33届全国中学生物理竞赛复赛真题2016年(整好)
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第33届全国中学生物理竞赛决赛理论考试试题可能用到的物理常量和公式:=;2π1、(15岛,卸载后空车返回。
吃泡面大同到秦皇岛的过程中,火车和煤总势能的一部分克服铁轨和空气做功,其余部分由发电机转换成电能,平电能被全部存储于蓄电池中以用于返程。
空车在返程中由储存的电能驱动电动机克服重力和阻力做功,储存的电能转化假设大秦线轨道上火车平均每运行单位距离克服阻力需要做的功与运行时(火车或火车和煤)总重量成正比,(1(2)问火车至少装载质量为多少的煤,才能在不另外提供能量的条件下刚好返回大同?(3请给出发电机的平均输出功率P 与题给的其它物理量的关系。
2、(15分)如图a ,AB 为一根均质细杆,质量为m ,长度为2l ;杆上端B 通过一不可伸长的软轻绳悬挂到固定点O ,绳长为1l 。
开始时绳和杆均静止下垂,此后所有运动均在同一竖直面内。
(1)现对杆上的D 点沿水平方向施加一瞬时冲量I ,若在施加冲量后的瞬间,B 点绕悬点O 转动的角速度和杆绕其质心转动的角速度相同,求D 点到B 点的距离和B 点绕悬点O 转动的初始角速度0ω。
(21θ和2θ(如图b 所示),绳绕固定点O 和杆绕其质心转动的角速度分别为1ω和2ω,求绳绕固定点O 和杆绕其质心转动的角加速度1α和2α3、(15分)火星大气可视为仅由很稀薄的2CO 组成,此大气的摩尔质量记为μ,且同一高度的大气可视为处于平衡态的理想气体。
火星质量为m M (远大于火星大气总质量),半径为m R 。
假设火星大气的质量密度与距离火星表面的高度h 的关系为 10()(1)n mh h R ρρ-=+ 其中0ρ为常量,(4)n n >为常数。
(1)求火星大气温度()T h 随高度h 变化的表达式。
(2)为了对火星表面进行探测,需将一质量为t m 、质量密度较大的着陆器释放到火星表面。
在某一远小于m R 的高度处将该着陆器由静止开始释放,经过时间l t ,着陆器落到火星表面。
目录第二十届全国中学生物理竞赛预赛试卷2003年9月 (1)第二十届全国中学生物理竞赛预赛题参考答案、评分标准 (6)第21届全国中学生物理竞赛复赛题试卷 (14)第22届全国中学生物理竞赛复赛题 (25)第24届全国中学生物理竞赛复赛试卷 (45)第24届全国中学生物理竞赛复赛试题参考解答 (70)第24届全国中学生物理竞赛预赛试卷2007.9.2 (90)第25届全国中学生物理竞赛预赛题试卷 (104)第26届全国中学生物理竞赛复赛试卷 (113)第27 届全国中学生物理竞赛复赛试卷 (123)第二十届全国中学生物理竞赛预赛试卷2003年9月一、(20分)两个薄透镜L1和L2共轴放置,如图所示.已知L1的焦距f1=f , L2的焦距f2=—f,两透镜间距离也是f.小物体位于物面P上,物距u1=3f.(1)小物体经这两个透镜所成的像在L2的__________边,到L2的距离为_________,是__________倍(虚或实)、____________像(正或倒),放大率为_________________。
(2)现在把两透镜位置调换,若还要给定的原物体在原像处成像,两透镜作为整体应沿光轴向____________边移动距离_______________.这个新的像是____________像(虚或实)、______________像(正或倒)放大率为________________。
