中学生物理奥林匹克竞赛第32届答案

中学生物理奥林匹克竞赛第32届答案
中学生物理奥林匹克竞赛第32届答案

第32届全国中学生物理竞赛复赛理论考试试题解答

2015年9月19日

0一、(15分)

(1)图中X 和Y 代表的核素分别为

15O 和 13C ①

(2)一个循环所有的核反应方程式依循换次序为

1213p C N +→ ② 13

13e N C e ν+→++ ③ 1314p C N +→ ④ 1415p N O +→ ⑤ 15

15e O N e ν+→++ ⑥

15124p N C He +→+ ⑦

(3)整个循环的核反应,相当于

4e 4p He 2e 2+→++ν ⑧

完成一个碳循环过程释放的核能为

4e

2

p e H (42) [(4 1.0078 4.0026)931.49420.511] MeV 25.619 MeV E m M m c ?=--=?-?-?≈

评分参考:第(1)问4分,X 和Y 正确,各2分;第(2)问6分,②③④⑤⑥⑦式各1分;第(3)问5分,⑧式2分,⑨式3分。 二、(15分) (1)(解法一)

取碰前B 球所在位置O 为原点,建立坐标系(如图)。碰撞前后系统的 动量及其对细杆中心的角动量都守恒,有

0A B x x x m m MV MV =++v v ①

A By 0y y m MV MV =++v ② 0A

B 2222

x x x L L L L

m m M V M V =+-v v ③ 式中,x v 和y v 表示球C 碰后的沿x 方向和y 方向的速度分量。由于轻

杆长度为L ,按照图中建立的坐标系有

222A B A B [()()][()()]x t x t y t y t L -+-= ④

由上式对时间求导得

A B A B A B A B [()()][()()][()()][()()]0

x x y y x t x t V t V t y t y t V t V t --+--=

在碰撞后的瞬间有

A B A B (0)(0),

(0)(0)x t x t y t y t L ====-== ⑥

利用⑥式,⑤式在碰撞后的瞬间成为

A A

B B (0)(0)y y y y V V t V t V ≡===≡

由①②⑦式得

A By 2y y

m V V M ==-v

由①②③式得

0v

C

A 0()x x m

V M

=

-v v ⑨ B 0x V = ⑩

利用⑧⑨⑩式,碰撞后系统的动能为

222222A Ay Bx By 2222

A Ay 22220111()()()22211 ()(2)

22112 ()224x y x x y x x x y

E m M V V M V V m M V V m M m m m M M

=++++

+=++++=+-+v v v v v v v v ? (解法二)

取碰前B 球所在位置O 为原点,建立坐标系(如图)。设碰撞后,小球C 的运动速率为v ,细 杆中心的运动速度为C V ,细杆绕中心转动的角速度为ω。碰撞前后系统的动量及其对细杆中心的 角动量都守恒,有

0C 2x x m m MV =+v v ① C 02y y m MV =+v ②

022222

x L L L L m m M ω??=+ ???v v ③

式中,x v 和y v 表示球C 碰后的沿x 方向和y 方向的速度分量。由①②③式得

()c 02x x m

V M =

-v v ④ C 2y y m

V M =-v ⑤

()0x m ML

ω=-v v ⑥

碰撞后系统的动能为

2

22

22C C 111()(2)()22222x y x y L E m M V V M ω??=++

++? ???

v v ⑦ 利用④⑤⑥式,系统动能⑦式可表示成

2222

0112()224x x y m M m E m m M M

+=+-+v v v v ⑧

(2)解法(一)的?式或者解法(二)的⑧式即为

2

2

22

001()21242x y M m m m M m m E m M M m M M m ++??=-

+ ?++?

?v v v +v

? 可见,在条件

0,

x y m M m =+=v v v ? 下,碰后系统动能达到其最小值

22

12m E M m =+v

? 它是小球仅与球A 做完全非弹性碰撞后系统所具有的动能。

评分参考:第(1)问10分,(解法一)①②③④⑤⑦⑧⑨⑩?式各1分;(解法二)①②式各1分,③式2分,④⑤⑥各1分,⑦式2分,⑧式1分;第(2)问5分,??式各2分,?式1分。

三、(20分)

(1)设圆环的质量为m ,它在碰撞过程中受到的地面对它的水平冲量为t I ;碰撞后圆环质心的速度大小为v ,v 与竖直向上方向的夹角(按如图所示的顺时针方向计算)为β,圆环的角速度为ω。规定水平向右方向和顺时针方向分别为水平动量和角速度的正方向。在水平方向,由动量定理有

0sin sin t m m I βθ-=v v ①

由对质心的动量矩定理有

0()()t

rm r rm r rI ωω-=- ②

按题意,圆环在弹起前刚好与地面无相对滑动,因而此时圆环上与地面的接触点的水平速度为零,即

sin 0r βω-=v ③

由题意知

00cos cos 0

k

β

θ-=-v v

联立①②③④式得

v

⑤ 001

tan (tan )2cos r k ωβθθ=-+v ⑥

001

(sin )

2r r

ωωθ=+v

⑦ (2)若圆环与地面碰后能竖直弹起,则其速度与竖直方向的夹角

0β=

将上式代入⑥式得,使圆环在与地面碰后能竖直弹起的条件为

00

sin r ωθ=-

v

在此条件下,在与地面刚刚碰后的瞬间有

0ω=,0cos k θ

=-v v ⑨

即圆环做竖直上抛运动。圆环上升的最大高度为

222222220

00cos ()222k k r h g g g

θω-===

v v v ⑩ (3)由于忽略空气阻力,圆环再次弹起后,角速度保持为ω不变,质心做以初速度

为v 的斜抛运动。圆环第二次落地点到首次落地点之间的水平距离s 随θ变化的函数关系式为

2000cos sin 2(sin )

k s r g g

θβ

θω==-+v v v

?

s 取最大值时,θ的取值θ满足 000(cos2sin )0k ds

r d g

θθωθθ=--=v v

?

由得?式得

sin θ

?

将?代入?式得

1s =

?

2s = ?

式中1s 和2s 分别对应于

?式右端根号前取正和负号的情形。由以上两式可知,s 的最大值为

max s =

?

又因为

1sin 1θ-<<

由上式得,当s 取最大值时,r 、v 0和0ω应满足

00

r ω>v ?

评分参考:第(1)问9分,①②式各2分,③④⑤⑥⑦式各1分;第(2)问4分,⑧⑨式各1分,⑩式2分;第(3)问7分,???????式各1分。

四、(25分)

(1)解法(一)

按照题给坐标系,设待测点P 的位置为P (,0,)x a ,飞机在

0t =时所在点K 的位置为(0,,0)h 。在时刻1t ,飞机所在位置A

点的坐标为1A (,,0)x x h

=,机载雷达此时发出一光信号;该信号到达P

点,经反射后,于时刻2t 返回至飞机的机载雷达被接受,此时飞机的机载雷达的位置为2A (,,0)x x h '=,如图所示。由于光速不变,飞机做匀速直线运动,有

21()

c t t - ①

2121()

x x t t -=-v ②

式中0R 1t ',飞机所在位置A 点的坐标

为1

(

,,0)x h '

,机载雷达此时发出另一光信号;该信号到达P 点,经反射后,于时刻2t '返回至飞机的机载雷达被接受,此时飞机

的机载雷达的位置为2

(,,0)x h '。同理有 21()c t t ''- ③

2

121()x x t t ''''-=-v ④

1

111()x x t t ''-=-v ⑤

2

22

2()x x

t t ''-=

-v 由①②式和

c <

211 11t t c

c

c

t -==

=

21)

t - ⑥

上式右端已略去了2(/)c v 级的高阶项。由⑥式解得

211P 2 112()

t t x x c

--≈

+?

=+-v ⑦

同理,由③④式和c <

211

P 22 ()t t x x c

'''-≈-v ⑧

由⑦⑧式得

2211

1122

2()()()t t t t x x c

c

'''---≈+

-v

⑨ 利用⑤式,⑨式成为

22112

1

1211()()22())

t t t t t t c

c t t ''---'≈+-'≈

-v ⑩

上式右端已略去了2(/)c v 级的高阶项。令

1

10t t T '-= ? 式中,0T 为机载雷达在发射的光信号的周期,则

2

2t t T '-= ? 是机载雷达接受到相应的光信号的周期。⑩式可写成

00T T - ? 或

D 00f f f f

≡-= ? 式中1x 已用A x 替代,而

00

11

,f f T T ==

是相应的光信号的频率,D f 是接收到的回波信号的频率与发出信号的频率之差(频移)。?式也可写为

D 00

2cos f f f f c

α≡-=-v ?

