2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛试题
2011年第21届全国初中应用物理知识竞赛复赛试卷
2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛复赛试卷一、解答题（共6小题，满分100分）1．（16分）（2012•河北区二模）测定患者的血沉，是医学上用来帮助医生对病情作出正确判断的一种手段．把新鲜的血液，加入抗凝剂，静置一定时间后形成抗凝血后，红血球即从血浆中分离出来而下沉．设抗凝血是由红血球和血浆组成的悬浮液，血浆的密度ρ0≈1.0×103kg/m3，红血球的密度ρ≈1.3×103kg/m3．将抗凝血放进竖直放置的血沉管内，红血球起初在血浆中加速下沉，然后一直匀速下沉，其匀速下沉的速度称为”血沉”．正常人血沉的值大约是v=12mm/h．如果把红血球近似看作半径为R的小球，它在血浆中下沉时所受的粘滞阻力为f=6πηRν，在室温下η=1.8×10﹣3Pa•s，已知V球=R3，试根据以上信息解答下列问题：（1）红血球在血浆中为什么先加速下沉、后一直匀速下沉？（2）计算红血球半径的大小．2．（16分）（2014•江阴市校级三模）为了推进环保和节能理念的实施，某公司开发生产了“风光互补路灯”，该路灯只需要晒晒太阳吹吹风就能工作，如图l所示．它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆备时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用．为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止，放电余留20%左右即停止电能输出．，在这种情况下，将蓄电池的电量由20%充至90%需多长时间？（2）如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W/m2，要想太阳能电池的最大功率达到36W，太阳能电池板的面积至少要多大？（3）若遇到阴天无风的天气，仅靠蓄电池供电，最多可供灯具正常发光多长时间？3．（16分）（2012•江阴市校级二模）电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具，如图所示．其主要结构就是在原来的普通自行车的基础上，增加了电动机及供电、传动设备，它可以电动骑行，亦可以脚踏骑行．电动骑行时，蓄电池为车上的电动机供电，电动机为车提供动力；脚踏骑行时，与普通白行车相同．再列举三处应用物理知识进行设计的事例．示例：电动自行车的车座大而扁平，可减小压强．答：A B C（2）当一个初三学生骑着电动自行车在平直的公路上匀速行驶时，轮胎与地面的总接触面积约为40cm2，此时路面受到的压强约为多大？（3）电动自行车以额定功率行驶时通过电动机线圈的电流是多大？（4）蓄电池充足电后储存的能量是多少？（5）在蓄电池充足电后为电动机供电的过程中，当把储存能量的80%提供给电动机后就应进行充电．若电动机工作时将电能转化为对自行车输出机械能的效率为75%，电动自行车在平直的公路上匀速行驶时受到的阻力为30N，则蓄电池充一次电最多能完全依靠储存的电能连续行驶多远？（6）从环保的角度来看，与摩托车相比，电动自行车有什么优缺点？（各列举一条）4．（16分）家用燃气快速热水器（如图1所示）是一种方便、快捷且不受天气影响的洗浴设备．下表为某品牌家用燃气快速热水器的主要技术数据．已知天然气的热值为8×107J/m3，水的比热容为4.2x103J/（kg．℃）．（1）为安全使用此热水器，机体上印有一些警告，其中一条是这样说的：“气温低于0℃时，用后请打开放水塞，放尽机体内存水，再拧紧…”．请解释为什么要这样做？（2）试求该型号家用燃气快速热水器正常工作时的烧水效率．（3）若在额定产热水能力下进行淋浴，一次淋浴总计加热时间为20min，则此次淋浴至少需消耗多少天然气？（4）为防止燃气热水器在无水或水压过低时“干烧”，技术人员设计了很多种“水气联动”装置，实现通常所说的“水到气到”．图2就是其中一种“水气联动”装置的原理图，你能看出它的工作原理吗？请简述它是如何利用“水到”来控制“气到”的．（5）为了防止热水器工作过程中加热火焰意外熄灭导致燃气泄漏，技术人员设计了“火灭断气”的装置．如图3所示为一种“火灭断气”装置的原理图，请根据这个原理图，简述它是怎5．（18分）小芳家里新买了一台电热水器，从“用户手册”中，她获得了以下资料，请根据这些资料完成相应的计算：的部分数据，请估算L形挂钩受到的最大向下拉力F及对应此时膨胀螺钉与承重墙体间的摩擦力f．（2）这台热水器共有三挡加热功率，销售人员曾介绍说：热水器内部有两个加热管．请你根据销售人员的介绍，猜测并画出内部加热电路的主要结构（简化的等效电路图）．然后依据你的猜想，计算出每个加热管的电阻值．（3）产品说明书上标明：当达到设定温度，停止加热后，如果水温降到低于设定温度4℃时，热水器将自动以设置功率将桶内的水加热至设定温度，如此反复直至手动停止加热．小芳想到了国家提倡的峰谷电价制度的有关规定：2011年起，本地的分时电价为：峰时段（08：00～22：00）0.6元/度，谷时段（22：00～次日08：00）0.3元/度．她想，如果每天下午6点洗浴时需要把20℃的冷水加热至50℃，可以下午直接加热，也可以早晨8点前加热好，让热水器自动保温至下午6点，哪种方式更省钱呢？为此她利用热水器提供的测温功能测量了水温从50℃降至46℃需要190分钟，已知c水=4.2×103J/（kg•℃），请帮她通过计算做出哪种方式更省钱的判断．6．