全国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案-力学

力学（二）1、长为L的细绳一端固定于O点，如图所示，另一端拴一质量为m的小球，把线拉至最高点A以水平抛出，求当v0为下列值时，小球运动到最低点C 时线中的张力大小。

（1）v0=2gL（2）v0?gL2解：（1）由于v0=2gL大于作圆周运动最高点的最小速度gL，故小球做圆周运动。

由机械能守恒得：121mv0?2mgL?mv2 22v2又 T-mg=m 故 T=9mg L（2）由于v0?gL小于作圆周运动最高点的最小速度gL，故小球开始做平抛运动。

设小2球运动到B点时绳张紧，此时悬线与水平方向夹角为，由平抛运动规律有：Lcos=v0t L(1-sin )=12gt 得=0°说明B与O在同一水平线上。

此时vBx=v0?2gL, vBy=2gL。

接2着，由于绳子瞬时张紧，产生瞬时冲量，使小球水平冲量变为零，机械能损失。

然后小球以2gL的速度从召开始作圆周运动到C点，机械能守恒有：1122mvBy?mgL?mvC ,在最低点有：22mvc2T-mg=, 故小球在最低点C时绳的拉力T=5mg L2、如图所示，光滑水平面上物块A质量mA=2千克，物块B与物块C质量相同mB=mC=1千克，用一轻质弹簧将物块A与B连接，现在用力使三个物块靠近，A、B间弹簧被压缩，此过程外力做功72焦，然后释放，试问：（1）当物块B与C分离时，B对C做功多少？（2）当弹簧被拉到最长时，物块A和B的速度各为多少？（3）当弹簧被拉到最长后又恢复到原长时，物块A和B 的速度各为多少？（4）当弹簧再次被压缩到最短面后又伸长到原长时，物块A和B的速度各为多少？解答：（1）18J（2）v=2m/s 方向向右（3）vA=2m/s 方向向左｝（4）vA=2m/s 方向向左vA｝=6m/s 方向向右vB=10m/s ｝ vB=10m/s vB｝=6m/s 方向向左方向向右方向向右。

全国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案-力学————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验二 在气轨上研究瞬时速度【思考题参考答案】1．试测量气轨倾斜角度β，并把实验中所求得的加速度a 和g sin β相比较。

答：测量β的方法：先用匀速法把气垫导轨调节水平，然后，测出两个支点沿气轨的长度L ，测出垫块的高度h ，L h =βsin 。

测量加速度的方法：（1）将两个光电门安放在一定距离的适中位置，读出距离s ，（2）滑块装上U 型挡光片，将光电计时器调节到测两个速度状态，让滑块静止下滑测量经过两个光电门的速度v 1、v 2。

（3）计算加速度a 并与Lh g g =βsin 比较，其中sv v a 22122-=。

注：为消除粘滞阻力影响，可以通过测量四个速度分别计算下滑和上升的加速度。

道理如下：=-=f a a a 下s v v 22122-，s v v a a a f 22423-=+=上，所以sv v v v a 421242322--+= 2．使用平板型挡光片和两个光电门，如何测量滑块通过倾斜气轨上一点A 的瞬时速度。

答：将光电计时器调到测量一个时间间隔状态，在滑块上装平板型挡光片，控制滑块从气轨上一个固定点P 由静止滑下，从挡光片前沿挡第一光电门开始计时，挡第二光电门停止计时，测出时间t ，根据匀变速运动公式，有at v v v B A +==，而()t l at v v v v B =-=+=22选择不同的l ，测出t ，计算出t l v =，在坐标纸上画出v —t 曲线，确定斜率和截距，其斜率的绝对值为a /2，截距为A 点的瞬时速度v 。

【补充思考题】测量气轨的阻尼因数。

滑块在气轨上运动，由于内摩擦和气轨平整度问题，也会有较小的阻力，一般认为阻力与速度方向相反，大小成正比。

即bv f =。

实验二十八 测定玻璃的折射率【思考题参考答案】1．视深法和光路法测量时，玻璃砖两个界面的平行度对测量结果有什么影响？为什么？答：玻璃砖两个界面的平行度对光路法测量结果没有影响。

这是因为如果两个界面不平行，可以看成三棱镜，出射线偏向厚度增加方向（相当于底部），只要用光路法找到入射线、出射线和两个界面，都能确定对应的入射角和折射角，从而按折射定律计算折射率。

对视深法测量结果是否影响，请自己根据测量原理思考。

2．视深法和光路法测量时，玻璃砖厚些还是薄些好？为什么？答：厚些好。

在视深法中，玻璃砖越厚h '越大，这样由于像的位置不准引起的相对误差越小。

在光路法中，玻璃砖越厚，由于ABCD 位置定的不准，引起入射角和折射角的误差越小，折射率的相对测量误差越小。

3．光路法测量时，为什么入射角不能过大或过小？答：折射率决定于两个角度的正弦比，入射角太小时，角度误差引起正弦函数的误差变大，入射角和折射角测量误差对测量结果的误差影响变大。

