許多同學都看過雜技演員表演的“水流星”，一根細繩系著盛水的杯子，演員掄起繩子，杯子就做圓周運動．不管演員怎樣掄，水都不從杯里灑出．甚至杯子在豎直面內運動到最高點時，已經杯口朝下，水也不會從杯子里灑出來．演員的精采表演，每每博得觀眾的熱烈掌聲，杯子在豎直面內做勻速圓周運動的過程，則下列關于其中的一只杯子說法正確的是

A．受平衡力作用           B．重力勢能保持不變

C．機械能在不斷改變       D．它的動能與重力勢能之間不斷發(fā)生轉化

閱讀材料：

　　我國自1985年宣布將“長征”系列運載火箭投放國際市場，承攬對外發(fā)射服務業(yè)．1988年1月1日中國長城工業(yè)公司和美國休斯公司簽約，用“長二捆”火箭發(fā)射兩顆休斯公司制造、澳大利亞經營的衛(wèi)星．這種新一代通信衛(wèi)星，裝有48個轉發(fā)器，衛(wèi)星連同上面級火箭的總重量為7659斤，它將取代第一代系統(tǒng)“奧塞特A”為澳大利亞本土和鄰近區(qū)域提供通信服務，合同的條件近乎苛刻，火箭必須在1990年預定時間內完成試飛，對其性能、發(fā)射結果都有嚴格的規(guī)定．18個月內要完成44萬張圖紙，安排8 000多項任務，設計5 000多套特殊工具裝置，進行大小近300項地面試驗．一枚火箭由幾十萬個元件組合而成，如果每個元件的可靠性99.999 9％，即差錯率僅為百萬分之一，則火箭整體可靠性只有37％；若要使火箭可靠性達99.999 9％，其元件的可靠性必須達到99.999 999 99％．

　　航天事業(yè)的創(chuàng)造者們，這些要求都做到了．他們研制的“長二捆”火箭，全長51 m，共有8個發(fā)動機，起飛重量為460 t，起飛推力為6 000 t，可將8.8 t重的航天器發(fā)射到地球近地軌道，若加上上面級，則可將2.5～4 t重的航天器進入地球同步軌道．這是我國目前運載能力最大的一種火箭，也是世界上的大型商用火箭．

　　1992年8月14日7時許，在我國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，我國自行研制的“長征二號E”捆綁式運載火箭攜帶一顆由美國休斯公司制造的澳大利亞大型商用通訊衛(wèi)星重達2 858 kg的“澳塞特BI”拔地而起，直上太空．衛(wèi)星發(fā)射中心的指揮控制大廳里，人們通過屏幕密切地跟蹤著衛(wèi)星升空的軌跡；火箭飛行127 s，助推火箭與芯極分離，落入四川省古藺縣境內，一級殘骸墜落在貴州省天柱縣境內；200 s時，火箭飛出大氣層，整流罩自動脫落，掉在湖南省洞口縣境內．

　　7時11分，火箭已飛行675 s．太平洋上的“遠望號”測量出二級火箭與“澳星”分離．當收到“星箭分離”，“衛(wèi)星包旋”的信息時，參加發(fā)射的中、美、澳科技人員和從十多個國家和地區(qū)專程來參觀的友人們熱烈鼓掌，他們高興得緊緊握手，相互擊掌、擁抱．“長征二號E”成功地把澳星送入軌道傾角為28度，近地點高度為202 km，遠地點高度為1 049 km的橢圓軌道．大約10 min后，西安衛(wèi)星測控中心傳來了精確的衛(wèi)星入軌數(shù)據(jù)．中國衛(wèi)星發(fā)射測控系統(tǒng)部和長城公司的代表，將記錄數(shù)據(jù)的傳真電報交給美國休斯公司的代表，標志著我國為澳大利亞發(fā)射衛(wèi)星這一合同勝利完成．

