190電圓鋸
註意事項：
1．請在密封線內填寫所在地區、學校、姓名和考號。
2．用藍色或黑色鋼筆、圓珠筆書寫。
3．本試卷***有六個大題，滿分為100分。
4．答卷時間：2011年4月17日(星期日)上午9：30～11：10。
壹、(16分)測定患者的血沈，是醫學上用來幫助醫生對病情作出正確判斷的壹種手段。把新鮮的血液，加入抗凝劑，靜置壹定時間後形成抗凝血後，紅血球即從血漿中分離出來而下沈。設抗凝血是由紅血球和血漿組成的懸浮液，血漿的密度ρ0≈1. 0×103kg/m3，紅血球的密度ρ≈1.3×103kg/m3。將抗凝血放進豎直放置的血沈管內，紅血球起初在血漿中加速下沈，然後壹直勻速下沈，其勻速下沈的速度稱為“血沈”。正常人血沈的值大約是 =12mm／h。如果把紅血球近似看作半徑為R的小球，它在血漿中下沈時所受的粘滯阻力為 ，在室溫下 =1.8×10-3Pa﹒s，已知 ，試根據以上信息解答下列問題：
1．紅血球在血漿中為什麽先加速下沈後壹直勻速下沈?
2．計算紅血球半徑的大小。
二、(16分)為了推進環保和節能理念的實施，某公司開發生產了“風光互補路燈”，該路燈只需要曬曬太陽吹吹風就能工作，如圖l所示。它在有陽光時通過太陽能電池板發電，有風時通過風力發電機發電，二者皆備時同時發電，並將電能輸至蓄電池儲存起來，供路燈照明使用。為了能使蓄電池的使用壽命更為長久，壹般充電至90％左右即停止，放電余留20％左右即停止電能輸出。
下表為某型號風光互補路燈系統配置方案。問：
風力發電機 太陽能電池組件
最小啟動風速 1.0m/s 太陽能電池 36W
最小充電風速 2.0m/s 太陽能轉化效率 15%
最大限制風速 12.0m/s 蓄電池 500Ah-12V
最大輸出功率 400W 大功率LED路燈 80W-12V
1．當風速為6．0m／s時，風力發電機的輸出功率將變為50W，在這種情況下，將蓄電池的電量由20％充至90％需多長時間?
2．如果當地垂直於太陽光的平面得到的太陽輻射最大強度約為240W／m2，要想太陽能電池的最大功率達到36W，太陽能電池板的面積至少要多大?
3．若遇到陰天無風的天氣，僅靠蓄電池供電，最多可供燈具正常發光多長時間?
三、(16分)電動自行車是倍受人們青睞的壹種交通工具，如圖2所示。其主要結構就是在原來的普通自行車的基礎上，增加了電動機及供電、傳動設備，它可以電動騎行，亦可以腳踏騎行。電動騎行時，蓄電池為車上的電動機供電，電動機為車提供動力；腳踏騎行時，與普通白行車相同。
下表是某型號電動白行車主要技術參數。
整車 整車質量 40kg
最高車速 ≤30km/h
最大噪聲 ≤62dB
蓄電池 電壓 48V
容量 12A?h
電動機 額定電壓 48V
額定功率 240W
1．仔細觀察電動自行車的構造，會發現很多地方用到了物理知識。請仿照下面的示例，再列舉三處應用物理知識進行設計的事例。
示例：電動自行車的車座大而扁平，可減小壓強。
答：(1)
(2)
(3)
2．當壹個初三學生騎著電動自行車在平直的公路上勻速行駛時，輪胎與地面的總接觸面積約為40cm2，此時路面受到的壓強約為多大?
3．電動自行車以額定功率行駛時通過電動機線圈的電流是多大?
4．蓄電池充足電後儲存的能量是多少?
5．在蓄電池充足電後為電動機供電的過程中，當把儲存能量的80％提供給電動機後就應進行充電。若電動機工作時將電能轉化為對自行車輸出機械能的效率為75％，電動自行車在平直的公路上勻速行駛時受到的阻力為30N，則蓄電池充壹次電最多能完全依靠儲存的電能連續行駛多遠?