（18分）电动木工机械的发明和应用大大地降低了木工的劳动强度，且大幅度地提高了劳动效率．木工圆锯机就是一种常见的用来锯切木料的电动木工机械．如图1所示为某型号电动木工圆锯机，其主要结构如图2所示．它采用电动机作为动力，通过皮带传动的方式带动与圆形锯盘共轴安装的皮带轮，从而带动周边有齿的圆形锯盘高速转动以锯开木料．它的（1）小明仔细观察圆形锯盘后发现，圆形锯盘的周边除了有齿外，还开有图9所示的很深的缝，缝的底端打有一个小圆孔，锯齿部分还比锯盘部分稍厚一些．请你从物理学的角度说说这样做的道理．（2）该型号电动木工圆锯机正常工作时，图8中的哪一侧皮带上的拉力较大？并说明你做出判断的理由．（3）若测得与圆形锯盘共轴安装的皮带轮的直径为9.2cm，电动机的皮带轮的直径为11.0cm．电动机满负荷工作时配套电动机输出机械能的效率为90%，则此时皮带上较大的拉力与较小的拉力的差值是多大？（40若将皮带传动的效率看作100%，共轴传动的摩擦损耗不计．试估算该型号电动木工圆锯机安装最大锯盘正常工作时，圆形锯盘所受到的木料的阻力是多大？2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛复赛试卷参考答案与试题解析一、解答题（共6小题，满分100分）1．（16分）（2012•河北区二模）测定患者的血沉，是医学上用来帮助医生对病情作出正确判断的一种手段．把新鲜的血液，加入抗凝剂，静置一定时间后形成抗凝血后，红血球即从血浆中分离出来而下沉．设抗凝血是由红血球和血浆组成的悬浮液，血浆的密度ρ0≈1.0×103kg/m3，红血球的密度ρ≈1.3×103kg/m3．将抗凝血放进竖直放置的血沉管内，红血球起初在血浆中加速下沉，然后一直匀速下沉，其匀速下沉的速度称为”血沉”．正常人血沉的值大约是v=12mm/h．如果把红血球近似看作半径为R的小球，它在血浆中下沉时所受的粘滞阻力为f=6πηRν，在室温下η=1.8×10﹣3Pa•s，已知V球=R3，试根据以上信息解答下列问题：（1）红血球在血浆中为什么先加速下沉、后一直匀速下沉？（2）计算红血球半径的大小．0ρρRρRv+R=v=12mm/h=2．（16分）（2014•江阴市校级三模）为了推进环保和节能理念的实施，某公司开发生产了“风光互补路灯”，该路灯只需要晒晒太阳吹吹风就能工作，如图l所示．它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆备时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用．为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止，放电余留20%左右即停止电能输出．（1）当风速为6.0m/s时，风力发电机的输出功率将变为50W，在这种情况下，将蓄电池的电量由20%充至90%需多长时间？（2）如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W/m2，要想太阳能电池的最大功率达到36W，太阳能电池板的面积至少要多大？（3）若遇到阴天无风的天气，仅靠蓄电池供电，最多可供灯具正常发光多长时间？t=计算时间；t=计算时间．t====3．（16分）（2012•江阴市校级二模）电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具，如图所示．其主要结构就是在原来的普通自行车的基础上，增加了电动机及供电、传动设备，它可以电动骑行，亦可以脚踏骑行．电动骑行时，蓄电池为车上的电动机供电，电动机为车提供动力；脚踏骑行时，与普通白行车相同．再列举三处应用物理知识进行设计的事例．示例：电动自行车的车座大而扁平，可减小压强．答：A电动自行车的轮胎上有凹凸不平的花纹，可增大摩擦B车把手有花纹，可增大摩擦C脚踏板上有花纹，可增大摩擦（2）当一个初三学生骑着电动自行车在平直的公路上匀速行驶时，轮胎与地面的总接触面积约为40cm2，此时路面受到的压强约为多大？（3）电动自行车以额定功率行驶时通过电动机线圈的电流是多大？（4）蓄电池充足电后储存的能量是多少？（5）在蓄电池充足电后为电动机供电的过程中，当把储存能量的80%提供给电动机后就应进行充电．若电动机工作时将电能转化为对自行车输出机械能的效率为75%，电动自行车在平直的公路上匀速行驶时受到的阻力为30N，则蓄电池充一次电最多能完全依靠储存的电能连续行驶多远？（6）从环保的角度来看，与摩托车相比，电动自行车有什么优缺点？（各列举一条）I===2.25 =5A=4．（16分）家用燃气快速热水器（如图1所示）是一种方便、快捷且不受天气影响的洗浴设备．下表为某品牌家用燃气快速热水器的主要技术数据．已知天然气的热值为8×107J/m3，水的比热容为4.2x103J/（kg．℃）．（1）为安全使用此热水器，机体上印有一些警告，其中一条是这样说的：“气温低于0℃时，用后请打开放水塞，放尽机体内存水，再拧紧…”．请解释为什么要这样做？（2）试求该型号家用燃气快速热水器正常工作时的烧水效率．（3）若在额定产热水能力下进行淋浴，一次淋浴总计加热时间为20min，则此次淋浴至少需消耗多少天然气？（4）为防止燃气热水器在无水或水压过低时“干烧”，技术人员设计了很多种“水气联动”装置，实现通常所说的“水到气到”．图2就是其中一种“水气联动”装置的原理图，你能看出它的工作原理吗？请简述它是如何利用“水到”来控制“气到”的．（5）为了防止热水器工作过程中加热火焰意外熄灭导致燃气泄漏，技术人员设计了“火灭断气”的装置．如图3所示为一种“火灭断气”装置的原理图，请根据这个原理图，简述它是怎得到燃烧的天然气；====0.24m5．