我市一所農村初級中學，常常因為不能及時給水塔注水而停水。小明知道后，想利用圖中所示的器材設計一個自動注水裝置。A是浮子（重約5N），B是金屬觸頭（重約10牛），C為水塔上的阿柱形蓄水池，M是帶水泵的電動機，D是彈簧，E是銜鐵，F是電磁鐵，K_1、K₂分別為觸頭開關。

（1）請你寫出該裝置涉及的主要物理知識。

（2）連接電路圖。

（3）設計時，需要知道浮子的最小體積，請你幫助他完成這項工作。

（4）若設計要求在10分鐘內要注滿蓄水池，那么，還需要知道或測量哪些物理量，才能得到相匹配電動機的額定功率？請你用字母表示這些物理量，推導出電動機的額定功率的表達式，。在你的計算過程中，運用了什么近似條件？

（5）按設計要求，小明將設備組裝調試，投入使用。幾天后，學校又停水了，檢察發現：水塔已無水了，但電路連接無誤，電動機、水泵完好無損。請你分析該裝置沒有實現自動注水的原因，怎樣改近？

第十四屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題

一、(14分)1998年某地區遭受特大洪澇災害。為了抗洪搶險，急需在20h內從甲地調運65t鋼材到乙地�，F僅剩下一艘滿載時排水量為80t的貨船，船身(包括船員)質量約17t，已知甲、乙兩地的水路距離為80km，船行駛的平均速度為lOkm/h(不計水流速度)。

    (1)請你設計一個完成此項任務的可行性方案；

    (2)通過分析、計算，找出最佳方案。(鋼材的密度為7.9×10³kg/m³)

二、(18分)圖l為一種電磁爐的原理示意圖。它是利用高頻電流在電磁爐內部線圈中產生磁場，磁化鐵磁材料制成的烹飪鍋，在鍋體形成無數小的渦流(感應電流)而產生焦耳熱。同時，被磁化的鐵磁材料分子因摩擦、碰撞而發熱。從而使鍋體自身發熱達到加熱食物的目的。

  (1)使用電磁爐加熱食物時，不產生明火，無煙塵，無廢氣，清潔、安全、高效、節能。請寫出電磁爐在使用中可能涉及的物理知識(只寫名稱不寫內容，不少于10個可得滿分)。

(2)在使用電磁爐時，爐和鍋之間的熱是由_______傳

遞給_______的。電磁爐加熱食物的過程中消耗______

____能轉化為__________能；若用該電磁爐1次蒸熟

5個饅頭需用時間25min，那么，1次只蒸熟1個同樣

大小的饅頭大約需要________min。

(3)某款電磁爐性能參數如下表所示：

    根據上表數據，若電磁爐在功率調節和溫度調節的范圍內，加熱溫度隨功率調節的變化圖象是一直線，電磁爐工作電壓正常，在1個標準大氣壓下，燒開一鍋質量為3kg、溫度為22℃的水最多需要多少時間(不計鍋吸熱及熱散失)?

三、(18分)有人在夏季用簡易曬水箱給水加熱用來淋浴，這不僅能節省能源，而且很方便。李明和張華想利用這樣的裝置估測太陽光對地球表面輻射的強度的大小。也就是說，太陽光垂直照射地球表面時，地球表面單位時間單位面積所獲得的能量是多少。實驗裝置如圖2所示，曬水箱內部是被涂黑的，箱體外加了保溫層，上面開口并蓋有透明玻璃板。

    在估測之前要首先弄清，透過玻璃板的太陽光能量究竟占太陽輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?李明和張華各拿一塊實驗用的玻璃板，把陽光反射到墻上的同一個地方，他們發現，兩塊反射光斑重疊處的強度，和太陽光直接射到地上的強度差不多。

    (1)透過玻璃板的太陽光能量占太陽輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?你在得出這個結論時做了什么假設?假設的根據是什么?

    (2)請你幫助他們設計實驗方案，并寫出具體的實驗步驟。

    (3)請你對這個實驗方案的可行性做出評價。

四、(18分)用電流表和電壓表測電流和電壓時，通常并不考慮儀表本身電阻對待測電路的影響，而將其視為“理想儀表”，即認為電流表的內電阻為零，電壓表的內電阻為無限大。實際上，電流表和電壓表都有一定電阻值，因而我們可以把電流表看成一個能顯示通過自身電流大小的其阻值很小的電阻；可以把電壓表看成一個能顯示自身兩端電壓大小的其阻值很大的電阻。所以，把電流表或電壓表接入待測電路時，就相當于在待測電路中串聯一個電阻，或并聯一個電阻。這樣，電流表兩端就要有一定的電壓，電壓表中就要通過一定的電流，因此實際上很難同時精確地測出待測電阻兩端的電壓和通過待測電阻的電流。

