2023年第20届全国初中应用物理知识竞赛复赛试卷.docx

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1、2023 年其次十届全国初中应用物理竞赛复赛试卷一、解答题共 6 小题，总分值 100 分116 分干簧管也叫干簧继电器比一般机械开关构造简洁、体积小、速度高、工作寿命长；而与电子开关相比，它又有抗负载冲击力量强的特点，工作牢靠性很高如图甲所示为干簧管的构造简图，其中磁簧片是一种有弹性的薄铁片，被固定于玻璃管上（1） 当将一个条形磁铁与干簧管平行放置时，如图乙，干簧管的磁簧片触点就会闭合，将电路接通；当条形磁铁远离干簧管时，触点就会断开请简述其原理（2） 某同学设想用干簧管制作水位自动报警器，图是他设计的一局部状况，请帮助他完成其余局部的设计：他手边还有开关、红灯、绿灯和电铃各一个，导线假设干

2、，请在图中的虚线方框内画出报警电路，要求：水位到达A 处时，红灯亮，电铃报警；水位到达B 处时，绿灯亮，电铃报警216 分小星同学为试验室设计了一个多挡位电加热器，其工作原理图如图3 所示其中 R1、R2、R3 为发热电阻三个灯泡为上述发热电阻相应的工作指示灯，其所消耗的电功率可无视不计小星设想通过开关的组合，使电加热器能有200W、300W、900W 共七挡功率为此他还设计了下面这份简洁的表格，表中的“”表示对应的开关闭合，相应的指示灯亮：“”表示对应的开关断开，相应的指示灯熄灭功率栏给出了相应状态时电加热器的功率值10（1） 依据他的设想，帮他计算出R1、R2、R3 的阻值各为多少？（2）

3、 补齐表中其余挡位的空格额定电压220V额定频率50Hz档位1S1S2S3功率 200W2 300W34567900W316 分2023武昌区校级模拟如图为过去邮局里用来称量邮件质量的双杆台秤的主要构造简图，这种台秤的两条秤杆是固定在一起的，两条秤杆分别装有秤锤A、B，其中秤 锤A 只能处于其所在秤杆上有槽的特定位置处，秤锤 B 则可停在其所在秤杆上的任意位置（1） 这个台秤的量程和分度值分别是多少？（2） 写出用这种秤测量一个邮包的质量时的操作步骤包括校零的具体步骤（3） 假设用调整好的台秤称量一个邮包的质量时，秤杆水平平衡后，秤锤A、B 所处的位置如图 4 所示，则这个邮包的质量为多少？（

4、4） 由图中的信息推导出A、B 两秤锤的质量mA、mB 的关系416 分小华家买了居，预备改装客厅顶灯的电路时，他觉察爸爸拿来一幅如图5 所示电路图，他很古怪，看了一会儿之后，觉察这幅图有些眼熟，但又和过去所看的图不同，他拿着图去问爸爸：S3 是什么开关，爸爸告知他这叫“双刀双掷”开关，相当于两个单刀双掷开关“联动”爸爸还告知他要将这三个开关分别装在三个与客厅相连的房间的门旁边这是为什么？这样装有什么好处呢？小华打算认真争论一下S1S3S2灯的亮灭（1） 小华预备首先用列表的方法分析开关的状态与灯泡亮灭的关系为此他设计了如下的 表格，并用“1”和“2”表示开关接通的位置，用“1”和“0”表示灯

5、泡的“亮”和“灭”请你也参与到 他的争论中来，并帮他在表格中记录下三个开关全部可能的组合对灯的掌握状况，完成下表：（2） 依据列表的结果总结出这个电路的好处（3） 弄懂了这个电路和双刀双掷开关的特点之后，他又有了的想法：还可以在图5 的电路中再增加一个双刀双掷开关S4，并使它和其他的开关作用一样请把他的设计画在图6 中电压/V第一组20电流/A1时间/s300水的初质量/g70水的末质量/g68518 分单位质量的某种液体变为同温度的气体所需要吸取的热量，叫做这种液体的汽化热通常状况下，同种液体在不同温度下的汽化热是不同的某课外活动小组设计了如图 所示的装置，可以用来测定100时水的汽化热该装

6、置的测量原理是：用电压可调的电加热器使玻璃容器内的水沸腾，用电子天平分别测量沸腾一段时间前后水的质量，同时测量所 用的时间及在该段时间内电加热器的电压和电流，依据相关的数据和能量守恒关系即可求出 水的汽化热由于这个装置工作时的散热损失是不行无视的，该组同学试验时测量了两组数据，如下表所示：其次组4023007060（1） 试简洁说明该装置的散热功率是否随加热功率的转变而转变（2） 依据以上数据，求水的汽化热（3） 针对此试验提出一些削减试验误差的措施618 分2023 秋黄陂区校级月考小亮家有一辆家用轿车，爸爸在给他说车的性能时，总是说“2.0 的排量”，却很少说“功率”，为此小亮特地从网上查

