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1999南京第16届全国中学生物理竞赛决赛试题及答案

1999南京第16届全国中学生物理竞赛决赛试题及答案
1999南京第16届全国中学生物理竞赛决赛试题及答案

第十六届全国中学生物理竞赛

决 赛 试 题

一、在如图决16-1所示的装置中,上下两个容器和连接它们的细长管都是用

热容量很小的良导热体做成的,管长为l ,K 为阀门,整个装置与外界绝热。开始

时,阀门关闭,两容器中都盛有质量为m ,单位质量的热容量为C 的某种液体。平衡时,温度都是T 0。由于该液体的蒸气分子受到重力的作用,所以平衡时,在管内的气体分子并非均匀分布,而是上疏下密,已知其蒸气压强是按指数规律分布:

0h mgh

P P e kT

-= 式中h 是管内某点距下面容器中液面的高度,P h 是该点的蒸气的压强,P 0是下面容器中液面处(即h =0处)蒸气的压强,m 是一个蒸气分子的质量,T 是热力学温度,k 是一个常数。现在打开阀门,试论述该系统的状态将发生怎样的变化,并估算出变化最后的结果。

二、许多观察表明,自然界的周期性变化常会在地球上的动植物身上留下不同

的痕迹。鹦鹉螺是一种四亿多年前在地球上繁盛生长的软体动物,它的气室外壳上的波纹生长线数目随其生活的年代不同而不同。1978年美国科学家卡姆和普姆庇在研究了不同地质年代的鹦鹉螺壳后,发现现存的9个当代鹦鹉螺个体的气室外壳上的生长线都是30条左右,而古代36例鹦鹉螺化石中,地质年代愈古老,生长线的数目愈少:距今29百万年的新生代渐新世的标本上有26条;距今100百万年的中生代白垩纪的标本上有22条;距今180百万年的中生代侏罗纪标本上有18条;距今320百万年的古生代石炭纪的标本上有15条;距今470百万年的古生代奥陶纪的标本上只有9条。他们认为这些生长线记录着地球及其周围天体的演变历史,并根据上述数据作了一个大胆的假设:鹦鹉螺外壳上的生长线条数的变化是月球绕地球运动周期随年代变化的反映。试问:由此假设你能得出关于月球运动的什么结论?试通过计算说明此结论。

注:假设从古至今,地球质量和自转周期以及月球质量都没有发生变化。也不考虑物理常数的变化。

三、围绕地球周围的磁场是两极强,中间弱的空间分布。1958年,范·阿仑通过人造卫星搜集到的资料研究了带电粒子在地球磁场空间中的运动情况后,得出了在距地面几千公里和几万公里的高空存在着电磁辐射带(范·阿仑辐射带)的结论。有人在实验室中通过实验装置,形成了如图决16-2所示的磁场分布区域MM ,在该区域中,磁感应强度B 的大小沿z 轴从左到右,由强变弱,由弱变强,对称面为PP 。已知z 轴上O 点磁感应强度B 的大小为B 0,两端M 点的磁感应强度为B M 。现有一束质量均为m ,电量均为q ,速度大小

均为v 0的粒子,在O 点以与z 轴成不同的投射角a 0向右半空间发射。设磁场足够强,粒子只能在由紧邻z 轴的磁感线围成的截面积

很小的“磁力管”内运动。试分析说明具有不

同的投射角a 0的粒子在磁场区MM 间的运动

情况。

提示:理论上可证明:在细“磁力管”的管壁上粒子垂直磁场方向的速度v ⊥的平方

与磁力管轴上的磁感应强度的大小B 之比为一常量。

四、如图决16-3所示,有两根不可伸长的柔软的轻绳,长度分别为1l 和2l ,它们的下端在C 点相连结并悬挂一质量为m 的重物,上端分别与质量可忽略的小圆环A 、B 相连,圆环套在圆形水平横杆上,A 、B 可在横杆上滑动,它们与横杆间的静摩擦系数分别为1μ和2μ。已知1l 和2l 的数值,且1l <2l 。试求1μ和2μ在各种取值情况下,此系统处于静力平衡时两环之间的距离AB 。

图决16-3

图决

五、有三个质量相等的粒子,粒子1与粒子2中间夹置一个被充分压缩了的轻质短弹簧,并用轻质细线缚在一起(可视为一个小物体),静止地放置在光滑水平面上。另一个粒子3沿该光滑水平面射向它们。粒子3和粒子1相碰撞并粘连在一起运动。后轻质细线自动崩断,使弹簧释放,三个粒子分成两部分:一部分为粒子2,另一部分为粘在一起的粒子1、3。已知弹簧被充分压缩时的弹性势能是E P 。为了使被释放出的粒子2的散射角保持在30°之内,求粒子3入射时的动能应满足什么条件。

提示:此处散射角是指粒子2射出后的运动方向与粒子3入射时的运动方向之间的夹角。

六、在光导纤维制造过程中,由于拉伸速度不均匀,会使拉出的光纤偏离均匀的圆柱体,而呈圆锥状,现把一段长为L ,折射率为( 1.5)n 的光纤简化为细长圆锥体的一部分,其顶角很小,两端截面的半径分别是R 1和R 2,R 1略大于R 2。

图决16-4是过光纤轴线的剖面图。

1.若将该光纤置于空气中,求在图示平面内从大头入射并能从小头出射的光线的最大入射角。 2.计算以最大的入射角入射的光线在光纤中的反射次数。

七、爱因斯坦的“等效原理”指出,在不十分大的空间范围和时间间隔内,惯性系中引力作用下的物理规律与没有引力但有适当加速度的非惯性系中的物理规律是相同的,现在研究以下问题。

1.试从光量子的观点(即把光子看作能量为hv 的粒子)出发,讨论在地面附近的重力场中,由地面向离

地面的距离为L 处的接收器发射频率为0v 的激光与接收

器接收到的频率v 之间的关系。

2.假设地球对物体没有引力作用,现在一以加速度

a 沿直线做匀加速运动的箱子中做一假想实验,在箱尾

和箱头处分别安装一适当的激光发射器和激光接收器,两者间的距离为L ,现从发射器向接收器发射周期为T 0的激光。试从地面参考系的观点出发,求出位于箱头处的接收器所接收到的激光的周期T 。

3.要使上述两个问题所得到的结论是完全等价的,则问题2中的箱子的加速度的大小和方向应如何?

图决16-4

第十六届决赛试题参考解答

一、1.在打开阀门前,平衡时,上下容器中液体表面处的蒸气皆为饱和蒸气。因为温度相同,所以其饱和蒸气压相同。但在阀门两旁,由指数分布规律可知,蒸气的蒸气压不同,在左边,因为容器内液面上方空间的高度差很小,所以蒸气压几乎等于液面处的饱和蒸气压;而在右边,由于管较长,所以蒸气压明显小于下面容器内液面处的饱和蒸气压,因而也小于阀门左边的蒸气压。这样打开阀门后,左边蒸气将向右边迁移。按照指数分布规律,将使下面容器中表面处的蒸气压大于饱和蒸气压,从而有一部分蒸气液化(凝结),使下方容器中的液量增加,另一方面,上面容器中液面上方和蒸气由于向阀门右边迁移,从而使蒸气压降低,造成液面处的蒸气压小于饱和蒸气压,这样,上面容器中液体将汽化(蒸发),使液量减少。以上所述的过程将持续不断地进行,直到上面容器中的液体全部汽化而凝结在下面容器中为止,此后状态将不再变化。 2.由于最后结果是上面容器中的液体全部转移到下面容器中,所以从能量来看,就是上面质量为m 的液体的重力势能mgl 转化为总质量为2m 的液体的内能,从而使系统温度上升。若忽略容器、长管以及蒸气等的热容量的影响,用T 表示最后的温度,则由能量守恒定律可知 02()m g l m T T =- (1) 02gl

T T C

=

+ (2) 二、根据他们的大胆假设,目前鹦鹉螺生长线近似为30条的事实,可以认为是月球绕地球运动周期近似是30天的反映。把这一看法推广到任何地质年代(推广的依据是地球、月球质量在这段时间中没有发生变化,也不考虑物理常数的变化),就可以按照动力学规律算出任何地质年代月球绕地球的运动周期。

根据月球、地球质量的巨大差别,可以把它们之间的相对运动简化为月球围绕地球的圆周运动。根据开普勒第三定律,或万有引力定律和牛顿第二定律可知,月球运动周期T 和地月之间的距离L 有下列关系

22

3

34T L kL GM

π== (1) 其中比例系数k 只与地球质量和引力常数有关,故在题中所给简化模型下,该比例常数也与年代无关,对任何地质年代都成立。若第i 个地质年代月球运动周期为i T ,该年代的月地间的距离为i L ,则有23i i T kL =

(2)

设当代的月球绕地球运动的周期为T 0,它们间的距离为L 0,则有

2

300

()i i T L L T = (3)

