2015年第二十五届全国初中应用物理竞赛
复赛（巨人杯）试题
（2015复）一、（16分）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。图1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最大约多少？ （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。
（2015复）二、（16分）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2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。
（2015复）三、（16分）某校科技小组为培养某种热带植物制作了一个小型温室，其内部有一个恒温加热器。当温室外温度为10℃时，温室内温度为22℃；当温室外温度为16℃时，温室内温度为27℃。假定温室内加热器与室内间、室内与室外间的热量传递与温度差成正比。 （1）求该温室中加热器的温度；
（2）为节省能源，科技小组的同学对该温室进行了适当的保温改造，使室内向室外的热传递的热量减少了20%。那么，当户外温度为10℃的情况下，求室内温度。
（2015复）四、（16分）图3所示为一种利用蒸汽为奶瓶消毒的消毒器，其铭牌如表所示，使用时在消毒器底座上的不锈钢加热盘中倒入少量清水。再把用于放置奶瓶底座有孔的桶放在加热盘上方，按下工作键，加热盘加热，使水沸腾产生蒸汽，蒸汽进入桶中实现对奶瓶高温消毒的目的，该消毒器还有烘干功能，即通过向瓶内吹热风，使消毒后布满小水珠的奶瓶快速干燥。
闭合“消毒加烘干”开关，该消毒器将定时工作40min，如果在加热盘中倒入100ml室温下（约20℃） 的清水，该消毒器的消毒时间约为9min（即加热盘在9min内使盆中的清水全部汽化为蒸汽进行消毒）。 （1）估算上述过程中完成“消毒加烘干”功能消耗的电能。
（2）一般将奶瓶保持100℃的高温5min以上可达到消毒的目的，估算，该消毒器在加热盘中，倒入100ml 室温下的清水的情况下，最多可能同时对几个玻璃奶瓶进行消毒。
（已知①水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），②玻璃的比热容为0.84×103J/（kg·℃），③平均每个玻璃奶瓶的质量为0.2kg，体积为300ml）
（2015复）五、（18分）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960kWh，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。
（2015复）六、（18分）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=6πη r v，式中空气的黏度η≈1.8×10-5 Pa·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
πρr2v2f=，式中ρ为空气的密度。依据以上的规律，请分析以下问题：
54πr3（已知球体的体积公式为V=，ρ=1.29kg/m3，ρ水=1.0×103kg/m3，g=10N/kg）
3（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。 一、 二、 三、 四、 五、 六、
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