
b．
3．小组的进一步讨论：（1）许多公路沿线有泥石流沟，若泥石流爆发时汽车恰好经过，后果将不堪设想．小张设计了一个报警装置，如右图．
①请你替小张介绍它的工作过程：
当泥石流冲垮阻挡墙时，电磁铁电路
②小李认为，山中由于泥石流、暴风雨等产生的巨大声响，会使电铃声听不见．请你进行改进．
改进办法：
（2）若汽车通过泥石流沟需要2s，泥石流速度是10m/s．小张认为：要保证车辆的安全，阻挡墙至少应该距离公路15m．
她的说法是错误的．请你将错误之处找出来，并改正．
（3）作为中学生，我们不能直接去防止和治理泥石流．在现实生活中为了能做一些有益的、力所能及的事情去配合对泥石流的防止和治理工作，小组拟定一份日常行为条约，其中第
| 青岛XX中学初三2班配合治理泥石流日常行为条约 ①爱护树木，不践踏草坪． ②不浪费纸张，利用纸张的反面作草稿纸． ③经常使用一次性筷子和纸杯． ④将废报纸送到回收站． ⑤将废电池单独存放，不随便扔到山上或草坪中． 制定人：小马、小李、小张、小玉 时间：2005年6月 |
近几年，西部地区泥石流灾害频繁，小组调查发现在2003年6～7月间，该地区就发生滑坡泥石流5起，造成50多人死伤、5000多人受灾，部分房屋、公路、桥梁受损．
小张调查了当地的一些生产活动情况，发现如下问题：
| 情况一 | 在倾角超过25°的陡坡上垦荒 |
| 情况二 | 有些人在山上偷猎野生植物 |
| 情况三 | 在河流上游大面积砍伐森林，破坏高山植被 |
| 情况四 | 矿业露天开采，产生的废石、废渣等松散物质随意堆放 |
| 情况五 | 在高山上无序开山炸石 |
由于上述情况______和情况______等活动产生许多松动的石头．这些松动的石头在斜坡上受到暴雨或洪水施加的向下推力后，就发生下滑现象．小马画出了石头在斜坡上的受力示意图，图中有2 处不完整，请你在原图中补画完整．
2．如何避免和治理泥石流呢？刚才小组研究的是使石头下滑的力．现在，研究起相反作用的力--摩擦阻力．
（1）小组回忆了以前对摩擦力的探究：
用弹簧测力计沿水平方向拉着一个木块，在不同平面上作______运动，得到如下实验记录：
| 表面 | 毛巾 | 棉布 | 木板 |
| 弹簧测力计示数/N | 4.0 | 2.5 | 1.5 |
| 压力/N | 5 | 10 | 15 |
| 弹簧测力计示数/N | 1.5 | 3.0 | 4.5 |
（2）在实际情况中，斜坡所受的压力由石头的重力和山坡倾角决定，无法改变．因此，只能通过改变山坡表面的粗糙程度--在山坡上多植树、保护植被来改变摩擦阻力．请你运用物理研究中的模型法，设计一个模拟实验来验证．
①实验器材：木板斜面（代替山坡），数十枚玻璃棋子（代替石头），数十枚铁钉（代替树木），毛巾（代替植被），水、水管或喷壶（代替洪水或暴雨）．
②实验过程：
a．先将棋子直接摆放在木板斜面上，然后沿斜面自上而下冲水，发现棋子很容易被冲下斜面．
b．______．
3．小组的进一步讨论：
（1）许多公路沿线有泥石流沟，若泥石流爆发时汽车恰好经过，后果将不堪设想．小张设计了一个报警装置，如右图．
①请你替小张介绍它的工作过程：
当泥石流冲垮阻挡墙时，电磁铁电路______，电磁铁______，铁块______，电铃电路______，电铃发出警示声，警告过路车辆注意．
②小李认为，山中由于泥石流、暴风雨等产生的巨大声响，会使电铃声听不见．请你进行改进．
改进办法：______．
（2）若汽车通过泥石流沟需要2s，泥石流速度是10m/s．小张认为：要保证车辆的安全，阻挡墙至少应该距离公路15m．
她的说法是错误的．请你将错误之处找出来，并改正．
（3）作为中学生，我们不能直接去防止和治理泥石流．在现实生活中为了能做一些有益的、力所能及的事情去配合对泥石流的防止和治理工作，小组拟定一份日常行为条约，其中第______条有问题，不符合该条约的制定目的．
| 青岛XX中学初三2班配合治理泥石流日常行为条约 ①爱护树木，不践踏草坪． ②不浪费纸张，利用纸张的反面作草稿纸． ③经常使用一次性筷子和纸杯． ④将废报纸送到回收站． ⑤将废电池单独存放，不随便扔到山上或草坪中． 制定人：小马、小李、小张、小玉 时间：2005年6月 |
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