上,可以看出,随着距今年代的增加,月球和地球之间距离按线性规律减少,即月球几乎正以恒定的速率远离我们而去,为了得到月球远离地球的速度,可在拟合直线上选取相距较远的两点,例如选A 1(100,0.82)和A 2(450,0.44)两组数据,可算得月球远离地球的速度v 的近似值。

021

6

21(0.440.82)(4.50100)10

L L L v t t --=-

=--? (4) 如果取平均月-地距离为3.8×105km (只要知道地球半径即可估算出此值,因为地月距离就是它的60倍。这正是牛顿当年讨论万有引力时所用的)。这时,由(4)式可得平均速度的绝对值 20.38

3.84100.42350

v =-

??=-m/a (5) 其中,负号表示距离越来越远,即月球正以每年0.42m 的速度远离我们而去。 三、1.带电粒子沿z 轴做螺旋运动时受到阻力而减速。

设粒子达到磁感应强度为B 处的速度为v ,其垂直和平行于磁场的方向的分速度分别为v ⊥和v ∥。粒子刚从O 点

射出时,其垂直磁场方向的分速度为000sin v v α⊥=,根据提示,粒子运动过程中,在细“磁力管”的管壁上垂直磁场方向的速度的平方与磁力管轴上的磁场的大小B 之比为一常量,即

2222

00000

sin v v v B B B α⊥

⊥==

(1) 因粒子还具有沿轴向的分速度,所以粒子在磁力管中做螺旋运动,由于洛伦兹力f 垂直粒子的速度,对带电粒子不做功,因而粒子在任何点的速度的大小不变均为0v ,按题设,z 轴上O 点右侧磁场B 逐渐变大,因而,粒子向右运动过程中,垂直磁场方向的速度v ⊥随之增大,平行于磁场方向的速度v ∥亦随之按下列规律变化:

v

∥v =

= (2) 由式(2)可知,随沿z 轴磁场B 的增大,平行于磁场方向的速度v ∥将随之减小,轴向速度的减小是因为粒子沿轴向右运动时受到阻力,因磁力管壁的磁场与z 轴不平行,粒子在运动过程中受到的洛伦兹力f 斜向指向z 轴,如图决解16-2所示,f ∥是f 平行于z 轴的分量,它成为阻碍粒子沿轴向右运动的阻力。f ⊥是洛伦兹力f 垂直

于z 轴的分量,它为粒子做螺旋运动时提供粒子做圆周运动的向心力,圆周半径mv r qB

=,由式(1)得

mv r qB ⊥=

= (3) 此式表明螺旋半径随磁场B 的增大而减小。结合式(2)的讨论可知,螺旋运动的轴向速度逐渐减小,即螺旋螺距逐渐减小,到达M

端时,料一阵子以半径M r =

做圆周运动。 2.临界投射角

由(2)式知,以某个投射角0L α发射的粒子到达M 点时,其平行于磁场方向的速度M v

恰等于零

0=,得

0sin L α=

(4) 此式表明:当投射角0L αα=时,粒子恰好在M 点轴向速度为零,0ML v v =,即垂直于磁场方向的分速度最大,

0L α称为临界投射角。投射角α<0L α的粒子到达M 点时,因轴向速度尚未减至零,这些粒子就从M 处逸出,

离开磁场区域。

3.投射角大于临界角的粒子的运动

当粒子在O 点以临界角0L α发射,即做螺旋运动到达端点M 时,因轴向速度为零,粒子在此瞬间停止向右移动,只做圆周运动,但因沿z 轴磁场分布的非均匀性,磁场大小存在变化陡度。因而粒子在M 点仍受到向左的作用力,粒子即离开端点M 向左做螺旋运动(螺旋的方向不变)。到达O 点时,向左运动的沿轴向速度达到最大,继续向左运动,离开O 点后,左半程运动的情况与右半程的运动情况相仿,到达左端点M 时,轴向速度亦为零,并受到指向O 点的洛伦兹力沿轴向的分量作用,向右运动,因此,左、右端M 点处,犹如镜面反射一样,粒子在邻近z 轴的细磁力管内,在两端面间做螺旋形往复周期运动。

投射角α>0L α的粒子在未到达M 点时,轴向速度已减至零,这些粒子将在小于MM 点距离间相对于对称面PP 做周期的往复螺旋运动,投射角α愈大,往复运动的距离愈小,当投射角90α=?时,粒子不受轴向力,就在对称面PP 上以半径0

00

mv r qB =

做圆周运动。 四、解法1

由于1l 和2l 为已知量,只要求出AB 的值△ABC 即确定(即A 、B 、C 的相对位置确定)。现对系统平衡时AB 应取的数值分析如下: 1. 已知1l <2l ,则当A 、C 和重物在同一竖直线上时,系统平衡,AC 张紧,长绳2l 则松驰(如图决解16-3

所示)。将B 沿杆右移直至BC 绳拉直(如图决解16-4所示),系统一直保持平衡,这与12,μμ的取值无关,若使

B 继续右移一极小的距离x ?,则绳B

C 中将出现张力,C 点右移,AC 将倾斜,其中张力也将改变。如果10μ=,A 环将在AC 绳张力作用下滑动,所以系统将失去平衡,若10μ≠,设此时BC 中张力为T ,则B 环与杆间正压力22cos N T ?=,B 环所受向左的力22sin F T ?=。如果F 2>2μN 2,则B 环向左滑回原处,系统失去平衡。

由此可见,当10μ=或2μ

≤2221tan F N ?===系统的平衡位置只能是:A 、C 在竖直线上,0≤AB

。 2.

当10μ≠,2μ

,且AB

系统将如图决解16-5所示,A 环受力:N 1=11cos T ?;

111sin F T ?=,当F 1>11N μ,即1tan ?>1μ时A 环将不 能保持静止。同理,2tan ?>2μ时,B 环将不能保持静

止,A 、B 两环哪个先动,将由1μ、2μ的数值决定。图决解16-5中的1?与2?是互相关联的量。由正弦定律有

12

21

sin sin l l θθ=

,当AB 值增大时,1θ和2θ均减小,2?和1?随之增大。设C 点与AB 的距离为h ,由几何关系可

得1tan ?=

2tan ?=。 设A 滑动时,A h h =,则221121A l h μ-=,22

12

1

1A l h μ=+ 设B 滑动时,B h h =,则222221B l h μ-=,22

22

2

1B l h μ=+ 比较A h 和B h 的大小即可知AB 增大(即h 减小)时A 、B 两环谁先滑动。

(a )若A h >B h ,则A 先滑动,即2

22

111μμ++>2

221

l l 的条件下,当A h h =时,A 即将滑动,此时

11arcsin A A h l θ==

AD ==

22arcsin A A h l θ==

BD ==

11AB l μ=

由此可得结论二:

在10μ≠,2

22111μμ++>2

22

1l l 的情况下,若系统保持平衡,AB 的数值一定满足下面的要求:

AB

11l μ

(注意,此时22

μ

的条件自然得到满足)

(b )若A h <B h ,则B 先滑动,即2

22

111μμ++<2

221

l l 的条件下,当B h h =时,B 即将滑动,此时

11arcsin B B h l θ==

AD ==

22arcsin

B B h l θ==

BD =

22B AB l d μ==

由此可得结论三:

当1μ、2μ满足下列二条件时,在10μ≠,22

1μ+>2221l l 且2

22

111μμ++<2

221

l l 的情况下,若系统保持平衡,AB 的数值一定满足下面的要求: AB

22l μ+

若2

22111μμ++=222

1l l ,则A B h h =,A 、B 将同时开始要滑动,此时AB 的数值为

12

AB ==

AB 的数值满足的条件为 AB

1 此结果已包括在结论二和结论三中符号“≤”的等号中。

五、建立如图决解16-9所示的坐标系,以粒子3入射速度0v 为x 轴正方向。设每个粒子的质量为m ,当粒子3与1相碰并粘在一起,而在细线断开之前,三个粒子是一起运动的,若其共同速度为v ,按照动量守恒定律,有 03mv mv = (1) 即v 也沿x 方式,其大小为0

3

v v =

细线断开后弹簧释放,弹性力做功使弹性势能P E 转化为粒子1、3和粒子2的动能增量。设粒子1、3最后的速度为1v ,粒子2最后的速度为2v ,由机械能守恒和动量守恒定律可知

22212111(2)(3)222

P m v mv m v E +=+ (2) 120(2)(3)m v mv m v mv +== (3)

因弹簧安置的方向不同等原因,粒子2将可能以不同的速度向各方向飞出,设2v 与0v 的夹角为θ,在细线崩断过程中,粒子2和粒子1、3由于受到弹力的冲量作用,都将产生相应的动量的增量,从而有速度的增量,设其速度增量分别为1v ?和2v ?,则有

11x x x v v v =+?

11v v v =+? 11y y y v v v =+?

或 (4)

22v v v =+? 22x x x v v v =+? 22y y y v v v =+?

将(4)式代入(3)式,得

12(2)()()3m v v m v v mv +?++?= 因而

121

2

x x v v ?=-? 121

2

v v ?=-

? 或 (5) 121

2

y y v v ?=-?

