第二十三届“国际科学与和平周”全国中小学生（江苏地区）“盛虹”杯金钥匙科技竞赛 高中个人初赛赛题

【专家解说】：第二十三届国际科学与和平周全国中小学生（江苏地区）“盛虹”杯金钥匙科技竞赛 高中个人初赛赛题答案 （满分190分，其中附加题60分） 一、知识题（满分30分） （一）、选择题（每题1分，共15分） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 A D A B A D D C A D A A C D B （二）、判断题（每题1分，共15分） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 × √ × √ × × × × √ × √ × × × √ 二、综合应用题（共2题，每题20分，共40分）（以下问题另用纸作答） 1．答案：我们以打上旋球为例。①乒乓球旋转根本原因是，球受力的作用线没经过球的质心，球拍以一定倾角，向前上方快速击球时，给球的力是切向摩擦力（使球旋转）和撞击力（使球平动）的合力，合力的方向不指向球心（质心），而是使球向前上方运动的同时，又绕水平横轴旋转，形成上旋球。 ②球在空中的运动轨迹，包括落到对方桌面跳起后的运动轨迹（如图所示），都是一条明显的“香蕉球”曲线，特别是下落阶段的轨迹，曲率显得更大。 ③上旋球在空中运动时，受3个力的作用：一是空气阻力，它的方向与球的前进方向相反；二是重力，它的方向指向地心；三是因球旋转着向前运动时，球的上侧面空气流速较小，下侧面的空气流速较大。根据伯努利原理，上面受到的压强较大，下面受到的压强较小，上下形成的压强差产生的力，方向与球的运动方向垂直。在这3个力的共同作用下，形成香蕉型运动轨迹，同时使下落阶段曲线的曲率半径更小。 评分标准： 1.正确解释上旋球旋转的原因；（7分） 2.正确描述球的运动轨迹；（6分） 3.正确解释球运动轨迹形成的原因。（7分） 2．答案： 我们知道，原子是由原子核和绕核旋转的电子构成的，原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子构成。如果用中子轰击铀-235，铀原子核会分裂成2个较小质量的新原子核，还会放出2～3个中子和其他射线，同时释放出巨大的裂变能。释放出的中子再轰击别的铀-235原子核，又会引起新的核裂变，新的裂变又产生新的中子和裂变能，如此不断持续下去，形成链式反应。这种链式反应，1秒钟内能大约产生1000代中子，从而在极短的时间里可释放出巨大核能。在核反应堆中，为了控制核反应速度，需要用镉等材料制造的控制棒吸收中子，以控制中子数量。用水等作为慢化剂和冷却剂，慢化剂用于减慢中子速度，使核反应速度得到有效控制；冷却剂（水）将裂变能转变成蒸汽的热能，再转变成涡轮机的机械能，最后变成电能。 日本福岛核电站用的是沸水堆，它的主要特点：一是推动蒸汽涡轮机的蒸汽是直接在堆芯里生成的，水蒸气经设在反应堆顶部的汽水分离器分离干燥后，由管线引出，送到涡轮机带动发电机发电。从涡轮机出来的蒸汽经冷凝、处理后，再送回堆芯加热。这里的循环水，既是裂变能的冷却剂，又是中子的慢化剂，因此含有放射性物质。 二是由于反应堆上部被汽水分离器占用，控制棒只能安放在反应堆的下部（控制棒一般安放在反应堆的上方，一旦发生事故，可依靠控制棒的重力自己落下，使反应堆自动停堆），必须依靠其他动力上推，插入堆芯，实现对核反应速度的控制。 当3月11日下午，大地震发生后，控制棒上插，反应堆安全停堆，堆芯热功率很快下降。这时，只要冷却水能不断注入、冷却，堆芯就没事。但是，地震摧毁了外电网，外电源不可用；应急柴油机开始发电，带动水泵向堆芯注水，但是几分钟后，大海啸来了，机房被淹，柴油机无法使用；尽管有蓄电池，但容量较小；而随后运来的移动式柴油机的发电机，因其接口和电站的接口不兼容。一个个措施都失败了，水泵无法启动，不能向堆芯注水冷却。而堆芯燃料棒裸露，余热不断产生，安全壳内的温度、压力持续上升。由于高温条件下，水或水蒸气和燃料棒的保护壳锆发生反应，生成氧化锆和大量氢气。为了防止反应堆压力容器超压爆炸，操作人员向厂房内释放蒸气卸压。因蒸汽含有的大量氢气，和氧混合后，遇高温或明火产生强烈爆炸，将反应堆厂房摧毁，致使含有放射性碘和铯的蒸汽外泄。 