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骑马旅行和风洞

300多年前，《堂·吉诃德》的作者塞万提斯在描写骑士和他的侍从骑着木马旅行时，有这样一段故事：人们对堂·吉诃德说：“请骑在马背上，只要你把马脖子上的套管一扭动，木马就会腾空而起，平平稳稳地把你送到玛朗布鲁诺等待你的地方．不过，为了不使你因高速奔驰而头晕，一定要蒙上你的眼睛才乘坐．”堂·吉诃德和他的侍从上了马，他们的眼睛也蒙了起来．堂·吉诃德摸到了那个套管，用力一扭．堂·吉诃德对侍从说：“我们的旅行开始了！我诅咒，我一生从来没有骑过这样快、这样平稳的马．”侍从说：“是的，我觉得迎面而来的大风，就好像有许多风箱朝我们鼓风一样．”事实上，真的是人们正在用几个巨大的风箱朝着他们鼓风，木马却还呆在原地，一步也没动．塞万提斯是根据运动的相对性原理来编写这段故事的．由运动的相对性原理可知：一个人相对于周围的物体向前运动，和他自己静止不动，周围的物体向后运动，其感觉完全一样．运动的相对性原理，在现代科学技术上有着广泛的应用，研制飞机时，使用的风洞就是根据这个原理设计的．

飞机在高空飞行时，气流对飞机的阻力和升力起着重要的作用．要取得气流与飞机飞行之间联系的数据，本应驾飞机飞行，进行实验．但是，这样做既危险又浪费．于是人们根据相对性原理，把飞机悬吊在大型管道－－风洞中不动，然后让空气从风洞中向后高速流去，以此代替飞机在高空的飞行．这种试验方法，大大方便了实验工作的顺利进行，也大大促进了飞机制造工业的发展．

摘自《物理世界》

阅读后请回答：

(1)堂·吉诃德骑在木马上没有动，为什么却感觉马跑得很快？

(2)除了风洞，你还能举一个运动的相对性原理在日常生活和工农业生产中的应用吗？

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　　300多年前，《堂·吉诃德》的作者塞万提斯在描写骑士和他的侍从骑着木马旅行时，有这样一段故事：

　　人们对堂·吉诃德说：“请骑在马背上，只要你把马脖子上的套管一扭动，木马就会腾空而起，平平稳稳地把你送到玛朗布鲁诺等待你的地方．不过，为了不使你因高速奔驰而头晕，一定要蒙上你的眼睛才乘坐．”堂·吉诃德和他的侍从上了马，他们的眼睛也蒙了起来．堂·吉诃德摸到了那个套管，用力一扭．堂·吉诃德对侍从说：“我们的旅行开始了！我诅咒，我一生从来没有骑过这样快、这样平稳的马．”侍从说：“是的，我觉得迎面而来的大风，就好像有许多风箱朝我们鼓风一样．”事实上，真的是人们正在用几个巨大的风箱朝着他们鼓风，木马却还呆在原地，一步也没动．

　　塞万提斯是根据运动的相对性原理来编写这段故事的．由运动的相对性原理可知：一个人相对于周围的物体向前运动，和他自己静止不动，周围的物体向后运动，其感觉完全一样．

　　运动的相对性原理，在现代科学技术上有着广泛的应用，研制飞机时，使用的风洞就是根据这个原理设计的．

　　飞机在高空飞行时，气流对飞机的阻力和升力起着重要的作用．要取得气流与飞机飞行之间联系的数据，本应驾飞机飞行，进行实验．但是，这样做既危险又浪费．于是人们根据相对性原理，把飞机悬吊在大型管道－－风洞中不动，然后让空气从风洞中向后高速流去，以此代替飞机在高空的飞行．这种试验方法，大大方便了实验工作的顺利进行，也大大促进了飞机制造工业的发展．

