2018年度全国高中物理应用知识竞赛试题
2018年度全国高中应用物理竞赛试卷
注意事项：
1 ?请在密封线内填写所在地区、学校、姓名和考号。
2 ?用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。
3 ?答卷过程中可以使用普通型计算器。
4 ?本试卷共有三个大题，总分为 150分。
5 .答卷时间：
2018年4月7日（星期六）上午9: 30 ? 11: 30。
题号 -一-
-二二
三
总分
1
2
3
4 1
2
3
4
分数
复核人
一、本题包括11小题，考生只需做10小题，每小题5分，共50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。请把符合题目要求的选项的序号填入题后的 不全的得3分，有选错或不选的得分。
1?如图1所示，消防队员在进行训练时有一项爬绳练习，如果队员 用双手握住竖直的
绳索匀速攀上和勻速下滑时，绳索对他的 摩擦力分别为 F 上和F 下，那么关于
F 上和F 下的下列说法中正 确的是（） A . F 上向上F 下向下，F 上与F 下等大 B. F 上向下F 下向上，F 上大于F 下 C. F 上向上F 下向上，F 上与F 下等大 D . F 上向上F 下向下，F 上大于F 下
2?由乎地磁场的作用，可有效地减少来自宇宙射线中的高能带电粒子对地球的
侵袭”若
宇宙射线中一颗带负电的粒子从太空沿指向地心方向射向地面， 则哲它在接近地球附近
时的实际运动方向可能是（）
A.竖直向下
B.偏西斜向下
C.偏东斜向下
D.偏北斜向下
3?电铃的结构原理如图
2所示，如果在使角过程中发现这个、
电铃小锤敲击铃的频率过，现要将敲击频率调高一些，则 下列措施中一定可行的是（）
A.适当提高电的电压 B ?增大小锤的质量
C.换用更软一点的簧片 D ?将电源改用交流电来供电
4?由青岛大学学生自主设计研发的墙壁清洁机器人
，利用8只爪子
上的吸盘吸附在接触面上，通过这8只 爪子”的交替伸缩吸附， 就能在竖直墙壁和玻璃上行走并完成清洁任务。如图 3所示，
假设这个机器人在竖直玻璃墙面上由
A 点沿直线爬行”到右上
得分
评卷人
（）内。全选对的得5分，选
方B
点，在这一过程中，若此机器人
8只爪子”所受玻璃墙对它的摩擦力的合力为F,
则下列受力分析图中可能正确的是（）
5.天宫一号”目标飞行器于2011年9月9日发射升空，2013年9月已圆满完成了各项预定的任务，并超期服役
到2016年3月16日正式终止数据服务，全面完成里其历史使命，预计2018年受控”坠落，坠落过程中由于受轨道上稀薄空气的影响，轨道高度会逐渐降低，最终其主体部分会在大气层中完全烧毁，天宫一号”
在进入稠密大气成燃烧前，
随着运行轨道的降低，其（）
A.重力势能逐渐减少，动能逐渐增加 B ?动能逐渐增加，机械能减少
C.动能、重力势能和机械能均逐渐减少
D.绕地球运行一周所用的时间越来越少
6?小明在公园如围墙处避雨时，他观察到由于围墙的挡风作用，雨滴从墙檐土滴落几乎是竖
直向下的，当下落的雨滴经过围墙上的窗口时，有从窗P吹出的风使兩滴的下落方向
发生变化，下图中描述了沿平行于墙壁从西向东方向观察时雨滴的下落轨迹，其中最接真实情况的是（）
7?如图7所示为一种延时开关的电路原理图，当S1同合时，电磁铁F将衔铁D吸下，通过触点C线路被接通，当S1断开时，衔铁D并不是立即被弹簧拉起来，而是延迟一段时
间，才被弹簧拉起来，从而触点分离切断C线路，对于这个延时开关的
工作情况，下列说法中正确的是（）
A .由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
B .由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
C.如果断开开关S2,无延时作用
D. 如果断开开关S2,延时将变长
&物理课上，老师作了一个奇妙的跳环实验”，如图8所示，她把带有铁芯的线圈L直立在水平桌面上，并将其与开关S和电源用导线连接起来后，把一铝
制套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环。闭合开关s的瞬间，套环
立刻向上跳起。若铁芯足够长，则（）
A .若保持开关闭合，套球的位置会不断升高
B
B ?若保持开关闭合，套环最终会停留在某一高度上 C. 若保持开关闭合，套环跳起到某一高度后将回落 D. 套环处于静止后再断开开关，则套环将重新向上跳起
