第二十三屆“國際科學(xué)與和平周”全國中小學(xué)生（江蘇地區(qū)）“盛虹”杯金鑰匙科技競(jìng)賽 高中個(gè)人初賽賽題

【專家解說】：第二十三屆國際科學(xué)與和平周全國中小學(xué)生（江蘇地區(qū)）“盛虹”杯金鑰匙科技競(jìng)賽 高中個(gè)人初賽賽題答案 （滿分190分，其中附加題60分） 一、知識(shí)題（滿分30分） （一）、選擇題（每題1分，共15分） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 A D A B A D D C A D A A C D B （二）、判斷題（每題1分，共15分） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 × √ × √ × × × × √ × √ × × × √ 二、綜合應(yīng)用題（共2題，每題20分，共40分）（以下問題另用紙作答） 1．答案：我們以打上旋球?yàn)槔?。①乒乓球旋轉(zhuǎn)根本原因是，球受力的作用線沒經(jīng)過球的質(zhì)心，球拍以一定傾角，向前上方快速擊球時(shí)，給球的力是切向摩擦力（使球旋轉(zhuǎn)）和撞擊力（使球平動(dòng)）的合力，合力的方向不指向球心（質(zhì)心），而是使球向前上方運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，又繞水平橫軸旋轉(zhuǎn)，形成上旋球。 ②球在空中的運(yùn)動(dòng)軌跡，包括落到對(duì)方桌面跳起后的運(yùn)動(dòng)軌跡（如圖所示），都是一條明顯的“香蕉球”曲線，特別是下落階段的軌跡，曲率顯得更大。 ③上旋球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)，受3個(gè)力的作用：一是空氣阻力，它的方向與球的前進(jìn)方向相反；二是重力，它的方向指向地心；三是因球旋轉(zhuǎn)著向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，球的上側(cè)面空氣流速較小，下側(cè)面的空氣流速較大。根據(jù)伯努利原理，上面受到的壓強(qiáng)較大，下面受到的壓強(qiáng)較小，上下形成的壓強(qiáng)差產(chǎn)生的力，方向與球的運(yùn)動(dòng)方向垂直。在這3個(gè)力的共同作用下，形成香蕉型運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)使下落階段曲線的曲率半徑更小。 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)： 1.正確解釋上旋球旋轉(zhuǎn)的原因；（7分） 2.正確描述球的運(yùn)動(dòng)軌跡；（6分） 3.正確解釋球運(yùn)動(dòng)軌跡形成的原因。（7分） 2．答案： 我們知道，原子是由原子核和繞核旋轉(zhuǎn)的電子構(gòu)成的，原子核是由帶正電荷的質(zhì)子和不帶電的中子構(gòu)成。如果用中子轟擊鈾-235，鈾原子核會(huì)分裂成2個(gè)較小質(zhì)量的新原子核，還會(huì)放出2～3個(gè)中子和其他射線，同時(shí)釋放出巨大的裂變能。釋放出的中子再轟擊別的鈾-235原子核，又會(huì)引起新的核裂變，新的裂變又產(chǎn)生新的中子和裂變能，如此不斷持續(xù)下去，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。這種鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，1秒鐘內(nèi)能大約產(chǎn)生1000代中子，從而在極短的時(shí)間里可釋放出巨大核能。在核反應(yīng)堆中，為了控制核反應(yīng)速度，需要用鎘等材料制造的控制棒吸收中子，以控制中子數(shù)量。