式中

cos α即α为从机载雷达射出的光线与飞机航线之间的夹角。

解法(二)

取航线KA 和直线BC 所构成的平面为新的坐标平面。K 为坐标原点,航线KA 为x 轴,从K 指向BC 与Z 轴交点的直线为y 轴;在时刻1t ,飞机所在位置A 点的坐标为1A (,0)x x =;目标点P 的位置P 0(,)x R 在这个坐标系里是固定的。

设机载雷达于时刻t 发出的发射信号的相位为

()0t t =+Φω?

式中0ω和?分别是相应的角频率和初相位。

机载雷达于时刻1t 在A '点2A 1((),0)x x t '=接收到的经P 反射的信号是机载雷达于时刻1t -τ在A 点1A 1((),0)x x t =-τ发出的,其相位为

()()101t t '=-+Φωτ? ① 式中τ为信号往返过程所需的时间,它满足

c τ

21x x -=τv

③ 经过时间间隔

t ?,同理有 ()()101t t t t ''+?=+?-+Φωτ? ④

c '=τ ⑤

2

1x x '''-=τv

⑥ 另外,由于同样的原因(飞机作匀速直线运动),还有

1

1x x t '-=?v ⑦

2

2x x t '-=?v

设机载雷达收到的信号的圆频率为ω,则应有 ()()11t t t t ''+?-=?ΦΦω ⑧

由②③式和c <

1 11c

c

c

==

=τ ⑨ 上式右端已略去了2(/)c v 级的高阶项。由⑨式解得

1P 2 112()

x x c

+?

=+-τv ⑩

同理,由⑤⑥式和c <

1

P 22 ()x x c

''-τv ?

由①④⑧式得

00()()t t ωωτωτ'?=?--- ? 将

2πf =ω ?

代入?式,利用⑦⑩?式,在t ?很小的情形下,略去t ?的高阶项,得

D 00f f f f ≡-= ?

D 00

2cos f f f f c

α≡-=-v ?

式中

cos α即α为从机载雷达射出的光线与飞机航线之间的夹角。

(2)由于机载雷达天线发射的无线电波束面的张角的限制(见图(b )),有

2ππ

22α≤≤+ ?

频移D f 分别为正、零或负的条件是:

当π/2α<(A P x x <)时,频移0D f >;

当π/2θ=(A P x x =)时,即机载雷达发射信号时正好位于P 点到航线的垂足处,频移

D 0f = ?

当π/2θ>(A P x x >)时,频移0D f <。

当π/2/s L α=-A P /2s x x L -=-)时,即机载

雷达发射信号时正好位于A P (/2,,0)s x x L h =-处,正的频移最大

D10f f

=

?

当π/2/s L α=+A P /2

s x x L -=)时,即机载雷

达发射信号时正好位于A P (/2,,0)s x x L h =+处,负的频移的绝对值最大

D20f f

=

? (3)在飞机持续发射的无线电波束前沿BC 全部通过目标P 点过程中,多普勒频移的带宽为

12004sin

2D D D f f f f f c θ

?≡-==v

? 由于0s R L >>,有1θ<<,故

sin 22

θθ≈ 将上式代入到?式得

2D f f c θ?=v

?

评分参考:第(1)问 16 分,

(解法一) ①式2分,②式1分,③式2分,④⑤⑥⑦⑧⑨⑩????式各1分;

(解法二) ①式1分,②式2分,③④式各1分,⑤式2分,⑥⑦⑧⑨⑩????式各1分; 第(2)问 6分,?式2分,频移D f 分别为正、零或负的条件正确(包括?式)给2分,??式各

1分;

第(3)问 3分, ?式2分,?式1分。

五、(20分)

在de 边未出磁场的过程中,ab 、cf 和de 三边切割磁力线运动,每条边产生的感应电动势相等,但感应电流为零,故不需要外力做功 10W = ① 在de 边出磁场但cf 边未出磁场过程中,ab 和cf 两条边做切割磁力线运动,导线框的等效电路如图a 所示。等效电路中每个电阻的阻值R =1.0Ω。按如图所示电流方向,根据基尔霍夫第一定律可得

136251

6784735, , , .I I I I I I I I I I I I I +=??+=??

=+??+=+? ② 由基尔霍夫第二定律,对4个回路可列出4个独立方程 135254

36747820,20,20, 20. U I R I R U I R U I R I R U I R U I R I R I R U I R I R I R -+--=??-+-+=??

---=??-+-=? ③ 式中,感应电动势U 为

0.20V U b l ==v ④

联立②③④式得:

120.025A I I == ⑤ 340.050A

I I == ⑥

此时,ab 边和ed 边所受的安培力大小分别为

ab 1ab 0.0050N F BI l == ⑦ cf 3cf 0.010N F BI l == ⑧ 式中l ab 和l ed 分别为ab 边和ed 边的长度。外力所做的功为

2ab ef cf ef 0.0015J W F l F l =+= ⑨ 式中l ef 表示ef 边的长度。

在cf 边移出磁场后,只有边ab 切割磁力线运动产生感应电动势。此时,等效电路如图b 所示,电路中电动势的大小和电阻阻值不变。根据基尔霍夫定律可得

136251

6784735, , , .I I I I I I I I I I I I I +=??+=??

=+??+=+? ⑩ 和

135254

36747820,20,20, 20.

U I R I R I R U I R I R I R I R I R I R I R I R I R -+-=??-++=??

---=??-+-=? ?

联立⑩?式得

120.075A I I == ? 此时,ab 边受到的安培力为

ab 10.015N ab F BI l == ? 外力所做的功为

3ab af 0.0015J W F l ==

?

整个过程中外力做的功为

1230.0030J W W W W =++= ?

评分参考:①式1分,②③④式各2分,⑤⑥⑦⑧⑨式各1分,⑩?式各2分,????式各1分。 六、(23分)

(1)设t 时刻导线框平面与长直导线和转轴组成平面之间的夹角为θ的值为t θω=,如图a 所示(俯视图),导线框旋转过程中只有左、右两边(图中分别用A 、B 表示)切割磁力线产生感应电动势。A 、B 两条边的速度大小相等,

a ω=v ①

A 、

B 处对应的磁感应强度大小分别为

11

2I

B r μπ= ② 022

2I B r μπ=

其中,0μ为真空磁导率,r 1、r 2分别为A 和B 到长直导线的垂直距离。A 、B 两边对应的感应电动势分别为

20111

1

2

02222

2

2sin sin 2sin sin a I

E B a r a I

E B a r ====

1ωμχχπωμχχπv v

式中1π2

-χ、2π2

-χ分别为A 、B 的速度方向与r 1、r 2的夹角。 根据几何关系得

12=+=-χθα

χθβ

其中α、β分别为r 1、r 2与x 方向的夹角。⑤式代入④式得导线框中的感应电动势为

2011212sin()sin()a I E E E r r ??

+-=+=+????ωμθαθβπ

⑥ 根据几何关系及三角形余弦定理得α、β、r 1、r 2与a 、b 、θ之间的关系为

11cos cos sin sin

b a r a r θαθα-?

=??

?

?=??

⑦ 22

cos cos sin sin

b a r a r θβθβ+?

=??

?

?=??

⑧ 222

1222

22cos 2cos r a b ab r a b ab θ

θ?=+-?=++?

⑨ 将⑦⑧⑨式代入⑥式得导线框的感应电动势为

202222

2

02222

sin 112cos 2cos sin 11 2cos 2cos a Ib E a b ab a b ab a b I t a b ab t a b ab t ωμθπθθμωωπωω??=+ ?+-++??

??=+ ?+-++??

(2)(解法一)

导线框在电流I 的磁场中旋转,受到安培力相对于轴的合力矩0M 的作用,要使导线框保持角速度为ω的匀速旋转,所加的外力矩M 必须满足

00M M +=

?

正方形导线框上、下两边所受安培力的方向与转轴平行,力矩为零,只有导线框左、右两边(分别用A 、B 表示)受到的安培力1F 和2F 对合力矩有贡献,如图b 所示(俯视图)。由②③式和安培力公式得1F 和2F 的大小为

01112aIi

F aiB r μπ== ?

02222aIi

F aiB r μπ==

?

式中i 为导线框中的感应电流。由欧姆定律有

202222

sin 112cos 2cos a Ib t E i R R a b ab t a b ab t ωμωπωω??==+ ?+-++??

? 安培力的合力矩为

01122

12122012cos()cos()

22

sin()sin()

sin()sin()M F d F d F a F a F a F a a Ii r r =+=--+-+=++-??

+-=+????

ππ

θαθβθαθβμθαθβπ

?