二、(20分)一个氢放电管发光,在其光谱中测得一条谱线的波长为4.86×10-7m.试计算这是氢原子中电子从哪一个能级向哪一个能级(用量子数n表示)跃迁时发出的?已知氢原子基态(n=1)的能量为E l=一13.6eV=-2.18×10-18J,普朗克常量为h=6.63×10-34J·s。
三、(20分)在野外施工中,需要使质量m=4.20 kg的铝合金构件升温。
除了保温瓶中尚存有温度t =90.0℃的1.200 kg的热水外,无其他热源.试提出一个操作方案,能利用这些热水使构件从温度t0=10℃升温到66.0℃以上(含66.0℃),并通过计算验证你的方案.已知铝合金的比热容c=0.880×l03J·(Kg·℃)-1,水的比热容c0 =4.20×103J·(Kg·℃)-1,不计向周围环境散失的热量。
2016第33届高中物理竞赛决赛获奖名单近年来,我国的高中物理竞赛备受关注,越来越多的学生积极参与其中,为了争取更好的成绩和获得奖项。
2016年,第33届高中物理竞赛决赛获奖名单公布,各地优秀学子的表现备受瞩目。
在这份名单中,既有来自一线城市的名校学子,也有来自农村地区的学子,他们在竞赛中展现了出色的物理素养和解决问题的能力。
这也反映出我国物理教育的普及和提高,不再局限于特定区域或学校,而是全面普及和提升。
在这个主题下,我们不仅要关注获奖名单中的学生,更要深入思考他们的背后故事。
为了在竞赛中获胜,他们付出了多少努力?学校和老师又给予了怎样的支持?而这些背后的故事,也正是我们值得思考的地方。
我们来看一看这次高中物理竞赛的决赛获奖名单。
在这份名单中,不同地区、不同学校的学生都有出色的表现,一些新面孔也获得了突出的成绩。
这样的名单不仅让人眼前一亮,更能体现出我国物理教育的普及和提高。
我们要思考的是这些获奖学生的付出和努力。
他们每天是如何安排自己的学习和课外训练?是如何和老师、同学一起相互学习和交流的?他们是如何在备战竞赛中克服困难和挑战的?这些问题的答案,将是我们更加理解他们努力和付出的关键。
学校和老师的支持也是不可忽视的。
他们是怎样组织学生学习和训练的?是如何给予学生更多的鼓励和激励的?这些教育者的付出,也与学生的成绩息息相关。
回顾这次高中物理竞赛获奖名单,我们不能不提学生们的未来。
他们将如何继续深造和提升自己的物理素养?他们将如何做出更大的贡献和成就?这些都是我们期待而又充满期望的地方。
我想共享一下自己对这次竞赛和获奖名单的个人观点。
在我看来,这些优秀学生的付出和努力值得我们尊敬和肯定,他们不仅在物理方面有出色的表现,更在学习和生活中展现了积极向上的精神。
希望这些学生能够在未来的道路上继续努力,实现自己更大的梦想和目标。
2016第33届高中物理竞赛决赛获奖名单是一个值得我们深入思考的主题。
除了关注名单中的学生,更要关注他们的付出和努力,以及学校和老师的支持。
2016上海大同杯初中物理竞赛复赛试题及详解解答说明:1.本试卷共有五大题,答题时间为120分钟,试题满分为150分2.答案及解答过程均写在答卷纸上。
其中第一、第二大题只要写出答案,不写解答过程;第三至第五大题按题型要求写出完整的解答过程。
解答过程中可以使用计算器。
3.本试卷中常数g取10牛/千克,水的比热容4.2×103焦/千克·℃,冰的比热容2.1×103焦/千克·℃,冰的密度0.9×103千克/米3,冰的熔化热为3.33×105焦/千克。
一、选择题(以下每题只有一个选项符合题意,每小题4分,共32分)1.儿童要多参加户外运动,这是因为太阳光中的某种频率的电磁波可以促成维生素D的活化,从而促进骨骼对钙的吸收,这种电磁波是( B )A. 红外线B. 紫外线C. X射线D. 绿色光解:阳光中的紫外线可以促成维生素D的活化,从而促进骨骼对钙的吸收.故选B.2.冬天雨雪过后,停在户外的汽车的前窗玻璃上常会结有一层冰。