（18分）小芳家里新买了一台电热水器，从“用户手册”中，她获得了以下资料，请根据这些资料完成相应的计算：的部分数据，请估算L形挂钩受到的最大向下拉力F及对应此时膨胀螺钉与承重墙体间的摩擦力f．（2）这台热水器共有三挡加热功率，销售人员曾介绍说：热水器内部有两个加热管．请你根据销售人员的介绍，猜测并画出内部加热电路的主要结构（简化的等效电路图）．然后依据你的猜想，计算出每个加热管的电阻值．（3）产品说明书上标明：当达到设定温度，停止加热后，如果水温降到低于设定温度4℃时，热水器将自动以设置功率将桶内的水加热至设定温度，如此反复直至手动停止加热．小芳想到了国家提倡的峰谷电价制度的有关规定：2011年起，本地的分时电价为：峰时段（08：00～22：00）0.6元/度，谷时段（22：00～次日08：00）0.3元/度．她想，如果每天下午6点洗浴时需要把20℃的冷水加热至50℃，可以下午直接加热，也可以早晨8点前加热好，让热水器自动保温至下午6点，哪种方式更省钱呢？为此她利用热水器提供的测温功能测量了水温从50℃降至46℃需要190分钟，已知c水=4.2×103J/（kg•℃），请帮她通过计算做出哪种方式更省钱的判断．R=f==690N==≈=6．（18分）电动木工机械的发明和应用大大地降低了木工的劳动强度，且大幅度地提高了劳动效率．木工圆锯机就是一种常见的用来锯切木料的电动木工机械．如图1所示为某型号电动木工圆锯机，其主要结构如图2所示．它采用电动机作为动力，通过皮带传动的方式带动与圆形锯盘共轴安装的皮带轮，从而带动周边有齿的圆形锯盘高速转动以锯开木料．它的（1）小明仔细观察圆形锯盘后发现，圆形锯盘的周边除了有齿外，还开有图9所示的很深的缝，缝的底端打有一个小圆孔，锯齿部分还比锯盘部分稍厚一些．请你从物理学的角度说说这样做的道理．（2）该型号电动木工圆锯机正常工作时，图8中的哪一侧皮带上的拉力较大？并说明你做出判断的理由．（3）若测得与圆形锯盘共轴安装的皮带轮的直径为9.2cm，电动机的皮带轮的直径为11.0cm．电动机满负荷工作时配套电动机输出机械能的效率为90%，则此时皮带上较大的拉力与较小的拉力的差值是多大？（40若将皮带传动的效率看作100%，共轴传动的摩擦损耗不计．试估算该型号电动木工圆锯机安装最大锯盘正常工作时，圆形锯盘所受到的木料的阻力是多大？V=就可求出皮带的运行速度F===8.17m/s≈===75.9N参与本试卷答题和审题的老师有：fhp826；china；山东张洪霞；wdsxg；刘伟（排名不分先后）菁优网2015年10月22日。
2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛复赛考试试题
2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛复赛试题注意事项：1．请在密封线内填写所在地区、学校、姓名和考号。
2．用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。
3．本试卷共有六个大题，满分为100分。
4．答卷时间：2011年4月17日(星期日)上午9：30～11：10。
一、(16分)测定患者的血沉，是医学上用来帮助医生对病情作出正确判断的一种手段。
把新鲜的血液，加入抗凝剂，静置一定时间后形成抗凝血后，红血球即从血浆中分离出来而下沉。
设抗凝血是由红血球和血浆组成的悬浮液，血浆的密度ρ0≈1. 0×103kg/m 3，红血球的密度ρ≈1.3×103kg/m 3。
将抗凝血放进竖直放置的血沉管内，红血球起初在血浆中加速下沉，然后一直匀速下沉，其匀速下沉的速度称为“血沉”。
正常人血沉的值大约是ν=12mm ／h 。
如果把红血球近似看作半径为R 的小球，它在血浆中下沉时所受的粘滞阻力为6f R πην=，在室温下η=1.8×10-3Pa ﹒s ，已知343V R π=球，试根据以上信息解答下列问题：1．红血球在血浆中为什么先加速下沉后一直匀速下沉?2．计算红血球半径的大小。
二、(16分)为了推进环保和节能理念的实施，某公司开发生产了“风光互补路灯”，该路灯只需要晒晒太阳吹吹风就能工作，如图l 所示。
它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆备时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用。
为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90％左右即停止，放电余留20％左右即停止电能输出。
20％充至90％需多长时间?2．如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W ／m 2，要想太阳能电池的最大功率达到36W ，太阳能电池板的面积至少要多大?3．若遇到阴天无风的天气，仅靠蓄电池供电，最多可供灯具正常发光多长时间?三、(16分)电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具，如图2所示。
2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛复赛试卷参考答案与试题解析
