江西省高二物理竞赛试题新人教版

江西省高二物理竞赛试题

考试时间:120分钟满分150分

第一部分选择题（共 40 分）

一、本题共 10小题，每小题 4 分，共 40分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，全部选对的得 4 分，选不全的得 2 分，有错选或不答的得 0 分。

1、恒温的水池中，有一气泡缓慢上升，在此过程中，气泡的体积会逐渐增大，不考虑气泡内气体分子势能的变化，下列说法中正确的是（）

A 气泡内的气体对外界做功

B 气泡内的气体内能增加

C 气泡内的气体与外界没有热传递

D 气泡内气体分子的平均动能保持不变

2、随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，近期油价不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响．如图所示排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一，下列有关能源转化的说法中错误

．．的是（）

A．少驾私家车，多乘公交车上下班，是节约能源的具体措施之一

B．提倡使用太阳能热水器可减少不可再生能源的消耗

C．利用铀核裂变释放能量发电的过程，实质上就是将化学能转化为电能的过程

D．尽管能的转化与转移过程中能量是守恒的，但是如果燃料中的化学能转化成了热能，就无法将此燃料释放的热能100％地复原成原来的化学能

3、王勇同学在宾馆饭店看到一种自动门，当有人靠近时，门会实现自动开闭。王勇同学对此产生了浓厚的兴趣，他很想知道自动门是如何实现自动控制的。为此他反复做了几次试验：当他轻轻地靠近自动门时，门自动打开；当把一个足球滚向自动门时，门自动打开；当把一面底部装有滚珠的无色透明大玻璃板，直立着滑向自动门时，门不打开。王勇同学根据探究试验的结果，对自动门的自控原理提出了以下几种猜想，你认为其中最合理的猜想是( )

A．自动门“听”到来者的声音时，通过声控装置实现自动开闭

B．自动门探测到靠近的物体发射出的红外线，通过光控装置实现自动开闭

C．自动门本身能发射出一种红外线信号，当此种信号被靠近的物体反射时，就会实现自动开闭

D．靠近门的物体通过空气能产生一种压力传给自动门，实现自动开闭

V

L

L

M

4、在5.12汶川大地震的救援行动中，千斤顶发挥了很大作用，如图所示是剪式千斤顶，当摇动把手时，螺纹轴就能迫使千斤顶的两臂靠拢，从而将汽车顶起。当车轮刚被顶起时汽车

对千斤顶的压力为 1.0×105

Ｎ，此时千斤顶两臂间的夹角为120°，则下列判断正确的是（ ）

Ａ. 此时两臂受到的压力大小均为1.0×105

Ｎ

Ｂ. 此时千斤顶对汽车的支持力为1.0×105

Ｎ Ｃ. 若继续摇动手把，两臂受到的压力将增大 Ｄ. 若继续摇动手把，两臂受到的压力将减小

5、如图是某绳波形成过程的示意图，1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端。t = 0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动。下列判断正确的是 ( )

A ．4T t =时质点5的运动方向向下

B ． 2

T t =时质点8的加速度方向向上

C ．4

3T t =时质点12的运动方向向上 D ． T t =时质点16开始运动

6、几位同学为了探究电梯起动和制动时的加速度大小，他们将体重计放在电梯中。一位同学站在体重计上，然后乘坐电梯从1层直接到10层，之后又从10层直接回到1层。并用照相机进行了相关记录，如图所示。他们根据记录，进行了以下推断分析，其中正确的是 ( )

A ．根据图2和图3可估测出电梯向上起动时的加速度

B ．根据图1和图2可估测出电梯向上制动时的加速度

C ．根据图1和图5可估测出电梯向下制动时的加速度

D ．根据图4和图5可估测出电梯向下起动时的加速度

7、如图所示，两平行金属板间有一匀强电场，板长为L ，板间距离为d ，在板右端L 处有一竖直放置的光屏M ，一带电量为q ，质量 为m 的质点从两板中央射入板间，最后垂直打在M 屏上，则下列结论正确的是（ ）

A ．板间电场强度大小为mg/q

B ．板间电场强度大小为2mg/q

左 右

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 2 0 9

I U

U I

（a ） （b ）

R 1 R 2

D

1 2 U 0

S C ．质点在板间的运动时间跟它从板的右端运动到光屏的时间相等 D ．质点在板间的运动时间大于它从板的右端运动到光屏的时间 8、如图所示，在水平地面下有一条沿东西方向铺设的水平直导

