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1、2014年第24届“巨人杯”全国初中应用物理知识竞赛复赛试卷一、（16分）（2014复）1（16分）请利用现有器材：一块大小合适且质地不一定均匀的木板，一把量程为2m的卷尺，一台能够测量人体质量的磅秤（如图所示），砖块若干块设计一个测量人体重心位置的方案要求写出测量步骤和测量结果的表达式二、（16分）（2014复）2（16分）小明的妈妈为了方便早餐时喝上豆浆，买了一台全自动豆浆机，如图甲所示图乙所示为豆浆机的主要结构：中间部位是一个连接着刀头的电动机，用来将原料进行粉碎打浆；电热管负责对液体加热煮沸下表是这个豆浆机的主要技术参数型 号额定电压220V额定频率50Hz电机功率180W加热功率80
2、0W容 量1000mL小明想探究一下豆浆机工作的具体过程以及耗电情况，在某次使用之前，先查看了他家的单相电子电能表，上面注明1600imp/kWh，之后，他关闭其他所有家用电器，将浸泡好的适量黄豆和l000cm3的清水放入豆浆机的杯体，启动自动控制键，开始用钟表计时的同时记录电能表上面的发光二极管闪烁的次数，豆浆机按“加热一预打浆一加热一打浆一煮浆一防溢延煮”的程序正常工作直至豆浆机发出声光报警，提示豆浆已做好从启动自动控制键至豆浆机发出声光报警，整个过程用时20min，电能表上面的发光二极管闪烁了320次其中、三个过程为电热丝单独不间断工作，而、为电机单独间歇工作，此过程中电动机累计工作时间
3、为2min，为电热丝单独间歇工作请回答：（1）、两个过程中，电动机为什么要间歇工作？（2）在豆浆机工作的20min内，消耗的电能为多少kWh？（3）在豆浆机工作的20min内，电热丝和电机都不工作的时间为多少min？三、（16分）（2014复）3（16分）下表所示为某品牌的空调器铭牌上的部分参数，其中KFRD表示该空调为家用分体式具有电辅热功能的冷暖空调器请根据表中的数据，回答下面的问题（已知：空气的密度为1.29kg/m3，空气的比热容取103J/（kg）注：空调的电辅热功能有两方面的作用，一是在室外温度不太低时开启电辅热功能可以增加制热量，实现室内温度的快速提升，二是当室外温度很低，空调器
4、的压缩机制热效能过低时，开启电辅热功能可以辅助制热，弥补单纯靠压缩机工作制热量不足的问题XXXKFRD23GW/Z1分体式房间空调器电源IPH220V50Hz制冷运行制冷量2300W额定输入功率830W制热运行制热量2600W额定输入功率780W电热功率500W（1）如果房间的面积为15m2，高度为2.6m，问：如果按照表中的数据工作，该空调器至少多长时间才能将室内的空气由10加热升高至20？（2）在l中，若室外温度不太低，实际加热时间约为4.0min，则在利用空调器对室内空气加热的过程中，室内空气向外散热的平均功率约为多少？空调器总共消耗的电能为多少？（3）该空调器在制冷时的额定输入功率为8
5、30W，而它的制冷量却是2300W，比输入功率还要大，这是为什么？四、（16分）（2014复）4（16分）机器人小组的同学要制作一个能自己从椅子上站起的机器人，如图1所示他们已经完成的部分如图2甲所示：Ol和O2为两个关节（所有关节处均安装有马达，可使关节在一定范围内缓慢转动）：当机器人的上半身、小腿均垂直于大腿坐在椅子上时，上半身可以绕O1顺时针转动30角、逆时针转动90角，小腿只能绕O2逆时针转动90角，如图2乙所示；O1以上的上半身总长50cm，总质量为11.2kg，其重心G1位于Ol正上方25cm处；在Ol和O2水平连线上的大腿部分长25cm，两只大腿的总质量为4.8kg，其重心G2位
