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第三十二届全国中学生物理竞赛实验试题实验一 二极管正向伏安特性精确测量 (30分)二极管是典型的非线性元件，其伏安特性满足=-0(1)qUnkTI I e，其中0I 为反向饱和电流（其值取决于材料、温度、掺杂浓度和截面积等），q 为电子电量（-=⨯191.60210q C ），k 为玻尔兹曼常数（231.3810/k J K -=⨯），U 为二极管的外加电压，T 为绝对温度，n 为理想因子。
精确测量其伏安特性时，必须设计合理电路，以消除电流表和电压表内阻对测量的影响。
已知待测二极管为硅管，正向开启电压约为0.5V ，导通时电压约为0.6-0.8V 。
实验器材直流稳压电源1台；数字式万用表2只；电位器2只；标准电阻箱1只；直流检流计1台；恒温水浴锅一台；待测二极管（置于封闭的石英管中）一个；可编程计算器一台；导线若干。
实验要求1.根据所给实验器材设计实验方案，精确测量在t = 270C 时二极管的正向伏安特性（电流变化范围：0.5~1000 µA ，测量不少于20组数据）：(1) 画出实验电路图，说明实验原理，写出实验步骤； (2) 设计表格并记录实验数据；(3) 画出二极管正向伏安特性曲线，用最小二乘法或作图法得出反向饱和电流I 0和理想因子n 。
2.二极管中的电流恒定时，其两端电压会随温度变化而变化。
设定二极管的电流分别为5µA 、15µA 和20µA ，确定其电压与温度的关系，推导出在绝对零度时的二极管电压U g(0)；并在此基础上讨论并消除电流大小对二极管U g(0)的影响（建议温度范围270C ~700C ）：(1) 说明实验原理，写出实验步骤； (2) 设计表格并记录实验数据；(3) 分别画出电流为5µA 、10µA 和15µA 时二极管电压U 与热力学温度T 的关系曲线、得出U 与T 的关系式、推导出在绝对零度时的二极管电压U g(0)；分析不同恒定电流条件下，所获得绝对零度时二极管正向结电压的特点及其产生原因，并试图消除。
第32届全国中学生物理竞赛预赛试卷本卷共16题，满分200分．一、选择题．本题共5小题，每小题6分．在每小题给出的4个选项中，有的小题只有一项符合题意，有的小题有多项符合题意。
把符合题意的选项前面的英文字母写在每小题后面的方括号内．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分．1.2014年3月8日凌晨2点40分，马来西亚航空公司一架波音777-200飞机与管制中心失去联系．2014年3月24日晚，初步确定失事地点位于南纬31º52′、东经115 º 52′的澳大利亚西南城市珀斯附近的海域．有一颗绕地球做匀速圆周运动的卫星，每天上午同一时刻在该区域正上方对海面拍照，则A.该卫星一定是地球同步卫星B.该卫星轨道平面与南纬31 º 52′所确定的平面共面C.该卫星运行周期一定是地球自转周期的整数倍D.地球自转周期一定是该卫星运行周期的整数倍2.23892U （铀核）衰变为22288Rn （氡核）要经过A.8次α衰变，16次β衰变B.3次α衰变，4次β衰变C.4次α衰变，16次β衰变D. 4次α衰变，4次β衰变3．如图，一半径为R的固定的光滑绝缘圆环，位于竖直平面内；环上有两个相同的带电小球a和b(可视为质点)，只能在环上移动，静止时两小球之间的距离为R。
现用外力缓慢推左球a使其到达圆环最低点c，然后撤除外力．下列说法正确的是A.在左球a到达c点的过程中，圆环对b球的支持力变大B．在左球a到达c点的过程中，外力做正功，电势能增加。