要想除去这些冰,下列做法中不可采用的是( D )A.喷洒盐溶液B.用硬的纸质物体直接清除C.启动车子,打开热风,吹车前窗玻璃D.将少量沸水洒在车前窗玻璃上解:喷洒盐溶液,可以降低冰的熔点,从而达到熔化的目的.故A做法可采用;用硬的纸质物体直接清除可以除去一些冰,故B做法可采用;启动车子,打开热风,吹车前窗玻璃可以使冰因吸热而熔化,达到除冰的目的,故C做法可采用;将少量沸水洒在车前窗玻璃,因水的温度很高,会使冰和玻璃迅速吸热膨胀而造成对物体的破坏,故这种做法不可采用。
故选D.3.“达人秀”中用冬瓜、土豆做成吹奏乐器,用它们吹奏出来的声音可能具有的相同特征是( C )A. 音色音调B. 音色响度C. 音调响度D. 音色音调响度解:不同乐器、不同发声体的材料和结构不同,产生的音色会不同,我们是靠音色来辨别乐器的种类。
所以用冬瓜、土豆做成吹奏乐器,用它们吹奏出来的声音的音色一定是不同的,具有的相同特征可能是音调和响度.故选C.4.在电视节目中我们经常会看到“特斯拉线圈”的表演,表演者通过变压器与电磁振荡制造出人工闪电。
33届物理竞赛复赛试题全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:第33届物理竞赛复赛试题将会考察参赛者在物理知识和解题能力方面的实力。
本次考试难度适中,题目设计涵盖了力学、热学、光学、电磁学等各个领域的知识点。
以下是本次复赛试题的部分内容,希望可以帮助参赛者更好地备战。
一、力学部分1. 一辆质量为m的汽车以速度v行驶在水平路面上,其动能为多少?2. 一个质量为m的物体从高为h的斜面上滑下,当物体到达底部时,其速度为多少?3. 一个质点做直线运动,位置随时间t的变化满足公式x(t)=At^2+Bt+C,求该质点的加速度a(t)是多少?1. 一个理想气体的内能与温度之间的关系满足U = 3/2nRT,求该气体的热容比Cv / Cp是多少?2. 一个装满理想气体的容器,容器与外界热源完全绝缘,气体的体积变小了一半,气体的内能变化了多少?1. 一束光射入玻璃介质,入射角为30度,折射角为20度,求玻璃的折射率是多少?2. 一块凸透镜的焦距为10cm,物体放在焦距的前方10cm处,求成像的位置是多少?1. 一根长为L的直导线通以电流I,求该导线周围的磁感应强度是多少?2. 一个电容器的电容为C,电压为V,求电容器中储存的电荷量是多少?以上仅为部分试题内容,参赛者在考试时需要结合物理知识和解题技巧进行答题。
希望所有参赛者都能在本次竞赛中取得优异的成绩,加油!第二篇示例:第33届物理竞赛复赛试题欢迎参加第33届物理竞赛复赛!本次试题共分为三部分,包括选择题、填空题和解答题。
希望各位选手发扬科学精神,全力以赴,展现自己的物理才能。
祝你们取得优异的成绩!选择题:1. 下列哪个物理现象不是经典力学能够解释的?A. 光的干涉与衍射B. 行星的运动C. 惯性力的作用D. 弹性碰撞答案:A. 光的干涉与衍射2. 在真空中,光速的数值大小为多少?A. 300,000米/秒B. 200,000米/秒C. 400,000米/秒D. 500,000米/秒答案:A. 300,000米/秒3. 一个物体的质量是10kg,如果它处于地球表面,那么它的重力大小为多少?A. 98NB. 100NC. 105ND. 110N答案:A. 98N填空题:4. 一个在真空中的光波的波长为500nm,求它的频率。
