高中物理竞赛初赛试题及标准答案+物理奥林匹克竞赛模拟题及答案

高中物理竞赛初赛试题

及标准答案+物理奥林匹克竞赛模拟题及答案

第二届全国高中应用物理知识竞赛 （同方创新杯）北京赛区决赛试卷

注意事项：

1．请在密封线内填写所在区县、学校、姓名和考号。

2．用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。

3．答卷过程中可以使用普通型计算器。

4．本试卷共有十个题，总分为150分。

5．答卷时间：2007年4月22日（星期日）上午9：30~11：30。

题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 总分

分数

复核人

1．（9分）普通的量角器测量角度一般只能读出1°，专用的角度尺则可借助游标实现精密测量。从图1(a)可以看出：这种角度尺上，与游标尺的一个分度所对应的主尺上的角度值为 ，因此借助游标能够读出的最小角度值为 。测量某个角度时游标的位置如图1(b)，则所测的角度值为 。

得分 评卷人

得分 评卷人

图 1 2．（15分）交流电的测量中，常使用电流互感器来扩大交流电流表的量程，使用电压互感器来扩大交流电压表的量程，并且可以将被测量的高压电路隔离，以保证操作人员的安全，如图2所示。在这种特定的情况下，互感器都可以看作理想的变压器。为了制造的标准化，规定电流互感器的副线圈一律连接量程为0 ~ 5A的电流表，电压互感器副线圈一律连接量程为0 ~ 100V的电压表。

请回答下面的问题：

（1）图中互感器T1 、T2的工作原理都遵守同一个基本的电学规律，即

定律。

（2）图中电表M1应为[ ]；M2应为[ ]。

（在下面4个答案中选择正确的，将对应的字母填入方括号内）

A．直流电流表， B．交流电流表， C．直流电压表， D．交流电压表。

（3）设图中互感器T1的两个线圈的匝数比n1 : n2 = 40 : 1，当它所连接的电表读数恰好为1/2量程时，则被测电路中的被测物理量的数值是 。

（4）设图中互感器T2的两个线圈的匝数比n1: n2 = 1: 50 ，当它所连接的电表读数恰好为1/2量程时，则被测电路中的被测物理量的数值是 。

3．（12分）某公司要在地铁隧道黑暗的墙壁上安装广告牌。为使高速运行中的列车上的乘客能看清广告内容，需要特殊的设计。在两地铁站中间的列车匀速行驶路段布置一系列同样大小的广告牌，它们水平排列，高度一样，画面均由许多发光二极管组成，并由专门的电子电路控制。每个广告牌 高0.60m、宽0.90m，相邻两广告牌的间距都是0.21m，当列车在上述路段行驶的速度是60km/h时，车上的乘客可看清隧道墙壁上播放的广告动画（当然也可以是静止的画面）。

（1）简述产生上述视觉效果的原理。

（2）计算发光二极管应按照怎样的规律发光。

得分 评卷人

得分 评卷人

T2 n1

n2 n2 n1

T1 4．（9分）图3所示是多用表内交流电压挡的实际电路。共有5挡量程：2.5V、10V、50V、250V、500V，G是直流微安表头。请回答下面的问题：

（1）由图可知滑动键K与触点“2”接触时，选用的是量程为

的交流电压挡。

（2）二极管D1起的作用是

。

（3）用该表测量正弦交流电时，通过表头G的电流图象应为图4所示的A、B、C、D中的

图。

5．（15分）用热敏电阻制作的一种热敏温度计电路如图5所示。图中RT为热敏电阻（其阻值随温度的升高而减小，并且不是线性关系），R1、R2为定值电阻， R3、R4为可调电阻， E为干电池，μA为指针式直流电流表（量程0 ~ 200μA ，其内阻与R1、R2、R3、RT都在同一数量级）。用电流表显示由热敏电阻所测量的温度值，设定测量范围为10℃ ~ 90℃。要借助一支标准的水银温度计，通过实验对这个热敏温度计进行校准（标定），用电流表上的0μA显示10℃，200μA 显示90℃。

请回答下面的问题：

(1) 校准10℃的操作是：将热敏电阻和标准温度计同时放入水中，并调节水的温度，当标准温度计指示10℃时，接通开关S，调节电路中的元件 （填入某个元件的字母符号），使得 。

(2) 校准90℃的操作是：将热敏电阻和标准温度计同时放入水中，并调节水的温度，当标准温度计指示90℃时，接通开关S，调节电路中的元件 （填入某个元件的字母符号），使得 。