线，导线中通有自东向西稳定、强度较大的直流电流。现用一闭合的检测线圈（线圈中串有灵敏电流计，图中未画出）检测此通电直导线的位置，若不考虑地磁场的影响，在检测线圈位于水平面内，从距直导线很远处由北向南沿水平地面通过导线的上方并移至距直导线很远处的过程中，俯视检测线圈，其中的感应电流的方向是： （ ） A ．先顺时针后逆时针； B ．先逆时针后顺时针；

C ．先顺时针后逆时针，然后再顺时针；

D ．先逆时针后顺时针，然后再逆时针。

9、一个用半导体材料制成的电阻器D ，其电流I 随它两端电压U 变化的关系图像如图（a ）所示，将它与两个标准电阻R 1、R 2组成如图（b ）所示电路，当电键S 接通

位置1时，三个用电器消耗的电功率均为P 。将电键S 切换到位置2后，电阻器D 和电阻R 1、R 2消耗的电功率分别是P D 、P 1、P 2，下列关系中正确的是（ ） A P 1＞P B P 1＞P 2 C 4P 1＞P D D P D ＋P 1＋P 2＞3P

10、如图所示，一U 形光滑导轨串有一电阻R

，放置在匀强的外磁场中，导轨平面与磁场方向垂直。一电阻可忽略不计但有一定质量的金属杆ab 跨接在导轨上，可沿导轨方向平移。现从静止开始对ab 杆施以向右的恒力F ，若忽略杆和U 形导轨的自感，则在杆运动过程中，下列哪种说法是正确的？ ( ) A. 外磁场对载流杆ab 的作用力对ab 杆做功，但外磁场的能量是不变的 B. 外力F 的功总是等于电阻R 上消耗的功

C. 外磁场对载流杆ab 作用力的功率与电阻R 上消耗的功率两者的大小是相等的

D. 电阻R 上消耗的功率存在最大值

第二部分 非选择题（共110分）

二、本题共8小题，满分110分。其中11题为实验题，要按题目要求做答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

11．(10分)在如图所示的电路中，A 、B 、C 为三节干电池，实验中理想电压表和理想电流表的读数如下表所示。

（1）根据表中实验数据，计算出表中空格处小灯泡的电阻和功率（保留两位小数）； （2）如果干电池A 和B 具有相同的电动势和内阻，根据表中实验数据，可计算出干电池A 的电动势为_________V ，内阻为_________Ω；

（3）当电键K 与“接线柱3”连接，串联电池组的总电动势增加，电流表的示数反而减小，究其原因可能是__________________________________。

E r R 1

R 2

R 3

C

D

E ′ r ′

C D

（b ）

12．(14分)为了使航天员能适应在失重环境下的工作和生活，国家航天局组织对航天员进行失重训练。故需要创造一种失重环境；航天员乘坐到民航客机上后，训练客机总重5×104kg ，以200m/s 速度沿300

倾角爬升到7000米高空后飞机向上拉起，沿竖直方向以200m/s 的初速度向上作匀减速直线运动，匀减速的加速度为g ，当飞机到最高点后立即掉头向下，仍沿竖直方向以加速度为g 加速运动，在前段时间内创造出完全失重，当飞机离地2000米高时为了安全必须拉起，后又可一次次重复为航天员失重训练。若飞机飞行时所受的空气阻力

f=Kv （k =900N ·s/m ），每次飞机速度达到350m/s 后必须终止

失重训练（否则飞机可能失速）。

求：（1）飞机一次上下运动为航天员创造的完全失重的时间。

（2）飞机下降离地4500米时飞机发动机的推力（整个运动空间重力加速度不变）。

（3）经过几次飞行后，驾驶员想在保持其它不变，在失重

训练时间不变的情况下，降低飞机拉起的高度（在B 点前把飞

机拉起）以节约燃油，若不考虑飞机的长度，计算出一次最多能节约的能量。

13．(12分)如图（a ）所示电路中，电源电动势E =12V ，内阻r =2Ω，R 1＝4Ω，R 2＝6Ω，R 3＝3Ω。 （1）若在C 、D 间连一个理想电压表，其读数是多少？