其中,d 1和d 2分别为F 1和F 2与转轴之间的垂直距离,2--πθα和2

-+πθβ分别为d 1和d 2与A 、

B 连线之间的夹角。

将⑦⑧⑨?式代入?式得需要加的外力矩为

2002222

2

2422

2022222

2

2422

220222222

sin 112cos 2cos sin 112cos 2cos 4()sin ()4cos a Iib t M M a b ab t a b ab t a b I t R a b ab t a b ab t a b I a b t R a b a b t μωπωωμωωπωωμωωπω??

=-=-+ ?+-++??

??=-+ ?+-++??

??+=- ?+-??

?

(2)(解法二)

导线框在电流I 的磁场中旋转,受到安培力相对于轴的合力矩0M 的作用,要使导线框保持角速度为ω的匀速旋转,所加的外力矩M 必须满足

00M M +=

?

此时,安培力的合力矩的功率P 0应与导线框中感应电流的功率P i 相等,即

0i P P =

?

式中

2

24222

22022222

sin 112cos 2cos i a I b t E P R R a b ab t a b ab t ωμωπωω??

==+ ?+-++??

? 安培力的合力矩为

2

4222

200022222

sin 112cos 2cos i

P P a I b t M R a b ab t a b ab t ωμωωωπωω??

===+ ?+-++??

? 由?式可得,外力矩M 为

2

4222

20022222

2

242222

222222

sin 112cos 2cos 4()sin ()4cos a I b t M M R a b ab t a b ab t a b I a b t R a b a b t ωμωπωωμωωπω??

=-=-+ ?+-++??

??+=-

?+-??

?

评分参考:第(1)问13分,①②③式各1分,④式2分,⑤式1分,⑥式2分,⑦⑧⑨式各1分,⑩式2分; 第(2)问10分,(解法一)??式各2分,??式各1分,??式各2分;(解法二)?????式各2分。

七、(22分)

(1)根据热力学第一定律,有

dU Q W δδ=+ ①

这里,对于1mol 理想气体经历的任一缓慢变化过程中,Q δ,W δ和dU 可分别表示为

Q C dT πδ=,W pdV δ=-,V dU C dT =

将理想气体状态方程

pV RT

=

两边对T 求导,可得

dV dp dV

p

V R dT dV dT

+= ③

式中利用了

dp dp dV

dT dV dT

=

根据③式有

dV R

dp dT p V dV

=

+ ④

联立①②④式得

V pR C C dp p V

dV

π=+

+ ⑤

(2)设bc '过程方程为

p V αβ=-

根据

V pR

C C dp p V

dV

π=+

+

可得该直线过程的摩尔热容为

2V V

C C R V

παβαβ-=+

-

式中,V C 是单原子理想气体的定容摩尔热容,3

2

V C R =。对bc '过程的初态11(3,)p V 和终态

11(,5)p V ,有

11

11

35p V p V αβαβ=-=- ⑧

由⑧式得

111

7, 22p p V αβ=

= ⑨

由⑥⑦⑧⑨式得

1

1

835414V V C R V V π-=

-

(3)根据过程热容的定义有

Q

C T

π?=

? ?

式中,Q ?是气体在此直线过程中,温度升高T ?时从外界吸收的热量。由⑩?式得

11414835V V Q T V V R -??=-

? 1

1

835414V V Q R T V V -?=?-

?

由?式可知,bc '过程中的升降温的转折点A 在-p V 图上的坐标为

1177 (,)24

A V p ?

由?式可知,bc '过程中的吸放热的转折点B 在-p V 图上的坐标为

113521 (,)816

V p B

?

(4)对于abcda 循环过程,ab 和bc 过程吸热,cd 和da 过程放热

()()()()11

11

1.53

2.515ab V b a b a bc p b a c b Q nC T T RT RT pV Q nC T T RT RT pV =-=-==-=-=

?

式中,已利用已知条件1mol n =,单原子理想气体定容摩尔热容32V C R =,定压摩尔热容5

2

p C R =。

气体在abcda 循环过程的效率可表示为循环过程中对外做的功除以总吸热,即

11

11

40.2218abcda abcda ab bc W p V Q Q p V η===+ ?

对于abc a '循环过程,ab 和bB 过程吸热, ''和Bc c a 过程放热。由热力学第一定律可得,

bB 过程吸热为

()()()1111

1

3=11.392

bc bB bB V B b B B Q U W nC T T p p V V pV '=?-=-++- ? 所以,循环过程abc a '的效率为

11

1140.27814.39abc a abc a ab bc W p V Q Q p V η'''===+ ?

由??式可知

abc a abcda ηη'> ?

评分参考:第(1)问5分,①②③④⑤式各1分;第(2)问5分,⑥⑦⑧⑨⑩式各1分;第(3)问7分,?式1分,??式各2分,??式各1分;第(4)问5分,?????式各1分。

八、(20分)

(1)对于光线在波导层和衬底层的折射情况,根据折射定律有

1i10t0sin sin n n θθ= ① 若要求光线不会折射到衬底中,即发生全反射,应有

i110 C θθ≥

式中,10 C θ为光线在波导层和衬底层的交界面上发生全反射的临界角

010 C 1arcsin n n θ??

=

???

同理应有

i212 C θθ≥

式中,12 C θ为光线在波导层和衬底层的交界面上发生全反射的临界角

212 C 1arcsin n n θ??

=

???

由题设102n n n >≥,可知

10 C 12 C θθ≥ ⑥

00251786240251785216251781120251782144251783168251784192所以,当入射角

0i11arcsin n n θ??

≥ ???时,光被完全限制在波导薄膜里。

(2)考虑光波在波导薄膜中传播时处于临界的全反射状态。此时光波的波长可由光的入射角

0i11arcsin n n θ??

= ?

?? 决定。此时光在介质1n 与0n 交界面的反射处于全反射的临界状态,光在介质1n 与2n 交界面的反射也为全反射。如右图所示,10?和12?分别为1和0界面以及1和

2界面上的反射引入的相位(10

10i r e ?-=和12

12i r e ?-=)。

过1和2界面上的反射点做直线(虚线)垂直于光线A ,设光线A 到虚线之前的路程长为l 。此后,光线A 与再经过两次反射的光线B 之间的相位差应该为2π的整数倍,以致光可在波导薄膜中传输。故

i11012

i1i1i1

1012

i1

1012

1012

2sec 222sec 2tan sin 24cos d l m d d d θππ??λ

θθθπ??λ

πθ??λ

??-=---=--=--- ⑦

式中,0,1,2,3,m = ,λ为所传输光波在波导薄膜介质中的波长。

考虑介质1n 与0n 交界面的反射,由①式得

1i1

t00sin sin 1n n θθ==

考虑到⑧式,在介质1n 与0n 交界面的反射系数为

1i10t01i1

101i10t01i1cos cos cos 1cos cos cos n n n r n n n θθθθθθ-===+

由上式可以得到介质1n 与0n 交界面的反射相位

100?=

再考虑介质1n 与2n 交界面的反射,由①式得

1i1t 222

sin sin n n n n θθ==

?

按照题给的推广的定义,上式右边大于或等于1也并不奇怪。当02n n >时,按照题给的推广的正弦和余弦的定义可知,t2cos θ是一个纯虚数,可以写为

t2cos θ=

?

考虑到?式,则在介质1n 与2n 交界面的反射系数为

1i12t2

121i12t2

cos cos exp 2cos cos n n r i n n θθθθ?-==

=- +? ?

由上式可以得到介质1n 与2n 交界面的反射相位为

12?= ?

将⑩和?式代入到⑦式中得,在给定m 的情况下能在薄膜波导中传输的光波在该介质中的的最长波长(截止波长)为

λ ?

式中,0,1,2,3,m = 。当0m =时可得,能在薄膜波导中传输的光波在该介质中的的最长波长为

max λ=

?

评分参考:第(1)问10分,①②式各2分,③④式各1分,给出“入射角0i11arcsin n n θ??

≥ ???

