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    2014年第24屆全國初中應用物理競賽復賽試題-解析 下載本文

    2014年第24屆“巨人杯”全國初中應用物理知識競賽復賽試卷

    參考答案與試題解析

    一、(16分) 1.(16分)請利用現有器材:一塊大小合適且質地不一定均勻的木板,一把量程為2m的卷尺,一臺能夠測量人體質量的磅秤(如圖所示),磚塊若干塊.設計一個測量人體重心位置的方案.要求寫出測量步驟和測量結果的表達式.

    考點: 專題: 分析: 解答: 控制變量法與探究性實驗方案. 探究型實驗綜合題. 重力在物體上的作用點叫做重心,質地均勻,外形規則的物體的重心在物體的幾何中心上. 答:測量步驟: (1)將磅秤置于水平地面后,調節平衡(調零); (2)用磅秤測量人體的質量,記為m1; (3)將磚塊橫向立放于磅秤載物臺中央位置,木板一端置于磚塊上,另一端用磚塊墊起使木板與地面平行,記錄磅秤的示數m0; (4)被測量的人平躺在木板上,腳底與磅秤外的一端平齊,記錄磅秤的示數m; (5)用卷尺測得木板的長度為L. 設人的重心到腳底的距離為h, 根據杠桿平衡條件得:(m﹣m0)gL=m1gh ∴h=L. 點本題考查了學生對重心以及杠桿平衡條件的掌握,注重了學生實驗能力的考查. 評: 二、(16分) 2.(16分)小明的媽媽為了方便早餐時喝上豆漿,買了一臺全自動豆漿機,如圖甲所示.圖乙所示為豆漿機的主要結構:中間部位是一個連接著刀頭的電動機,用來將原料進行粉碎打漿;電熱管負責對液體加熱煮沸.下表是這個豆漿機的主要技術參數. 型 號 …﹣… 額定電壓 220V 額定頻率 50Hz

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    電機功率 180W 加熱功率 800W 1000mL 容 量 小明想探究一下豆漿機工作的具體過程以及耗電情況,在某次使用之前,先查看了他家的單相電子電能表,

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    上面注明1600imp/kW?h,之后,他關閉其他所有家用電器,將浸泡好的適量黃豆和l000cm的清水放入豆漿機的杯體,啟動自動控制鍵,開始用鐘表計時的同時記錄電能表上面的發光二極管閃爍的次數,豆漿機按“①加熱一②預打漿一⑧加熱一④打漿一⑤煮漿一⑥防溢延煮”的程序正常工作直至豆漿機發出聲光報警,提示豆漿已做好.從啟動自動控制鍵至豆漿機發出聲光報警,整個過程用時20min,電能表上面的發光二極管閃爍了320次.其中①、③、⑤三個過程為電熱絲單獨不間斷工作,而②、④為電機單獨間歇工作,此過程中電動機累計工作時間為2min,⑥為電熱絲單獨間歇工作.請回答: (1)②、④兩個過程中,電動機為什么要間歇工作?

    (2)在豆漿機工作的20min內,消耗的電能為多少kW?h?

    (3)在豆漿機工作的20min內,電熱絲和電機都不工作的時間為多少min?

    考點: 電功與熱量的綜合計算. 專題: 電和熱綜合題. 分析: (1)豆漿機是由電熱管和電動機并聯連接,而豆漿機的電動機工作時,電熱管不工作;電熱管工作時,電動機不工作; (2)1600imp/kW?h表示每消耗1kW?h指示燈閃爍1600次,然后進一步求出指示燈閃爍320次消耗的電能; (3)根據W=Pt求出電動機消耗的電能;根據消耗的總電能和電動機消耗的電能求出電熱絲消耗的電能,再利用P=的變形公式求出電熱絲工作的時間,最后根據豆漿機工作的時間和電熱絲工作的時間即可求出電熱絲和電機都不工作的時間. 解答: 解:(1)②④兩個過程為打漿過程,電動機停止轉動,刀頭也停止旋轉,在水和黃豆停止流動后,電動機突然帶動刀頭再次高速旋轉,此時黃豆由于慣性仍然保持靜止,這樣才能更有效將黃豆打碎,如此反復,最終將黃豆打成細小的顆粒,經加熱后成為豆漿; (2)消耗的電能:W=kW?h=0.2kW?h=7.2×10J=0.2kW?h; 45(3)電動機消耗的電能:W電動機=P電動機t電動機=180W×2×60s=2.16×10J; 545電熱絲消耗的電能:W電熱絲=W﹣W電動機=7.2×10J﹣2.16×10=6.984×10J; 由P=可得,電熱絲工作的時間:t電熱絲===873s=14.6min; 電熱絲和電機都不工作的時間:t=20min﹣14.6min=3.4min. 答:(1)②④兩個過程為打漿過程,電動機停止轉動,刀頭也停止旋轉,在水和黃豆停止流動后,電動機突然帶動刀頭再次高速旋轉,此時黃豆由于慣性仍然保持靜止,這樣才能更有效將黃豆打碎,如此反復,最終將黃豆打成細小的顆粒,經加熱后成為豆漿; (2)在豆漿機工作的20min內,消耗的電能為0.2kW?h; (3)在豆漿機工作的20min內,電熱絲和電機都不工作的時間為14.6min.

