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?

人教版第十四章   压强和浮力 复习提纲  

　　一、固体的压力和压强

 　　1．压力：

 　　⑴定义：垂直压在物体表面上的力叫压力。

 　　⑵压力并不都是由重力引起的，通常把物体放在桌面上时，如果物体不受其他力，则压力F=物体的重力G。

 　　⑶固体可以大小方向不变地传递压力。

 　　⑷重为G的物体在承面上静止不动。指出下列各种情况下所受压力的大小。

G         G?      F+G     G – F        F-G       F

 　　2．研究影响压力作用效果因素的实验：

 　　⑴课本甲、乙说明：受力面积相同时，压力越大压力作用效果越明显。乙、丙说明压力相同时、受力面积越小压力作用效果越明显。概括这两次实验结论是：压力的作用效果与压力和受力面积有关。本实验研究问题时，采用了控制变量法和对比法。

 　　3．压强：

 　　⑴定义：物体单位面积上受到的压力叫压强。

 　　⑵物理意义：压强是表示压力作用效果的物理量。

 　　⑶公式P=F/S其中各量的单位分别是：P：帕斯卡（Pa）；F：牛顿（N）S；米²（m²）。

 　　A、使用该公式计算压强时，关键是找出压力F（一般F=G=mg）和受力面积S（受力面积要注意两物体的接触部分）。

 　　B、特例：对于放在桌子上的直柱体（如：圆柱体、正方体、长放体等）对桌面的压强P=ρgh。

 　　⑷压强单位Pa的认识：一张报纸平放时对桌子的压力约0．5Pa。成人站立时对地面的压强约为：1．5×10⁴Pa。它表示：人站立时，其脚下每平方米面积上，受到脚的压力为：1．5×10⁴N。

 　　⑸应用：当压力不变时，可通过增大受力面积的方法来减小压强如：铁路钢轨铺枕木、坦克安装履带、书包带较宽等。也可通过减小受力面积的方法来增大压强如：缝衣针做得很细、菜刀刀口很薄

 　　4．一容器盛有液体放在水平桌面上，求压力压强问题：

 　　处理时：把盛放液体的容器看成一个整体，先确定压力（水平面受的压力F=G_容+G_液），后确定压强（一般常用公式P=F/S）。

 　　二、液体的压强

 　　1．液体内部产生压强的原因：液体受重力且具有流动性。

 　　2．测量：压强计  用途：测量液体内部的压强。

 　　3．液体压强的规律：

 　　⑴液体对容器底和测壁都有压强，液体内部向各个方向都有压强。

　　⑵在同一深度，液体向各个方向的压强都相等。

 　　⑶液体的压强随深度的增加而增大。

 　　⑷ 不同液体的压强与液体的密度有关。

 　　4．压强公式：

 　　⑴推导压强公式使用了建立理想模型法，前面引入光线的概念时，就知道了建立理想模型法，这个方法今后还会用到，请认真体会。

 　　⑵推导过程：（结合课本）

 　　液柱体积V=Sh ；质量m=ρV=ρSh。

 　　液片受到的压力：F=G=mg=ρShg。

 　　液片受到的压强：p=F/S=ρgh。

 　　⑶液体压强公式p=ρgh说明：

 　　A、公式适用的条件为：液体。

 　　B、公式中物理量的单位为：P：Pa；g：N/kg；h：m。

 　　C、从公式中看出：液体的压强只与液体的密度和液体的深度有关，而与液体的质量、体积、重力、容器的底面积、容器形状均无关。著名的帕斯卡破桶实验充分说明这一点。

 　　D、液体压强与深度关系图象：

5．液体对容器底的压

力

 F=G    F<G       F>G

　　6．计算液体对容器底的压力和压强问题：

　　一般方法：㈠首先确定压强P=ρgh；㈡其次确定压力F=PS。

　　特殊情况：压强：对直柱形容器可先求F　用p=F/S

　　压力：①作图法；②对直柱形容器　F=G。

　　7．连通器：⑴定义：上端开口，下部相连通的容器。

　　⑵原理：连通器里装一种液体且液体不流动时，各容器的液面保持相平。

　　⑶应用：茶壶、锅炉水位计、乳牛自动喂水器、船闸等都是根据连通器的原理来工作的。

　　三、大气压

　　1．概念：大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强，简称大气压，一般有p₀表示。说明：“大气压”与“气压”（或部分气体压强）是有区别的，如高压锅内的气压──指部分气体压强。高压锅外称大气压。

