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1、1/6 2013 年第二十三届全国初中应用物理竞赛复赛（巨人杯）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l00 分. 4答卷时间： 2013 年 4 月 l4 日（星期日）上午9：30 11：10。 一、（ 16 分）图 l 甲所示的手动液压小吊车广泛适用于工厂、矿山、码头、建筑工地等场所，用来完 成机器安装、货物装卸等任务。起重臂由内外两根横截面均为长方形的铜管套在一起组成。通过调节内管 在外管中的长度可以改变起重臂的长度。若起重臂处在图l 丙所示的水平位置和长度的情况下，它最多能 吊起 800kg 的重
2、物而不会发生翻倒，且已知该手动液压小吊车的总质量为400kg。问： 1当保持起重臂的水平位置不变而将其长度调整为图1 乙所示情况，通过计算说明该手动液压小吊 车可否吊起500kg 的重物？ 2该手动液压小吊车在图l 丙所示状况下，匀速吊起400kg 重物的过程中，前后支撑轮的每个轮 子对地面的压力多大？ 二、 (16 分) 有一种由电动机与水泵共轴安装组成的电动水泵，如图2 所示。它广泛用于工厂、矿山、 农田等场所，担负排灌作业。下表为某种型号的电动承泵的技术数据： 注：表格中的扬程为水泵进水管所在水面到水泵出水口之间的高度。 在该电动水泵正常工作时，请计算 1水泵出水口处水的流速大小； 2/
3、6 2水泵的效率 。（出水口处水流的动能可忽略不计，取g=10N kg） 三、 (16 分)15 岁的小明和爸爸妈妈一起去某古镇旅游时，发现了一处“酿洒作坊”，还在酿造某 种当地特产的白酒。作坊里的一些装置（如图3 所示）引起了她的好奇心。导游介绍说这个装置名为“木 榨”，将事先经过浸泡、蒸煮、发酵的糯米和水的混合物（称为“酒醪”）装入绢袋，再放入右侧的榨箱 内（榨箱下面铺有竹帘），盖上压板和砧木，将横梁的一端卡在右边立架的F 点，用 E点压住砧木，左端 的 D点被一根竖直的木条与下面的木架AC的 B点连接起来，然后在本架左边的A处木板上放上沉重的石 条来施加持续的压力，就可以将酒醪中的液体压
4、榨出来。他站在木榨侧面正对着木榨拍下了此照片，回到 家后用刻度尺测量了照片上的一些尺寸，如图3（单位： mm ）。 1他当时用自己的手测测了旁边放置的石条，每块宽约l 拃（ 1“柞”为尽力伸开手掌后，拇指尖到 中指尖的距离），长约为2 拃加一掌宽，厚约为一掌宽，他还查阅了石头的密度，发现各种石头的密度一 般不同，就选了其中一种石头密度值=2.7 l0 3kg/m3；根据这些数据估算每块石条的质量，进而估算当 3/6 在 A处增加 5 块石条时，砧木受到的压力的增加量。 2在酒坊另一个角落，有两个用粗管连接的圆柱形容器如图4 甲所示，上面分别写着“蒸馏锅” 和“冷却池”。将压榨出的酒液放入蒸馏锅
5、内，将上盖密封后，在底部用柴火加热；从冷却池的上方可以 看到，池内的水中浸泡着一段螺旋状的管道，外壁分别接有两个水管和一个出酒管，如图4 乙所示。冷却 池里的管道为什么要做成这种形状？ 3. 试分析冷水应该从冷却池的A、B那个口进入，为什么？ 4. 从冷却池出酒口流出的酒液和蒸馏锅内剩下的液体相比，哪个的密度大？为什么？ 四、（16 分）有一种由磁性开关控制的自动水位控制装置，其基本原理结构如图5 所示：当储水槽内 的水位降低到某一位置时，弹簧的弹力会克服水的压力将活塞向右推，当环形电磁铁到达干簧管2 正下方 时，由于磁化使得干簧管接通，送入电信号至控制电路，使水泵电动机与电源接通，水泵开始向
