2013年第二十三屆全國應用物理競賽試題

3、在有些地區，人們常在小河邊洗衣服。如圖2所示，人們先把臟衣服浸泡在河水里，然后提出來放在石板上，用木棒捶打，水花四濺……，如此反復多次，直到衣服被洗凈為止。這里，用木棒捶打的主要目的是()A.把衣服上的灰塵打碎，以便于洗滌B.增大木棒與灰塵之間的摩擦，將灰塵帶走C.迫使濕衣服里面的水從衣服纖維之間的縫隙中高速噴出，利用高速水流將灰塵沖洗掉

D.木棒捶打，使衣服突然運動起來，而衣服上的灰塵由于具有慣性仍然靜止，從而使灰塵脫離衣服C4、如圖3所示，海北中學有一個跑道為400m的操場，在操場的主席臺和觀眾席上方一字形排列著A、B、C三個相同的音箱。在一次運動會的開幕式上，站在操場中的所有同學都可以聽到音箱發出的足夠大的聲音，但站在某些位置的同學卻感覺聽不清音箱中播放的內容，在圖3的l、2、3三個位置中，位于哪個位置附近的同學應該是“感覺聽不清”的？()A1B.2C.3D.在哪個位置都一樣A5、炒菜時如果發生油鍋起火現象，下列做法中最不應該的是()A.加一些冷油，降低溫度B.立刻蓋上鍋蓋C.立即向鍋內倒入冷水來滅火D.將蔬菜倒入油鍋內6、北斗衛星導航系統是我國自行研制的全球衛星定位與通信系統(BDS)。系統由空間端、地面端和用戶端（導航儀）組成，全部建成后可在全球范圍內為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務。2012年12月27日，北斗導航業務正式對亞太地區提供無源定位、導航、授時服務。關于“BDS”的工作過程，下列說法正確的是()A.導航儀只能接收地面端的中心控制系統的信息而不能接收導航衛星的信息B.導航儀只能接收導航衛星的信息而不能向導航衛星發送信息C.導航衛星發射的電磁波不能在真空中傳播D.導航儀與導航衛星之間是通過電磁波傳遞信息的CD7、小明學習了電路知識后，想利用發光二極管設計一個帶開關指示燈的照明電路，晚間關閉照明燈后，利用二極管發出的光指示開關所在的位置。他共設計了4個電路，如圖4所示，其中L為白熾燈，規格為(220V60W)、D為發光二級管，規格為(1.2V0.O1A)、S為單刀雙擲開關、R為限流電阻。圖4中能夠滿足要求的電路是()A

8、某測量儀器及其控制電路如圖5所示。儀器的等效內阻為100歐，正常工作電流范圍為100—300mA，電源電壓為30V?？刂齐娐酚蓛蓚€滑動變阻器組成，為了快速準確地調節儀器的工作電流，應選用哪一組變阻器？()A.R1=lOO歐,R2=10歐B.R1=200歐,R2=20歐C.R1=l00歐,R2=100歐DR1=200歐,R2=200歐B9、明光中學的同學制定了一個劃船比賽規則：①在距兩個船隊之間的中點處放置一個插有紅旗的小木箱（發令槍響時被釋放，隨河水流動）：②甲、乙兩船隊（兩船連線與水流方向平行）聽發令槍聲同時從上游和下游向著小木箱出發；③先得到小木箱的船隊獲勝。針對這個比賽規則同學們開展了討論，下列選項是一些同學的意見，其中正確的是()A.比賽規則不公平，對上游船隊有利B.比賽規則不公平，對下游船隊有利C.比賽規則公平，水流動對兩船隊影響效果一樣D.條件不足，無法確定

10、小轎車勻速行駛在公路上，坐在副駕駛位置的小青觀察到轎車速度盤的指針始終在11Okm/h位置處，在超越相鄰車道上同向勻速行駛的另一輛大客車的過程中，小青發現自己經過該車的時間約為5s，如圖6所示。則被超越大客車的車速范圍為()～～～～50m/sAB二、簡答下列各題（每題5分，共30分）1、圖7是常見的一種電動自行車，因其節能環保、便捷實用而受到很多工薪階層人員的青睞。請你說出5種電動自行車上不同部件中蘊含的物理知識。(1)輪胎表面有花紋，增大輪胎與地面問摩擦：(2)行駛過程中，電動機將電能轉化為機械能；(3)后視鏡的金屬鍍膜．可成虛像；(4)座位里面有海綿，增大受力面積，減小壓強；(5)剎車時，利用增大壓力的方法增大摩擦：(6)把套有花紋，增大手與把套間的摩擦；(7)車燈，將電能轉化為光能。說明：每說對一種作用得l分，最多5分2、小文同學學習了有關物理知識后，設想制作了一個為氣球充氣的電動充氣泵，她畫出了如圖8甲所示的結構示意圖，其中永久磁鐵下方為S極。充氣泵在工作過程中，通過電磁鐵線圈的電流大小隨時間變化情況如圖8乙所示。請簡述這個氣泵為氣球充氣的工作過程。2．(5分)參考答案

