天然氣灶是利用燃燒天然氣獲得熱量的爐具，而電磁爐是新一代消耗電能獲得熱量的智能爐具。為了比較兩種爐具的性能，小杰同學(xué)進(jìn)行了相關(guān)調(diào)查，得到的有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表。

如果小杰家每天做飯、燒水所需熱量為8.0×10⁶J。

⑴ 若這些熱量靠天然氣灶提供，需要燃燒多少天然氣?(熱值用q表示)

⑵ 若這些熱量靠電磁爐提供時(shí)電磁爐正常工作了90min，該電磁爐的熱效率是多少?

⑶ 通過(guò)計(jì)算說(shuō)明使用哪種爐具更省錢(qián)？

⑷ 若小杰家的進(jìn)戶線上裝有一空氣開(kāi)關(guān)，當(dāng)電流達(dá)到20A時(shí)，空氣開(kāi)關(guān)將自動(dòng)“跳閘”切斷電流。當(dāng)該電磁爐正常工作時(shí)，小杰家中還可以接入的用電器最大功率是多少？

如圖所示是麗達(dá)洗衣機(jī)的銘牌。通過(guò)此銘牌試分析計(jì)算：

①此洗衣機(jī)的最大功率

②洗滌時(shí)的工作電流

③工作0.5小時(shí)水最多獲得的熱能

第十一屆全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽試題

  一、[8分]1kg20℃的水吸收4.2×10⁵J的熱量后，它的可能溫度是多少?在下列4個(gè)答案中選出正確答案的序號(hào)并說(shuō)明選擇該答案的理由。

A．80℃    B．100℃    C．120℃ D．130℃

  二、[8分]小浩制作了一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，如圖l所示，彈簧一共20匝。經(jīng)檢驗(yàn)，該彈簧測(cè)力計(jì)在測(cè)量范圍內(nèi)(0～5N)示數(shù)是準(zhǔn)確的。該彈簧不但“伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度跟所受的拉力成正比”，而且彈簧受拉力伸長(zhǎng)時(shí)，各匝伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都相等。

  有一次不慎把彈簧靠近O端的一小部分?jǐn)D壓變形，小浩把變形的3匝剪去，并把彈簧上端重新固定在D點(diǎn)，然后把指針C適當(dāng)向下移，使它在彈簧測(cè)力計(jì)豎直放置時(shí)指針C仍指在“0”刻線處。

  1．寫(xiě)出這個(gè)新改制的彈簧測(cè)力計(jì)受到的拉力F與它的示數(shù)F測(cè)的關(guān)系式并說(shuō)明理由。

2．用這個(gè)新改制的彈簧測(cè)力計(jì)稱量一個(gè)重物，它的示數(shù)為4.0N，該物實(shí)重是多少? 

  三、[10分]1．如圖2所示，甲、乙、丙三人要合扛一重物。物重600N，三人肩頭所能承受的最大壓力均為200N�，F(xiàn)有兩根一樣長(zhǎng)的硬棒及必要的繩子(硬棒及繩的自重不計(jì))，請(qǐng)你設(shè)計(jì)出一種方法，使三人肩頭承受的壓力都不超過(guò)最大壓力。畫(huà)出示意圖表示你設(shè)計(jì)的扛重物方法。

2．小明推一輛滿載重物的獨(dú)輪車(chē)，如圖3所示，手握在車(chē)把A處(圖中未畫(huà)人)，遇到一個(gè)較高的臺(tái)階，他自己推不上去，小華趕快跑來(lái)幫忙。小華選擇了一種最省力且效果最好的施力方法，請(qǐng)畫(huà)出小華所施力F的示意圖。

四、[20分]教學(xué)中常用的投影儀的結(jié)構(gòu)如圖4所示，在水平放置的凸透鏡的正上方放一與水平成45°角的平面鏡，右邊豎直放一屏幕。物體的光線經(jīng)凸透鏡和平面鏡后，可在屏幕上成一清晰的像。圖5是這一裝置的示意圖，A"B"是物AB的像。圖中BO₁=30cm，O₁O₂=20cm，O₂O₃=90cm。

    l．對(duì)凸透鏡而言，物距和像距各是多少?

    2．在圖5中畫(huà)出物AB的成像光路圖。

3．若將凸透鏡向上移動(dòng)一點(diǎn)，像將向何方移動(dòng)?