    1．現有一個量程為0．6A，內電阻為0．13Ω的電流表，能否用它測量某電路兩端的電壓?若不能，請說明理由。若能，請說明用它能測量的最大電壓值。

    2．現要精確測量一個阻值約為8Ω的電阻Rx，實驗室提供下列器材。

    ·電流表A₁：量程100mA，內電阻r₁=4Ω

    ·電流表A₂：量程500mA，內電阻r₂=750Ω

    ·電壓表V：量程10V，內電阻r₃=10kΩ

    ·變阻器R₀：阻值約10Ω·定值電阻R1：阻值為10kΩ

    ·電池E：兩端電壓約l.5V

    ·開關s、導線若干個

(1)選出你測量時所需的適當器材，并在虛線方框中畫出電路圖。

(2)需要測量哪些物理量?根據所測物理量，寫出被測電阻Rx的表達式。

五、(16分)圖3甲是使用汽車打撈水下重物的示意圖。汽車通過定滑輪牽引水下一個圓柱形重物，在整個打撈過程中，汽車以恒定的速度v=0．2m/s向右運動。圖3乙是此過程中汽車拉動重物的功率P隨時間t變化的圖象。設t=0時汽車開始提升重物，忽略水的阻力和滑輪的摩擦，g取10N/kg。求：

    (1)圓柱形重物的質量；(2)圓柱形重物的密度；(3)打撈前，圓柱形重物上表面所受的水的壓力。

六、(16分)圖4為一種電飯煲的工作原理圖。下面是王寧同學對電飯煲工作原理的研究，請你也參與共同探討。

  按下、扳起電飯煲的開關，有一種“粘連”“吸引”的感覺，取出飯鍋，發現電飯煲的底部有一個凸起物．它可以上下彈動，能被磁鐵吸引。王寧同學通過用

這個電飯煲做米飯和燒水來研究它的工作情況，請回答他在使用過程中發現的如下問題。

    (1)圖4中只有兩根外接導線，這樣的用電器有什么危害?應當怎樣加以完善?

    (2)將三腳插頭插入電源插座，不用按開關，指示燈就發亮，按下開關后，指示燈亮度不變。此時為什么開關對指示燈的亮度沒有影響?

    (3)電飯煲工作了15min，會出現大量“白氣”，這些“白氣”是怎樣形成的?

    (4)電飯煲工作了25min，聽到“啪”的一聲，指示燈不亮了。以此推測，感溫軟磁體的磁性可能受什么因素影響?怎樣影響?

    (5)聽到“啪”的一聲后又過了l0min，指示燈又發光，一會兒指示燈又熄滅了。分析在相同條件下，不同種類金屬的熱脹冷縮程度是否一樣?

    (6)要想獲得恒溫的溫水，你可以怎樣做?

    (7)電飯煲使用較長一段時間后，常常在飯未完全熟透時就“跳閘”，這樣就會出現“夾生飯”，請問這種情況電飯煲可能在什么地方出現了故障?為什么?

第十四屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題

一、(14分)1998年某地區遭受特大洪澇災害。為了抗洪搶險，急需在20h內從甲地調運65t鋼材到乙地�，F僅剩下一艘滿載時排水量為80t的貨船，船身(包括船員)質量約17t，已知甲、乙兩地的水路距離為80km，船行駛的平均速度為lOkm/h(不計水流速度)。

    (1)請你設計一個完成此項任務的可行性方案；

    (2)通過分析、計算，找出最佳方案。(鋼材的密度為7.9×10³kg/m³)

二、(18分)圖l為一種電磁爐的原理示意圖。它是利用高頻電流在電磁爐內部線圈中產生磁場，磁化鐵磁材料制成的烹飪鍋，在鍋體形成無數小的渦流(感應電流)而產生焦耳熱。同時，被磁化的鐵磁材料分子因摩擦、碰撞而發熱。從而使鍋體自身發熱達到加熱食物的目的。

  (1)使用電磁爐加熱食物時，不產生明火，無煙塵，無廢氣，清潔、安全、高效、節能。請寫出電磁爐在使用中可能涉及的物理知識(只寫名稱不寫內容，不少于10個可得滿分)。

(2)在使用電磁爐時，爐和鍋之間的熱是由_______傳

遞給_______的。電磁爐加熱食物的過程中消耗______

____能轉化為__________能；若用該電磁爐1次蒸熟

5個饅頭需用時間25min，那么，1次只蒸熟1個同樣

大小的饅頭大約需要________min。

(3)某款電磁爐性能參數如下表所示：

    根據上表數據，若電磁爐在功率調節和溫度調節的范圍內，加熱溫度隨功率調節的變化圖象是一直線，電磁爐工作電壓正常，在1個標準大氣壓下，燒開一鍋質量為3kg、溫度為22℃的水最多需要多少時間(不計鍋吸熱及熱散失)?

三、(18分)有人在夏季用簡易曬水箱給水加熱用來淋浴，這不僅能節省能源，而且很方便。李明和張華想利用這樣的裝置估測太陽光對地球表面輻射的強度的大小。也就是說，太陽光垂直照射地球表面時，地球表面單位時間單位面積所獲得的能量是多少。實驗裝置如圖2所示，曬水箱內部是被涂黑的，箱體外加了保溫層，上面開口并蓋有透明玻璃板。

    在估測之前要首先弄清，透過玻璃板的太陽光能量究竟占太陽輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?李明和張華各拿一塊實驗用的玻璃板，把陽光反射到墻上的同一個地方，他們發現，兩塊反射光斑重疊處的強度，和太陽光直接射到地上的強度差不多。

    (1)透過玻璃板的太陽光能量占太陽輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?你在得出這個結論時做了什么假設?假設的根據是什么?