评分原则：因各人查找的资料不同，表述的内容可能不同，甚至会有矛盾，可根据具体情况，按20、15、10、5四个等级给分。 三、发散思维题（20分） 参考答案：①家庭的灶具、热水器、取暖器、电热毯等各种家用电气，必须严格按照规定要求，正确安装和使用； ②知道不同火灾，使用不同的灭火办法； ③室内各种加热器、明火要远离易燃物品； ④人不在家的时候，要关掉火源、取暖器电源； ⑤一旦遇到家中煤气、天然气泄漏，不能打电话、开电灯、开排气扇等家用电气，也不能用力碰撞金属物体，以免引起电火花和火星，而引起爆炸起火； ⑥家用电器负荷不能超载； ⑦保险丝不可用铜丝、铁丝代替，以免负荷超过时，无法熔断而起火； ⑧抽烟的人不可在床上抽烟，以免不小心引燃床上易燃物品； ⑨不让小孩玩火； ⑩牢记火警电话119，一有火情，及时报警等。 评分标准： 1.只要对防火减灾有效，都是正确的； 2.每答对1个得2分，总分最多不超过20分。 四、作文题（40分） 评分原则： 1.立意积极、切题；（8分） 2.见解独特、深刻，有新意；（10分） 3.文章结构严谨，层次清楚；（8分） 4.文字表述简洁、准确；（8分） 5.文字不少于800字。（6分） 五、研究性学习（20分） 参考答案： 1．蒸鸡蛋的一般做法：将鲜鸡蛋敲入碗内→搅匀→加适量水（或鲜牛奶）→搅匀→放锅中隔水蒸→蒸熟出锅→加香油、酱油等调料。 2．蒸鸡蛋有的是放在开水里隔水蒸煮，有的是放在蒸笼上蒸，现以隔水蒸煮为例。把配制好的鸡蛋液放在开水里隔水蒸煮，除少量辐射热外，把鸡蛋蒸熟的热量主要来自两方面，一是通过碗壁的热传导，将开水的热量传给鸡蛋液，又通过鸡蛋液的对流，使蛋液均匀受热；二是通过蒸汽在蛋液上表面冷凝，将释放出的热量（汽化潜热）加热蛋液。如果碗壁厚，传热慢，蛋液上表面温度将比液面下的温度高，碗内蛋液将不会发生对流，这时，蒸熟鸡蛋的热能，主要来自上表面蒸汽冷凝释放出来的潜热向下传导的热量。 3．要蒸出一碗好鸡蛋，至少要注意4点：①鸡蛋和水或牛奶的配比合适（一般1：1），搅拌要均匀。若水（或牛奶）过多，蒸出来的鸡蛋会不成型；太少则会显得老、硬。 ②要选用碗壁材料导热良好的碗具，或者选用3～4厘米深的浅盘子，以尽量保证鸡蛋液厚薄一致，受热均匀，不会出现生熟不一的现象。如果碗壁厚，传热慢；碗又深，造成蛋液又深又厚。这时，主要靠上表面蒸气冷凝释放出来的潜热向下传导加热蛋液，如果没有人工适时搅拌，蒸的时间就要很长。那么蒸出的鸡蛋，上层将会显得干皱、多孔、老涩，而下面可能还不熟。 ③掌握好时间。蒸熟时间和蛋液量、所用碗具有关。若时间太长，除了会出现干皱、多孔、老涩外，有时还会脱水。这样的蒸鸡蛋不仅外观难看，口感也不好；④蒸鸡蛋应用中小火，不宜用大火，否则容易蒸老。 注意：小心用火、用电和接触开水、蒸汽的安全，必要时请家长监护。 评分原则： 1.按要求做完研究，写出报告；（8分） 2.能正确解释传热过程；（6分） 3.分析有理，结论正确。（6分） 六、电脑设计题（20分） 评分标准： 1.画面元素齐全（主题名称，为主题服务的图片或装饰，中国邮政，CHINA，票面价值，四周锯齿形边）；（6分） 2.想象力丰富，有新意；（8分） 3.色彩丰富，画面清新、洁净。（6分） 七、动手实践题（20分） 参考答案： 如果把这个容器水平地放在列车上，当列车以加速度a沿水平方向向右行驶，则容器里的液面将变为倾斜状态（如图所示），加速度越大，倾斜角θ越大。为寻找a与θ的关系，可设想在水中取一个很小的水平水柱，其断面的面积为△S，长度为L,左侧中心距水面高度为h,右侧面与水面一致。使这个水柱在水平方向做向右的加速度运动的力，是它两侧所受到的压力差，即： （p左-p右）•△S=ma ρgh•△S=ρL△S•a gh= La a=hg/L=g•tanθ 在制造容器时，容器的长20厘米，水平面为0刻度，取g≈10米/秒2，L=10厘米，h为左侧中心距水面高，则a=h米/秒2，即容器一端液面升高1厘米，就表示列车的加速度为1米/秒2，升高h厘米，a=h米/秒2。 评分标准： 1．按要求做出加速度测量计，最高 8分； 2．能建立起正确的数学模型，最高得12分。 抱歉，初赛已过，就给你打答案吧