2014年第24屆“巨人杯”全國初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽試卷

一、（16分）

• 1．請(qǐng)利用現(xiàn)有器材：一塊大小合適且質(zhì)地不一定均勻的木板，一把量程為2m的卷尺，一臺(tái)能夠測(cè)量人體質(zhì)量的磅秤（如圖所示），磚塊若干塊。設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量人體重心位置的方案。要求寫出測(cè)量步驟和測(cè)量結(jié)果的表達(dá)式。
  組卷：114引用：1難度：0.7

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二、（16分）

• 2．小明的媽媽為了方便早餐時(shí)喝上豆?jié){，買了一臺(tái)全自動(dòng)豆?jié){機(jī)，如圖甲所示。圖乙所示為豆?jié){機(jī)的主要結(jié)構(gòu)：中間部位是一個(gè)連接著刀頭的電動(dòng)機(jī)，用來將原料進(jìn)行粉碎打漿；電熱管負(fù)責(zé)對(duì)液體加熱煮沸。下表是這個(gè)豆?jié){機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。
  

  型號(hào)	…-…
  額定電壓	220V
  額定頻率	50Hz
  電機(jī)功率	180W
  加熱功率	800W
  容量	1000mL

  小明想探究一下豆?jié){機(jī)工作的具體過程以及耗電情況，在某次使用之前，先查看了他家的單相電子電能表，上面注明1600imp/kW?h,之后，他關(guān)閉其他所有家用電器，將浸泡好的適量黃豆和1000cm³的清水放入豆?jié){機(jī)的杯體，啟動(dòng)自動(dòng)控制鍵，開始用鐘表計(jì)時(shí)的同時(shí)記錄電能表上面的發(fā)光二極管閃爍的次數(shù)，豆?jié){機(jī)按“①加熱一②預(yù)打漿一③加熱一④打漿一⑤煮漿一⑥防溢延煮”的程序正常工作直至豆?jié){機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警，提示豆?jié){已做好。從啟動(dòng)自動(dòng)控制鍵至豆?jié){機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警，整個(gè)過程用時(shí)20min,電能表上面的發(fā)光二極管閃爍了320次。其中①、③、⑤三個(gè)過程為電熱絲單獨(dú)不間斷工作，而②、④為電機(jī)單獨(dú)間歇工作，此過程中電動(dòng)機(jī)累計(jì)工作時(shí)間為2min,⑥為電熱絲單獨(dú)間歇工作。請(qǐng)回答：
  （1）②、④兩個(gè)過程中，電動(dòng)機(jī)為什么要間歇工作？
  （2）在豆?jié){機(jī)工作的20min內(nèi)，消耗的電能為多少kW?h？
  （3）在豆?jié){機(jī)工作的20min內(nèi)，電熱絲和電機(jī)都不工作的時(shí)間為多少min？
  組卷：557引用：2難度：0.5

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五、（18分）

• 5．如圖1所示為油田開采石油的抽油系統(tǒng)，由抽油機(jī)、抽油桿和抽油泵等部分組成。抽油泵的原理與活塞式抽水機(jī)類似；抽油機(jī)通過抽油桿，帶動(dòng)抽油泵的活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將油層中的原油抽至地面。
  （1）抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2甲所示。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過連桿推動(dòng)游梁和驢頭繞支點(diǎn)O往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。驢頭的外側(cè)為一段以O(shè)為圓心的圓弧，它可以確保游梁轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上端固定在驢頭外側(cè)某一點(diǎn)上的鋼絲繩對(duì)懸點(diǎn)的拉力始終在同一條豎直線上。
  已知驢頭外側(cè)圓弧的半徑為L(zhǎng)₁，支點(diǎn)O到連桿和游梁連接處的（沿游梁方向）長(zhǎng)度為L(zhǎng)₂．游梁和驢頭受到的總重力為G，支點(diǎn)O到游梁和驢頭的重心的（沿游梁方向）長(zhǎng)度為L(zhǎng)₃。
  若當(dāng)驢頭通過鋼絲繩拉動(dòng)懸點(diǎn)保持靜止、懸點(diǎn)處受到豎直向下的拉力為F、游梁和水平線的夾角為θ時(shí)，連桿對(duì)游梁的拉力方向豎直向下，請(qǐng)你求出該拉力的大小。
  
