物理竞赛试题讲解
1.警用弓弩因其发射时无光、声音小等特点，被广泛应用于反恐，如图7甲所示。图7乙和丙为两种配有不同瞄准装置的弩，它们可用来发射箭和钢珠，并配有手柄、肩托等辅助设备弩弦的拴绕使用了滑轮可有效地减小体积。请观察它的结构，并分析它的使用过程，其中用到了哪些物理知识?
2.许多轿车后窗玻璃的内壁上都平行地贴有若干条很窄的金属膜，如图8所示。驾驶员可以通过开关对其进行控制，当通电时这些金属膜会发热。请回答这些金属膜的主要作用是什么?
3.图9中的甲、乙两图是同一把平放在一张白纸上的透明刻度尺正放和反放的照片，图9丙是其沿刻度线方向的横截面图。刻度尺的刻度线是用油漆喷上去的。由图9乙可以看到，每个数字和刻度线的右侧都有一个阴影。(1)利用图9丙说明，该刻度尺的刻度线喷在图9丙中所标的A、B、C、D的哪个部位?为什么? (2)一般都将刻度尺带刻度的一侧做得较薄，这样做的好处是什么?
4.一串小彩灯，规格都是"4V、0.2A"，每个小彩灯的结构如图10所示，在正常情况下，细金属丝由于表面有一层氧化铜而与灯丝支架不导通，若加上200V以上电压时，氧化铜被击穿，细金属丝与灯丝支架导通。若将这种规格的小彩灯接入220V电路中，为使小彩灯正常发光，请通过计算说明: (1)应串联多少个小彩灯? (2)若其中一只小彩灯的灯丝被烧断，其它小彩灯是否还能发光?为什么?
5.为了节省电能，居民楼的楼道灯通常由两个开关共同控制。一个是利用光敏器件制成的“光控开关”，它的作用是光线暗时自动闭合，光线亮时自动断开；一个是利用声敏器件制成的“声控开关”，它的作用是有声音时自动闭合电路，两分钟后，若再无声音则自动断开。
(1)请将图11甲中的器材连成符合上述楼道灯要求的电路。
(2)小明受楼道灯电路的启发，在爷爷的卧室里也安装了这样一个“聪明”的电路。晚上只要拍拍手，灯就亮了，过一会自动熄灭，给爷爷带来了方便。不过遇到晚上有雷雨，就麻烦了，雷声使灯不断被点亮，影响爷爷休息。还有爷爷睡觉前需要这盏灯一直被点亮。现在再给你两个开关Sl、S2，在图11乙中完成对这个“聪明”电路的改装。并分别说明在灯自动工作、晚上打雷需取消自动功能和需要灯一直被点亮时开关Sl、S2的断开与闭合情况。
6.某物理兴趣小组的同学设计了图12甲所示的实验装置，在橡皮塞中紧密地插入一根细玻璃管，将此橡皮塞盖紧在装满水的玻璃瓶瓶口，玻璃瓶沿水平方向的截面为图12乙所示的椭圆。当用力沿图12所示方向挤压装满水 的玻璃瓶时，会看到细玻璃管内的水面明显上升。在这里，同学们利用细玻璃管内水面的变化将玻璃瓶的微小形变"放大"了。请你再列举两个用到这种"放大"方法来观察物理现象的实验或用到这种方法来工作的仪器，并简要说明"放大"的方法。
三、(11分)"米线"是一种特色小吃。端上餐桌的有:一碗热汤，上面浮着一层油:一碟切成薄片的鲜肉:一碗已煮熟的米线。食客先把肉片放进汤内，稍候再加入米线。
现有以下资料:汤的初温97°C，比热容4.2x103J / (kg. °C);肉片的质量为0.2kg，初温22 °C ，比热容3.5xl03J/(kg. °C )。基于健康缘故，肉片必须至少在大于80°C的汤中保持2min，在这2 min时间里，由于向外界散热整体温度将下降约2°C 。问:
1.碗中油层的作用是什么?
2.为实现上述的温度要求，碗中汤的质量多少应满足什么条件?
