近几年全国物理竞赛复赛力学
近几年全国物理竞赛复赛力学
1.（15分）一半径为R 、内侧光滑的半球面固定在地面上，开口水平且朝上. 一小滑块在半球面内侧最高点处获得沿球面的水平速度，其大小为0v (00 v ). 求滑块在整个运动过程中可能达到的最大速率. 重力加速度大小为g . （30届复赛）
2.如图所示，两根刚性轻杆AB 和BC 在B 段牢固粘接在一起，AB 延长线与BC 的夹角α为锐角，杆BC 长为l ，杆AB 长为αcos l 。在杆的A 、B 和C 三点各固连一质量均为m 的小球，构成一刚性系统。整个系统放在光滑水平桌面上，桌面上有一固定的光滑竖直挡板，杆AB 延长线与挡板垂直。现使该系统以大小为0v 、方向沿AB 的速度向挡板平动。在某时刻，小球C 与挡板碰撞，碰撞结束时球C 在垂直于挡板方向的分速度为零，且球C 与挡板不粘连。若使球C 碰撞后，球B 先于球A 与挡板相碰，求夹角α应满足的条件。 （29届复赛）
3.（20分）如图所示，哈雷彗星绕太阳S沿椭圆轨道逆时针方向运动，其周期T为76.1年。1986年它过近日点P0时，与太阳S的距离r0=0.590AU，AU是天文单位，它等于地球与太阳的平均距离。经过一段时间，彗星到达轨道上的P点，SP与SP0的夹角θP=72.0°.已知：1AU=1.50×1011m，引力常量G=6.67×10-11m3?kg-1?s-2，太阳质量m S=1.99×1030kg.试求P到太阳S的距离r P及彗星过P点时速度的大小及方向（用速度方向与SP0的夹角表示）。（28届复赛）
4、（20分）质量均匀分布的刚性杆AB、CD如图放置，A点与水平地面接触，与地面间的静摩擦因数为μA，B、D两点与光滑竖直墙面接触，杆A B和CD接触处的静摩擦因数为μC，两杆的质量均为m，长度均为l.
（1）已知系统平衡时AB杆与墙面夹角θ，求CD杆与墙面的夹角α应满足的条件（用α及已知量满足的方程式表示）。
（2）若μA=1.00，μC=0.866，θ=60.0°，求系统平衡时α的取值范围（用数值计算求出）。（28届复赛）
5.（20分）一长为2l的轻质刚性细杆位于水平的光滑桌面上，杆的两端分别固定一质量为m
α（α为常数）的小物块B，杆可绕通过小物块B所在端的竖直固的小物块D和一质量为m
定转轴无摩擦地转动. 一质量为m的小环C套在细杆上（C与杆密接），可沿杆滑动，环C 与杆之间的摩擦可忽略. 一轻质弹簧原长为l，劲度系数为k，两端分别与小环C和物块B相连. 一质量为m的小滑块A在桌面上以垂直于杆的速度飞向物块D，并与之发生完全弹性正碰，碰撞时间极短. 碰撞时滑块C恰好静止在距轴为r（r>l）处.
1. 若碰前滑块A的速度为0v，求碰撞过程中轴受到的作用力的冲量；
2. 若碰后物块D、C和杆刚好做匀速转动，求碰前滑块A的速度0v应满足的条件. （30届复赛）
6.（22 分）如图，一质量均匀分布的刚性螺旋环质量为m，半径为R ，螺距H =πR ，可绕竖直的对称轴OO′，无摩擦地转动，连接螺旋环与转轴的两支撑杆的质量可忽略不计．一质量也为m 的小球穿在螺旋环上并可沿螺旋环无摩擦地滑动,首先扶住小球使其静止于螺旋环上的某一点A ，这时螺旋环也处于静止状态．然后放开小球，让小球沿螺旋环下滑，螺旋环便绕转轴O O′，转动．求当小球下滑到离其初始位置沿竖直方向的距离为h 时，螺旋环转动的角速度和小球对螺旋环作用力的大小．(27届复赛)
3.解法一
取直角坐标系Oxy ，原点O 位于椭圆的中心，则哈雷彗星的椭圆轨道方程为
22
2
21x y a b
+=
（1）
a 、
b 分别为椭圆的半长轴和半短轴，太阳S 位于椭圆的一个焦点处，如图1所示．
以e T 表示地球绕太阳运动的周期，则e 1.00T =年；以e a 表示地球到太阳的距离（认为地球绕太阳作圆周运动），则e 1.00AU a =，根据开普勒第三定律，有
32
32a T a T =e e
（2）
设c 为椭圆中心到焦点的距离，由几何关系得
c a r =-0 （3）
22c a b -= （4） 由图1可知，P 点的坐标
cos P P x c r θ=+ （5） sin P P y r θ= （6） 把（5）、（6）式代入（1）式化简得
()2
2222
22222sin cos 2cos 0
P P P P P a
b r b cr b
c a b θθθ+++-=
（7） 根据求根公式可得
()
222
22cos sin cos P P P P
b a
c r a b θθθ-=+
（8）
由(2)、(3)、(4)、(8)各式并代入有关数据得
0.896AU P r = (9)
可以证明，彗星绕太阳作椭圆运动的机械能为
图1
s
2Gmm E =a
- (10)
式中m 为彗星的质量．以P v 表示彗星在P 点时速度的大小，根据机械能守恒定律有
2s s 122P P Gmm Gmm m r a ??