C.在左球a到达c点的过程中，a、b两球的重力势能之和不变D.撤除外力后，a、b两球在轨道上运动过程中系统的能量守恒4．如图，O点是小球平抛运动抛出点；在O点有一个频闪点光源，闪光频率为30Hz；在抛出点的正前方，竖直放置一块毛玻璃，小球初速度与毛玻璃平面垂直．在小球抛出时点光源开始闪光．当点光源闪光时，在毛玻璃上有小球的一个投影点．已知图中O点与毛玻璃水平距离L=1．20 m，测得第一、二个投影点之间的距离为0.05 m．取重力加速度g=10m/s2．下列说法正确的是A.小球平抛运动的初速度为4m/sB．小球平抛运动过程中，在相等时间内的动量变化不相等C．小球投影点的速度在相等时间内的变化量越来越大D.小球第二、三个投影点之间的距离0．15m5．某同学用电荷量计(能测出一段时间内通过导体横截面的电荷量)测量地磁场强度，完成了如下实验：如图，将面积为S ，电阻为"的矩形导线框abcd 沿图示方位水平放置于地面上某处，将其从图示位置绕东西轴转180º，测得通过线框的电荷量为Q 1；将其从图示位置绕东西轴转90 º ，测得通过线框的电荷量为Q 2.该处地磁场的磁感应强度大小应为 A.22214Q Q S R + B.2221Q Q S R + C. 2221212Q Q Q Q S R ++ D. 222121Q Q Q Q SR ++ 二、填空题．把答案填在题中的横线上．只要给出结果，不需写出求得结果的过程．6．(10分)水平力F 方向确定，大小随时间的变化如图a 所示；用力F 拉静止在水平桌面上的小物块，在F 从0开始逐渐增大的过程中，物块的加速度a 随时间变化的图象如图b 所示．重力加速度大小为10m/s 2。
第30届全国物理竞赛决赛实验试题实验题目二 研究小灯泡的发光问题”题解与评分标准【问题1】确定灯泡灯丝温度与电阻的关系 （18 分）1.1设计出确定环境温度下灯泡灯丝电阻 R o 的路线图（3分）（若申请了提 示卡1，扣除6分）测量原理电路图如图1所示线路图评分标准： （1） .电路原理正确2分（2） .元件符号使用正确0.5分，连线无断点0.5分 1.2简述测量原理及步骤（6分） 测量原理（4.5分）:通过测量在环境温度（室温）下灯泡的灯丝电阻，由公式 T=aR 0.83计算得出 a,即可确定灯泡的灯丝温度与其电阻的关系。
小灯泡由于其通电之后的热效应， 其环境温度下的电阻不能直接测量。
（在原理部分，可能出现以下三种答案）答案1：利用小功率下的灯丝电阻与电功率关系外推到零功率的情况下获得， 此部分 测量线路如图1所示。
图中R 1为电位器，R 2为标准电阻，L 是小灯泡。
记录灯 丝电压及标阻电压，从而获得灯丝电阻与其电功率的关系，画出他们的关系曲线， 外推到功率为零即可获得环境温度下的电阻。
为测出环境温度下的灯丝电阻，可不必进行大功率范围的测量，只测量小功 率下的即可。
答案 2.T 17^71圈1测畳灯銘环境温度下电阻的线路图E=l. 0V"12V 弘小灯泡内阻° 氐电位器 &标准电阻游C &光电池并联电 阻 loo" 讥灯泡上电压 讥标阻上电压 讥光电池电压利用低电流下的灯丝电阻与电流关系外推到零电流的情况下获得，此部分测量线路如图1所示。
图中R i为电位器，R2为标准电阻，L是小灯泡。
记录灯丝电压及标阻电压，从而获得灯丝电阻与其电流的关系，画出他们的关系曲线，外推到电流为零即可获得环境温度下的电阻。
为测出环境温度下的灯丝电阻，可不必进行大电流范围的测量，只测量小电流下的即可。
答案 3.利用低电压下的灯丝电阻与电压关系外推到零电压的情况下获得，此部分测量线路如图1所示。
第32届全国中学生物理竞赛复赛理论考试试题、评分标准及专家点评第32届全国中学生物理竞赛复赛理论考试试题2015年9月19日说明：所有解答必须写在答题纸上，写在试题纸上无效。
一、（15分）在太阳内部存在两个主要的核聚变反应过程：碳循环和质子-质子循环；其中碳循环是贝蒂在1938年提出的，碳循环反应过程如图所示。
图中p 、+e 和e ν分别表示质子、正电子和电子型中微子；粗箭头表示循环反应进行的先后次序。
当从循环图顶端开始，质子p 与12C 核发生反应生成13N 核，反应按粗箭头所示的次序进行，直到完成一个循环后，重新开始下一个循环。