(2)式可写成如下的形式

2222221122111(2)()()(3)()222

x y x y x y P m v v m v v m v v E +++=++ 将(4)、(5)两式代入上式并化简,有

2222112211

(2)[()()][()()]22x x y y x x y y m v v v v m v v v v +?++?++?++? 2222

2213(3)()()24

x y x y m v v m v v =++?+?

221(3)()2

x y P m v v E =++ 得到

223

()4

P E m v =

? (6)式表明,在P E 给定的条件下,2v ?的大小是 一定的,2v 的大小和方向与2v ?的方向有关,即与

弹簧安置的方向有关,如图决解16-10所示。若v

和2v ?的大小一定,即图中圆的半径和P 点到圆心的距离一定,当2v 与2v ?垂直时,θ角最大,这时2v 的方向沿圆的切线方向,所以在弹簧各种可能的安置方向中,以图决解16-10所示的沿2v ?的方向安置时,粒子2有最大散射角,要求粒子2的散射角保持在30°以内,必须要求 2||v ?≤sin 30v ?

即 2||v ?≤2v 或 2||v ?≤06

v

(7)

由式(7)和(6),可得到 P E ≤22

003

11(

)46242

v m mv =? 所以要求粒子3入射时的动能

2

012

mv ≥24P E (8) 六、设光纤的半顶角为α,光线从X 处入射,经多次反射,从Y ''处出射,可利用反射光线的特点,用等效法等效为从Y 处出射如图决解16-11。 在△OXY 中,应用正弦定理有

sin sin OX OXY OY OYX ∠=∠ (1) 由于X 点法线平行于OA ,Y 点的法线平行于OB ,有

1

OXY AOX θ'∠=+∠

2

2

OYX OYB π

θ'∠=-+∠ 将(1)式展开

11(sin cos cos sin )OX AOX AOX θθ''∠+∠

2

2(cos cos sin sin )OY OYB OYB θθ''=∠+∠ (2) 因为1cos cot O X AO X O A R α∠== sin OX AOX x ∠=

cos OY OYB y ∠= (3) 2sin cot OY OYB OB R α∠==

将(3)式代入(2)式

1112

22sin cot cos cos sin cot R x y R θαθθθα''''+=+ 或 11

1222sin cos tan cos tan sin R x y R θθαθαθ''''+=+ 由于1

cos x θ'<1R ,2cos y θ'<2R ,α很小,故有 1122

sin sin R R θθ''= 两边乘0(1)n n =

1122sin sin R R θθ= (4)

最大入射角:

从(4)可知2R <1R ,2θ>1θ。决定R 1处最大入射角将依赖于2θ。在R 2处,其侧面边界的全反射角i '为

1sin i n

'=

可得

2

2sin sin(90)cos (1sin )i i i θ''''=?-==-=

2sin θ=因为 1.5n =,故取2sin 1θ=

则R 1处入射光线的最大入射角为 2

11

sin R R θ=

(5) 2.计算反射的次数 12

R R L

α-=

光线每反射一次,则角度变化 12i i θθα+''=+ (6) 反射次数 2

12N θθα

''-=

2

1sin n θ'=,112

sin R nR θ'= 1

2

121

arcsin arcsin 2()

R n nR N L R R -=

- (7) 七、1.对于能量为0hv 的光子,其质量02hv

m c

=,在重力场中,当该光子从地面到达接收器时,增加的重力势能

为mgh ,由能量守恒得

02

hv hv hv mgL hv gL c =+=+ 得

02(1)gL

v v c =+ (1) 0022(1)1v gL

v v gL c c

=≈-+ (2)

2.设0t =时刻,箱子从静止开始加速,同时,激光光波的某一振动状态从发射器发出,任何时刻t ,发射器和接

收器的位置分别为:

2

12

x at =

(3) 2

12

x L at =+ (4)

所考察的振动状态的位置和比该振动状态晚一个周期T 0的振动状态的位置分别为: x cT = (5)

2

001()2

x aT c t T =+- (6) 设所考察的振动状态在1t 时刻到达接收器,则由(4)、(5)两式得

2111

2

ct L at =+ (7)

解得

1(1c t a =

(8) 比所考察的振动状态晚一个周期T 0发出的振动状态到达接收器的时刻为2t ,则由(4)、(6)两式得

22020211()22

aT c t T L at +-=+ (9) 解得

2(1c t a = (10)

接收器接收到的激光的周期为

21T t t =-

c a =

c a ≈

=

- 022

1

(1)[1(1)]21aT c aL aL a c c c ≈----

0222(1)[(1)]aT c aL aL a c c c

-+

20023

2(1)()aT a LT c aL a c c c =-+

2232000033522()aT a LT a LT a L T c a c c c c

=+--

2

003()aT a LT c a c c

+

02(1)aT c aL

a c c

=

+

02(1)aL

T c

=+

(11)

3.

由(2)式得

02

(1)gL T T c =+

(12)

比较(11)与(12)两式,得

a g = (13) 即“箱子”的加速度a g =,方向竖直向上。 (19′)(20′)(21′)

第35届全国中学生物理竞赛决赛试题(word版)

第35届全国中学生物理竞赛决赛理论考试试题(上海交大) 1、(35分) 如图,半径为R 、质量为M 的半球静置于光滑水平桌面上,在半球顶点上有一质量为m 、半径为r 的匀质小 球。某时刻,小球收到微扰由静止开始沿半球表面运动。在运动过 程中,小球相对半球的位置由角位置θ描述,θ为两球心连线与竖直线的夹角。己知小球绕其对称轴的转动惯量为225 mr ,小球与半球间的动摩擦因数为μ,假定最大静摩擦力等于滑动摩擦力。重力加 速度大小为g 。 (1)(15分)小球开始运动后在一段时间内做纯滚动,求在此过程中,当小球的角位置为θ1时,半球运动的速度大小1()M V θ和加速度大小1()M a θ; (2)(15分)当小球纯滚动到角位置θ2时开始相对于半球滑动,求θ2所满足的方程(用半球速度大小2()M V θ和加速度大小2()M a θ以及题给条件表示); (3)(5分)当小球刚好运动到角位置θ3时脱离半球,求此时小球质心相对于半球运动速度的大小3()m v θ 2、(35分) 平行板电容器极板1和2的面积均为S ,水平固定放置,它们之间的距离为 d ,接入如图所示的电路中,电源的电动势记为U 。不带电的导体薄平板3(厚 度忽略不计)的质量为m 、尺寸与电容器极板相同。平板3平放在极板2的 正上方,且与极板2有良好的电接触。整个系统置于真空室内,真空的介电 常量为0ε。合电键K 后,平板3与极板1和2相继碰撞,上下往复运动。假设导体板间的电场均可视为匀强电场;导线电阻和电源内阻足够小,充放电时间可忽略不计;平板3与极板1或2碰撞后立即在极短时间内达到静电干衡;所有碰撞都是完全非弹性的。重力加速度大小为g 。 (1)(17分)电源电动势U 至少为多大? (2)(18分)求平板3运动的周期(用U 和题给条件表示)。 已知积分公式 ( 2ax b C =+++,其中a >0,C 为积分常数。

2020年第27届全国中学生物理竞赛复赛试卷及答案 精品

第 27 届全国中学生物理竞赛复赛试卷 本卷共九题,满分 160 分.计算题的解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后结果的不能得分.有数字计算的题.答案中必须明确写出数值和单位.填空题把答案填在题中的横线上,只要给出结果,不需写出求解的过程. 一、( 15 分)蛇形摆是一个用于演示单摆周期与摆长关系的实验仪器(见图).若干个摆球位于同一高度并等间距地排成一条直线,它们 的悬挂点在不同的高度上,摆长依次减小.设重 力加速度 g = 9 . 80 m/ s2 , 1 .试设计一个包含十个单摆的蛇形摆(即求 出每个摆的摆长),要求满足: ( a )每个摆的 摆长不小于 0 . 450m ,不大于1.00m ; ( b ) 初始时将所有摆球由平衡点沿 x 轴正方向移动 相同的一个小位移 xo ( xo <<0.45m ) ,然后同 时释放,经过 40s 后,所有的摆能够同时回到初 始状态. 2 .在上述情形中,从所有的摆球开始摆动起,到它们的速率首次全部为零所经过的时间为________________________________________. 二、( 20 分)距离我们为 L 处有一恒星,其质量为 M ,观测发现其位置呈周期性摆动,周期为 T ,摆动范围的最大张角为△θ.假设该星体的周期性摆动是由于有一颗围绕它作圆周运动的行星引起的,试给出这颗行星的质量m所满足的方程. 若 L=10 光年, T =10 年,△θ = 3 毫角秒, M = Ms (Ms为太阳质量),则此行星的质量和它运动的轨道半径r各为多少?分别用太阳质量 Ms 和国际单位 AU (平均日地距离) 作为单位,只保留一位有效数字.已知 1 毫角秒=1 1000角秒,1角秒= 1 3600 度,1AU=1.5×108km, 光速 c = 3.0 ×105km/s.