时,

光被完全限制在波导薄膜里”的结论给2分,⑤⑥式各1分;第(2)问10分,⑦式2分,⑨⑩??????式各1分。

历届全国初中物理竞赛(质量与密度)

最近十年初中应用物理知识竞赛题分类解析专题6--质量和密度 一.选择题 1.(2011年上海初中物理知识竞赛题)夏日炎炎,气温节节上升,小徐发现温度计内的水银液面慢慢升高。水银液面升高的原因,是因为水银的 ( ) A .体积变大了 B .比热容变大了 C .质量变大了 D .密度变大了 1. 答案:A 解析:由于水银热胀冷缩,气温节节上升,水银液面升高的原因是因为水银的体积变大了,选项A 正确。 2.(2007年上海初中物理知识竞赛题)现有密度分别为ρ1和ρ2的两种液体,且ρ1<ρ2。在甲杯中盛满这两种液体,两种液体的质量各占一半;在乙杯中也盛满这两种液体,两种液体的体积各占一半。假设两种液体之间不发生混合现象,甲、乙两个杯子也完全相同,则 ( ) A .甲杯内液体的质量大 B .乙杯内液体的质量大 C .两杯内液体的质量一样大 D .无法确定 2.答案:B 解析:由???? ??+21 112ρρm =V 解得甲杯中液体质量m =2ρ1ρ2V/(ρ1+ρ2),乙杯中液体质量M =ρ1V/2+ρ2V/2=(ρ1+ρ2)V/2 ,m —M =—(ρ1—ρ2)2V/(ρ1+ρ2)<0,乙杯中液体质量大。选项B 正确。 点评:比较两个物理量的大小,可以采用作差法和作商法。所谓作差法就是两个物理量相减,若差值是正值,则被减数大于减数;若差值是负值,则被减数小于减数。所谓作商法就是两个物理量相除,若商大于1,则被除数大于除数;若商小于1,则被除数小于除数。 3.(2008河南初中应用物理知识竞赛预赛题)为了铸造金属工件,事先用密度为ρ1的实木材料制成木模,木模的质量为1.8kg .再用密度为ρ2的合金铸造30个这样的工件,这些合金的总质量为648kg ,则木模与合金材料密度之比为( ) A .1︰4 B .1︰12 C .1︰30 D .1︰360 3.答案:B 解析:每个合金铸造工件质量为648kg/30=21.6kg ,木模与合金材料密度之比为ρ1︰ρ2=1.8︰21.6=1︰12,选项B 正确。 4.(2007年上海初中物理知识竞赛题)某冰块中有一小石头,冰和石头的总质量是64克,将它们放在盛有水的圆柱形容器中恰好悬浮于水中。当冰全部熔化后,容器里的水面下降了0.6厘米,若容

初中物理奥林匹克竞赛试题初赛

初中物理奥林匹克竞赛试题初赛 智浪教育–普惠英才文库 初中物理奥林匹克竞赛试题初赛 满分:150分时间:120分钟 姓名: 学校: 班级: 1.,本题共10分,在图10所示的装臵中~A、B是动滑轮~C是定滑轮~D是轮轴~D的轮半径R=10厘米~轴半径r=5厘米~物重G=500牛顿~每个动滑轮重 P=50牛顿。如果不计绳重和摩擦~各段绳的方向保持相平行~那么: (1)为把重物提起~作用在轮上的动力F至少要大于多少牛顿?,3分, (2)若把重物提起0.1米~动力F的作用点要移动几米?,3分, (3)该装臵的机械效率是多少?,4分, 2.,本题共10分, 在用电压表、电流表测电阻的试验中~假定电压表和电流表是准确的~但由于实验电路的不完善~也会给实验结果带来误差。例如~用图12所示电路测一阻值为1.80千欧的标准电阻R值时~实际测得的阻值为1.00千欧,而用图13所示电路测量时~实际测得的阻值为2.00千欧。

图12 图13 图14 通过分析上述两个不完善的实验电路可以找到产生误差的原因。而针对误差产生的原因~设计实验电路并通过合理的实验步骤~可以大大减小实验误差。例如~用图14所示电路(图中G为灵敏电流表~当通过它的小电流有很小的变化时~它就能指示出来)~按一 智浪教育–普惠英才文库 定的实验步骤测电阻R值时~可使测量结果非常接近1.80千欧。 根据上述内容~完成下列要求: ,1, 分别说明图12和图13所示实验电路给实验结果带来误差的原因。,2 分, ,2,说明图13中虚线框内电路的作用。,2分, ,2, 比较图14和图12所示实验电路~说明减小误差的基本方法。,2分, ,4,写出按图14测定阻值的实验步骤。,4分, R 343. ,本题共10分~不写过程不给分,已知球体的体积公式是v=πr~其中r 3为球体的半径。如图11所示~在一个大的空心球腔内放有一实心小球~空心球腔和实心

历届国际物理奥林匹克竞赛试题及解答

历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答 第1届 (1967年于波兰的华沙) 【题1】质量M=0.2kg 的小球静置于垂直柱上,柱高h=5m 。一粒质量m=0.01kg 、以速度0=500m/s 飞行的子弹水平地穿过球心。球落在 距离柱s =20m 的地面上。问子弹落在地面何处?子弹动能中有多少转换为热能? 解:在所有碰撞情况下,系统的总动量均保持不变: MV mv mv +=0 其中v 和V 分别是碰撞后子弹的速度和小球的速 度. 两者的飞行时间都是01.12== g h t s 球在这段时间沿水平方向走过20m 的距离,故它在水平方向的速度为: 8.1901 .120 == V (m/s ) 由方程0.01×500=0.01v +0.2×19.8 可求出子弹在碰撞后的速度为:v =104m/s 子弹也在1.01s 后落地,故它落在与柱的水平距离为S =vt =104×1.01=105m 的地面上。 碰撞前子弹的初始动能为=2 02 1mv 1250 J 球在刚碰撞后的动能为 =22 1 MV 39.2 J 子弹在刚碰撞后的动能为=2 2 1mv 54 J 与初始动能相比,两者之差为1250 J -93.2 J =1156.8 J 这表明原来动能的92.5%被系统吸收而变为热能。这种碰撞不是完全非弹性碰撞。在完全弹性碰撞的情形下,动能是守恒的。而如果是完全非弹性碰撞,子弹将留在球内。 【题2】右图(甲)为无限的电阻网络,其中每个电阻均为r ,求A、B两点 间的总电阻。 解:如图(乙)所示 A、B两点间的总电阻应等于C、D 两点间的总电阻与电阻r的并联,再与r串联 图(甲) 后的等效电阻。 如果网络是无限的,则A、B 两点间的总电阻应等于C、D 两点间的总电阻,设为Rx 。 根据它们的串并联关系有: m M h S s υ A B r r r r r r r r A B r r r r r r r r C D

第31届全国中学生物理奥林匹克竞赛预赛试卷及答案(试卷纯文档)

第31届全国中学生物理竞赛预赛试卷 本卷共16题,满分200分, .一、选择题.本题共5小题,每小题6分.在每小题给出的4个项中,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.(6分)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.α1/3C.α3D.3α 2.(6分)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1cm3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.(6分)一列简谐横波在均匀的介质中沿x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24m/s,则该波的频率可能为 A.50Hz B.60Hz C.400Hz 4.(6分)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, 先后置有分别用铜、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 , >F2>>F3>F1 >F2>=F2=F3 5.(6分)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 D.在保持m B

中学生物理奥林匹克竞赛第试卷及答案

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 3 kg m -?。 2、(5分)在国际单位制中,库仑定律写成12 2 q q F k r =,式中静电力常量9228.9810k N m C -=???,电荷量q 1和q 2的单位都是库仑,距离r 的单位是米,作用力F 的单位是牛顿。若把库仑定律写成更简洁的形式12 2q q F r = ,式中距离r 的单位是米,作用力F 的单位是牛顿。若把库仑定律写成更简洁的形式122q q F r =,式中距离r 的单位是米,作用 力F 的单位是牛顿,由此式可这义一种电荷量q 的新单位。当用米、千克、秒表示此新单位时,电荷新单位= ;新单位与库仑的关系为1新单位= C 。 3、(5分)电子感应加速器(betatron )的基本原理如下:一个圆环真空 室处于分布在圆柱形体积内的磁场中,磁场方向沿圆柱的轴线,圆柱的轴线过圆环的圆心并与环面垂直。圆中两个同心的实线圆代表圆环的边界,与实线圆同心的虚线圆为电子在加速过程中运行的轨道。已知磁场的磁感应强度B 随时间t 的变化规律为0cos(2/)B B t T π=,其中T 为 磁场变化的周期。B 0为大于0的常量。当B 为正时,磁场的方向垂直 于纸面指向纸外。若持续地将初速度为v 0的电子沿虚线圆的切线方向注入到环内(如图),则电子在该磁场变化的一个周期内可能被加速的时间是从t= 到t= 。