4．說(shuō)明螺紋透鏡的作用。

    五、[16分]圖6(甲)所示為一個(gè)電磁繼電器的示意圖，a、b是它的兩個(gè)端點(diǎn)；B是銜鐵，D是安在一塊金屬板上的觸點(diǎn)，B和D都安在一個(gè)彈性片C上，C的左端固定。c和c’、d和d’分別是安在絕緣板上的金屬觸點(diǎn)，當(dāng)線圈A不通電時(shí)，D上的觸點(diǎn)與c及c’接觸，把c和c’連接起來(lái)，因此c、c’稱為常閉觸點(diǎn)；而d及d’此時(shí)是斷開(kāi)的，稱為常開(kāi)觸點(diǎn)。當(dāng)線圈A通電時(shí)，銜鐵B被吸下，c和c’斷開(kāi)而d和d’被連接起來(lái)。

    現(xiàn)在利用這個(gè)電磁斷電器控制帶動(dòng)水泵的電動(dòng)機(jī)工作，使水泵往水箱中抽水。在水箱中豎直立一根絕緣棒，在棒上分別安有P、Q、R三個(gè)電極，如圖6(乙)所示�，F(xiàn)在希望控制水箱內(nèi)的水位總在Q、R之間，即水位降到Q處，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)始抽水，水位達(dá)到R處，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)，停止抽水。(水是導(dǎo)電的)

    圖6(丙)圖6(丁)分別是控制電路和電動(dòng)機(jī)的供電電路，圖中R₀是與電磁繼電器線圈并聯(lián)的一個(gè)電阻，它的阻值很小，當(dāng)R₀接入電路后，電磁繼電器的線圈相當(dāng)于被短路。丙、丁兩圖中標(biāo)有l(wèi)～6的6個(gè)接線柱是與電磁繼電器的線圈或觸點(diǎn)相連的。

    1．寫(xiě)出這6個(gè)接線柱分別與電磁繼電器的何處連接。

   2．開(kāi)始水箱內(nèi)沒(méi)有水，說(shuō)明閉開(kāi)關(guān)S后，水箱內(nèi)的水位為什么能保持在Q、R之間。

六、[18分]課外活動(dòng)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)制作了一個(gè)電熱水孵卵器，他們用兩根額定電壓和額定功率都相同的電熱絲作熱源，再連入一個(gè)電阻R₀，使這臺(tái)孵卵器即使斷了一根電熱絲，單絲工作產(chǎn)生熱量的效果仍然與雙絲工作時(shí)產(chǎn)生的熱量效果完全相同。若電源兩端的電壓為U，兩絲的額定電壓均為U_L、額定功率均為P_L。

1．畫(huà)出孵卵器的電路圖。2．R₀的阻值是多大? 3．R₀在單絲工作與雙絲工作狀態(tài)下消耗功率之比是多少?

    七、[20分]小剛家的一個(gè)水龍頭擰不緊，水一滴一滴斷續(xù)地滴落到地上。小剛發(fā)現(xiàn)，在耳朵聽(tīng)到前一滴水滴在地上的聲音的同時(shí)，看到下一滴水剛好開(kāi)始下落(如圖7所示)。他為了測(cè)算水滴下落的平均速度和一天浪費(fèi)的水量，找來(lái)了秒表和卷尺。首先量出水龍頭口離地面的高度h，再用秒表計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)的方法是：當(dāng)聽(tīng)到某一水滴滴在地上的聲音的同時(shí)，開(kāi)啟秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)，并數(shù)“l(fā)”，以后每聽(tīng)到一聲水滴聲，依次數(shù)“2、3……”一直數(shù)到“n”時(shí)，按下秒表停止計(jì)時(shí)，讀出秒表的示數(shù)為t。

    1．寫(xiě)出用上述測(cè)量量表示水滴在空中運(yùn)動(dòng)的平均速度v的表達(dá)式。

    2．小剛測(cè)得h=lm，當(dāng)數(shù)到n=20時(shí)秒表的示數(shù)t=8.7s，則水滴下落的平均速度v是多少?

    3．若每滴水質(zhì)量是0.25g，則一晝夜要浪費(fèi)多少水?

