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?

人教版第十六章  热和能 复习提纲  

　　一、分子热运动

 　　1．物质是由分子组成的。分子若看成球型，其直径以10^-10m来度量。

 　　2．一切物体的分子都在不停地做无规则的运动。

 　　①扩散：不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象。

 　　②扩散现象说明：A、分子之间有间隙。B、分子在做不停的无规则的运动。

 　　③课本中的装置下面放二氧化氮这样做的目的是：防止二氧化氮扩散被误认为是重力作用的结果。实验现象：两瓶气体混合在一起颜色变得均匀，结论：气体分子在不停地运动。

 　　④固、液、气都可扩散，扩散速度与温度有关。

 　　⑤分子运动与物体运动要区分开：扩散、蒸发等是分子运动的结果，而飞扬的灰尘，液、气体对流是物体运动的结果。

 　　3．分子间有相互作用的引力和斥力。

 　　①当分子间的距离ｄ＝分子间平衡距离r，引力＝斥力。

 　　②ｄ＜ｒ时，引力＜斥力，斥力起主要作用，固体和液体很难被压缩是因为：分子之间的斥力起主要作用。

 　　③ｄ＞ｒ时，引力＞斥力，引力起主要作用。固体很难被拉断，钢笔写字，胶水粘东西都是因为分子之间引力起主要作用。

 　　④当ｄ＞10ｒ时，分子之间作用力十分微弱，可忽略不计。

 　　破镜不能重圆的原因是：镜块间的距离远大于分子之间的作用力的作用范围，镜子不能因分子间作用力而结合在一起。

 　　二、内能

 　　1．内能：物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。

 　　2．物体在任何情况下都有内能：既然物体内部分子永不停息地运动着和分子之间存在着相互作用，那么内能是无条件的存在着。无论是高温的铁水，还是寒冷的冰块。

 　　3．影响物体内能大小的因素：①温度：在物体的质量，材料、状态相同时，温度越高物体内能越大；②质量：在物体的温度、材料、状态相同时，物体的质量越大，物体的内能越大；③材料：在温度、质量和状态相同时，物体的材料不同，物体的内能可能不同；④存在状态：在物体的温度、材料质量相同时，物体存在的状态不同时，物体的内能也可能不同。

 　　4．内能与机械能不同：

 　　机械能是宏观的，是物体作为一个整体运动所具有的能量，它的大小与机械运动有关。

 　　内能是微观的，是物体内部所有分子做无规则运动的能的总和。内能大小与分子做无规则运动快慢及分子作用有关。这种无规则运动是分子在物体内的运动，而不是物体的整体运动。

 　　5．热运动：物体内部大量分子的无规则运动叫做热运动。

 　　温度越高扩散越快。温度越高，分子无规则运动的速度越大。

 　　三、内能的改变

 　　1．内能改变的外部表现：

 　　物体温度升高（降低）──物体内能增大（减小）。

 　　物体存在状态改变（熔化、汽化、升华）──内能改变。

 　　反过来，不能说内能改变必然导致温度变化。（因为内能的变化有多种因素决定）

 　　2．改变内能的方法：做功和热传递。

 　　A、做功改变物体的内能：

 　　①做功可以改变内能：对物体做功物体内能会增加。物体对外做功物体内能会减少。

 　　②做功改变内能的实质是内能和其他形式的能的相互转化。

 　　③如果仅通过做功改变内能，可以用做功多少度量内能的改变大小。（Ｗ＝△Ｅ）

 　　④解释事例：图15．2-5甲看到棉花燃烧起来了，这是因为活塞压缩空气做功，使空气内能增加，温度升高，达到棉花燃点使棉花燃烧。钻木取火：使木头相互摩擦，人对木头做功，使它的内能增加，温度升高，达到木头的燃点而燃烧。图15．2-5乙看到当塞子跳起来时，容器中出现了雾，这是因为瓶内空气推动瓶塞对瓶塞做功，内能减小，温度降低，使水蒸气液化凝成小水滴。