    (2)請你幫助他們設計實驗方案，并寫出具體的實驗步驟。

    (3)請你對這個實驗方案的可行性做出評價。

四、(18分)用電流表和電壓表測電流和電壓時，通常并不考慮儀表本身電阻對待測電路的影響，而將其視為“理想儀表”，即認為電流表的內電阻為零，電壓表的內電阻為無限大。實際上，電流表和電壓表都有一定電阻值，因而我們可以把電流表看成一個能顯示通過自身電流大小的其阻值很小的電阻；可以把電壓表看成一個能顯示自身兩端電壓大小的其阻值很大的電阻。所以，把電流表或電壓表接入待測電路時，就相當于在待測電路中串聯一個電阻，或并聯一個電阻。這樣，電流表兩端就要有一定的電壓，電壓表中就要通過一定的電流，因此實際上很難同時精確地測出待測電阻兩端的電壓和通過待測電阻的電流。

    1．現有一個量程為0．6A，內電阻為0．13Ω的電流表，能否用它測量某電路兩端的電壓?若不能，請說明理由。若能，請說明用它能測量的最大電壓值。

    2．現要精確測量一個阻值約為8Ω的電阻Rx，實驗室提供下列器材。

    ·電流表A₁：量程100mA，內電阻r₁=4Ω

    ·電流表A₂：量程500mA，內電阻r₂=750Ω

    ·電壓表V：量程10V，內電阻r₃=10kΩ

    ·變阻器R₀：阻值約10Ω·定值電阻R1：阻值為10kΩ

    ·電池E：兩端電壓約l.5V

    ·開關s、導線若干個

(1)選出你測量時所需的適當器材，并在虛線方框中畫出電路圖。

(2)需要測量哪些物理量?根據所測物理量，寫出被測電阻Rx的表達式。

五、(16分)圖3甲是使用汽車打撈水下重物的示意圖。汽車通過定滑輪牽引水下一個圓柱形重物，在整個打撈過程中，汽車以恒定的速度v=0．2m/s向右運動。圖3乙是此過程中汽車拉動重物的功率P隨時間t變化的圖象。設t=0時汽車開始提升重物，忽略水的阻力和滑輪的摩擦，g取10N/kg。求：

    (1)圓柱形重物的質量；(2)圓柱形重物的密度；(3)打撈前，圓柱形重物上表面所受的水的壓力。

六、(16分)圖4為一種電飯煲的工作原理圖。下面是王寧同學對電飯煲工作原理的研究，請你也參與共同探討。

  按下、扳起電飯煲的開關，有一種“粘連”“吸引”的感覺，取出飯鍋，發現電飯煲的底部有一個凸起物．它可以上下彈動，能被磁鐵吸引。王寧同學通過用

這個電飯煲做米飯和燒水來研究它的工作情況，請回答他在使用過程中發現的如下問題。

    (1)圖4中只有兩根外接導線，這樣的用電器有什么危害?應當怎樣加以完善?

    (2)將三腳插頭插入電源插座，不用按開關，指示燈就發亮，按下開關后，指示燈亮度不變。此時為什么開關對指示燈的亮度沒有影響?

    (3)電飯煲工作了15min，會出現大量“白氣”，這些“白氣”是怎樣形成的?

    (4)電飯煲工作了25min，聽到“啪”的一聲，指示燈不亮了。以此推測，感溫軟磁體的磁性可能受什么因素影響?怎樣影響?

    (5)聽到“啪”的一聲后又過了l0min，指示燈又發光，一會兒指示燈又熄滅了。分析在相同條件下，不同種類金屬的熱脹冷縮程度是否一樣?

    (6)要想獲得恒溫的溫水，你可以怎樣做?

    (7)電飯煲使用較長一段時間后，常常在飯未完全熟透時就“跳閘”，這樣就會出現“夾生飯”，請問這種情況電飯煲可能在什么地方出現了故障?為什么?

小明和小東運用如圖所示的實驗裝置測定了滑輪組的機械效率，在全班交流實驗結果的時候，老師提出：如果各組所用的滑輪組和纏繞繩子的方式不變，改變其它因素，是否會影響它的機械效率呢？大家積極的思考，提出各種猜想，概括起來有如下幾種：

猜想一：可能與勻速提升的速度大小有關

猜想二：可能與被提升的鉤碼重有關

猜想三：可能與勻速提升的速度大小和被提升的鉤碼重都有關

猜想四：可能與鉤碼被提升的高度有關

小明和小東分別根據自己的猜想進行探究，實驗數據如下表。

（1）請幫助小明完成表中的一項計算。

（2）請根據他們的實驗數據，寫出探究的結果；

（3）歸納他們的實驗探究，你所得的結論是___________________。