2013年上海大同杯初中物理競賽復(fù)賽解答

2013年上海市第二十七屆初中物理競賽（大同中學(xué)杯）復(fù)賽試題答案解析說明：1.本試卷共有五大題，答題時間為120分鐘，試題滿分為150分。2.答案及解答過程均寫在答題紙上。其中第一、第二和第四大題只要寫出答案，不寫解答過程；第二、第五大題按題型要求寫出完整的解答過程。解答過程中可以使用計算器。3.考試完畢后將試卷和答題紙一并交給監(jiān)考人員。4.本試卷中常數(shù)g取10牛千克；水的密度為1.00103干克米3，水的比熱容4.2103焦（千克）；空氣密度為1.29干克米3；sin37=0.6,cos37=0.8。一、選擇題（以下每題只有一個選項(xiàng)符合題意，每小題4分，共32分）題號12345678答案BCCADDBD1、據(jù)報道，我國載人空間站工程已正式啟動實(shí)施，2020年前后將建成規(guī)模較大、長期有人參與的國家級太空實(shí)驗(yàn)室。在太空實(shí)驗(yàn)室中可以正常使用的實(shí)驗(yàn)器具是（）A天平、測力計、電磁爐、微波爐；B測力計、液體溫度計、微波爐、指針式電壓表；C機(jī)械式秒表、超聲波測距儀、液體式氣壓計；D測力計、滴（液）管、數(shù)字式電壓表和電流表。解析：載人空間站處于完全失重狀態(tài)，一切與重力相關(guān)的儀器均不能使用。在太空實(shí)驗(yàn)室中可以正常使用的實(shí)驗(yàn)器具是測力計、液體溫度計、微波爐、指針式電壓表、機(jī)械式秒表、超聲波測距儀、數(shù)字式電壓表和電流表、電磁爐。而天平、液體式氣壓計、滴（液）管不能使用，選項(xiàng)B正確。2、我國載人神舟飛船返回艙的表面有一層叫做“燒蝕層”的物質(zhì)（如圖1所示），可以在返回大氣層時保護(hù)返回艙不因高溫而燒毀。燒蝕層能起這種作用，除了它的隔熱性能外，還主要由于（）A.它能把熱輻射到宇宙空間；B.它的硬度大，飛行時不易損壞；C.它在汽化時能吸收大量的熱；D.它的表面非常光滑，能減少艙體與空氣的摩擦。圖1圖2解析：“燒蝕層“的物質(zhì)在遇到高溫時會發(fā)生熔化和汽化現(xiàn)象，在熔化和汽化時能吸收大量的熱，故可以保證飛船溫度不至于太高；故選C3、在蜻蜓翅膀末端的前緣，會看到有一塊加厚而發(fā)暗的色素斑，生物學(xué)上它被稱為“翅痣”,如圖2所示，它的作用可能是（）A.吸收太陽的光能，產(chǎn)生飛行的動力；B.發(fā)出超聲波，通過吸收反射波辨別方位，給蜻蜓的飛行導(dǎo)航；C.調(diào)整翅膀的振動，減弱飛行過程中翅膀上的有害振動；D.就像人的眼睛一樣，通過吸收紅外線，來獲取外界的信息。解析： C. 蜻蜓的每片翅膀前緣的上方,都有一塊漂亮的角質(zhì)加厚部分,生物學(xué)上叫翅痣或翼眼,這就是蜻蜓用來克服飛行時產(chǎn)生顫振的裝置，它起著飛行平穩(wěn)的作用。如果把這塊黑痣切除后再放飛，就會看到它飛得蕩來蕩去，沒有原先那樣平穩(wěn)了。人們發(fā)現(xiàn)蜻蜓的這個秘密以后，就把它借用到飛機(jī)上，在飛機(jī)兩翼末端的前緣，制成翅志下的是平衡棒，能保持飛機(jī)在飛行中的平衡. 蜻蜓前進(jìn)的時候，翅膀受到空氣的阻力，假如前面沒有一塊較有質(zhì)量的東西頂住，這種阻力就是使翅膀向后彎曲，它就難以控制平衡，而且這樣對于單薄的翅膀破壞性更大。