高中物理奥林匹克竞赛模拟题及答案

高中物理奥赛模拟试题一 1. (10分)1961年有人从高度H=2 2.5m的大楼上向地面发射频率为υ0的光子,并在地面上测 量接收到的频率为υ,测得υ与υ0不同,与理论预计一致,试从理论上求出 00 υυ υ- 的值。 2. (15分)底边为a,高度为b的匀质长方体物块置于斜面上,斜面和物块之间的静摩擦因数为μ,斜面的倾角为θ,当θ较小时,物块静止于斜面上(图1),如果逐渐增大θ,当θ达到某个临界值θ0时,物块将开始滑动或翻倒。试分别求出发生滑动和翻倒时的θ,并说明在什么条件下出现的是滑动情况,在什么条件下出现的是翻倒情况。 3. (15分)一个灯泡的电阻R0=2Ω,正常工作电压U0= 4.5V,由电动势U=6V、内阻可忽略的电池供电。利用一滑线变阻器将灯泡与电池相连,使系统的效率不低于η=0.6。试计算滑线变阻器的阻值及它应承受的最大电流。求出效率最大的条件并计算最大效率。 4. (20分)如图2,用手握着一绳端在水平桌面上做半径为r的匀速圆周运动,圆心为O,角速度为ω。绳长为l,方向与圆相切,质量可以忽略。绳的另一端系着一个质量为m的小球,恰好也沿着一个以O点为圆心的大圆在桌面上运动,小球和桌面之间有摩擦,试求: ⑴手对细绳做功的功率P; ⑵小球与桌面之间的动摩擦因数μ。 5. (20分)如图3所示,长为L的光滑平台固定在地面上,平台中间放有小物体A和B,两者彼此接触。A的上表面是半径为R的半圆形轨道,轨道顶端距台面的高度为h处,有一个小物体C,A、B、C的质量均为m。在系统静止时释放C,已知在运动过程中,A、C始终接触,试求: ⑴物体A和B刚分离时,B的速度; ⑵物体A和B分离后,C所能达到的距台面的最大高度; ⑶试判断A从平台的哪边落地,并估算A从与B分离到落地所经历的时间。 6. (20分)如图4所示,PR是一块长L的绝缘平板,整个空间有一平行于PR的匀强电场E,在板的右半部分有一个垂直于纸面向外的匀强磁场B。一个质量为m、带电量为q的物体,

历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答

历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答 第1届 (1967年于波兰的华沙) 【题1】质量M=0.2kg 的小球静置于垂直柱上,柱高h=5m 。一粒质量m=0.01kg 、以速度0=500m/s 飞行的子弹水平地穿过球心。球落在 距离柱s =20m 的地面上。问子弹落在地面何处?子弹动能中有多少转换为热能? 解:在所有碰撞情况下,系统的总动量均保持不变: MV mv mv +=0 其中v 和V 分别是碰撞后子弹的速度和小球的速 度. 两者的飞行时间都是01.12== g h t s 球在这段时间沿水平方向走过20m 的距离,故它在水平方向的速度为: 8.1901 .120 == V (m/s ) 由方程0.01×500=0.01v +0.2×19.8 可求出子弹在碰撞后的速度为:v =104m/s 子弹也在1.01s 后落地,故它落在与柱的水平距离为S =vt =104×1.01=105m 的地面上。 碰撞前子弹的初始动能为=2 02 1mv 1250 J 球在刚碰撞后的动能为 =22 1 MV 39.2 J 子弹在刚碰撞后的动能为=2 2 1mv 54 J 与初始动能相比,两者之差为1250 J -93.2 J =1156.8 J 这表明原来动能的92.5%被系统吸收而变为热能。这种碰撞不是完全非弹性碰撞。在完全弹性碰撞的情形下,动能是守恒的。而如果是完全非弹性碰撞,子弹将留在球。 【题2】右图(甲)为无限的电阻网络,其中每个电阻均为r ,求A、B两点 间的总电阻。 解:如图(乙)所示 A、B两点间的总电阻应等于C、D 两点间的总电阻与电阻r的并联,再与r串联 图(甲) 后的等效电阻。 如果网络是无限的,则A、B 两点间的总电阻应等于C、D 两点间的总电阻,设为Rx 。 根据它们的串并联关系有: m M h S s υ A B r r r r r r r r A B r r r r r r r r C D

全国物理奥林匹克竞赛

全国物理奥林匹克竞赛-活动简介 中国物理学会决定举办中学生物理竞赛的过程(暨第一届全国中学生物理竞赛) 中国物理学会有重视教学和培养青少年学生的传统,20世纪30年代就设有教学委员会。1978年在庐山举行拨乱反正的中国物理学会年会上,就讨论过举办物理竞赛事宜。1979年全国有20多个省、自治区、直辖市分别举行了物理竞赛。1983年中国物理学会科学普及工作委员会提出在全国举行物理竞赛的倡议,1983年11月13日举行预备会议讨论有关竞赛的指导思想、目的、组织办法等一系列问题。1984年1月中国物理学会常务理事会正式任命全国中学生物理竞赛委员会正副主任,并通过“举办第一届中学生物理竞赛的计划”(征求意见稿)。随之即开始有关物理竞赛的活动。2月在中国物理学会全国普及工作会议上酝酿和布置有关竞赛的具体事项,4月召开第一届全国中学生物理竞赛委员会全体会议,通过了举办竞赛的计划,对指导思想、命题原则、组织领导以及具体办法均做了具体的阐述与规定。这保证了我国物理竞赛健康地发展。开始时中学生物理竞赛是由普及工作委员会和教学研究委员会共同主持的活动,后因普及工作委员会其他活动较多而改为由教学研究委员会主持。 第一届竞赛于1984年11月18日开始,1985年2月26日至3月2日在北京举行决赛。中国科协主席、中国物理学会名誉理事长周培源教授和副理事长周光召教授以及副秘书长兼教学研究委员会主任、全国中学生物理竞赛委员会主任北京大学副校长沈克琦教授出席颁奖会,并就物理竞赛活动发表了有指导意义的讲话。周培源主席还建议每年举行一次,由各省、自治区、直辖市轮流承办。1985年8月10日中国物理学会常务理事会通过《全国中学生物理竞赛暂行办法》,决定每年举行一次,使竞赛的进行进一步规范化。通过时原拟称为章程,在讨论时理事长钱三强教授提出,先叫“暂行办法”,经过实践取得经验并进一步修改后再名为章程。经过七届竞赛的实践,1991年2月通过《全国中学生物理竞赛章程》和《全国中学生物理竞赛内容提要》。以后随着客观条件的变化又对章程和内容提要进行过几次修订。 竞赛概况 全国中学生物理竞赛是由中国科协主管,由中国物理学会主办,各省(自治区、直辖市,下同)高中学生自愿参加的课外学科竞赛活动。这项活动得到国家教育部的同意和支持。 全国中学生物理竞赛的目的、指导思想和遵循的原则、竞赛程序和组织机构,详见“竞赛章程”栏目。竞赛内容详见“重要文件”栏目。 竞赛分为预赛、复赛和决赛。预赛由全国竞赛委员会统一命题,采取笔试的

初中物理奥林匹克竞赛测试试题初赛测试试题

初中物理奥林匹克竞赛试题初赛试题

————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期: 2

初中物理奥林匹克竞赛试题初赛 满分:150分时间:120分钟 姓名:学校:班级: 1.(本题共10分)在图10所示的装置中,A、B是动滑轮,C是定滑轮,D是轮轴,D的轮半径R=10厘米,轴半径r=5厘米,物重G=500牛顿,每个动滑轮重P=50牛顿。如果不计绳重和摩擦,各段绳的方向保持相平行,那么: (1)为把重物提起,作用在轮上的动力F至少要大于多少牛顿?(3分) (2)若把重物提起0.1米,动力F的作用点要移动几米?(3分) (3)该装置的机械效率是多少?(4分) 2.(本题共10分)在用电压表、电流表测电阻的试验中,假定电压表和电流表是准确的,但由于实验电路的不完善,也会给实验结果带来误差。例如,用图12所示电路测一阻值为1.80千欧的标准电阻R值时,实际测得的阻值为1.00千欧;而用图13所示电路测量时,实际测得的阻值为2.00千欧。

图12 图13 图14 通过分析上述两个不完善的实验电路可以找到产生误差的原因。而针对误差产生的原因,设计实验电路并通过合理的实验步骤,可以大大减小实验误差。例如,用图14所示电路(图中G为灵敏电流表,当通过它的小电流有很小的变化时,它就能指示出来),按一定的实验步骤测电阻R值时,可使测量结果非常接近1.80千欧。 根据上述内容,完成下列要求: (1)分别说明图12和图13所示实验电路给实验结果带来误差的原因。(2分)(2)说明图13中虚线框内电路的作用。(2分) (2)比较图14和图12所示实验电路,说明减小误差的基本方法。(2分) (4)写出按图14测定R阻值的实验步骤。(4分) 4πr3,其中 3. (本题共10分,不写过程不给分)已知球体的体积公式是v= 3 r为球体的半径。如图11所示,在一个大的空心球腔内放有一实心小球,空心球腔和实

