(整理)初中物理竞赛试题分类汇编设计应用.

六、（18分）应急照明灯是在正常照明电源发生故障时，能持续照明而不间断工作的一类灯具，如图6所示。

应急照明灯主要由灯泡(或LED灯珠〉、蓄电池、充电器、自动控制电路及相关部件组成。

在照明电源正常情况下，应急照明灯通过充电器给蓄电池充电，此时，自动控制电路及相关部件自动将灯泡(或LED灯珠)与蓄电池断开不发光。

当照明电路突然停电时，应急照明灯通过自动控制电路及相关部件自动把灯泡(或LED灯珠)跟蓄电池接通，从而实现自动应急照明。

下表为某型号应急照明灯的主要技术数据:输入电压充电时间应急照明时间应急照明功率AC 220V <24h >90min 0.96Wx2 应急照明光源蓄电池种类数量灯泡额定电压类别额定电压容量灯泡12只 2.4V Ni-Cd 2.4V 1.8Ah1.在该型号应急照明灯刚投入使用阶段，待蓄电池充满电后，可以实现的最长连续应急照明时间为多少? 172教学网2.小兰跟老师提出自己要设计并组装一只简易的应急照明灯。

老师告诉她实验室现有以下器材：双孔插座及与之配套的插头1套、小灯泡〈额定电压: DC3.0~3.4V，额定电流: 350mA) 4只、电磁继电器（额定电压: DC6V；额定电流: 0.15A）1套及与之配套的低压直流电源(输入电压: AC220V，输出电压: DC6V) 1台、蓄电池(两端两端电压：6V) 1只及与之配套的充电器(输入电压: AC220V，输出电压：DC6.3V)1只、导线(足量).如图7所示。

(1)请你帮助小兰在图7上完成简易应急照明灯的接线。

要求如下: ①家庭电路正常工作时，充电器自动给蓄电池充电，各灯泡均不发光; ②当家庭电路停电时，蓄电池自动给各灯泡供电，使各灯泡均正常发光，且在一盏小灯炮灯丝烧断后还应该有部分小灯泡能正常工作;(2)小明看到小兰的连接电路后，认为可以去掉低压直流电源，而将电磁铁的两个接线柱直接接在充电器的输出端。

请分析这样做不可行的原因。

20 一、（16分）干簧管（也叫干簧继电器）比一般机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长；而与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强的特点，工作可靠性很高。

如图1甲所示为干簧管的结构简图，其中磁簧片是一种有弹性的薄铁片，被固定于玻璃管上。

1．当将一个条形磁铁与干簧管平行放置时，如图1乙，干簧管的磁簧片触点就会闭合，将电路接通；当条形磁铁远离干簧管时，触点就会断开。

请简述其原理。

2．某同学设想用干簧管制作水位自动报警器，图2是他设计的一部分情况，请帮助他完成其余部分的设计：（1）设永久磁铁所受的重力为3N，浮球的体积为200cm3，不计滑轮处的摩擦。

则要想让此装置能正常工作，浮球的质量应满足什么条件（取g=10N/kg）？（2）他手边还有开关、红灯、绿灯和电铃各一个，导线若干，请在图中的虚线方框内画出报警电路，要求：水位到达A处时，红灯亮，电铃报警；水位到达B处时，绿灯亮，电铃报警。

四、（16分）小华家买了新房，准备改装客厅顶灯的电路时，他发现爸爸拿来一幅如图5所示电路图，他很好奇，看了一会儿之后，发现这幅图有些眼熟，但又和过去所看的图不同，他拿着图去问爸爸：S3是什么开关，爸爸告诉他这叫“双刀双掷”开关，相当于两个单刀双掷开关“联动”。