热力学专题(16)V,其中盛有2mol的空气和少量的水(水的体积可以忽略)。
平衡时一、(20分)一汽缸的初始体积为0气体的总压强是3.0atm,经做等温膨胀后使其体积加倍,在膨胀结束时,其中的水刚好全部消失,此时的总压强为2.0atm。
若让其继续作等温膨胀,使体积再次加倍。
试计算此时:1.汽缸中气体的温度;2.汽缸中水蒸气的摩尔数;3.汽缸中气体的总压强。
假定空气和水蒸气均可以当作理想气体处理。
(17)一、在一大水银槽中竖直插有一根玻璃管,管上端封闭,下端开口.已知槽中水银液面以上的那部分玻璃管的长度l=76cm,管内封闭有n=1.0×10-3mol的空气,保持水银槽与玻璃管都不动而设法使玻璃管内空气的温度缓慢地降低10℃,问在此过程中管内空气放出的热量为多少?已知管外大气的压强为76cmHg,每摩尔空气的内能U=CVT,其中T为绝对温度,常量CV=20.5J·(mol·K)-1,普适气体常量R=8.31J·(mol·K)-1(18)二、(22分)正确使用压力锅的方法是:将己盖好密封锅盖的压力锅(如图复18-2-1)加热,当锅内水沸腾时再加盖压力阀S,此时可以认为锅内只有水的饱和蒸气,空气己全部排除.然后继续加热,直到压力阀被锅内的水蒸气顶起时,锅内即已达到预期温度(即设计时希望达到的温度),现有一压力锅,在海平面处加热能达到的预期温度为120℃.某人在海拔5000m的高山上使用此压力锅,锅内有足量的水.1.若不加盖压力阀,锅内水的温度最高可达多少?2.若按正确方法使用压力锅,锅内水的温度最高可达多少?3.若未按正确方法使用压力锅,即盖好密封锅盖一段时间后,在点火前就加上压力阀。
此时水温为27℃,那么加热到压力阀刚被顶起时,锅内水的温度是多少?若继续加热,锅内水的温度最高可达多少?假设空气不溶于水.p t与温度t的关系图线如图已知:水的饱和蒸气压w()复18-2-2所示.p z与高度z的关系的简化图线如图复大气压强()18-2-3所示.27t =℃时27t =3w (27) 3.610Pa p ︒=⨯;27t =0z =处5(0) 1.01310Pa p =⨯(19)一、(20分)某甲设计了1个如图复19-1所示的“自动喷泉”装置,其中A 、B 、C 为3个容器,D 、E 、F 为3根细管,管栓K 是关闭的.A 、B 、C 及细管D 、E 中均盛有水,容器水面的高度差分别为1h 和1h 如图所示.A 、B 、C 的截面半径为12cm ,D 的半径为0.2cm .甲向同伴乙说:“我若拧开管栓K ,会有水从细管口喷出.”乙认为不可能.理由是:“低处的水自动走向高外,能量从哪儿来?”甲当即拧开K ,果然见到有水喷出,乙哑口无言,但不明白自己的错误所在.甲又进一步演示.在拧开管栓K 前,先将喷管D 的上端加长到足够长,然后拧开K ,管中水面即上升,最后水面静止于某个高度处.(1).论证拧开K 后水柱上升的原因.(2).当D 管上端足够长时,求拧开K 后D 中静止水面与A 中水面的高度差. (3).论证水柱上升所需能量的来源. (20)(初)三、(20分)在野外施工中,需要使质量 m =4.20 kg 的铝合金构件升温。
第33 届全国中学生物理竞赛复赛理论考试试题2016 年9 月17 日一、(20 分)如图,上、下两个平凸透光柱面的半径分别为R1 、R2 ,且两柱面外切;其剖面(平面)分别平行于各自的轴线,且相互平行;各自过切点的母线相互垂直。
取两柱面切点 O 为直角坐标系 O-XYZ 的原点,下侧柱面过切点 O 的母线为 X 轴,上侧柱面过切点 O的母线为 Y 轴。