摘自《物理世界》

阅读后请回答：

(1)堂·吉诃德骑在木马上没有动，为什么却感觉马跑得很快？

(2)除了风洞，你还能举一个运动的相对性原理在日常生活和工农业生产中的应用吗？

第十一届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题

  一、[8分]1kg20℃的水吸收4.2×10⁵J的热量后，它的可能温度是多少?在下列4个答案中选出正确答案的序号并说明选择该答案的理由。

A．80℃    B．100℃    C．120℃ D．130℃

  二、[8分]小浩制作了一个弹簧测力计，如图l所示，弹簧一共20匝。经检验，该弹簧测力计在测量范围内(0～5N)示数是准确的。该弹簧不但“伸长的长度跟所受的拉力成正比”，而且弹簧受拉力伸长时，各匝伸长的长度都相等。

  有一次不慎把弹簧靠近O端的一小部分挤压变形，小浩把变形的3匝剪去，并把弹簧上端重新固定在D点，然后把指针C适当向下移，使它在弹簧测力计竖直放置时指针C仍指在“0”刻线处。

  1．写出这个新改制的弹簧测力计受到的拉力F与它的示数F测的关系式并说明理由。

2．用这个新改制的弹簧测力计称量一个重物，它的示数为4.0N，该物实重是多少? 

  三、[10分]1．如图2所示，甲、乙、丙三人要合扛一重物。物重600N，三人肩头所能承受的最大压力均为200N。现有两根一样长的硬棒及必要的绳子(硬棒及绳的自重不计)，请你设计出一种方法，使三人肩头承受的压力都不超过最大压力。画出示意图表示你设计的扛重物方法。

2．小明推一辆满载重物的独轮车，如图3所示，手握在车把A处(图中未画人)，遇到一个较高的台阶，他自己推不上去，小华赶快跑来帮忙。小华选择了一种最省力且效果最好的施力方法，请画出小华所施力F的示意图。

四、[20分]教学中常用的投影仪的结构如图4所示，在水平放置的凸透镜的正上方放一与水平成45°角的平面镜，右边竖直放一屏幕。物体的光线经凸透镜和平面镜后，可在屏幕上成一清晰的像。图5是这一装置的示意图，A"B"是物AB的像。图中BO₁=30cm，O₁O₂=20cm，O₂O₃=90cm。

    l．对凸透镜而言，物距和像距各是多少?

    2．在图5中画出物AB的成像光路图。

3．若将凸透镜向上移动一点，像将向何方移动?

4．说明螺纹透镜的作用。

    五、[16分]图6(甲)所示为一个电磁继电器的示意图，a、b是它的两个端点；B是衔铁，D是安在一块金属板上的触点，B和D都安在一个弹性片C上，C的左端固定。c和c’、d和d’分别是安在绝缘板上的金属触点，当线圈A不通电时，D上的触点与c及c’接触，把c和c’连接起来，因此c、c’称为常闭触点；而d及d’此时是断开的，称为常开触点。当线圈A通电时，衔铁B被吸下，c和c’断开而d和d’被连接起来。

    现在利用这个电磁断电器控制带动水泵的电动机工作，使水泵往水箱中抽水。在水箱中竖直立一根绝缘棒，在棒上分别安有P、Q、R三个电极，如图6(乙)所示。现在希望控制水箱内的水位总在Q、R之间，即水位降到Q处，电动机启动，开始抽水，水位达到R处，电动机自动关机，停止抽水。(水是导电的)

    图6(丙)图6(丁)分别是控制电路和电动机的供电电路，图中R₀是与电磁继电器线圈并联的一个电阻，它的阻值很小，当R₀接入电路后，电磁继电器的线圈相当于被短路。丙、丁两图中标有l～6的6个接线柱是与电磁继电器的线圈或触点相连的。

    1．写出这6个接线柱分别与电磁继电器的何处连接。

   2．开始水箱内没有水，说明闭开关S后，水箱内的水位为什么能保持在Q、R之间。

六、[18分]课外活动小组的同学设计制作了一个电热水孵卵器，他们用两根额定电压和额定功率都相同的电热丝作热源，再连入一个电阻R₀，使这台孵卵器即使断了一根电热丝，单丝工作产生热量的效果仍然与双丝工作时产生的热量效果完全相同。若电源两端的电压为U，两丝的额定电压均为U_L、额定功率均为P_L。

1．画出孵卵器的电路图。2．R₀的阻值是多大? 3．R₀在单丝工作与双丝工作状态下消耗功率之比是多少?