6．從環保的角度來看，與摩托車相比，電動自行車有什麽優缺點?(各列舉壹條)
四、(16分)家用燃氣快速熱水器(如圖3所示)是壹種方便、快捷且不受天氣影響的洗浴設備。下表為某品牌家用燃氣快速熱水器的主要技術數據。已知天然氣的熱值為8×107J／m3，水的比熱容為4.2x103J／(kg?℃)。
生產許可證 XK00-1020044
執行標準 GB6932-2001
型 號 JSD-D8JA
燃氣種類 天然氣
額定燃氣壓強 2000Pa
額 定 熱 負 荷 16kW
適用水壓 0.025MPa～0.75MPa
額定產熱水能力 8L/min (Δt=25K)
額定電壓 3V (DC)
1．為安全使用此熱水器，機體上印有壹些警告，其中壹條是這樣說的：“氣溫低於0℃時，用後請打開放水塞，放盡機體內存水，再擰緊…”。請解釋為什麽要這樣做?
2．試求該型號家用燃氣快速熱水器正常工作時的燒水效率。
3．若在額定產熱水能力下進行淋浴，壹次淋浴總計加熱時間為20min，則此次淋浴至少需消耗多少天然氣?
4．為防止燃氣熱水器在無水或水壓過低時“幹燒”，技術人員設計了很多種“水氣聯動”裝置，實現通常所說的“水到氣到”。圖4就是其中壹種“水氣聯動”裝置的原理圖，妳能看出它的工作原理嗎?請簡述它是如何利用“水到”來控制“氣到”的。
5．為了防止熱水器工作過程中加熱火焰意外熄滅導致燃氣泄漏，技術人員設計了“火滅斷氣”的裝置。如圖5所示為壹種“火滅斷氣”裝置的原理圖，請根據這個原理圖，簡述它是怎樣實現“火滅斷氣”功能的?
五、(18分)小芳家裏新買了壹臺電熱水器，從“用戶手冊”中，她獲得了以下資料，請根據這些資料完成相應的計算：
壹、外形尺寸(mm)
A B C D E F
781 100 196 196 353 434
二、技術數據
額定功率/W 1000/1500/2500 額定壓力/MPa 0.8
額定電壓/V 交流220 容 積/L 50
頻 率/Hz 50 凈 重/kg 19
1．圖6為安裝示意圖，安裝時要將L形掛鉤用膨脹螺釘固定在承重墻上，上表是熱水器的部分數據，請估算L形掛鉤受到的最大向下拉力F及對應此時膨脹螺釘與承重墻體間的摩擦力f.
2．這臺熱水器***有三擋加熱功率，銷售人員曾介紹說：熱水器內部有兩個加熱管。請妳根據銷售人員的介紹，猜測並畫出內部加熱電路的主要結構(簡化的等效電路圖)。然後依據妳的猜想，計算出每個加熱管的電阻值。
3．產品說明書上標明：當達到設定溫度，停止加熱後，如果水溫降到低於設定溫度4℃時，熱水器將自動以設置功率將桶內的水加熱至設定溫度，如此反復直至手動停止加熱。小芳想到了國家提倡的峰谷電價制度的有關規定：2011年起，本地的分時電價為：峰時段(08：00～22：00)0．6元／度，谷時段(22：00～次日08：00)0．3元／度。她想，如果每天下午6點洗浴時需要把20℃的冷水加熱至50℃，可以下午直接加熱，也可以早晨8點前加熱好，讓熱水器自動保溫至下午6點，哪種方式更省錢呢?為此她利用熱水器提供的測溫功能測量了水溫從50℃降至46℃需要190分鐘，已知c水=4.2×103J／(kg?℃)，請幫她通過計算做出哪種方式更省錢的判斷。
六、(18分)電動木工機械的發明和應用大大地降低了木工的勞動強度，且大幅度地提高了勞動效率。木工圓鋸機就是壹種常見的用來鋸切木料的電動木工機械。如圖7所示為某型號電動木工圓鋸機，其主要結構如圖8所示。它采用電動機作為動力，通過皮帶傳動的方式帶動與圓形鋸盤***軸安裝的皮帶輪，從而帶動周邊有齒的圓形鋸盤高速轉動以鋸開木料。它的主要技術數據如下表：
最大鋸盤直徑 mm 400
最大鋸切厚度 mm 125
配
套
電
動
機 額定功率 kW 3
額定轉速 r/min 1420
額定電壓 V 380
額定電流 A 5.0
額定頻率 Hz 50
型 號 Y100L2-4
防護等級 IP44
1．小明仔細觀察圓形鋸盤後發現，圓形鋸盤的周邊除了有齒外，還開有圖9所示的很深的縫，縫的底端打有壹個小圓孔，鋸齒部分還比鋸盤部分稍厚壹些。請妳從物理學的角度說說這樣做的道理。
2．該型號電動木工圓鋸機正常工作時，圖8中的哪壹側皮帶上的拉力較大?並說明妳做出判斷的理由。
3．若測得與圓形鋸盤***軸安裝的皮帶輪的直徑為9.2cm，電動機的皮帶輪的直徑為11．0cm。電動機滿負荷工作時配套電動機輸出機械能的效率為90％，則此時皮帶上較大的拉力與較小的拉力的差值是多大?