已知+e 、p 和He 核的质量分别为0.511 MeV/c 2、1.0078 u 和4.0026 u （1u ≈931.494 MeV/c 2），电子型中微子e ν的质量可以忽略。
（1）写出图中X 和Y 代表的核素；（2）写出一个碳循环所有的核反应方程式； （3）计算完成一个碳循环过程释放的核能。
二、（15分）如图，在光滑水平桌面上有一长为L 的轻杆，轻杆两端各固定一质量均为M 的小球A 和B 。
开始时细杆静止；有一质量为m 的小球C 以垂直于杆的速度0v 运动，与A 球碰撞。
将小球和细杆视为一个系统。
（1）求碰后系统的动能（用已知条件和球C 碰后的速度表出）；（2）若碰后系统动能恰好达到极小值，求此时球C 的速度和系统的动能。
三、（20分）如图，一质量分布均匀、半径为r 的刚性薄圆环落到粗糙的水平地面前的瞬间，圆环质心速度v 0与竖直方向成θ（π3π22θ<<）角，并同时以角速度0ω（0ω的正方向如图中箭头所示）绕通过其质心O 、且垂直环面的轴转动。
已知圆环仅在其所在的竖直平面内运动，在弹起前刚好与地面无相对滑动，圆环与地面碰撞的恢复系数为k ，重力加速度大小为g 。
忽略空气阻力。
（1）求圆环与地面碰后圆环质心的速度和圆环转动的角速度；（2）求使圆环在与地面碰后能竖直弹起的条件和在此条件下圆环能上升的最大高度；（3）若让θ角可变，求圆环第二次落地点到首次落地点之间的水平距离s 随θ变化的函数关系式、s 的最大值以及s 取最大值时r 、0v 和0ω应满足的条件。
全国中学生第30届——32届物理决赛实验试题及答案Doc1LT每个过程0.5分。
1.3自行设计表格，将所获得的数据列入表格，并用作图法给R0（9分）（1）直流稳压电源的输出电压=1.0V（可自行设定固定电压的数值，但应能够满足测量要求）。
（2）室温t0=17.9℃（3）标准电阻阻值=20.0Ω（或100Ω，此时标阻电压是下面列表的5倍）。
表1 测量环境温度下的电阻R0序号测量数据计算所得数据灯丝电压（mV）标阻电压（mV）灯丝电流（mA）灯丝电阻（Ω）灯丝电功率（mW）1 21.1 40.0 2.00 10.55 0.0422 31.8 60.0 3.00 10.60 0.0953 42.8 79.9 4.00 10.71 0.1714 54.4 100.1 5.01 10.87 0.2725 66.3 120.0 6.00 11.05 0.3986 79.1 140.4 7.02 11.27 0.5557 92.6 160.4 8.02 11.55 0.7438 107.3 180.5 9.03 11.89 0.968 910解答一：测量电阻与功率的关系解答二：测量电阻与电流的关系解答三：测量电阻与电压的关系利用室温下的灯丝电阻：R0=10.45Ω（由灯丝电阻与电功率关系外推得出）和室内温度为17.9℃，由公式T=aR0.83求得290.9=a·10.450.83，可计算得a=41.48，故而有小灯泡温度与电阻的关系为T=41.48·R0.83，当我们测得小灯泡的电阻即可获得其温度值。
评分标准：1.设计的表格及数据记录清晰合理、数据不缺项1分（含实验测量数据、有效数字、电压固定电压、温度等参数）2.测量数据区间合适1分（测量的灯泡电阻阻值区间应在小阻值区间）3.测量数据足量能够给出结论（实验点不少于8个），1分4.从绘制的数据曲线观察，数据点具有很好的规律，无明显离散满分1分，如离散较大扣1分，说明电源电压选择不合理，在操作中可能出现了反复调整小灯泡电压的情况。
32届中学生物理竞赛复赛试题(含答案)_32届中学生物理竞赛复赛试题(含答案)32届中学生物理竞赛复赛试题(含答案)第32届全国中学生物理竞赛复赛理论考试试题讲明：所有解答必须写在答题纸上，写在试题纸上无效。
一、〔15分〕在太阳内部存在两个主要的核聚变反响经过：碳循环和质子-质子循环；其中碳循环是贝蒂在1938年提出的，碳循环反响经过如下图。