入射角太大时，折射角也变大，折射能量太小，同时由于色散严重，出射光束径迹不清晰（或在利用大头针显示光路时，大头针虚像模糊）折射角不易定准。

4．光路法测量时，若所画直线ab 和cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，那么，折射率的测量值偏大还是偏小？为什么？答：折射率的测量值偏小。

如果所画直线ab 和cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，如图所示。

实际折射线如图中虚线，而作图的折射线为图中实线，测量的折射角大于实际折射角，折射率r i n sin =，测量折射率值偏小。

间距小于玻璃砖的真实厚度的问题，自己回答。

实验二十九 测定薄透镜的焦距【思考题参考答案】1．作光学实验为何要调节共轴？共轴调节的基本步骤是什么？对多透镜系统如何处理？答：光学实验中经常要用一个或多个透镜成像。

由于透镜在傍轴光线（即近轴光线）下成像质量好，基本无像差，可以减小测量误差，必须使各个透镜的主光轴重合(即共轴)。

在气轨上研究瞬时速度【思考题参考答案】1．试测量气轨倾斜角度β，并把实验中所求得的加速度a 和g sin β相比较。

答：测量β的方法：先用匀速法把气垫导轨调节水平，然后，测出两个支点沿气轨的长度L ，测出垫块的高度h ，L h =βsin 。

测量加速度的方法：（1）将两个光电门安放在一定距离的适中位置，读出距离s ，（2）滑块装上U 型挡光片，将光电计时器调节到测两个速度状态，让滑块静止下滑测量经过两个光电门的速度v 1、v 2。

（3）计算加速度a 并与Lh g g =βsin 比较，其中sv v a 22122-=。

注：为消除粘滞阻力影响，可以通过测量四个速度分别计算下滑和上升的加速度。

道理如下：=-=f a a a 下sv v 22122-，s v v a a a f 22423-=+=上，所以s v v v v a 421242322--+= 2．使用平板型挡光片和两个光电门，如何测量滑块通过倾斜气轨上一点A 的瞬时速度。

答：将光电计时器调到测量一个时间间隔状态，在滑块上装平板型挡光片，控制滑块从气轨上一个固定点P 由静止滑下，从挡光片前沿挡第一光电门开始计时，挡第二光电门停止计时，测出时间t ，根据匀变速运动公式，有at v v v B A +==，而()t l at v v v v B =-=+=22选择不同的l ，测出t ，计算出t l v =，在坐标纸上画出v —t 曲线，确定斜率和截距，其斜率的绝对值为a /2，截距为A 点的瞬时速度v 。

【补充思考题】测量气轨的阻尼因数。

滑块在气轨上运动，由于内摩擦和气轨平整度问题，也会有较小的阻力，一般认为阻力与速度方向相反，大小成正比。

即bv f =。

设计一个实验，测量b 值。

测量依据和测量公式：将气轨调节水平，放一质量为m 的滑块，气轨上两光电门之间距离为s 。

轻推滑块是它向右运动，由于阻尼A B v v <，同理，向左运动B A v v '<'。

第十三届全国物理竞赛复赛试题解答一、在各段电路上，感应电流的大小和方向如图复解13 - 1所示电流的分布，已考虑到电路的对称性，根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律，对半径为α的圆电路，可得 π2a k = 21r 1I + 1r 1I ' 对等边三角形三个边组成的电路，可得332a k / 4 = 22r 2I + 22r 2I '对由弦AB 和弧AB 构成的回路，可得（π2a -332a / 4）k / 3 = 1r 1I - 2r 2I考虑到，流进B 点的电流之和等于流出B 点电流之和，有1I + 2I =1I ' + 2I ' 由含源电路欧姆定律可得A U -B U = π2a k /3 - 1I 1r由以上各式及题给出的 2r = 21r / 3可解得A U -B U = - 32a k / 32二、解法一：1、分析和等效处理根据棱镜玻璃的折射率，棱镜斜面上的全反射临界角为c α= arcsin ( 1 / n ) ≈ 42 注意到物长为4mm ，由光路可估算，进入棱镜的近轴光线在斜面上的入射角大多在 45左右，大于临界角，发生全反射。