+-=- ???
v
（11）
得
P =v
（12）
代入有关数据得
41
4.3910m s P -??v = (13)
设P 点速度方向与0SP 的夹角为?(见图2)，根据开普勒第二定律
[]sin 2P P P r ?θσ
-=v
（14）
其中σ为面积速度，并有
πab
T
σ=
（15） 由（9）、（13）、（14）、（15）式并代入有关数据可得
127?=o
（16）
4.二、参考解答：
1．建立如图所示坐标系Oxy .两杆的受力情况如图：
1f 为地面作用于杆AB 的摩擦力，1N 为地
面对杆AB 的支持力，2f 、2N 为杆AB 作用于杆CD 的摩擦力和支持力，3N 、4N 分别为墙对
杆AB 和CD 的作用力，mg 为重力.取杆AB 和
CD 构成的系统为研究对象，系统平衡时, 由平
衡条件有
4310N N f +-= （1） 120N mg -= （2）
以及对A 点的力矩
()3411sin sin sin cos cos cos 022mgl mg l l N l N l l CF θθαθθα??
+---+-= ???
即
()3431
sin sin cos cos cos 022
mgl mgl N l N l l CF θαθθα---+-=
（3）
式中CF 待求.F 是过C 的竖直线与过B 的水平线的交点，E 为BF 与CD 的交点．由几何关
系有
sin cot CF l αθ= （4）
取杆CD 为研究对象，由平衡条件有
422cos sin 0N N f θθ+-=
（5）
22sin cos 0N f mg θθ+-=
以及对C 点的力矩
41
cos sin 02
N l mgl αα-
= （7）
解以上各式可得
41
tan 2
N mg α= （8）
33
1sin 1tan sin tan tan 2
2cos 2sin N mg αααθαθθ??=--+
???
（9）
13tan sin 1tan sin 2cos 2sin f mg θααα
θθ??
=-+
??
?
（10）
12N mg =
（11）
21sin tan cos 2N mg θαθ??
=- ???
（12）
21cos tan sin 2f mg θαθ?
?
=+ ???
（13）
CD 杆平衡的必要条件为
22
c f N μ≤
（14）
由（12）、（13）、（14）式得
()2sin cos tan cos sin C C μθθαμθθ
-≤
+
（15）
AB 杆平衡的必要条件为
(16)
由（10）、（11）、（16）式得
tan sin 2sin 43tan sin cos A ααα
μθ
θθ
-≤-
（17）
因此，使系统平衡，α应满足的条件为（15）式和（17）式．
2．将题给的数据代入（15）式可得
arctan 0.38521.1α?
≤= (18)
将题给的数据代入（17）式，经数值计算可得
19.5α≥?
(19)
因此，α的取值范围为
19.5
21.1α≤≤o
o
(20)
5. 由于碰撞时间t ?很小，弹簧来不及伸缩碰撞已结束. 设碰后A 、C 、D 的速度分别为A v 、C v 、D v ，显然有
D C
2l
r =
v v . (1)
以A 、B 、C 、D 为系统，在碰撞过程中，系统相对于轴不受外力矩作用，其相对于轴的角动量守恒
D C A 0222m l m r m l m l ++=v v v v . (2)
由于轴对系统的作用力不做功，系统内仅有弹力起作用，所以系统机械能守恒. 又由于碰撞时间t ?很小，弹簧来不及伸缩碰撞已结束，所以不必考虑弹性势能的变化. 故
2222D C A 011112222
m m m m ++=v v v v . (3) 由 (1)、(2)、(3) 式解得
22
00022222248,,888C D A lr l r l r l r l r
===-+++v v v v v v (4)
0D A =-v v v .
(3’)
同样可解出(4). ]
设碰撞过程中D 对A 的作用力为1F '，对A 用动量定理有
22
1A 0022428l r F t m m m l r
+'?=-=-+v v v , (5)
方向与0v 方向相反. 于是，A 对D 的作用力为1F 的冲量为
22
1022428l r F t m l r +?=+v (6)
方向与0v 方向相同.
以B 、C 、D 为系统，设其质心离转轴的距离为x ，则
22(2)2
mr m l l r x m αα++=
=
++.
(7)
质心在碰后瞬间的速度为
C 0224(2)(2)(8)
l l r x r l r α+=
=++v v v . (8)
轴与杆的作用时间也为t ?，设轴对杆的作用力为2F ，由质心运动定理有 ()21022
4(2)
28l l r F t F t m m l r
α+?+?=+=
+v v . (9)
由此得
2022
(2)
28r l r F t m l r
-?=+v . (10)
方向与0v 方向相同. 因而，轴受到杆的作用力的冲量为 2022
(2)
28r l r F t m l r
-'?=-
+v , (11)
方向与0v 方向相反. 注意：因弹簧处在拉伸状态，碰前轴已受到沿杆方向的作用力；在碰撞过程中还有与向心力有关的力作用于轴. 但有限大小的力在无限小的碰撞时间内的冲量趋于零，已忽略.
[代替 (7)-(9) 式，可利用对于系统的动量定理
21C D F t F t m m ?+?=+v v . ]
[也可由对质心的角动量定理代替 (7)-(9) 式. ]
(2.) 值得注意的是，(1)、(2)、(3) 式是当碰撞时间极短、以至于弹簧来不及伸缩的条件下才成立
力，即
()222
C 0
22216(8)l r k r m m r l r -==+l v v
(12) 则弹簧总保持其长度不变，(1)、(2)、(3) 式是成立的. 由(12)式得碰前滑块A 的速度0v 应满足的条件
0=
v
(13)
可见，为了使碰撞后系统能保持匀速转动，碰前滑块A 的速度大小0v 应满足(13)式. 6.解法一
一倾角为θ的直角三角形薄片(如图1所示)紧贴于半径为R 的圆柱面，圆柱面的轴线与直角三角形薄片的沿竖直方向的直角边平行，若把此三角形薄片卷绕在柱面上，则三角形薄片的斜边就相当于题中的螺线环．根据题意有
π1
tan 2π2
R R θ=
= （1） 可得
sin θ
=
cos θ= （2） 设在所考察的时刻，螺旋环绕其转轴的角速度为ω，则环上每一质量为i m ?的小质元绕转轴转动线速度的大小都相同，用u 表示，
u R ω= （3）
该小质元对转轴的角动量
2i i i L m uR m R ω?=?=?