2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛复赛试卷参考答案与试题解析1、分析：（1）先对红血球进行受力分析，然后比较红血球受到竖直向上和竖直向下合力的大小确定红血球的运动状态；（2）先表示出红血球受到的浮力和重力，然后根据红血球在血浆中匀速下沉时，受到平衡力作用的等价关系，化简得出R的表达式，然后将已知条件代入式中即可求得．解答：解：（1）红血球在血浆中下沉时，受到竖直向下的重力和竖直向上的粘滞阻力和浮力；红血球由静止开始下沉时，速度很小，根据f=6πηRv可知，所受的粘滞阻力也非常小，由于血浆的密度ρ0小于红细胞的密度ρ，红血球受到的浮力小于重力，所以开始f+F浮＜G，红血球会加速下沉，随着红血球下沉速度变大，粘滞阻力增大，当f+F浮=G时，红血球就会匀速下沉．（2）当红血球在血浆中匀速下沉时，受到平衡力作用，因此有：f+F浮=G；F浮=ρ0V排g=ρ0R3g=ρ0gR3，G=mg=ρV排g=ρR3g=ρgR3，∵f=6πηRv∴6πηRv+ρ0gR3=ρgR3即R=已知：g=10N/kg，η=1.8×10﹣3Pa﹒s，v=12mm/h=×10﹣5m/s，ρ0≈1.0×103kg/m3，ρ≈1.3×103kg/m3代入上式得：R==3×10﹣6m．答：红血球半径的大小3×10﹣6m．2、分析：（1）已知蓄电池的容量和输出功率，利用t=计算时间；（2）已知太阳能的转换效率和太阳辐射最大强度及需要达到的最大功率，利用效率公式计算得出面积；（3）已知蓄电池的容量和灯泡的功率，利用t=计算时间．解答：解：（1）蓄电池的容量：W=12V×500A•h×（90%﹣20%）=12V×500A×3600s×（90%﹣20%）=1.512×107J；需要的时间：t===302400s=84h；（2）电池板面积：S===1m2；（3）为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止，放电余留20%左右即停止电能输出，与（1）蓄电池的电量由20%充至90%相符，即蓄电池的容量相等，故可供灯具发光时间：t灯===189000s=52.5h．答：（1）将蓄电池的电量由20%充至90%需84h；（2）太阳能电池板的面积至少要1m2；（3）最多可供灯具正常发光52.5h．3、分析：（1）根据影响滑动摩擦力的大小因素，从增大和减小摩擦的知识点去分析即可．（2）估计中学生的质量大约为50kg，电动自行车对地面的压力等于中学生和电动车的重力之和，利用G=mg求出其大小，再根据压强公式求出对地面的压强．（3）根据表格中数据可知额定功率和额定电压，根据I=求出额定电流．（4）已知正常工作电压和容量，根据W=UIt求出蓄电池一次充足电可储存的能量；（5）根据电动自行车行驶克服阻力做功为W=fs，因蓄电池储存能量的80%提供给电动机，电动机工作时将电能转化为对自行车输出机械能的效率为75%，用于电动自行车行驶克服阻力做功，即W×80%×75%=fs，就可以求出电动车行驶的路程S．（6）电动自行车相对于内燃机来说，减少了尾气和热量的排放，以及噪声的污染但蓄电池使用寿命短且废弃后会环境有污染．解答：解：（1）电动自行车的构造上蕴含着丰富的物理知识：①电动自行车的轮胎上有凹凸不平的花纹，可增大摩擦；②车把手有花纹，可增大摩擦；③脚踏板上有花纹，可增大摩擦；④车把的构造是轮轴，省力；⑤车轮是圆形的，滚动摩擦比滑动摩擦小．故答案为：A、电动自行车的轮胎上有凹凸不平的花纹，可增大摩擦；B、车把手有花纹，可增大摩擦；C、脚踏板上有花纹，可增大摩擦．（2）假设汽车人的质量约为50kg，人骑车时对地面的压力为人和车的重力之和，则路面受到的压强：P====2.25×105Pa答：路面受到的压强大约2.25×105Pa．（3）电动自行车额定工作下的电流：I===5A答：电动自行车以额定功率行驶时通过电动机线圈的电流是5A．（4）蓄电池储存的电能：W=UIt=48V×12A×3600s=2.07×106J．答：蓄电池充足电后储存的能量是2.07×106J．（5）因为电动自行车匀速行驶，所以f=F，据题意可得：W×80%×75%=fs∴S===4.14×104m答：蓄电池充一次电最多能完全依靠储存的电能连续行驶4.14×104m．（6）优点：不会排放尾气、噪音小；缺点：蓄电池一般使用一定时间后就需更换，废弃后的电池易污染环境．4、分析：（1）水的凝固点是0℃，水在结冰过程中体积会膨胀；（2）已知热水器的额定热负荷和1min，可以得到在此时间产生的热量Q；已知1min加热水的体积，可以得到1min加热水的质量；已知水的质量、比热和升高的温度，可以得到吸收的热量；已知水吸收的热量和热水器产生的热量，两者之比就是热水器的烧水效率；（3）已知热水器的额定热负荷和淋浴时间，可以得到在此时间产生的热量Q淋；已知需要的热量和天然气的热值，利用V=得到燃烧的天然气；（4）水箱中进水时，对膜片有向左的压力，压力足够大时，弹簧被压缩，燃气阀门打开，热水器供热；反之燃气阀门关闭；（5）物体具有热胀冷缩的性质，但不同物体的热膨胀程度不同，双金属片就是两片热膨胀程度相差很大的金属片铆合而成．解答：解：（1）气温低于0℃时，使用后的热水器中残存的水会结冰．水结冰后，密度变小，体积膨胀，很容易把热水器胀破．所以，气温低于0℃时，用后需要打开放水塞，放尽机体内存水，再拧紧；（2）热水器正常工作1min，产生的热量为Q=Pt=16×103W×60s=9.6×105J1min内加热水的质量为m=ρV=1.0×103kg/m3×8×10﹣3m3=8kg这些水吸收的热量为Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×8kg×25℃=8.4×105J热水器的烧水效率为η===87.5%；答：热水器的烧水效率为87.5%；（3）一次淋浴需要的热量为Q淋=Pt淋=16×103W×1200s=1.92×107J需要完全燃烧的天然气的体积为V气===0.24m3；答：一次淋浴需要完全燃烧0.24m3的天然气；（4）当进水口处有水压时，膜片的右面就会受到向左的压力，克服弹簧的弹力向左推动阀杆，打开进气阀门使燃气接入主火管道；反之，如果此时的水压很小或者无水，则膜片受到的向左的压力就会减小甚至消失，燃气阀门就会在弹簧的压力下向右移动而关闭，停止进气；（5）火焰燃烧时，双金属片外侧的金属温度升高时膨胀的更多，双金属片向下弯曲，推动燃气阀门打开；如果因为意外的原因使火焰熄灭，双金属片的温度降低，外侧金属收缩的更多，双金属片向上伸直，拉动燃气阀门关闭，防止燃气外泄．