2021初中应用物理知识竞赛 复赛试题

2021初中应用物理知识竞赛复赛试题
2021初中应用物理知识竞赛复赛试题
（第二轮）第二十五届全国初中第二轮应用物理竞赛2022
第一题。

（16分）小刚在和家人逛公园时，发现园艺工人在用一种叫做高枝剪的工具修剪树枝。

图1是高枝剪头部结构的照片，使用时用高枝剪的定刀口钩住高处要剪断的枝杈，拉动右侧拉绳，动刀口则可绕转轴转动，从而可以轻松剪断树枝。

1.根据此图估算，
当园艺工人用50牛的力拉绳端时，剪刀的动刀口会对树枝产生的剪切力最大约多少。

2.
实际情况下对数值产生的剪切力会小于上述估算值，试分析各种可能的原因。

二、（16分）电饭锅大多具有自动焖制米饭且保温的功能，某电饭锅工作电路的简图如图2所示。

其中，s1为磁钢式限温开关，其工作特点是：电饭锅开始工作时，需要人为下压使其闭合，并被磁铁吸住而保持闭合状态；当锅底的温度达到103℃时，会因磁铁的磁性减弱而自动断开，且在无外力作用不会再自动闭合。

s2为双金属片保温开关，工作特性是当锅底温度达到约70℃以下时自动闭合，温度达到约80℃时自动断开。

r为电热盘。

(1)请说明该电饭锅在
自动焖制米饭并实现保温的过程中，各元件的工作情况。

(2)若在一个标准大气压下用这
种电饭锅烧水，请说明各元件的工作情况。

三、（16分）某校科技小组为培养某种热带植物制作了一个小型温室，其内部有一个恒温加热器。

当温室外温度为10°c时，温室内温
度为22°c；当温室外温度为16°c时，温室内温度为27°c。

假定温室内加热器与室内间、室内与室外间的热量传递与温度差成正比。

（1）求该温室中加热器的温度；（2）为
节省能源，科技小组的同学对该温室进行了适当的保温改造，使室内向室外的热传递的热
量减少了20%。

那么，当户外温度为10°c的情况下，求室内温度。

四、（16点）图3显示了一个使用蒸汽消毒奶瓶的消毒器。

其铭牌如右表所示。

使
用时，将少量清水倒入灭菌器底座上的不锈钢加热板中。

然后将奶瓶底座上带孔的水桶放
在加热板顶部，按下工作键，加热板将加热，使水沸腾并产生蒸汽。

蒸汽进入桶内，达到
对奶瓶进行高温消毒的目的。

该灭菌器还具有干燥功能，即向瓶内吹入热空气，消毒后迅
速干燥装满小水滴的奶瓶。

关闭“消毒干燥”开关，灭菌器正常工作40分钟。

如果向加
热板中倒入100毫升室温（约20°C）的清水，消毒器的消毒时间约为9分钟（即加热板
在9分钟内将盆中的所有清水蒸发成蒸汽进行消毒）。

1.估算在上述过程中完成“消毒和
干燥”功能所消耗的电能。

2.一般将奶瓶保持100°c的高温5min以上可达到消毒的目的，估算，该消毒器在加
热盘中，倒入100ml室温下的清水的情况下，最多可能同时对几个玻璃奶瓶进行消毒。

（已知1.水的比热容为4.2×103j/（k℃），2.玻璃的比热容为0.84×103j/（k℃），3.平均每个玻璃奶瓶的质量为0.2kg，体积为300ml。

）
五、（18分）风力机发电时，风力机叶片在风的驱动下旋转，然后驱动发电机发电。

已知风
能密度（单位时间内通过单位面积的风能）w=0.5ρv3,其中v为风速，ρ为空气密度。

二
某台风力发电机风机叶片的旋转面积约s=5×103m（即叶片旋转过程中所扫过的面积），在工
三
作过程中始终保持风速与叶片的旋转面垂直。

当地空气密度为ρ=1.2kg/m。

(1)请分
别说出风力发电机的优点和不足；
（2）当风速V1=8m/s时，计算1s内流过叶片旋转表面的空气质量；（3）当风速
V2=10m/s时，1H内输出电能约为960kwh。

如果忽略传动装置和齿轮箱的能量损失，则发
电机效率为80%，并计算风扇效率。

6、（18点）当物体在空气中移动时，空气的阻力F
与其相对于空气的速度V有关。

我们将研究对象简化为半径为r的球体，并认为空气相对
于地面是静止的。

当物体的速度V相对较小时，空气阻力f=6πηRV，空气粘度公式
η≈1.8×10-5pas，与温度变化无关；当物体的速度V相对较大时，空气阻力
f=ρπr2v2/5，其中ρ是空气的密度。

根据上述规则，请分析以下问题：（已知球体的
体积公式为v=4πR3/3，ρ=1.29kg/m3，ρ水=1.0×103kg/m3，g=10n/kg）
(1)试用第二个空气阻力的表达式计算半径分别为r1=10-6m与r2=10-3m的水滴在空
中竖直下落过程中可分别达到的最大速度？
（2）计算表明，哪种阻力表达式适用于这两种水滴。