整个螺旋环对转轴的角动量
22i i L L m R mR ωω=?=?=∑∑ （4）
图1
为ω时，设小球相对螺旋环的速度为'v ，则小球在水平面内作圆周运动的速度为
cos R
θω'=-P v v
（5）
沿竖直方向的速度
sin ⊥'=v v θ
（6）
对由小球和螺旋环组成的系绕，外力对转轴的力矩为0，系统对转轴的角动量守恒，故有
0m R L
=-P v
（7）
由（4）、（5）、（7）三式得
'v cos θ-ωωR=R （8）
在小球沿螺旋环运动的过程中，系统的机械能守恒，有
()
22
2
i 1122mgh m m u ⊥=
++?∑P v v
（9） 由（3）、（5）、（6）、（9）四式得
()2
22
2sin gh =R R θ-ωθω2''++v v 2cos
（10）
解（8）、（10）二式，并利用（2）式得
ω=
（11）
'v =
（12） 由（6）、（12）以及（2）式得
⊥=
v
（13） 或有
2
123gh
⊥=v
（14） （14）式表明，小球在竖直方向的运动是匀加速直线运动，其加速度
1
3⊥=a g
（15） 若小球自静止开始运动到所考察时刻经历时间为t ，则有 1
由（11）和（16）式得
3=
ωg
t
R （17） （17）式表明，螺旋环的运动是匀加速转动，其角加速度
3=
βg R
（18）
小球对螺旋环的作用力有：小球对螺旋环的正压力1N ，在图1所示的薄片平面内，方向垂直于薄片的斜边；螺旋环迫使小球在水平面内作圆周运动
的向心力2
N '的反作用力2N ．向心力2N '在水平面内，方向指向转轴C ，如图2所示．1N 、2N 两力中只有1N 对螺旋环的转轴有力矩，由角动量定理有1sin ?=?N R t
L
θ
（19）
由（4）、（18）式并注意到
?=?ω
βt
得
13sin 3mg N mg θ=
=
（20）
而
2
22
N N m R
'==P
v
（21）
由以上有关各式得
223=
h
N mg
R
（22） 小球对螺旋环的作用力
13N ==
（23）
解法二
一倾角为θ的直角三角形薄片(如图1所示)紧贴于半径为R 的圆柱面，圆柱面的轴线与直角三角形薄片的沿竖直方向的直角边平行，若把此三角形薄片卷绕在柱面上，则三角形薄片的斜边就相当于题中的螺线
图2
π1
tan 2π2
R R θ=
= （1） 可得
sin θ=
cos θ= （2） 螺旋环绕其对称轴无摩擦地转动时，环上每点线速度的大小等于直角三角形薄片在光滑水平地面上向左移动的速度．小球沿螺旋环的运动可视为在竖直方向的直线运动和在水平面内的圆周运动的合成．在考察圆周运动的速率时可以把圆周运动看做沿水平方向的直线运动，结果小球的运动等价于小球沿直角三角形斜边的运动．小球自静止开始沿螺旋环运动到在竖直方向离初始位置的距离为h 的位置时，设小球相对薄片斜边的速度为'v ，沿薄片斜边的加速度为'a ．薄片相对地面向左移动的速度为u ，向左移动的加速度为0a ．u 就是螺旋环上每一质元绕转轴转动的线速度，若此时螺旋环转动的角速度为ω，则有
u R ω= （3）
而0a 就是螺旋环上每一质元绕转轴转动的切向加速度，若此时螺旋环转动的角加速度为β，则有
0=a R
β
（4）
小球位于斜面上的受力情况如图2所示：重力mg ，方向竖直向下，斜面的支持力N ，方向与斜面垂直，以薄片为参考系时的惯性力
f *，方向水平向右，其大小
0*=f ma （5）
由牛顿定律有
cos sin mg θN f θ*--=0 （6） sin cos *'+=mg f ma θθ （7） 0
sin =N ma θ
（8）
解（5）、（6）、（7）、（8）四式得
2
sin sin '1+2a =
g θ
θ （9） 2
cos =1sin +N mg θ
θ
（10）
a 图2
02
sin cos 1+sin =
a g θθ
θ
（11） 利用（2）式可得
'a =
g
（12）
3
N =
mg （13） 01
3
=
a g （14） 由（4）式和（14）式，可得螺旋环的角加速度
1
=
3βg
R
（15） 若小球自静止开始运动到所考察时刻经历时间为t ，则此时螺旋环的角速度
=ωβt （16）
因小球沿螺旋环的运动可视为在水平面内的圆周运动和沿竖直方向的直线运动的合成，而小球沿竖直方向的加速度
sin ⊥⊥
''==a a a θ
（17）
故有
21
2
⊥h =
a t （18） 由（15）、（16）、（17）、（18）、以及（2）式得
=
ω （19）
小球在水平面内作圆周运动的向心力由螺旋环提供，向心力位于水平面内，方向指向转轴，故向心力与图2中的纸面垂直，亦即与N 垂直．向心力的大小
21N m
R
=P
v （20）
式中P v 是小球相对地面的速度在水平面内的分量.若a P 为小球相对地面的加速度在水平面内的分量，则有
a t =P P v （21）
令a 'P
为a '在水平面内的分量，有 00cos a a a a a θ''=-=P P
- （22） 由以上有关各式得
123=
h
N mg R
（23） 小球作用于螺旋环的力的大小
0N =
（24）
由（13）、（23）和（24）式得
0N = （25）
初中物理竞赛力学部分(含标准答案)