9?冰上表演刚开始时，甲、乙两人都静止不动，随着优美的音 乐响起，他们在相互
猛推一下对方后分别向相反方向运动， 用录像记录两人的运动情况，截取录像中的两帧画面的情况 如图9所示。假定两人的冰鞋与冰面的动摩擦因数相同，则 下列说法中正确的是（）
A ?在推的过程中，甲推乙的力小于乙推甲的力
B .在推的过程中，甲推乙的
时间等于乙推甲的时间
C .两人刚分开时，甲的速度比乙的速度小
D ?两人分开后，甲的加速度比乙的
加速度小 请考生注意：下面的第 10、11两个小题中，只选择 一个题做答。若两个小题均做答, 则只按第10两题的解答情况给分。
io .医院有一种先进的检测技术 一一彩超，就是向病人体内发射一定频率的超声波，超声波
经血液反射后被专用仪器接收，测出反射波相对发射波的频率变化 速。这一技术利用了下列哪个物理学原理（）
A.偏振规象
B.波的衍射，
C.波的干涉
D.多普勒效应
11 ?如图10所示为一种简易温度计构造示意图，左右两根内径粗细均 匀的竖直玻玻璃
管下端通过软管相连接，在管中灌入某种液体后环 境的温度。重复上述操作，便可在左管上方标注出不同的温度刻， 将左管上端通过橡皮塞插入小烧瓶中。调节右管的高度，使左右两 管的液面相平，在左管液面位置标上相应的温度刻度。多次改变烧
瓶所在度，为了增大这个温度计在相同温度变化时液面变化的髙度 是（ ）
A.增大液体的密度
B.增大烧瓶的体积
C.减小左管的内径
D.减小右管的内径
二、本题包括5小题，考生只需做4小题，共40分，请按题目的要求做
1 . （10分）音涂喷泉在水泵作用下随着音东的节律坚直向上喷出水柱，
粗
细、高低不同的水柱形成美妙的景观。实际上，当我们仔细观察 时，会发现在喷口流量相同且无风的情况下，喷出的水柱在空中 上升阶段并不是粗细均匀的，而是在竖直方向上一头粗、一头细。
请你说明上升阶段的水柱是上端较粗还是下端较粗，并说明水柱 呈现该形态的原因。
得分
评卷人
，就可知道血液的流
F 列措施中可行的
简要的回答。
2 . （10分）在化工厂、制药厂、医学检验等工作中经常需要将在液体中的微 小颗粒沉淀析
出，为此苛将待分离液体静置一段较长的时间，这种方法称内
重力沉淀”法，也可以使用离心分离器 （如图12所示）
在较短时间内将液体中的微小颗粒沉淀析出， 称为 离 心沉淀”法，试分析这种 离心沉淀”为什么比 重力沉淀 快？
3. （10分）电磁轨道炮是利用磁场对通电导体的作用使
炮弹加速的，其原 理示意图如图12所示，图中直流电源电动势为 E ,电容器的电容为 C ,两
根固定的平行金属导轨间距为
d .长度为I ,导轨间存在垂直于导轨平面、
磁感应强度大少为
B 的匀强磁场（图中未画出），炮弹可视为质量为 m ,电阻为R 的金属棒MN ，垂直放在两 导轨间的最左端并处于
静止状态，开关
S 接1,使电容器完全充电，然后将开关 S 接至2,
MN 开始向右加速运动。在 MN 沿导轨运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，请说明：
（1）开关S 接至2后的发射炮弹过程中，电容器中原来储存的电能将转化为哪些能量
？
（2）在电源电动势 E 一定的条件下要想提高炮弹射出时的速度，可以采取哪些措施?
请考生注意：下面的第 4、S 两个小题中，只选择一个题做答，若两个小题均做答，則只按 第4小题的解答情况给分。
4. （10分）在我国北方的冬天，即便气温很低，一些较深的河流、湖泊、 池塘里的水
一般也不会冻结到底，鱼类还可以在水面结冰的情况下安全 过冬，试解释水不会冻结到底的原因？
得分
评卷人
得分
评卷人
得分
评卷人
5. （10分）小明到九寨沟游览后在整理照片时发现
，许多风景照片都
有这样的共性：如图14所示，池水淸澈见底，近处水面下的景物 都看得很淸楚，而远处水面下的景物却看不清楚，在远离岸边的水 面上只能看到山和树木的倒影，且这些倒影明显没有真 实景物那样明亮。请说明上述两种现象形成的原因。
三、本题包括 5小题，考生只需做 4小题，每小题15分，共60分。解答时应写出必要的
文字说明、方程式和重要演算步驟。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。
1 . （15分）由于卫星发射场地点不在赤道上，因此在发射地球同步静止 轨道卫星时，需要先将卫星发
射到与赤道平面有一定夹角的转移轨道上