(1)電流從電磁鐵A端流入時，電磁鐵上方為S極，永久磁鐵受到電磁鐵的向上的力，彈性金屬片帶動連桿向上運動，彈性氣囊被拉長，氣室內氣壓小于外界氣壓．左側閥門關閉，右側閥門打開，氣體通過右側閥門進入氣室；(2)當電流從電磁鐵B端流入時，電磁鐵上方為N極，永久磁鐵受到電磁鐵的向下的力。彈性金屬片帶動連桿向下運動，彈性氣囊被壓縮，氣室內氣壓大于外界氣壓，右側閥門關閉，左側閥門打開，氣體通過左側閥門進入排氣管，為氣球充氣；(3)如此反復，將氣體不斷充入氣球。說明：(1)2分，(2)2分，(3)1分，共5分3.明光中學物理實踐小組在裝配直流電動機模型后參加班級的實踐成果展示交流會，在會上演示通過改變直流電動機的轉動方向及轉速使重物上升或下降的過程。電路元件包括一個單刀單擲開關、一個雙刀雙擲開關、一個滑動變阻器、一個小型直流電動機和一個直流電源，如圖9所示。請完成電路圖的連接以實現上述功能。（操作過程中只能扳動開關，不得再改變電路中的接線）說明：全部連接正確，得5分；滑動變阻器、單刀單擲開關、電動機、電源連接正確，雙刀雙擲開關錯誤，得2分：雙刀雙擲開關連接正確，其余部分連接錯誤．得3分

4、電磁波遇到平滑的金屬表面會像光遇到平面鏡一樣發生反射，反射過程遵循光的反射定律。小明與叔叔一起去參觀救生艇時，發現救生艇的上方懸掛著一個由三塊相互垂直的正方形薄金屬平板組成的“角反射器”，如圖10所示。請你簡述角反射器的工作原理以及該救生艇懸掛角反射器的原因。

4．(5分)參考答案

(1)無論雷達波從哪個角度射向角反射器，反射波最終都會沿與入射方向平行的直線返回；(2)救生艇懸掛角反射器是為讓雷達能夠盡快發現救生艇。在必要的時候開展營救。說明：(1)3分，(2)2分。共5分。5、民航客機在飛行過程中，飛行高度可達lOkm左右，在這種情況下，飛機外部的氣溫可達-60℃左右，氣壓也低至26-28kPa。但是座艙內卻是溫暖如春，氣壓和地面大氣壓相近。請應用物理知識分析飛機座艙內是如何獲得如此舒適環境的。5，(5分)參考答案

(1)為了維持座艙內的氣壓與地面大氣壓接近，需要壓縮機不斷地將空氣壓入座艙，在這一過程中，壓縮機對空氣做功，使空氣的內能增大，溫度升高；(2)為了保持座艙內適宜的溫度，還需要空調機來降溫。說明：(i)3分，(2)2分。共5分。

6、-般說來，物體在溫度升高時膨脹，溫度降低時收縮，這一現象稱為熱脹冷縮。在相同的條件下，氣體的熱脹冷縮最顯著，液體次之，固體最不顯著。固體、液體、氣體的這種性質都可以被利用。有一些電冰箱中的自動溫度控制裝置，就是根據氣體熱脹冷縮的性質制成的。圖11是它的結構示意圖，其中金屬盒是用薄的彈性鋼片制作，表面有一些環狀波紋，內部密封有一定量的氣體。結合圖片嘗試分析它的控溫原理。6．(5分)參考答案

(1)當電冰箱內的溫度高于設定溫度時，金屬盒內的氣體膨脹，使金屬盒的兩個側面凸起來，通過連桿帶動控制連桿、動觸點向右移動，與兩靜觸點接觸，接通工作電路，壓縮機工作，電冰箱內溫度降低(2)當溫度降低至設定溫度以下，金屬盒內氣體體積減小．金屬盒的兩個側面凹進去，通過連軒帶動控制連桿、動觸點向左移動，導致動觸點與靜觸點分離．切斷工作電路．壓縮機停止工作。(3)如此反復．保持電冰箱內的溫度不高于設定溫度。說明：(1)、(2)各2分，(3)1分。共5分。三、（11分）隨著社會的進步，電冰箱已經成為現代家庭不可或缺的家用電器，下表是某品牌電冰箱的銘牌。請認真閱讀銘牌上的信息，并結合平時的生活經驗回答下列問題：1、小明認為，耗電量應當等于輸入總功率與一天的時間的乘積，但計算后卻發現，差異很大。這是為什么？2、電冰箱上標示的耗電量為0.58kW·h/24h。但是在炎熱的夏季當電冰箱內裝滿食物后，小明利用電能表測量的結果大約是該耗電量的倍，其可能原因是什么？三、（11分）參考解答

1、電冰箱是間歇工作的，只有當冷凍室內的實際溫度高于設定溫度時．電冰箱的壓縮機才開始工作。…………(3分)2、電冰箱上標示的耗電量為常溫下，電冰箱內不放任何物體，且不開冰箱門的情況下測得的。而在實際應用過程中，真實的耗電量會更大一些………………一…．．(3分)3、該電冰箱真實耗電量：W=1.5x0.58kWh=0.87kWh……(2分)