5、分析：（1）用铭牌可知电热水器的净重和容积，根据m=ρV和G=mg求出电热水器的总重，然后对静止的热水器受力分析，根据二力平衡条件可知竖直方向对L形挂钩向下的拉力；以悬挂架下端为轴，可以把热水器看成杠杆，根据杠杆的平衡条件求出电热水器上端所受的水平向左的拉力即膨胀螺钉所受的摩擦力．（2）这台热水器共有三挡加热功率且最大功率等于剩余两功率之和据此可以猜想两电热管并联，据此画出等效电路图；根据R=分别求出两加热管的电阻．（3）忽略加热过程的热损失，根据W=Q=cm△t求出直接加热消耗的电能，并求出下午加热支出的电费；先求出早晨8点前加热支出的电费，再根据W=Q=cm△t求出加热升温4℃所需电能和最大功率加热时的时间，因时间很小可以忽略不计；降低4℃所需时间为190min，至下午6点共需要三次加热，进一步求出三次消耗的电能和支出的电费，总电费等于这两者之和；然后比较这中方案支出的电费即可判断那种更经济．解答：解：（1）电热水器的总重：G总=m电g+ρ水gV=19×10N/kg+1.0×103kg/m3×50×10﹣3m3×10N/kg=690N，电热水器挂在L形挂钩上时，其受力情况如下：挂钩竖直方向：向上的拉力F和向下电热水器的总重G总，水平方向：向右的支持力和向左膨胀螺钉的拉力，此时膨胀螺钉受到的拉力和摩擦力是一对平衡力；因电热水器静止，所以沿竖直方向二力平衡，因此对L形挂钩向下的拉力F=G=690N；因L形挂钩静止，电热水器上端所受的水平向左的拉力等于膨胀螺钉所受的摩擦力；以悬挂架下端为轴，把热水器看成杠杆，则根据杠杆的平衡条件可得fD=G总C，f===690N．（2）由热水器的三档位的数值关系猜测得热水器加热部分的等效电路图如下图所示：其中加热管R1的额定功率为1000W，电热管R2的额定功率为1500W；加热管的电阻分别为：R1===48.4Ω，R2==≈32.3Ω．（3）①忽略加热过程的热损失，直接加热消耗的电能为：W1=Q1=cm△t1=4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（50℃﹣20℃）=6.3×106J=1.75KW•h，下午加热的电费支出为：0.6元/KW•h×1.75KW•h=1.05元；②早晨8点前加热，电费支出为：0.3元/KW•h×1.75KW•h=0.525元；加热升温4℃所需电能：W2=Q2=cm△t2=4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（50℃﹣46℃）=8.4×105J，加热升温4℃所需时间（设加热功率为2500W）t1===336s=5.6min，（这段加热时间可以忽略不计）降低4℃所需时间为190min，至下午6点共需要三次加热，消耗电能：W3=3W2=3×8.4×105J=2.52×106J=0.7KW•h，电费支出：0.6元/KW•h×0.7KW•h=0.42元；总支出：0.525元+0.42元=0.945元，所以，第二方案更省钱．答：（1）L形挂钩受到的最大向下拉力为690N，此时膨胀螺钉与承重墙体间的摩擦力为690N．（2）内部加热电路的主要结构如上图所示，每个加热管的电阻值分别为48.4Ω、32.3Ω．（3）第二方案更省钱．6、分析：（1）影响摩擦力大小的因素有两个：压力和接触面的粗糙程度，锯盘锯木料时，要尽量减少锯盘与木料之间的摩擦力．（2）分析锯盘的转动方向，从而得出电动机的皮带轮转动方向，皮带轮拉动哪侧的皮带，哪侧的拉力就越大．（3）已知电动机皮带轮的半径，求出其周长S；再根据转速求出转一转所用的时间t，根据V=就可求出皮带的运行速度V．根据“电动机满负荷工作时配套电动机输出机械能的效率为90%”求出输出的机械功率，再根据F=计算出皮带上较大的拉力与较小的拉力的差值．（4）把皮带轮所受拉力的情况可等效为左侧皮带拉力为0N，右侧带拉力为330N，设圆形锯盘所受木料的阻力为F1，结合轮轴的公式进行求解．解答：解：（1）①锯齿部分比锯盘部分稍厚一些，木料的锯切口的宽度就会比锯盘厚度略大一点，这就可以有效的减少锯开的木料对锯盘盘面的压力，从而减少木料对锯盘盘面的摩擦阻力；②锯齿部分比锯盘部分稍厚一些，再加上锯盘周边所开的缝及缝的底端所打的孔，这就保证了锯开的木料与锯盘盘面之间的缝隙能够时时充满空气，从而避免受到因大气压把锯开的木料紧紧压在锯盘盘面上而造成的对锯盘盘面间的摩擦阻力；③被锯开的木料与锯盘盘面之间随时充入空气，有利于锯盘散热．（2）右侧皮带上的拉力较大．由锯盘上的锯齿形状及分布情况可以看出，圆形锯盘在锯木头时应该顺时针转动，那么，与圆形锯盘共轴安装的皮带轮也应该顺时针转动；由此可以推知，电动机的皮带轮也应该顺时针转动；所以，电动机的皮带轮应该拉右侧的皮带而不拉左侧的皮带；因此，右侧皮带上的拉力应该大于左侧皮带上的拉力．（3）电动机满负荷正常工作时皮带的运行速度：V===8.17m/s，电动机满负荷工作时配套电动机输出机械能的效率为90%：P输出=3000W×90%=2700W；左右两侧皮带上的拉力之差（即电动机输出的驱动力）为：F==≈330N；答：皮带上较大的拉力与较小的拉力的差值是330N．（4）皮带轮所受拉力的情况可等效为左侧皮带拉力为0N，右侧带拉力为330N；皮带传动的效率为100%．不计其轴转动的摩擦损耗，设圆形锯盘所受木料的阻力为F1，由轮轴公式得：==则：F1===75.9N．答：圆形锯盘所受到的木料的阻力是圆75.9N．。
