第34屆全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽預(yù)賽試卷(解析版)

1、34一、選擇題此題共5 小題，每題6 分在每題給出的4 個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一項(xiàng)符合題意，有的小題有多項(xiàng)符合題意把符合題意的選項(xiàng)前面的英文字母寫(xiě)在每題后面的方括號(hào)內(nèi)全部選對(duì)的得6 分，3 0 分下述試驗(yàn)或現(xiàn)象中，能夠說(shuō)明光具有粒子性的是()光的雙縫干預(yù)試驗(yàn) B黑體輻射 C光電效應(yīng) D康普頓效應(yīng)2系統(tǒng)l 2 質(zhì)量相等，比熱容分別為C1 C ，兩系統(tǒng)接觸后到達(dá)共同溫度T；整個(gè)過(guò)程中與外界2(兩系統(tǒng)之外)無(wú)熱交換。兩系統(tǒng)初始溫度T1 和T2 的關(guān)系為()ATC2 TT) TBTC1 TT) TCTC1 TT) +TDTC2 TT) +T1=C (21=(21=(21=(21C2C2C1假設(shè)原子核可

2、視為均勻球體。質(zhì)量數(shù)為A R R=R0A1/3 表示，其中R0 為一常量。對(duì)于核子數(shù)一樣的原子核，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是(A質(zhì)量密度是根本一樣的B電荷密度是根本一樣的 C外表積是根本一樣的D體積是根本一樣的0一顆人造地球通訊衛(wèi)星(同步衛(wèi)星)對(duì)地球的張角能掩蓋赤道上空東經(jīng)0 到東經(jīng)0+ 之間的區(qū)域 。地球半徑為R ，地球外表處的重力加速度大小為g，地球自轉(zhuǎn)周期為T(mén) . 的值等于()0arcsin(B2 arcsin(Carccos ()1/3D2arccos ()1/3T2gT2gT2gT2g有3 種不同波長(zhǎng)的光，每種光同時(shí)發(fā)出、同時(shí)中斷，(發(fā)光持續(xù)時(shí)間)為 ，I t 的變化如下圖。該光脈沖正入射

3、到L 面的反射損失。在通過(guò)玻璃棒后光脈沖的光強(qiáng)I 隨時(shí)間t 的變化最可能的圖示是(虛線局部為入射前的總光強(qiáng)隨時(shí)間變化示意圖)()二、填空題把答案填在題中的橫線上只要給出結(jié)果，不需寫(xiě)出求得結(jié)果的過(guò)程 將一質(zhì)量為0.10kg 的小球放在凹槽邊緣從靜止釋放。重力加速度大小為9.8m/s小球由凹槽最高點(diǎn)滑到最低點(diǎn)所用時(shí)間為s7(10 分)先用波長(zhǎng)為1 的單色可見(jiàn)光照耀楊氏雙縫干預(yù)試驗(yàn)裝置；再加上波長(zhǎng)為2(21)的單色可見(jiàn)光照耀同一個(gè)楊氏雙縫干預(yù)試驗(yàn)裝置。觀看到波長(zhǎng)為1 的光的干預(yù)條紋的l、2 級(jí)亮紋之間原本是暗紋的位置消滅了波長(zhǎng)為2 的光的干預(yù)條紋的1 級(jí)亮紋，則兩種光的波長(zhǎng)之比2：1=。8(10 分

4、)某一導(dǎo)體通過(guò)反復(fù)接觸某塊金屬板來(lái)充電。該金屬板初始電荷量為6C，每次金屬板與導(dǎo)體脫離接觸后，金屬板又被布滿6C 的電荷量。導(dǎo)體第一次與金屬板接觸后，導(dǎo)體上帶的電荷量為 2C；經(jīng)過(guò)無(wú)窮次接觸，導(dǎo)體上所帶的電荷量最終為。9(10 分)如圖一焦距為20cm 的薄透鏡位于x=0 平面上光心位于坐標(biāo)原點(diǎn)0，光軸與x 軸重合。在z=0 平面內(nèi)的一束平行光入射到該透鏡上，入射方向與光軸的夾角為30該光束通過(guò)透鏡后會(huì)聚點(diǎn)的位置坐標(biāo)為。10(10 分)一質(zhì)量為m 的小球與一勁度系數(shù)為k 的彈簧連接，置于光滑水平桌面上，彈簧的另一端與固 定墻面相連，小球做一維自由振動(dòng)，彈簧的伸縮方向與小球的振動(dòng)方向全都。在一沿