    4．小剛為進(jìn)一步找出水滴下落的平均速度v和下落高度h的關(guān)系，又做了以下實(shí)驗(yàn)：找來(lái)一塊擋板，讓水滴落到擋板上。改變檔板和水龍頭口之間的距離h，并仔細(xì)調(diào)節(jié)水龍頭滴水的快慢，使得耳朵聽(tīng)到的前一滴水滴在擋板上的聲音的同時(shí)，下一滴水剛好開(kāi)始下落。計(jì)時(shí)方法仍和上面一樣。他從實(shí)驗(yàn)中又獲得了如下表所示的6組數(shù)據(jù)(連同上面的一組共有7組數(shù)據(jù))。請(qǐng)你幫小剛繼續(xù)完成以下的工作：(1)把這些數(shù)據(jù)分別標(biāo)示在圖8(甲)(乙)兩個(gè)坐標(biāo)系中，并作出相應(yīng)的圖象。其中圖8(甲)的縱坐標(biāo)是水滴在空中的平均速度v，圖8(乙)的縱坐標(biāo)是水滴在空中的平均速度的平方，即v²。，它們的橫坐標(biāo)都是高度h。(2)根據(jù)圖象寫(xiě)出v與h的函數(shù)關(guān)系。

    5．考慮到聲音傳播的速度遠(yuǎn)小于光的傳播速度這一因素，上面測(cè)出的水滴的平均速度會(huì)有一定的誤差，測(cè)量值與真實(shí)值相比，是偏大還是偏小?為什么?

閱讀以下文章并回答后面的問(wèn)題．

　　科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，大自然中蘊(yùn)藏著巨大的能量，可以通過(guò)多種手段，從21世紀(jì)初期開(kāi)始，有一定規(guī)模地向雨雪垃圾索電，是完全可以實(shí)現(xiàn)的．

　　利用積雪發(fā)電：大家知道，積雪的溫度是0℃以下，因此雪中蘊(yùn)藏著巨大的冷能．科學(xué)家提出利用積雪發(fā)電的大膽設(shè)想．它的工作原理是，將蒸發(fā)器放在地面上，將凝縮器放在高山上，再用兩根管子將它們連接在一起，然后抽出管內(nèi)空氣，用地下熱水使低沸點(diǎn)的氟里昂(即現(xiàn)代電冰箱所用的制冷物質(zhì))汽化，并以雪冷卻凝縮器，由于氟里昂的沸點(diǎn)很低，加上管內(nèi)被抽空，所以它就沸騰起來(lái)，變成氣體快速向管子的上端跑去，沖擊汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電．試驗(yàn)證明，1 t雪可把2～4 t氟里昂送上蓄液器．可見(jiàn)雪的發(fā)電本領(lǐng)是十分驚人的．

　　雪的資源極其豐富，地球上34％的國(guó)家屬多雪地區(qū)．我國(guó)東北和新疆北部是全國(guó)下雪天數(shù)最多的地區(qū)，每年平均在40天以上，積雪日數(shù)在90天以上．積雪發(fā)電的問(wèn)世，將使茫茫雪原變成人類(lèi)的又一理想的未來(lái)發(fā)電能源．

　　利用下雨發(fā)電：目前，科學(xué)家們研究雨能的利用已獲得成功，它是利用一種葉片交錯(cuò)排列，并能自動(dòng)關(guān)閉的輪子，輪子的葉片可以接受來(lái)自任何方向的雨滴，并能自動(dòng)開(kāi)關(guān)，使輪子一側(cè)受力大，另一側(cè)受力小，從而在雨滴沖擊和慣性的作用下高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電．雨能電站可以彌補(bǔ)地面太陽(yáng)能電站的不足，使人類(lèi)巧妙而完美地應(yīng)用太陽(yáng)能、風(fēng)能、雨能．

　　我國(guó)南方雨能資源豐富，特別是華東、華南、中南和西南各省的雨水充足，一年四季冰雪期很少，雨季的降雨量一般都比較多，陰雨天利用雨能發(fā)電，陽(yáng)天利用太陽(yáng)能發(fā)電，這樣無(wú)論晴天或陰雨天，人們都可以享受到大自然的恩賜，享受到電能帶來(lái)的光和熱．

　　微生物電池：在探索微生物能源工作中，一些國(guó)家正在從事著微生物電池的研究．什么是微生物電池呢？它是一種用微生物的代謝產(chǎn)物，做電極活性物質(zhì)，從而獲取電能．從研究的進(jìn)展看，作為微生物電池的活性物質(zhì)，只限于甲酸、氫、氨等．我們用一種叫產(chǎn)氣單抱菌的細(xì)菌，處理100摩爾椰子汁，使其生成甲酸，然后把以此做電解液的3個(gè)電池串連在一起，生成的電能可使半導(dǎo)體收音機(jī)連續(xù)播放50多個(gè)小時(shí)．當(dāng)然，這只是試驗(yàn)，但它表現(xiàn)出的事實(shí)是令人神往的．