爸爸还告诉他要将这三个开关分别装在三个与客厅相连的房间的门旁边。

这是为什么？这样装有什么好处呢？小华决定仔细研究一下。

1．小华准备首先用列表的方法分析开关的状态与灯泡亮灭的关系。

为此他设计了如下的表格，并用“1”和“2”表示开关接通的位置，用“1”和“0”表示灯泡的“亮”和“灭”。

请你也参与到他的研究中来，并帮他在表格中记录下三个开关所有可能的组合对灯的控制情况，完成下表：S1 S3 S2 灯的亮灭特点之后，他又有了新的想法：还可以在图5的电路中再增加一个双刀双掷开关S4，并使它和其他的开关作用相同。

请把他的设计画在图6中。

19五、（18分）阅读资料并回答问题：干湿温度计是一种既能测量空气温度，又能测量空气相对湿度的常用测量仪器(某一温度下，空气中水蒸气量与该温度下饱和水蒸气量的比值叫做该温度下的空气相对湿度，以百分数表示；饱和气是指一定温度下，一定数量空气中所能最大限度容纳的水蒸气量)。

如图4甲所示，仪器上有两支相同的温度计并列地安装在同一刻度板上(图4乙为其背面)，其中一支温度计的测温泡外面裹有被水浸湿的棉纱，这一支温度计即为“湿”温度计；另一支温度计的测温泡直接裸露在空气中，这一支温度计即为“干”温度计。

还有一个可根据干、湿温度计的示数来确定空气相对湿度的转盘式标尺。

1．通常情况下，湿温度计的示数比干温度计的示数稍低一些，这是为什么? 2．转盘式标尺由两个同轴的圆盘组成，其中外盘是固定的，上面标有对应“湿温度计”温度值的0～40刻度线及表示相对湿度值的10～100刻度线；内盘可以绕轴转动，上面标有对应“干温度计”温度值的0～40刻度线及“相对湿度％”字样。

转动内盘，当内、外盘上的相同温度值对准时，“相对湿度”的箭头正好指向100，表明空气的相对湿度为100％，如图4丙所示。

请你根据以上信息，说明如何根据干、湿温度计的示数，使用这个转盘式标尺来确定出空气的相对湿度。

3．中午，小宏看到干温度计的示数为26.0℃，湿温度计示数为22.0℃。

到了晚上，小宏看到干温度计的示数为16.0℃，湿温度计示数为12.0℃。

请思考并回答：(1)关于中午和晚上空气的相对湿度，以下说法正确的是( )A．中午和晚上空气的相对湿度相同B．因为中午和晚上气温不同，所以无法比较中午和晚上空气相对湿度的大小C．中午空气的相对湿度大。

D．晚上空气的相对湿度大。

（2）请你简要地说明选择该答案的理由。

18一、（共16分）小明利用实验室的电磁继电器、热敏电阻R1、可变电阻器R2等器件设计了一个恒温箱控制电路，如图1所示。

其中“交流电源”是恒温箱加热器的电源（加热器在恒温箱内，图中未画出）；R1处于恒温箱内，图2是小明通过实验测得的R1的阻值随温度变化的关系曲线；电磁继电器的电源两端电压U = 6 V，电磁继电器线圈的电阻可不计，通过实验测得当电流为30mA时，电磁继电器的衔铁被吸合。

1．请简述此恒温箱的工作过程。

2．为什么恒温箱的加热器应该接在A、B端，而不能接在C、D端？3．如果要使恒温箱内预设的温度可调节范围是90℃~150℃，可供选择的可变电阻器R2的电阻值有如下的几种：A．0~100Ω B．0~200Ω C．0~1000Ω D．0~1500Ω 请问应选择哪一个可变电阻器？为什么？ 4．小明设计的这个控制电路，使用起来有何不足之处？请你提出一种解决的方案。

17一、（10分）表1中提供的是明湖中学使用的一台数学投影仪的有关数据，请根据其中的数据，通过计算回答：1、这台投影仪的耗电总功率是多大？2、如果投影仪的光源采用串联电阻降压的话，所有电阻的阻值应该多大？该电阻消耗的功率为多大？3、这台投影仪的光源采用上述串联电阻降压的方法可行吗？为什么？4、如果上述方法不可行，请你提出一种可以使投影仪正常工作的方案。