（2）若在C 、D 间连一个理想电流表，其读数是多少？

（3）图（a ）中虚线框内的电路可等效为一个电源，即图（a ）可等效为图

（b ），其等效电动势E ′等于CD 间未接入用电器时CD 间的电压；若用导线直

接将CD 两点连接起来，通过该导线的电流等于等效电源的短路电流。则等效电源的内电阻r ′是多少？

（4）若在C 、D 间连一个“6V ，3W ”的小灯泡，则小灯泡的实际功率是多少？

14．（14分）如图所示，1和2是放在水平地面上的两个小物块（可视为质点），与地面的

7000

地A

B 3

v 线圈 绝缘光滑导轨

缓冲车滑动摩擦系数相同，两物块间的距离d =170.00m ，它们的质量分别为m 1=2.00kg 、m 2=3.00kg 。现令它们分别以初速度v 1=10.00m/s 和v 2=2.00m/s 迎向运动，经过时间t =20.0s ，两物块相碰，碰撞时间极短，碰后两者粘在一起运动。求从刚碰后到停止运动过程中损失的机械能。

15．(18分)图示虚线框内为某种电磁缓冲车的结构示意图，在缓冲车的底板上沿车的轴线固定有两个足够长的平行绝缘光滑导轨PQ 、MN ，在缓冲车的底部还安装有电磁铁（图中未画出），能产生垂直于导轨平面的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B 。在缓冲车的PQ 、MN 导轨内有一个由高强度材料制成的缓冲滑块K ，滑块K 可以在导轨上无摩擦地滑动，在滑块K 上绕有闭合矩形线圈abcd ，线圈的总电阻为R ，匝数为n ，ab 的边长为L 。缓冲车的质量为m 1（不含滑块K 的质量），滑块K 的质量为m 2。为保证安全，要求缓冲车厢能够承受的最大水平力（磁场力）为F m ，设缓冲车在光滑的水平面上运动。

（1）如果缓冲车以速度v 0与障碍物碰撞后滑块K 立即停下，请判断滑块K 的线圈中感应电流的方向，并计算感应电流的大小；

（2）如果缓冲车与障碍物碰撞后滑块K 立即停下，为使缓冲车厢所承受的最大磁场力不超过F m ，求缓冲车运动的最大速度； （3）如果缓冲车以速度v 时，在它前进的方向上有一个质量为m 3静止物体C ，滑块K 与物体C 一起，碰撞时间极短。设m 1=m 2=m 3=m cd 边进入磁场之前，缓冲车（包括 滑块K ）与物体C 已达到相同的速度， 求相互作用的整个\过程中线圈abcd 产生的焦耳热。

16．(12分)质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如3

He 是3H 的镜像核，同样3

H 是

3

He 的镜像核。已知3

H 和3He 原子的质量分别是3 3.016050H m u =和3 3.016029He m u =，

中子和质子质量分别是 1.008665n m u =和 1.007825p m u =，2

931.5

1u MeV c

=，式中c 为光速，静电力常量21.44

k MeV fm e

=

?，(m fm 151011-?=),式中e 为电子的电荷量。 ①、试计算3

H 和3

He 的结合能之差为多少MeV 。(核子结合成原子核时放出的能量或原子

核分解成单个核子时吸收的能量叫结合能) ②、已知核子间相互作用的“核力”与电荷几乎没有关系，又知质子和中子的半径近似相等，试说明上面所求的结合能差主要是由什么原因造成的。并由此结合能之差来估计核子半径r N 。

17．(12分)如图所示，两个可导热的气缸竖直放置，它们的底部由一细管连通（忽略细管

的容积）。

两气缸各有一个活塞，质量分别为m 1和m 2（已知m 1＝3 m ，m 2＝2 m ），活塞与气缸壁间无摩擦。活塞的下方为理想气体，上方为真空。环境温度为T 0，当气体处于平衡状态时，两活塞位于同一高度h 。(提示:利用理想气体状态方程