所以对这些光线而言，棱镜斜面可看成是反射镜。

本题光路可按反射镜成像的考虑方法，把光路“拉直”如图复解13 – 2 - 1所示。

现在，问题转化为正立物体经过一块垂直于光轴、厚度为6cm 的平玻璃板及其后的会聚透镜、发散透镜成像的问题。

2、求像的位置；厚平玻璃板将使物的近轴光线产生一个向右侧移动一定距离的像，它成为光学系统后面部分光路的物，故可称为侧移的物。

利用沿光轴的光线和与光轴成α角的光线来讨论就可求出这个移动的距离。

设轴上的物点为B 。

由于厚平玻璃板的作用（即侧移的物点）为B ′（如图复解13 – 2 - 2所示）。

画出厚平玻图复解13 - 111I图复解13 - 2 - 2图复解13 - 2 - 1璃板对光线的折射，由图可知 Δl = d （ctg α） 而 d = D （tg α- tg β） 所以 Δl = D （1 – tg α/ tg β） 当α为小角度时 tg β/ tg α≈sin β/ sin α= 1/n 故得 Δl = D （1 – 1 / n ）= 2 cm这也就是物AB 与它通过厚玻璃板所成的像之间的距离。

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物理知识竞赛试题一(力学部分）一、单一选择题（每小题3分，共30分）题号12345678910答案1．下列各实例中属于静摩擦的是A．用橡皮擦纸时，橡皮和纸间的摩擦 B．小汽车急刹车时，车轮和地面间的摩擦C．皮带正常传动时,皮带和皮带轮间的摩擦D．用转笔刀削铅笔,铅笔与刀孔间的摩擦2．在江河湖海游泳的人上岸时,在由深水走向浅水的过程中,如果水底布满石头，以下体验和分析合理的是：A．脚不痛。

因人越来越轻C．脚不痛。

因水底对人的支持力越来越小B．脚越来越痛.因人越来越重D．脚越来越痛。

因水底对人的支持力越来越大3．秤杆上相邻刻度间所对应的质量差是相等的.因此秤杆上的刻度应A．是均匀的 B．从提纽开始向后逐渐变密C．从提纽开始向后逐渐变疏 D．与秤杆的粗细是否均匀有关，以上三种情况均有可能5．拖拉机深耕时总比在道路上行驶时速度慢，这是为了：A．提高传动机械的效率 B．节省燃料C．增大拖拉机的牵引力D．提高柴油机的功率6．如图3,烧杯中的冰块漂浮在水中，冰块上部高出杯口,杯中水面恰好与杯口相平。

待这些冰块全部熔化后,A．将有水从烧杯中溢出 B．不会有水从烧杯中溢出,杯中水面也不会下降C．烧杯中水面会下降 D．熔化过程中水面下降，完全熔化后有水溢出7．如图所示，放在水平桌面上的容器A为圆柱形，容器B为圆锥形，两容器本身的质量和底面积都相同，装入深度相同的水后，再分别放入相同质量的木块，如图所示,下列说法中正确的是：A．放入木块前，两容器对桌面的压力相等B．放入木块前，由于A容器中的水多于B容器，故A容器底部受水的压力大于B容器C．放入木块后，两容器底部所受水的压力相等D．放入木块后，B′容器底受水的压力大于A′容器底所受水的压力8．如图所示，吊篮的重力为400牛，动滑轮重力为50牛，定滑轮重力为40牛,人的重力为600牛，人在吊篮里拉着绳子不动时需用力：A．218牛 B．220牛 C．210牛 D．236牛9．测定血液的密度不用比重计（图为这样做需要的血液量太大）,而采用巧妙的办法：先在几个玻璃管内分别装入浓度不同的、呈淡蓝色的硫酸铜溶液，然后分别在每个管中滴进一滴血液。

