2008年第十八届全国初中应用物理知识竞赛复赛试卷（解析版）

一、解答题

1. 难度：中等

小明利用实验室的电磁继电器、热敏电阻R₁、可变电阻器R₂等器件设计了一个恒温箱控制电路，如图1所示．其中“交流电源”是恒温箱加热器的电源（加热器在恒温箱内，图中未画出）；R₁处于恒温箱内，图2是小明通过实验测得的R₁的阻值随温度变化的关系曲线；电磁继电器的电源两端电压U=6V，电磁继电器线圈的电阻可不计，通过实验测得当电流为30mA时，电磁继电器的衔铁被吸合．

（1）请简述此恒温箱的工作过程．
（2）为什么恒温箱的加热器应该接在A、B端，而不能接在C、D端？
（3）如果要使恒温箱内预设的温度可调节范围是90℃～150℃，可供选择的可变电阻器R₂的电阻值有如下的几种：
A．0～100Ω      B．0～200Ω     C．0～1000Ω       D．0～1500Ω
请问应选择哪一个可变电阻器？为什么？
（4）小明设计的这个控制电路，使用起来有何不足之处？请你提出一种解决的方案．

2. 难度：中等

清洗机是利用高压水清洗车辆表面污垢的机器．有一种CC5020型清洗机的铭牌如下表所示．请回答：

型号	CC5020	额定压力	5MPa
电源	220V～/50Hz	额定流量	20L/min
额定功率	2.2kW	防护等级	IP25

（1）从物理学的角度看，铭牌中有一个物理量名称与单位不一致，请你指出并说明如何更正．
（2）清洗机正常工作时，通过清洗机的电流是______A．若清洗一辆汽车平均耗时10min，则清洗一辆汽车平均用水______m³；平均耗电______kW•h．
（3）清洗机正常工作10min，清洗机对水做多少功？
（4）该清洗机正常工作时的效率是多少？

3. 难度：中等

家庭水暖又叫“土暖气”，是我国北方广大农村及一些城市使用的一种取暖设备，下图是一种家庭水暖的安装示意图，其中下水管的D端比A端略高，其坡度为1：100．请看图思考并回答以下问题：

（1）这种水暖设备并没有应用水泵，但是当点燃锅炉后，水便可以在管中按箭头所示方向自行流动．请具体分析管中的水流动的原因是什么．
（2）为什么要安装放气阀？
（3）使用该套设备时，对水箱中的水位高低有什么要求？

4. 难度：中等

有一种WSJ-60型号电水壶，右图是电水壶的电路图，L₁为电源指示灯、L₂为保温指示灯、L₃为加热指示灯，R₁、R₂、R₃为指示灯的保护电阻，其大小为100kΩ左右；R为加热器，其电阻小于100Ω；S₁、S₂为压键开关；ST温控器是一个双金属片温控开关，当温度较低时，其处于闭合状态，当温度升高到一定值后，会自动断开，从而实现了自动温度开关控制．

当水壶放在底座上时，就分别压下压键开关S₁、S₂，并接通电路，如果插头插入插座后，就接通了电源，电源指示灯就亮，反之就断开．
该壶有手动和自动两种工作状态．
当钮子开关拨到手动挡时，加热电阻连入，开始加热，水沸腾以后再将钮子开关拨回．
当钮子开关拨到自动挡时，此时通过ST温控器将加热电阻连入，并开始加热；当水沸腾后，ST温控器的触点断开，进入保温状态，保温指示灯亮；当水的温度低于某温度后，ST温控器又重新接通，再次进入加热状态．
若加热器电阻阻值随温度改变而发生的变化可忽略不计，根据以上叙述与观察，请回答以下问题．
（1）在下列空格中填写“亮”或“不亮”
Ⅰ、手动状态通电工作时，电源指示灯______，加热指示灯______，保温指示灯______．
Ⅱ、自动状态通电工作时，水沸腾前：电源指示灯______，加热指示灯______，保温指示灯______．水沸腾后：电源指示灯______，加热指示灯______，保温指示灯______．
（2）现将一满壶25℃的水在标准大气压下烧开需时10min，请计算该电水壶的热效率．水的比热容c=4.2×10³J/．
（3）通过分析电水壶的电路，说明为什么处于自动状态下，水未沸腾前，保温指示灯是不亮的？
（4）试计算电水壶正常工作时其加热电阻的阻值是多大？如果指示灯的保护电阻的大小是100kΩ，当它处于保温状态时，试计算电水壶保温时的功率有多大？由此可以说明什么问题？

5. 难度：中等

医院里的护士使用如图所示的装置给患者输液．小雨发现照这样做法，护士为患者多次更换药瓶比较麻烦，于是就设计了如图所示的三瓶串接的方案．请分析回答：

（1）图甲中药液为何会匀速滴下？
（2）图乙中哪个药瓶中的药液先流完？
（3）根据病房的现有条件，如果要估测出输液过程中的一滴药液的质量，需要收集哪些数据，请写出表达式，并简要说明实验中作了哪些近似处理．

6. 难度：中等

晓欣同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字样，他上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值．所谓排气量就是发动机气缸的工作容积，是指所有气缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和．一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大．汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动2周．现有一辆小轿车发动机排气量为1.8L，最大功率为74kW，当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为5200r/min．汽油机工作时的最佳空燃比（即空气和燃油的质量比）为14：1，压缩比是10（即气缸总容积与燃烧室容积的比值），若发动机在最大功率时汽油和空气的混合密度为1.35kg/m³，汽油的热值为4.6×10⁷J/kg、密度为0.71×10³kg/m³．请计算：
（1）这台发动机在最大功率时的热机效率．
（2）发动机在最大功率时，汽车的最高时速为175km/h，计算在此情况下汽车每百公里油耗为多少升．