6、于Ol和O2连线的中点：O2以下的小腿和脚总长27cm，两只小腿和脚的总质量为4.8kg，其重心位于O2正下方6cm处；其中脚在水平面上的前后长度为l0cm且过O2的竖直线恰好将脚分为对称的两半现还需在O1正上方40cm的O3处，为机器人安装两只手臂（如图2丙所示，大臂可绕关节O3转动360角、小臂可绕关节O4逆时针转动90角，如图2乙所示；大臂和小臂的长度相等，重心位于整只手臂的中心点）根据所使用的材料，已知每一只手臂的质量和长度的关系为“每lcm长度手臂的质量为0.06kg”请你从理论上计算出机器人的整只手臂至少需要多长，才能使机器人能够从图2甲所示的坐姿自己站起来五、（18分）（2014
7、复）5（18分）如图1所示为油田开采石油的抽油系统，由抽油机、抽油杆和抽油泵等部分组成抽油泵的原理与活塞式抽水机类似；抽油机通过抽油杆，带动抽油泵的活塞上下往复运动，将油层中的原油抽至地面（l）抽油机的结构如图2甲所示。电动机带动曲柄转动，通过连杆推动游梁和驴头绕支点O往复转动。驴头的外侧为一段以O为圆心的圆弧，它可以确保游梁转动时，上端固定在驴头外侧某一点上的钢丝绳对悬点的拉力始终在同一条竖直线上已知驴头外侧圆弧的半径为L1，支点O到连杆和游梁连接处的（沿游梁方向）长度为L2游梁和驴头受到的总重力为G，支点O到游梁和驴头的重心的（沿游梁方向）长度为L3若当驴头通过钢丝绳拉动悬点保持静止、悬点
8、处受到竖直向下的拉力为F、游梁和水平线的夹角为时，连杆对游梁的拉力方向竖直向下，请你求出该拉力的大小（2）抽油泵处的示意图如图2乙所示抽油泵包括活塞、排出阀、吸入阀、油管等组成部分，请说明抽油泵的工作原理由于油层内的压强，当套管插入油层时，原油的液面会自动上升到一定高度再通过抽油泵，可进一步将原油吸至地面用回声仪可以测出原油液面距地面的深度在套管中插入油管时，需保证抽油泵始终在原油液面之下已知在某油田，地面的回声仪发出声波，时间后接收到回声（空气中声速为v）；所安装的抽油杆的总长度为，（单位长度抽油杆的质量为m），横截面积为Sl，活塞的横截面积为S2，原油的密度为现要将原油抽至地面，抽油杆和活
9、塞匀速上升时，受到的总摩擦阻力为f1，抽油杆和活塞匀速下降时，受到的总摩擦阻力为f2请分别估算当抽油杆匀速竖直向上提升、匀速竖直下降时，悬点处受到竖直向下的拉力（套管和油管中，原油液面上方的气压相同；地面下的抽油杆长度远大于悬点距地面的高度）六、（18分）（2014复）6（18分）小明地铁时发现，在地铁离开某一站之后不久，透过地铁的车窗，可以看见黑洞洞的地铁隧道墙壁上出现了一小段动画广告，如图甲所示他很好奇，就上网查到了这种技术的原理：事先用电脑制作好一段动画，再通过软件将动画的每一帧画面逐列的以一定的时间间隔发送到一根长约1m的LED（半导体发光二极管）显示柱上，每根显示柱约有600个LED
10、，如图乙所示，每根显示柱只接收同一幅画面的信号地铁列车通过时同步感应器驱动显示柱同步发光，随着列车以某个速度行驶，由于视觉暂留效应（人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，而是会保留约十分之一秒，视觉的这一现象称为“视觉暂留”），就会在人眼中形成一幅幅静止的具有一定宽度的静止画面，每个显示柱形成的略有变化的画面在掠过乘客眼中时，就会像放电影一样形成一小段动画广告了试根据以上数据估算：（1）假如要在乘客眼前形成流畅的动画，需要在地铁车窗外每秒出现24幅宽度约90cm的画面，列车的速度应该是多少km/h？（2）要想展示一个20s的动画广告，