2

2

2111T V p T V p =求解) （1）在两活塞上同时各放一质量为m 的物块，求气体再次达到平衡后两活塞的高度差（设

环境温度不变）。

（2）在达到上一问的终态后，环境温度缓慢上升到T ，试问在这个过程中，气体对活塞做了多少功？（假定在气体状态变化过程中，两物块均不会碰到气缸顶部）。

18（18分）如图所示，倾角为300的粗糙斜面的底端有一小

车，车内有一根垂直小车底面的细直管，车与斜面间的动摩擦因数15

3

4=

μ，在斜面底端的竖直线上，有一可以上下移动的发射枪，能够沿水平方向发射不同速度的带正电的小球，其电量与质量之比

kg c m

q

/105773.02?=（计算时取kg c m q /10332?=

），在竖直线与斜面之间有垂直纸面向外的匀强磁场和竖直向上的匀强电场，小球在运动过程中重力和电场力始终平衡.当小

车以V 0=7.2m/s 的初速度从斜面底端上滑,当小车在离斜面底端2.7m 的A 处时，小球恰好落

入管中且与管壁无碰撞，

(1) 小车开始上滑到经过A 处所用的时间；

(2) 匀强磁场的磁感应强度的大小.

发

参考答案

1.CD

2.C

3.C

4.ABD

5.C

6.C

7.BC

8.D

9.C 10.ACD 11．（1）

（2）电动势为 1.5 V ，内阻为 0.5 Ω；

（3）干电池C 的电动势较小，内阻较大，功率损耗较大。 12.（1）上升时间s g v t 200==上

上升高度m g

v

h 200022

0==上 判断当速度达到350m/s 时，下落高度m g

v

h 612522

1==下 ，此时离地高度为h+h 上－h 下

=7000+2000—6125=2875>2000m ，s g

v t 351

==

下， 所以一次上下创造的完全失重的时间为55s …………………………………5分 (2)当飞机在离地4500m>2875m ，所以飞机仍在完全失重状态，飞机自由下落的高度

s

m gh v m h /30024500450070002000222===-+=此时，

推力N kv f F 5

2107.2300900?=?===…………………………………5分

（3） 为了节约能量，那么让飞机在2000m 是速度正好为350m/s,所以此时最大离地高度为2000+h 下=8125m,故飞机拉起的高度为8125-h 上=6125m,即比原来提前Δh=7000-6125=875m 拉起，

飞机节省的能量就是在这875m 中克服重力和阻力做的功之和（因为在这个过程飞机是匀速

的，动能没有改变）N h kv mg W F 8

0010525.730sin /h ?=?+?= (4)

分

13.（1）若在C 、D 间连一个理想电压表，根据闭合电路欧姆定律，有

11212

A 1A 462

E I R R r =

==++++

理想电压表读数为

U V =I 1R 2=6V …………………………………3分 （2）若在C 、D 间连一个理想电流表，这时电阻R 2与R 3并联，并联电阻大小

23232363

263

R R R R R ??=

=Ω=Ω++

根据闭合电路欧姆定律，有

212312

A 1.5A 422E I R R r =

==++++理想电流表读数为

22236' 1.5A 1A 63R I I R R ==?=++ …………………………………3分

（3）依题意，该等效电源的电动势'6V E =， 短路电流'1A I =，所以其等效内阻

'6

'6'1

E r I =

=Ω=Ω （4）小灯泡的电阻

20036123

A U R P ===Ω …………………………………3分

将小灯泡连在C 、D 之间，相当于接在等效电源E ′两端，则流过小灯泡的电流大小为

3'61

A A '1263

A E I R r =

==++

小灯泡的实际功率为

2

2314'12W 1.33W 33A P I R ??

=?=?=≈ ???

…………………………………3分

14. 因两物块与地面间的滑动摩擦系数相同，故它们在摩擦力作用下加速度的大小是相同

的，以a 表示此加速度的大小。先假定在时间t 内，两物块始终作减速运动，都未停下。现分别以s 1和s 2表示它们走的路程，则有2112

1at t v s -

= (1) 2222

1

at t v s -=

(2)

而s 1+s 2=d (3)

解(1)、(2)、(3)三式并代入有关数据得a =0.175m/s 2

(4) 经过时间t ，两物块的速度分别为v'1=v 1?at (5) v'2=v 2?at (6) 代入有关数据得v'1=6.5m/s (7) v'2=?1.5m/s (8) v'2为负值是不合理的，因为物块是在摩擦力作用下作减速运动，当速度减少至零时，摩擦力消失，加速度不复存在，v'2不可为负。v'2为负，表明物块2经历的时间小于t 时已经停止运动，(2)式从而(4)、(6)、(7)、(8)式都不成立。在时间t 内，物块2停止运动前滑行

