2011年第二十一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．测定患者的血沉，是医学上用来帮助医生对病情作出正确判断的一种手段。把新鲜的血液，加入抗凝剂，静置一定时间后形成抗凝血后，红血球即从血浆中分离出来而下沉。设抗凝血是由红血球和血浆组成的悬浮液，血浆的密度ρ₀≈1.0×10³kg/m³，红血球的密度ρ≈1.3×10³kg/m³．将抗凝血放进竖直放置的血沉管内，红血球起初在血浆中加速下沉，然后一直匀速下沉，其匀速下沉的速度称为”血沉”。正常人血沉的值大约是v=12mm/h.如果把红血球近似看作半径为R的小球，它在血浆中下沉时所受的粘滞阻力为f=6πηRν，在室温下η=1.8×10^-3Pa•s,已知V_球=

  4

  3

  π

  R³，试根据以上信息解答下列问题：
  （1）红血球在血浆中为什么先加速下沉、后一直匀速下沉？
  （2）计算红血球半径的大小。
  组卷：1298引用：3难度：0.1

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• 2．为了推进环保和节能理念的实施，某公司开发生产了“风光互补路灯”，该路灯只需要晒晒太阳吹吹风就能工作，如图1所示。它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆备时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用。为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止，放电余留20%左右即停止电能输出。
  下表为某型号风光互补路灯系统配置方案。问：
  

  风力发电机		太阳能电池组件
  最小启动风速	1.0m/s	太阳能电池	36W
  最小充电风速	2.0m/s	太阳能转换效率	15%
  最大限制风速	12.0m/s	蓄电池	500A．h12V
  最大输出功率	400W	大功率LED路灯	80W-12V

  （1）当风速为6.0m/s时，风力发电机的输出功率将变为50W，在这种情况下，将蓄电池的电量由20%充至90%需多长时间？
  （2）如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W/m²，要想太阳能电池的最大功率达到36W，太阳能电池板的面积至少要多大？
  （3）若遇到阴天无风的天气，仅靠蓄电池供电，最多可供灯具正常发光多长时间？
  组卷：686引用：4难度：0.1

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一、解答题（共6小题，满分100分）

• 5．小芳家里新买了一台电热水器，从“用户手册”中，她获得了以下资料，请根据这些资料完成相应的计算：
  （一）、外形尺寸（mm）
  

  A	B	C	D	E	F
  781	100	196	196	353	434

  （二）、技术数据
  

  额定功率/W	1000/1500/2500	额定压力/Mpa	0.8
  额定电压/V	交流220	容积/L	50
  频率/Hz	50	净重/kg	19

  （1）如图为安装示意图，安装时要将L形挂钩用膨胀螺钉固定在承重墙上，上表是热水器的部分数据，请估算L形挂钩受到的最大向下拉力F及对应此时膨胀螺钉与承重墙体间的摩擦力f。
  （2）这台热水器共有三挡加热功率，销售人员曾介绍说：热水器内部有两个加热管。请你根据销售人员的介绍，猜测并画出内部加热电路的主要结构（简化的等效电路图）。然后依据你的猜想，计算出每个加热管的电阻值。
  （3）产品说明书上标明：当达到设定温度，停止加热后，如果水温降到低于设定温度4℃时，热水器将自动以设置功率将桶内的水加热至设定温度，如此反复直至手动停止加热。小芳想到了国家提倡的峰谷电价制度的有关规定：2011年起，本地的分时电价为：峰时段（08：00～22：00）0.6元/度，谷时段（22：00～次日08：00）0.3元/度。她想，如果每天下午6点洗浴时需要把20℃的冷水加热至50℃，可以下午直接加热，也可以早晨8点前加热好，让热水器自动保温至下午6点，哪种方式更省钱呢？为此她利用热水器提供的测温功能测量了水温从50℃降至46℃需要190分钟，已知c_水=4.2×10³J/（kg•℃），请帮她通过计算做出哪种方式更省钱的判断。
  
  组卷：123引用：2难度：0.5

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• 6．电动木工机械的发明和应用大大地降低了木工的劳动强度，且大幅度地提高了劳动效率。木工圆锯机就是一种常见的用来锯切木料的电动木工机械。如图1所示为某型号电动木工圆锯机，其主要结构如图2所示。它采用电动机作为动力，通过皮带传动的方式带动与圆形锯盘共轴安装的皮带轮，从而带动周边有齿的圆形锯盘高速转动以锯开木料。它的主要技术数据如下表：
  

  最大锯盘直径		mm	400
  最大锯切厚度		mm	125
  配套电动机	额定功率	kW	1.9
  	额定转速	r/min	1420
  	额定电压	V	380
  	额定电流	A	5.0
  	额定频率	Hz	50
  	型号	Y100L2-4
  	防护等级	IP44

  
  （1）小明仔细观察圆形锯盘后发现，圆形锯盘的周边除了有齿外，还开有图3所示的很深的缝，缝的底端打有一个小圆孔，锯齿部分还比锯盘部分稍厚一些。请你从物理学的角度说说这样做的道理。
  （2）该型号电动木工圆锯机正常工作时，图2中的哪一侧皮带上的拉力较大？并说明你做出判断的理由。
  （3）若测得与圆形锯盘共轴安装的皮带轮的直径为9.2cm,电动机的皮带轮的直径为11.0cm。电动机满负荷工作时配套电动机输出机械能的效率为90%，则此时皮带上较大的拉力与较小的拉力的差值是多大？
  （4）若将皮带传动的效率看作100%，共轴传动的摩擦损耗不计。试估算该型号电动木工圆锯机安装最大锯盘正常工作时，圆形锯盘所受到的木料的阻力是多大？
  组卷：119引用：1难度：0.1

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