(3)上述第1项操作起的作用是 [ ] ；第2项操作起的作用是 [ ] 。

（在下面4个答案中选择正确的，将对应的字母填入方括号内）

A．改变A、C两点间的电压UAC，从而改变通过电流表的电流。

B．改变RT与R3这两个电阻的比值，从而使B、D两点间的电压UBD = 0。

C．使流过支路ABC和支路ADC中的电流大小相等。

D．使R3 与RT阻值相等。

(4)上述两项操作，必须先进行第 项 ，并且在进行另一项时，必须保持元件 的阻值不变。

(5)电流表两个接线端的极性，必须是P为 、Q为 ，理由是：

。 图 4 得分 评卷人

R2 D1 D2

R3 R4 R5 R1 G i i

t

t t

t i i A B

C D 0 0 0

0

K

图 3

图5 RT R1 R2

R3 P Q

UAC

R4 A B

DCμA

ES图 4

6．（15分）一种观测电容器充、放电实验的电路如图6所示。图中A、V分别为电流、电压传感器，滑动变阻器R1 规格为50Ω，电阻箱R2 取值4000Ω。实验中，用电流传感器、电压传感器、数据采集器、计算机自动测量、记录电容器充、放电过程中一系列时刻的电流、电压值，并由计算机描绘出电流I、电压U随时间t变化的图象。实验时，单刀双掷开关S 原来与触点b接触。开始采集数据后，先将S与触点a接触几十秒，然后改为与b接触几十秒。图7(a)、图7(b)所示是测量某电容器所得到图象的一部分。当电压和电流的方向与传感器的极性一致时，数据点位于图象坐标纵轴的正方向。

请回答下面的问题：

(1) 图7(a)是 过程的图象（填：充电或放电），图7(b)是 过程的图象（填：充电或放电）。

（2）由题中给出的图线估算实验所测量的电容器的电容量。写出必要的过程，并说明计算的依据。

得分 评卷人

a

+ b S A

V C

R2 R1 E -

- +

图 6 +

图 7(a) 图 7(b) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 t/s 0 5 10 15 20 25 30 35 t/s I/mA U/V

1.5

1.0

-1.0 0

-0.5

-1.5 0.5 6

4

-4 0

-2

-6 2 7．（15分）“饮水鸟”是一种有趣的玩具，相传是我国古代人发明的，外形像一只鸟（图8是一个现代仿制品）。它的神奇之处在于，它会不停地前后摆动身体，并且每过一段时间就俯下身去喝一次面前放的一杯水。现在制造的“饮水鸟”的内部结构如图9（a）所示。鸟主体由两个空心薄壁玻璃球和连通两球的玻璃管构成，他们是密封的。上部的球是鸟的头。它的嘴是一根细管，內部填有棉线，棉线与包裹着头部的棉布相连。下部的球是鸟的身体，其腔内充入一些易挥发的液体（如乙醚）和它的饱和汽。连接头和身体的管延伸到下部球的腔內，液体浸过了管的末端。鸟身上合适的位置安装水平的细轴来支承，可以自由转动。当它不工作而处于平衡状态时如图9（a）所示，鸟身略为向前倾斜。

初始时，用手让鸟低头饮一次水（即让鸟嘴碰到水面吸些水，如图9（b）所示），释放后，鸟会立起身来做小幅度的摆动，经过片刻，鸟便会自行俯下身去再次饮水，此后又重复上述过程，很像是一台“永动机”。

已知液体的饱和汽的压强是随温度的升高而增大的，与汽的体积无关。请用此和其他相关的知识解释“饮水鸟”的工作原理，并说明它为什么不是第一类永动机。

得分 评卷人

a 初始平衡时 b 附身饮水时

图9

图8 8．（22分）图10是一个简单的自动延时电路。IC为一个具有“非”逻辑功能的集成电路，其功能是：相对于地（B点），当其输入端A的电势UA上升到1.6V时，输出端Y的电势UY会突然下降到0.2V；而当UA下降到0.8V时，UY则会突然上升到 3.4V 。LED为红色发光二极管，当加给它的正向电压≥ 1.8V时才会发光，正常发光时通过的额定电流为10mA。K为按钮开关，用手按下时开关接通，放手后则自动断开。C为100μF的电解电容器，R1为20kΩ的定值电阻。

请回答下面的问题：

（1）简要说明电路的“延时”工作原理。（取E = 5.0V。分析时，忽略通过集成电路输入端A的电流 ）。先说明初始K断开时电路的状态（即电容器中的电荷、UA、UY、LED是否发光等），再说明按下K时电路状态的变化，然后说明断开K后电路状态的变化和最终的状态。最后指出自动延长的是哪一段时间。

（2）若要加长“延时”的时间，应当改变电路中哪个或哪几个元件的参数？ 怎样改变？

（3）估算与发光二极管串联的限流电阻R2应取的阻值。

（4）你设想这种电路可能有什么应用（举出一个例子即可）。

9．（15分）液体温度计是常见的测温仪器，多用水银和酒精作为测温液体。有一本书中写道：“由于水银的比热容远小于酒精的比热容，因此在其他条件相同的情况下，使用水银作测温液体，测量温度时从被测物体处吸收的热量比较少，即对被测物体的影响较小，因此测量较准确。”张成同学对此产生了疑问，他查找了有关水银和酒精的有关资料，列在下面表格中：

得分 评卷人

得分 评卷人

图10 R2

R1 C A D

Y

E B K