全国中学生物理竞赛决赛试题及答案

第27届全国中学生物理竞赛决赛试题及答案 一、(25分)填空题 1.一个粗细均匀的细圆环形橡皮圈,其质量为M,劲度系数为k,无形变时半径为R。现将它用力抛向空中,忽略重力的影响,设稳定时其形状仍然保持为圆形,且在平动的同时以角速度ω绕通过圆心垂直于圆面的轴线匀速旋转,这时它的半径应为。 2.鸽哨的频率是f。如果鸽子飞行的最大速度是u,由于多普勒效应,观察者可能观测到的频率范围是从到。(设声速为V。) 3.如图所示,在一个质量为M、内部横截面积为A 的竖直放置的绝热气缸中,用活塞封闭了一定量温 度度为 T的理想气体。活塞也是绝热的,活塞质量 以及活塞和气缸之间的摩擦力都可忽略不计。已知 大气压强为 p,重力加速度为g,现将活塞缓慢上提,当活塞到达气 缸开口处时,气缸刚好离开地面。已知理想气体在缓慢变化的绝热过程中pVγ保持不变,其中p是气体的压强,V是气体的体积,γ是一常数。根据以上所述,可求得活塞到达气缸开口处时气体的温度为。

4.(本题答案保留两位有效数字)在电子显微镜中,电子束取代了光束被用来“照射”被观测物。要想分辨101.010m -?(即原子尺度)的结构,则电子的物质波波长不能大于此尺度。据此推测电子的速度至少需被加速到 。如果要想进一步分辨121.010m -?尺度的结构,则电子的速度至少需被加速到 ,且为使电子达到这一速度,所需的加速电压为 。 已知电子的静止质量 319.110kg e m -=?,电子的电量 191.610C e -=-?,普朗克常量346.710J s h -=??,光速813.010m s c -=??。

二、(20分)图示为一利用传输带输送货物的装置,物块(视为质点)自平台经斜面滑到一以恒定速度v运动的水平长传输带上,再由传输带输送到远处目的地,已知斜面高 2.0m h=,水平边长 4.0m L=,传输带宽 2.0m d=,传输带的运动速度 3.0m/s v=。物块与斜面间的摩擦系数 10.30 μ=。物块自斜面顶端下滑的初速度为零。沿斜面下滑的速度方向与传输带运动方向垂直。设斜面与传输带接触处为非常小的一段圆弧,使得物块通过斜面与传输带交界处时其速度的大小不变,重力加速度2 10m/s g=。 1.为使物块滑到传输带上后不会从传输边缘脱离,物块与传输带之 间的摩擦系数 2 μ至少为多少? 2.假设传输带由一带有稳速装置的直流电机驱动,与电机连接的电源的电动势200V E=,内阻可忽略;电机的内阻10 R=Ω,传输带空载(无 输送货物)时工作电流 02.0A I=,求当货物的平均流量(单位时间内输送货物的质量),稳定在640kg/s 9 η=时,电机的平均工作电流等于多少?假设除了货物与传输带之间的摩擦损耗和电机的内阻热损耗外,其它部分的能量损耗与传输带上的货物量无关。

《全国中学生物理竞赛大纲》2020版

《全国中学生物理竞赛大纲2020版》 (2020年4月修订,2020年开始实行) 2011年对《全国中学生物理竞赛内容提要》进行了修订,修订稿经全国中学生物理竞赛委员会第30次全体会议通过,并决定从2020年开始实行。修订后的“内容提要”中,凡用※号标出的内容,仅限于复赛和决赛。 力学 1.运动学 参考系 坐标系直角坐标系 ※平面极坐标※自然坐标系 矢量和标量 质点运动的位移和路程速度加速度 匀速及匀变速直线运动及其图像 运动的合成与分解抛体运动圆周运动 圆周运动中的切向加速度和法向加速度 曲率半径角速度和※角加速度 相对运动伽里略速度变换 2.动力学 重力弹性力摩擦力惯性参考系 牛顿第一、二、三运动定律胡克定律万有引力定律均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式(不要求导出) ※非惯性参考系※平动加速参考系中的惯性力 ※匀速转动参考系惯性离心力、视重 ☆科里奥利力 3.物体的平衡 共点力作用下物体的平衡 力矩刚体的平衡条件 ☆虚功原理 4.动量 冲量动量质点与质点组的动量定理动量守恒定律※质心 ※质心运动定理 ※质心参考系 反冲运动 ※变质量体系的运动 5.机械能 功和功率

动能和动能定理※质心动能定理 重力势能引力势能 质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式(不要求导出)弹簧的弹性势能功能原理机械能守恒定律 碰撞 弹性碰撞与非弹性碰撞恢复系数 6.※角动量 冲量矩角动量 质点和质点组的角动量定理和转动定理 角动量守恒定律 7.有心运动 在万有引力和库仑力作用下物体的运动 开普勒定律 行星和人造天体的圆轨道和椭圆轨道运动 8.※刚体 刚体的平动刚体的定轴转动 绕轴的转动惯量 平行轴定理正交轴定理 刚体定轴转动的角动量定理刚体的平面平行运动9.流体力学 静止流体中的压强 浮力 ☆连续性方程☆伯努利方程 10.振动 简谐振动振幅频率和周期相位 振动的图像 参考圆简谐振动的速度 (线性)恢复力由动力学方程确定简谐振动的频率简谐振动的能量同方向同频率简谐振动的合成 阻尼振动受迫振动和共振(定性了解) 11.波动 横波和纵波 波长频率和波速的关系 波的图像 ※平面简谐波的表示式 波的干涉※驻波波的衍射(定性) 声波 声音的响度、音调和音品声音的共鸣乐音和噪声

(完整版)2017年度全国初中应用物理竞赛试题及答案

2017年度全国初中应用物理竞赛试题 一、单选题:(每题2分,共20分) 1. 录音棚的墙壁通常装有皮质材料的软包,如图所示,这样做的目的是() A. 减弱声音的反射 B. 增强声音的反射 C. 增大声音的响度 D. 提高装饰的效果 2. 如图所示的两个完全一样的陶瓷杯中分别装有半杯刚冲 好的热茶和半杯冷牛奶,如果将他们混合在一起,想尽快做一杯 温度可能低一些的奶茶,以下方法中效果最好的是() A. 将热茶冷却2min ,之后再把冷牛奶倒入热茶杯中 B.把冷牛奶倒入热茶杯中,再冷却2min C. 将热茶冷却2min ,之后再把热茶倒入冷牛奶杯中 D.把热茶倒入冷牛奶杯中,再冷却2min 3. 炎热的夏天,在玻璃杯中装有水和冰块,如图所示,左边杯子里的冰块压着杯底,右边杯子里的冰块漂浮在水面。若不考虑水的蒸发,当两 个杯中的冰块全部熔化时,杯中水面和初始时刻杯中水面 相比() A. 都高于初始时刻杯中的水面 B. 都和初始时刻杯中的水面相平 C. 左侧杯中水面和初始时刻的水面相平,右侧杯中水面高于初始时刻杯中水面 D. 左侧杯中水面高于初始时刻杯中水面,右侧杯中水面和初始时刻的水面相平 4. 小明用塑料吸管喝汽水时发现,松手后原来插入瓶底的吸管会自己上浮,但放在凉开水中却不会,如图所示。对此现象的分析,下列说话中正 确的是() A. 吸管密度小于汽水密度,因此会上浮 B.吸管很细, 由于内部液体表面张丽的作用导致上浮 C. 从汽水中析出的二氧化碳以气泡形式附着在吸管 上,使他们整体所受浮力大于所受重力而上浮 D. 由于吸管内外大气压强的作用,使吸管上浮 5. 小明是一个爱动手并且善于思考的同学。一 天他把自己的手机拆开,看到一块如图所示的锂电 池。以下是他做出的判断,其中不正确的是() A. 这块电池能提供的电能大约为2.3×104J B.