一天實際工作時間………………(3分)四、（12分）工人師傅經常使用一種稱為“大力鉗”的工具夾緊或切斷金屬材料，圖12所示為用于切斷金屬所常用的一種小型大力鉗，其各部分尺寸已在圖中標明（單位為cm）。若工人師傅的單手最大握力為900N，他使用該大力鉗時，在被鉗材料處能夠產生的最大壓力為多大？

四、(12分)參考解答大力鉗工作時，相當于杠桿組合，其中ABC、CDE以及對應的下半部分分別為杠桿?！?2分)

假設力的方向沿豎直方向，則杠桿CDE可模型化為圖答2的情況，其中D為支點。根據杠桿平衡條件可得：：F1L1=F2L2………………………．．(2分)

由題意可知：F1=900N，L1=12cm，L2=2cm。所以同理：杠桿ABC可模型化為圖答3的情況，其中B為支點。根據杠桿平衡條件可得F3L3=F4L4…………．(1分)

由題意可知：F3=F2=5.4×103N，

所以

注：兩個受力分析圖各1分。五、（12分）三峽水利樞紐工程是中國規模最大的水利樞紐工程，如圖13所示。樞紐控制流域面積約，占長江流域面積的56%，壩址所在位置年平均流量為Q＝4.51xl011m3。水利樞紐的主要任務包括防洪、發電、航運三方面，在發電方面，三峽水電站共安裝32臺7x105kW水輪發電機組，另外還有2臺5xl04kW的電源機組，總裝機容量（指34臺發電機組同時工作時的總發電功率）P=2.25xl07kW，設計年發電量約W=1011kW·h。閱讀上述材料，解答下列問題(水的密度ρ=1.0x103kg/m3，取g=10N/kg)：

1.若三峽電站上、下游水位差按h=110m計算，試求三峽電站將水的勢能轉化為電能的效率。2.若34臺發電機組全部發電，要達到年發電量的要求，每臺發電機組平均年發電時間t為多少天？五、(12分)參考解答

1．水力發電是利用河川、湖泊等位于高處的水流至低處時，水的重力做功，將水流減小的重力勢能，通過水輪機、發電機轉化為電能………………．．(2分)

年平均流水總質量：rn=pQ=1.0x103×4.51x1011kg=4.51×1014kg………………．(2分j

流水年平均做的總功W水=Gh=mgh=4.51×1014×10×110J=4.96x1011J……………．．(2分)

年平均發電量：W=1011kWh=3.6×1017J………………．(1分)

三峽電站將水流的勢能轉化為電能的效率為：2.工作天數：六、（15分）寒假小明參加了學校組織的去內蒙古草原的冬令營之前，老師對他們講了草原上防火和自救的知識，告訴他們，草原一旦起火，推進的速度很快，草原的火就像一堵墻一樣大面積地向前推進；但由于草的質量小，很快就燒完了，所以當火墻的前面還在燃燒，火墻的后面很快就會熄滅，因此火墻比較薄。這一點與森林火災有著顯著的不同?；诓菰馂牡奶攸c，老師囑咐他們，若遇到草原著火，一定要迎著火墻快速地沖過去。如果背著火，朝沒有火的地方跑，很快就會被大火吞噬。若某次草原發生火災時，恰好西風，風速v1=1m/s，所形成的火墻厚度D=8m;火墻的推進速度可看作與風速相同，即v2=v1=lm/s。通常情況下，人在草原上奔跑的速度可達v3=7m/s;而在十分疲憊的情況下，持續奔跑的速度約為。人的衣服被火焰點燃所需的時間約為t1=1.5s。1.請你通過計算說明老師所說的“草原火災自救方法”的科學道理以及后面所說的。如果背著火，朝沒有火的地方跑，很快就會被大火吞噬”的原因。2.假如草原發生火災時，天刮著西風，這時你恰好在火場東側約兩百米的位置。當時你隨身帶有以下物品中的某一件：鐮刀、鐵锨、礦泉水。在不方便使用老師所說的“草原火災自救方法”的情況下，請你簡述你將如何利用上述物品逃生（任選兩種作答，多選無效）?如果連上述隨身物品也沒有，你還能采用什么方法逃生(只說一種方法，多說無效)?

1·按老師所說的“草原火災自救方法”，迎著火墻向西奔跑，則人穿越火墻自救所需時間:

由于1s<5s人越墻后，身上的衣服不會被點燃，人很安全。需要注意的是，人在穿越火墻的短暫時間內，一定要屏住呼吸，以免因吸入火焰而灼傷呼吸道……………2分如果背著火，朝著沒有火的地方跑，跑不了多久就疲憊了，人的奔跑速度就會變小，一碟被火焰追上了，逃生的人呆在火墻中的時間可達：十分疲憊的人在火墻中呆J6s,時間確實太長了!而且由于16>5s，逃生的人即