5、此彈簧長(zhǎng)度方向以速u(mài) 做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系里觀看，此彈簧和小球構(gòu)成的系統(tǒng)的機(jī)械(填“守恒”或“不守恒”)，- 1 -理由是。分有數(shù)值計(jì)算的，答案中必需明確寫(xiě)出數(shù)值和單位11(20 分)某電視節(jié)目中演示了一個(gè)用三根火柴棍和細(xì)棉線懸掛起一瓶或多瓶礦泉水的試驗(yàn)，如下圖。A、B、C l，細(xì)實(shí)線為棉線，棉線的直徑為d(dl)。火柴棍 A 的一半在水 平桌面內(nèi)，另一半在桌面外，火柴棍A 與桌面上外表的邊沿垂直；桌面厚度為h；O 是火柴棍 A 的中點(diǎn)與桌面AC B A 的球狀頭 部(可近似無(wú)視球狀頭部的尺度)C B CA 是否可能懸掛起一瓶礦泉水?為什么?B C、留神掛上重物時(shí)，火柴棍A A O 點(diǎn)有一個(gè)

6、角位移，通過(guò)火B(yǎng) C 兩端的棉線將繞桌面下外表的邊沿轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)很小的角度；只要角度大小適宜，可使整個(gè)系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定平衡。求平衡時(shí)該角度的大小。(即可以沒(méi)有滑動(dòng))，而且它們的質(zhì)量與重物相比均可無(wú)視。12(20 分)L abcd ab F 作用在 cd 邊的中點(diǎn)，整個(gè)線框置于方向豎直向上的均勻磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間變化。該方形線框銅線的電導(dǎo)率(即電阻率的倒數(shù))r0gabef 時(shí)，求該方形線框所受到的重力矩。abef 時(shí)，框平面恰好處于平衡狀態(tài)。求此時(shí)線框中cd BF 之間的關(guān)系式。隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化，可依據(jù)(2)中的關(guān)系式隨時(shí)調(diào)整外力 F 的大小以保持框平面與水平abef 在保持夾角

7、 不變的情形下，在某一時(shí)刻外力為零時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B；求此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率B t- 2 -13(20 分)S 2S 的兩圓柱形容器按圖示方式連接成一氣缸，每個(gè)圓筒中各置有一活塞，兩活塞間的距離為 l，用硬桿相連，形成“工”字形活塞，它把整個(gè)氣缸分隔成三個(gè)氣室，其中I、室密閉摩爾和21 mol該種氣體內(nèi)能為CC T 。當(dāng)三個(gè)氣室中氣體的溫度均為T(mén)1字形活塞在氣缸中恰好在圖所示的位置處于平衡狀態(tài)，這時(shí)I l，室內(nèi)空氣的摩爾數(shù)為320I、兩室中的氣體緩慢加熱，直至I 2 d抱負(fù)氣體常R求(1)室內(nèi)氣體初態(tài)氣柱的長(zhǎng)度；(2)室內(nèi)氣體末態(tài)的溫度；(3)此過(guò)程中I、室密閉氣體吸取的總熱量。B

8、14(20 分)x 方向通有電流(x Ex)的長(zhǎng)方體形的半導(dǎo)體材料，放在沿z 方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，半導(dǎo)體材料的六個(gè)外表分別與相應(yīng)的坐標(biāo)平面平行；磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 在垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的BxyyxxyH x zH+y 或y E ，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，由霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的電場(chǎng)稱為霍爾電場(chǎng)。試驗(yàn)E J B E =R J ByyxxyH x zHn(即載流子的平均速度與電場(chǎng)成正比的比例系數(shù))p 和 ，空穴和電子的數(shù)密度分別為p ne 和ne試確定該半導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)。- 3 -15(20 分)n(n3)個(gè)質(zhì)量一樣的滑扣(即可以滑動(dòng)的圓環(huán))，每相鄰的兩個(gè)滑扣(極薄)之間有不行伸長(zhǎng)的松軟輕質(zhì)細(xì)線相連，細(xì)線長(zhǎng)度

