28屆全國高中物理競賽預(yù)賽試題與答案

PAGEPAGE1428屆全國中學(xué)生物理競賽預(yù)賽試題2011一、選擇題（本題共5小題，每小題6分）1、如圖28預(yù)—1所示，常用示波器中的掃描電壓u隨時間t變化的圖線是（）AAutButCutDut圖28預(yù)—12、下面列出的一些說法中正確的是（）A．在溫度為20oC和壓強為1個大氣壓時，一定量的水蒸發(fā)為同溫度的水蒸氣，在此過程中，它所吸收的熱量等于其內(nèi)能的增量。B．有人用水銀和酒精制成兩種溫度計，他都把水的冰點定為0度，水的沸點定為100度，并都把0刻度與100刻度之間均勻等分成同數(shù)量的刻度，若用這兩種溫度計去測量同一環(huán)境的溫度（大于0度小于100度）時，兩者測得的溫度數(shù)值必定相同。C．一定量的理想氣體分別經(jīng)過不同的過程后，壓強都減小了，體積都增大了，則從每個過程中氣體與外界交換的總熱量看，在有的過程中氣體可能是吸收了熱量，在有的過程中氣體可能是放出了熱量，在有的過程中氣體與外界交換的熱量為零.D．地球表面一平方米所受的大氣的壓力，其大小等于這一平方米表面單位時間內(nèi)受上方作熱運動的空氣分子對它碰撞的沖量，加上這一平方米以上的大氣的重量。3、如圖28預(yù)—2所示，把以空氣為介質(zhì)的兩個平行板電容器a和b串聯(lián)，再與電阻R和電動勢為E的直流電源如圖連接。平衡后，若把一塊玻璃板插人電容器a中，則再達(dá)到平衡時，有（）圖28預(yù)—2R圖28預(yù)—2REabB．與玻璃板插人前比，電容器a兩極間的電壓減小了C．與玻璃板插入前比，電容器b貯存的電能增大了D．玻璃板插人過程中電源所做的功等于兩電容器貯存總電能的增加量A．(26.8-4.02-4.02)keVB．(40.00-26.8-4.02)keVC．(26.8-4.02)keVD．(40.00-26.8+4.02)keV5、一圓弧形的槽，槽底放在水平地面上，槽的兩側(cè)與光滑斜坡aa'、bb'相切，相切處a、b位于同一水平面內(nèi)，槽與斜坡在豎直平面內(nèi)的截面如圖28預(yù)—3所示。一小物塊從斜坡aa'上距水平面ab的高度為2h處沿斜坡自由滑下，并自a處進(jìn)人槽內(nèi)，到達(dá)b后沿斜坡bb'向上滑行，已知到達(dá)的最高處距水平面ab的高度為h；接著小物塊沿斜坡bb'滑下并從b處進(jìn)人槽內(nèi)反向運動，若不考慮空氣阻力，則（）2hha2hha'b'ba圖28預(yù)—3二、填空題和作圖題6、（6分）在大氣中，將一容積為0.50m3的一端封閉一端開口的圓筒筒底朝上筒口朝下豎直插人水池中，然后放手，平衡時，筒內(nèi)空氣的體積為0.40m3.設(shè)大氣的壓強與10.L1L2O1O2圖28預(yù)—47、（10分）近年來，由于“微結(jié)構(gòu)材料”的發(fā)展，研制具有負(fù)折射率的人工材料的光學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用，已受人們關(guān)注。對正常介質(zhì)，光線從真空射人折射率為n的介質(zhì)時，人射角和折射角滿足折射定律公式，人射光線和折射光線分布在界面法線的兩側(cè)；若介質(zhì)的折射率為負(fù)，即n<0，這時人射角和折射角仍滿足折射定律公式，但人射光線與折射光線分布在界面法線的同一側(cè)。現(xiàn)考慮由共軸的兩個薄凸透鏡L1和L2構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)，兩透鏡的光心分別為O1和O2，它們之間的距離為s.若要求以與主光軸成很小夾角的光線人射到O1能從O2出射，并且出射光線與人射光線平行，則可以在O1和O2之間放一塊具有負(fù)折射率的介質(zhì)平板，介質(zhì)板的中心位于OO'的中點，板的兩個平行的側(cè)面與主光軸垂直，如圖28預(yù)—4L1L2O1O2圖28預(yù)—48、（10分）已知：規(guī)定一個K（鉀）原子與Cl（氯）原子相距很遠(yuǎn)時，他們的相互作用勢能為零；從一個K原子中移走最外層電子形成K+離子所需的能量（稱為電離能）為EK，一個Cl原子吸收一個電子形成Cl-離子釋放的能量（稱為電子親和能）為ECl；K＋離子（視為質(zhì)點）與Cl-離子（視為質(zhì)點）之間的吸引力為庫侖力，電子電荷量的大小為e，靜電力常量為k.利用以上知識，可知當(dāng)KCI分子中K+離子與Cl-離子之間的庫侖相互作用勢能為零時，K+離子與Cl-離子之間的距離rs，可表示為。若已知EK=4.34ev，ECl=3.62eV，k=9.0×109N?m2?C-2，e=1.60×10-19C，則rs=m9、（10分）光帆是裝置在太空船上的一個面積很大但很輕的帆，利用太陽光對帆的光壓，可使太空船在太空中飛行。