全国中学生物理竞赛说明

全国中学生物理竞赛 全国中学生物理竞赛是在中国科协的领导下,由中国物理学会主办,各省、自治区、直辖市自愿参加的群众性的课外学科竞赛活动。各项活动得到教育部的同意和支持。竞赛的目的是促进中学生提高学习物理的主动性和兴趣,改进学习方法,增强学习能力;促进学校开展多样化的物理课外活动,活跃学习空气;发现具有突出才能的青少年,以便更好地对他们进行培养。 中文名 全国中学生物理竞赛 主办方 中国物理学会 参赛对象 中学生 分为 预赛、复赛和决赛 目录 1简介 2概况 3内容提要 4竞赛章程 ?第一章总则 ?第二章组织领导 ?第三章竞赛程序

?第四章命题原则 ?第五章奖励办法 ?第六章守则和纪律 ?第七章附则 5竞赛大纲 6其它方面 1简介 竞赛分为预赛、复赛和决赛。预赛由全国竞赛委员会统一命题,采取笔试的形式,所有在校的中学生都可以报名参加。在预赛中成绩优秀的学生由地、市、县推荐,如以参加复赛。复赛包括理论和实验两部分。理论部分由全国竞赛委员会统一题,满分为160分;实验部分由各省、自治区、直辖市竞赛委员会命题,满分为40分。根据复赛中理论和实验的总成绩,由省、自治区、直辖市竞赛委员会推荐成绩优秀的学生参加决赛。决赛由全国竞赛委员会命题和评奖。 每届决赛设一等奖50名左右,二等奖150名左右,三等奖200名左右。此外,还设总成绩最佳奖、理论成绩最佳奖、实验成绩最佳奖和女同学成绩最佳奖等单项特别奖。 2概况编辑 全国中学生物理竞赛开始于1984年,每学年举行一次。历届竞赛的基本情

从第2届开始,由全国中学生物理竞赛的一、二等奖获得者中选出我国准备参加国际物理奥林匹克竞赛的集训队。经过短期培训,从中选出正式参赛的代表队。1986年7月,我国首次参加了在英国举行的第17届国际物理奥林匹克竞赛,3名选手全部获奖。在以后的历届国际竞赛中,我国每年选派5名学生参赛,到2001年,共派出63人,全部获奖。共获金牌37块、银牌15块、铜牌9块、表扬奖2名,位居参赛各国前列。 16年来,全国中学生物理竞赛受到广大中学生的欢迎和社会各界的好评。

第16届国际物理奥林匹克竞赛试题及答案

第十六届国际中学生物理奥林匹克竞赛试题(理论部分) (1985 南斯拉夫波尔托罗日) 题1 一位年青的业余无线电爱好者用无线电与住在两个镇上的两位女孩保持联系。他放置两根竖直的天线棒,使得当住在A镇的女孩接收到最大信号时,住在B镇的女孩接收不到信号,反之也一样。这个天线阵由两根竖直的天线棒构成,它们在水平面内均匀地向各个方向发射同等强度的信号。 (a)求此天线阵的参数,即两棒间距离及它们的方位和馈入两棒电信号之间的位相差,使得 两棒间距离为最小。 (b)求上述数值解。如果男孩的无线电台发射27MH Z的电磁波,该天线阵位于波尔托罗日, 利用地图,他发现正北方与A方向(科佩尔)和B方向(位于伊斯特拉半岛上的小镇布热)的夹角分别为158°和72°。 〔解〕a)如图16-1所示,设A方向和B方向的夹角为φ,两棒间距为r,棒间连线与A方向夹角为a。 A方向最小位相差为: ΔA=2πcosα+Δφ B方向的最小位相差为: ΔB=2πcos(ψ-α)+Δφ Δφ为两根天线之间的相位差。当A方向强度最小,B方向强度最大时, ΔA=(2n+1)π,ΔB=2κπ。 则 ΔB-ΔA=(2(κ-n)-1)π=2π。〔cos(ψ-α)-cosα〕 得到 r. 当ψ一定时,只有k=n,α-=-时,r为最小,或者k=n+1, α-=时,r也为最小。 此时,

r最小= 把上述结果代入含有Δφ的方程中,可得 Δφ=π/2(k=n时),或Δφ=-时,(k=n+1时) 当Δφ从变为-时,产生的效应正好相反,即A方向强度最大,B方向强度为0。 b)如图16-2所示,A方向和B方向夹角为 ψ=157°-72°=85° 则棒间距最小为 r最小== ==4.1(米) 两棒连线与A方向夹角为 α=+90°=132.5° 题2一根边长为a、b、c(a>>b>>c)的矩形截面长棒,是由半导体锑化铟制成的。棒中有平行于a边的电流I流过。该棒放在平行于c边的外磁场B中,电流I所产生的磁场可以忽略。该电流的载流子为电子。在只有电场存在时,电子在半导体中的平均速度是v=μE,其中μ为迁移率。如果磁场也存在的话,则总电场不再与电流平行,这个现象叫做霍尔效应。 (a)确定在棒中产生上述电流的总电场的大小和方向。 (b)计算夹b边两表面上相对两点间的电势差。 (c)如果电流和磁场都是交变的,且分别为I=I0sinωt,B=B0sin(ωt+φ)。写出b)情形中电势差的直流分量解析表达式。 (d)利用c)的结果,设计一个电子线路,使其能测量连接于交流电网的电子设备所消耗的功率,并给出解释。 利用下列数据: 锑化铟中的电子迁移率为7.8m2/V·s 锑化铟中的电子密度为2.5×1022m-3 I=1.0A B=1.0T b=1.0cm c=1.0mm e=1.6×10-19C 〔解〕a)

第8届国际物理奥林匹克竞赛试题及解答

京翰教育中心https://www.360docs.net/doc/6a14328997.html,/ 第8届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答 (1975年于德意志民主共和国的居斯特罗) 【题1】一根杆以恒定的角速度ω绕竖直轴旋转,杆与轴的夹角为(900-α)。质量为 m 的质点可以沿杆滑动,摩擦系数为μ 。求转动过程中,质点保 持在同一高度的条件(如图8.1)。 解:我们发现,采用所谓“滑动摩擦角”概念是有用的。如 果滑动摩擦系数等于某一角度的正切值,就称这个角ε为“滑动 摩擦角”(如解图8.1所示),即tan ε=μ 我们必须求出把物体压向平台的合力。如果合力与平面法线 之间的夹角在滑动摩擦角之内,则摩擦力大到足以阻止运动。极 限情形是合力与摩擦角的一臂重合。 对于本题,当我们寻找质点在旋转杆上向上滑动的极限情况 时,合力应位于(α+ε)角的双臂内(如解图8.2所示)。 图8.1 ε 解图8.1 解图8.2 把质点压在杆上的力是重力mg 与m ω2r =m ω2L cos α的合力。故质点在向上滑动的极限 情形下,角(α+ε)的正切为 g L mg L m αωαωεαcos cos )tan(22==+ 同理,质点向下滑动的极限情形可用角(α+ε)的正切得到。 于是,如果)tan(cos )tan(2εααωεα+≤≤g L - 则质点在旋转杆上处于平衡。 从边界条件可以看出,存在着一个较高位置(L f )和一个较低位置(L a ),质点在这两位置之间的任何地方将处于随遇 解图8.3 平衡状态。在这两边界之外,质点无法平衡,质点将向上或向下滑动。随遇平衡位置 L f -L a 可由边界条件导出: ) tan tan 1(cos tan 22232εααωε?-=-g L L a f 解图8.3对不同的α角,画出质点在杆上哪些部分处于随遇 平衡,(取ω=10 s -1,μ=0.268,ε=150)。虚线表示无摩擦时质点非稳定平衡位置。 【题2】求出厚透镜对两个不同波长有同一焦距的条件,并就不同类型的透镜讨论可行 性。 0.10.2 0.3m 450600150300

初中物理奥林匹克竞赛试题初赛【直接打印】

初中物理奥林匹克竞赛试题初赛【直接打印】智浪教育–普惠英才文库 初中物理奥林匹克竞赛试题初赛 满分:150分时间:120分钟 姓名: 学校: 班级: 1.,本题共10分,在图10所示的装臵中~A、B是动滑轮~C是定滑轮~D是轮轴~D的轮半径R=10厘米~轴半径r=5厘米~物重G=500牛顿~每个动滑轮重 P=50牛顿。如果不计绳重和摩擦~各段绳的方向保持相平行~那么: (1)为把重物提起~作用在轮上的动力F至少要大于多少牛顿?,3分, (2)若把重物提起0.1米~动力F的作用点要移动几米?,3分, (3)该装臵的机械效率是多少?,4分, 2.,本题共10分, 在用电压表、电流表测电阻的试验中~假定电压表和电流表是准确的~但由于实验电路的不完善~也会给实验结果带来误差。例如~用图12所示电路测一阻值为1.80千欧的标准电阻R值时~实际测得的阻值为1.00千欧,而用图13所示电路测量时~实际测得的阻值为2.00千欧。