用水等作為慢化劑和冷卻劑，慢化劑用于減慢中子速度，使核反應(yīng)速度得到有效控制；冷卻劑（水）將裂變能轉(zhuǎn)變成蒸汽的熱能，再轉(zhuǎn)變成渦輪機(jī)的機(jī)械能，最后變成電能。 日本福島核電站用的是沸水堆，它的主要特點(diǎn)：一是推動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)的蒸汽是直接在堆芯里生成的，水蒸氣經(jīng)設(shè)在反應(yīng)堆頂部的汽水分離器分離干燥后，由管線引出，送到渦輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。從渦輪機(jī)出來的蒸汽經(jīng)冷凝、處理后，再送回堆芯加熱。這里的循環(huán)水，既是裂變能的冷卻劑，又是中子的慢化劑，因此含有放射性物質(zhì)。 二是由于反應(yīng)堆上部被汽水分離器占用，控制棒只能安放在反應(yīng)堆的下部（控制棒一般安放在反應(yīng)堆的上方，一旦發(fā)生事故，可依靠控制棒的重力自己落下，使反應(yīng)堆自動(dòng)停堆），必須依靠其他動(dòng)力上推，插入堆芯，實(shí)現(xiàn)對(duì)核反應(yīng)速度的控制。 當(dāng)3月11日下午，大地震發(fā)生后，控制棒上插，反應(yīng)堆安全停堆，堆芯熱功率很快下降。這時(shí)，只要冷卻水能不斷注入、冷卻，堆芯就沒事。但是，地震摧毀了外電網(wǎng)，外電源不可用；應(yīng)急柴油機(jī)開始發(fā)電，帶動(dòng)水泵向堆芯注水，但是幾分鐘后，大海嘯來了，機(jī)房被淹，柴油機(jī)無法使用；盡管有蓄電池，但容量較??；而隨后運(yùn)來的移動(dòng)式柴油機(jī)的發(fā)電機(jī)，因其接口和電站的接口不兼容。一個(gè)個(gè)措施都失敗了，水泵無法啟動(dòng)，不能向堆芯注水冷卻。而堆芯燃料棒裸露，余熱不斷產(chǎn)生，安全殼內(nèi)的溫度、壓力持續(xù)上升。由于高溫條件下，水或水蒸氣和燃料棒的保護(hù)殼鋯發(fā)生反應(yīng)，生成氧化鋯和大量氫氣。為了防止反應(yīng)堆壓力容器超壓爆炸，操作人員向廠房內(nèi)釋放蒸氣卸壓。因蒸汽含有的大量氫氣，和氧混合后，遇高溫或明火產(chǎn)生強(qiáng)烈爆炸，將反應(yīng)堆廠房摧毀，致使含有放射性碘和銫的蒸汽外泄。 評(píng)分原則：因各人查找的資料不同，表述的內(nèi)容可能不同，甚至?xí)忻埽筛鶕?jù)具體情況，按20、15、10、5四個(gè)等級(jí)給分。 三、發(fā)散思維題（20分） 參考答案：①家庭的灶具、熱水器、取暖器、電熱毯等各種家用電氣，必須嚴(yán)格按照規(guī)定要求，正確安裝和使用； ②知道不同火災(zāi)，使用不同的滅火辦法； ③室內(nèi)各種加熱器、明火要遠(yuǎn)離易燃物品； ④人不在家的時(shí)候，要關(guān)掉火源、取暖器電源； ⑤一旦遇到家中煤氣、天然氣泄漏，不能打電話、開電燈、開排氣扇等家用電氣，也不能用力碰撞金屬物體，以免引起電火花和火星，而引起爆炸起火； ⑥家用電器負(fù)荷不能超載； ⑦保險(xiǎn)絲不可用銅絲、鐵絲代替，以免負(fù)荷超過時(shí)，無法熔斷而起火； ⑧抽煙的人不可在床上抽煙，以免不小心引燃床上易燃物品； ⑨不讓小孩玩火； ⑩牢記火警電話119，一有火情，及時(shí)報(bào)警等。 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)： 1.只要對(duì)防火減災(zāi)有效，都是正確的； 2.每答對(duì)1個(gè)得2分，總分最多不超過20分。 四、作文題（40分） 評(píng)分原則： 1.立意積極、切題；（8分） 2.見解獨(dú)特、深刻，有新意；（10分） 3.文章結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，層次清楚；（8分） 4.