6、储水槽内 送水；当储水槽内的水位升高到某一位置时，水的压力克服弹簧弹力将活塞向左推，当环形电磁铁到达干 簧管 l 正下方时，由于磁化使得干簧管接通，送入电信号至控制电路，使水泵电动机与电源断开，水泵 停止工作。 1若弹簧的弹力F 与压缩时的形变L 之闻的关系巍F kL，其中 k=9N/cm，活塞的直径D 4cm ， 当环形电磁铁到达干簧管l 正下方时，弹簧的形变为L24cm，此时储水槽内的水深为多少（不计活塞 受到的摩擦力，圆周率取3）? 2若希望储水槽内水位h1 降低到 0.15m 时，水泵就开始向储水槽供水，则干簧管1 和 2 的触点间隔 L 应为多少？ 3若储水槽为长方体，其底边的尺寸为
7、l 5m 2m ，水泵的流量为0.16m 3/min ，出水口始终开着，流 量为 0.01m 3min，求水泵每次向储水槽加水时，要工作多久才会停止？ 4/6 五、 (18 分) 图 6 甲是小明家的调温电熨斗，额定电压为220V，其电热丝的额定功率为800W ，图 6 乙 是其原理图。 l 。小明为了搞明白电熨斗的工作原理，专门查阅了相关资料，得知：(1) 双金属片是把长和宽都相同 的铜片和铁片紧紧地粘在一起做成的。受热时，由于铜片膨胀得比铁片明显，双金属片便会向铁片一侧弯 曲。 (2) 调温电熨斗的双金属位于金属底板上方附近。请回答：调温电熨斗在工作过程中是如何实现金属 底板温度基本恒定的
8、？如果想提高金属底板的设定温度，应将升降螺丝向上移动还是向下移动？ 2小明在使用电熨斗时发现，室温不变， 设定温度越高， 每 1min 电熨斗的工作指示灯亮的时间越长； 进一步研究又发现，当设定温度不变，环境温度越低，每1min 电熨斗的工作指示灯亮的时间越长。小明 查阅资料锝知，其他条件相同，两个物体间温度差不太大的情况下，散热速度与温度差成正比。小明为了 探究该电熨斗的散热速度和电熨斗底板与环境温度差的关系，在电熨斗底扳已然达到设定温度后将其竖直 放置处于等待状态的情况下，通过实验得到如下数据： 5/6 假定电熨斗每1s 散发的热量为Q ，请你帮助小明写出Q与t 的关系式。 3利用第 2
9、问的结果回答：如果使用该电熨斗在温度为20的房间熨烫毛料西服，要求电熨斗表面 温度约为180。问该电熨斗表面温度已然达到要求，在竖直放置处于等待状态的情况下，电热丝每1min 内将消耗多少电能？ 六、 (18 分) 目前市场上有一种热水器叫做“空调热水器”，又名“冷气热水器”，顾名思义，就是可 同时提供空调制冷和热水供应的热水器。其最大的好处是相比传统的电热水器和燃气热水器，这种热水器 非常节能。其原理与普通的空调相似，如图7 所示。 1根据图 7 简述这种热水器的工作原理。 2 以下为某种品牌的三种型号“空调热水器” 的测定参数 （在环境温度20，迸水温度20时测定） ： 请根据上表数据计算或分析： (1) 根据型号A的热水产率，计算说明为什么这种“空调热水器”比传统的电热水器更节能 水的比热 6/6 容 c水=4.2 10 3J/ (kg ) ； (2) 这种热水器有一种性能参数叫做“能效比”，其定义为：当水吸收Q的热量，电流所做的功为W 时，能效比 =Q/W。 A型热水器的能效比为多少？ 3若 B型与其他两种型号的能效比相同，而出水温度只要求达到45时，它的实际热水产率会是多 少？