第二十一届（2011年）全国初中物理竞赛试题-完整版
2011年第二十—届全国初中应用物理竞赛试题一、本题共10小题，每小题2分，共20分。
以下各小题给出的四个选项中只有一个是正确的, 把正确选项前面的字母填在题后的括号内。
1.目前，很多汽车的驾驶室里都有一个叫做GPS （全球卫星定位系统）接收器的装置。
GPS 接收器 通过接收卫星发射的导航信号，实现对车辆的精确定位并导航。
卫星向GPS 接收器传送信息依靠 的是 （）A.红外线B.紫外线C.电磁波D.激光于这两种方法比较省力勺是（）A.图甲朗方法比较省力。
法比较省力。
列说法中2.图1为工人师傅用于推车运送纯净水的 图片，对法中哪种方的判断，下B.图乙的方C.图甲和图乙两种方法所用力的大小相等。
D.无法判断。
图33. 如图2所示，教室里的天花板下面装有多挡位吊扇， 当吊扇正常工作时，对于吊扇对天花板的拉力大小与其重力大小的判断，下列说法中正确的是（）A. 吊扇在高挡位工作时，拉力等于重力。
B. 吊扇在低挡位工作时，拉力大于重力。
C. 电扇在任意挡位工作时，拉力等于重力。
D. 电扇在任意挡位工作时，拉力小于重力。
4. 在学校的田径运动会上，小亮注意到发令台上有一块“板子”，如图3所示：关于这块板子的作用，他做了如下猜想，其中正确的是（）A.主要用来反射发令枪的枪声，所以必须正对着终点计时裁判的方向。
B.主要用来衬托发令枪冒出的白烟，所以应该是深色或黑色的。
C.主要用来减弱噪声，所以要把它放在看台和发令枪之间OD.主要用来遮阳，所以要把它放在裁判员的头的上方。
5.随着我国航天员在轨道舱内停留时间的增加，在轨道舱内进行体育锻炼必将成为航天员需要完成的一项重要工作；下列适合航天员在轨道舱中进行体育锻炼的运动项目是（）A.举哑铃B.跳绳C.踢毯子D.拉弹簧拉力器6.动车组列车进站前的减速过程分为两个阶段进行:第一阶段采用“再生刹车”技术，速度从250km/h减至90km/h,这期间停止动力供给，列车依靠惯性继续前行，并带动发电机发电：第二阶段采用机械刹车，速度从90km/h开始不断减小直至停止：关于列车进站过程中的能量转化,下列说法中正确的是（）A.第一阶段减小的动能全部转化为电能，即电能等于减小的动能。
2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛试题
第二十一届全国初中应用物理竞赛试题（中考可能原题考到）2.图1为工人师傅用于推车运送纯净水的图片，对于这两种方法中哪种方法比较省力的判断，下列说法中与其重力大小的判断，下列说法中准确的是（D ）A.吊扇在高挡位工作时，拉力等于重力。
B.吊扇在低挡位工作时，拉力大于重力。
C.电扇在任意挡位工作时，拉力等于重力。
D.电扇在任意挡位工作时，拉力小于重力。
4.在学校的田径运动会上，小亮注意到发令台上有一块“板子”，如图3所示；关于这块板子的作用，他做了如下猜想，其中准确的是（B ）A.主要用来反射发令枪的枪声，所以必须正对着终点计时裁判的方向。
B.主要用来衬托发令枪冒岀的白烟，所以应该是深色或黑色的。
C.主要用来减弱噪声，所以要把它放在看台和发令枪之间。
D.主要用来遮阳，所以要把它放在裁判员的头的上方。
二、简答下列各题（每题5分，共30分）1.警用弓弩因其发射时无光、声音小等特点，被广泛应用于反恐，如图7甲所示。
图7乙和丙为两种配有不同瞄准装置的弩，它们可用来发射箭和钢珠，并配有手柄、肩托等辅助设备弩弦的拴绕使用了滑轮可有效地减小体积。
请观察它的结构，并分析它的使用过程，其中用到了哪些物理知识？准确的是（A）3.如图2所示，教室里的天花板下面装有多挡位吊扇，当吊扇正常工作时，对于吊扇对天花板的拉力大小L <5#>①爭柄上有花tt；大廉1»・②OfflKt诫小空FBI力.③弓餉或轉珠再幵腎弦启甌馳湖城小受力面籾囂大压薪®利用歸的弾力第粗甌将押性势能转化为动©fflfti媳大受力血稅・减小用强.光的・⑧光学畸准it也的折射扯的a at ft si, 儀箭时程力.放餉时2.很多轿车后窗玻璃的内壁上都平行地贴有若干条很窄的金属膜，如图8所示。
驾驶员能够通过开关对其实行控制，当通电时这些金属膜会发热。
请回答这些金属膜的主要作用是什么图邑I0斜氣靛脚越瓣内麵上的小水訊加小咪曲犹般仏删黠IW 斛緬咖細轍•俯硼财難帥联俪輛砒曲3.图9中的甲、乙两图是同一把平放在一张白纸上的透明刻度尺正放和反放的照片，图9丙是其沿刻度线方向的横截面图。
2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛复赛试题
2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛复赛试题注意事项：1．请在密封线内填写所在地区、学校、姓名和考号。
2．用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。
3．本试卷共有六个大题，满分为100分。
4．答卷时间：2011年4月17日(星期日)上午9：30～11：10。
一、（16分）测定患者的血沉，是医学上用来帮助医生对病情作出正确判断的一种手段。
把新鲜的血液，加入抗凝剂，静置一定时间后形成抗凝血后，红血球即从血浆中分离出来而下沉。
设抗凝血是由红血球和血浆组成的悬浮液，血浆的密度ρ0≈1.0×103kg/m 3，红血球的密度ρ≈1.3×103kg/m 3。
