2012年4月九年级物理竞赛集训题目（解析版）

一、解答题

1. 难度：中等

随着低碳理念的普及，学校科技小组的同学拟设计一种以太阳能电池驱动的汽车．通过查阅资料得知：肇庆地区太阳光垂直照射时，每平方米太阳能电池板最大可提供150W的电功率．拟设计的太阳能汽车质量是500kg，它在平直路面上最快每秒可行驶15m，行驶过程中所受的平均阻力是车重的0.02倍．该汽车的驱动电机能够将90%的电功率转化为牵引汽车前进的机械功率．若该车在平直路面上以最高速度行驶，试通过计算回答下列问题（g取10N/kg）：
（1）驱动电机提供的推力是多少牛？
（2）驱动电机提供的机械功率是多少瓦？
（3）该车的太阳能电池板面积约为多大？（计算结果小数点后保留一位数字）

2. 难度：中等

从2006年开始，我国就参与了国际科研合作项目《国际热核聚变实验堆联合实施协定》，研究可控核聚变技术．该技术可用氢的同位素氘和氚聚合发生核聚变释放能量，并不会产生放射性污染，如图所示．
而氘可以从海水中提取，从1L的海水中提取的氘参与核聚变反应放出的能量相当于300L优质汽油完全燃烧放出的热量．若这些核能用来发电的效率可以达到50%，所产生的电能可供如图所示的电力机车牵引功率为4800kW的“和谐号”电力动车组以252km/h的运营速度匀速行驶多少km？（计算结果保留一位小数）（汽油密度：0.71×10³kg/m³；汽油热值：4.6×10⁷J/kg）

二、填空题

3. 难度：中等

如图，一长为l的粗细不均匀的水泥电线杆，重心在距A端处，当用竖直向上的力F₁将A端抬高h（B端仍在地面上）时，F₁做功为W₁；当用竖直向上的力F₂将B端抬高h（A端仍在地面上）时；F₂做功为W₂，则F₁：F₂=    ，W₁：W₂=    ．

三、解答题

4. 难度：中等

近期某地电价0.6元/度，液化石油气每罐（内装液化石油气15㎏）100元，木炭5元/㎏．液化石油气的热值为4.2×10⁷J/㎏，木炭的热值为3.4×10⁷J/㎏．使用上述三种能源，理论上______最便宜．
实际上各种能源使用的效率差别较大．这三种能源在家庭日常生活中哪种更经济呢？小明制定了探究计划．除上述三种能源外，所需物品如下：烧水锅（容积20L）、电炉（220V，1500W）、液化石油气炉、炭炉、温度计、停表、天平、电子秤．
小明首先选择电能探究，他的探究设计如下．
（1）把盛满水的烧水锅放在电炉上，用停表测量加热时间t，用公式______ 算出消耗的电能，再算出所需的电费M．
（2）用温度计测量加热时间内水的温度变化△t，计算的值．表示______．
请你在液化石油气和木炭中选择一种，帮助小明完成探究设计．
（3）把盛满水的烧水锅放在______．
（4）用温度计测量______水的温度变化△t．计算的值．
（5）比较两种能源的的值．

5. 难度：中等

如图，电源电压l8V且保持不变，电流表接“0～0.6A”量程，电压表接“0～15V”量程，灯泡上标有“6V 3W”字样，灯丝电阻保持恒定不变．求：
（1）灯泡正常发光时的电流； （2）当电流表的示数为0.4A时，电压表的示数；
（3）为了保证电路的安全，滑动变阻器的最大阻值和允许接入的最小电阻．

6. 难度：中等

今年长江中下游遭遇了50年以来最长时间的干旱，各地都在抽水抗旱．如图是某村抽水抗旱的示意图，水泵的流量为180m³/h（每小时流出管口的水的体积），抽水高度H为12m．（一标准大气压：1.01×10⁵Pa，g=10N/kg）
（1）水泵的轴心距水面的高度h最大为多少？
（2）该机械装置所做有用功的功率为多少？
（3）带动水泵的动力装置为柴油机，每小时燃烧的柴油为1.25L．则整个机械装置的效率为多少？柴油热值是4.0×10⁷J/kg．