1.（12分）如图所示，A为放在水平光滑桌面上的长方形物块，在它上面放有物块B 和C.A、B、C的质量分别为m、5m、m.B、C与A之间的静摩擦系数和滑动摩擦系数皆为0.10，K为轻滑轮，绕过轻滑轮连接B和C的轻细绳都处于水平位置.现用水平方向的恒定外力F 拉滑轮，使A的加速度等于0.20g，g为重力加速度.在这种情况时，B、A之间沿水平方向的作用力的大小等于_____________，C、A之间沿水平方向的作用力的大小等于_____________，外力F的大小等于_______________.2.（20分）从地球上看太阳时，对太阳直径的张角θ=53°.取地球表面上纬度为1°的长度l=110km，地球表面处的重力加速度g=10m/s2，地球公转的周期T=365天.试仅用以上数据计算地球和太阳密度之比.假设太阳和地球都是质量均匀分布的球体.9．(10分）光帆是装置在太空船上的一个面积很大但很轻的帆，利用太阳光对帆的光压，可使太空船在太空中飞行．设想一光帆某时刻位于距离太阳为1天文单位（即日地间的平均距离）处，已知该处单位时间内通过垂直于太阳光辐射方向的单位面积的辐射能量 E =1.37×103J·m -2· s -1，设平面光帆的面积为1.0×106m 2，且其平面垂直于太阳光辐射方向，设光帆对太阳光能全部反射（不吸收），则光帆所受光的压力约等于 9 N ．11．(17分）宇航员从空间站（绕地球运行）上释放了一颗质量m=500kg 的探测卫星．该卫星通过一条柔软的细轻绳与空间站连接，稳定时卫星始终在空间站的正下方，到空间站的距离l =20km ．已知空间站的轨道为圆形，周期T = 92 min （分）．i ．忽略卫星拉力对空间站轨道的影响，求卫星所受轻绳拉力的大小．ii ．假设某一时刻卫星突然脱离轻绳．试计算此后卫星轨道的近地点到地面的高度、远地点到地面的高度和卫星运行周期．取地球半径R = 6.400×103km ，地球同步卫星到地面的高度为H 0 =3.6000×104km ，地球自转周期T 0 = 24 小时．i ．设空间站离地面的高度为H, 因为同步卫星的周期和地球自转周期相同，根据开普勒第三定律以及题意有323200)()R H T R H T +=+（ 即 2/300()()T H R H R T =+- 代人数据得 H= 376km 卫星的高度 h =H 一l =356km卫星在细绳的拉力 F 和地球引力作用下跟随空间站一起绕地球作周期为 T 的圆周运动，有222()()()Mm GF m R h R h Tπ-=++ (5)式中G 为万有引力常量， M 为地球质量．空间站在地球引力作用下绕地球作周期为 T 的圆周运动 故有 222()()()Mm Gm R h R h Tπ''=++ (6) 式中m ’为空间站的质量．由（5）、（6）两式得2222()()()[1]()R H F m R h T R h π+=+-+ 将（3）、（4）式及其他有关数据代人（7）式得 F=38.2N (8)ii ．细绳脱落后，卫星在地球引力作用下绕地球运动的轨道为一椭圆．在脱落的瞬间，卫星的速度垂直于卫星与地心的连线，所以脱落点必是远地点（或近地点），由( 4）式可知，此点到地面的高度h =356km 设卫星在近地点（或远地点）的高度为h '，速度为v '，根据开普勒第二定律，有22()()R h v R h Tπ''+=+ 根据机械能守恒，有222112()()22Mm Mm mv G m R h G R h T R h π'-=+-'++联立（10）、（11）两式并利用（6）式得433()2()()R h h R H R h +'=+-+代人有关数据有 h ' = 238km 由（9）、（13）两式可知，远地点到地面的高度为356km ，近地点到地面的高度为238km .设卫星的周期为T '，根据开普勒第三定律，卫星的周期3/22()22R h h T T R H'++'=+代人数据得T '= 90 . 4min14．(20分）如图所示，一木块位于光滑的水平桌面上，木块上固连一支架，木块与支架的总质量为M ．一摆球挂于支架上，摆球的质量为m ，12m M <摆线的质量不计．初始时，整个装置处于静止状态．一质量为m 的子弹以大小为v 0、方向垂直于图面向里的速度射人摆球并立即停留在球内，摆球和子弹便一起开始运动．已知摆线最大的偏转角小于900，在小球往返运动过程中摆线始终是拉直的，木块未发生转动．i ．求摆球上升的最大高度． ii ．求木块的最大速率．iii ．求摆球在最低处时速度的大小和方向．14．参考解答：i ．