然后再经过调整使卫星进入地球同步静止轨道。 卫星在转移轨道上的远地点时恰通过赤道上 空，并且离地面高度恰等于地球同步静止轨道的高度，此时通过发动机暂短时间点火，给卫
星一个附加的速度，使卫星恰好能沿地球同步静止轨道运行。如果卫星的质量为 1.4t ，其
飞经赤道上空时的速度为
1.5 103m/s （为计算方便，此处数可以改一下），此时卫星
的
高度与同步轨道的高度相同，飞行的轨道平面与赤道平面 之间的夹角为30，如图15所示若不计大气阻力 和卫星质 量的变化，己知地球半径为 6.4 103m,结果保留1位有效
数字。求：
（1）为完成这次调整发动机至少需要做多少功 （2 ）调整过程中发动机对卫星所施的冲量
得分
评卷人
N 转弩轨道平面 赤
道诽C
W 暫同步轨道 平閒平面
2. （15分）在研究跳水运动员在水中所受阻力的情况以及设计跳水场地 水池深度时，
可以用金属和橡胶制作一个运动员模型，在它头部携带有 压力传感器，模型入水后传感器可通过计算机显示出水对模型的等效阻
力f 的量值随其入水的深度 y 变化的函数曲线。己知这个模型的总质量 m=60kg ,并可将其
视为长度l=1.65m 、直径d=0.25m 的圆柱体。这个模型头向下从高于水面 H=10m 的跳台自 由落下入水后，计算机上显示出的f-y 变化曲线如图16所示。通过用计算机拟合图线可知, 该曲线可近似看作椭圆的一部分，该椭圆的长、短轴分别与 坐标轴
Oy 和Of 办重合。椭圆与y 轴相交于y=h 处，与
交于？?=
处。为了确保运动员跳水时的安全，估算水池
3. （15分）在研究某种未知气体时，有时需要分析气体原子的组成。如 图17所示，让某种中性气体分子进入电
离室 A ,在那里被电离成等离子
体（等离子体就处在高温下电离的气体，其中包含有带正电和带负电的
粒子，中性气体电离后带负电的粒子是电子，带正电的是正离子 ）。这些粒子从电离室缝
S 1
飘出（飘出速度可视为 0）,随即进入S 1与S 2之间的加速电场被加速，然后粒子从缝 S 2垂 直进处入匀强磁场，当双刀双掷开关的触刀掷向 1、2时，粒子经
过半个圆周期后打在底片上的
P 点，己知缝S 2与P 之间的距离为
d 1 = 2.0cm 。当双刀双掷开关的触刀掷向
3、4时，粒子打在底片上
的Q 点，己知缝S 2与Q 点间在平行S 2P 方向上距离为d 2= 6.4cm 。 磁场宽度
d=30cm 。假设种子的质量 m n =m p ,且约为电子质量 m e 的1800倍，即m n =m p =1800m e 。试确定这种气体原
子的质子数和 中子数。
得分
评卷人
f 轴
J
/
h
得分 评卷人
中水的深度h 至少应等于多少?
请考生注意：下面的第4、5两个小题中，只选择一个题做答。若两个小
题均做答，则只按第4小题的解答情情况给分。
得分评卷人
4. （15分）潜水艇的贮气筒与水箱相连，当贮气筒中的空气压入水箱后，水
箱便排出水，使潜水艇浮起。某潜水艇贮气简的容积是2nt其上的气压表显示内部贮有压
强为2X 107Pa的压缩空气，在一次潜到海底作业后的上浮操作中利用简内的压缩空气将水
箱中体积为10m3水排出了潜水艇的水箱，此时气压表显示筒内剩余空气的压强是9.5 x io6pa. 设在排水过程中压缩空气的温度不变，试估算此潜水艇所在海底位置的深度。
5. （15分）小明在参观科技馆时，发现了一张地震波波速与地球内部构造的关系图，如图18所示。其中A和B分别表示两列不同的地震波其速度大小随在地下深度的变化，右侧为地球内部结构随深度的分布情况。
在地表下平均33km处（大陆部5000分）（或海洋面下7km），纵横波的传播速度都明显增加, 这一不连续面叫莫霍界面。在地下2900km深处，纵横两列地震波中有一列波速度突然下降，另一列波则完全消失，这一不连续面叫古登堡界面。由于莫霍界面上下物质都是固态，其力学性质区别不大，所以将地壳和软流圈以上的地幔统称为岩石圈。地球的中心为地核，半径为3473km左右。地核又可分为外核和内核。根据上图回答下列问题：
（1）图中的A B两列波，哪一列是横波？并说明判断的依据。
（2）中国地震台网正式测定：2018年2月12日18时31分在河北廊坊市永清县（北纬39.37
度，东经116.67度）发生4.3级地震，震源深度20kmo
①请问当时处于廊坊市永清县的人感到大地是先上下颠簸后左右摇摆，还是先左右摇摆后上
下颠？
②因地震会同时产生图中的A、B两列波，估算当地
居民感受到A、B这两列列波的时间差大约多少秒？
并简要说明估算的过程程, 结果只要求保留1位有效数
字。