就像你那一張紙，在空中揚(yáng)的時候，你會發(fā)現(xiàn)，紙張受空氣阻力彎曲起來，但是如果你在紙張周邊糊上一個稍微重一點(diǎn)的東西，紙張就不會彎曲了。4、如圖3所示，是一根長直密繞通電螺線管的剖面圖，A、B分別是在螺線管軸線上的兩點(diǎn)，A點(diǎn)在螺線管的端面處，B點(diǎn)在螺線管的內(nèi)部，則B點(diǎn)的磁場（）A.比A點(diǎn)磁場強(qiáng)；B.比A點(diǎn)磁場弱；C.與A點(diǎn)磁場大小相等；D.無法確定。圖3D.就像人的眼睛一樣，通過吸收紅外線，來獲取外界的信息。解析：A 長直螺線管端面處的磁場大小為中心磁場大小的一半5、如圖4所示，是一種裝咖啡的壺?？Х葔氐膫?cè)面裝有一個透明的長直玻璃管，它和咖啡壺構(gòu)成了一個連通器，用以顯示壺中液面的高度。當(dāng)閥門（俗稱龍頭）打開后，就會有咖啡流出，閥門關(guān)閉時，咖啡立即停止流出，那么玻璃管中的咖啡液面的變化情況是（）A.無論閥門打開還是關(guān)閉，都始終和壺中的液面等高；B.閥門打開時和壺中的液面等高，閥門關(guān)閉時先上升到比壺中液面稍高處，然后再降到和壺中液面等高處；C.閥門打開時會突然上升一小段高度，閥門關(guān)閉時先下降到比壺中液面稍低處，然后再升到和壺中液面等高處；D.閥門打開時會突然下降一小段高度，閥門關(guān)閉時先上升到比壺中液面稍高處，然后再降到和壺中液面等高處。圖4解析：D 閥門打開時，透明的長直玻璃管下端水流動，壓強(qiáng)減小，所以玻璃管內(nèi)水面下降；閥門關(guān)閉時，原先流向閥門的水由于慣性繼續(xù)向前，流向玻璃管，結(jié)果管內(nèi)液面上升到比壺中液面稍高處，但靜止后，由連通器原理可知，管內(nèi)液面與壺內(nèi)相平。6、如圖5所示，是某同學(xué)用一次性紙杯自制的走馬燈模型，用支架支在白熾燈上，點(diǎn)亮白熾燈，紙杯就旋轉(zhuǎn)了起來。更換不同瓦數(shù)的白熾燈泡，以及利用透明塑料片卷成的不同長度的圓筒加在走馬燈上方，都可以觀察到紙杯的轉(zhuǎn)速發(fā)生了改變。同學(xué)們就此發(fā)表了四條意見：因?yàn)榭諝鈱α?，紙杯發(fā)生了旋轉(zhuǎn)；塑料圓筒長度越長，紙杯旋轉(zhuǎn)得越慢；白熾燈的瓦數(shù)越大，紙杯旋轉(zhuǎn)得越快；紙杯的轉(zhuǎn)動方向與杯底開口方向相反。其中與事實(shí)符合是（）A.；B.；C.；D.。圖5解：D A空氣對流 B長短得合適，短了不能形成氣流，長了熱量散發(fā)了也不行C瓦數(shù)大熱氣流強(qiáng)D這個為相互作用。7、有五個完全相同的杯子，其中一個盛滿開水，其他杯中沒有水，僅利用杯子的吸熱作用，將開水的溫度降低，則下列方法中效果最好的是（）A.將第一杯中的水，平均倒入其余四個杯子中；B.先將第一杯中的水整杯倒入第二個杯子中，等到杯子不再吸熱時，再倒入第三個杯子中，以此類推，最后倒入第五個杯子中；C.先平均倒入其中兩個杯子中，等到杯子不再吸熱，再平均倒入剩下的二個杯子中；D.無論怎樣，最終的結(jié)果都是相同的。解：B 無論采用哪種方法，當(dāng)杯子注入開水后，杯子本身的溫度升高，杯內(nèi)開水的溫度降低。直到杯子的溫度和杯內(nèi)水的溫度相等為止，這時杯子不再吸熱。杯子升高的溫度tc水m水t水/(c杯m杯)當(dāng)采用B方法時，整杯開水注入第二個杯中，杯子所升高的溫度一定比A、C方法高。