2015年第二十五届全国初中应用物理竞赛复赛试卷

一、解答题（共6小题，满分100分）

• 1．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。如图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。
  组卷：158引用：1难度：0.3

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• 2．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。
  组卷：101引用：1难度：0.4

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一、解答题（共6小题，满分100分）

• 5．风力发电机发电时，风机叶片在风力的推动下转动，然后带动发电机发电。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。
  某台风力发电机风机叶片的旋转面积约S=5×10³m²（即叶片旋转过程中所扫过的面积），在工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/m³。
  （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，求1s内流过叶片旋转面的空气质量；
  （3）当风速v₂=10m/s时，1h输出电能约为960kW•h,若传动装置和齿轮箱的能量损失不计，其中发电机的效率为80%，求风机的效率。
  组卷：249引用：1难度：0.5

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• 6．物体在空气中运动时所受空气的阻力f与其相对于空气的速度v有关。我们把研究的对象简化成半径为r的球体，并认为空气相对于地面静止。当物体的速度v比较小时，空气阻力f=6πηrv,式中空气的黏度η≈1.8×10^-5Pa•s,不考虑它随温度的变化；当物体的速度v比较大时，空气阻力f=

  πρ

  r

  2

  v

  2

  5

  ，式中ρ为空气的密度。依据以上的规律，请分析以下问题：
  （已知球体的体积公式为V=

  4

  π

  r

  3

  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）通过计算说明这两种水滴各适合哪一个阻力表达式。
  组卷：371引用：1难度：0.3

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