7. 难度：中等

一瀑布高70m，水从瀑布顶上流下，假设水的重力做的功全部转化成内能，其中60%被水吸收，水温能升高多少摄氏度？ g=10N/kg）

8. 难度：中等

家用电器工作时往往达不到额定的电压和功率．某同学在家中做了如下实验：他首先查看自己家的电能表，表上标有“3600R/kW•h”字样；随后他关闭了家中所有用电器，只让一只标有“220V、1210W”的电水壶盛满水持续工作，与此同时，观察到电能表转盘3分钟转过180圈．假设电水壶的电阻保持不变，求：
（1）电水壶的电阻；
（2）电水壶工作时的实际电功率；
（3）该同学家的实际电压．

9. 难度：中等

小华家买了一个家用电吹风，如图甲所示．其简化电路如图乙所示，主要技术参数如表．
 

型号	SHZ 2010-624
热风温度	50℃～75℃
热风时：1000W
冷风时：120W
额定电压	220V
质量	0.5kg

请解答如下问题：
（1）当电吹风吹冷风时，正常工作5min消耗的电能是多少？
（2）当选择开关旋至何处时，电吹风正常工作的功率最大？此时电路中的总电流是多大？
（3）当电路供电电压为200V时，电吹风电热丝的实际电功率为多大？（计算结果保留一位小数）

10. 难度：中等

空气流动形成风，风能够发电．风力发电机是将风能（气流的动能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等（如图所示）．风力发电时，风轮机叶片受到风力的推动后转动，从而带动发电机发电．某地的一台风力发电机，其风轮正面迎风，当风速为8m/s时，每秒钟流向叶片旋转面积的空气质量是7200kg，该地的空气密度是1.2kg/m³． 已知空气动能与空气质量成正比，且1kg空气在不同的速度（V）时的动能（E）如下表所示．

E（J）	2	8	18	32	50
V（m/s）	2	4	6	8	10

（1）当风速为8m/s时，每秒钟通过叶片旋转面积的空气体积是多少立方米？若煤的热值3.2×10⁷J/kg，那么这样的一台风力发电机在1h内获得的风能与完全燃烧多少千克的煤所产生的内能相当？
（2）当风速为10m/s时，1s钟流向叶片旋转面积的空气质量是多少千克？若在这种情况下，风力发电机能对外提供5.4×10⁴J的电能，那么这台风力发电机的风能转化为电能的效率是多少？
（3）科学家认为，理想空气发电厂应建立在海拔4600m到10000m的空中，其原因是什么？

11. 难度：中等

如图所示是某公共厕所的自动冲水装置．浮筒A是边长为20cm的正方体，盖片B的面积为80cm²（盖片B质量、厚度不计），连接AB的是长为30cm，体积和质量都不计的硬杆．当供水管流进水箱的水刚好浸没浮筒A时，盖片B被拉开，水通过排水管流出冲洗厕所．
（1）浮筒A浸没时受到的浮力有多大？
（2）当水箱的水刚好浸没浮筒A时，水对盖片B的压力是多少？
（3）浮筒A的质量是多少？

12. 难度：中等

某一电饭锅，内部电路如图所示．R₁是加热电阻，R₂是限流电阻，R₂阻值为484Ω，煮饭时，接通电（220V）、闭合手动开关S₁，电饭锅处在加热状态．当锅内食物温度达到103℃时，开关S₁会自动断开，断开后若无外力作用则不会自动闭合．S₂是一个自动温控开关，当锅内食物温度达到80℃时会自动断开，温度低于70℃时会自动闭合．问：
（1）若接通电源后没有闭合开关S₁，那么电饭锅能将饭煮熟吗？为什么？
（2）在一个标准大气压下若用这种电饭锅烧水，则开关S₁的自动断电功能不能起作用，这是为什么？
（3）在加热情况下，电饭锅消耗的电功率是1000W，求R₁的阻值．
（4）在保温情况下，电饭锅消耗的电功率是多少？

四、填空题

13. 难度：中等

图甲是建筑工地上常见的塔式起重机示意图．这种起重机主要用于房屋建筑施工中物料的竖直或水平输送．
（1）由杠杆的平衡条件可知，塔式起重机的起重量随起吊幅度而变化，起吊幅度越大，起重量    ．
（2）某塔式起重机是通过电动机带动如图乙所示滑轮组竖直起吊物料的．已知起吊重为3×10⁴N的物料时，电动机的输出功率为60kW，物料匀速上升的速度为1.5m/s．试求：
①电动机作用在滑轮组上的水平拉力F；
②这次起吊时滑轮组的机械效率．