9、均為L(zhǎng)，滑扣在滑竿上滑行的阻力大小恒為滑扣對(duì)滑竿 正 (但未相互擠壓)；今給第1 個(gè)滑扣一個(gè)初速度使其在滑竿上開(kāi)頭向左滑行(平動(dòng))一個(gè)(n 個(gè))1 個(gè)滑扣開(kāi)頭的(n 1)l(0lL)后靜止，且全部細(xì)線拉緊過(guò)程的時(shí)間間隔極短。求1 的初速度的大?。徽麄€(gè)過(guò)程中抑制摩擦力所做的功；整個(gè)過(guò)程中僅僅由于細(xì)線拉緊引起的總動(dòng)能損失。16(20 分)k 的同樣的輕彈性繩的上端固定在一水平面上，下端懸掛一質(zhì)量為m00靜止釋放。證明小物塊做簡(jiǎn)諧振動(dòng)；k=0.50N/m、m=50g、0=30、l0=2.0mg=9.8 m/sT；當(dāng)小物塊下拉的距離為 0.010m 當(dāng)x0，E mgL0； E0，E mgL0，(n2)

10、fn2 06(n1)fn2 06(n1)(n2)(2n3)n(n1)(2n1)得mgLE mgL，本式題目中沒(méi)有要求的，相當(dāng)于給出了待求量606的定義域1 個(gè)滑扣開(kāi)頭的(n1)l(0lL)后靜止。因而有E=(n2)(2n3)E mgL=(n1) mgl(由于要連續(xù)滑行距離l)(n1)0n1 06(n(n2)(2n3)3L+2(n1)l(n1)gv10整個(gè)過(guò)程中抑制摩擦力所做的功為(n2)W=mgL+(2m)gL+(3m)gL+(n2)mgL+(n1)mgl=2L+l(n1)mg在整個(gè)過(guò)程中僅僅由于細(xì)線拉緊引起的總能量損失為121 (n2)(2n3)(n2)E= mvW = L+2(n1)l(n

11、1)mg L+l(n1)mg210232(n2)(n3)=3L+(n2)l(n1)mgd0l0Omy16(1)取小物塊的平衡位置為原點(diǎn)O，y 軸的方向豎直向下，如下圖。由牛頓其次定律可知：ma=mg2d0l0Omy L為彈性繩的原長(zhǎng)；l0為物塊靜止時(shí)，l 和分別為物塊離開(kāi)平衡位置的位移為y 時(shí)彈性繩的長(zhǎng)度和彈性繩與水平面的夾角。0=cos由幾何關(guān)系得 l=d2+(l0sin0=cossinl sin +yl00l2cos2l2cos2 +l2sin2 +y2+2l ysin0000001+2y1+2yl0sin0由于y 是小量，y2 是二階無(wú)窮小量，可略去。得 l=l0+2l0ysin0 =l

12、0 x1 時(shí)，1 1，知l=l 1+ ysin =l +ysin1+x+xl200001+x+xl0將代入，得 sinl0sin0+y，由 當(dāng) 1x ，知 sin=(lsin +y)1(1ysin )l0+ysin01+x00l00 l sin=l sin+yysin2 (y2/l )sin且 無(wú)視 y2 項(xiàng)， l sin= l sin +ycos20000000000 sin=sin+(y/l)cos2000=我比較笨的方法：sin l0sin0+y lsinl sin +y (l +ysin=sin +yl sin=l sin+yl00000000ysin sin ysin sinysin20000l sin= l sin + ycos2 各路大神，不知我這樣證明可不行以？0000當(dāng)小物塊處在平衡位置時(shí)有 mg=2k(lL)sin即 L=l mg0002ksin0mg(l，L，sin)代入 得：ma=mg2kl +ysin l + sin +(y/l )cos2 0002ksin0mgy2mgycos2000ma=mg2kysin2 +sincos2+0 y2項(xiàng)0020l002kl sinlma=(2ksin2 lmgcos2)y=Ky00sin回000mgcos2l所以 K=(2ksin2 +0 )l0sin00由此，物體的運(yùn)動(dòng)滿足簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征方程。因此，當(dāng)y