7、到了排量的定义：活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为汽缸排量假设发动机有假设干个气缸，全部气缸工 作容积之和称为发动机排量从说明书上查到：小亮家的汽车承受的是LFX 直列四缸发动机，排量为 2.0L；从网上查找到了其输出特性曲线如下图；小亮又向爸爸询问了一些实测数据：由于汽车行驶的路况很好，所以平均车速为90km/h，此时发动机转速为2023r/min，平均行驶百公里油耗为9L；从物理书上查得汽油的热值为4.6107J/kg，密度为 0.71103kg/m3（1） 由这台发动机输出特性曲线可以看出，在发动机转速为10005000r/min 范围内，它的输出功率与转速大致有什么关系？（2

8、） 试通过公式推导出在其他参数一样时，发动机的输出功率与其排量的关系（3） 这辆汽车以 90km/h 行驶时，发动机的效率约为多少？每个做功冲程汽缸内的平均压强是约为多少？2023 年其次十届全国初中应用物理竞赛复赛试卷参考答案与试题解析一、解答题共 6 小题，总分值 100 分116 分干簧管也叫干簧继电器比一般机械开关构造简洁、体积小、速度高、工作寿命长；而与电子开关相比，它又有抗负载冲击力量强的特点，工作牢靠性很高如图甲所示为干簧管的构造简图，其中磁簧片是一种有弹性的薄铁片，被固定于玻璃管上（1） 当将一个条形磁铁与干簧管平行放置时，如图乙，干簧管的磁簧片触点就会闭合，将电路接通；当条形

9、磁铁远离干簧管时，触点就会断开请简述其原理（2） 某同学设想用干簧管制作水位自动报警器，图是他设计的一局部状况，请帮助他完成其余局部的设计：他手边还有开关、红灯、绿灯和电铃各一个，导线假设干，请在图中的虚线方框内画出报警电路，要求：水位到达A 处时，红灯亮，电铃报警；水位到达B 处时，绿灯亮，电铃报警考点：电磁继电器的组成、原理和特点；阿基米德原理；电路图设计 专题：信息赐予题；设计与制作题分析：1依据磁化的规律可以推断磁簧片的极性，再依据磁极间的相互作用，可解释为什么条形磁铁靠近时电路接通，远离时触点断开；2由题意可知，这应当是一个由两个干簧管分别掌握一个支路的并联电路，据此来完成电路的连接

10、；浮球的位置，可以确定条形磁铁的位置，而条形磁铁的位置可以确定哪个干簧管在工作，同时确定了哪个干簧管所在的电路工作解答：解：1左侧磁簧片的最左端靠近条形磁铁的N 极，所以磁化后该端为 S 极，则另一端为N 极；同理可以确定右侧磁簧片的右端为N 极，另一端为S 极，所以两磁簧片中间靠近的局部因异名磁极相互吸引而触接当条形磁铁移开时，磁性消逝，磁簧片因弹性而断开；2当浮球上升到最高水位时，条形磁铁下沉到干簧管2 所在的位置，此时条形磁铁使干簧管的磁簧片接触，导致其所在的电路接通，所以红灯亮，电铃响同理，当浮球下降到最低水位时，条形磁铁上升到干簧管1 所在的位置，此时条形磁铁使干簧管的磁簧片接触，导

11、致其所在的电路接通，所以绿灯亮，电铃响如以下图所示：点评：干簧管实际是一种继电器掌握电路，其利用的不是电磁铁，而是一个永久磁铁对磁簧片的磁化作用，搞清这一原理，才能对其工作状况进展有针对性的分析解答中主要用到了磁化的特点，以及电路的设计，有肯定的难度，但也给我们很多的启发，是一个很好的应用，也是一道不错的题目216 分小星同学为试验室设计了一个多挡位电加热器，其工作原理图如图3 所示其中 R1、R2、R3 为发热电阻三个灯泡为上述发热电阻相应的工作指示灯，其所消耗的电功率可无视不计小星设想通过开关的组合，使电加热器能有200W、300W、900W 共七挡功率为此他还设计了下面这份简洁的表格，表