图12 图13 图14 通过分析上述两个不完善的实验电路可以找到产生误差的原因。而针对误差产生的原因~设计实验电路并通过合理的实验步骤~可以大大减小实验误差。例如~用图14所示电路(图中G为灵敏电流表~当通过它的小电流有很小的变化时~它就能指示出来)~按一 智浪教育–普惠英才文库 定的实验步骤测电阻R值时~可使测量结果非常接近1.80千欧。 根据上述内容~完成下列要求: ,1, 分别说明图12和图13所示实验电路给实验结果带来误差的原因。,2 分, ,2,说明图13中虚线框内电路的作用。,2分, ,2, 比较图14和图12所示实验电路~说明减小误差的基本方法。,2分, ,4,写出按图14测定阻值的实验步骤。,4分, R 343. ,本题共10分~不写过程不给分,已知球体的体积公式是v=πr~其中r3为球体的半径。如图11所示~在一个大的空心球腔内放有一实心小球~空心球腔和实心

中学生物理奥林匹克竞赛第届试卷及答案

第31届全国中学生物理竞赛复赛理论考试试题 2014年9月20日 说明:所有答案 (包括填空)必须写在答题纸上,写在试题纸上无效。 一、(12分)2013年6月20日,“神舟十号”女航天员王亚平在“天宫一号”目标飞行器里成功进行了我国首次太空授课. 授课中的一个实验展示了失重状态下液滴的表面张力引起的效应. 视频中可发现漂浮的液滴处于周期性的“脉动”中(平时在地球表面附近,重力的存在会导致液滴下降太快,以至于很难观察到液滴的这种“脉动”现象). 假设液滴处于完全失重状态,液滴的上述“脉动”可视为液滴形状的周期性的微小变化(振动),如图所示. (1)该液滴处于平衡状态时的形状是__________; (2)决定该液滴振动频率f 的主要物理量是________________________________________; (3)按后面括号中提示的方法导出液滴振动频率与上述物理量的关系式.(提示:例如,若认为,,a b c 是决定该液滴振动频率的相互独立的主要物理量,可将液滴振动频率f 与,,a b c 的关系式表示为αβγ∝f a b c ,其中指数,,αβγ是相应的待定常数.) 二、(16分) 一种测量理想气体的摩尔热容比/p V C C γ≡的方法(Clement-Desormes 方法)如图所示:大瓶G 内装满某种理想气体,瓶盖上通有一个灌气(放气)开关H ,另接出一根U 形管作为压强计M .瓶内外的压强差通过U 形管右、左两管液面的高度差来确定. 初始时,瓶内外的温度相等,瓶内气体的压强比外面的大气压强稍高,记录此时U 形管液面的高度差i h .然后打开H ,放出少量气体,当瓶内外压强相等时,即刻关闭H . 等待瓶内外温度又相等时,记录此时U 形管液面的高度差f h .试由这两次记录的实验数据i h 和f h ,导出瓶内 气体的摩尔热容比γ的表达式.(提示:放气过程时间很短,可视为无热量交换;且U 形管很细,可忽略由高差变化引起的瓶内气体在状态变化前后的体积变化) 三、(20分)如图所示,一质量为m 、底边AB 长为b 、等腰边长为a 、质量均匀分布的等腰三角形平板,可绕过光滑铰链支点A 和B 的水平轴x 自由转动;图中原点O 位于AB 的中点,y 轴垂直于板面斜向上,z 轴在板面上从原点O 指向三角形顶点C . 今在平板上任一给定点000M (,0,)x z 加一垂直于板面的拉力Q . (1)若平衡时平板与竖直方向成的角度为?,求拉 力Q 以及铰链支点对三角形板的作用力N A 和N B ; (2)若在三角形平板上缓慢改变拉力Q 的作用点M 的位置,使平衡时平板与竖直方向成 振动的 液滴 M 0 A B x Q ? O y z C

(完整版)初中物理竞赛题汇编—浮力

中考复习-------初中物理竞赛题汇编浮力 1.底面积为100cm2的圆柱形器内装有适量的液体,将其竖直放置在水平桌面上,把木块A放入容器内的液体中,静止时,木块A有五分之一的体积露出液面,此时液体的深度为20cm,如果在木块A上放一个 金属块B木块恰好没入液面,如图所示。已知木块 A的体积是250cm3,质量是160g,g=10N/kg。 (1)求金属块B所受到的重力; (2)木块A恰好没入液面时,液体对容器的压强。 (北京市竞赛试题) 2.如图所示,铜、铁、铝三个实心球,用细线栓住,全部浸没在水中时,三根细线上的拉力相等,则关于这三个金属球的体积、质量之间的关系,下列判断正确的是()。 (A)V铜>V铁>V铝; m铜>m铁>m铝; (B)V铜>V铁>V铝; m铜<m铁<m铝; (C)V铜<V铁<V铝; m铜>m铁>m铝; (D)V铜<V铁<V铝; m铜<m铁<m铝; (上海市竟赛试题) 3.氢气球上升的过程中将出现的现象是() (A)上升到最大高度后由于受到的浮力等于重力,会长期悬浮在空中; (B)由于受到的浮力大于重力,气球一直上升; (C)因为高空温度很低,球内气体遇冷收缩,气球体积越来越小; (D)因为上升过程中球内压强大于球外压强,气球不断膨胀到一定高度后破裂; (全国竞赛试题) 4.船上装有许多钢材,此时甲板离水面的高度为h 1 ;把这些钢材都放到水中, 并用细绳悬挂于船下,此时甲板离水面的高度为h 2;则h 1 与h 2 ;比较()。 (A)h 1=h 2 ;(B)h 1 <h 2 ;(C)h 1 >h 2 ;(D)无法比较; (上海市竟赛试题) 5.烧杯中的冰块漂浮在水中,冰块上部高出杯口,杯中水面与杯口相平,待这些冰块全部融化后()。 (A)将有水从烧杯中溢出;(B)不会有水从烧杯中溢出;杯中水面也不会下降;(C)杯中水面会下降;(D)融化过程中水面下降,完全融化后有水溢出;(全国物理竞赛试题) 6.小明在一根均匀木杆的一端缠绕少许铅丝,使得木杆放在液体中 可以竖直漂浮,从而制成一只密度计。把它放在水中,液面到木杆

初中物理 奥林匹克竞赛闯关3、过桥问题

第三关、过桥问题 1一列队伍长40m,经过全长为80m的桥,共用了1 min,若队伍前进可看做匀速直线运动,则这支队伍的速度是( ) A.2m/s B.1.3m/s C.0.67m/s D.2.3m/s 2一列队伍行进的速度是2m/s,经过全长为100m的大桥共用了1 min的时间,若队伍前进可看做是匀速直线运动,则这支队伍的长是( ) A.l0m B.20m C.120m D.40m 3.一列长200m的列车,以速度为v=54km/h匀速通过一座铁桥,共用了2min.求这座铁桥的长度. 4一列长310m的列车,行驶速度为13m/s.这列车匀速穿过长600m的山洞需要多长时间? 5.在行驶的火车上的一位乘客想要估测火车行驶的平均速度,他发现铁道旁每隔5m有一棵树,于是他数见0. 5 min内从车窗闪过去60棵树,这列火车的平均速度是多少? 6.火车钢轨每根长12. 5m,如果每半分钟听到火车车轮跟钢轨接头地方的撞击声恰好为31次,那么火车的运动速度是多少? 7.一列火车长230m,通过长70m的铁桥用了30s,求火车过桥的速度. 8.南京长江天桥全长6. 7km,江面上的正桥长1570m,一列长110m的火年匀速行驶,通过江面正桥需用2rnin,这列火车的速度是每秒多少米?火车通过全桥需用的时问是多少分? 9.长150m的火车以54km/h的速度通过一条隧道,共用2min,则此隧道的长度是多少米? 10.一列客车由18节车厢组成,每节车厢长20m,这列火车以36km/h的速度通过一座长150m的铁路桥,问这列客车通过此桥共了多少时间? 11.由10辆汽车组成的车队以36km/h的速度匀速行驶,相邻的两车之间的间隔为20m,每辆车长5m,求这列车队全部通过一座长150m的桥所用的时间. 12、某段铁路由长度为L的铁软一根接一根地铺成,一列火车在匀速前进,车内一位乘客要测量火车运行的速度,他测出了火车经过铁轨接缝处对连续发生N次振动的时间间隔为t,则计算速度v的关系式是v= 13.如果火车钢轨每根长25 m,若在45。内听到车轮和钢轨接头处的撞击声30次,火车的速度是多少?