　　2．产生原因：因为空气受重力并且具有流动性。

　　3．大气压的存在──实验证明 

　　历史上著名的实验──马德堡半球实验。

　　小实验──覆杯实验、瓶吞鸡蛋实验、皮碗模拟马德堡半球实验。

　　4．大气压的实验测定：托里拆利实验。

　　（1）实验过程：在长约1m，一端封闭的玻璃管里灌满水银，将管口堵住，然后倒插在水银槽中放开堵管口的手指后，管内水银面下降一些就不在下降，这时管内外水银面的高度差约为760mm。

　　（2）原理分析：在管内，与管外液面相平的地方取一液片，因为液体不动故液片受到上下的压强平衡。即向上的大气压=水银柱产生的压强。

　　（3）结论：大气压p₀=760mmHg=76cmHg=1．01×10⁵Pa（其值随着外界大气压的变化而变化）

　　（4）说明：

　　A、实验前玻璃管里水银灌满的目的是：使玻璃管倒置后，水银上方为真空；若未灌满，则测量结果偏小。

　　B、本实验若把水银改成水，则需要玻璃管的长度为10．3m。

　　C、将玻璃管稍上提或下压，管内外的高度差不变，将玻璃管倾斜，高度不变，长度变长。

　　D、若外界大气压为H cmHg，试写出下列各种情况下，被密封气体的压强（管中液体为水银）。

    H cmHg?  （H+h）cmHg

人教版第十四章   压强和浮力 复习提纲  

　　一、固体的压力和压强

 　　1．压力：

 　　⑴定义：垂直压在物体表面上的力叫压力。

 　　⑵压力并不都是由重力引起的，通常把物体放在桌面上时，如果物体不受其他力，则压力F=物体的重力G。

 　　⑶固体可以大小方向不变地传递压力。

 　　⑷重为G的物体在承面上静止不动。指出下列各种情况下所受压力的大小。

G         G?      F+G     G – F        F-G       F

 　　2．研究影响压力作用效果因素的实验：

 　　⑴课本甲、乙说明：受力面积相同时，压力越大压力作用效果越明显。乙、丙说明压力相同时、受力面积越小压力作用效果越明显。概括这两次实验结论是：压力的作用效果与压力和受力面积有关。本实验研究问题时，采用了控制变量法和对比法。

 　　3．压强：

 　　⑴定义：物体单位面积上受到的压力叫压强。

 　　⑵物理意义：压强是表示压力作用效果的物理量。

 　　⑶公式P=F/S其中各量的单位分别是：P：帕斯卡（Pa）；F：牛顿（N）S；米²（m²）。

 　　A、使用该公式计算压强时，关键是找出压力F（一般F=G=mg）和受力面积S（受力面积要注意两物体的接触部分）。

 　　B、特例：对于放在桌子上的直柱体（如：圆柱体、正方体、长放体等）对桌面的压强P=ρgh。

 　　⑷压强单位Pa的认识：一张报纸平放时对桌子的压力约0．5Pa。成人站立时对地面的压强约为：1．5×10⁴Pa。它表示：人站立时，其脚下每平方米面积上，受到脚的压力为：1．5×10⁴N。

 　　⑸应用：当压力不变时，可通过增大受力面积的方法来减小压强如：铁路钢轨铺枕木、坦克安装履带、书包带较宽等。也可通过减小受力面积的方法来增大压强如：缝衣针做得很细、菜刀刀口很薄