11、每两站之间一共需要多少个LED显示柱？（3）如果某时刻乘客发现动画的画面向车行的前方缓慢移动，是因为实际车速与设计的速度相比偏大还是偏小？（4）若每个LED的耗电功率为直流0.03W，假设将交流电转化为直流电时的效率为80%，某条地铁线路一共有16个站点（含起点与终点站），地铁经过每个相邻站间均有20s的动画广告，每天每根LED显示柱均累计工作2h，则这条双向的地铁隧道中，仅LED显示柱发光每天就会消耗多少kWh的电能？2014年第24届“巨人杯”全国初中应用物理知识竞赛复赛试卷参考答案与试题解析一、（16分）1（16分）请利用现有器材：一块大小合适且质地不一定均匀的木板，一把量程为2m的卷尺
12、，一台能够测量人体质量的磅秤（如图所示），砖块若干块设计一个测量人体重心位置的方案要求写出测量步骤和测量结果的表达式考点：控制变量法与探究性实验方案菁优网版权所有专题：探究型实验综合题分析：重力在物体上的作用点叫做重心，质地均匀，外形规则的物体的重心在物体的几何中心上解答：答：测量步骤：（1）将磅秤置于水平地面后，调节平衡（调零）；（2）用磅秤测量人体的质量，记为m1；（3）将砖块横向立放于磅秤载物台中央位置，木板一端置于砖块上，另一端用砖块垫起使木板与地面平行，记录磅秤的示数m0；（4）被测量的人平躺在木板上，脚底与磅秤外的一端平齐，记录磅秤的示数m；（5）用卷尺测得木板的长度为L设人的重心
13、到脚底的距离为h，根据杠杆平衡条件得：（mm0）gL=m1ghh=L点评：本题考查了学生对重心以及杠杆平衡条件的掌握，注重了学生实验能力的考查二、（16分）2（16分）小明的妈妈为了方便早餐时喝上豆浆，买了一台全自动豆浆机，如图甲所示图乙所示为豆浆机的主要结构：中间部位是一个连接着刀头的电动机，用来将原料进行粉碎打浆；电热管负责对液体加热煮沸下表是这个豆浆机的主要技术参数型 号额定电压220V额定频率50Hz电机功率180W加热功率800W容 量1000mL小明想探究一下豆浆机工作的具体过程以及耗电情况，在某次使用之前，先查看了他家的单相电子电能表，上面注明1600imp/kWh，之后，他关闭
14、其他所有家用电器，将浸泡好的适量黄豆和l000cm3的清水放入豆浆机的杯体，启动自动控制键，开始用钟表计时的同时记录电能表上面的发光二极管闪烁的次数，豆浆机按“加热一预打浆一加热一打浆一煮浆一防溢延煮”的程序正常工作直至豆浆机发出声光报警，提示豆浆已做好从启动自动控制键至豆浆机发出声光报警，整个过程用时20min，电能表上面的发光二极管闪烁了320次其中、三个过程为电热丝单独不间断工作，而、为电机单独间歇工作，此过程中电动机累计工作时间为2min，为电热丝单独间歇工作请回答：（1）、两个过程中，电动机为什么要间歇工作？（2）在豆浆机工作的20min内，消耗的电能为多少kWh？（3）在豆浆机工作
15、的20min内，电热丝和电机都不工作的时间为多少min？考点：电功与热量的综合计算菁优网版权所有专题：电和热综合题分析：（1）豆浆机是由电热管和电动机并联连接，而豆浆机的电动机工作时，电热管不工作；电热管工作时，电动机不工作；（2）1600imp/kWh表示每消耗1kWh指示灯闪烁1600次，然后进一步求出指示灯闪烁320次消耗的电能；（3）根据W=Pt求出电动机消耗的电能；根据消耗的总电能和电动机消耗的电能求出电热丝消耗的电能，再利用P=的变形公式求出电热丝工作的时间，最后根据豆浆机工作的时间和电热丝工作的时间即可求出电热丝和电机都不工作的时间解答：解：（1）两个过程为打浆过程，电动机停止转动，刀头也停止旋转，在水和黄豆停止流动后，电动机突然带动刀头再次高速旋转，此时黄豆由于惯性仍然保持静止，这样才能更有效将黄豆打碎，如此反复，最终将黄豆打成细小的颗粒，经加热后成为豆浆；（2）消耗的电能：W=kWh=0.2