而杯子升高的溫度較高，就表示杯子吸收開水的熱量較多。同理，把開水(現(xiàn)在變?yōu)榕?從第二個杯子再注入第三個杯子中，則第三個杯子所升高的溫度，一定比A、C方法的第三次的杯子所升高的溫度高，如此類推?？芍捎肂方法，可以使開水失去較多的熱量，也就是降低較大的溫度。8、有一“不倒翁”，形狀可以簡化成由半徑為R的半球體與頂角為74的圓錐體組成（如圖6所示），它的重心在對稱軸上。為使“不倒翁”在任意位置都能恢復(fù)豎直狀態(tài)，則該“不倒翁”的重心到半球體的球心的距離必須大于A.0；B.2R/3；C.3R/5；D.3R/4。圖6解：D 倒的極限位置：此時要能自動扶正，支點(diǎn)是O，重心必須在O點(diǎn)的左側(cè)，圖上A點(diǎn)是極限位置，按幾何關(guān)系必須大于Rtan37=3R/4。簡單地說就是重力要產(chǎn)生扶正力矩，重心在支點(diǎn)的左側(cè)二、填空題（每小題6分，共30分）9、射電望遠(yuǎn)鏡是用來觀測和研究來自天體的射電波的基本設(shè)備，可以測量天體射電波的強(qiáng)度、頻譜及偏振等量。射電望遠(yuǎn)鏡的基本原理和光學(xué)反射望遠(yuǎn)鏡相似。射電望遠(yuǎn)鏡接收的射電波是（選填“無線電波”、“紅外線”、“可見光”、“紫外線”、“X射線”、“伽瑪射線”)，射電望遠(yuǎn)鏡的工作時段是（選填“只能白天工作”、“只能夜晚工作”、“只能在晴朗的天氣工作”、“可以全天候工作”）。 解： 與以接收可見光進(jìn)行工作的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡不同，射電望遠(yuǎn)鏡是靠接收天體發(fā)出的無線電波(頻率20kHz3GHz) (天文學(xué)上稱為“射電輻射”)來工作的。由于無線電波可穿透宇宙中大量存在而光波又無法通過的星際塵埃介質(zhì)，因而射電望遠(yuǎn)鏡可以透過星際塵埃觀測更遙遠(yuǎn)的未知宇宙和對我們已知的星際世界做更深入的了解。同時，由于無線電波不太會受光照和氣候的影響，射電望遠(yuǎn)鏡幾乎可以全天候、不間斷地工作。10、如圖7所示，A球?yàn)榫鶆驇д姷慕^緣球體，當(dāng)它繞著白己的軸做逆時針旋轉(zhuǎn)（由上往下看）時，則A球上方的小磁針的N級將，A球左側(cè)的小磁針的N級將（均選填：“指向左”、“指向右”、“指向上方”、“指向下方”）。圖7解：A球?yàn)榫鶆驇д姷慕^緣球體，當(dāng)A球繞著白己的軸做逆時針旋轉(zhuǎn)（由上往下看）時，A球上的正電荷逆時針轉(zhuǎn)動，形成等效園環(huán)形電流，電流方向?yàn)槟鏁r針，故其產(chǎn)生的磁場在球的上方為向上方向，在球的左側(cè)為向下方向，小磁針的N級指向磁場方向，故答案為：指向上方、指向下方。11、如圖8所示，是一個簡易的吊鉤裝置，它是由4根長度不一的剛性輕桿AD、DF、BC、CE鉸接而成，A端通過固定轉(zhuǎn)動軸連接在墻上，C端可以在光滑水平地面上左右白由移動。L1表示AD的長度，L2表示AB的長度，L3表示DF的長度，L4表示BC的長度，忽略吊鉤到F點(diǎn)的長度，BCED構(gòu)成一個平行四邊形。若吊鉤上不管掛上多重質(zhì)量的物體，吊鉤裝置在水平面上的不同位置時都能處于平衡狀態(tài)，則L1、L2、L3、L4必須滿足的關(guān)系是。