12、中的“”表示对应的开关闭合，相应的指示灯亮：“”表示对应的开关断开，相应的指示灯熄灭功率栏给出了相应状态时电加热器的功率值（1） 依据他的设想，帮他计算出R1、R2、R3 的阻值各为多少？（2） 补齐表中其余挡位的空格额定电压220V额定频率50Hz档位1S1S2S3功率 200W2 300W34567900W考点：电功率的计算；并联电路的电压规律 专题：计算题；应用题；信息赐予题分析：（1） 依据表格中开关的状态和对应的功率，利用R=求出电阻R1、R2 的阻值；根据P=可知，当S1、S2、S3 都闭合时，电路中的电阻最小、总功率最大，再依据总功率等于各用电器功率之和求出R3 消耗的电功率，最

13、终再利用 R=求出R3 的阻值（2） 依据并联电路的特点可知三发热电阻独立工作、互不影响，依据总功率等于各用电器功率之和结合电路图得出另外四个功率档位状态以及功率值解答：解：1档位1：S1 闭合，S2、S3 断开时，只有R1 接入电路，则R1=242；档位 2：S2 闭合，S1、S3 断开时，只有 R2 接入电路，则 R2=161.3； 档位 7：S1、S2、S3 都闭合时，三电阻并联，则 R3 消耗的电功率P3=P7P1P2=900W200W300W=400W，所以R3=1212档位 3：开关S3 闭合，S1、S3 断开时，只有R3 接入电路，电功率P3=400W； 档位 4：开关S1、S2

14、 断开，S3 闭合时，R1、R2 并联接入电路，电功率P4=P1+P2=200W+300W=500W；档位 5：开关S1、S3 断开，S2 闭合时，R1、R3 并联接入电路，电功率P5=P1+P3=200W+400W=600W；档位 6：开关S：2、S3 断开，S1 闭合时，R2、R3 并联接入电路，电功率 P6=P2+P3=300W+400W=700W；各档位的功率和开关的状态如图：额定电压220V额定频率50Hz档位1S1S2S3功率 200W2 300W3 400W4500W5600W6700W7900W答：1R1、R2、R3 的阻值分别为 242、161.3、121；2答案如上表所示点

15、评：此题考察了并联电路的特点和电功率公式的敏捷运用，关键是知道电路的总功率为各 用电器功率之和；通过开关的闭合和断开，转变电路的连接方式，是初中电学的典型习题，肯定要娴熟把握316 分2023武昌区校级模拟如图为过去邮局里用来称量邮件质量的双杆台秤的主要构造简图，这种台秤的两条秤杆是固定在一起的，两条秤杆分别装有秤锤A、B，其中秤 锤A 只能处于其所在秤杆上有槽的特定位置处，秤锤 B 则可停在其所在秤杆上的任意位置（1） 这个台秤的量程和分度值分别是多少？（2） 写出用这种秤测量一个邮包的质量时的操作步骤包括校零的具体步骤（3） 假设用调整好的台秤称量一个邮包的质量时，秤杆水平平衡后，秤锤A、

16、B 所处的位置如图 4 所示，则这个邮包的质量为多少？（4） 由图中的信息推导出A、B 两秤锤的质量mA、mB 的关系考点：天平的使用；杠杆的平衡条件 专题：应用题分析：1台秤的量程等于秤锤 A 和秤锤B 对应的刻度值之和，台秤的分度值是秤锤 B 所在秤杆上的最小刻度值（2） 台秤的使用和天平的使用是相通的，首先把台秤放在水平台上，秤锤都移动秤 杆的零刻度，调整平衡螺母使台秤的横梁平衡；物体放在台秤上，首先移动秤锤A， 然后再移动秤锤B，使台秤的横梁重平衡，物体的质量等于秤锤 A 对应的刻度与秤锤 B 对应刻度之和（3） 依据物体的质量等于秤锤A 对应的刻度与秤锤B 对应刻度之和，求出邮包的质

17、量（4） 当秤锤A 在 0.1kg 刻度处和秤锤B 在 100g 刻度处，称出物体的质量是相等的， 找到秤锤A 在 0.1kg 刻度处和秤锤B 在 100g 刻度处的力臂，依据杠杆平衡条件求出两个秤锤的质量关系解答：答：1这个台秤的量程：1.9kg+0.1kg=2kg分度值为 1g2台秤测量一个邮包的质量时的操作步骤：首先把台秤放在水平台上，秤锤都移动秤杆的零刻度；调整平衡螺母，当秤杆在水平位置时，台秤的横梁平衡；物体放在载物台上，首先移动秤锤 A，然后再移动秤锤 B，使台秤的横梁重在水平位置平衡；物体的质量等于秤锤A 对应的刻度与秤锤B 对应刻度之和（3） 秤锤A 对应的刻度与秤锤B 对应刻

