五、(12分)有一种被称作PTC的半导体材料，其电阻随温度的变化曲线如图4所示。
(1)请你根据这条曲线分析，PTC材料的电阻值怎样随温度的变化而改变?
(2)请说出这种材料的两个可能的应用实例。
(3)以其中的一个应用为例，说明它的正常工作过程和使用条件。
六、(14分)利民电器厂设计了一种具有高、中、低温三挡的家用电火锅，其发热体电阻丝如图5所示。A、B、C为三个接线柱，B是电阻丝中点的接线柱。相信你一定能帮助该厂完成以下工作。
(1)说明各挡位的连接方法(文字表述或画图连接均可)。
(2)如果要求低温发热功率为200 W，那么高温和中温两挡的发热功率分别应是多大?
(3)设计一份该火锅的产品铭牌。
七、(14分)现在流行的无线市话俗称“小灵通”，是一种新型的个人无线接入系统，具有语音清晰、发射功率低、待机时间长、功能多、价格合理等特点。它的使用使传统意义上的固定电话不再固定在某个位置，可在无线网络覆盖范围内自由移动使用，随时随地接听、拨打本地和国内、国际电话。
表1是某一型号小灵通的部分资料数据。若这种小灵通在正常使用的情况下，充电一次可使用7天，累计通话时间为1.2 h，通话时耗电功率为平均发射功率的20倍。则： (1)这部小灵通正常通话时的工作电流大约多大?
(2)小灵通开机但不通话时的状态称为待机。这部小灵通的待机电流大约多大? (3)在没有充电器的情况下，可用一个电压略高于3.6V的直流电源为小灵通电池临时应急充电。请你设计一个方案，用图6所示的直流电源给这部小灵通的电池充电，并画出充电的电路图。 表l 尺寸 约45 mm×83mm×23.5 mm (长×高×宽) 质量 约85g 发射功率 约10 mW(平均) 电池 3.6V 580mA·h锂电池 充电器 输入：AC220V 50Hz 输出：DC5.2V 320mA 充电器重 约50 g 充电时间 2.5～3.5 h 连续待机时间 48～200 h
八、(14分)现在有些住宅区使用的水表是预付费式的水表，每个用户一表一卡，凭卡用水，卡中数据输入表中，水表自动开阀供水。
所购水用完后自动关阀断水，用户必须重新购水，方能重新用水。图7是某水表厂生产的预付费式的IC卡水表，其主要技术参数如表2所示。请根据表2 中的数据，回答下列问题：
项目 质量 长度 口径(DN) 过载流量 常用流量 分界流量 最小流量 FY-15E热水表 1.4㎏ 165 mm 15 mm 33m／h 1.5m／h 30.12m／h 30.03m／h 3≤0.010m／h 3FY-20E热水表 1.8㎏ 195 mm 20mm 35m／h 2.5m／h 30.2m／h 0.05m／h 33 FY-25E热水表 2.5㎏ 225 mm 25mm 37m／h 33.5m／h 30.3m／h 0.07m／h 3 33≤0.012m／h ≤0.017m／h 起动流量 B级表 水表性能 密封性 1.6MPa水压，15min内不泄漏 3最小读数 0.0001 m 3最大读数 9999.9999 m 用户窃水 自动关阀并提示 电源 3.6V、2.4Ah锂电池2节串联 IC卡的保密性 射频卡，一表一卡，不可复制 IC卡使用寿命 使用次数>10万次 报警方式 剩余水量2 m3时报警，用完剩余水后关阀 静态工作电流 0.5mA 开阀或关阀时的工作电流 500mA 常用流量误差 ≤2％ 工作温度 温度：0℃一90℃(FY系列) 工作水压 0.1 MPa～0.6MPa 材料 铜 (1)要保证水表正常工作，水平位置相对水塔内的水面高度差的范围应是多少? (g取10 N／kg)
(2)如果水表仅处在静态下，最多能使用多少天才需更换电池?水表开阀或关阀时它的电功率是多少?
(3)FY-25E型热水表在常用流量状态流出50℃的热水时，需要用多大功率、效率为80％的锅炉来加热原来温度为20℃的水?如果连续这样供热水，一昼夜至少需要烧多少煤?(煤的热值是3×107J／kg)
(4)FY一15E热水表报警后，在常用流量下用水，大约还能用几小时? (5)FY-20E水表出水口水的最大流速是多少?