 　　4．一容器盛有液体放在水平桌面上，求压力压强问题：

 　　处理时：把盛放液体的容器看成一个整体，先确定压力（水平面受的压力F=G_容+G_液），后确定压强（一般常用公式P=F/S）。

 　　二、液体的压强

 　　1．液体内部产生压强的原因：液体受重力且具有流动性。

 　　2．测量：压强计  用途：测量液体内部的压强。

 　　3．液体压强的规律：

 　　⑴液体对容器底和测壁都有压强，液体内部向各个方向都有压强。

　　⑵在同一深度，液体向各个方向的压强都相等。

 　　⑶液体的压强随深度的增加而增大。

 　　⑷ 不同液体的压强与液体的密度有关。

 　　4．压强公式：

 　　⑴推导压强公式使用了建立理想模型法，前面引入光线的概念时，就知道了建立理想模型法，这个方法今后还会用到，请认真体会。

 　　⑵推导过程：（结合课本）

 　　液柱体积V=Sh ；质量m=ρV=ρSh。

 　　液片受到的压力：F=G=mg=ρShg。

 　　液片受到的压强：p=F/S=ρgh。

 　　⑶液体压强公式p=ρgh说明：

 　　A、公式适用的条件为：液体。

 　　B、公式中物理量的单位为：P：Pa；g：N/kg；h：m。

 　　C、从公式中看出：液体的压强只与液体的密度和液体的深度有关，而与液体的质量、体积、重力、容器的底面积、容器形状均无关。著名的帕斯卡破桶实验充分说明这一点。

 　　D、液体压强与深度关系图象：

5．液体对容器底的压

力

 F=G    F<G       F>G

　　6．计算液体对容器底的压力和压强问题：

　　一般方法：㈠首先确定压强P=ρgh；㈡其次确定压力F=PS。

　　特殊情况：压强：对直柱形容器可先求F　用p=F/S

　　压力：①作图法；②对直柱形容器　F=G。

　　7．连通器：⑴定义：上端开口，下部相连通的容器。

　　⑵原理：连通器里装一种液体且液体不流动时，各容器的液面保持相平。

　　⑶应用：茶壶、锅炉水位计、乳牛自动喂水器、船闸等都是根据连通器的原理来工作的。

　　三、大气压

　　1．概念：大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强，简称大气压，一般有p₀表示。说明：“大气压”与“气压”（或部分气体压强）是有区别的，如高压锅内的气压──指部分气体压强。高压锅外称大气压。

　　2．产生原因：因为空气受重力并且具有流动性。

　　3．大气压的存在──实验证明 

　　历史上著名的实验──马德堡半球实验。

　　小实验──覆杯实验、瓶吞鸡蛋实验、皮碗模拟马德堡半球实验。

　　4．大气压的实验测定：托里拆利实验。

　　（1）实验过程：在长约1m，一端封闭的玻璃管里灌满水银，将管口堵住，然后倒插在水银槽中放开堵管口的手指后，管内水银面下降一些就不在下降，这时管内外水银面的高度差约为760mm。

　　（2）原理分析：在管内，与管外液面相平的地方取一液片，因为液体不动故液片受到上下的压强平衡。即向上的大气压=水银柱产生的压强。

　　（3）结论：大气压p₀=760mmHg=76cmHg=1．01×10⁵Pa（其值随着外界大气压的变化而变化）

　　（4）说明：

　　A、实验前玻璃管里水银灌满的目的是：使玻璃管倒置后，水银上方为真空；若未灌满，则测量结果偏小。

　　B、本实验若把水银改成水，则需要玻璃管的长度为10．3m。

　　C、将玻璃管稍上提或下压，管内外的高度差不变，将玻璃管倾斜，高度不变，长度变长。

　　D、若外界大气压为H cmHg，试写出下列各种情况下，被密封气体的压强（管中液体为水银）。

    H cmHg?  （H+h）cmHg