2012全国应用物理知识竞赛初赛试题答案

参考解答和评分标准

说明：

    1．除选择题外，提供的参考解答不一定都是惟一正确的。对于那些与此解答不同的解答，正确的，同样得分。

    2．评分标准只是按一种思路与方法给出的。在阅卷过程中会出现各种不同情况，可参照本评分标准的精神定出具体处理办法，但不要与本评分标准有较大偏离。

    3．简答题或计算题是分步给分的。在评分标准中常常写出①、②……，这里的①、②……是用来代表答题要点或步骤的。若考生并未写出这个式子，而在文字表达或以后的解题过程中反映了这一要点或步骤，同样得分。没有写出任何式子或文字说明，只给出最后结果的，不能得分。

4．参考解答中的数字结果是按照有效数字的运算要求给出的，但对考生不做要求。不要因为有效数字的错误而扣分。

5．要求学生估算的，要看学生是否会忽略那些可以忽略的条件。

    6．在最后定奖时，如果得分相同的人数超过获奖名额，因而难于选拔时，可对待选试卷进行加分评判。加分评判的基本依据是：

    （1） 所用方法或原理不是课本所讲的，具有创新性，应加分；

    （2） 方法简便，应加分；

    （3） 提出多种正确解法，应加分；

    （4） 试卷表达规范，条理清楚，能充分利用数学工具，应加分。

    上述各项的执行都应由竞赛领导小组做出规定（省统一分配奖励名额的由省决定， 地、市分配奖励名额的由地、市决定）。

一、选择题（每小题2分，共20分） 

1. A     2. D     3. C    4.B    5.D    6.C   7.B   8. D   9. A   10. D

二、简答题（每题5分，共30分）       

1.（5分）参

①球拍表面贴橡胶，为了增大球与球拍间的摩擦。 ②乒乓球在受到击打后，改变运动方向及速度大小，因为力可以改变物体的运动状态。 ③弧圈球是指旋转的球沿弧线运动，这是因为空气流速大的地方压强小。 ④乒乓球落到台面后会弹起，因为不同形式的能可以相互转化。 ⑤球与球拍脱离后依然向前运动，因为球有惯性。 

说明：每说对一种物理知识的应用得1分，最多5分。 

2.（5分）参

①流体流速大的地方压强小，当水从出水管口快速喷出时，进气管下部压强减小，这时进气管内的水平下降，起到降至出水管以下，附近的空气在大气压的作用下被压入出水管的水中，随水流从出水管口进入鱼缸内的水中。

 ②燃气灶灶头与燃气管是分离的，但是在利用燃气灶烧水或做饭的时候，并没有燃气从进气口处外溢，就是因为在灶头与燃气管对接处，气体流速大、压强小，所以燃气不会向压强大的周围外溢。 