一束在真空中波长为 ? 的可见光沿 Z 轴负方向傍轴入射,分别从上、下柱面反射回来的光线会发生干涉;借助于光学读数显微镜,逆着 Z 轴方向,可观测到原点附近上方柱面上的干涉条纹在X-Y 平面的投影。
R1 和R2 远大于傍轴光线干涉区域所对应的两柱面间最大间隙。
空气折射率为n0 ?。
试推导第k 级亮纹在 X-Y 平面的投影的曲线方程。
已知:a. 在两种均匀、各向同性的介质的分界面两侧,折射率较大(小)的介质为光密(疏)介质;光线在光密(疏)介质的表面反射时,反射波存在(不存在)半波损失。
任何情形下,折射波不存在半波损失。
伴随半波损失将产生大小为π的相位突变。
b. sin x ? x, 当x ?? 1 。
二、(20 分)某秋天清晨,气温为?C ,一加水员到实验园区给一内径为 m 、高为 m 的圆柱形不锈钢蒸馏水罐加水。
罐体导热良好。
罐外有一内径为cm 的透明圆柱形观察柱,底部与罐相连(连接处很短),顶部与大气相通,如图所示。
加完水后,加水员在水面上覆盖一层轻质防蒸发膜(不溶于水,与罐壁无摩擦),并密闭了罐顶的加水口。
此时加水员通过观察柱上的刻度看到罐内水高为 m 。
(1)从清晨到中午,气温缓慢升至 ?C ,问此时观察柱内水位为多少假设中间无人用水,水的蒸发及罐和观察柱体积随温度的变化可忽略。
(2)从密闭水罐后至中午,罐内空气对外做的功和吸收的热量分别为多少求这个过程中罐内空气的热容量。
已 知 罐 外 气 压 始 终 为 标 准 大 气 压50 1.0110a p p =⨯, 水 在 ?C 时 的 密 度 为330 1.0010kg m ρ-=⨯⋅??水在温度变化过程中的平均体积膨胀系数为 ? ? ? 10?4 K ?1,重力加速度大小为29.80g m s -=⋅,绝对零度为 ??C.三、(20 分)木星是太阳系内质量最大的行星(其质量约为地球的 318 倍)。
第33届全国中学生物理竞赛复赛理论考试试题解答一、(20分)如图,上、下两个平凸透光柱面的半径分别为1R 、2R ,且两柱面外切;其剖面(平面)分别平行于各自的轴线,且相互平行;各自过切点的母线相互垂直。
取两柱面切点O 为直角坐标系O-XYZ 的原点,下侧柱面过切点O 的母线为X 轴,上侧柱面过切点O 的母线为Y 轴。
一束在真空中波长为λ的可见光沿Z 轴负方向傍轴入射,分别从上、下柱面反射回来的光线会发生干涉;借助于光学读数显微镜,逆着Z如图a 入射角为sin n θ=其中n 和n 面Q 射定律有i 由P '发生干涉。
(L n ⎡∆=-⎢⎣式中λ为入射光线在真空中的波长,0 1.00n =。
由题意,1R 和2R 远大于傍轴光线干涉区域所对应的两柱面间最大间隙;因而在傍轴垂直入射情况下有0θ≈,1i i '=<<①式成为00n n θθ≈④ 亦即010n θθ>>≈≈⑤在傍轴条件下,柱面上P 、Q 两处切平面的法线近似平行,因此010i i θ'>>=≈≈⑥从而,在P 、Q 两处,不仅切平面的法线近似平行,而且在上下表面的反射光线、折射光线均近似平行于入射线,因而也近似平行于Z 轴,从而P '与P 点近似重合,即p p z z '≈⑦且PQ 近似平行于Z 轴,因而长度P Q P Q PQ z z '≈≈-⑧由③⑧式得()00P Q 2PQ 222L n n z z λλ∆=⋅+=-+⑨可以将⑨式右端的-z 坐标近似用-x 或-y 坐标表出。
为此,引入一个近似公式。