物理知识竞赛试题一(力学部分) 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1０ 答案 A.用橡皮擦纸时,橡皮和纸间的摩擦 B．小汽车急刹车时，车轮和地面间的摩擦 Ｃ．皮带正常传动时,皮带和皮带轮间的摩擦Ｄ.用转笔刀削铅笔，铅笔与刀孔间的摩擦 2．在江河湖海游泳的人上岸时，在由深水走向浅水的过程中,如果水底布满石头，以下体验和分析合理的是: A．脚不痛。因人越来越轻 C.脚不痛。因水底对人的支持力越来越小 B.脚越来越痛。因人越来越重 D.脚越来越痛。因水底对人的支持力越来越大 3.秤杆上相邻刻度间所对应的质量差是相等的。因此秤杆上的刻度应? A.是均匀的Ｂ．从提纽开始向后逐渐变密 Ｃ．从提纽开始向后逐渐变疏 D.与秤杆的粗细是否均匀有关，以上三种情况均有可能 5.拖拉机深耕时总比在道路上行驶时速度慢，这是 为了： Ａ．提高传动机械的效率 B.节省燃料 C.增大拖拉机的牵引力Ｄ.提高柴油机的功率 6.如图3，烧杯中的冰块漂浮在水中,冰块上部高出杯口，杯中水面恰好与杯口相平。待这些 冰块全部熔化后,? 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．烧杯中水面会下降 D.熔化过程中水面下降,完全熔化后有水溢出 7．如图所示,放在水平桌面上的容器A为圆柱形，容器B为圆锥形,两容器本身的质量和底面积都相同，装入深度相同的水后,再分别放入相同质量的木块，如图所示,下列说法中正确的是: A．放入木块前，两容器对桌面的压力相等 B．放入木块前,由于A容器中的水多于B容器, 故A容器底部受水的压力大于B容器 C．放入木块后,两容器底部所受水的压力相等 Ｄ．放入木块后,Ｂ′容器底受水的压力大于A′容器底所受水的压力 8．如图所示，吊篮的重力为4０0牛，动滑轮重力为50牛,定滑轮重力为40牛,人的重力为600牛，人在吊篮里拉着绳子不动时需用力：? A.２18牛 B．22０牛 C.21０牛Ｄ.２３6牛 ９.测定血液的密度不用比重计(图为这样做需要的血液量太大),而采用巧妙的办法:先在几个玻璃管内分别装入浓度不同的、呈淡蓝色的硫酸铜溶液，然后分别在每个管中滴进一滴血液。分析人员只要看到哪一个管中血滴悬在中间，就能判断血液的密度。其根据是 A.帕斯卡定律 B.液体内同一深度各方向压强相等 C.物体的浮沉条件 D.血滴上部受硫酸铜溶液的压强等于下部受硫酸铜溶液的压强 10．某同学用托盘天平测一物体的质量,测量完毕后才发现错误地将物体放在了右盘，而将砝码放在了左盘。因无法重测，只能根据测量数据来定值。他记得当时用了５0ｇ、２0g和１0g三个砝码，游码位置如图所示,则该物体的质量为 A.81.4ｇＢ.78．6g Ｃ.78.2g D．81.8ｇ 二、填空(１-３题每空1分,其余每空2分,共２0分) １.一辆汽车在水平的河岸上行驶，它在水中的倒影相对于汽车的速度是_＿＿＿__。 2．下列设备中都使用了简单机械，请填入所用简单机械的名称（全名)。起重机钢索下面吊钩上的铁轮是
第28届全国中学生物理竞赛复赛试题及答案(word版)
第28届全国中学生物理竞赛复赛试题 一、（20分）如图所示，哈雷彗星绕太阳S沿椭圆轨道逆时针方向运动，其周期T为76.1年。1986年它过近日点P0时，与太阳S的距离r0=0.590AU，AU是天文单位，它等于地球与太阳的平均距离。经过一段时间，彗星到达轨道上的P点，SP与SP0的夹角θP=72.0°.已知：1AU=1.50×1011m，引力常量G=6.67×10-11m3?kg-1?s-2，太阳质量m S=1.99×1030kg.试求P到太阳S的距离r P及彗星过P点时速度的大小及方向（用速度方向与SP0的夹角表示）。 二、（20分）质量均匀分布的刚性杆AB、CD如图放置，A点与水平地面接触，与地面间的静摩擦因数为μA， B、D两点与光滑竖直墙面接触，杆A B和CD接触处的静摩擦因数为μC，两杆的质量均为m，长度均为l. （1）已知系统平衡时AB杆与墙面夹角θ，求CD杆与墙面的夹角α应满足的条件（用α及已知量满足的方程式表示）。 （2）若μA=1.00，μC=0.866，θ=60.0°，求系统平衡时α的取值范围（用数值计算求出）。
三、（25分）人造卫星绕星球运行的过程中，为了保持其对称轴稳定在规定指向，一种最简单的办法就是让卫星在其运行过程中同时绕自身的对称轴旋转。但有时为了改变卫星的指向，又要求减慢或者消除卫星的旋转。减慢或者消除卫星旋转的一种方法是所谓的“YO—YO”消旋法，其原理如图。 设卫星是一半径为R、质量为M的薄壁圆筒，其横截面如图所示。图中O是圆筒的对称轴。两条足够长的不可伸长的结实的长度相等的轻绳的一端分别固定在圆筒表面上的Q、Q'（位于圆筒直径两端）处，另一端各拴有一质量为m/2的小球。正常情况下，绳绕在圆筒外表面上，两小球用插销分别锁定在圆筒表面上的P0、P0'处，与卫星形成一体，绕卫星的对称轴旋转。卫星自转的角速度为ω0.若要使卫星减慢或停止旋转（消旋），可瞬间撤去插销释放小球，让小球从圆筒表面甩开，在甩开的整个过程中，从绳与圆筒表面相切点到小球的那段绳都是拉直的。当卫星转速逐渐减小到零时，立即使绳与卫星脱离，接触小球与卫星的联系，于是卫星停止转动。已知此时绳与圆筒的相切点刚好在Q、Q'处。试求： （1）当卫星角速度减至ω时绳拉直部分的长度l； （2）绳的总长度L； （3）卫星从ω0到停转所经历的时间t. m /2
初中物理竞赛练习题(10)力学测验