五、解答题

14. 难度：中等

图甲是一种常见的台式饮水机结构示意图．控水槽内的塑料浮体是一个体积为90cm³的空心圆柱体，其质量和厚度可忽略不计．浮体通过一轻质硬杆与阀门相连．当浮体浸没时，阀门恰好将面积为2cm²的放水孔关闭．此时蓄水桶中水位最高．
（1）请画出浮体所受浮力的示意图．
（2）蓄水桶中水对阀门的最大压强为多少帕？（g取10N/kg）
（3）饮水机的简化电路图和部分技术参数如下．电路图中的温控开关能根据加热罐内水的温度自动闭合或断开．从而使水温保持在86℃～95℃之间．经观察发现，当加热罐内装满热水但较长时间没有饮用时，每隔一段时间，加热指示灯就会亮84秒钟．试计算饮水机的加热效率．[c_水=4.2×10³J/]

额定电压	220V
额定功率	50Hz
额定加热功率	500W
指示灯功率	≤0.1W
加热罐容积	1L

15. 难度：中等

暑假去仙女湖旅游时，小方同学亲自体验了帆船运动．该帆船由板体、帆杆、面积为6m²的三角帆和带有万向节的桅杆组成，没有舵和坐舱，全部质量仅为20kg，依靠风力在湖面上行驶．

平均风速（m/s）	5	10	15	20	25	30
风能速度）	4	8	12	16	20	24

（1）体重为50kg的他登上帆船时，帆船排开水的体积增加了多少？
（2）查相关资料可知，当湖面风速为8m/s时，风压为40Pa，此时风对船帆的最大推力是多大？
（3）下表给出了在不同风速下，风能强度值（即每秒时间内，每平方米的面积上获得的能量）．经测算，当风速为10m/s时，船受到风的推力是280N，并且以6m/s的速度在湖面上匀速行驶，求帆船的风能利用率．

16. 难度：中等

小杰同学发现了一个金属块，他想知道它的重力和密度．他手中只有一只量程较小的弹簧秤，当他用此弹簧秤测量此金属块的重力时．发现已超过弹簧秤的最大量程，于是他设计了如图所示的装置去测量．图中OA：OB=1：3，用细绳把金属块悬挂于A点，用弹簧秤在B点施加一个竖直向上的力，当OB杠杆水平静止时，弹簧秤读数为1.8牛．当向容器中加水，金属块浸没于水中后，弹簧秤读数为1.2N，g取10N/kg．
求（1）金属块的重力为多少？
（2）金属块浸没于水中后所受到的浮力为多大？
（3）金属块的密度是多少？

17. 难度：中等

有一种用于清理河道、港口泥沙的抽砂船．工作时，用高压水枪喷射出的水柱将细砂冲起，再利用水泵将细砂抽起通过管道输送到目的地．下面是某型号抽砂船的有关参数．（设湿砂的平均密度为2.0×10³㎏/m³，河水的密度为1.0×10³㎏/m³、g取10N/㎏）

型号	10FGKN-30
船重（非工作状态）	10t
流量Q（m^3/h）	1000
最大功率（kW）	400
最大扬程（m）	32

（1）该抽砂船在非工作状态下，排开水的体积是多少？
（2）高压水枪水压为3.0×10⁷Pa，水枪喷嘴的面积为5.0×10^-6㎡，若不考虑水从喷嘴喷出时横截面积的变化，高压水流产生的压力为多少？
（3）若某一次抽砂的高度为12m，抽砂船的工作效率为80%，则抽砂船实际消耗的功率为多少？（结果保留整数）

18. 难度：中等

随着人们生活水平的逐渐提高，小轿车已经走进了千家万户．前不久，小明家也新买回来了一辆小汽车，好奇的小明找出了小汽车如下表列出的有关数据：（g=10N/kg，1L=10^-3m³）

小汽车的质量1200kg	小汽车的额定功率90kW
每个轮胎与地面的接触面积500cm^2	100km耗油量10L
汽油的密度0.71×10^3kg/m^3	汽油的价格6.25元/L

求：（1）该小汽车静止在水平地面上时，对地面的压强是多大？
（2）若该小汽车行驶100km，则需耗油多少千克？
（3）小明发现该小汽车在水平路面上以额定功率匀速运动的速度是72km/h，请计算该车行驶100km牵引力所做的功．
（4）假如小明还想知道小汽车发动机正常工作时的效率大约是多少，则小明还需查阅的信息有哪些？