将抗凝血放进竖直放置的血沉管内，红血球起初在血浆中加速下沉，然后一直匀速下沉，其匀速下沉的速度称为”血沉”。
正常人血沉的值大约是v=12mm/h 。
如果把红血球近似看作半径为R 的小球，它在血浆中下沉时所受的粘滞阻力为f =6πηR v ，在室温下η=1.8×10-3Pa·s ，已知V 球=34πR 3，试根据以上信息解答下列问题： 1．红血球在血浆中为什么先加速下沉、后一直匀速下沉？ 2．计算红血球半径的大小。
二、（16分）为了推进环保和节能理念的实施，某公司开发生产了 “风光互补路灯”，该路灯只需要晒晒太阳吹吹风就能工作，如图1所示。
它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆备时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用。
为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止，放电余留20%左右即停止电能输出。
下表为某型号风光互补路灯系统配置方案。
问：1．当风速为6.0m/s 时，风力发电机的输出功率将变为50W ，在这种情况下，将蓄电池的电量由20%充至90%需多长时间？2．如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W/m 2，要想太阳能电池的最大功率达到36W ，太阳能电池板的面积至少要多大？题 号 一 二 三 四 五六 总分 分 数复核人得分评卷人风力发电机 太阳能电池组件 最小启动风速 1.0 m/s 太阳能电池 36W 最小充电风速 2.0 m/s 太阳能转换效率 15%最大限制风速 12.0 m/s 蓄电池 500A·h-12V最大输出功率 400 W 大功率LED 路灯 80W-12V 得分 评卷人图13．若遇到阴天无风的天气，仅靠蓄电池供电，最多可供灯具正常发光多长时间？三、（16分）电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具，如图2所示。
2011全国物理竞赛复赛试题及答案
得分 评卷人
图1
1．当风速为 6.0m/s 时，风力发电机的输出功率将变为 50W，在这种情况下，将蓄电池的电量由 20%充 至 90%需多长时间？ 2．如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为 240W/m2，要想太阳能电池的最大功率 达到 36W，太阳能电池板的面积至少要多大？ 3．若遇到阴天无风的天气，仅靠蓄电池供电，最多可供灯具正常发光多长时间？
1．图 6 为安装示意图，安装时要将 L 形挂钩用膨胀螺钉固定在承重墙上，上表是热水器的部分数据， 请估算 L 形挂钩受到的最大向下拉力 F 及 对应此时膨胀 F 承重墙 螺钉与承重墙体间的摩擦力 f。 悬挂孔 L 形挂钩 2．这台热水器共有三挡加热功率，销 售人员曾介绍 E 悬挂架 说：热水器内部有两个加热管。请你根据 销售人员的介 D 绍，猜测并画出内部加热电路的主要结构 （简化的等效 安全阀 出水管 B 进水管 电路图） 。然后依据你的猜想，计算出每个 加热管的电阻 C A 值。 图6 3．产品说明书上标明：当达到设定 温度，停止加 热后，如果水温降到低于设定温度 4℃时，热水器将自动以设置功率将桶内的水加热至设定温度，如此反复 直至手动停止加热。小芳想到了国家提倡的峰谷电价制度的有关规定：2011 年起，本地的分时电价为：峰 时段 (08： 00～ 22： 00)0.6 元 /度，谷时段 (22： 00～次日 08： 00)0.3 元 /度。她想，如果每天下午 6 点洗浴 时需要把 20℃的冷水加热至 50℃，可以下午直接加热，也可以早晨 8 点前加热好，让热水器自动保温至 下午 6 点，哪种方式更省钱呢？为此她利用热水器提供的测温功能测量了水温从 50℃降至 46℃需要 190 分钟，已知 c 水 =4.2× 103J/(kg•℃)，请帮她通过计算做出哪种方式更省钱的判断。
2011年第二十一届全国初中物理竞赛复赛试题【含答案】
2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛复赛试题一、 (16分)测定患者的血沉，是医学上用来帮助医生对病情作出正确判断的一种手段。
把新鲜的血液，加入抗凝剂，静置一定时间后形成抗凝血后，红血球即从血浆中分离出来而下沉。
设抗凝血是由红血球和血浆组成的悬浮液，血浆的密度ρ0≈1．0×103kg/m3，红血球的密度ρ≈1.3×103kg/m3。
将抗凝血放进竖直放置的血沉管内，红血球起初在血浆中加速下沉，然后一直匀速下沉，其匀速下沉的速度称为”血沉”。
正常人血沉的值大约是v=12mm ／h。
如果把红血球近似看作半径为R的小球，它在血浆中下沉时所受的粘滞阻力为4R3，试根据以上信息解答下列问f=6R，在室温下=1．8×10-3Pa﹒s，已知V球=3题：1．红血球在血浆中为什么先加速下沉、后一直匀速下沉?2．计算红血球半径的大小。
二、 (16分)为了推进环保和节能理念的实施，某公司开发生产了“风光互补路灯”，该路灯只需要晒晒太阳吹吹风就能工作，如图l所示。
它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆备时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用。
为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90％左右即停止，放电余留20％左右即停止电能输出。