图中p、+e和eν分别表示质子、正电子和电子型中微子；粗箭头表示循环反响进行的先后次序。
当从循环图顶端开场，质子p与12C核发生反响生成13N 核，反响按粗箭头所示的次序进行，直到完成一个循环后，重新开场下一个循环。
已知+e、p和He核的质量分别为0.511MeV/c2、1.0078u和4.0026u 〔1u≈931.494MeV/c2〕，电子型中微子eν的质量能够忽略。
〔1〕写出图中X和Y代表的核素；〔2〕写出一个碳循环所有的核反响方程式；〔3〕计算完成一个碳循环经过释放的核能。
二、〔15分〕如图，在光滑水平桌面上有一长为L的轻杆，轻杆两端各固定一质量均为M的小球A和B。
开场时细杆静止；有一质量为m的小球C以垂直于杆的速度0v运动，与A球碰撞。
将小球和细杆视为一个系统。
〔1〕求碰后系统的动能〔用已知条件和球C碰后的速度表出〕；〔2〕若碰后系统动能恰好到达极小值，求此时球C的速度和系统的动能。
三、〔20分〕如图，一质量分布均匀、半径为r的刚性薄圆环落到粗糙的水平地面前的霎时，圆环质心速度v0与竖直方向成θ〔π3π22θ32届中学生物理竞赛复赛试题(含答案)32届中学生物理竞赛复赛试题(含答案)VpcdV13V1p3pc'2p5V1〔3〕已知0sRL>>，求从C先到达P点、直至B到达P 点经过中最大频移与最小频移之差〔带宽〕，并将其表示成扇形波束的张角θ的函数。
已知：当1y≥。
光在薄膜层1里来回反射，沿锯齿形向波导延伸方向传播。
图中，ijθ是光波在介质j外表上的入射角，tjθ是光波在介质j外表上的折射角。
第32届全国中学生物理竞赛预赛试卷本卷共l6题，满分200分。
一、选择题．本题共5小题，每小题6分．在每小题给出的4个选项中，有的小题只有一项符合题意，有的小题有多项符合题意。
把符合题意的选项前面的英文字母写在每小题后面的方括号内．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分．1. 2014年3月8日凌晨2点40分，马来西亚航空公司一架波音777-200飞机与管制中心失去联系．2014年3月24日晚，初步确定失事地点位于南纬31o52′、东经115 o 52′的澳大利亚西南城市珀斯附近的海域．有一A .B .C .D . 2. 23892U A . 8次αC . 4次α3．如图，)，下A . 在左球B ．在左球C . 在左球D . 4．如图，0.05 m ．取A .BCD . 5将面积为S ，电阻为"的矩形导线框abcd 沿图示方位水平放置于地面上某处，将其从图示位置绕东西轴转180o ，测得通过线框的电荷量为Q 1；将其从图示位置绕东西轴转90 o ，测得通过线框的电荷量为Q 2。
该处地磁场的磁感应强度大小应为A . 22214Q Q S R + B . 2221Q Q S R + C . 2221212Q Q Q Q S R ++ D . 222121Q Q Q Q S R ++ 二、填空题．把答案填在题中的横线上．只要给出结果，不需写出求得结果的过程．6．(10分)水平力F 方向确定，大小随时间的变化如图a 所示；用力F 拉静止在水平桌面上的小物块，在F 从0开始逐渐增大的过程中，物块的加速度a随时间变化的图象如图b所示．重力加速度大小为10m/s2。
由图示可知，物块与水平桌面间的最大静摩擦力为；物块与水平桌面间的动摩擦因数为；在0~4s时间内，合外力做的功为。
7．(10分)如图，物块A、C置于光滑水平桌面上，通过轻质滑轮和细绳悬挂物块B，物块A、B的质量均为2kg，物块C的质量为1 kg，重力加速度大小为10m/s2。
32届全国物理竞赛决赛理论考试试题第32届全国中学生物理竞赛决赛理论考试试题考生须知1.考生考试前务必认真阅读本须知。
2.考试时间为3个小时。
3.试题从本页开始，共4页，含八道大题，总分为140分。