初中物理竞赛练习题（10）------力学测验题 姓名: 1、（10分）随着人类对能量消耗的迅速增加，如何有效地提高能量的利用率是人类 所面临的一项重要任务，图中所示是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道为一个小的坡度，请你从节能的角度，分析这种设计的优点。（竞赛辅导讲座下册P20） 2、（10分）如图所示是农场扬场机的示意图，谷物脱粒后，谷粒、糠皮及少量碎石 的混合物在快速转动的轮W和皮带B的带动下被抛出，谷粒、糠皮、碎石落地的远近不同，从而形成1、2、3三维，达到分离的目的，其中1是，2是， 从能量的角度看，它们在运动过程中能够分离，是因为 。（竞赛辅导讲座下册P20） 3、（20分）小李出差坐在火车尾部，发现火车进山洞前的一瞬间要鸣笛一次，他从 听到笛声到车尾出山洞，数出火车在铁轨接头处的振动声共96次，所用时间为2min，每根铁轨长15m，火车车身长180m，声速为348m/s，则该山洞长为多少？ 当时火车的速度为多少？（竞赛辅导讲座上册P23） 4、（20分）李明同学经常骑自行车上学，他从家骑车到学校的路程为3.6km，某一 天早晨，李明同学上学前称得人与书包总重为600N，自行车重为300N，7点30分他从家里出发，以6m/s的速度匀速骑车到学校，在骑车过程中受到的阻力恒为50N，求： （1）李明同学几点钟到学校？ （2）李明在骑车过程中，自行车两个车轮与路面接触的总面积为0.003m2，在此过程中自行车对路面的压强为多少Pa？ （3）从家骑车到学校的过程中，李明克服阻力做功为多少J？（竞赛辅导讲座下册P25）
5、（20分）泡沫塑料的救生圈质量为3kg，密度为0.2×103kg/m3，这个救生圈在水 里承受多大的重力时恰好完全浸没？人的密度与水的密度相近，若一个质量为50kg的人，用这个救生圈在水中游泳，能否中保证有1/10以上的人体积（主要是头部）露出水面？ （2000年广东省初中物理知识竞赛试题）（竞赛辅导讲座上册P126） 6、（20分）用如图所示滑轮组（绳和轮的摩擦忽略不计）将一个重79N的铁块匀速 提升2m，拉力F做功200J，求：（1）滑轮组的机械效率；（2）若将铁块置于水中，如图所示，仍用此滑轮组将其在水中匀速提升2m（不计水的阻力），则拉力F做的功是多少？（铁的密度是7.9×103kg/m3，g取10N/kg）（奥赛解题大全P126）（奥赛解题大全P176） 初中物理竞赛练习题（8）------浮力 1、将一块玻璃挂在弹簧测力计的下端，当玻璃处在空气中时，弹簧测力计的示数为 2.5N，将玻璃浸没在水中时，弹簧测力计的示数为1.5N，将玻璃浸没在硫酸中时， 弹簧测力计的示数为1.15N，求玻璃和硫酸的密度。（奥赛解题大全P126）
初中物理竞赛力学部分
物理知识竞赛试题一（力学部分） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A .用橡皮擦纸时，橡皮和纸间的摩擦 B.小汽车急刹车时，车轮和地面间的摩擦 C .皮带正常传动时，皮带和皮带轮间的摩擦 D .用转笔刀削铅笔，铅笔与刀孔间的摩擦 2 .在江河湖海游泳的人上岸时，在由深水走向浅水的过程中，如果水底布满石头，以下体验和分析合理 的是： A .脚不痛。因人越来越轻 C.脚不痛。因水底对人的支持力越来越小 B. 脚越来越痛。因人越来越重 D.脚越来越痛。因水底对人的支持力越来越大 3 .秤杆上相邻刻度间所对应的质量差是相等的。因此秤杆上的刻度应 A. 是均匀的 B .从提纽开始向后逐渐变密 C. 从提纽开始向后逐渐变疏 D .与秤杆的粗细是否均匀有关，以上三种情况均有可能 5 .拖拉机深耕时总比在道路上行驶时速度慢，这是 为了： A .提高传动机械的效率 B.节省燃料 C.增大拖拉机的牵引力 D .提高柴油机的功率 6.如图3,烧杯中的冰块漂浮在水中，冰块上部高出杯口，杯中水面恰好与杯 些冰块全部熔化 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.烧杯中水面会 下降 D.熔化过程中水面下降，完全熔化后有水溢出 7 .如图所示，放在水平桌面上的容器 A 为圆柱形，容 两容器本身的质量和底面积都相同，装入深度相同的 入相同质量的木块，如图所示，下列说法中正确的是： A .放入木块前，两容器对桌面的压力相等 B. 放入木块前，由于 A 容器中的水多于B 容器， 故A 容器底部受水的压力大于 B 容器 C. 放入木块后，两容器底部所受水的压力相等 D. 放入木块后，B '容器底受水的压力大于 A '容器 &如图所示，吊篮的重力为 400牛，动滑轮重力为 50牛，定滑轮重力为 40牛，人的重力为 600牛，人 在吊篮里拉着绳子不动时需用力： A. 218 牛 B . 220 牛 C. 210 牛 D . 236 牛 9 .测定血液的密度不用比重计（图为这样做需要的血液量太大），而采用巧妙的办法：先在几个玻璃管 内分别装入浓度不同 的、呈淡蓝色的硫酸铜溶液，然后分别在每个管中滴进一滴血液。分析人员只要看 至恻一个管中血滴悬在中间，就能判断血液的密度。其根据是 A. 帕斯卡定律 B .液体内同一深度各方向压强相等 C.物体的浮沉条件 D .血滴上部受硫酸铜溶液的压强等于下部受硫酸铜溶液的压强 10 .某同学用托盘天平测一物体的质量，测量完毕后才发现错误地将物体放在了右盘，而将砝码放在了左 盘。因无法重测，只能根据测量数据来定值。他记得当时用了 50g 、20g 和10g 三个砝码，游码位置如 图所示，则该物体的质量为 A. 81.4g B . 78.6g C. 78.2g D . 81.8g 、填空（1-3题每空1分，其余每空 1 .一辆汽车在水平的河岸上行驶，它在水中的倒影相对于汽车的速度是 ______ 。 2 .下列设备中都使用了简单机械，请填入所用简单机械的名称（全名）。起重机钢索下面吊钩上的铁轮 器B 为圆锥形, 水后，再分别放 底所受水的压力 2分，共20分）