的路程应是a

v s 222

2=

(9)

解(1)、(9)、(3)式，代入有关数据得a =0.20m/s 2

(10) 由(5)、(10)式求得刚要发生碰撞时物块1的速度v'1=6.0m/s (11) 而物块2的速度v'2=0

(12) 设V 为两物块碰撞后的速度，由动量守恒定律有m 1v'1=(m 1+m 2)V (13) 刚碰后到停止运动过程中损失的机械能221)(2

1

ΔV m m E +=

(14) 由(13)、(14)得2

12

12121Δm m v'm E +=

(15)

代入有关数据得ΔE =14.4J

(16)

15.（1）由右手定则判断出感应电流的方向是abcda (或逆时针)

缓冲车以速度v 0碰撞障碍物后滑块K 静止，滑块相对磁场的速度大小为v 0 线圈中产生的感应电动势E 0=nBLv 0

线圈中的电流I 0=R

E 0

解得I 0=

R

nBLv 0

（2）设缓冲车的最大速度为v m ，碰撞后滑块K 静止，滑块相对磁场的速度大小为v m 。 线圈中产生的感应电动势E 1=nBLv m 线圈中的电流I 1=

R

E 1

线圈ab 边受到的安培力F 1=nBI 1L

依据牛顿第三定律，缓冲车厢受到的磁场力F 1'=F 1 依题意F 1'≤F m 解得v m =

2

22m L B n R

F

（3）设K 、C 碰撞后共同运动的速度为v 1，由动量守恒定律 m 2v=(m 2+m 3)v 1

解得v 1=

v m m m 3

22

+

设缓冲车与物体C 共同运动的速度为v 2 由动量守恒定律 (m 1+m 2)v =( m 1+m 2+m 3)v 2

设线圈abcd 产生的焦耳热为Q ，依据能量守恒

Q =2121v m +2

132)(2

1v m m +-2

2321)(2

1v m m m ++

解得Q =

212

1

mv 16.1．根据爱因斯坦质能关系，3H 和3

He 的结合能差为()

332

n p H He B m m m m c ?=--+

(1)

代入数据，可得 763.0=?B MeV (2)

2．3

He 的两个质子之间有库仑排斥能，而3

H 没有.所以3

H 与3

He 的结合能差主要来自它们的库仑能差.依题意，质子的半径为N r ，则3

He 核中两个质子间的库仑排斥能为

2

C N

2e E k r =

(3)

若这个库仑能等于上述结合能差，C E B =?，则有 2

N 2Δke r B

= (4)

球

代入数据，可得 N 0.944r =fm (5) 17.(1)设左、右活塞的面积分别为A ′和A ，由于气体处于平衡状态，故两活塞对气体的压

强相等，即：

A mg

A mg 23=

' 由此得：A A 2

3

='

在两个活塞上各加一质量为m 的物块后，右活塞降至气体缸底部，所有气体都在左气缸

中。 在初态，气体的压强为

Ax A mg Ah A mg 2

3

,38,;25,2体积为气体压强为在末态体积为（x 为左右活塞的高度）。由理想气体状态方程

2

2

2111T V p T V p =得：

h

h x Ax A mg

Ah A mg 4

5

45:3345即两活塞的高度差为解得==

（2）当温度由T 0上升至T 时，气体的压强始终为

x A

mg

'设,38是温度达到T 时左活塞的高度，由理想气体状态方程

222111T V p T V p =得：0

045T Th

x T T x ==' 活塞对气体做的功为：)1(5)1(4540

0-=-==T T

mgh T T h mg

Fs W 18.解:(1)当小车上滑时,θμθcos sin 1g g a += 上滑至A 处时 21102

1at t V s -= 由得 s t 6.01=

此时 s m V /8.1=车 m V S 18.02

==

车

剩

从开始上滑到下滑经过A 处的时间t 2=t 上+t 下=

s a V 4.16.01

=+ (2)上滑经过A 点时, V 车=1.8m/s, 由题意知V 球=3.6m/s 由几何关系得37.2=r m 又qB

mV

r =

由⑽、⑾、⑿得T B 2103

4

-?=

下滑经过A 处时, V 车=0.6m/s, 则V 球=1.2m/s

由几何关系得327

.2=r m

由⑿、⒁、⒂得T B 2

109

8-?=

r