第28届全国中学生物理竞赛决赛试题及答案

第28届全国中学生物理竞赛决赛试题 一、(15分)在竖直面将一半圆形光滑导轨固定在A 、B 两点,导轨直径AB =2R ,AB 与竖直方向间的夹角为60°,在导轨上套一质量为m 的光滑小圆环,一劲度系数为k 的轻而细的光滑弹性绳穿过圆环,其两端系与A 、B 两点,如 图28决—1所示。当圆环位于A 点正下方C 点时,弹性绳刚好为原长。现将圆环从C 点无初速度释放,圆环在时刻t 运动到C'点,C'O 与半径OB 的夹角为θ,重力加速度为g .试求分别对下述两种情形,求导轨对圆环的作用力的大小:(1) θ=90°(2)θ=30° 二、(15分)如图28决—2所示,在水平地面上有一质量为M 、长度为L 的小车,车两端靠近底部处分别固定两个弹簧,两弹簧位于同一直线上,其原长分别为l 1和 l 2,劲度系数分别为k 1和k 2;两弹簧的另一端分别放着 一质量为m 1、m 2的小球,弹簧与小球都不相连。开始时,小球1压缩弹簧1并保持整个系统处于静止状态,小球2被锁定在车底板上,小球2与小车右端的距离等于弹簧2的原长。现无初速释放小球1,当弹簧1的长度等于其原长时,立即解除对小球2的锁定;小球1与小球2碰撞后合为一体,碰撞时间极短。已知所有解除都是光滑的;从释放小球1到弹簧2达到最大压缩量时,小车移动力距离l 3.试求开始时弹簧1的长度l 和后来弹簧2所达到的最大压缩量Δl 2 . 图28决—2

三、(20分)某空间站A 绕地球作圆周运动,轨道半径为 r A =6.73×106m.一人造地球卫星B 在同一轨道平面作圆周运 动,轨道半径为r B =3r A /2,A 和B 均沿逆时针方向运行。现从空间站上发射一飞船(对空间站无反冲)前去回收该卫星, 为了节省燃料,除了短暂的加速或减速变轨过程外,飞船在往返过程中均采用同样形状的逆时针椭圆转移轨道,作无动力飞行。往返两过程的椭圆轨道均位于空间站和卫星的圆轨道平面,且近地点和远地点都分别位于空间站和卫星的轨道上,如图28决—3所示。已知地球半径为R e =6.38×106m ,地球表面重力加速度为g =9.80m/s 2.试求: (1)飞船离开空间站A 进入椭圆转移轨道所必须的速度增量Δv A ,若飞船在远地点恰好与卫星B 相遇,为了实现无相对运动的捕获,飞船所需的速度增量Δv B . (2)按上述方式回收卫星,飞船从发射到返回空间站至少需要的时间,空间站 A 至少需要绕地球转过的角度。 图28决—3

全国高中物理竞赛初赛试题及标准答案

2014第31届全国中学生物理竞赛预赛试题及参考答案与评分标准 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. 1.一线膨胀系数为α的正立方体物块,当膨胀量较小时,其体膨胀系数等于 A.αB.α1/3 C.α3D.3α 2.按如下原理制作一杆可直接测量液体密度的秤,称为密度秤,其外形和普通的杆秤差不多,装秤钩的地方吊着一体积为lcm3的较重的合金块,杆上有表示液体密度数值的刻度.当秤砣放在Q点处时秤杆恰好平衡,如图所示,当合金块完全浸没在待测密度的液体中时,移动秤砣的悬挂点,直至秤杆恰好重新平衡,便可直接在杆秤上读出液体的密度.下列说法中错误的是 A.密度秤的零点刻度在Q点 B.秤杆上密度读数较大的刻度在较小的刻度的左边 C.密度秤的刻度都在Q点的右侧 D.密度秤的刻度都在Q点的左侧 3.一列简谐横波在均匀的介质中沿z轴正向传播,两质点P1和P2的平衡位置在x轴上,它们相距60cm,当P1质点在平衡位置处向上运动时,P2质点处在波谷位置,若波的传播速度为24 m/s,则该波的频率可能为 A.50Hz B.60Hz C.400Hz D.410Hz 4.电磁驱动是与炮弹发射、航空母舰上飞机弹射起飞有关的一种新型驱动方式,电磁驱动的原理如图所示,当直流电流突然加到一固定线圈上,可以将置于线圈上的环弹射出去.现在同一个固定线圈上,先后置有分别用钢、铝和硅制成的形状、大小和横截面积均相同的三种环;当电流突然接通时,它们所受到的推力分别为F1、F2和F3.若环的重力可忽略,下列说法正确的是 A.F1>F2>F3B.F2>F3 >F1 C.F3 >F2> F1D.F1=F2=F3 5.质量为m A的A球,以某一速度沿光滑水平面向静止的B球运动,并与B球发生弹性正碰.假设B球的质量m B可选取为不同的值,则 A.当m B=m A时,碰后B球的速度最大 B.当m B=m A时,碰后B球的动能最大 C.在保持m B>m A的条件下,m B越小,碰后B球的速度越大

全国初中物理竞赛试题和答案解析

2014年第二十四届初中应用物理竞赛(巨人杯)试题 一、本题共10小题,每小题2分,共20分。以下各小题给出的四个选项中只有一个是正确的,把正确选项前面的字母填在题后的括号内。 1.汽车的观后镜是用来观察车后路面情况的装置,一般 为凸面镜。正常情况下,坐在驾驶员位置的人通过左侧 观后镜应该看见如图1甲所示的效果。在某次准备驾车 外出前,坐在驾驶员位置的王师傅发现,从左侧观后镜 中看到的是如图1乙所示的情景。为确保行驶安全,左 侧观后镜的镜面应适当完成图2中的哪种操作() 2.“元旦文艺会演”时,物理老师和电工师傅合作给同学们表 演了一个“不怕电”的节目(注意:因该节目有危险,同学们 切勿模仿)。首先电工师傅将两根导线的接头A、B分别连接到 一标有“PZ220 100”的灯泡(如图3甲所示)的接线柱C、 D上,闭合开关,灯泡正常发光。随后,电工师傅断开开关取 下灯泡,物理老师站到干燥的木凳上,左、手两手分别抓住两 导线接头A、B(如图3乙所示),此时电工师傅闭合开关,用 测电笔分别测试导线接头A、B及物理老师的皮肤,发现测电 笔的氖管均发光,而在这一过程中,物理老师依然谈笑自如。 对以上现象的解释,你认为下列说法中正确的是() A.物理老师有“特异功能”,确实不怕电 B.物理老师的双手戴着绝缘手套 C.在人、灯替换的过程中,电源的零线被断开了 D.在人、灯替换的过程中,电源的火线被断开了 3.图4甲为一把手工的锯条,图4乙为正对着锯齿看的效 果,发现它的锯齿都“东倒西歪”的侧向两侧,而不在一 个平面上。其原因是() A.将锯齿做成这样的形状后,容易将锯齿打磨得更锋利 B.将锯齿做成这样的形状后,锯条承受撞击能力更强 C.锯条用得太久,锯齿被撞歪了 D.将锯齿做成这样的形状后,可以使锯口加宽,减小被锯物体对锯条的摩擦力 4.“嫦娥三号”探测器在月球表面降落时,没有使用降落伞,是因为() A.月球表面非常松软,不需要使用降落伞减速 B.距离月球表面太近,用降落伞来不及减速 C.月球表面附近没有大气,降落伞无法起到减速的作用 D.“嫦娥三号”质量太大,不易制作足够大的降落伞

第34届全国中学生物理竞赛决赛试题

第34届全国中学生物理竞赛决赛理论考试试题(2017) 一、(35分)如图,质量分别为 、 的小球 、 放置在光滑绝缘水平面上,两球之间用一原长为 , 劲度系数为 .的绝缘轻弹簧连接. (1) 时,弹簧处于原长,小球 有一沿两球连线向右的初速度 ,小球 静止.若运动过程中弹簧始终处于弹性形变范围内,求两球在任一时刻 的速度. (2)若让两小球带等量同号电荷,系统平衡时弹簧长度为 ,记静电力常量为 .求小球所带电荷量和两球与弹簧构成的系统做微振动的频率(极化电荷的影响可忽略). 二、(35分)双星系统是一类重要的天文观测对象.假设某两星体均可视为质点,其质量分别为 和 ,一 起围绕它们的质心做圆周运动,构成一双星系统,观 测到该系统的转动周期为 .在某一时刻, 星突然 发生爆炸而失去质量 .假设爆炸是瞬时的、相对 于 星是各向同性的,因而爆炸后 星的残余体 星的瞬间速度与爆炸前瞬间 星 的速度相同,且爆炸过程和抛射物质 都对 星没 有影响.已知引力常量为 ,不考虑相对论效应. (1)求爆炸前 星和 星之间的距离 ; (2)若爆炸后 星和 星仍然做周期运动,求该运动的周期 ; (3)若爆炸后 星和 星最终能永远分开,求 和 三者应满足的条件. 三、(35分)熟练的荡秋千的人能够通过在秋千板上适时站起和蹲下使秋千越荡越高.一质量 为 的人荡一架底板和摆杆均为刚性的秋千, 底板和摆杆的质量均可忽略,假定人的质量集 中在其质心.人在秋千上每次完全站起时起质 心距悬点 的距离为 ,完全蹲下时此距离变为 .实际上,人在秋千上站起和蹲下过程都是在一段时间内完成的.作为一个简单的模型,假设人在第一个最高点 点从完全站立的姿 势迅速完全下蹲,然后荡至最低点 , 与 的高度差为 ;随后他在 点迅速完全站l 0 a b 爆炸前瞬间 爆炸后瞬间

