2011年第二十一届全国初中应用物理竞赛复赛试题
注意事项：
1．请在密封线内填写所在地区、学校、姓名和考号.
2．用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写.
3．本试卷共有六个大题,满分为100分.
4．答卷时间：2011年4月17日(星期日)上午9：30～11：10.
一、 (16分)测定患者的血沉,是医学上用来帮助医生对病情作出正确判断的一种手段.把新鲜的血液,加入抗凝剂,静置一定时间后形成抗凝血后,红血球即从血浆中分离出来而下沉.设抗凝血是由红血球和血浆组成的悬浮液,血浆的密度ρ0≈1．0×103kg/m3,红血球的密度ρ≈1.3×103kg/m3.将抗凝血放进竖直放置的血沉管内,红血球起初在血浆中加速下沉,然后一直匀速下沉,其匀速下沉的速度称为”血沉”.正常人血沉的值大约是v=12mm／h.如果把红血球近似看作半径为R的小球,它在血浆中下沉时所受的粘滞阻力为f=6 R ,在室温下 =1．8×10-3Pa·s,已知V球= R3,试根据以上信息解答下列问题：
1．红血球在血浆中为什么先加速下沉、后一直匀速下沉?
2．计算红血球半径的大小.
二、 (16分)为了推进环保和节能理念的实施,某公司开发生产了“风光互补路灯”,该路灯只需要晒晒太阳吹吹风就能工作,如图l所示.它在有阳光时通过太阳能电池板发电,有风时通过风力发电机发电,二者皆备时同时发电,并将电能输至蓄电池储存起来,供路灯照明使用.为了能使蓄电池的使用寿命更为长久,一般充电至90％左右即停止,放电余留20％左右即停止电能输出.
下表为某型号风光互补路灯系统配置方案.问：
1．当风速为6．0m／s时,风力发电机的输出功率将变为50W,在这种情况下,将蓄电池的电量由20％充至90％需多长时间?
2．如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W／m2,要想太阳能电池的最大功率达到36W,太阳能电池板的面积至少要多大?
3．若遇到阴天无风的天气,仅靠蓄电池供电,最多可供灯具正常发光多长时间?
三、(16分)电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具,如图2所示.其主要结构就是在原来的普通自行车的基础上,增加了电动机及供电、传动设备,它可以电动骑行,亦可以脚踏骑行.电动骑行时,蓄电池为车上的电动机供电,电动机为车提供动力；脚踏骑行时,与普通白行车相同.
下表是某型号电动白行车主要技术参数.
1．仔细观察电动自行车的构造,会发现很多地方用到了物理知识.请仿照下面的示例,再列举三处应用物理知识进行设计的事例.
示例：电动自行车的车座大而扁平,可减小压强.
答：(1)
(2)
(3)
2．当一个初三学生骑着电动自行车在平直的公路上匀速行驶时,轮胎与地面的总接触面积约为40cm2,此时路面受到的压强约为多大?
3．电动自行车以额定功率行驶时通过电动机线圈的电流是多大?
4．蓄电池充足电后储存的能量是多少?
5．在蓄电池充足电后为电动机供电的过程中,当把储存能量的80％提供给电动机后就应进行充电.若电动机工作时将电能转化为对自行车输出机械能的效率为75％,电动自行车在平直的公路上匀速行驶时受到的阻力为30N,则蓄电池充一次电最多能完全依靠储存的电能连续行驶多远?
6．从环保的角度来看,与摩托车相比,电动自行车有什么优缺点?(各列举一条)
四、(16分)家用燃气快速热水器(如图3所示)是一种方便、快捷且不受天气影响的洗浴设备.下表为某品牌家用燃气快速热水器的主要技术数据.已知天然气的热值为8×107J／m3,水的比热容为4．2x103J／(kg．℃).
1．为安全使用此热水器,机体上印有一些警告,其中一条是这样说的：“气温低于0℃时,用后请打开放水塞,放尽机体内存水,再拧紧…”.请解释为什么要这样做?
2．试求该型号家用燃气快速热水器正常工作时的烧水效率.
3．若在额定产热水能力下进行淋浴,一次淋浴总计加热时间为20min,则此次淋浴至少需消耗多少天然气?
4．为防止燃气热水器在无水或水压过低时“干烧”,技术人员设计了很多种“水气联动”装置,实现通常所说的“水到气到”.图4就是其中一种“水气联动”装置的原理图,你能看出它的工作原理吗?请简述它是如何利用“水到”来控制“气到”的.
5．为了防止热水器工作过程中加热火焰意外熄灭导致燃气泄漏,技术人员设计了“火灭断气”的装置.如图5所示为一种“火灭断气”装置的原理图,请根据这个原理图,简述它是怎样实现“火灭断气”功能的?
五、(18分)小芳家里新买了一台电热水器,从“用户手册”中,她获得了以下资料,请根据这些资料完成相应的计算：
一、外形尺寸(mm)
二、技术数据
1．图6为安装示意图,安装时要将L形挂钩用膨胀螺钉固定在承重墙上,上表是热水器的部分数据,请估算L形挂钩受到的最大向下拉力F及对应此时膨胀螺钉与承重墙体间的摩擦力f.
2．这台热水器共有三挡加热功率,销售人员曾介绍说：热水器内部有两个加热管.请你根据销售人员的介绍,猜测并画出内部加热电路的主要结构(简化的等效电路图).然后依据你的猜想,计算出每个加热管的电阻值.
3．产品说明书上标明：当达到设定温度,停止加热后,如果水温降到低于设定温度4℃时,热水器将自动以设置功率将桶内的水加热至设定温度,如此反复直至手动停止加热.小芳想到了国家提倡的峰谷电价制度的有关规定：2011年起,本地的分时电价为：峰时段(08：00～22：00)0．6元／度,谷时段(22：00～次日08：00)0．3元／度.她想,如果每天下午6点洗浴时需要把20℃的冷水加热至50℃,可以下午直接加热,也可以早晨8点前加热好,让热水器自动保温至下午6点,哪种方式更省钱呢?为此她利用热水器提供的测温功能测量了水温从50℃降至46℃需要190分钟,已知c水=4．2×103J／(kg•℃),请帮她通过计算做出哪种方式更省钱的判断.
六、(18分)电动木工机械的发明和应用大大地降低了木工的劳动强度,且大幅度地提高了劳动效率.木工圆锯机就是一种常见的用来锯切木料的电动木工机械.如图7所示为某型号电动木工圆锯机,其主要结构如图8所示.它采用电动机作为动力,通过皮带传动的方式带动与圆形锯盘共轴安装的皮带轮,从而带动周边有齿的圆形锯盘高速转动以锯开木料.它的主要技术数据如下表：
1．小明仔细观察圆形锯盘后发现,圆形锯盘的周边除了有齿外,还开有图9所示的很深的缝,缝的底端打有一个小圆孔,锯齿部分还比锯盘部分稍厚一些.请你从物理学的角度说说这样做的道理.
2．该型号电动木工圆锯机正常工作时,图8中的哪一侧皮带上的拉力较大?并说明你做出判断的理由.
3．若测得与圆形锯盘共轴安装的皮带轮的直径为9．2cm,电动机的皮带轮的直径为11．0cm.电动机满负荷工作时配套电动机输出机械能的效率为90％,则此时皮带上较大的拉力与较小的拉力的差值是多大?
4．若将皮带传动的效率看作100％,共轴传动的摩擦损耗不计.试估算该型号电动木工圆锯机安装最大锯盘正常工作时,圆形锯盘所受到的木料的阻力是多大?