吊鉤裝置處于平衡狀態(tài)時，C端受到地面的作用力方向?yàn)?。圖812、如圖所示，正四面體ABCD金屬絲框架，接在直流電源上，電流從A點(diǎn)進(jìn)，B點(diǎn)出，四面體各棱的電阻相同，都為R。則A、B兩點(diǎn)之間的阻值為；若將A、B、C、D各點(diǎn)之間的棱任意拆去一個，則A、B兩點(diǎn)之間的最大阻值為。圖9 解:根據(jù)點(diǎn)位可以判斷CD導(dǎo)向上沒有電流通過，所以這圖化簡下就是RAB、RADB、RACB三根電阻絲并聯(lián)，結(jié)果算出來是1/2，最大阻值的話就應(yīng)該是拆電阻最小的那個Rab拆了，就是2、和2并聯(lián)，算出來結(jié)果是113、各種運(yùn)動比賽常以體重區(qū)分量級。己知運(yùn)動員肌肉施力的大小與肌肉的截面積成正比。假設(shè)運(yùn)動員的形體雖有不同，但密度幾乎相等，且肌肉的伸縮速率也大致相同，則運(yùn)動員運(yùn)動的功率P與其質(zhì)量M的關(guān)系可以寫成P=KM2，式中的K為一比例常數(shù)。由此可推出x的大小為。解：功率等于力乘以速度，速度相同，那么跟力的大小成正比,力和肌肉的截面積成正比，所以就是平方米級別的而質(zhì)量是密度乘以體積, 密度一定,體積是立方米級別的所以要使得功率能和質(zhì)量拉上關(guān)系, X肯定是2/3 三、計算題（本題共33分）14、（9分）已知太陽正射到地球表面每平方米上的功率為1.0千瓦，現(xiàn)有一太陽能熱水器，其收集陽光的面積為3.8.0米2，轉(zhuǎn)換太陽輻射能為水的熱能的效率為80%,假設(shè)此熱水器的進(jìn)水溫度與室溫皆為25，該熱水器的熱量損失率正比于熱水器內(nèi)水溫與室溫之溫差。當(dāng)熱水器出水口關(guān)閉時，經(jīng)過長時間照射后，熱水器內(nèi)的水溫可以達(dá)到85，問當(dāng)熱水器以每分鐘6升的流量出水，經(jīng)過一段時間后，其穩(wěn)定的出水溫度為多少攝氏度？15、（12分）如圖9是多檔位電熱器的工作電路圖，電熱器內(nèi)只有兩個阻值分別為R1=50歐和R2=100歐的電熱絲；旋轉(zhuǎn)開關(guān)內(nèi)有一塊絕緣圓盤，在圓盤的邊緣依次有“O、1、2-9”共10個金屬觸點(diǎn)；可以繞中心軸轉(zhuǎn)動的旋鈕開關(guān)兩端各有一個金屬滑片，轉(zhuǎn)動旋鈕開關(guān)可以將相鄰的觸點(diǎn)連接。如旋鈕上的箭頭指向圖中位置D時，金屬滑片將2、3觸點(diǎn)接通，同時另一端將7、8觸點(diǎn)接通。電源電壓為220伏。用這個旋轉(zhuǎn)開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)電熱器有多檔位加熱功率的要求。請回答：(l）該電熱器可有幾個不同加熱檔位？(2）將此電熱器接入家庭電路中，電熱器在正常工作時每個檔位的功率各是多大？并分別指出旋鈕開關(guān)接在哪個檔位。圖916、（12分）某密閉房間內(nèi)有一臺空調(diào)，當(dāng)房間內(nèi)溫度為t2，房間外溫度為t1，正常工作時空調(diào)每秒消耗的電功W=2千焦，此時空調(diào)每秒從房間吸取的熱量為Q2，向室外釋放的熱量為Q1，W與Q2、Q1之間滿足如下關(guān)系式：W+Q2=Q1；設(shè)：T=t+273,則有：Q2/Q1=T2/T1若室外向房間每秒漏進(jìn)（或漏出）的熱量與房間內(nèi)外的溫差成正比。