 　　B、热传递可以改变物体的内能。

 　　①热传递是热量从高温物体向低温物体或从同一物体的高温部分向低温部分传递的现象。

 　　②热传递的条件是有温度差，传递方式是：传导、对流和辐射。热传递传递的是内能（热量），而不是温度。

 　　③热传递过程中，物体吸热，温度升高，内能增加；放热温度降低，内能减少。

 　　④热传递过程中，传递的能量的多少叫热量，热量的单位是焦耳。热传递的实质是内能的转移。

 　　C、做功和热传递改变内能的区别：由于它们改变内能上产生的效果相同，所以说做功和热传递改变物体内能上是等效的。但做功和热传递改变内能的实质不同，前者能的形式发生了变化，后者能的形式不变。

 　　D、温度、热量、内能的区别：

 　 　　四、热量

 　　1．比热容：⑴定义：单位质量的某种物质温度升高（降低）1℃时吸收（放出）的热量。

 　　⑵物理意义：表示物体吸热或放热的本领的物理量。

 　　⑶比热容是物质的一种特性，大小与物体的种类、状态有关，与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。

 　　⑷水的比热容为4．2×10³J（kg·℃）表示：1kg的水温度升高（降低）1℃吸收（放出）的热量为4．2×10³J。

 　　⑸水常调节气温、取暖、作冷却剂、散热，是因为水的比热容大。

 　　2．计算公式：Ｑ_吸＝Ｃm（t－t₀），Ｑ_放＝Ｃm（t₀－t）。

 　3．热平衡方程：不计热损失Ｑ_吸＝Ｑ_放。

 　　五、内能的利用、热机

 　　（一）内能的获得──燃料的燃烧

 　　燃料燃烧：化学能转化为内能。

 　　（二）热值

 　　1．定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。

 　　2．单位：J/kg。

 　　3．关于热值的理解：

 　　①对于热值的概念，要注重理解三个关键词“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料：说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧：表明要完全烧尽，否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。

 　　②热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。

 　　3．公式：Q＝mq（q为热值）。

　　实际中，常利用Q_吸＝Q_放即cm（t-t₀）=ηqm′联合解题。

 　　4．酒精的热值是3．0×10⁷J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3．0×10⁷J。

 　　煤气的热值是3．9×10⁷J/m³，它表示：1m³煤气完全燃烧放出的热量是3．9×10⁷J。

 　　5．火箭常用液态氢做燃料，是因为：液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。

 　　6．炉子的效率：

 　　①定义：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。

 　　②公式：η=Q_有效/Q_总=cm（t-t₀）/qm′。

 　　（三）内能的利用

 　　1．内能的利用方式：

 　　⑴利用内能来加热；从能的角度看，这是内能的转移过程。

 　　⑵利用内能来做功；从能的角度看，这是内能转化为机械能。

 　　2．热机：定义：利用燃料的燃烧来做功的装置。

 　　能的转化：内能转化为机械能。

 　　蒸气机──内燃机──喷气式发动机。

 　　3．内燃机：将燃料燃烧移至机器内部燃烧，转化为内能且利用内能来做功的机器叫内燃机。它主要有汽油机和柴油机。

 　　4．内燃机大概的工作过程：内燃机的每一个工作循环分为四个阶段：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在这四个阶段，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由内能转化为机械能。另外压缩冲程将机械能转化为内能。

 　　5．热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。

 　　公式：η=W_有用/Q_总=W_有用/qm。

　　提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；尽量减小各种热量损失；机件间保持良好的润滑、减小摩擦。

 　　6．汽油机和柴油机的比较：

 　　六、能量守恒定律

 　　1．自然界存在着多种形式的能量。尽管各种能量我们还没有系统地学习，但在日常生活中我们也有所了解，如跟电现象相联系的电能，跟光现象有关的光能，跟原子核的变化有关的核能，跟化学反应有关的化学能等。

 　　2．在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移（列举学生所熟悉的事例，说明各种形式的能的转化和转移）。在热传递过程中，高温物体的内能转移到低温物体。运动的甲钢球碰击静止的乙钢球，甲球的机械能转移到乙球。在这种转移的过程中能量形式没有变。

 　　3．在自然界中能量的转化也是普遍存在的。小朋友滑滑梯，由于摩擦而使机械能转化为内能；在气体膨胀做功的现象中，内能转化为机械能；在水力发电中，水的机械能转化为电能；在火力发电厂，燃料燃烧释放的化学能，转化成电能；在核电站，核能转化为电能；电流通过电热器时，电能转化为内能；电流通过电动机，电能转化为机械能。

 　　4．能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

 　　能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的定律之一。