第24届全国物理竞赛复赛试题及答案
第24届全国中学生物理竞赛复赛试卷 （本题共七大题，满分160分） 一、（20分）如图所示，一块长为m L 00.1=的光滑平板PQ 固定在轻质弹簧上端，弹簧的下端与地面固定连接。平板被限制在两条竖直光滑的平行导轨之间（图中未画出竖直导轨），从而只能地竖直方向运动。平板与弹簧构成的振动系统的振动周期s T 00.2=。一小球B 放在光滑的水平台面上，台面的右侧边缘正好在平板P 端的正上方，到P 端的距离为m h 80.9=。平板静止在其平衡位置。水球B 与平板PQ 的质量相等。现给小球一水平向右的速度0μ，使它从水平台面抛出。已知小球B 与平板发生弹性碰撞，碰撞时间极短，且碰撞过程中重力可以忽略不计。要使小球与平板PQ 发生一次碰撞而且只发生一次碰撞， 0μ的值应在什么范围内？取2/8.9s m g = 二、（25分）图中所示为用三角形刚性细杆AB 、BC 、CD 连成的平面连杆结构图。AB 和CD 杆可分别绕过A 、D 的垂直于纸面的固定轴转动，A 、D 两点位于同一水平线上。BC 杆的两端分别与AB 杆和CD 杆相连，可绕连接处转动（类似铰链）。当AB 杆绕A 轴以恒定的角速度ω转到图中所示的位置时，AB 杆处于竖直位置。BC 杆与CD 杆都与水平方向成45°角，已知AB 杆的长度为l ，BC 杆和CD 杆的长度由图给定。求此时C 点加速度c a 的大小和方向（用与CD 杆之间的夹角表示） 三、（20分）如图所示，一容器左侧装有活门1K ，右侧装有活塞B ，一厚度可以忽略的隔板M 将容器隔成a 、b 两室，M 上装有活门2K 。容器、隔板、活塞及活门都是绝热的。隔板和活塞可用销钉固定，拔掉销钉即可在容器内左右平移，移动时不受摩擦作用且不漏气。整个容器置于压强为P 0、温度为T 0的大气
高中物理竞赛(力学)练习题解
1、（本题20分）如图6所示，宇宙飞船在距火星表面H高度处作匀速圆周运动，火星半径为R 。当飞船运行到P点时，在极短时间内向外侧点喷气，使飞船获得一径向速度，其大小为原来速度的α倍。因α很小，所以飞船新轨道不会与火星表面交会。飞船喷气质量可以不计。 （1）试求飞船新轨道的近火星点A的高度h近和远火星点B的高度h远； （2）设飞船原来的运动速度为v0 ,试计算新轨道的运行周期T 。 2，(20分)有一个摆长为l的摆（摆球可视为质点，摆线的质量不计）， 在过悬挂点的竖直线上距悬挂点O的距离为x处（x＜l）的C点有一固 定的钉子，如图所示，当摆摆动时，摆线会受到钉子的阻挡．当l一定 而x取不同值时，阻挡后摆球的运动情况将不同．现将摆拉到位于竖直 线的左方（摆球的高度不超过O点），然后放 手，令其自由摆动，如果摆线被钉子阻挡后，摆球恰巧能够击中钉子，试 求x的最小值． 3，（20分）如图所示，一根长为L的细刚性轻杆的两端分别连结小球a和 b，它们的质量分别为m a 和m b. 杆可绕距 a球为L/4处的水平 定轴O在竖直平面内转动．初始时杆处于竖直位置．小球b几乎 接触桌面．在杆的右边水平桌面上，紧挨着细杆放着一个质量为 m的立方体匀质物块，图中ABCD为过立方体中心且与细杆共面 的截面．现用一水平恒力F作用于 a球上，使之绕O轴逆时针 转动，求当a转过 角时小球b速度的大小．设在此过程中立方 体物块没有发生转动，且小球b与立方体物块始终接触没有分 离．不计一切摩擦． 4、把上端A封闭、下端B开口的玻璃管插入水中,放掉部分空气后 放手,玻璃管可以竖直地浮在水中(如下图).设玻璃管的质量m=40克,横截面积S=2厘米2,水面以上部分的 长度b=1厘米,大气压强P0=105帕斯卡.玻璃管壁厚度不计,管内空气质量不计. (1)求玻璃管内外水面的高度差h. (2)用手拿住玻璃管并缓慢地把它压入水中,当管的A端在水面下超过某一深度时,放手后玻璃管 不浮起.求这个深度. (3)上一小问中,放手后玻璃管的位置是否变化?如何变化?(计算时可认为管内空气的温度不变) 5、一个光滑的圆锥体固定在水平的桌面上,其轴线沿竖直方向,母线与轴线之间的夹角θ=30°(如右 图).一条长度为l的绳(质量不计),一端的位置固定在圆锥体的顶点O处,另一端拴着一个质量为 m的小物体(物体可看作质点,绳长小于圆锥体的母线).物体以速率v绕圆锥体的轴线做水平匀 速圆周运动(物体和绳在上图中都没画出 ). a O b A B C D F
第25届全国中学生物理竞赛复赛试题及答案
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3kg m -?。 2、（522C -?，电荷量q 1洁的形式F q =C 。 3、（5强度B 当B 。 二、（21圆轨道，高 5 31 f H =1所示）使卫星以后的近地点点火，使卫星加速和变轨，抬高远地点，相继进入24小时轨道、转移轨道（分别如图中曲线3、4、5所示）。已知卫星质量32.35010m k g =?，地球半径 36.37810R km =?，地面重力加速度29.81/g m s =，月球半径31.73810r km =?。 1、试计算16小时轨道的半长轴a 和半短轴b 的长度，以及椭圆偏心率e 。 2、在16小时轨道的远地点点火时，假设卫星所受推力的方向与卫星速度方向相同，而且点火时间很短，可以认为椭圆轨道长轴方向不变。设推力大小F=490N ，要把近地点抬高到600km ，问点火时间应持续多长？ 3、试根据题给数据计算卫星在16小时轨道的实际运行周期。 4、卫星最后进入绕月圆形轨道，距月面高度H m 约为200km ，周期T m =127分钟，试据此估算月球质量与地球质量之比值。