四、(12分)微波炉是一种利用向食物发射微波，进而将以微波形式存在的电磁能转化为内能来对食物加热的厨具。因为微波可以深入食物表面内约5 cm，因此与蒸烤类厨具比较，具有加热更加迅速的特点。
小明家最近买了一个微波炉，他听人们讲利用微波炉对食物加热，不仅加热时间短，还具备加热效率高的特点。为了验证后一种说法，他决定借助电能表、手表、温度计等器材实际测量一下微波炉在高火挡烧水时的效率。
为此他查看了家中微波炉后面的铭牌，上面注明额定输入功率为1 200 W，他又查看了他家的单相电子电能表，上面注明3200 imp / kW·h(它表示每消耗电能1 kW·h，该电能表上面的发光二极管闪烁3 200次)。之后，他关闭其他所有家用电器，将体积为1L、温度为20°C的水放入微波炉并用高火开始加热，同时用钟表计时并记录电能表上 面的发光二极管闪烁的次数，历时4 min，电能表上面的发光二极管闪烁了256次，此时取出并测得水的温度为72 °C，请你帮助小明计算微波炉烧水时的效率。
微波炉中发射微波的器件叫做微波管，若某微波炉内的微波管只有一只，且该微波管只能在额定电压下以额定功率工作，请回答这个微波炉是如何仅仅利用这只微波管实现在不同挡位工作的呢?
五、 (12分〉小明的父亲为了解决全家人夏季淋浴问题，想自己动手:作一个太阳淋浴器，他买来了一个圆柱形金属桶，一个压力传感开关，两个圆柱体以及细线若干。初步设计如图13所示，其中A、B两个圆柱体通过细绳与压力传感开关相连。
己知:圆柱形金属桶的底面积Sl=0.5 m2，高h1=50 c m;压力传感开关的作用是当它受到竖直向下的拉力达到10 N时闭合，通过控制水泵从进水口向桶内注水，当拉力等于4N时断开，水泵停止向桶内注水:两个圆柱体的底面积S2=40 cm2，高h2=12 cm，每个圆柱体重G=6N。要求当水桶内储水量达200 L时停止注水，当储水量剩余40L时开始注水。
请你帮助小明的父亲在其初步设计的基础上，求出满足上述要求的两段细线的长度。(压力传感开关与金属桶间的距离、细绳质量与体积、计算储水量时圆柱体排水体积忽略不计)
六、(15分)随着新能源、低碳等理念的普及，小明设想出了一种完全以太阳能电池为能源的汽车，以下是他查到的一些数据:太阳辐射的总功率P总=3.9x1026 W，太阳到地球的距离口1.5x1011 m，阳光穿过太空和地球周围的大气层到达地面的过程中的能量损耗约为51%;太阳光垂直照射时，太阳能电池的能量转化效率最高约为15%;假设一辆太阳能电池车的质量约为750kg，期望达到的最高时速为72km/h，车辆行驶过程中的平均阻力约为车重的0.02倍，车身最多能敷设的太阳能电池板的面积约为8m2，驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率。(已知半径为r的球的表面积为S=4πr2)
1.根据以上数据，通过计算对小明的设想进行分析与评价。
2.你对他的设想有什么改进建议?
如下图所示是一种电梯的结构示意图，电梯厢在电梯井中沿竖直通道上下运行。钢链的两端分别固定在电梯井顶部的A点和B点，同时钢链绕过重15000N电梯厢下的滑轮而托起整个厢体E，又跨过电梯井顶部由电动机驱动并带动有齿轮的轮轴C，在C和B之间吊起与动滑轮相连的配重D。电梯载重量为10人（1人的质量按60Kg计算，g取10N/Kg，忽略摩擦及钢链的质量）。请回答：
①配重的功能是什么？在已知电梯厢重和载重量的情况下，配重的质量最好是多大？
②当电梯满载匀速上升时，A、B两点受到的拉力各是多少？
如右图所示，太阳能热水器能利用太阳能把水加热。太阳能集热器主要由集热板和贮水器两部分组成，如图所示：
①贮水器总比集热板位置高，请你猜想这样做的原因?
②利用相关知识说明并用实验验证你的猜想。
如右图所示是某家用燃气热水器结构原理图，微动开关K与活塞相连，活塞与水管相通，淋浴时，打开淋浴阀，喷头有水喷出，根据 的规律，活塞应向 （填左或右）移动，由电磁铁的磁力把燃气阀打开，同时电子点火，燃气进入灶头燃烧，有热水流出；流完后，关闭淋浴阀，热水器熄火，若热水器各部件完好，水压正常，打开淋浴阀后，点火探针能产生电火花，灶头上却却无火焰，原因可能是 （能写出一点即可）。该热水器适用水压0.5×103Kpa~0.4×103Kpa,若用水塔供水，则水湎离热水器至少 米。