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    點評: 本題考查豆漿機的工作原理、消耗電能和時間的計算,關鍵是公式及其變形的靈活運用,難點是根據題意分析出豆漿機的工作原理. 三、(16分) 3.(16分)下表所示為某品牌的空調器銘牌上的部分參數,其中KFRD表示該空調為家用分體式具有電輔

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    熱功能的冷暖空調器.請根據表中的數據,回答下面的問題.(已知:空氣的密度為1.29kg/m,空氣的比

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    熱容取10J/(kg?℃).注:空調的電輔熱功能有兩方面的作用,一是在室外溫度不太低時開啟電輔熱功能可以增加制熱量,實現室內溫度的快速提升,二是當室外溫度很低,空調器的壓縮機制熱效能過低時,開啟電輔熱功能可以輔助制熱,彌補單純靠壓縮機工作制熱量不足的問題. XXXKFRD﹣23GW/Z1分體式房間空調器 電源 IPH220V﹣50Hz 2300W 制冷運行 制冷量 830W 額定輸入功率 2600W 制熱運行 制熱量 780W 額定輸入功率 500W 電熱功率 (1)如果房間的面積為15m,高度為2.6m,問:如果按照表中的數據工作,該空調器至少多長時間才能

    將室內的空氣由10℃加熱升高至20℃?

    (2)在l中,若室外溫度不太低,實際加熱時間約為4.0min,則在利用空調器對室內空氣加熱的過程中,室內空氣向外散熱的平均功率約為多少?空調器總共消耗的電能為多少?

    (3)該空調器在制冷時的額定輸入功率為830W,而它的制冷量卻是2300W,比輸入功率還要大,這是為什么? 考電功與熱量的綜合計算. 點: 專電和熱綜合題. 題: 分(1)由表可知空調的制冷功率,先根據m=ρV求出空調需要制冷空氣的質量,再根據Q=cm△t求析: 出空調需要吸收的熱量;利用t=求出需要的制冷時間. 2解答: (2)根據功率的計算公式以及額定功率和實際功率即可求出散熱功率; 根據制熱時的制熱輸入功率和電熱功率以及W=Pt即可求出空調器總共消耗的電能; (3)從物態變化以及吸熱、放熱的特點進行分析. 23解:(1)室內空氣體積:V=15m×2.6m=39m; 33空調需要制熱空氣的質量:m=ρV=1.29kg/m×39m=50.31kg; 35空調需要放出的熱量:Q放=c空氣m△t=1.0×10J/(kg?℃)×50.31kg×(20℃﹣10℃)=5.03×10J; 由P=可得,將室內溫度從10℃調升至20℃,需要的時間:t===162.3s=2.7min; (2)散熱功率:P散熱=P﹣

    =3100W﹣=1000W; 3

    點評: 四、(16分) 4.(16分)機器人小組的同學要制作一個能自己從椅子上站起的機器人,如圖1所示.他們已經完成的部

    空調器總共消耗的電能:W=Pt′=(500W+780W)×4×60s=3.07×10J; (3)空調器在工作過程中,壓縮機通過使工作物質不斷發生液化和汽化,將室內的熱量搬至室外,因此壓縮機消耗的功率可以小于制冷功率. 故答案為:(1)該空調器至少2.7min才能將室內的空氣由10℃加熱升高至20℃; (2)在利用空調器對室內空氣加熱的過程中,室內空氣向外散熱的平均功率約為1000W;空調器5總共消耗的電能為3.07×10J; (3)空調器在工作過程中,壓縮機通過使工作物質不斷發生液化和汽化,將室內的熱量搬至室外,因此壓縮機消耗的功率可以小于制冷功率. 本題考查了物態變化過程吸放熱現象,質量的計算,物體吸放熱量的計算,電功、電功率的計算等;涉及的知識點較多,綜合性強,難度較大. 5分如圖2甲所示:Ol和O2為兩個關節(所有關節處均安裝有馬達,可使關節在一定范圍內緩慢轉動):當機器人的上半身、小腿均垂直于大腿坐在椅子上時,上半身可以繞O1順時針轉動30°角、逆時針轉動90°角,小腿只能繞O2逆時針轉動90°角,如圖2乙所示;O1以上的上半身總長50cm,總質量為11.2kg,其重心G1位于Ol正上方25cm處;在Ol和O2水平連線上的大腿部分長25cm,兩只大腿的總質量為4.8kg,其重心G2位于Ol和O2連線的中點:O2以下的小腿和腳總長27cm,兩只小腿和腳的總質量為4.8kg,其重心位于O2正下方6cm處;其中腳在水平面上的前后長度為l0cm.且過O2的豎直線恰好將腳分為對稱的兩半. 現還需在O1正上方40cm的03處,為機器人安裝兩只手臂(如圖2丙所示,大臂可繞關節O3轉動360°角、小臂可繞關節04逆時針轉動90°角,如圖2乙所示;大臂和小臂的長度相等,重心位于整只手臂的中心點).根據所使用的材料,已知每一只手臂的質量和長度的關系為“每lcm長度手臂的質量為0.06kg”.請你從理論上計算出機器人的整只手臂至少需要多長,才能使機器人能夠從圖2甲所示的坐姿自己站起

    來. 考點: 專題: 分析: 杠桿的平衡條件.

    簡單機械. 重力的方向是豎直向下的,機器人站起克服自身的重力,需要將自己的重心移動到腳面上方的范圍內; 根據機器人受力分析圖,把機器人看作是一個杠桿,手臂取最短長度時,身體處于平衡狀態時,分別表示出上半身受到的重力、兩只大腿受到的重力、兩只小腿受到的重力和腳受到的總重力及其各力臂;再表示出則兩只手臂受到的總重力,機器人的整只手臂的最短長度為;最后根據杠桿平衡原理F1L1=F2L2,列出方程解答. 解:(1)機器人在從座椅上向上站起來之前,必須先將自己的重心移動到腳面上方的范圍內.(2)機器人手臂取最短長度時,應滿足條件為:機器人上半身繞O1點前傾(順時針轉動)30°角,同時水平向前伸直兩只手臂,整個機器人的重心剛好落在腳后跟的正上方.如圖答14

    解答:





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