……

　　“澳星”發(fā)射的結果表明，發(fā)射傾角精確到了1％，在200 km距離的額定近地點高度中，僅差0.9 km，遠遠小于允許偏差“正負6 km”，在額定1 050 km距離的遠地點高度上僅差3.8 km，遠超過“澳星”發(fā)射要求，準確率超過了被世界認為“最好”的亞星，又是一個世界一流水平！8月19日澳大利亞奧普圖斯公司的發(fā)言人法雷爾在接受新華社記者電話采訪時說，“澳塞特BI”上的設備在發(fā)射過程中未受任何損傷，升空6天來一切按計劃進行，該衛(wèi)星已在過渡軌道中運行至離地面兩萬多公里的高空，將于23日左右進入離地面3.6萬公里的預定最終軌道．

摘自《新編中國小百科全書》(延邊人民出版社)

(1)若要使火箭整體的可靠性達99.999 9％，則每個元件的可靠性須達到多少？

(2)材料中在對火箭和航天器進行描述時，多次用到“重量”或“重”，它們的物理實質是什么？

(3)被送入軌道中的澳星離地面高度為1 049 km時，它的動能和重力勢能有何特點？

第十五屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題

    一、(14分)王偉同學研究了均勻拉緊的琴弦發(fā)音頻率與弦長的關系，并記錄了實測的數(shù)據(jù)(如下表所示)。請你根據(jù)記錄表格中的有關數(shù)據(jù)，分析并估算出他有意留出的空格中應該填寫的數(shù)據(jù)(要求寫出估算的過程)。

二、(14分)類比水壓是形成水流的原因，李楠同學猜想，血液在血管內流動時也需要一定的壓力差來維持。假設血液勻速通過長度一定的血管時，受到的阻力f與血液的流速v成正比，即f=kv。那么，要想讓血液勻速流過，血管兩端就需要一定的壓力差。設血管截面積為S₁時，兩端所需的壓強差為△p₁；若血管截面積減少10％時，為了維持在相同的時間內流過同樣體積的血液，壓強差必須變?yōu)椤鱬₂。請你通過計算比較△P₁、△P₂的大小，說明血管變細可能是誘發(fā)高血壓的重要因素之一。

    三、(16分)下表是某鍋爐廠生產的CWNG系列三種鍋爐的主要技術參數(shù)。

CWNG系列三種鍋主要技術參數(shù)

    已知水的比熱容為4.2×10³J／（kg·℃），假設三種鍋爐的燃煤效率相同，且煤均可達到完全燃燒。請根據(jù)上表回答以下問題：

    1．根據(jù)表格中的已知數(shù)據(jù)，請在表格中的四個(    )內填上合適的數(shù)據(jù)。

    2．按表格中的出水溫度和回水溫度，計算CWNGl．05—80／60AH型鍋爐每小時給住宅內釋放的熱量是多少。

3．根據(jù)表格中已知數(shù)據(jù)計算燃燒的熱值為多少。

四、(16分)李明得到一個國外生產的電熱暖手器，銘牌上表示額定值的字樣中，能看清楚的只有"24W"這幾個字。為了能正確使用該電器，他把一只標有"600Ω，0.4A'’的定值電阻與電熱暖手器和開關串聯(lián)起來，連接到家庭照明電路中，然后進行如下實驗觀察：將開關接通后，電能表轉盤轉動137圈恰好用了100s；斷開開關后，電能表轉盤在1 min內恰好轉了80圈；觀察電能表上標有3000r(kW·h)的字樣；他在做實驗的時間內，家中其他用電器的使用情況沒有變化。請根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計算電熱暖手器的額定電壓是多少?你在計算過程中忽略了什么因素的影響?由此導致的計算結果是偏大還是偏小?

    五、(20分)一所農村中學常常因為不能及時給水塔注水而停水，科技小組的同學知道后，利用下圖所示的器材設計了一個自動注水模擬裝置。A為浮子(浮子及其連桿總重約15N)，在浮子連桿的上端有一可移動金屬觸頭B(其受重力可忽略不計)，它可以分別將其上、下的兩個固定觸點連通。C為水塔上的圓桶形蓄水池；M為配有電動機的水泵(電泵)；D₁、D₂為彈簧，E₁、E₂為銜鐵，F(xiàn)₁、F₂為電磁鐵線圈；K₁為最高水位限位開關。K₂為最低水位限位開關，K₃、K₄、K₅均為由電磁鐵銜鐵帶動的觸頭開關。電磁鐵F₁通電時，K₄接通，斷電時，K₃接通。電磁鐵F₂斷電時，K₅接通。S₁、S₂為開關。