由于子弹射人摆球至停留在球内经历的时间极短，可以认为在这过程中摆球仅获得速度但无位移．设摆球（包括停留在球内的子弹）向前（指垂直于图面向里）的速度为u ，由动量守恒定律有mv 0=2mu (l)摆球以速度u 开始向前摆动，木块亦发生运动．当摆球上升至最高时，摆球相对木块静止，设此时木块的速度为V ，摆球上升的高度为h ，因水平方向动量守恒以及机械能守恒有 2mu =(2m +M)V(2) 221(2)22mu m M V mgh =++(3) 得 208(2)Mv h g m m =+(4)ii ．摆球升到最高后相对木块要反向摆动．因为在摆球从开始运动到摆线返回到竖直位置前的整个过程中，摆线作用于支架的拉力始终向斜前方，它使木块向前运动的速度不断增大；摆线经过竖直位置后，直到摆线再次回到竖直位置前，摆线作用于支架的拉力将向斜后方，它使木块速度减小，所以在摆线（第一次）返回到竖直位置的那一时刻，木块的速度最大，方向向前以V ’表示摆线位于竖直位置时木块的速率，u ’表示此时摆球的速度（相对桌面），当u'>0，表示其方向水平向前，反之，则水平向后．因水平方向动量守恒以及机械能守恒，故有22mu mu MV ''=+(5) 22212m u m u M V ''=+(6)0V '=(7) 022mv V m M'=+(8)(7）式对应于子弹刚射人摆球但木块尚未运动时木块的速度，它也是摆球在以后相对木块往复运动过程中摆线每次由后向前经过竖直位置时木块的速度；而题中要求的木块的最大速率为（8）式，它也是摆球在以后相对木块的往复运动过程中摆线每次由前向后经过竖直位置时木块的速度．iii ．在整个运动过程中，每当摆线处于竖直位置时，小球便位于最低处．当子弹刚射人摆球时，摆球位于最低处，设这时摆球的速度为u ，由（l ）式得012u v =(9) 方向水平向前．当摆球第一次回到最低处时，木块速度最大，设这时摆球的速度为u'，由(l ）、（5）、（6）三式和（8）式可得0122m Mu v M m-'=+(10) 其方向向后．当摆球第二次回到最低处时，由（7）式木块速度减至0，设这时摆球的速度为u''， 由（l ）、（5）、（6）式可得u''＝012u v =方向向前，开始重复初始的运动．16．(20分）在海面上有三艘轮船，船A 以速度u 向正东方向航行，船B 以速度2u 向正北方向航行，船C 以速度22u 向东偏北450方向航行．在某一时刻，船B 和C 恰好同时经过船A 的航线并位于船A 的前方，船B 到船A 的距离为a ，船C 到船A 的距离为2a ．若以此时刻作为计算时间的零点，求在t 时刻B 、C 两船间距离的中点M 到船A 的连线MA 绕M 点转动的角速度．16．参考解答：以t =0时刻船A 所在的位置为坐标原点O ，作如图1所示平面直角坐标系O xy ，x 轴指向正东，y 轴指向正北．可以把船C 的速度分解成沿正东方向的分速度v x 和沿正北方向的分速度v y 两个分量．根据题意有v x ＝v y ＝2u(1)在t 时刻，三船的位置如图1所示．B 、C 二船在y 方向位移相等，两船的连线BC 与x 轴平行，两船间的距离2BC a ut =+(2) BC 的中点到B 点的距离为12a ut +．中点M 的坐标分别为 1322M x a a ut a ut =++=+（3）2M y ut =（4）可见M 点沿x 方向的速度为u ，沿y 方向的速度为2u ，在t=0时刻BC 的中点在x 轴上，其x 坐标为3a /2．在与M 点固连的参考系中考察，并建立以M 为原点的直角坐标系M x 'y',x '轴与x 轴平行，y'轴与y 轴平行，则相对M ，船A 的速度只有沿负y'方向的分量，有u AM =u AM y'=—2u (5)在时刻t ，船A 在坐标系M x 'y'的坐标为32Ax a '=-(6) A AM y u t '=(7)可以把A 船的速度分解为沿连线MA 方向的分量u AM1和垂直于连线MA 方向的分量u AM2两个分量，u AM1使连线MA 的长度增大，u AM2使连线MA 的方向改变，如图2所示．若用R 表示t 时刻连线MA 的长度，则连线MA 绕M 点转动的角速度2AM u Rω=(8) 若MA 与x '轴的夹角为θ，则有2cos AM AM u u θ=(9)而cos Ax Rθ'=（10）22A A R x y ''=+（11）由（5）到（10）各式得22212916aua u t ω=+（12）16．（20）一个质量为m 1的废弃人造地球卫星在离地面h=800km 高空作圆周运动，在某处和一个质量为m 2=91m 1的太空碎片发生迎头正碰，碰撞时间极短，碰后二者结合成一个物体并作椭圆运动。