全国中学生物理竞赛内容提要(俗称竞赛大纲)2020版

说明: 1、2016版和2013版相比较,新增了一些内容,比如☆科里奥利力,※质心参考系☆虚功原理,☆连续性方程☆伯努利方程☆熵、熵增。另一方面,也略有删减,比如※矢量的标积和矢积,※平行力的合成重心,物体平衡的种类。有的说法更严谨,比如反冲运动及火箭改为反冲运动※变质量体系的运动,※质点和质点组的角动量定理(不引入转动惯量) 改为质点和质点组的角动量定理和转动定理,并且删去了对不引入转动惯量的限制,声音的响度、音调和音品声音的共鸣乐音和噪声增加限制(前3项均不要求定量计算)。 2、知识点顺序有调整。比如刚体的平动和绕定轴的转动2013版在一、运动学的最后,2016版独立为一个新单元,---很早以前的版本也如此。 3、2013年开始实行的“内容提要”中,凡用※号标出的内容,仅限于复赛和决赛。2016年开始实行的进一步细化,其中标☆仅为决赛内容,※为复赛和决赛内容,如不说明,一般要求考查定量分析能力。 全国中学生物理竞赛内容提要 (2015年4月修订,2016年开始实行) 说明:按照中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会第9次全体会议(1990年)的建议,由中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会常务委员会根据《全国中学生物理竞赛章程》中关于命题原则的规定,结合我国中学生的实际情况,制定了《全国中学生物理竞赛内容提要》,作为今后物理竞赛预赛、复赛和决赛命题的依据。它包括理论基础、实验、其他方面等部分。1991年2月20日经全国中学生物理竞赛委员会常务委员会扩大会议讨论通过并开始试行。1991年9月11日在南宁经全国中学生物理竞赛委员会第10次全体会议通过,开始实施。 经2000年全国中学生物理竞赛委员会第19次全体会议原则同意,对《全国中学生物理竞赛内容提要》做适当的调整和补充。考虑到适当控制预赛试题难度的精神,《内容提要》中新补充的内容用“※”符号标出,作为复赛题和决赛题增补的内容,预赛试题仍沿用原规定的《内容提要》,不增加修改补充后的内容。 2005年,中国物理学会常务理事会对《全国中学生物理竞赛章程》进行了修订。依据修订后的章程,决定由全国中学生物理竞赛委员会常务委员会组织编写《全国中学生物理竞赛实验指导书》,作为复赛实验考试题目的命题范围。 2011年对《全国中学生物理竞赛内容提要》进行了修订,修订稿经全国中学生物理竞赛委员会第30次全体会议通过,并决定从2013年开始实行。修订后的“内容提要”中,凡用※号标出的内容,仅限于复赛和决赛。 2015年对《全国中学生物理竞赛内容提要》进行了修订,其中标☆仅为决赛内容,※为复赛和决赛内容,如不说明,一般要求考查定量分析能力。 力学 1. 运动学 参考系 坐标系直角坐标系 ※平面极坐标※自然坐标系 矢量和标量 质点运动的位移和路程速度加速度 匀速及匀变速直线运动及其图像 运动的合成与分解抛体运动圆周运动 圆周运动中的切向加速度和法向加速度

2014年全国初中物理竞赛试题及答案

2014年全国初中物理竞赛试题及答案

2014年第二十四届初中应用物理竞赛试题 试卷总分:120分时间:120分钟 启用前----绝密 一、本题共10小题,每小题2分,共20分。以下各小题给出的四个选项中只有一个是正确的,把正确选项前面的字母填在题后的括号内。 1.汽车的观后镜是用来观察车后 路面情况的装置,一般为凸面 镜。正常情况下,坐在驾驶 员位置的人通过左侧观后镜应该看见如图1甲 所示的效果。在某次准备驾车外出前,坐在驾驶员位置的王师傅发现,从左侧观后镜中看到的是如图1乙所示的情景。为确保行驶安全,左侧观后镜的镜面应适当完成图2中的哪种操作 0 0 &鬥 比佝外卑转m 向内庭转 c.向拆庭转m 向F庭转 阻2 2.“元旦文艺会演”时,物理老师和电工师傅合 作给同学们表演了一个“不怕电” 的节目(注意:因该节目有危险,同学们切勿模

仿)。首先电工师傅将两根导线的接头A、B分别连接到一标有“ PZ220 100”的灯泡(如图3 甲所示)的接线柱C、D上,闭合开关,灯泡正常发光。随后,电工师傅断开开关取下灯泡,物理老师站到干燥的木凳上,左、手两手分别抓住两导线接头A、B (如图3乙所示),此时电工师傅闭合开关,用测电笔分别测试导线接头A、B 及物理老师的皮肤,发现测电笔的氖管均发光,而在这一过程中,物理老师依然谈笑自如。对以上现象的解释,你认为下列说法中正确的是() A ?物理老师有“特异功能”,确实不怕电 B.物理老师的双手戴着绝缘手套 C .在人、灯替换的过程中,电源的零线被断开了 D .在人、灯替换的过程中,电源的火线被断开了单空 3?图4甲为一把手工的锯条,图4乙紬 为正对着锯齿看的效果,发现它的锯齿都“东倒西歪”的侧向两侧,而不在一个平面上。其原因是()

历届全国初中物理竞赛(物态变化)

最近十年初中应用物理知识竞赛题分类解析专题3--物态变化 一.选择题 1. (2013全国初中应用物理知识竞赛)在严寒的冬季,小明到滑 雪场滑雪,恰逢有一块空地正在进行人工造雪。他发现造雪机在工作 过程中,不断地将水吸入,并持续地从造雪机的前方喷出“白雾”, 而在“白雾”下方,已经沉积了厚厚的一层“白雪”,如图1所示。 对于造雪机在造雪过程中,水这种物质发生的最主要的物态变化,下 图1 列说法中正确的是( ) A.凝华 B.凝固 C.升华 D.液化 答案:B 解析:造雪机在造雪过程中,水这种物质发生的最主要的物态变化是凝固,选项B正确。2.(2012全国初中应用物理知识竞赛预赛)随着人民生活水平的提高,饭桌上的菜肴日益丰富,吃饭时发现多油的菜汤与少油的菜汤相比不易冷却。这主要是因为【】 A、油的导热能力比较差 B、油层阻碍了热的辐射 C、油层和汤里的水易发生热交换 D、油层覆盖在汤面,阻碍了水的蒸发 答案:D 解析:多油的菜汤不易冷却的原因是油层覆盖在汤面,阻碍了水的蒸发,选项D正确。 3.(2012全国初中应用物理知识竞赛)我国不少地区把阴霾天气现象并入雾,一起作为灾害性天气,统称为“雾霾天气”。关于雾和霾的认识,下列说法中正确的是() A.霾是大量的小水滴或冰晶浮游在近地面空气层中形成的 B.雾和霾是两种不同的天气现象 C.雾是由悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒等颗粒形成的 D.雾和霾是同一个概念的两种不同说法 解析:雾是大量的小水滴或冰晶浮游在近地面空气层中形成的,霾是由悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒等颗粒形成的,雾和霾是两种不同的天气现象,选项B正确。 答案:.B 4(2011全国初中应用物理知识竞赛河南预赛)如图所示的4种物态变化中,属于放热过程的是,( )

第29届全国中学生物理竞赛决赛试题及答案(word版)

29届全国中学生物理竞赛决赛试题 panxinw 整理 一、(15分) 如图,竖直的光滑墙面上有A 和B 两个钉子,二者处于同一水平高度,间距为l ,有一原长为l 、劲度系数为k 的轻橡皮筋,一端由A 钉固定,另一端系有一质量为m=g kl 4的小 球,其中g 为重力加速度.钉子和小球都可视为质点,小球和任何物体碰 撞都是完全非弹性碰撞而且不发生粘连.现将小球水平向右拉伸到与A 钉 距离为2l 的C 点,B 钉恰好处于橡皮筋下面并始终与之光滑接触.初始时刻小球获得大小为20gl v 、方向竖直向下的速度,试确定此后小球沿 竖直方向的速度为零的时刻.

二、(20分) 如图所示,三个质量均为m的小球固定于由刚性轻质杆构成的丁字形架的三个顶点A、B和C处.AD ⊥BC,且AD=BD=CD=a,小球可视为质点,整个杆球体系置于水平桌面上,三个小球和桌面接触,轻质杆架 悬空.桌面和三小球之间的静摩擦和滑动摩擦因数均为μ,在AD杆上距A点a/4 1.试论证在上述推力作用下,杆球体系处于由静止转变为运动的临界状态时, 三球所受桌面的摩擦力都达到最大静摩擦力; 2.如果在AD杆上有一转轴,随推力由零逐渐增加,整个装置将从静止开始绕 该转轴转动.问转轴在AD杆上什么位置时,推动该体系所需的推力最小,并求出 该推力的大小.