  （2）抽油泵處的示意圖如圖2乙所示。
  ①抽油泵包括活塞、排出閥、吸入閥、油管等組成部分，請(qǐng)說明抽油泵的工作原理。
  ②由于油層內(nèi)的壓強(qiáng)，當(dāng)套管插入油層時(shí)，原油的液面會(huì)自動(dòng)上升到一定高度。再通過抽油泵，可進(jìn)一步將原油吸至地面。用回聲儀可以測(cè)出原油液面距地面的深度。在套管中插入油管時(shí)，需保證抽油泵始終在原油液面之下。
  已知在某油田，地面的回聲儀發(fā)出聲波，時(shí)間后接收到回聲（空氣中聲速為v）；
  所安裝的抽油桿的總長(zhǎng)度為l,（單位長(zhǎng)度抽油桿的質(zhì)量為m），橫截面積為S_l，活塞的橫截面積為S₂，原油的密度為ρ．現(xiàn)要將原油抽至地面，抽油桿和活塞勻速上升時(shí)，受到的總摩擦阻力為f₁，抽油桿和活塞勻速下降時(shí)，受到的總摩擦阻力為f₂．請(qǐng)分別估算當(dāng)抽油桿勻速豎直向上提升、勻速豎直下降時(shí)，懸點(diǎn)處受到豎直向下的拉力（套管和油管中，原油液面上方的氣壓相同；地面下的抽油桿長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于懸點(diǎn)距地面的高度）。
  組卷：291引用：1難度：0.1

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六、（18分）

• 6．小明地鐵時(shí)發(fā)現(xiàn)，在地鐵離開某一站之后不久，透過地鐵的車窗，可以看見黑洞洞的地鐵隧道墻壁上出現(xiàn)了一小段動(dòng)畫廣告，如圖甲所示。他很好奇，就上網(wǎng)查到了這種技術(shù)的原理：事先用電腦制作好一段動(dòng)畫，再通過軟件將動(dòng)畫的每一幀畫面逐列的以一定的時(shí)間間隔發(fā)送到一根長(zhǎng)約1m的LED（半導(dǎo)體發(fā)光二極管）顯示柱上，每根顯示柱約有600個(gè)LED，如圖乙所示，每根顯示柱只接收同一幅畫面的信號(hào)。地鐵列車通過時(shí)同步感應(yīng)器驅(qū)動(dòng)顯示柱同步發(fā)光，隨著列車以某個(gè)速度行駛，由于視覺暫留效應(yīng)（人眼在觀察景物時(shí)，光信號(hào)傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時(shí)間，光的作用結(jié)束后，視覺形象并不立即消失，而是會(huì)保留約十分之一秒，視覺的這一現(xiàn)象稱為“視覺暫留”），就會(huì)在人眼中形成一幅幅靜止的具有一定寬度的靜止畫面，每個(gè)顯示柱形成的略有變化的畫面在掠過乘客眼中時(shí)，就會(huì)像放電影一樣形成一小段動(dòng)畫廣告了。試根據(jù)以上數(shù)據(jù)估算：
  
  （1）假如要在乘客眼前形成流暢的動(dòng)畫，需要在地鐵車窗外每秒出現(xiàn)24幅寬度約90cm的畫面，列車的速度應(yīng)該是多少km/h？
  （2）要想展示一個(gè)20s的動(dòng)畫廣告，每?jī)烧局g一共需要多少個(gè)LED顯示柱？
  （3）如果某時(shí)刻乘客發(fā)現(xiàn)動(dòng)畫的畫面向車行的前方緩慢移動(dòng)，是因?yàn)閷?shí)際車速與設(shè)計(jì)的速度相比偏大還是偏?。?br />（4）若每個(gè)LED的耗電功率為直流0.03W，假設(shè)將交流電轉(zhuǎn)化為直流電時(shí)的效率為80%，某條地鐵線路一共有16個(gè)站點(diǎn)（含起點(diǎn)與終點(diǎn)站），地鐵經(jīng)過每個(gè)相鄰站間均有20s的動(dòng)畫廣告，每天每根LED顯示柱均累計(jì)工作2h,則這條雙向的地鐵隧道中，僅LED顯示柱發(fā)光每天就會(huì)消耗多少kW?h的電能？
  組卷：167引用：1難度：0.5

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