物理知识竞赛试题一(力学部分)题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10答案A．用橡皮擦纸时，橡皮和纸间的摩擦 B．小汽车急刹车时，车轮和地面间的摩擦C．皮带正常传动时，皮带和皮带轮间的摩擦D．用转笔刀削铅笔，铅笔与刀孔间的摩擦2．在江河湖海游泳的人上岸时，在由深水走向浅水的过程中，如果水底布满石头，以下体验和分析合理的是：A．脚不痛。

因人越来越轻C．脚不痛。

因水底对人的支持力越来越小B．脚越来越痛。

因人越来越重D．脚越来越痛。

因水底对人的支持力越来越大3．秤杆上相邻刻度间所对应的质量差是相等的。

因此秤杆上的刻度应A．是均匀的 B．从提纽开始向后逐渐变密C．从提纽开始向后逐渐变疏 D．与秤杆的粗细是否均匀有关，以上三种情况均有可能5．拖拉机深耕时总比在道路上行驶时速度慢，这是为了：A．提高传动机械的效率 B．节省燃料C．增大拖拉机的牵引力D．提高柴油机的功率6．如图3，烧杯中的冰块漂浮在水中，冰块上部高出杯口，杯中水面恰好与杯口相平。

待这些冰块全部熔化后，A．将有水从烧杯中溢出 B．不会有水从烧杯中溢出，杯中水面也不会下降C．烧杯中水面会下降 D．熔化过程中水面下降，完全熔化后有水溢出7．如图所示，放在水平桌面上的容器A为圆柱形，容器B为圆锥形，两容器本身的质量和底面积都相同，装入深度相同的水后，再分别放入相同质量的木块，如图所示，下列说法中正确的是：A．放入木块前，两容器对桌面的压力相等B．放入木块前，由于A容器中的水多于B容器，故A容器底部受水的压力大于B容器C．放入木块后，两容器底部所受水的压力相等D．放入木块后，B′容器底受水的压力大于A′容器底所受水的压力8．如图所示，吊篮的重力为400牛，动滑轮重力为50牛，定滑轮重力为40牛，人的重力为600牛，人在吊篮里拉着绳子不动时需用力：A．218牛 B．220牛 C．210牛 D．236牛9．测定血液的密度不用比重计（图为这样做需要的血液量太大），而采用巧妙的办法：先在几个玻璃管内分别装入浓度不同的、呈淡蓝色的硫酸铜溶液，然后分别在每个管中滴进一滴血液。

实验十一学习使用数字万用表【思考题参考答案】1．调节电阻箱的电阻为500和5时，电阻的误差是多大？答：以0.1级为例，以每个接点的接触电阻按0.002为例。

对于500电阻从0和9999接线柱输出，误差为512.0002.06%1.0500R对于5电阻从0和9.9接线柱输出，误差为009.0002.02%1.05R2．电源电压为110V 。

是否可以只用一个电阻箱控制，得到0.5A 的电流？答：若只用一个电阻箱控制，所需电阻为Ω2205.0110R。

这需要电阻箱的100R 档，此档允许电流为0.05A ，实际电流大于额定电流，不能使用。

3．对于一块四位半的数字万用电表的直流电压200mV 量程，可能出现的最大数字是多少？最小分辨率是多少？答：最大数字为199.99mV 。

最小分辨率为0.01mV 。

4．使用数字万用电表的直流电压2V 量程测量直流电压，测量值为 1.5V ，测量误差为多少？如果测量值为0.15V ，测量误差为多少？如果换用200mV 量程测量直流电压0.15V ，误差为多少？答：我们以0.5级的三位半表为例，一个字x U U%5.0。

2V 量程测量直流电压 1.5V 时mV mV V U5.815.1%5.02V 量程测量直流电压0.15V 时mV mVVU 8.1115.0%5.0200mV 量程测量直流电压0.15V 时mVmVmVU 9.01.0150%5.0可见，测量小电压尽量选用低量程档。