试题的每一页下面标出了该页的页码和试题的总页数。
请认真核对每一页的页码和总页数是否正确，每一页中是否有印刷不清楚的地方，发现问题请及时与监考老师联系。
4.考生可以用发的草稿纸打草稿，但需要阅卷老师评阅的内容一定要写到答题纸上；阅卷老师只评阅答题纸上的内容，写在草稿纸和本试题纸上的解答一律无效。
——————————————————以下为试题————————————————本试卷解答过程中可能需要用到下列公式；1 22 21ln;2;ln(1),2x xxdx dx xx C x x x x x x==+≈-⎰⎰当||<<1一、(15分)一根轻杆两端通过两根轻质弹簧A和B悬挂在天花板下，一物块D通过轻质弹簧C连在轻杆上；A、B和C的劲度系的电阻为0R 、电感为0L 。
导轨与电电枢间摩擦以及空气阻力可忽略．(1)试画出轨道型电磁发射器的等效电路图，并给出回路方程；(2)求发射体在导轨中运动加速度的大小与回路电流的关系：(3)设回路电流为恒流I(平顶脉冲龟流)、电枢和发射体的总质量为m s +m a =0.50kg 、导轨长度为x m =500m 、导轨上单位长度电感增加'10/r LH m μ=，若发射体开始时静止，出口速度v sm =3.0×103m/s ，求回路电流I 和加速时间τ。
三、(15分)俄国火箭专家齐奥尔科夫斯基将火箭发射过程进行模型简化，得出了最早的理想火箭方程，为近代火箭、导弹工程提供了理论依据。
该简化模型为：待发射火箭静止于惯性参考系S 中某点，忽略火箭所受的地球引力等外力的作用，火箭(包含燃料)的初始静止质量为M i ；在t=0时刻点火，火箭向左排出气体，气体相对于火箭的速度恒为V S ，使火箭向右发射；在S 系中观测，火箭的速度为V 1，排出气体的速度为V 2，如图所示。
第30届全国物理竞赛决赛实验试题实验题目二“研究小灯泡的发光问题”题解与评分标准【问题1】确定灯泡灯丝温度与电阻的关系（18分）1.1设计出确定环境温度下灯泡灯丝电阻R0的路线图（3分）（若申请了提示卡1，扣除6分）测量原理电路图如图1所示。
线路图评分标准：（1）.电路原理正确2分（2）.元件符号使用正确0.5分，连线无断点0.5分。
1.2简述测量原理及步骤（6分）测量原理（4.5分）：通过测量在环境温度（室温）下灯泡的灯丝电阻，由公式T=aR0.83计算得出a，即可确定灯泡的灯丝温度与其电阻的关系。
小灯泡由于其通电之后的热效应，其环境温度下的电阻不能直接测量。
（在原理部分，可能出现以下三种答案）答案1:利用小功率下的灯丝电阻与电功率关系外推到零功率的情况下获得，此部分测量线路如图1所示。
图中R1为电位器，R2为标准电阻，L是小灯泡。
记录灯丝电压及标阻电压，从而获得灯丝电阻与其电功率的关系，画出他们的关系曲线，外推到功率为零即可获得环境温度下的电阻。
为测出环境温度下的灯丝电阻，可不必进行大功率围的测量，只测量小功率下的即可。
答案2.利用低电流下的灯丝电阻与电流关系外推到零电流的情况下获得，此部分测量线路如图1所示。
图中R1为电位器，R2为标准电阻，L是小灯泡。
记录灯丝电压及标阻电压，从而获得灯丝电阻与其电流的关系，画出他们的关系曲线，外推到电流为零即可获得环境温度下的电阻。
为测出环境温度下的灯丝电阻，可不必进行大电流围的测量，只测量小电流下的即可。
答案3.利用低电压下的灯丝电阻与电压关系外推到零电压的情况下获得，此部分测量线路如图1所示。
图中R1为标准电阻，L是小灯泡。
记录灯丝电压及标阻电压，从而获得灯丝电阻与其电压的关系，画出他们的关系曲线，外推到电压为零即可获得环境温度下的电阻。
为测出环境温度下的灯丝电阻，可不必进行大电压围的测量，只测量低电压下的即可。
原理部分评分标准：（1）明确需要测量室温下的电阻，利用测量到的室温度和电阻来确定a，1分（2）①由于小灯泡的热效应直接与其电功率相对应，因此用功率为零来获得室温下的电阻较为合理，得3分。