　　21世紀(jì)是人類(lèi)飛向宇宙的時(shí)代，在宇宙飛船這樣的封閉系統(tǒng)中，排泄物的處理確實(shí)是個(gè)必須解決的問(wèn)題．美國(guó)宇宙航行局設(shè)計(jì)了一種一舉兩得的解決方案：用一種芽孢桿菌處理尿，使尿酸分解而生成尿素，在尿素酶的作用下分解尿素產(chǎn)生氨．氨用做電極活性物質(zhì)，在鉑電極上產(chǎn)生電極反應(yīng)，組成了邀翔太空的理想微生物電池．在宇航條件下，每人每天如果排出22克尿，就能夠獲得47瓦時(shí)的電力．

　　氫燃料電池，成為微生物能源的又一種電能形式．利用一種產(chǎn)生氫氣能力強(qiáng)的細(xì)菌，在容積為10升的發(fā)酵裝置中，每小時(shí)所產(chǎn)生的近20升氫氣，足以維持3.1～3.5伏燃料電池的工作．科學(xué)日新月異的21世紀(jì)，有機(jī)廢水的處理也與微生物電池發(fā)生了密切關(guān)系．在利用微生物處理有機(jī)廢水時(shí)，在使廢水無(wú)害化的同時(shí)，可以把微生物的代謝產(chǎn)物做微生物電池的活性物質(zhì)，從而獲得電能，從這個(gè)角度上，微生物做為同時(shí)解決公害和能源問(wèn)題的一種手段，已引起人們的廣泛注意．盡管微生物電池的研制尚處在萌芽狀態(tài)，使用也還只限于一定范圍，但是到21世紀(jì)的某一天，微生物電池就能夠帶動(dòng)著馬達(dá)飛轉(zhuǎn)，為人類(lèi)創(chuàng)造更多的物質(zhì)財(cái)富．

　　向污泥要能源：城市下水道污泥中富含有機(jī)物質(zhì)，其中蘊(yùn)藏著可觀的能量．不少國(guó)家已開(kāi)始利用厭氧細(xì)菌將下水道污泥“消化”，然后收集其中產(chǎn)生的沼氣作為熱源，并將下水道污泥制成固體燃料．

　　關(guān)于下水道污泥作為固體燃料的開(kāi)發(fā)與實(shí)用化研究方面，歐洲國(guó)家居領(lǐng)先地位．日本東京都能源局利用下水道污泥作為燃料發(fā)電的試驗(yàn)也已獲成功．日本能源科學(xué)家還將下水道污泥利用多級(jí)蒸發(fā)法制成固狀物，所得燃料的發(fā)熱量為16 000～18 000 kJ/kg，與煤差不多．

　　德國(guó)的一家化學(xué)公司將工廠下水道排放的廢水(其中含10％的普通生活污水)進(jìn)行處理，所得活性污泥作為燃料，他們?cè)谙滤�道污水中加入有機(jī)凝集劑，再用電力脫水機(jī)脫去部分水分，加入一定比例的粉煤，最后利用壓濾機(jī)榨干水分，用這種方法制成的燃料發(fā)熱量大約是9 200～1 000 kJ/kg，并且將其干燥、粉碎后并不影響其燃燒性能．

　　從下水道污泥中挖掘潛在能源，不僅開(kāi)辟了能源新途徑，還可以根本上解決城市下水道污泥污染問(wèn)題．對(duì)改善城市地下水水質(zhì)有著至關(guān)重要的作用．環(huán)境科學(xué)家有必要重新估計(jì)下水道污泥的作用和利用價(jià)值，進(jìn)一步研究下水道污水處理以及下水道水系的設(shè)計(jì)．

　　目前，世界上許多國(guó)家正在研究，能否建立一個(gè)從污水處理到能源、環(huán)保方面的綜合管理體系，以便一勞永逸地解決下水道污水的去向問(wèn)題．

摘自《能源趣覽》

閱讀完以上文章后回答：

(1)文中介紹了哪幾種新的能源利用方式？分別是什么？

(2)利用積雪和下雨發(fā)電的工作原理分別是什么？

(3)結(jié)合你在日常生活中對(duì)能源的利用，談?wù)勀銓?duì)節(jié)約能源的看法．