4．若將皮帶傳動的效率看作100％，***軸傳動的摩擦損耗不計。試估算該型號電動木工圓鋸機安裝最大鋸盤正常工作時，圓形鋸盤所受到的木料的阻力是多大?
2011年第二十壹屆全國初中應用物理競賽復賽試題
參考解答與評分標準
說明：
1．提供的參考解答除選擇題外，不壹定都是唯壹正確的。對於那些與此解答不同的解答．正確的，同樣得分。
2．評分標準只是按壹種思路與方法給出的。在閱卷過程中會出現各種不同情況，可按照本評分標準的精神定出具體處理辦法，但不要與本評分標準有較大偏離。
3．問答題或計算題是按照分步方法給分的。在評分標準中常常寫出（1）式幾分，（2）式幾分……這裏的式子是用來代表步驟的。若考生並未寫出這個式子，而在文字表達或以後的解題過程中反映了這壹步驟同樣得分。沒有寫出任何式子成文字說明，只給出最後結果的．不能得分。
4．參考解答中的數字結果是按照有效數字的運算要求給出的，但對考生不做要求。不要因為有效數字的錯誤而扣分。
5．在最後定獎時，如果得分相同的人數超過獲獎名額，因而難於選拔時．可對待選試卷進行加分評判。加分評判的基本依據是．
（1）所用方法或原理不是課本所講的，具有創新性，應加分；
（2）方法簡使．應加分；
（3）提出多種正確解法，應加分；
（4）試卷表達規範，條理清楚趁，能充分利用數學工其．應加分。
上述各項的執行都需由竟賽領導小組做出規定（省統壹分配獎勵名額的由省決定，地、市分配獎勵名額的由地、市決定）。
壹、（16分）參考答案
1．紅血球在血液中下沈時受力情況如圖答-1所示。
紅血球由靜止開始下沈時，速度很小，根據 可知，所受的粘滯阻力也非常小，由於血漿的密度ρ0小於紅血球的密度ρ，紅血球受到的浮力小於重力．所以剛開始f＋F浮<G ,紅血球會加速下沈；隨著紅血球下沈速度變大，粘滯阻力增大，當f＋F浮=G時，紅血球就會勻速下沈。…………………………………………………………………………………………4分
2．當紅血球在血漿中勻速下沈時，受到的幾個力平衡．所以
f＋F浮=G ………………………………………………………………………………………2分
因
………………………………………………2分
……………………………………………………2分
所以有
即 所以有 ………………………………………2分
將 ， ， ，
代入並計算得： …………………………………………………………2分
二、（16分）參考答案
1．需要時間
……………………………………………6分
2．電池板面積
………………………………………………………………4分
3．可供燈具發光時間
………………………………………6分
三、（16分）參考答案
1．略……………………………………………………………………………………………………3分
2．假設騎車人的質量約為50kg，則地面受到的壓強：
……………3分
說明：答案在（1.7～2.5）×105Pa的均可得分
3．額定功率下的電流
……………………………………………………………………………2分
4．蓄電池儲存的電能
E=UIt=48V×12A×3600s=2.07×106J………………………………………………………………3分
5．因為電動自行車勻速行駛，所以
……………………………………………3分
6．優點：不會排放廢氣，噪音小
缺點：蓄電池使用壹定時間後就需更換，廢棄後的電池易汙染環境。
四、（16分）參考答案
1．氣溫低於O℃時．使用後的燃氣熱水器中的殘存的水會結冰。水站冰後，密度變小．體積漲大．這樣很容易把燃氣熱水器脹破。所以，氣溫低於O℃ 時使用燃氣熱水器後．應打開放水塞．放盡機體內存水，再擰緊。………………………………………………………………………………………………3分
2．該型燃氣熱水器正常工作lmin．燃料燃燒放出的熱量：.