    1．請你按照下圖所示的器材，連接一個可以實現(xiàn)自動注水的模擬電路，并說明自動注水的過程。

    2．要實現(xiàn)自動注水的要求，浮子的最小體積約為多大?(g=10N／kg)

    3．若設計要求每次自動注水需在10min內完成，需要知道或測量哪些物理量才能得到相匹配電泵的最小額定功率?請你用字母表示這些物理量，推導出電泵最小額定功率的表達式。在你的計算過程中，如果運用了近似條件，請說明。

    六、(20分)在當今世界，研制各種機器都必需考慮節(jié)約能源和治理廢氣污染這一重要課題。在內燃機中，廢氣帶走了很多能量，如果能將這些能量再利用起來，會使內燃機的效率提高許多。某工廠科研人員研制生產的四沖程汽車專用柴油發(fā)動機，就采用了很多新技術。其中最重要的一項叫“增壓”技術，它是利用“廢氣渦輪增壓器”使排氣沖程中排出的高溫、高壓的廢氣去沖擊“廢氣渦輪”高速旋轉，它同時又帶動同軸的進氣系統(tǒng)中的“進氣渦輪”也高速旋轉，從而增加吸氣沖程的進氣量并增大進氣氣壓，使做功沖程中柴油燃燒的更充分，燃氣壓強更大，同時也減少了廢氣中的有害物質，達到提高柴油發(fā)動機效率和減少廢氣污染的目的。這種柴油發(fā)動機有6個氣缸，氣缸直徑為ll0mm，活塞行程為135mm，當轉速為2300r／min時，發(fā)動機功率為220kW，最低油耗可達240g／(kW·h)，柴油的熱值為4.3×10⁷J／kg。請回答下列問題：

    1．該柴油發(fā)動機的效率最高可達多少?

    2．在做功沖程中氣缸內的平均壓強是多少?

    3．如果將我國這種機型的汽車柴油發(fā)動機都安裝“增壓器”后，能使它們的平均效率由原來約31％提高到近35％，安裝前按每年消耗3億噸柴油估算，這項技術每年能為我國節(jié)約多少噸柴油?

    4．如果目前我國柴油的平均價格為3750元／噸，根據(jù)上面的估算結果，計算使用“增壓”技術后僅節(jié)約柴油一項可使我國每年節(jié)約多少資金。由此你有哪些認識?

第十五屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題

    一、(14分)王偉同學研究了均勻拉緊的琴弦發(fā)音頻率與弦長的關系，并記錄了實測的數(shù)據(jù)(如下表所示)。請你根據(jù)記錄表格中的有關數(shù)據(jù)，分析并估算出他有意留出的空格中應該填寫的數(shù)據(jù)(要求寫出估算的過程)。

二、(14分)類比水壓是形成水流的原因，李楠同學猜想，血液在血管內流動時也需要一定的壓力差來維持。假設血液勻速通過長度一定的血管時，受到的阻力f與血液的流速v成正比，即f=kv。那么，要想讓血液勻速流過，血管兩端就需要一定的壓力差。設血管截面積為S₁時，兩端所需的壓強差為△p₁；若血管截面積減少10％時，為了維持在相同的時間內流過同樣體積的血液，壓強差必須變?yōu)椤鱬₂。請你通過計算比較△P₁、△P₂的大小，說明血管變細可能是誘發(fā)高血壓的重要因素之一。

    三、(16分)下表是某鍋爐廠生產的CWNG系列三種鍋爐的主要技術參數(shù)。

CWNG系列三種鍋主要技術參數(shù)

