2012年第二十二届全国初中应用物理竞赛复赛试题
注意事项：
1.请在密封钱内填写所在地区、学校、姓名和考号.
2.用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写
3.本试卷共有六个大题，满分为100分. 
4.答卷时间: 2012年4月15日(星期日)上午9： 30---11: 100

一、（16分)某小型汽油发电机外形如图1所示，其实质是利用一个汽油机带动一个发电机来发电。该发种电机铭牌部分数据如下表所示，根据表中的数据求：
发动机(汽油机)  发电机 
型号 XGQF5.0  型号 XGQF5.0
额定功率8.3kW 额定输出功率5kW
噪声 73db  额定输出电压220V
连续运行时间8h 额定频率 50Hz
强制水冷四冲程 自动电压保护
 
(1)在允许的连续运行时间内，发电机以额定功率输出，能够提供的电能是多少度?
(2)己知汽油的热值是q=4.6xl07J/kg，密度是0.71 x 103kg/m3，设该汽油机的效 率为35%，则该汽油发电机油箱的容积至少需要多大?
(3)汽油发电机将内能转化为电能的效率是多少?
二、(16分)长期以来，我国北方地区域镇居民的冬季来暖计量一般都按住宅面积收费，导致用户节能意识差，造成严重的资源浪费。作为建筑节能的一项基本措施，近几年部分地区试点以热量表作为计量收费的依据和于段，经测算可节能约20%---30%。
如图2所示，一个完整的热量表由以下三个部分组成：一只被体流量计，用以测量经热交换的热水流量；一对用铅电阻制作的温度传感器，分别测量供暖进水和回水温度；一低功耗的单芯片计算机，根据与其相连的流量计和温度传感器提供的流量和温度数据，利用热力学公式可计算出用户从热交换系统获得的热量，通过液晶显示器将测量数据和计算结果显示出来。172教学网
最大流量/m3h-1 2.5  测温范围℃ 4——100
温差范围/K 2~50  最大水压/MPa 1.6
电源 3.6V 2Ah  电源寿命 ≥5年
以下是某用户家中的热量表的部分参数，已知水的比热容取4.2xl03J/(kg•C)，天然气的燃烧值约为8X 107J/m3。
(1)试通过以上数据计算该型号热量表能测量的最大供热功率是多少?
(2)在一次要查看热量表记录情况时，通过逐次点按热量表上的信息显示按钮，液晶显示器逐项循环显示出了下列数据:
根据这些数据推算，求此次查看时该用户家平均每小时从暖气中得到的热量约为多少J?到此次查看时为止，该用户从这套供暖系统得到的总能量相当于完全燃烧了多少m3的天然气? 172教学网
(3)如果出现大风降温天气，住宅通过外墙散热的速度会加大。从原理分析，应该在家中怎样调节，才能保持室内温度不出现明显下降。
(4)这种型号的热量表平均耗电功率不超过多大?
(5) 2010年国家将逐渐在全国推广使用供热分户计量。假设某城区在未使用热量表计费时，一年热力公司共消耗天然气40亿立方米，现有30%的用户使用热量表，在使用后平均每户节能20%。按此情况计算，这些使用热量表的用户一年可节约多少天然气?
三、172教学网（16分）双活塞气压计是一种可以消除活塞自重影响、对低压'容器内的压强进行测量的装置。如图3所示，在甲、乙两个空腔容器中各有一个活塞A和B，其中活塞A的截面上下一致，称为自由活塞，其横截面积为S1；活塞B的上下截面不等，称为差动活塞，其上下两部分的横截面积分别为S2和S3。乙容器的上、下两部分彼此隔绝，不能相互渗气、渗油。C为带有阀门K1的工作液体的接口，工作液体充满甲容器和乙容器的上部空腔；D为带有阀门K2的接口，可接待测容器；E为带有阀门K3的接口，可与抽气机相连。测量前要先校正零位平衡: K1关闭， K2打开。D口不连接待测容器，在两活塞上面放置砝码(图中未画出)。调节砝码的质量使两活塞升起的高度相同。进行测量时，要将待测量的容器接在D口上，并关闭K2、打开K3，开动抽气机进行抽气，待乙容器下部空腔内接近真空时，关闭K3、打开K2，此时差动活塞B己有所下降，在自由活塞A上再加放重为G的砝码时，A、B两活塞的上表面恰好能恢复等高。己知进行测量 时大气压强为p0.求待测容器内气体的压强p。
172教学网根据帕斯卡定律可知:加在密闭液体上的压强能够大小不变地被液体向各个方向传递。
1四、（16分）小明看到一句农谚：“下雪不冷化雪冷”。他很好奇，想具体了解一下冰雪熔化时究竟要吸收多少热量。于是查找了资料，知道“熔化热”的定义是：单位质量的某种晶体，在熔化成同温度的液体时吸收的热量，叫做这种晶体的熔化热。
他想用实验测量一下冰的熔化热，于是找来了一些实验器材:一架天平和配套的硅码、一支实验室温度计（0——100℃）、一个有密封盖子的保温桶、一个小烧杯、一把锤子和一个专门用来在冰箱中冻小冰块的塑料冰格，又观察到家里的冰箱面板上显示冷冻室温度恒为-18℃。请帮助小明设计一个用这些器材粗测冰块熔化热的方案，要求写出实验的步骤和用测量的物理量计算冰的熔化热λ的表达式(水和冰的比热容分别用C水和C冰表示)。

五、（18分）在一些地区的电力线路敷设过程中，会使用简易绞盘将沉重的混凝土电线杆立起来。其主要结构如图4所示。作业前，先将绞盘底座牢固地固定在地面上，立杆作业时，根据实际需要，安排1~4人分别推动不同的横杆末端，使横杆绕轴做顺时针转动，这样系在电线杆上的钢丝绳就被不断地缠绕在轴上，电线杆被逐渐拉起并最终坚直站立。己知，某个绞盘的轴直径D=l0cm，各横杆末端到轴心的距离L=lm。在一次立杆作业中，所立的电线杆所受重力G=6200N，长L0=10m，其重心距粗端4m。若在电线杆升至某时刻时的情形如图5所示，设此时绞盘的机械效率η=80%，定滑轮的阻力可忽略不计。
 
1.若此刻仅有二名施工人员推横杆，则该施工人员对绞盘横杆所施加的最小推力F为多少?
2．在整个立杆过程中，施工人员对绞盘棋杆的最小推力的变化情况如何?
3.在立杆作业时，施工人员一般要求绞盘离所拉的电线杆适当地远一些，请定性分析这样做的原因。
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 1.8Ah
1.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?
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:
172教学网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;
172    网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; 172教学网

(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。