e ,即端的2e ,故22r e R=?PQ//Z 点的根据?e 0 2n =若P 、Q 两点在XOY 平面的投影点(,)x y 落在第k 级亮(暗)纹上,则L ∆须满足条件 22012, 1,2,, 12(,0,1,2,, 2k k x y L n R R k k λλλ=⎧⎛⎫⎪∆=++=⎨ ⎪+=⎝⎭⎪⎩亮环暗环??式中亮环条件对应于第k 级亮纹上的点(,,)x y z 的x -、y -坐标满足的方程。
第33届全国中学生物理竞赛复赛理论考试试题解答2016年9月17日一、(20分)如图,上、下两个平凸透光柱面的半径分别为1R 、2R ,且两柱面外切;其剖面(平面)分别平行于各自的轴线,且相互平行;各自过切点的母线相互垂直。
取两柱面切点O 为直角坐标系O-XYZ 的原点,下侧柱面过切点O 的母线为X 轴,上侧柱面过切点O 的母线为Y 轴。
一束在真空中波长为λ的可见光沿Z 轴负方向傍轴入射,分别从上、下柱面反射回来的光线会发生干涉;借助于光学读数显微镜,逆着Z 轴方向,可观测到原点附近上方柱面上的干涉条纹在X-Y 平面的投影。
1R 和2R 远大于傍轴光线干涉区域所对应的两柱面间最大间隙。
空气折射率为0 1.00n =。
试推导第k 级亮纹在X-Y 平面的投影的曲线方程。
已知:a. 在两种均匀、各向同性的介质的分界面两侧,折射率较大(小)的介质为光密(疏)介质;光线在光密(疏)介质的表面反射时,反射波存在(不存在)半波损失。
任何情形下,折射波不存在半波损失。
伴随半波损失将产生大小为π的相位突变。
b. sin , 1x x x ≈<<当。
二、(20分)某秋天清晨,气温为4.0C ︒,一加水员到实验园区给一内径为2.00 m 、高为2.00 m 的圆柱形不锈钢蒸馏水罐加水。
罐体导热良好。
罐外有一内径为4.00 cm 的透明圆柱形观察柱,底部与罐相连(连接处很短),顶部与大气相通,如图所示。
加完水后,加水员在水面上覆盖一层轻质防蒸发膜(不溶于水,与罐壁无摩擦),并密闭了罐顶的加水口。
此时加水员通过观察柱上的刻度看到罐内水高为1.00 m 。
(1)从清晨到中午,气温缓慢升至24.0C ︒,问此时观察柱内水位为多少?假设中间无人用水,水的蒸发及罐和观察柱体积随温度的变化可忽略。
(2)从密闭水罐后至中午,罐内空气对外做的功和吸收的热量分别为多少?求这个过程中罐内空气的热容量。
已知罐外气压始终为标准大气压501.0110P a p =⨯,水在4.0C ︒时的密度为330 1.0010kg m ρ-=⨯⋅,水在温度变化过程中的平均体积膨胀系数为413.0310K κ--=⨯,重力加速度大小为29.80m s g -=⋅,绝对零度为273.15C -︒。
第33届全国中学生物理竞赛复赛试题
一、(20分)如图,上、下两个平凸透光柱面的半径分别为1R 、2R ,且两柱面外切;其剖面(平面)分别平行于各自的轴线,且相互平行;各自过切点的母线相互垂直。
取两柱面切点O 为直角坐标系O-XYZ 的原点,下侧柱面过切点O 的母线为X 轴,上侧柱面过切点O 的母线为Y 轴。
一束在真空中波长为λ的可见
光沿Z 轴负方向傍轴入射,分别从上、下柱面反射回来的光线会发生干涉;借助于光学读数显微镜,逆着Z 轴方向,可观测到原点附近上方柱面上的干涉条纹在X-Y 平面的投影。
1R 和2R 远大于傍轴光线干涉区域所对应的两柱面间最大间隙。
空气折射率为0 1.00n =。
试推导第k 级亮纹在X-Y 平面的投影的曲线方程。
已知:a. 在两种均匀、各向同性的介质的分界面两侧,折射率较大(小)的介质为光密(疏)介质;光线在光密(疏)介质的表面反射时,反射波存在(不存在)半波损失。
任何情形下,折射波不存在半波损失。
伴随半波损失将产生大小为π的相位突变。