    已知水的比熱容為4.2×10³J／（kg·℃），假設三種鍋爐的燃煤效率相同，且煤均可達到完全燃燒。請根據(jù)上表回答以下問題：

    1．根據(jù)表格中的已知數(shù)據(jù)，請在表格中的四個(    )內填上合適的數(shù)據(jù)。

    2．按表格中的出水溫度和回水溫度，計算CWNGl．05—80／60AH型鍋爐每小時給住宅內釋放的熱量是多少。

3．根據(jù)表格中已知數(shù)據(jù)計算燃燒的熱值為多少。

四、(16分)李明得到一個國外生產的電熱暖手器，銘牌上表示額定值的字樣中，能看清楚的只有"24W"這幾個字。為了能正確使用該電器，他把一只標有"600Ω，0.4A'’的定值電阻與電熱暖手器和開關串聯(lián)起來，連接到家庭照明電路中，然后進行如下實驗觀察：將開關接通后，電能表轉盤轉動137圈恰好用了100s；斷開開關后，電能表轉盤在1 min內恰好轉了80圈；觀察電能表上標有3000r(kW·h)的字樣；他在做實驗的時間內，家中其他用電器的使用情況沒有變化。請根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計算電熱暖手器的額定電壓是多少?你在計算過程中忽略了什么因素的影響?由此導致的計算結果是偏大還是偏小?

    五、(20分)一所農村中學常常因為不能及時給水塔注水而停水，科技小組的同學知道后，利用下圖所示的器材設計了一個自動注水模擬裝置。A為浮子(浮子及其連桿總重約15N)，在浮子連桿的上端有一可移動金屬觸頭B(其受重力可忽略不計)，它可以分別將其上、下的兩個固定觸點連通。C為水塔上的圓桶形蓄水池；M為配有電動機的水泵(電泵)；D₁、D₂為彈簧，E₁、E₂為銜鐵，F(xiàn)₁、F₂為電磁鐵線圈；K₁為最高水位限位開關。K₂為最低水位限位開關，K₃、K₄、K₅均為由電磁鐵銜鐵帶動的觸頭開關。電磁鐵F₁通電時，K₄接通，斷電時，K₃接通。電磁鐵F₂斷電時，K₅接通。S₁、S₂為開關。

    1．請你按照下圖所示的器材，連接一個可以實現(xiàn)自動注水的模擬電路，并說明自動注水的過程。

    2．要實現(xiàn)自動注水的要求，浮子的最小體積約為多大?(g=10N／kg)

    3．若設計要求每次自動注水需在10min內完成，需要知道或測量哪些物理量才能得到相匹配電泵的最小額定功率?請你用字母表示這些物理量，推導出電泵最小額定功率的表達式。在你的計算過程中，如果運用了近似條件，請說明。

    六、(20分)在當今世界，研制各種機器都必需考慮節(jié)約能源和治理廢氣污染這一重要課題。在內燃機中，廢氣帶走了很多能量，如果能將這些能量再利用起來，會使內燃機的效率提高許多。某工廠科研人員研制生產的四沖程汽車專用柴油發(fā)動機，就采用了很多新技術。其中最重要的一項叫“增壓”技術，它是利用“廢氣渦輪增壓器”使排氣沖程中排出的高溫、高壓的廢氣去沖擊“廢氣渦輪”高速旋轉，它同時又帶動同軸的進氣系統(tǒng)中的“進氣渦輪”也高速旋轉，從而增加吸氣沖程的進氣量并增大進氣氣壓，使做功沖程中柴油燃燒的更充分，燃氣壓強更大，同時也減少了廢氣中的有害物質，達到提高柴油發(fā)動機效率和減少廢氣污染的目的。這種柴油發(fā)動機有6個氣缸，氣缸直徑為ll0mm，活塞行程為135mm，當轉速為2300r／min時，發(fā)動機功率為220kW，最低油耗可達240g／(kW·h)，柴油的熱值為4.3×10⁷J／kg。請回答下列問題：

    1．該柴油發(fā)動機的效率最高可達多少?

    2．在做功沖程中氣缸內的平均壓強是多少?

    3．如果將我國這種機型的汽車柴油發(fā)動機都安裝“增壓器”后，能使它們的平均效率由原來約31％提高到近35％，安裝前按每年消耗3億噸柴油估算，這項技術每年能為我國節(jié)約多少噸柴油?

    4．如果目前我國柴油的平均價格為3750元／噸，根據(jù)上面的估算結果，計算使用“增壓”技術后僅節(jié)約柴油一項可使我國每年節(jié)約多少資金。由此你有哪些認識?