三、(20分) 不光滑水平地面上有一质量为m的刚性柱体,两者之间的摩擦因数记为μ.柱体正视图如图所示,正视图下部为一高度为h的矩形,上部为一半径为R的半圆形.柱体上表面静置一质量同为m的均匀柔软的链条,链条两端距地面的高度均为h/2,链条和柱体表面始终光滑接触.初始时,链条受到微小扰动而沿柱体右侧面下滑.试求在链条开始下滑直至其右端接触地面之前的过程中,当题中所给参数满足什么关系时, 1.柱体能在地面上滑动; 2.柱体能向一侧倾倒; 3.在前两条件满足的情形下,柱体滑动先于倾倒发生.

全国初中物理竞赛题及答案

全国初中物理竞赛精选题及答案 初中物理知识要点一览与初中物理基本概念概要 (一)初中物理知识要点一览 速度:V(m/S)?v=?S:路程/t:时间? 重力G?(N)?G=mg(?m:质量;?g:9.8N或者10N?) 密度:ρ?(kg/m3)?ρ=?m?(m:质量;?V:体积?) 合力:F合?(N)?方向相同:F合=F1+F2?;?方向相反:F合=F1—F2?方向相反时,F1>F2? 浮力:F浮?(N)?F浮=G物—G视?(G视:物体在液体的重力?) 浮力:F浮?(N)?F浮=G物?(此公式只适用?物体漂浮或悬浮?) 浮力:F浮?(N)?F浮=G排=m排g=ρ液gV排?(G排:排开液体的重力?;m排:排开液体的质量?;ρ液:液体的密度?;?V排:排开液体的体积?(即浸入液体中的体积)?) 杠杆的平衡条件:?F1L1=?F2L2?(?F1:动力?;L1:动力臂;F2:阻力;?L2:阻力臂?) 定滑轮:?F=G物?S=h?(F:绳子自由端受到的拉力;?G物:物体的重力;?S:绳子自由端移动的距离;?h:物体升高的距离) 动滑轮:?F=?(G物+G轮)/2?S=2?h?(G物:物体的重力;?G轮:动滑轮的重力) 滑轮组:?F=?(G物+G轮)?S=n?h?(n:通过动滑轮绳子的段数)机械功:W?(J)?W=Fs?(F:力;?s:在力的方向上移动的距离?)有用功:W有?=G物h? 总功:W总?W总=Fs?适用滑轮组竖直放置时? 机械效率:?η=W有/W总?×100%?

功率:P?(w)?P=?w/t?(W:功;?t:时间) 压强p?(Pa)?P=?F/s?(F:压力;?S:受力面积) 液体压强:p?(Pa)?P=ρgh?(ρ:液体的密度;?h:深度【从液面到所求点的竖直距离】?) 热量:Q?(J)?Q=cm△t?(c:物质的比热容;?m:质量?;△t:温度的变化值?) 燃料燃烧放出的热量:Q(J)?Q=mq?(m:质量;?q:热值)? 串联电路?电流I(A)?I=I1=I2=……?电流处处相等? 串联电路?电压U(V)?U=U1+U2+……?串联电路起分压作用? 串联电路?电阻R(Ω)?R=R1+R2+……? 并联电路?电流I(A)?I=I1+I2+……?干路电流等于各支路电流之和(分流)? 并联电路?电压U(V)?U=U1=U2=……? 并联电路?电阻R(Ω)1/R?=1/R1?+1/R2?+……? 欧姆定律:?I=?U/I? 电路中的电流与电压成正比,与电阻成反比? 电流定义式?I=?Q/t?(Q:电荷量(库仑);t:时间(S)?) 电功:W?(J)?W=UIt=Pt?(U:电压;?I:电流;?t:时间;?P:电功率?) 电功率:?P=UI=I2R=U2/R?(U:电压;?I:电流;?R:电阻?) 电磁波波速与波?长、频率的关系:?C=λν?(C:波速(电磁波的波速是不变的,等于3×108m/s);?λ:波长;?ν:频率?) (二)初中物理基本概念概要 一、测量

29届全国中学生物理竞赛决赛试题

29届全国中学生物理竞赛决赛试题 一、(15分) 如图,竖直的光滑墙面上有A 和B 两个钉子,二者处于同一水平高度,间距为l ,有一原长为l 、劲度系数为k 的轻橡皮筋,一端由A 钉固定,另一端系有一质量为m= g kl 4的小 球,其中g 为重力加速度.钉子和小球都可视为质点,小球和任何物体碰撞都是完全非弹性碰撞而且不发生粘连.现将小球水平向右拉伸到与A 钉距离为2l 的C 点,B 钉恰好处于橡皮筋下面并始终与之光滑接触.初始时刻小球获得大小为2 0gl v 、方向竖直向下的速度,试确定此后小球沿竖直方向的速度为零的时刻.

二、(20分) 如图所示,三个质量均为m的小球固定于由刚性轻质杆构成的丁字形架的三个顶点A、B和C处.AD ⊥BC,且AD=BD=CD=a,小球可视为质点,整个杆球体系置于水平桌面上,三个小球和桌面接触,轻质杆架 悬空.桌面和三小球之间的静摩擦和滑动摩擦因数均为μ,在AD杆上距A点a/4 1.试论证在上述推力作用下,杆球体系处于由静止转变为运动的临界状态时, 三球所受桌面的摩擦力都达到最大静摩擦力; 2.如果在AD杆上有一转轴,随推力由零逐渐增加,整个装置将从静止开始绕 该转轴转动.问转轴在AD杆上什么位置时,推动该体系所需的推力最小,并求出 该推力的大小.

三、(20分) 不光滑水平地面上有一质量为m的刚性柱体,两者之间的摩擦因数记为μ.柱体正视图如图所示,正视图下部为一高度为h的矩形,上部为一半径为R的半圆形.柱体上表面静置一质量同为m的均匀柔软的链条,链条两端距地面的高度均为h/2,链条和柱体表面始终光滑接触.初始时,链条受到微小扰动而沿柱体右侧面下滑.试求在链条开始下滑直至其右端接触地面之前的过程中,当题中所给参数满足什么关系时, 1.柱体能在地面上滑动; 2.柱体能向一侧倾倒; 3.在前两条件满足的情形下,柱体滑动先于倾倒发生.

第25届全国中学生物理竞赛复赛试题及答案

2008年第25届全国中学生物理竞赛复赛试卷 本卷共八题,满分160分 一、(15分) 1、(5分)蟹状星云脉冲星的辐射脉冲周期是0.033s 。假设它是由均匀分布的物质构成的球体,脉冲周期是它的旋转周期,万有引力是唯一能阻止它离心分解的力,已知万有引力常量 113126.6710G m kg s ---=???,由于脉冲星表面的物质未分离,故可估算出此脉冲星密度的下限是3kg m -?。 2、(522C -?,电荷量q 1洁的形式F q =C 。 3、(5强度B 当B 。 二、(21圆轨道,高 5 31 f H =1所示)使卫星以后的近地点点火,使卫星加速和变轨,抬高远地点,相继进入24小时轨道、转移轨道(分别如图中曲线3、4、5所示)。已知卫星质量32.35010m k g =?,地球半径 36.37810R km =?,地面重力加速度29.81/g m s =,月球半径31.73810r km =?。 1、试计算16小时轨道的半长轴a 和半短轴b 的长度,以及椭圆偏心率e 。 2、在16小时轨道的远地点点火时,假设卫星所受推力的方向与卫星速度方向相同,而且点火时间很短,可以认为椭圆轨道长轴方向不变。设推力大小F=490N ,要把近地点抬高到600km ,问点火时间应持续多长? 3、试根据题给数据计算卫星在16小时轨道的实际运行周期。 4、卫星最后进入绕月圆形轨道,距月面高度H m 约为200km ,周期T m =127分钟,试据此估算月球质量与地球质量之比值。

三、(22分)足球射到球门横梁上时,因速度方向不同、射在横梁上的位置有别,其落地点也是不同的。已知球门的横梁为圆柱形,设足球以水平方向的速度沿垂直于横梁的方向射到横梁上,球与横梁间的滑动摩擦系数0.70μ=,球与横梁碰撞时的恢复系数e=0.70。试问足球应射在横梁上什么位置才能使球心落在球门线内(含球门上)?足球射在横梁上的位置用球与横梁的撞击点到横梁轴线的垂线与水平方向(垂直于横梁的轴线)的夹角θ(小于90)来表示。不计空气及重力的影响。 四、(20分)图示为低温工程中常用的一种气体、蒸气压联合温度计的原理示意图,M 为指针压力表,以V M 表示其中可以容纳气体的容积;B 为测温饱,处在待测温度的环境中,以V B 表示其体积;E 为贮气容器,以V E 表示其体积;F 为阀门。M 、E 、B 由体积可忽略的毛细血管连接。在M 、E 、B 均处在室温T 0=300K 时充以压强50 5.210p Pa =?的氢气。假设氢的饱和蒸气仍遵从理想气体状态方125K 示的压强p 2时压力表M 在设25V T K =25K 时,3、的800五、(20个电子,时刻刚好到达电容器的左极板。电容器的两个极板上各开一个小孔,使电子束可以不受阻碍地穿过电容器。两极板图所示的周期性变化的电压AB V (AB A B V V V =-,图中只画出了一个周期的图线),电压的最大值和最小值分别为V 0和-V 0,周期为T 。若以τ表示每个周期中电压处于最大值的时间间隔,则电压处于最小值的时间间隔为T -τ。已知τ的值恰好使在V AB 变化的第一个周期内通过电容器到达电容器右边的所有的电子,能在某一时刻t b 形成均匀分布的一段电子束。设电容器两极板间的距离很小,电子穿过电容器所需要的时间可以忽略,且206mv eV =,不计电子之间的相互作用及重力作用。 1、满足题给条件的τ和t b 的值分别为τ=T ,t b =T 。 2、试在下图中画出t=2T 那一时刻,在0-2T 时间内通过电容器的电子在电容器右侧空间形成的电流I ,随离开右极板距离x 的变化图线,并在图上标出图线特征点的纵、横坐标(坐标的数字保留到小数点后第二位)。取x 正向为电流正方向。图中x=0处为电容器的右极板B 的小孔所在的位置,