18、度分别为 0.7kg、23g， 所以邮包的质量：m=0.7kg+0.023kg=0.723kg（4） 当秤锤A 在 0.1kg 刻度处和秤锤B 在 100g 刻度处，称出物体的质量是相等的， 秤锤A 在 0.1kg 刻度处和秤锤B 在 100g 刻度处分别对应的力臂为 5L 和 100L，所以 mA5L=mB100L， 所以 mA=20mB点评：案秤、台秤、物理天平、托盘天平的使用都是类似的：首先放在水平面上，游码回零；然后调整横梁平衡；放置被称量的物体，使横梁平衡； 计算物体质量416 分小华家买了居，预备改装客厅顶灯的电路时，他觉察爸爸拿来一幅如图5 所示电路图，他很古怪，看了一会儿之后，

19、觉察这幅图有些眼熟，但又和过去所看的图不同，他拿着图去问爸爸：S3 是什么开关，爸爸告知他这叫“双刀双掷”开关，相当于两个单刀双掷开关“联动”爸爸还告知他要将这三个开关分别装在三个与客厅相连的房间的门旁边这是为什么？这样装有什么好处呢？小华打算认真争论一下S1S3S2灯的亮灭（1） 小华预备首先用列表的方法分析开关的状态与灯泡亮灭的关系为此他设计了如下的 表格，并用“1”和“2”表示开关接通的位置，用“1”和“0”表示灯泡的“亮”和“灭”请你也参与到 他的争论中来，并帮他在表格中记录下三个开关全部可能的组合对灯的掌握状况，完成下表：（2） 依据列表的结果总结出这个电路的好处（3） 弄懂了这个电

20、路和双刀双掷开关的特点之后，他又有了的想法：还可以在图5 的电路中再增加一个双刀双掷开关S4，并使它和其他的开关作用一样请把他的设计画在图6 中考点：电路图设计；串联电路和并联电路的区分专题：设计与制作题；图析法分析：1依据三个开关处于不同的位置，看一下是否能组成通路则灯泡发光，否则断路灯泡不发光；（2） 分析列表的结果可知，每一个房间的开关都能独立掌握客庭灯泡的亮暗，据此进展解答；（3） 依据开关S4 的作用和其他的开关作用一样，进展设计电路图解答：解：1依据开关的位置，进展不同的组合，电路为通路灯泡发光，否则不发光；如下表所示：（2） 依据列表的结果可以看出，不管其他开关处于何种位置，每一

21、个开关都可以独立地掌握灯的亮、灭，因而从任何一个房门走进或离开客厅时都可以便利地开或关客厅的灯，也节约电能（3） S4 的作用和其他的开关作用一样，设计的电路图如以下图所示：点评：此题考察了学生对电路图的分析和依据分析得出结论的力量，以及依据题意设计电路的力量，对学生的要求较高，难度较大S1S3S2灯的亮灭11111120121012212110212122112220第一组其次组电压/V2040电流/A12时间/s300300水的初质量/g7070水的末质量/g6860518 分单位质量的某种液体变为同温度的气体所需要吸取的热量，叫做这种液体的汽化热通常状况下，同种液体在不同温度下的汽化热是

22、不同的某课外活动小组设计了如图 所示的装置，可以用来测定100时水的汽化热该装置的测量原理是：用电压可调的电加热器使玻璃容器内的水沸腾，用电子天平分别测量沸腾一段时间前后水的质量，同时测量所 用的时间及在该段时间内电加热器的电压和电流，依据相关的数据和能量守恒关系即可求出 水的汽化热由于这个装置工作时的散热损失是不行无视的，该组同学试验时测量了两组数据，如下表所示：（1） 试简洁说明该装置的散热功率是否随加热功率的转变而转变（2） 依据以上数据，求水的汽化热（3） 针对此试验提出一些削减试验误差的措施考点：功率的计算；汽化及汽化吸热的特点；物理学方法专题：计算题；试验探究题分析：1由于，不管热

23、功率大小，只要是使水沸腾，水的温度就保持在沸点，与外界温度差无关，所以，该装置的散热功率不随加热功率的转变而转变（2） 依据表中的电压、电流和时间求出电流做的功也就是水吸取的热量，有水的初质量和末质量可求出汽化的水的质量，用水吸取的热量除以汽化的水的质量就是水的汽化热（3） 可以再多测几组数据取平均值，减小误差解答：解：1由于只要水沸腾，水的温度就保持在沸点，与外界温度差无关，所以，该装置的散热功率不随加热功率的转变而转变2依据第一组数据，水吸取的热量：Q=W=UIt=20V1A300s=6000J，汽化的水的质量：m=2g，1=3000J/g，依据其次组数据，水吸取的热量：Q=W=UIt=4