（要求定性说明即可）表1 电源工作电压220V 电源频率50Hz光源电压24V 光源电流10.0A鼓风机电压220V鼓风机电流0.1A15五、（20 分）一所农村中学常常因为不能及时给水塔注水而停水，科技小组的同学知道后，利用下图所示的器材设计了一个自动注水模拟装置。

A 为浮子（浮子及其连杆总重约15N），在浮子连杆的上端有一可移动金属触头B（其受重力可忽略不计），它可以分别将其上、下的两个固定触点连通。

C 为水塔上的圆桶形蓄水池；M 为配有电动机的水泵（电泵）； D1D2为弹簧， E1E2为衔铁，F1F2 为电磁铁线圈； K1为最高水位限位开关、K2为最低水位限位开关K3K4K5均为由电磁铁衔铁带动的触头开关。

F1电磁铁通电时， K4接通，断电时， K3接通。

F2电磁铁断电时， K5接通。

S1S2为开关。

1.请你按照下图所示的器材，连接一个可以实现自动注水的模拟电路，并说明自动注水的过程。

2．要实现自动注水的要求，浮子的最小体积约为多大？（g=10N/kg）3.。

若设计要求每次自动注水需在10min 内完成，需要知道或测量哪些物理量才能得到相匹配电泵的最小额定功率？请你用字母表示这些物理量，推导出电泵最小额定功率的表达式。

在你的计算过程中，如果运用了近似条件，请说明。

15 一、（14 分）王伟同学研究了均匀拉紧的琴弦发音频率与弦长的关系，并记录了实测的数据（如下表所示）。

请你根据记录表中的有关数据，分析并估算出他有意留出的空格中应该填写的数据（要求写出估算的过程）。

音名中央C1D2 E3 F4 G5 A6 B7 Cī唱名（C 调）Do Re Mi Fa Sol La Si Do′264 297 330 352 396 440 528 频率/Hz弦长l l 98 l 54 l 43 l 32 l 15 8 l14一、(14分)1998年某地区遭受特大洪涝灾害．为了抗洪抢险，急需在20h内从甲地调运65t钢材到乙地．现仅剩下一艘满载时排水量为80t的货船，船身（包括船员）质量约17t，已知甲、乙两地的水路距离为80km，船行驶的平均速度为10km/ h （不计水流速度）. （1）请你设计一个完成此项任务的可行性方案；（2）通过分析、计算，找出最佳方案．（钢材的密度为7.9×103kg/m3）三、（18分）有人在夏季用简易晒水箱给水加热用来淋浴，这不仅能节省能源，而且很方便．李明和张华想利用这样的装置估测太阳光对地球表面辐射强度的大小．也就是说，太阳光垂直照射地球表面时，地球表面单位时间单位面积所获得的能量是多少．实验装置如图2所示，晒水箱内部是被涂黑的，箱体外加了保温层，上面开口并盖有透明玻璃板．在估测之前要首先弄清，透过玻璃板的太阳光能量究竟占太阳辐射到玻璃板上的能量的百分之几？李明和张华各拿一块实验用的玻璃板，把阳光反射到墙上的同一个地方，他们发现，两块反射光斑重叠处的强度，和太阳光直接照射到地上的强度差不多．（1）透过玻璃板的太阳光能量占太阳辐射到玻璃板上的能量的百分之几？你在得出这个结论时做了什么假设？假设的根据是什么？（2）请你帮助他们设计实验方案，并写出具体的实验步骤．（3）请你对这个实验方案的可行性做出评价．8九、（13 分）有一个形状不规则的石蜡块，现要测出它的密度，但身边没有天平，也没有量筒，只有两个可以放进石蜡块的杯子和一根自行车胎气门芯用的细长橡皮管，还有一桶水和一根大头针。

请你设计一个实验来测出这块石蜡的密度。

（要求写出实验的原理和主要步骤，并导出计算石蜡的密度的公式。

）7一、（15分）小华用一只有颈圆柱形的塑料饮料瓶和一桶水、一把尺就巧妙地测出了食用油的密度。