文字表述簡潔、準(zhǔn)確；（8分） 5.文字不少于800字。（6分） 五、研究性學(xué)習(xí)（20分） 參考答案： 1．蒸雞蛋的一般做法：將鮮雞蛋敲入碗內(nèi)→攪勻→加適量水（或鮮牛奶）→攪勻→放鍋中隔水蒸→蒸熟出鍋→加香油、醬油等調(diào)料。 2．蒸雞蛋有的是放在開水里隔水蒸煮，有的是放在蒸籠上蒸，現(xiàn)以隔水蒸煮為例。把配制好的雞蛋液放在開水里隔水蒸煮，除少量輻射熱外，把雞蛋蒸熟的熱量主要來自兩方面，一是通過碗壁的熱傳導(dǎo)，將開水的熱量傳給雞蛋液，又通過雞蛋液的對(duì)流，使蛋液均勻受熱；二是通過蒸汽在蛋液上表面冷凝，將釋放出的熱量（汽化潛熱）加熱蛋液。如果碗壁厚，傳熱慢，蛋液上表面溫度將比液面下的溫度高，碗內(nèi)蛋液將不會(huì)發(fā)生對(duì)流，這時(shí)，蒸熟雞蛋的熱能，主要來自上表面蒸汽冷凝釋放出來的潛熱向下傳導(dǎo)的熱量。 3．要蒸出一碗好雞蛋，至少要注意4點(diǎn)：①雞蛋和水或牛奶的配比合適（一般1：1），攪拌要均勻。若水（或牛奶）過多，蒸出來的雞蛋會(huì)不成型；太少則會(huì)顯得老、硬。 ②要選用碗壁材料導(dǎo)熱良好的碗具，或者選用3～4厘米深的淺盤子，以盡量保證雞蛋液厚薄一致，受熱均勻，不會(huì)出現(xiàn)生熟不一的現(xiàn)象。如果碗壁厚，傳熱慢；碗又深，造成蛋液又深又厚。這時(shí)，主要靠上表面蒸氣冷凝釋放出來的潛熱向下傳導(dǎo)加熱蛋液，如果沒有人工適時(shí)攪拌，蒸的時(shí)間就要很長。那么蒸出的雞蛋，上層將會(huì)顯得干皺、多孔、老澀，而下面可能還不熟。 ③掌握好時(shí)間。蒸熟時(shí)間和蛋液量、所用碗具有關(guān)。若時(shí)間太長，除了會(huì)出現(xiàn)干皺、多孔、老澀外，有時(shí)還會(huì)脫水。這樣的蒸雞蛋不僅外觀難看，口感也不好；④蒸雞蛋應(yīng)用中小火，不宜用大火，否則容易蒸老。 注意：小心用火、用電和接觸開水、蒸汽的安全，必要時(shí)請(qǐng)家長監(jiān)護(hù)。 評(píng)分原則： 1.按要求做完研究，寫出報(bào)告；（8分） 2.能正確解釋傳熱過程；（6分） 3.分析有理，結(jié)論正確。（6分） 六、電腦設(shè)計(jì)題（20分） 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)： 1.畫面元素齊全（主題名稱，為主題服務(wù)的圖片或裝飾，中國郵政，CHINA，票面價(jià)值，四周鋸齒形邊）；（6分） 2.想象力豐富，有新意；（8分） 3.色彩豐富，畫面清新、潔凈。（6分） 七、動(dòng)手實(shí)踐題（20分） 參考答案： 如果把這個(gè)容器水平地放在列車上，當(dāng)列車以加速度a沿水平方向向右行駛，則容器里的液面將變?yōu)閮A斜狀態(tài)（如圖所示），加速度越大，傾斜角θ越大。為尋找a與θ的關(guān)系，可設(shè)想在水中取一個(gè)很小的水平水柱，其斷面的面積為△S，長度為L,左側(cè)中心距水面高度為h,右側(cè)面與水面一致。使這個(gè)水柱在水平方向做向右的加速度運(yùn)動(dòng)的力，是它兩側(cè)所受到的壓力差，即： （p左-p右）•△S=ma ρgh•△S=ρL△S•a gh= La a=hg/L=g•tanθ 在制造容器時(shí)，容器的長20厘米，水平面為0刻度，取g≈10米/秒2，L=10厘米，h為左側(cè)中心距水面高，則a=h米/秒2，即容器一端液面升高1厘米，就表示列車的加速度為1米/秒2，升高h(yuǎn)厘米，a=h米/秒2。 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)： 1．按要求做出加速度測(cè)量計(jì)，最高 8分； 2．能建立起正確的數(shù)學(xué)模型，最高得12分。 抱歉，初賽已過，就給你打答案吧