物理應用知識競賽試題十一
一、(15分十4分)現在許多平房和多層建築的屋頂都安裝了太陽能熱水器，用於家庭洗浴。試分析熱水器對供水壓力、水管強度兩力面的要求。
二、(15分+4分)採取什麼方法可以把大塊馬鈴薯盡快煮熱?盡可能多地寫出可行的方法，並說明其中的物理原理和這種方法的優缺點或適用場合。
三、(25分+4分)當你背對著路燈向前勻速行走時，定量分析你的身影長度變化的規律。
四、(25分+4分)利用空的塑料飲料瓶(如礦泉水瓶)能做哪些物理實驗?盡可能多地寫出來。要求寫出實驗的裝置和製作要點(必要時畫出簡圖)、簡明操作步驟、所根據的物理原理。
五、(20分+4分)為了交通安全，機動車轉彎時，要使用轉向燈對其他車輛及行人發出訊號，同時車內的轉向指示燈裝置也會給駕駛員提供轉向燈是否正常的資訊。具體地說，當機動車要向右轉彎時，前、後兩隻轉向燈d右1，d右2均正常發光，車內的轉向指示燈同時也閃亮，而兩隻左轉向燈d左1、d左2不發光。左轉彎與右轉彎的情況類似。
如圖所示，機動車轉向燈電路的四隻轉向燈d右1、d右2、d左1、d左2以及轉向指示燈d尚未接入電路。已知四隻轉向燈均為標有「6v，10w」字樣的燈泡，轉向指示燈d標有「6v，1.5w」字樣，電源電壓為6v，圖中rj為閃光器，它可以使電路間歇地通、斷。
請回答：(1)按題目要求將四隻轉向燈d右1、d右2、d左1、d左2及轉向指示燈d接入電路，完成機動車轉向燈電路圖。
(2)四隻轉向燈的額定功率相同，為什麼轉向燈電路工作時，總是兩隻轉向燈發光，另外兩隻轉向燈不發光?請運用你學過的電學知識加以分析、論證。
物理應用知識競賽試題(十三屆複賽)之十一答案
(一)設熱水器距地面的高度為h，熱水器中的水在地面附近產生的壓強為
p=ρgh供水管要能把水送到熱水器上，水壓要大於p．例如，樓頂高lom，要求供水壓強大於p=1×103kg／m3×1on／kg×lom=l×105pa,這相當於標準大氣壓．
底層的水管要能承受1×105pa以上的壓強．頂層水管的耐壓要求可以低些，例如直接與熱水器相連的水管可以使用塑料管．
評分建議：能得出供水壓力、水管耐壓強度為p=ρgh即可得滿分．給出具體數值的例子、能與大氣壓相比、考慮到頂層與底層的差別，則加分．最多加4分．
(二)1．使用高壓鍋．壓強增大，鍋內水的沸點增高，可以用較短時間把馬鈴薯煮熟．優點是速度快，而且由於溫度高，馬鈴薯更好吃．缺點是不能隨時開鍋觀察，有可能把馬鈴薯煮爛．
2．把馬鈴薯切成小塊再煮．這是因為熱量比較容易到達小塊馬鈴薯的內部，內部溫度上公升較快．優點是簡便易行，缺點是水分過多地深入馬鈴薯內部，口味變差，營養也有損失．
評分建議：完整、正確地答出兩個方法即得滿分．超過兩個方法且回答有道理，加
分．最多加4分．
(三)這時，身影越來越長．身影長度l與身高h、燈高h、人行速度v的關係可以用如圖所示的幾何關係表示．
因為三角形oed與三角形dbc相似，所以
由此解出
這表明，身影越來越長，而且影長是勻速增加的，速度為
從這個表示式中可以看出
①影長增加的速度u與人行速度v成正比．
②當人比燈杆矮很多時，
這表明影長幾乎不隨人的行走而變．
③當人的身高與燈高相差無幾時，h＜＜h，h-h≈h,所以u=(h/h)v，這表明影長的變化速度遠大於人行的速度．
評分建議：得出影長與人行速度的關係式即得滿分．對關係式進行分析，加分．最
多加4分．
(四)可以做乙個抽水機模型．如圖，在瓶蓋上挖乙個直徑lcm左右的孔，再剪乙個比孔稍大的塑料片。用塑料片把孔蓋住，用軟布和萬能膠把塑料片的一邊與瓶蓋粘牢，使它成為乙個單向的閥門。在飲料瓶的側面開乙個小孔，再把瓶蓋擰牢，抽水機模型就做成了．
使用時，把瓶蓋向下插入水中，乙隻手用力捏瓶，排出瓶內部分空氣，然後用另乙隻手堵住瓶側面小孔，鬆開捏瓶的那隻手，水就在大氣壓的作用下上公升到瓶中。再露出瓶側面小孔，用力捏瓶，水就在大氣壓的作用下上公升到瓶中．再露出瓶側面小孔，用力捏瓶，水就從小孔流出．
評分建議：按題目要求說出兩個實驗即得滿分．說出三個或更多實驗則加分．最多加4分．
(五)(1)電路如圖所示．
(2)不論轉向開關s接至位置1還是位置2，所有的燈都接入了電路．
若車向右轉向，則開關s接1，此時d右1和d右2常發光，而d左1和d左2併聯後與d串聯．
因為轉向指示燈的規格是「6v 1．5w」，所以轉向指示燈d的電阻為：rd=u2／pd
=24ω．轉向燈的規格都是「6v、10w」，所以轉向燈的電阻均為r=u2／p=3．6ω．左
(或右)兩隻轉向燈和轉向指示燈總電阻：r總=rd+2r=25．8ω．
通過轉向指示燈d的電流id=u／r總＝0．23a，所以轉向指示燈d上獲得的功率：pd』＝i2r=1．36w．由於pd』與轉向指示燈的額定功率(1．5w)相差不多，所以此時轉向指示燈能發光．
而此時通過左轉向燈中每只燈泡上的電流：i＝id／2＝o．115a，所以每個左轉向燈的實際功率為：p實=i2r=0．052w．由於左轉向燈的p實遠小於其額定功率10w，所以左轉向燈不能發光．
當車向左轉向時，同樣的道理，只有左轉向燈發光而右轉向燈中雖然有電流通過
但並不發光．
評分建議：本題第(1)、(2)問各10分．電路連線正確，充分利用已知條件進行定量分析論證的得滿分．只定性說明在d右l和d右2常發光時，d左1和d左2併聯後再與d串聯，由於d的電阻遠大於d左1和d左2併聯的總電阻，因此d左l和d左2的實際功率將遠小於它們的額定功率而不能正常發光的，不能得滿分．分析論證過程簡明、巧妙，或提出多種可行的連線方式的，可加分．最多加4分．
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