……………………………………………………1分
1min內加熱的水的質量：
水溫上升Δt=25K=25℃
1min內水吸熱： …………1分
燃氣熱水器正常工作時燒水的效率
………………………………………………2分
3．壹次淋浴所需燃料燃燒放出的熱量：
…………………………………………………1分
需要完全燃燒天然氣的體積為：
……………………………………………………………2分
4．當進水口處有水壓時．膜片的右面就會受到向左的壓力，克服彈簧的彈力向左推動閥桿．打開進氣闊門使燃氣進入主火管通。反之如果此時的水壓很小或者無水，則膜片受到的向左的壓力就會減少甚至消失。燃氣閥門就會在彈簧的壓力下向右移動而關閉．停止進氣。……………………………………3分
5．火焰燃燒時．雙金屬片外側的金屬溫度升高時膨脹的更多，雙金屬片向下彎曲，推動燃氣閥門打開；如果因為意外的原因使火焰熄火，雙金屬片的溫度降低．外側金屬收縮的更多，雙金屬片向上伸直，拉動拉動燃氣閥門關閉，防止燃氣外泄。…………………………………………………………………3分
五、（18分）參考答案
1．電熱水器總重
電熱水器掛在L形掛鉤上時，其受力情況如圖答-2所示。
因電熱水器靜止，所以沿豎直方向二力平衡，因此對L形掛鉤向下的拉力
……………………………………………………3分
因L形掛鉤靜止，電熱水器上端所受的水平向左的拉力等於膨脹螺絲所受的摩擦力，以懸掛下端為軸，根據杠桿平衡條件有 ………………………………………………………………………3分
…………………………………………………………1分
2．由熱水器的三檔功率的數值關系猜得熱水器加熱部分的等效電路圖如圖答-3所示，其中加熱管R1的額定功率為1000W，電熱管R2的額定功率為1500W。……………………………………………………………………2分
加熱管的電阻分別為
……………………………………………………………………2分
3．（1）忽略加熱過程中的熱損失，直接加熱消耗的電能為：
下午加熱的電費支出為：
0.6元/kWh×1.75kWh=1.05元………………………………………………………………………2分
（2）早晨8點前加熱，電費支出為：
0.3元/kWh×1.75kWh=0.525元
加熱升溫4℃所需電能
加熱升溫4℃所需時間（設加熱功率為2500W）：
T1=W2/P3=336s=5.6min （這段加熱時間可以忽略不計）
降溫4℃所需時間為190至下午6點***需要三次加熱，消耗電能：
W3=3W2=3×8.4×105J=2.52×106J=0.7kWh……………………………………………………………3分
電費支出為：
0.6元/kWh×0.7kWh=0.42元
總支出為：
0.525元+0.42元=0.945元
因此，第二種方案更省錢。……………………………………………………………………………2分
六、（18分）參考答案
1．鋸齒部分比鋸盤部分稍厚壹些，木料的鋸切口的寬度就會比鋸盤厚度略大壹點，這就可以有效地減小鋸開的木料時鋸盤盤面的壓力．從而減小木料對鋸盤盤面的摩擦阻力；
鋸齒部分比鋸盤部分稍厚壹些，再加上踞盤周邊所開的縫及縫的底端所打的孔，這就保證了據開的木料與鋸盤盤面之間的縫隙能夠時時允滿空氣，從而避免受到因大氣壓把鋸開的木料緊緊地壓在鋸盤盤面上而造成的對鋸盤盤面的摩擦阻力；
被鋸開的木料與鋸盤盤面之間隨時重入空氣．有利於鋸盤的散熱。
說明：其他說法正確的同樣得分。每答出壹項得2分，最多4分。
2．右側皮帶上的拉力較大
由鋸盤上的鋸齒與形狀及分布情況可以看出，圓形鋸盤在鋸木頭時應該順時針轉動，那麽，與圓形鋸盤***軸安裝的皮帶輪也應該順時針轉動；由此可以推知，電動機的皮帶輪也應該順時針轉動；所以，電動機的皮帶輪應該拉右側的皮帶而不拉左側的皮帶；因此，右側皮帶上的拉力應該人大於左側皮帶上的拉力。…………………………………………………………………………………………4分
3．電動機滿負荷正常工作時皮帶的運行速度
左、右兩側皮帶上的拉力之差（即電動機輸出的驅動力）為：
……………………………………………………………5分
4．皮帶輪所受拉力的情況可等效為左側皮帶拉力為ON，右側皮帶拉力為330N；皮帶傳動的效率為100%。不計***軸傳動的摩擦損耗；設圓形鋸盤所受到的木科的阻力為Ff。由輪軸公式，有
………………………………………………………5分