5．为什么不宜用数字万用电表的电阻档测量表头内阻？答：数字万用电表电阻档内置9V 电池，而微安表头内阻在2000左右。

这样测通过表头的电流估计为mA A5.40045.020009，这个电流远大于微安表头的满量程电流。

6．为什么不能用数字万用电表的电阻档测量电源内阻？答：电阻档的使用条件是被测电阻中无电流通过，或者被测电阻两端无电压。

对电源内阻来说，一旦用电阻档测量，电源就为内阻提供了电流，这样容易烧毁电表。

第二章 高中物理竞赛和高考力学习题解答2．1 一个重量为P 的质点，在光滑的固定斜面（倾角为α）上以初速度0v 运动，0v 的方向与斜面底边的水平约AB 平行，如图所示，求这质点的运动轨道．[解答]质点在斜上运动的加速度为a = g sin α，方向与初速度方向垂直．其运动方程为x = v 0t ，2211sin 22y at g t α==⋅．将t = x/v 0，代入后一方程得质点的轨道方程为22sin g y x v α=，这是抛物线方程．2．2 桌上有一质量M = 1kg 的平板，板上放一质量m = 2kg 的另一物体，设物体与板、板与桌面之间的滑动摩擦因素均为μk = 0.25，静摩擦因素为μs = 0.30．求：（1）今以水平力F 拉板，使两者一起以a = 1m·s -2的加速度运动，试计算物体与板、与桌面间的相互作用力；（2）要将板从物体下面抽出，至少需要多大的力？[解答]（1）物体与板之间有正压力和摩擦力的作用．板对物体的支持大小等于物体的重力：N m = mg = 19.6(N)，这也是板受物体的压力的大小，但压力方向相反．物体受板摩擦力做加速运动，摩擦力的大小为：f m = ma = 2(N)，图2.1这也是板受到的摩擦力的大小，摩擦力方向也相反．板受桌子的支持力大小等于其重力：N M = (m + M )g = 29.4(N)， 这也是桌子受板的压力的大小，但方向相反．板在桌子上滑动，所受摩擦力的大小为：f M = μk N M = 7.35(N)． 这也是桌子受到的摩擦力的大小，方向也相反．（2）设物体在最大静摩擦力作用下和板一起做加速度为a`的运动，物体的运动方程为 f =μs mg = ma`， 可得 a` =μs g ．板的运动方程为F – f – μk (m + M )g = Ma`， 即 F = f + Ma` + μk (m + M )g= (μs + μk )(m + M )g ，算得 F = 16.17(N)．因此要将板从物体下面抽出，至少需要16.17N 的力．2．3 如图所示：已知F = 4N ，m 1 = 0.3kg ，m 2 = 0.2kg ，两物体与水平面的的摩擦因素匀为0.2．求质量为m 2的物体的加速度及绳子对它的拉力．（绳子和滑轮质量均不计）[解答]利用几何关系得两物体的加速度之间的关系为a 2 = 2a 1，而力的关系为T 1 = 2T 2．对两物体列运动方程得12图2.3T 2 - μm 2g = m 2a 2， F – T 1 – μm 1g = m 1a 1． 可以解得m 2的加速度为12212(2)/22F m m g a m m μ-+=+= 4.78(m·s -2)，绳对它的拉力为2112(/2)/22m T F m g m m μ=-+= 1.35(N)．2．4 两根弹簧的倔强系数分别为k 1和k 2．求证：（1）它们串联起来时，总倔强系数k 与k 1和k 2．满足关系关系式12111k k k =+；（2）它们并联起来时，总倔强系数k = k 1 + k 2． [解答]当力F 将弹簧共拉长x 时，有F = kx ，其中k 为总倔强系数．两个弹簧分别拉长x 1和x 2，产生的弹力分别为F 1 = k 1x 1，F 2 = k 2x 2．（1）由于弹簧串联，所以F = F 1 = F 2，x = x 1 + x 2，因此 1212F F F k k k =+，即：12111k k k =+．（2）由于弹簧并联，所以F = F 1 + F 2，x = x 1 = x 2， 因此 kx = k 1x 1 + k 2x 2， 即：k = k 1 + k 2．2．5 如图所示，质量为m 的摆悬于架上，架固定于小车上，在下述各种情2 图2.4况中，求摆线的方向（即摆线与竖直线的夹角θ）及线中的张力T ．（1）小车沿水平线作匀速运动； （2）小车以加速度1a 沿水平方向运动；（3）小车自由地从倾斜平面上滑下，斜面与水平面成φ角； （4）用与斜面平行的加速度1b 把小车沿斜面往上推（设b 1 = b ）； （5）以同样大小的加速度2b （b 2 = b ），将小车从斜面上推下来． [解答]（1）小车沿水平方向做匀速直线运动时，摆在水平方向没有受到力的作用，摆线偏角为零，线中张力为T = mg ．（2）小车在水平方向做加速运动时，重力和拉力的合力就是合外力．由于tan θ = ma/mg ， 所以 θ = arctan(a/g )；绳子张力等于摆所受的拉力：T =（3）小车沿斜面自由滑下时，摆仍然受到重力和拉力，合力沿斜面向下，所以θ = φ； T = mg cos φ．（4）根据题意作力的矢量图，将竖直虚线延长， 与水平辅助线相交，可得一直角三角形，θ角的对边 是mb cos φ，邻边是mg + mb sin φ，由此可得：cos tan sin mb mg mb ϕθϕ=+，（2）因此角度为cos arctan sin b g b ϕθϕ=+；而张力为T ==．（5）与上一问相比，加速度的方向反向，只要将上一结果中的b 改为-b 就行了．2．6 如图所示，一半径为R 的金属光滑圆环可绕其竖直直径转动．在环上套有一珠子．今逐渐增大圆环的转动角速度ω，试求在不同转动速度下珠子能静止在环上的位置．以珠子所停处的半径与竖直直径的夹角θ表示．[解答]珠子受到重力和环的压力，其合力指向竖直直径，作为 珠子做圆周运动的向心力，其大小为：F = mg tg θ． 珠子做圆周运动的半径为r = R sin θ． 根据向心力公式得F = mg tg θ = mω2R sin θ， 可得2cos mgR ωθ=，解得2a r c c o s gR θω=±． 2.7设某行星绕中心天体以公转周期T 沿圆轨道运行.试用开普勒第三定律证明：mg图2.11一个物体由此轨道自静止而自由下落至中心天体所需的时间为t =.[解 答]322232223222GM GM T 4F 11a ,r at t r GM m r 22r GM T 11r GM t ,GM t ,t 224ππ========中中中中中中，2.8 土星质量为265.710kg ⨯，太阳质量为302.010kg ⨯，二者的平均距离是121.410m ⨯.（1）太阳对土星的引力有多大？（2）设土星沿圆轨道运行，求它的轨道速度.[解 答]（1）232GM M F 1.510N r ==⨯土太（2）2322GM GM Ma F,a ,9.7610(m /s)r r r νν=====⨯太 太 ， 2.9 （1）一个球形物体以角速度ω旋转.如果仅有引力阻碍球的离心分解，此物体的最小密度是多少？由此估算巨蟹座中转速为每秒30转的脉冲星的最小密度.这脉冲星是我国在1054年就观察到的超新星爆的结果.（2）如果脉冲星的质量与太阳的质量相当（~30210kg ⨯或~5e 310M ⨯，e M 为地球质量），此脉冲星的最大可能半径是多少？（3）若脉冲星的密度与核物质的相当，它的半径是多少?核密度约为1731.210kg /m ⨯.[解 答]（1）以最外层任一质元计算：3224r m 3G m r r πρω⋅=2214311(302)1.310(kg /m )44G 6.61033ωπρππ-⨯===⨯⨯⨯（2）354M r ,r 1.510(m)3πρ===⨯（3） 34M r 3πρ=核可求。