b. sin , 1x x x ≈<<当。
二、(20分)某秋天清晨,气温为4.0C ︒,一加水员到实验园区给一内径为2.00 m 、高为2.00 m 的圆柱形不锈钢蒸馏水罐加水。
罐体导热良好。
罐外有一内径为4.00 cm 的透明圆柱形观察柱,底部与罐相连(连接处很短),顶部与大气相通,如图所示。
加完水后,加水员在水面上覆盖一层轻质防蒸发膜(不溶于水,与罐壁无摩擦),并密闭了罐顶的加水口。
此时加水员通过观察柱上的刻度看到罐内水高为1.00 m 。
(1)从清晨到中午,气温缓慢升至24.0C ︒,问此时观察柱内
水位为多少?假设中间无人用水,水的蒸发及罐和观察柱体积随温度的变化可忽略。
(2)从密闭水罐后至中午,罐内空气对外做的功和吸收的热量分别为多少?求这个过程中罐内空气的热容量。
已知罐外气压始终为标准大气压50 1.0110Pa p =⨯,水在4.0C ︒时的密度为330 1.0010kg m ρ-=⨯⋅,水在温度变化过程中的平均体积膨胀系数为4
1
3.0310K κ--=⨯,重力加速度大小为29.80m s g -=⋅,绝对零度为
273.15C -︒。
三、(20分)木星是太阳系内质量最大的行星(其质量约为地球的318倍)。
假设地球与木星均沿圆轨道绕太阳转动,两条轨道在同一平面内。
将太阳、地球和木星都视为质点,忽略太阳系内其它星体的引力;且地球和木星之间的引力在有太阳时可忽略。
已知太阳和木星质量分别为s m 和j m ,引力常量为G 。
地球和木星绕太阳运行的轨道半径分别是e r 和j r 。
假设在某个时刻,地球与太阳的连线和木星与太阳的连线之间的夹角为θ。
这时若太阳质量突然变为零,求
(1)此时地球相对木星的速度大小ej v 和地球不被木星引力俘获所需要的最小速率0v 。
(2)试讨论此后地球是否会围绕木星转动,可利用(1)中结果和数据30s 2.010kg m ≈⨯、27j 1.910kg m ≈⨯、木星公转周期j 12 y T ≈。
四、(20分)蹦极是年轻人喜爱的运动。
为研究蹦极过程,现将一长为L 、质量为m 、当仅受到绳本身重力时几乎不可伸长的均匀弹性绳的一端系在桥沿b ,绳的另一端系一质量为M 的小物块(模拟蹦极者);假设M 比m 大很多,以至于均匀弹性绳受到绳本身重力和蹦极者的重力向下拉时
会显著伸长,但仍在弹性限度内。
在蹦极者从静止下落直至蹦极者到达最下端、但未向下拉紧绳之前的下落过程中,不考虑水平运动和可能的能量损失。
重力加速度大小为g 。
(1)求蹦极者从静止下落距离y (y L < )时的速度和加速度的大小,蹦极者在所考虑的下落过程中的速度和加速度大小的上限。
(2)求蹦极者从静止下落距离y (y L < )时,绳在其左端悬点b 处张力的大小。
五、(20分)一种拉伸传感器的示意图如图a 所示:它由一半径为2r 的圆柱形塑料棒和在上面紧密缠绕N (1N >>)圈的一层细绳组成;绳柔软绝缘,半径为1r ,外表面均匀涂有厚度为t (12t r r <<<<)
、电阻率为ρ的石墨烯材料;传感器两端加有环形电极(与绳保持良好接触)。
未拉伸时,缠绕的绳可视为N 个椭圆环挨在一起放置;该椭圆环面与圆柱形塑料棒的横截面之间的夹角为θ(见图a ),相邻两圈绳之间的接触电阻为c R 。
现将整个传感器沿塑料棒轴向朝两端拉伸,绳间出现n 个缝隙,每个缝隙中刚好有一整圈绳,这圈绳被自动调节成由一个未封闭圆环和两段短直线段(与塑料棒轴线平行)串接而成(见图b )。
假设拉伸前后
θ 、1r 、2r 、ρ、t 均不变。