設(shè)想一光帆某時刻位于距離太陽為1天文單位（即日地間的平均距離）處，已知該處單位時間內(nèi)通過垂直于太陽光輻射方向的單位面積的輻射能量E=1.37×103J?m-2?s-1，設(shè)平面光帆的面積為1.0×106m2，且其平面垂直于太陽光輻射方向，又設(shè)光帆對太陽光能全部反射（不吸收），則光帆所受光的壓力約等于10、（20分）有兩個電阻1和2，它們的阻值隨所加電壓的變化而改變，從而它們的伏安特性即電壓和電流不再成正比關(guān)系（這種電阻稱為非線性電阻）。假設(shè)電阻1和電阻2的伏安特性圖線分別如圖28預(yù)—5所示?，F(xiàn)先將這兩個電阻并聯(lián)，然后接在電動勢E=9.0V、內(nèi)電阻r0=2.0Ω的電源上。試?yán)妙}給的數(shù)據(jù)和圖線在題圖中用作圖法讀得所需的數(shù)據(jù)，進(jìn)而分別求出電阻1和電阻2上消耗的功率P1和P2.要求：圖28預(yù)—5=1\*romani．在題圖上畫出所作的圖線．（只按所畫圖線評分，不要求寫出畫圖的步驟及理由）圖28預(yù)—5=2\*romanii．從圖上讀下所需物理量的數(shù)據(jù)（取二位有效數(shù)字），分別是：；=3\*romaniii．求出電阻R1消耗的功率P1=，電阻R2消耗的功率P2=。三、計算題11、（17分）宇航員從空間站（繞地球運行）上釋放了一顆質(zhì)量m=500kg的探測衛(wèi)星．該衛(wèi)星通過一條柔軟的細(xì)輕繩與空間站連接，穩(wěn)定時衛(wèi)星始終在空間站的正下方，到空間站的距離l=20km.已知空間站的軌道為圓形，周期T=92min（分）。=1\*romani．忽略衛(wèi)星拉力對空間站軌道的影響，求衛(wèi)星所受輕繩拉力的大??；=2\*romanii．假設(shè)某一時刻衛(wèi)星突然脫離輕繩。試計算此后衛(wèi)星軌道的近地點到地面的高度、遠(yuǎn)地點到地面的高度和衛(wèi)星運行周期?！救〉厍虬霃絉=6.400×103km，地球同步衛(wèi)星到地面的高度為H0=3.6000×104km，地球自轉(zhuǎn)周期T0=12、（17分）某同學(xué)選了一個傾角為θ的斜坡，他騎在自行車上剛好能在不踩踏板的情況下讓自行車沿斜坡勻速向下行駛，現(xiàn)在他想估測沿此斜坡向上勻速行駛時的功率，為此他數(shù)出在上坡過程中某一只腳蹬踩踏板的圈數(shù)N（設(shè)不間斷的勻速蹬），并測得所用的時間t，再測得下列相關(guān)數(shù)據(jù)：自行車和人的總質(zhì)量m，輪盤半徑Rl，飛輪半徑R2，車后輪半徑R3.試導(dǎo)出估測功率的表達(dá)式。己知上、下坡過程中斜坡及空氣作用于自行車的阻力大小相等，不論是在上坡還是下坡過程中，車輪與坡面接觸處都無滑動。不計自行車內(nèi)部各部件之間因相對運動而消耗的能量，自行車結(jié)構(gòu)示意圖如圖28預(yù)—6所示。圖28預(yù)圖28預(yù)—6

13、（20分）電荷量為q的正電荷，均勻分布在由絕緣材料制成的質(zhì)量為m半徑為R的均勻細(xì)圓環(huán)上，現(xiàn)設(shè)法加外力使圓環(huán)從靜止開始，繞通過環(huán)心垂直于環(huán)面的軸線勻加速轉(zhuǎn)動。試求從開始轉(zhuǎn)動到環(huán)的角速度達(dá)到某一值ω0的整個過程中外力所做的功。已知轉(zhuǎn)動帶電圓環(huán)的等效電流為I時，等效電流產(chǎn)生的磁場對整個以圓環(huán)為周界的圓面的磁通量Ф=kI，k為一已知常量。不計電荷作加速運動所產(chǎn)生的輻射效應(yīng)。14、（20分）如圖28預(yù)—7所示，一木塊位于光滑的水平桌面上，木塊上固連一支架，木塊與支架的總質(zhì)量為M，一擺球掛于支架上，擺球的質(zhì)量為m，m<M/2擺線的質(zhì)量不計。初始時，整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，一質(zhì)量為m的子彈以大小為v0、方向垂直于圖面向里的速度射人擺球并立即停留在球內(nèi)，擺球和子彈便一起開始運動。已知擺線最大的偏轉(zhuǎn)角小于90o，在小球往返運動過程中擺線始終是拉直的，木塊未發(fā)生轉(zhuǎn)動。=1\*romani．求擺球上升的最大高度；=2\*romanii．求木塊的最大速率；=3\*romaniii．求擺球在最低處時速度的大小和方向。mmM圖28預(yù)—715、（20分）如圖28預(yù)—8所示，坐標(biāo)原點O（0，0）處有一帶電粒子源，向y≥0一側(cè)沿Oxy平面內(nèi)的各個不同方向發(fā)射帶正電的粒子，粒子的速率都是v，質(zhì)量均為m，電荷量均為q.有人設(shè)計了一方向垂直于Oxy平面，磁感應(yīng)強度的大小為B的均勻磁場區(qū)域，使上述所有帶電粒子從該磁場區(qū)域的邊界射出時，均能沿x軸正方向運動。試求出此邊界線的方程，并畫出此邊界線的示意圖