2006年第十六届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题答案
一、(1)因为泵的总扬程=吸水扬程+压水扬程,离心式水泵的吸水扬程是由大气压决定的,当大气压为标准大气压时,吸水扬程实际不会超过10m。所以泵不能放在B处,只能放在A处。(2)不考虑水的动能:①增加的势能按13.8m计算:
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已知t =30min,h =13.8m。V =120m,η=0.6。
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则W有= mgh =1.656×10J。因为W有/W总=η,所以W总= W有/η=2.76×10J。 即应购置水泵的功率为P总= W总/t=15.3kW。②增加的势能按15m计算,应购置水泵的功率为P总=16.7kW。提供的水泵满足要求。(3)不可行。若离心泵至水面段用橡皮管,由于大气压作用可能将橡皮管压扁而影响正常工作。建议离心泵至水面段用硬质管,为节约起见,泵以上水管可用软橡皮管。
二、1.用细线悬挂直木棍作支点;
2.用细线栓好矿石挂在支点左侧,在支点的右侧挂一块石头,移动矿石和石块悬挂的位置直到木棍水平平衡;
3.用皮尺分别量出悬挂矿石和石块的点到支点的距离为l1,l2;如图1所示。
4.将矿石浸没在水中,移动挂石块的位置直到木棍再次水平平衡; 5.用皮尺量出悬挂石块的点到支点的距离为l3;如图2所示。 6.推导计算矿石密度的表达式。由杠杆平衡条件,解得
。
三、(1)A管的作用一是排气,二是溢水。因为汽油桶改做水箱后,如果不安装A管排气的话,上水时会把一些空气密闭在里面,就不易将水注满;而且,上方的空气还影响箱内水温升高。 (2)阀门Ⅰ控制进入水箱的冷水;阀门Ⅱ控制进入淋浴喷头的热水;阀门Ⅲ控制进入淋浴喷头的冷水。通过阀门Ⅱ、阀门Ⅲ调节进入淋浴喷头的冷热水的多少可以改变淋浴喷头喷出的水的温度。(3)给热水器上水时,阀门Ⅰ应打开,阀门Ⅱ、阀门Ⅲ应关闭。洗澡时,阀门Ⅰ应关闭,阀门Ⅱ、阀门Ⅲ应打开。(4)水箱距地面高度h =22m。该地区的最低供水水压,p =ρgh +p0=3.2
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×10Pa。(5)m =ρV =100kg。Q喷= cm(t-t0) =1.39×10J。如果靠煤气燃烧放出这些热量,需完全燃烧的煤气,m =Q吸/q=0.33kg。
四、(1)A、B两端直接连接在一起时(RAB=0),调节滑动电阻器使灵敏电流表指针满偏,则指针所指处盘面上应标注的示数为0。
(2)当A、B断开时,电阻应为无穷大,这是指针所指位置的示数应标∞。
(3)开关置于2时,且将A、B短接时表针满偏,则R+R1+R2=15kΩ,若在A、B间接一电阻Rx,且刚好使表针指在表盘中间位置,这时电路中的电流为满偏时的一半,电路中的总电阻为满偏时的2倍,即Rx= R+R1+R2=15kΩ,所以该挡位表盘中间示数应为15kΩ。开关置于1时,且将A、B短接时表针满偏,这时电路中总电阻为=15Ω,同理若在A、B间接一电阻Rx,且刚好使表针在表盘中间位置,这时电路中的电流为满偏时的一半,电路中的总电阻为满偏时的2倍,即Rx=15Ω,所以该挡位表盘中间示数应为15Ω。
(4)欧姆表表盘上的刻度是不均匀的。理由:用R0表示A、B短接时电路中总电阻,测量电阻Rx时,电路中电流I =U/(R0+Rx),可见I与Rx不成正比,所以欧姆表表盘上的刻度是不均匀
的。 五、(1)当PTC材料的温度T处于(T0～T1)时,随着温度的升高,其电阻减小;当PTC材料的温度T处于(T1～T2)时,随着温度的升高,其电阻增大;当PTC材料的温度T高于T2时, 随着温度的升高,其电阻减小。
(2)用PTC材料可以制成电热驱蚊器的发热元件,也可以制成恒温电暖器发热元件。
(3)以恒温电暖器为例:当用PTC材料制成发热元件通电后温度T处于(T0～T1)时,随着温度
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的升高,其电阻减小,因电压不变,发热功率P =U/R增大,使温度更快地升高。当发热元件温
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度T处于(T1～T2)时,随着温度的升高,其电阻增大,因电压不变,发热功率P = U/R减小,使温度升高趋缓,并保持在(T1～T2)之间的一个温度不再上升;当发热元件温度T高于T2时,随着温度的升高,其电阻减小,发热功率进一步增大,使温度更快地升高,则将会烧坏发热元件。可见,用PTC材料制成的发热元件的恒温电暖器,应当在环境温度低于T2的条件下使用,否则会烧坏。
六、(1)低温挡:将A、C直接接入电源。中温挡:将A、B或B、C接入电源。高温挡:将A、C连接在一起后,A与B接入电源上。或连线如图3。
(2)设A、C间电阻为R,该火锅的低温功率:200W。该火锅的中温功率:400W。该火锅的高温功率:800W。
(3)该火锅的产品铭牌。
七、(1)手机通话的电功率:P=55.6mW。根据公式P= UI,可求得这部手机正常通话时的工作电流:I =PU=55.6mA。(2)这部手机的电池充电一次获得的总能量:W总=7 516.8J。累计 通话时间消耗电能W通= pt通=864J。正常使用的情况下,待机7d消耗的电能,W待= W总-W通=6 652.8J。由公式W = UIt可求得这部手机的待机电流大约为I待=W通Ut待=3.06mA。(3)因为直流电源的输出电压为36V,远大于被充电池的电压,所以需要串联一个阻值适宜的电阻才能充电。另串接一只电流表,观察充电电流不超过320mA,以免烧坏电池。让直流电源的电流从电池正极流入,负极流出。 其电路图如答案图4。
八、(1)从表中可知,水表的工作水压是0.1MPa～ 0.6MPa,由工作水压p=ρgh+p0,得