當(dāng)室外溫度為30，溫度控制器開關(guān)使其間斷運(yùn)轉(zhuǎn)30的時間（例如開了3分鐘就停7分鐘，如此交替開停），發(fā)現(xiàn)這時室內(nèi)保持20不變。試問；在夏天仍要求維持室內(nèi)溫度為20，則該空調(diào)器可允許正常連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高室外溫度是多少攝氏度？若在冬天，空調(diào)從外界吸熱，網(wǎng)室內(nèi)放熱，仍要求維持室內(nèi)為20，則它能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最低室外溫度是多少攝氏度？四、實(shí)驗(yàn)題（本題共27分）17、（12分）某同學(xué)利用以下實(shí)驗(yàn)器材測量一個輸出電壓恒定，但是數(shù)值未知的電源。實(shí)驗(yàn)器材有：兩個電阻箱R1和R2、一個理想的最大測量值為50A的直流電流表G（電流表上只有0刻度和最大刻度）、一個電流表保護(hù)電阻Rg（阻值未知）、一個電鍵、若干導(dǎo)線。他設(shè)計了如下電路圖，進(jìn)行了如下操作。請在橫線處填寫必要的文字或數(shù)據(jù)，使整個實(shí)驗(yàn)操作過程完整、正確。第一步操作：先不接電阻箱A（選填“R1”或“R2)，其它元件按如圖接上。合上電鍵S，調(diào)節(jié)另一電阻箱B的阻值，讓電流表的指針指在_（選填“O刻度”或“最大刻度”)，記下此時電阻箱B的示數(shù)為27200歐。第二步操作：斷開電鍵S，接入電阻箱A，并將其阻值調(diào)為_（選填“O”或“最大”)，同時將電阻箱B的阻值減半，然后合上電鍵S，逐步_（選填：“增大”或“減小”）電阻箱_（選填：“A”或“B”）的阻值，使電流表的指針指在_（選填”0刻度”或”最大刻度”）位置，記下此時電阻箱的示數(shù)為3160歐。根據(jù)以上測得值，可以推算出Rg的阻值為_歐；被測電源的電壓為伏。（結(jié)果請保留小數(shù)點(diǎn)后兩位）18、（15分）現(xiàn)有下列實(shí)驗(yàn)器材：物理天平一臺，盛有水的燒杯一個，銅管材料一小塊，蠟（蠟芯材料）一大塊和細(xì)線若干。某學(xué)生在沒有測量比度的器材的情況下，利用所給儀器，按以下實(shí)驗(yàn)步驟測量一根己知長度的銅管內(nèi)徑。已知銅管長度L=8.12厘米，水的密度0=1.00克厘米3。請在橫線處填寫相應(yīng)的表達(dá)式或數(shù)據(jù)：調(diào)節(jié)物理天平；把小銅塊分別置于空氣中、水中稱量，得出平衡時砝碼的質(zhì)量分別為m1、m2；則小銅塊的密度計算表達(dá)式：1=_；把小蠟塊在空氣中稱量，平衡時砝碼的質(zhì)量為m3；把小銅塊與小蠟塊捆在一起浸沒于水中稱量，平衡時祛碼的質(zhì)量為m4。則蠟的密度計算表達(dá)式：2=_；將銅管中塞滿蠟；把含有蠟芯的銅管分別置于空氣中和水中稱量，平衡時砝碼的質(zhì)量分別為m、m。則可求出銅管內(nèi)徑d；下表為某次測量得到的數(shù)據(jù)：物理量m1m2m3m4mm