24、0V2A300s=24000J，汽化的水的质量：m=10g，2=2400J/g，水的汽化热：=2700J/g3可以转变水的质量和加热时间再多测几组数据取平均值，减小误差答：1由于只要水沸腾，水的温度就保持在沸点，与外界温度差不变，所以，该装置的散热功率不随加热功率的转变而转变（2） 水的汽化热 为 2700J/g（3） 转变水的质量和加热时间再多测几组数据取平均值点评：此题考察了电功率和电功的计算，比较根本，难度不大；关于水的汽化热学生可能比较生疏，通过此题可以考察学生承受知的力量，是一道好题618 分2023 秋黄陂区校级月考小亮家有一辆家用轿车，爸爸在给他说车的性能时，总是说“2.0 的排

25、量”，却很少说“功率”，为此小亮特地从网上查到了排量的定义：活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为汽缸排量假设发动机有假设干个气缸，全部气缸工 作容积之和称为发动机排量从说明书上查到：小亮家的汽车承受的是LFX 直列四缸发动机，排量为 2.0L；从网上查找到了其输出特性曲线如下图；小亮又向爸爸询问了一些实测数据：由于汽车行驶的路况很好，所以平均车速为90km/h，此时发动机转速为2023r/min，平均行驶百公里油耗为9L；从物理书上查得汽油的热值为4.6107J/kg，密度为 0.71103kg/m3（1） 由这台发动机输出特性曲线可以看出，在发动机转速为10005000r/min 范

26、围内，它的输出功率与转速大致有什么关系？（2） 试通过公式推导出在其他参数一样时，发动机的输出功率与其排量的关系（3） 这辆汽车以 90km/h 行驶时，发动机的效率约为多少？每个做功冲程汽缸内的平均压强是约为多少？考点：功率的计算；速度公式及其应用；压强的大小及其计算；功的计算；热量的计算；热机的效率专题：计算题；信息赐予题分析：1由这台发动机输出特性曲线可以得动身动机转速为10005000r/min 范围内输出功率与转速的大致关系；2先设出做功冲程燃气对活塞的平均压强和发动机排量，依据 F=PS 求出做功冲程燃气对一个活塞的平均压力，依据W=Fs 求出每个做功冲程燃气对一个活塞做的功，再依

27、据P=得动身动机转速为n 时燃气对活塞做功的功率，进一步得动身动机的输出功率与其排量的关系3先依据图象得动身动机转速为2023r/min 时的输出功率，依据t=求动身动机工作的时间，依据W=Pt 求出求出汽车做的有用功；依据m=V 求出燃烧汽油的质量，依据Q=mq 求出汽油放出的总热量，即为总功，依据效率公式求动身动机的效率；依据发动机转速为n 时燃气对活塞做功功率的表达式即可求出每个做功冲程汽缸内的平均压强解答：解：1由这台发动机输出特性曲线可以看出在发动机转速为1000500r/min 范围内，它的输出功率与转速大致成正比关系0（2） 设做功冲程燃气对活塞的平均压强为p ，发动机排量为V，

28、则一个活塞的排排气量 V，排做功冲程燃气对一个活塞的平均压力：F=p0S，排每个做功冲程燃气对一个活塞做的功：W0=FL=p0SL=p0V，00发动机转速为n 时，燃气对活塞做功的功率：P=2nP V=nP V，排排所以，在发动机转速n，做功冲程汽缸平均压强p0 大致一样时，燃气对活塞做功的功率P 与发动机排量V成正比排（3） 由发动机输出特性曲线可知：发动机转速为 2023r/min 时，其输出功率约为 37kW取值在 3539kW 范围内均可=100%50.4%；0由P=nP V可得：排P0=1.11106Pa答：1由这台发动机输出特性曲线可以看出，在发动机转速为10005000r/min范围内，它的输出功率与转速大致成正比关系；（2） 在其他参数一样时，发动机的输出功率与其排量的关系为燃气对活塞做功的功率P 与发动机排量V 排成正比；（3） 这辆汽车以 90km/h 行驶时，发动机的效率约为50.4%，每个做功冲程汽缸内的平均压强约为 1.11106Pa点评：此题综合性很强，且难度很大；涉及到热量的计算，功和功率的计算、压强问题、速度计算；将三类问题通过发动有机的结合在一起，充分利用题目的条件，就可解答此题参与本试卷答题和审题的教师有：wscdd；刘伟；dongfeng；胡民排名不分先后 菁优网2023 年 10 月 22 日