三、（22分）足球射到球门横梁上时，因速度方向不同、射在横梁上的位置有别，其落地点也是不同的。已知球门的横梁为圆柱形，设足球以水平方向的速度沿垂直于横梁的方向射到横梁上，球与横梁间的滑动摩擦系数0.70μ=，球与横梁碰撞时的恢复系数e=0.70。试问足球应射在横梁上什么位置才能使球心落在球门线内（含球门上）？足球射在横梁上的位置用球与横梁的撞击点到横梁轴线的垂线与水平方向（垂直于横梁的轴线）的夹角θ（小于90）来表示。不计空气及重力的影响。 四、（20分）图示为低温工程中常用的一种气体、蒸气压联合温度计的原理示意图，M 为指针压力表，以V M 表示其中可以容纳气体的容积；B 为测温饱，处在待测温度的环境中，以V B 表示其体积；E 为贮气容器，以V E 表示其体积；F 为阀门。M 、E 、B 由体积可忽略的毛细血管连接。在M 、E 、B 均处在室温T 0=300K 时充以压强50 5.210p Pa =?的氢气。假设氢的饱和蒸气仍遵从理想气体状态方125K 示的压强p 2时压力表M 在设25V T K =25K 时，3、的800五、（20个电子，时刻刚好到达电容器的左极板。电容器的两个极板上各开一个小孔，使电子束可以不受阻碍地穿过电容器。两极板图所示的周期性变化的电压AB V （AB A B V V V =-，图中只画出了一个周期的图线），电压的最大值和最小值分别为V 0和－V 0，周期为T 。若以τ表示每个周期中电压处于最大值的时间间隔，则电压处于最小值的时间间隔为T －τ。已知τ的值恰好使在V AB 变化的第一个周期内通过电容器到达电容器右边的所有的电子，能在某一时刻t b 形成均匀分布的一段电子束。设电容器两极板间的距离很小，电子穿过电容器所需要的时间可以忽略，且206mv eV =，不计电子之间的相互作用及重力作用。 1、满足题给条件的τ和t b 的值分别为τ=T ，t b =T 。 2、试在下图中画出t=2T 那一时刻，在0－2T 时间内通过电容器的电子在电容器右侧空间形成的电流I ，随离开右极板距离x 的变化图线，并在图上标出图线特征点的纵、横坐标（坐标的数字保留到小数点后第二位）。取x 正向为电流正方向。图中x=0处为电容器的右极板B 的小孔所在的位置，
高中物理竞赛热现象和基本热力学定律
高中物理竞赛——热现象和基本热力学定律 1、平衡态、状态参量 a 、凡是与温度有关的现象均称为热现象，热学是研究热现象的科学。热学研究的对象都是有大量分子组成的宏观物体，通称为热力学系统（简称系统）。当系统的宏观性质不再随时间变化时，这样的状态称为平衡态。 b 、系统处于平衡态时，所有宏观量都具有确定的值，这些确定的值称为状态参量（描述气体的状态参量就是P 、V 和T ）。 c 、热力学第零定律（温度存在定律）：若两个热力学系统中的任何一个系统都和第三个热力学系统处于热平衡状态，那么，这两个热力学系统也必定处于热平衡。这个定律反映出：处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数，这个状态函数被定义为温度。 2、温度 a 、温度即物体的冷热程度，温度的数值表示法称为温标。典型的温标有摄氏温标t 、华氏温标F （F = 5 9t + 32）和热力学温标T （T = t + 273.15）。 b 、（理想）气体温度的微观解释：K ε = 2 i kT （i 为分子的自由度 = 平动自由度t + 转动自由度r + 振动自由度s 。对单原子分子i = 3 ，“刚性”〈忽略振动，s = 0，但r = 2〉双原子分子i = 5 。对于三个或三个以上的多原子分子，i = 6 。能量按自由度是均分的），所以说温度是物质分子平均动能的标志。 c 、热力学第三定律：热力学零度不可能达到。（结合分子动理论的观点2和温度的微观解释很好理解。） 3、热力学过程 a 、热传递。热传递有三种方式：传导（对长L 、横截面积S 的柱体，Q = K L T T 21-S Δt ）、对流和辐射（黑体表面辐射功率J = αT 4） b 、热膨胀。线膨胀Δl = αl 0Δt 【例题3】如图6-5所示，温度为0℃时，两根长度均为L 的、均匀的不同金属棒，密度分别为ρ1和ρ2 ，现膨胀系数分别为α1和α2 ，它们的一端粘合在一起并从A 点悬挂在天花板上，恰好能水平静止。若温度升高到t ℃，仍需它们水平静止平衡，则悬点应该如何调整？ 【解说】设A 点距离粘合端x ，则 ρ1（2 L ? x ）=ρ2（2 L + x ） ，得：x = ) (2)(L 2121ρ+ρρ-ρ 设膨胀后的长度分别为L 1和L 2 ，而且密度近似处理为不变，则同理有 ρ1（2 L 1 ? x ′）=ρ2 （2 L 2 + x ′） ，得：x ′= ) (2L L 212211ρ+ρρ-ρ 另有线膨胀公式，有 L 1 = L （1 + α1t ），L 2 = L （1 + α2t ） 最后，设调整后的悬点为B ，则AB = x ′? x
物理竞赛专题训练(力学)