初中物理奥林匹克竞赛试题初赛试题

初中物理奥林匹克竞赛试 题初赛试题 Prepared on 24 November 2020

初中物理奥林匹克竞赛试题初赛 满分:150分时间:120分钟 姓名:学校:班级: 1.(本题共10分)在图10所示的装置中,A、B是动滑轮,C是定滑轮,D是轮轴,D的轮半径R=10厘米,轴半径r=5厘米,物重G=500牛顿,每个动滑轮重P=50牛顿。如果不计绳重和摩擦,各段绳的方向保持相平行,那么: (1)为把重物提起,作用在轮上的动力F至少要大于多少牛顿(3分) (2)若把重物提起0.1米,动力F的作用点要移动几米(3分) (3)该装置的机械效率是多少(4分) 2.(本题共10分)在用电压表、电流表测电阻的试验中,假定电压表和电流表是准确的,但由于实验电路的不完善,也会给实验结果带来误差。例如,用图12所示电路测一阻值为千欧的标准电阻R值时,实际测得的阻值为千欧;而用图13所示电路测量时,实际测得的阻值为千欧。 图12 图13 图14 通过分析上述两个不完善的实验电路可以找到产生误差的原因。而针对误差产生的原因,设计实验电路并通过合理的实验步骤,可以大大减小实验误差。例如,用图14所示电路(图中G为灵敏电流表,当通过它的小电流有很小的变化时,它就能指示出来),按一定的实验步骤测电阻R值时,可使测量结果非常接近千欧。

根据上述内容,完成下列要求: (1) 分别说明图12和图13所示实验电路给实验结果带来误差的原因。(2分) (2)说明图13中虚线框内电路的作用。(2分) (2) 比较图14和图12所示实验电路,说明减小误差的基本方法。(2分) (4)写出按图14测定R 阻值的实验步骤。(4分) 3. (本题共 10分,不写过程不给分)已知球体的体积公式是v=3 4πr 3,其中r 为球体的半径。如图11所示,在一个大的空心球腔内放有一实心小球,空心球腔和实心小球是由同一种物质组成的。空心球腔的外半径为R ,内半径为3 2R ,实心小球的半径为 3 R 。若将整个球体放入水中,则空心球腔有31的体积露出水面。求: (1)制成空心球腔和实心小球的物质的密度;(4分) (2)若在空心球腔内注满水后,再把整个球体放入水中,整个球体浮出水面的体积和空心球腔壁对实心小球的作用力。(6分) 4. (本题共10分)在图12所示的电路中,直径为D 的圆环是用超细均匀的电阻丝制成的,其阻值为R ,图中A 、B ……、H 为圆环的等分点,A 点固定。P 为滑片,且滑片P 能沿圆环滑动,并保持良好的接触,电源电压恒定。当闭合电键K 后,滑片P 沿圆环顺时针滑动时,图12中各电表的示数会发生变化。甲、乙两同学按此电路图,分别做实验,并记下当滑片P 在某些位置时各电表的示数,如表一、表二所示。 表一(甲同学测得实验数据):

初中物理奥林匹克竞赛试题初赛试题

初中物理奥林匹克竞赛试题初赛试题 姓名: 学校: 班级: 1、(本题共10分)在图10所示的装置中, A、B是动滑轮,C是定滑轮,D是轮轴,D的轮半径R=10厘米,轴半径r=5厘米,物重G=500牛顿,每个动滑轮重P=50牛顿。如果不计绳重和摩擦,各段绳的方向保持相平行,那么:(1) 为把重物提起,作用在轮上的动力F至少要大于多少牛顿?(3分)(2) 若把重物提起0、1米,动力F的作用点要移动几米?(3分)(3) 该装置的机械效率是多少?(4分) 2、(本题共10分)在用电压表、电流表测电阻的试验中,假定电压表和电流表是准确的,但由于实验电路的不完善,也会给实验结果带来误差。例如,用图12所示电路测一阻值为 1、80千欧的标准电阻R值时,实际测得的阻值为 1、00千欧;而用图13所示电路测量时,实际测得的阻值为 2、00千欧。图12图13图14通过分析上述两个不完善的实验电路可以找到产生误差的原因。而针对误差产生的原因,设计实验电路并通过合理的实验步骤,可以大大减小实验误差。例

如,用图14所示电路(图中G为灵敏电流表,当通过它的小电流有很小的变化时,它就能指示出来),按一定的实验步骤测电阻R 值时,可使测量结果非常接近 1、80千欧。根据上述内容,完成下列要求:(1)分别说明图12和图13所示实验电路给实验结果带来误差的原因。(2分)(2)说明图13中虚线框内电路的作用。(2分)(2)比较图14和图12所示实验电路,说明减小误差的基本方法。(2分)(4)写出按图14测定R阻值的实验步骤。(4分) 3、(本题共10分,不写过程不给分)已知球体的体积公式是v=πr3,其中r为球体的半径。如图11所示,在一个大的空心球腔内放有一实心小球,空心球腔和实心小球是由同一种物质组成的。空心球腔的外半径为R,内半径为,实心小球的半径为。若将整个球体放入水中,则空心球腔有的体积露出水面。求:(1)制成空心球腔和实心小球的物质的密度;(4分)(2)若在空心球腔内注满水后,再把整个球体放入水中,整个球体浮出水面的体积和空心球腔壁对实心小球的作用力。(6分) 4、(本题共10分)在图12所示的电路中,直径为D的圆环是用超细均匀的电阻丝制成的,其阻值为R,图中 A、B……、H为圆环的等分点,A点固定。P为滑片,且滑片P能沿圆环滑动,并保持良好的接触,电源电压恒定。当闭合电键K后,滑片P沿圆环顺时针滑动时,图12中各电表的示数会发生

初中物理 11个有趣的物理现象和40道趣味竞赛题(含答案)

11个有趣的物理现象和40道趣味竞赛题 11个有趣的物理现象和40道趣味竞赛题 一、11个有趣的生活中物理现象及解释 看似平常的现象中,其实隐藏了很多物理知识,只要用心观察、细心体会,相信你的物理学习会变得五彩缤纷! 1.挂在壁墙上的石英钟,当电池的电能耗尽而停止走动时,其秒针往往停在刻度盘上“9 ”的位置。这是由于秒针在“9 ”的位置处受到重力矩的阻碍作用最大。 2.有时,自来水管在邻近的水龙头放水时,偶尔发生阵阵的响声。这是由于水从水龙头冲出时引起水管共振的缘故。3.对着电视画面拍照,应关闭照相机闪光灯和室内照明灯,这样照出的照片画面更清晰。因为闪光灯和照明灯在电视屏上的反射光会干扰电视画面的透射光。 4.冰冻的猪肉在水中比在同温度的空气中解冻得快。烧烫的铁钉放入水中比在同温度的空气中冷却得快。装有滚烫的开水的杯子浸入水中比在同温度的空气中冷却得快。这些现象都表明:水的热传递性比空气好。 5.锅内盛有冷水时,锅底外表面附着的水滴在火焰上较长时间才能被烧干,且直到烧干也不沸腾,这是由于水滴、锅和锅内的水三者保持热传导,温度大致相同,只要锅内的水

未沸腾,水滴也不会沸腾,水滴在火焰上靠蒸发而渐渐地被烧干。 6.走样的镜子,人距镜越远越走样。因为镜里的像是由镜后镀银面的反射形成的,镀银面不平或玻璃厚薄不均匀都会产生走样。走样的镜子,人距镜越远,由光放大原理,镀银面的反射光到达的位置偏离正常位置就越大,镜子就越走样。 7.天然气炉的喷气嘴侧面有几个与外界相通的小孔,但天然气不会从侧面小孔喷出,只从喷口喷出,这是由于喷嘴处天然气的气流速度大,根据流体力学原理,流速大,压强小,气流表面压强小于侧面孔外的大气压强,所以天然气不会以喷管侧面小孔喷出。 8.将气球吹大后,用手捏住吹口,然后突然放手,气球内气流喷出,气球因反冲而运动。可以看见气球运动的路线曲折多变。这有两个原因:一是吹大的气球各处厚薄不均匀,张力不均匀,使气球放气时各处收缩不均匀而摆动,从而运动方向不断变化;二是气球在收缩过程中形状不断变化,因而在运动过程中气球表面处的气流速度也在不断变化,根据流体力学原理,流速大,压强小,所以气球表面处受空气的压力也在不断变化,气球因此而摆动,从而运动方向就不断变化。 9.吊扇在正常转动时,悬挂点受的拉力比未转动时要小,

相关文档
最新文档