    七、[20分]小刚家的一个水龙头拧不紧，水一滴一滴断续地滴落到地上。小刚发现，在耳朵听到前一滴水滴在地上的声音的同时，看到下一滴水刚好开始下落(如图7所示)。他为了测算水滴下落的平均速度和一天浪费的水量，找来了秒表和卷尺。首先量出水龙头口离地面的高度h，再用秒表计时。计时的方法是：当听到某一水滴滴在地上的声音的同时，开启秒表开始计时，并数“l”，以后每听到一声水滴声，依次数“2、3……”一直数到“n”时，按下秒表停止计时，读出秒表的示数为t。

    1．写出用上述测量量表示水滴在空中运动的平均速度v的表达式。

    2．小刚测得h=lm，当数到n=20时秒表的示数t=8.7s，则水滴下落的平均速度v是多少?

    3．若每滴水质量是0.25g，则一昼夜要浪费多少水?

    4．小刚为进一步找出水滴下落的平均速度v和下落高度h的关系，又做了以下实验：找来一块挡板，让水滴落到挡板上。改变档板和水龙头口之间的距离h，并仔细调节水龙头滴水的快慢，使得耳朵听到的前一滴水滴在挡板上的声音的同时，下一滴水刚好开始下落。计时方法仍和上面一样。他从实验中又获得了如下表所示的6组数据(连同上面的一组共有7组数据)。请你帮小刚继续完成以下的工作：(1)把这些数据分别标示在图8(甲)(乙)两个坐标系中，并作出相应的图象。其中图8(甲)的纵坐标是水滴在空中的平均速度v，图8(乙)的纵坐标是水滴在空中的平均速度的平方，即v²。，它们的横坐标都是高度h。(2)根据图象写出v与h的函数关系。

    5．考虑到声音传播的速度远小于光的传播速度这一因素，上面测出的水滴的平均速度会有一定的误差，测量值与真实值相比，是偏大还是偏小?为什么?

2003年10月15日，我国宇航员杨利伟乘坐我国独立研制的“神州五号”宇宙飞船遨游太空，实现了中国人“摘星揽月上九天”的梦想，请同学们根据题意完成下面各题．

(－)屹立待发

我国第一艘载人宇宙飞船“神州五号”是由长征2号F型火箭发射的，火箭全长58.3m，起飞质量479.8t，是目前我国研制火箭中最长、最重的，那么火箭矗立在水平发射台上时，对地面压力多大？________________．

(二)腾空而起

2003年10月15日上午九时，火箭在控制人员操纵下，准时点火升空，只见火箭冲天而去．火箭在升空过程中动能________，重力势能________．

(三)正常运行我国第一位航天员杨利伟说：“船箭分离时，我感到有一种忽然腾空的感觉，这时进入了‘失重’状态，在整个飞行过程中，我多次在舱内飘了起来．”请问此时杨利伟还受重力吗，说出你的理由．

(四)回收过程

专家介绍“神州五号”飞船在轨飞行14圈后，进行姿态调整开始返回，飞船这时在344km高的轨道上制动，呈90度转弯，分离出轨道舱．轨道舱留在轨道继续进行科学实验，而杨利伟所乘返回舱再偏转90度，使尾部向前，启动制动发动机，减速降高．高度降到145km时，分离出推进舱，飞船进入大气层，这时飞船就像飞机一样依靠其小型发动机，不断调整其飞行高度和姿态．待飞船降落到地面5km时，保护飞船的降热大底被抛掉，当飞船距离地面1.2m时，反冲发动机开始向地面喷火，飞船进一步减速，最后水平落地！

(1)轨道舱进入轨道后会打开两个翅膀，其作用是什么？

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(2)推进舱在离开轨道舱后，启动制动发动机使飞船减速，飞船依靠什么力制动，其施力物体是什么？

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(3)返回舱外面的降热大底是一种复合材料，猜猜看该材料应具备哪些物理属性？为什么？

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(4)同学们读了上面的文章，请你用长方形，三角形……等符号代表主要部件，设计组装一个“神州六号”、并标出各部件的名称．