说明：①4分，②1分，共5分 

3．（5分）参

（1）路基温度升高，液态氨吸热汽化，上升到热棒的上端； 

（2）气态氨通过铁质外壳向温度较低的大气放热，液化变成液态氨；

（3）液态氨沉入棒底。如此反复，不断将地下的热量传递到大气中，确保路基处于冰冻状态而不熔化，从而保证路基的稳定。 

说明：（1）、（2）各2分，（3）1分。共5分。

4．（5分）参

（1）油是绝缘体，使用较安全。

（2）加热时，油体积要膨胀，若腔体内注满油，易胀坏腔体，引起事故。

（3）避免电热管露出油面，在这种情况下，通电加热有可能导致电热管处于油面以上的部分由于温度过高而损坏。

说明：（1）1分，（2）、（3）各2分。共5分。 

5．（5分）参

（1）平面镜成像的特点是对称，具有物像等大、物和像距平面镜的距离相等等特点，便于司机判断自己驾驶的汽车和后面汽车的距离。

（2）凸面镜做成的观后镜的优点是视野更加开阔，可以观察到更大范围的其他车辆的行驶情况。

说明：（1）3分，（2）2分。共5分。

6．（5分）参

（1）这种玻璃表面有一层很薄的金属镀层，因此，和普通玻璃相比，反射的光更多，透射的光更少，反射成像更加明显，所以站在马路上看，它们好像一面面的镜子；

（2）由于透射的光更少，导致白天楼内与楼外相比更暗，同时由于这种玻璃透光性能减弱，所以从楼内透射到楼外的光会变得更弱；

（3）由于身处光线很好的楼外的人，眼睛瞳孔的张开程度较小，导致站在楼外的人看不到里面的情景。

说明：（1）、（2）各2分，（3）1分。共5分。

三、（11分）参考解答

车行驶一里，则中平轮需转动一圈，旋风轮和下平轮需转动的圈数：n1=  ……（3分）

若下平轮转动一周，立轮和足轮需要转动圈数：n2=………………………………（2分）

所以，当车辆行驶一里，足轮需要转动圈数：n3= n2 n1 =×=100………………（2分）

又因为：1里=300步= 6×300尺=1800尺……………………………………………………（1分）

所以：100πD =1800尺…………………………………………………………………………（2分）

足轮直径：D =6尺……………………………………………………………………………（1分）

四、（12分）参考解答

1．由图可知：

旋钮上的箭头指向D位置时，电热丝R1和 R2并联，此时电路消耗功率最大：P1=1100W（1分）

旋钮上的箭头指向C位置时，电热丝R1单独工作，此时电路消耗功率为：P2=660W……（1分）

所以：  ……………………………………………………………（1分）

旋钮上的箭头指向B位置时，电热丝R2单独工作，此时电路消耗功率为：P3=440W……（1分）

所以：…………………………………………………………………（1分）

当旋钮上的箭头指向A位置时，电热丝R1和 R2串联，此时电路消耗功率为：

    ……………………………………………………（1分）

2．电热丝的电阻会随温度而变化。在借助电池组、电压表和电流表截取一定阻值的电热丝时，电热丝消耗的功率很小，一定时间内产生的热量少，故温度低，此时电阻小；当电热丝接入家庭电路工作时，消耗的电功率较大，一定时间内产生的热量多，温度升高显著，电阻变大明显；由公式可知，此时消耗的电功率比测得的电阻计算的电功率要小一些。 ……………………………（3分）

3．电热器在给水加热时，由于水在吸热的同时还在散热（向空气传递热量、蒸发吸热），并且随着水温的升高，水温与环境温度差增大，热传递的速度加快、水蒸发时吸热的速度也加快，导致水的温度升高减慢；当散失热量与从电热丝吸收到的热量平衡时，水温就不再升高了。 ………（2分）

加热功率越小，单位时间内产生的热量越少，达到上述平衡时与环境的温差越小，所以水能达到的最高温度越低。……………………………………………………………………………………（1分）

五、（12分）参考解答

1．油箱装满油时，下半部分容积：V2=20×2×10-3m3= 4×10-2m3 

    上半部分容积：V1= V- V2=6×10-2m3- 4×10-2m3= 2×10-2m3          

    上半部分高度：h1=  =  m=2×10-1m……………………………………（1分）

    汽油的深度：h= h1+ h2=2×10-1m +2×10-1m= 4×10-1m 

    汽油对压敏电阻的压强：p =ρ汽油gh= 0.7×103×10×4×10-1Pa=2.8×103Pa……………（1分）

    汽油对压敏电阻的压力：F= pS = 2.8×103×10×10-4N=2.8N…………………………（1分）

    由图11乙可知：Rx=30Ω………………………………………………………………（1分）

    由题意可得：R0=  - Rx=Ω-30Ω=10Ω…………………………………………（1分）

    汽油用完时，由图11乙可知：Rx'=300Ω……………………………………………（1分）  

    通过油量表的电流：I2=  = A=0.08A…………………………………（1分）

    2．油量表指向满刻度的位置，通过油量表的电流：I3=×0.6A=0.15A 

       此时压敏电阻阻值： Rx''=  - R0 =Ω-10Ω=150Ω……………………………（1分）

       由图11乙可知，汽油对压敏电阻的压力：F''=0.7N

       汽油对压敏电阻的压强：p'' =  =  Pa=7×102Pa            

       汽油深度：h''=  =  m= 0.1m……………………………………（1分）

       剩余汽油体积：V''= S2h''=20×10-2×0.1m3=2×10-2m3    

       汽车行驶100km，消耗汽油体积：ΔV=  m3=10L…………………（1分）

    3．因油箱上部横截面积较小，消耗相同体积的汽油，上部的液面高度变化较大，导致汽油对压敏电阻的压力变化较快，所以电流表示数变化较快。…………………………………………（2分）

六、（15分）参考解答

1．该电力线路采用钢芯铝绞线而不采用与之同样结构、尺寸的铝绞线，其主要目的是为了提高输电线的抗拉能力，从而可以适当地增大杆距，节省杆材及人工等。………………（2分）

2．取一根长为L的结冰钢芯铝绞线作为研究对象，其横截面如图答-1所示。当该钢芯铝绞线所承受的拉力达到其正常工作情况下拉力的5倍时，也就是该段导线上所结冰的质量达到该段钢芯铝绞线质量的4倍的时候，就必须进行除冰作业了。

设单股线芯的横截面积为S，直径为d；长为L的结冰钢芯铝绞线中铝的质量为m铝，钢的质量为m钢，冰的质量为m冰，冰的横截面积为S冰；则有：                                       

冰的质量：m冰=4(m铝+m钢) ………………………………………………………………………（2分）

又因为：m冰=ρ冰S冰L    m铝+m钢=(6ρ铝+ρ钢)SL ………………………………………………（2分）

所以：S冰=  ==107.1S……………………………………（2分）

该钢芯铝绞线连同上面的冰，总的横截面积：S总=S冰+7S=107.1S+7S=114.1S ………………（2分）

即： =114.1  又因为： =  ，所以：D ===40.6mm  ……（2分）

即：该钢芯铝绞线直径D增大到40.6mm之前必须进行除冰作业。 

3．取一根长为1m的该种结冰钢芯铝绞线作为研究对象，短路熔冰时通过的电流为I，其热功率为P，其电阻为R。考虑到该种钢芯铝绞线表面为冰所覆盖，其温度与常温偏差不大，故不考虑温度对其电阻的影响，其电阻可看作R= 0.5Ω/ km×1m=0.5×10-3Ω。…………………………………（1分）

有I==A=632.5 A………………………………………………………………（2分）

即：短路熔冰时通过一根钢芯铝绞线的电流大约是632.5 A。