下表为某型号风光互补路灯系统配置方案。
问：1．当风速为6．0m／s时，风力发电机的输出功率将变为50W，在这种情况下，将蓄电池的电量由20％充至90％需多长时间?2．如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W／m2，要想太阳能电池的最大功率达到36W，太阳能电池板的面积至少要多大?3．若遇到阴天无风的天气，仅靠蓄电池供电，最多可供灯具正常发光多长时间?三、(16分)电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具，如图2所示。
其主要结构就是在原来的普通自行车的基础上，增加了电动机及供电、传动设备，它可以电动骑行，亦可以脚踏骑行。
2011物理竞赛
2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛复赛试题一、(16分)测定患者的血沉，是医学上用来帮助医生对病情作出正确判断的一种手段。
把新鲜的血液，加入抗凝剂，静置一定时间后形成抗凝血后，红血球即从血浆中分离出来而下沉。
设抗凝血是由红血球和血浆组成的悬浮液，血浆的密度ρ0≈1. 0×103kg/m 3，红血球的密度ρ≈1.3×103kg/m 3。
将抗凝血放进竖直放置的血沉管内，红血球起初在血浆中加速下沉，然后一直匀速下沉，其匀速下沉的速度称为“血沉”。
正常人血沉的值大约是ν=12mm ／h 。
如果把红血球近似看作半径为R 的小球，它在血浆中下沉时所受的粘滞阻力为6f R πην=，在室温下η=1.8×10-3Pa ﹒s ，已知343V R π=球，试根据以上信息解答下列问题： 1．红血球在血浆中为什么先加速下沉后一直匀速下沉?2．计算红血球半径的大小。
二、(16分)为了推进环保和节能理念的实施，某公司开发生产了“风光互补路灯”，该路灯只需要晒晒太阳吹吹风就能工作，如图l 所示。
它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆备时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用。
为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90％左右即停止，放电余留20％左右即停止电能输出。
下，将蓄电池的电量由20％充至90％需多长时间?2．如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W ／m 2，要想太阳能电池的最大功率达到36W ，太阳能电池板的面积至少要多大?3．若遇到阴天无风的天气，仅靠蓄电池供电，最多可供灯具正常发光多长时间?三、(16分)电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具，如图2所示。
其主要结构就是在原来的普通自行车的基础上，增加了电动机及供电、传动设备，它可以电动骑行，亦可以脚踏骑行。
电动骑行时，蓄电池为车上的电动机供电，电动机为车提供动力；脚踏骑行时，与普通白行车相同。
2011年 全国初中奥林匹克物理竞赛试题和答案
2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛试题注意事项：1．请在密封线内填写所在地区、学校、姓名和考号。
2．用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。
3．本试卷共有六个大题，满分100分。
4．答卷时间：2011年3月27日（星期日）上午9:30—11:10一、本题共10小题，每小题2分，共20分。
以下各小题给出的四个选项中只有一个是正确的，把正确选项前面的字母填在题后的括号内。
1．目前，很多汽车的驾驶室里都有一个叫做GPS(全球卫星定位系统)接收器的装置。
GPS接收器通过接收卫星发射的导航信号，实现对车辆的精确定位并导航。
卫星向GPS接收器传送信息依靠的是( )A．红外线B．紫外线C．电磁波D．激光2．图1为工人师傅用手推车运送纯净水的图片，对于这两种方法中哪种方法比较省力的判断，下列说法中正确的是( )A．图甲的方法比较省力B．图乙的方法比较省力C．图甲和图乙两种方法所用力的大小相等D．无法判断3．如图2所示，教室里的天花板下面装有多挡位吊扇，当吊扇正常工作时，对于吊扇对天花板的拉力大小与其重力大小的判断，下列说法中正确的是( )A．吊扇在高挡位工作时，拉力等于重力B．吊扇在低挡位工作时，拉力大于重力C．电扇在任意挡位工作时，拉力等于重力D．电扇在任意挡位工作时，拉力小于重力4．在学校的田径运动会上，小亮注意到发令台上有一块“板子”，如图3所示。
关于这块板子的作用，他做了如下猜想，其中正确的是( )A．主要用来反射发令枪的枪声，所以必须正对着终点计时裁判的方向B．主要用来衬托发令枪冒出的白烟，所以应该是深色或黑色的C．主要用来减弱噪声，所以要把它放在看台和发令枪之间D．主要用来遮阳，所以要把它放在裁判员的头的上方5．随着我国航天员在轨道舱内停留时间的增加，在轨道舱内进行体育锻炼必将成为航天员需要完成的一项重要工作。
下列适合航天员在轨道舱中进行体育锻炼的运动项目是( )A．举哑铃B．跳绳C．踢毽子D．拉弹簧拉力器6．动车组列车进站前的减速过程分为两个阶段进行：第一阶段采用“再生刹车”技术，速度从250km／h减至90km／h，这期间停止动力供给，列车依靠惯性继续前行，并带动发电机发电；第二阶段采用机械刹车，速度从90km／h开始不断减小直至停止。