附一：全国中学生物理竞赛实验指导书目录实验一实验误差 (1)实验二在气轨上研究瞬时速度 (10)实验三测定金属的杨氏模量 (13)(一)用金属丝的伸长测定杨氏模量(光杠杆法) (13)(二)用CCD成像系统测定杨氏模量 (17)实验四：单摆的运动特性 (21)实验五气轨上研究碰撞过程中动量和能量变化 (24)实验六测量空气中的声速 (28)实验七弦线上的驻波实验 (31)实验八测定冰的熔化热 (35)实验九测定固体的线膨胀系数 (40)实验十测定液体的热容 (43)实验十一学习使用数字万用电表 (46)实验十二制流和分压电路 (54)实验十三测定直流电源的参数并研究其输出特性 (59)实验十四磁电式直流电表的改装 (67)实验十五用量程为200mV的直流数字电压表组装多量程的直流电压表和直流电流表 (69)实验十六测量非线性元件的伏安特性 (72)实验十七直流平衡电桥 (77)实验十八学习使用示波器 (80)实验十九观测电容特性 (86)实验二十黑盒子 (89)实验二十一测量温度传感器的温度特性 (91)实验二十二测量热敏电阻的温度特性 (95)实验二十三用霍尔效应测量磁场 (98)实验二十四测量光敏电阻的光电特性 (101)实验二十五研究光伏探测器的光电特性 (104)实验二十六发光二极管的光电特性 (107)实验二十七研究亥姆霍兹线圈轴线磁场分布 (109)实验二十八测定玻璃的折射率 (112)实验二十九测量薄透镜的焦距..................................................................(1l7)- 实验三十望远镜和显微镜 (123)实验三十一光的干涉现象 (127)实验三十二研究光的夫琅禾费衍射现象 (131)实验三十三调节分光计并用掠入射法测定折射率 (134)实验三十四观测氢原子光谱 (139)- 1 -附二：宝鸡市中学生物理竞赛（高中）预赛报名登记表此表为依据；“所在市、校”栏统一填写为：“宝鸡市×××学校”；“编号栏”暂时不要填写。

第40届全国中学生物理竞赛决赛实验考试标准答案第一题（16分）1.1（2 分）速度ν(t)的表达式：ν(t)=2(ρ−ρL)gr29η(1−e−9ηt2ρr2)（1分）收尾速度ν0的表达式：ν0=2(ρ−ρL)gr29η（1分）1.2（2分）估算小球下落速度为0.99ν0时的下落距离L= 0.000086m~0.000171m 。

1.3（3分）粘滞系数的计算公式η=(ρ−ρL)gd2t18s，（0.5分）粘滞系数η= 1.65 Pa∙s。

（1分）粘滞系数η的不确定度计算公式：∆η=η̅√(2∆dd̅)2+(∆tt)2或 ∆η=(ρ−ρL)gd̅2t18s√(2∆dd̅)2+(∆tt)2(0.5分)粘滞系数η的不确定度计算结果：0.018或者0.02 Pa∙s。

（1分）。

1.4（1分）需要进行斯托克斯公式的1阶修正。

1.5（1分）会影响实验结果的准确性的选项是A, B, C。

1.6（2 分）你从图中总结出的规律是：粘滞系数随温度升高而减小，室温下粘滞系数越大的液体随温度升高减小的更快, 三种液体的粘滞系数大小关系始终不变，曲线没有交点。

（1分）微观解释：液体的粘滞力是相邻层间存在速度差时产生的一种内摩擦力。

温度升高时，液体中分子的热运动加剧，分子间的距离增大，分子间的吸引力减小，从而降低了液体内部的摩擦力。

因此，液体的粘滞系数随温度升高而降低，流动性增加。

（1分）1.7 (2分)A= （2.0×10-6~1.5×10-3）mPa∙s; （1分）B= (4.3×10-20~7.1×10-20 ) J。

（1分）1.8 (1分)说法正确的是：C,D。

得分阅卷复核1.9（1分）小球的收尾速度ν0=(0.16-0.21) m/s。

1.10（1分）关于这个实验设计方案的哪些分析是不正确的：A, C。

第二题（24分）2.1（2分）水的体膨胀系数的计算公式β=1M0−M T (∆M T∆T)2.2（2分）样品在40℃时的∆M T∆T=(0.23-0.36) g/℃，（1分）0.19 g/℃≤∆M T∆T <0.23 g/℃或0.36 g/℃<∆M T∆T≤0.40 g/℃（0.5分）体膨胀系数β=(4.63×10-4~7.25×10-4 )℃-1。