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【专家解说】：第十六届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题 一、(10分)如图l，东湖中学想用离心泵将湖中的水抽到C处的养鱼池中。要求在30 min内至少向养鱼池中输水120 m3，学校领导将以下几个需要解决的问题交给了科技小组。 (1)A，B处各有一个平台，离心泵应放在什么位置，请说明理由。 (2)如果某型号离心式水泵的扬程为15 m，功率为17 kW， 效率为0.6，试通过计算说明这台水泵是否可满足东湖中学的需求? (3)为了节约资金，有人提出全部采购比硬质管便宜、而且与水泵管径相符的软橡皮管配套使用，你认为是否可行，为什么?说出你的正确方案。 二．(10分)一个地质勘探小分队，在野外河边休息时发现了一种矿石，他们非常想尽快知道这种矿石的密度大约是多少，但是手中只有皮尺、直木棍和针线包中缝衣服用的针和细线，请你帮助他们利用现场可利用的物品，设计一个测定矿石密度的方案，并推导出计算矿石密度的表达式。 三．(14分)小华同学为了节能和方便家人洗澡，用废弃的汽油桶在房顶上自制了一个简易太阳能热水器，图2是它的安装示意图。在水箱上下安有二根管子，其中一根是进出水管，给热水器上冷水或淋浴时用热水，都是通过进出水管来完成，室内进出水管上安有三个阀门。 若当地的大气压强p0=1.0×105Pa，请回答下列问题： (1)小华为什么要在热水器上方安装一根与大气相通的管子A? (2)根据阀门I、II、Ⅲ的位置，说明它们的作用是什么?如何调节喷头出水的温度? (3)给热水器上冷水时，阀门I、1I、III应当处于何种状态?洗澡时，阀门1、II、111应当处于何种状态? (4)如果小华同学住的居民楼层高为3 m，他家的热水器安装在七楼楼顶上，且距楼顶高1 m，那么该地区的水压至少为多大，才能顺利为热水器上水? (5)设热水器水箱容积为100 L，在一般的光照条件下，一满箱12℃的水经白天太阳的加热温度可达到45℃，这相当于多少煤气完全燃烧放出的热量?(已知水的比热容为4.2×107J／(kg•℃)，煤气的热值约4.2×107J／kg) 四、(12分)育才中学科技小组设计了一个可以测量电阻值的多量程欧姆表，图3中所示为其中两个量程的测试电路，G为灵敏电流表，其内阻Ro=100 Ω、电流灵敏度(即指针在满刻度时流过灵敏电流表的电流)U=100μA，R为可调电阻，阻值变化范围为0～5 kΩ，Rl和R2为定值电阻，R1=15 Ω，R2=ll kΩ，E为1.5V干电池，S为量程选择开关。测量时把待测电阻两端分别与A、B两端相接。为了能从灵敏电流表上直接读出待测电阻的阻值，需在表盘上重新标注示数。请回答： (1)在指针满偏处，盘面应标注的示数是多少? (2)当A、B间断开时，指针所指的位置处，盘面应标注的示数是多少? (3)开关分别置于1和2位置时，在表盘正中间位置处应标注的示数各是多少?请简要说明理由。 (4)该欧姆表表盘上的刻度是否均匀?请从电路原理上说明理由。 五、(12分)有一种被称作PTC的半导体材料，其电阻随温度的变化曲线如图4所示。 (1)请你根据这条曲线分析，PTC材料的电阻值怎样随温度的变化而改变? (2)请说出这种材料的两个可能的应用实例。 (3)以其中的一个应用为例，说明它的正常工作过程和使用条件。 六、(14分)利民电器厂设计了一种具有高、中、低温三挡的家用电火锅，其发热体电阻丝如图5所示。A、B、C为三个接线柱，B是电阻丝中点的接线柱。相信你一定能帮助该厂完成以下工作。 (1)说明各挡位的连接方法(淖直硎龌蚧?剂?泳??。 (2)如果要求低温发热功率为200 W，那么高温和中温两挡的发热功率分别应是多大? (3)设计一份该火锅的产品铭牌。 七、(14分)现在流行的无线市话俗称“小灵通”，是一种新型的个人无线接入系统，具有语音清晰、发射功率低、待机时间长、功能多、价格合理等特点。它的使用使传统意义上的固定电话不再固定在某个位置，可在无线网络覆盖范围内自由移动使用，随时随地接听、拨打本地和国内、国际电话。 表1是某一型号小灵通的部分资料数据。若这种小灵通在正常使用的情况下，充电一次可使用7天，累计通话时间为1.2 h，通话时耗电功率为平均发射功率的20倍。则： (1)这部小灵通正常通话时的工作电流大约多大? (2)小灵通开机但不通话时的状态称为待机。这部小灵通的待机电流大约多大? (3)在没有充电器的情况下，可用一个电压略高于3.6V的直流电源为小灵通电池临时应急充电。请你设计一个方案，用图6所示的直流电源给这部小灵通的电池充电，并画出充电的电路图。 表l 尺寸 (长×高×宽) 约45 mm×83mm×23.5 mm 质量 约85g 发射功率 约10 mW(平均) 电池 3.6V 580mA•h锂电池 充电器 输入：AC220V 50Hz 输出：DC5.2V 320mA 充电器重 约50 g 充电时间 2.5～3.5 h 连续待机时间 48～200 h 八、(14分)现在有些住宅区使用的水表是预付费式的水表，每个用户一表一卡，凭卡用水，卡中数据输入表中，水表自动开阀供水。 所购水用完后自动关阀断水，用户必须重新购水，方能重新用水。图7是某水表厂生产的预付费式的IC卡水表，其主要技术参数如表2所示。请根据表2 中的数据，回答下列问题： 项目 FY-15E热水表 FY-20E热水表 FY-25E热水表 质量 1.4㎏ 1.8㎏ 2.5㎏ 长度 165 mm 195 mm 225 mm 口径(DN) 15 mm 20mm 25mm 过载流量 3m3／h 5m3／h 7m3／h 常用流量 1.5m3／h 2.5m3／h 3.5m3／h 分界流量 0.12m3／h 0.2m3／h 0.3m3／h 最小流量 0.03m3／h 0.05m3／h 0.07m3／h 起动流量 ≤0.010m3／h ≤0.012m3／h ≤0.017m3／h 水表性能 B级表 密封性 1.6MPa水压，15min内不泄漏 最小读数 0.0001 m3 最大读数 9999.9999 m3 用户窃水 自动关阀并提示 电源 3.6V、2.4Ah锂电池2节串联 IC卡的保密性 射频卡，一表一卡，不可复制 IC卡使用寿命 使用次数>10万次 报警方式 剩余水量2 m3时报警，用完剩余水后关阀 静态工作电流 0.5mA 开阀或关阀时的工作电流 500mA 常用流量误差 ≤2％ 工作温度 温度：0℃一90℃(FY系列) 工作水压 0.1 MPa～0.6MPa 材料 铜 (1)要保证水表正常工作，水平位置相对水塔内的水面高度差的范围应是多少? (g取10 N／kg) (2)如果水表仅处在静态下，最多能使用多少天才需更换电池?水表开阀或关阀时它的电功率是多少? (3)FY-25E型热水表在常用流量状态流出50℃的热水时，需要用多大功率、效率为80％的锅炉来加热原来温度为20℃的水?如果连续这样供热水，一昼夜至少需要烧多少煤?(煤的热值是3×107J／kg) (4)FY一15E热水表报警后，在常用流量下用水，大约还能用几小时? (5)FY-20E水表出水口水的最大流速是多少?