(1)求拉伸后传感器的伸长率ε(ε是传感器两电极之间距离的伸长与其原长之比)和两环形电极间电阻的变化率;
(2)在传感器两环形电极间通入大小为I 的电流,求此传感器在未拉伸及拉伸后,在塑料棒轴线上离塑料棒中点O 距离为D (D 远大于传感器长度)的P 点(图中未画出)处沿轴向的磁感应强度。
已知:长半轴和短半轴的长度分别为a 和b 的椭圆的周长为⎪⎭
⎫
⎝⎛-+ab b a 23π,其中0b ≠。
六、(20分)光电倍增管是用来将光信号转化为电信号并加以放大的装置,其结构如图a 所示:它主要由一个光阴极、n 个倍增级和一个阳极构成;光阴极与第1倍增级、各相邻倍增级及第n 倍增级与阳极之间均有电势差V ;从光阴极逸出的电子称为光电子,其中大部分(百分比η)被收集到第1倍增级上,余下的被直接收集到阳极上;
每个被收集到第i 倍增级(1,,i n =)的电子在该电极上又使得δ个电子(1δ>)逸出;第i 倍增级上逸出的电子有大部分(百分比σ)被第1i +倍增级收集,其他被阳极收集;直至所有电子被阳极收集,实现信号放大。
已知电子电荷量绝对值为e 。
(1)求光电倍增管放大一个光电子的平均能耗,已知1δσ>,1n >>;
(2) 为使尽可能多的电子从第i 倍增级直接到达第1i +倍增级而非阳极,早期的光电倍增管中,会施加垂直于电子运行轨迹所在平面(纸面)的匀强磁场。
设倍增级的长度为a 且相邻倍增级间的几何位置如图b 所示,倍增级间电势差引起的电场很小可忽略。
所施加的匀强磁场应取什么方向以及磁感应强度大小为多少时,才能使从第i 倍增级垂直出射的能量为e E 的电子中直接打到第1i +倍增级的电子最多?磁感应强度大小为多少时,可以保证在第
1i +倍增级上至少收集到一些从第i 倍增级垂直
出射的能量为e E 的电子?
七、(20分)两根质量均匀分布的杆AB 和BC ,质量均为m ,长均为l ,A 端被光滑铰接到一固定点(即AB 杆可在竖直平面内绕A 点无摩擦转动)。
开始时C 点有外力保持两杆静止,A 、C 在同一水平线AD 上,A 、B 、C 三点都在同一竖直平面内,ABC 60∠=︒。
某时刻撤去外力后
两杆始终在竖直平面内运动。
(1)若两杆在B 点固结在一起,求
(i )初始时两杆的角加速度;
(ii )当AB 杆运动到与水平线AD 的夹角为θ时,AB 杆绕A 点转动的角速度。
(2)若两杆在B 点光滑铰接在一起(即BC 杆可在竖直平面内绕B 点无摩擦转动),求初始时两杆的角加速度以及两杆间的相互作用力。
八、(20分)质子是由更小的所谓“部分子”构成的。
欧洲大型强子对撞机(LHC )是高能质子-质子对撞机,质子束内单个质子能量为7.0TeV E =(3121TeV 10GeV=10eV =),两束能量相同的质子相向而行对撞碎裂,其中相撞的两个部分子a 、b 相互作用湮灭产生一个新粒子。
设部分子a 、b 的动能在质子能量中所占的比值分别为a x 、b x ,且远大于其静能。
(1)假设两个部分子a 、b 对撞湮灭产生了一个静质量为2s 1.0TeV/c m =的新粒子S ,求a x 和b x 的乘积a b x x ; (2)假设新粒子S 产生后衰变到两个光子,在新粒子S 静止的参考系中,求两光子的频率;
(3)假设新粒子S 产生后在其静止坐标系中衰变到两个质量为2A 1.0GeV/c m =的轻粒子A ,每个轻粒子A 再衰变到两个同频率的光子,求在这个坐标系中这两个光子动量之间的夹角。
已知:sin , 1ααα≈<<当;普朗克常量346.6310J s h -=⨯⋅,电子电荷量绝对值191.6010C e -=⨯。
图b。