第22届全国中学生物理竞赛预赛试卷(含答案)

本卷共九题,满分200分 一、(10分)在横线上填上恰当的内容 1.在2004年6月10日联合国大会第58次会议上,鼓掌通过一项决议。决议摘录如下: 联合国大会, 承认物理学为了解自然界提供了重要基础, 注意到物理学及其应用是当今众多技术进步的基石, 确信物理教育提供了建设人类发展所必需的科学基础设施的工具, 意识到2005年是爱因斯坦科学发现一百周年,这些发现为现代物理学奠定了基础, i . ……; ii . ……; iii .宣告2005年为 年. 2.爱因斯坦在现代物理学领域作出了很多重要贡献,试举出其中两项: ; . 二、(17分)现有一个弹簧测力计(可随便找地方悬挂),一把匀质的长为l 的有刻度、零点位于端点的直尺,一个木块及质量不计的细线.试用这些器件设计一实验装置(要求画出示意图),通过一次测量(弹簧测力计只准读一次数),求出木块的质量和尺的质量.(已知重力加速度为g ) 第22届全国中学生物理竞赛预赛题试卷

三、(18分)内表面只反射而不吸收光的圆筒内有一半径为R 的黑球,距球心为2R 处有一点光源S ,球心O 和光源S 皆在圆筒轴线上,如图所示.若使点光源向右半边发出的光最后全被黑球吸收,则筒的内半径r 最大为多少? 四、(20分)处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时会发出一系列不同频率的光,称为氢光谱.氢光谱线的波长λ 可以用下面的巴耳末—里德伯公式来表示 ??? ??-=2211 1 n k R λ n ,k 分别表示氢原子跃迁前后所处状态的量子数. ,3,2,1=k ,对于每一个k ,有 ,k ,k ,k n 321+++=,R 称为里德伯常量,是一个已知量.对于1=k 的一系列谱线其波长处在紫外线区,称为赖曼系;2=k 的一系列谱线其波长处在可见光区,称为巴耳末系. 用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验,当用赖曼系波长最长的光照射时,遏止电压的大小为U 1,当用巴耳末系波长最短的光照射时,遏止电压的大小为U 2. 已知电子电量的大小为e ,真空中的光速为c ,试求:普朗克常量和该种金属的逸出功.

第24届全国中学生物理竞赛决赛试题及详细解答

第24届全国中学生物理竞赛决赛试题 ★ 理论部分 一、 A , B , C 三个刚性小球静止在光滑的水平面上.它们的质量皆为m ,用不可伸长的长度皆为l 的柔软轻线相连,AB 的延长线与BC 的夹角α = π / 3 ,如图所示.在此平面内取正交坐标系Oxy ,原点O 与B 球所在处重合,x 轴正方向和y 轴正方向如图.另一质量也是m 的刚性小球 D 位于y 轴 上,沿y 轴负方向以速度v 0(如图)与B 球发生弹性正碰,碰撞时间极短.设刚碰完后,连接A ,B ,C 的连线都立即断了.求碰后经多少时间,D 球距A ,B ,C 三球组成的系统的质心最近. 二、 为了近距离探测太阳并让探测器能回到地球附近,可发射一艘以椭圆轨道绕太阳运行的携带探测器的宇宙飞船,要求其轨道与地球绕太阳的运动轨道在同一平面内,轨道的近日点到太阳的距离为0.01AU (AU 为距离的天文单位,表示太阳和地球之间的平均距离:1AU = 1.495 ×1011 m ),并与地球具有相同的绕日运行周期(为简单计,设地球以圆轨道绕太阳运动).试问从地球表面应以多大的相对于地球的发射速度u 0(发射速度是指在关闭火箭发动机,停止对飞船加速时飞船的速度)发射此飞船,才能使飞船在克服地球引力作用后仍在地球绕太阳运行轨道附近(也就是说克服了地球引力作用的飞船仍可看做在地球轨道上)进入符合要求的椭圆轨道绕日运行?已知地球半径R e = 6.37 ×106 m ,地面处的重力加速度g = 9.80 m / s 2 ,不考虑空气的阻力. 三、 如图所示,在一个竖直放置的封闭的高为H 、内壁横截面积为S 的绝热气缸内,有一质量为m 的绝热活塞A 把缸内分成上、下两部分.活塞可在缸内贴缸壁无摩擦地上下滑动.缸内顶部与A 之间串联着两个劲度系数分别为k 1和k 2(k 1≠k 2)的轻质弹簧.A 的上方为真空;A 的下方盛有一定质量的理想气体.已知系统处于平衡状态,A 所在处的高度(其下表面与 y C

历届全国初中物理竞赛(浮力)

历届全国初中物理竞赛 (浮力) -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

最近十年初中应用物理知识竞赛题分类解析专题10--浮力 一、选择题 1. (2013全国初中应用物理知识竞赛预赛题)下列各种现象与其涉及物理知识之间的关系中,说法错误的是 ( ) A.高原反应——大气压和海拔高度的关系 B.飞机飞行时获得升力——流体压强和流速的关系 C.水下潜水艇能够上浮——液体压强和深度的关系 D.利用高压锅容易将饭煮熟——沸点和气体压强的关系 1.答案:C 解析:水下潜水艇能够上浮,是由于浮力大于重力,选项C说法错误。 2. (2013全国初中应用物理知识竞赛预赛题)如图7所示:在研究浮力的大小时,将浮于水面的盆子慢慢向下按,用力越大,盆子浸入水中的部分越多。根据以上事实,下列猜想最符合研究目的的是 A.用力越大,物体排开水的体积越大 B.液体密度越大,物体所受浮力越大 C.物体的体积越大,所受浮力越大 D.物体排开水越多,所受浮力越大 2. 答案:D 解析:用力越大,物体排开水的体积越大,但是不符合研究浮力的大小的目的。根据将浮于水面的盆子慢慢向下按,用力越大,盆子浸入水中的部分越多,不能得出液体密度越大,物体所受浮力越大,不能得出物体的体积越大,所受浮力越大。将浮于水面的盆子慢慢向下按,用力越大,盆子浸入水中的部分越多,说明物体排开水越多。而用力大,说明所受浮力越大。选项D正确。

3.设想从某一天起,地球的引力减小一半,那么对于漂浮在水面上的船来说,下列说法中正确的是 A.船受到的重力将减小,船的吃水深度仍不变 B.船受到的重力将减小,船的吃水深度也减小 C.船受到的重力将不变,船的吃水深度也不变 D.船受到的重力将不变,船的吃水深度将减小 答案:A解析:对于漂浮在水面上的船来说,所受浮力等于船的重力;若地球的引力减小一半,其g值减小一半,船受到的重力将减小,船的吃水深度仍不变,选项A正确。 4.如图所示,将底面半径为2R的圆柱形薄壁容器放在水平桌面上,把高为h。密度为ρ(ρ<ρ水),半径为R的实心圆柱体木块竖直放在容器中,然后向容器内注水,则A.注水前,木块对容器底的压力为4πR2ρgh B.注水前,木块对容器底的压强为2ρgh C.若使木块竖直漂浮,向容器中注入水的质量至少为πR2ρh D.若使木块竖直漂浮,向容器中注入水的质量至少为3πR2ρh 答案:D 解析:根据柱体压强公式,注水前,木块对容器底的压强为ρgh,压力为 πR2ρgh,选项AB错误;若使木块竖直漂浮,由阿基米德定律,木块排开水的重力等于πR2ρgh,由于圆柱形薄壁容器底面是实心圆柱体木块底面面积的4倍,所以,向容器中注入水的质量至少为3πR2ρh,选项D正确C错误。 5.甲、乙两个圆柱形容器盛有相同深度的液体,放置于水平桌面上,如图7所示。甲、乙两容器的底面积分别为S1和S2,且2S1=3S2。甲 容器中液体的密度为ρ1,液体对容器底产生的压强为 p1。乙容器中液体的密度为ρ2,液体对容器底产生的压

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