1. 如图所示，圆柱形容器中盛有水。现将一质量为0.8千克的正方体物块放入容器中，液面上升了1厘米。此时正方体物块有一半露出水面。已知容器的横截面积与正方体横截面积之比为5∶1，g 取10牛/千克，容器壁厚不计。此时物块对容器底的压强是__________帕。若再缓缓向容器中注入水，至少需要加水___________千克，才能使物块对容器底的压强为零。 2. 如图所示，是小明为防止家中停水而设计的贮水箱．当水箱中水深达到1．2m 时，浮子A 恰好堵住进水管向箱内放水，此时浮子A 有1/3体积露出水面（浮子A 只能沿图示位置的竖直方向移动）。若进水管口水的压强为1．2×105Pa ，管口横截面积为2．5㎝2，贮水箱底面积为0．8m 2，浮子A 重10N 。则：贮水箱能装__________千克的水。 浮子A 的体积为______________m 3. 3. 弹簧秤下挂一金属块，把金属块全部浸在水中时，弹簧秤示数为3.4牛顿，当 金属块的一半体积露出水面时，弹簧秤的示数变为 4.4牛顿，则：金属块的重力为____________牛。金属块的密度为________千克/米3（g=10N/kg ） 4. 图甲是一个足够高的圆柱形容器，内有一边长为10cm 、密度为0.8×103kg/m 3的正方体物块，物块底部中央连有一根长为20cm 的细线，细线的另一端系于容器底部中央(图甲中看不出，可参见图乙)。向容器内缓慢地倒入某种液体，在物块离开容器底后，物块的1/3浮出液面。则：当液面高度升至_________厘米时；细线中的拉力最大。细线的最大拉力是__________牛。(取g=10N/kg) 5. 如图所示，弹簧上端固定于天花板，下端连接一圆柱形重物。先用一竖直细线拉住重物，使弹簧处于原长，此时水平桌面上 烧杯中的水面正好与圆柱体底面接触。已知圆柱形重物的截面积为10cm 2 为 10cm ；烧杯横截面积20cm 2，弹簧每伸长1cm 的拉力为0.3N ，g =10N/kg 物密度为水的两倍，水的密度为103kg/m 3弹簧的伸长量为___________厘米。 6. 如图16－23所示，A 为正方体物块，边长为4cm ，砝码质量为280g ，此时物体A 刚好有2cm 露出液面。若把砝码质量减去40g ，则物体A 刚好全部浸入液体中，则物体A 的密度为____________克/厘米3（g 取10N/kg ）。 7. 一个半球形漏斗紧贴桌面放置，现自位于漏斗最高处的孔向内注水，如图所示，当漏斗内的水面刚好达到孔的位置时，漏斗开始浮起，水开始从下面流出。若漏斗半径为R ，而水的密度为ρ，试求漏斗的质量为____________。 8. 将体积为V 的柱形匀质木柱放入水中,静止时有一部分露出水面,截去露出部分再放入水中,又有一部分露出水面,再截去露出部分……,如此下去,共截去了n 次,此时截下来的木柱体积是_________________,已知木柱密度ρ和水的密度ρ水。 甲
高中物理竞赛之力学部分：刚体力学大解析(可编辑精品)
判天地之美，析万物之理—庄子 高中物理竞赛之力学大解析 刚体力学 概述：刚体指大小和形状都不变的物体，实质上可以把刚体看作是质量连续分布的且任意两质量元之间距离保持不变的质点系。 一、刚体的状态 1．静止的刚体 条件： （1）所受的合外力为零 （2）所受的合力矩为零 例题：1—82 2．运动的刚体（刚体的平面运动） 刚体运动过程中的特点：其上任意两点的连线始终保持平行。 （1）定轴转动 转动：刚体上所有质点都绕同一直线做圆周运动，这种运动称为刚体的转动，这条直线称为转动轴。 定轴转动：转动轴固定不动 （2）角速度、角加速度 角速度是矢量，方向由右手法则确定如图所示说明；角速度与线速度的关系：r v ?=ω 角加速度：dt d ω β= ，角加速度也是矢量，方向：对于定轴转动来说与角速度的方向相同。 （3）定轴转动定律 ※对转轴的力矩M =Fl ，作用效果使刚体绕轴转动，逆转取正，顺转取负 ※角动量L ：一质点绕某转动轴做圆周运动，则该质点绕此转动轴的角动量为L =mvr ；假如有许多质点呢？质点系绕该转动轴的角动量为L =∑m i v i r i ，对于定轴转动的刚体的角动 量L =∑m i v i r i =∑m i r i 2 ω ※转动惯量J ：刚体中各质元质量与其到转动轴线垂直距离平方乘积之和，即J =∑m i r i 2， 刚体中各质元是连续分布的则J =? dm r 2 ，所以L =J ω 例题分析（关于转动惯量的计算） 例1．薄圆环对中心轴线的转动惯量 分析：如图所示J =mR 2 （微元法） 常见的刚体的转动惯量 圆柱体对柱体轴线的转动惯量：J = 221 mR 圆柱环对柱体轴线的转动惯量：J =)(2 12 221R R m +（割补法） 细杆对过中心且与杆垂直的轴线的转动惯量：J =ml 2/12 实圆柱体对中心直径的转动惯量J= mR 2/4+ ml 2/12 l
第届全国中学生物理竞赛复赛试卷及答案
2010年全国中学生物理竞赛复赛试卷（第二十七届）本卷共九题，满分 160 分．计算题的解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤．只写出最后结果的不能得分．有数字计算的题．答案中必须明确写出数值和单位．填空题把答案填在题中的横线上，只要给出结果，不需写出求解的过程． 一、（ 15 分）蛇形摆是一个用于演示单摆周期与摆长关系的实验仪器（见图）．若干个摆球位于同一高度并等间距地排成一条直 线，它们的悬挂点在不同的高度 上，摆长依次减小．设重力加速度 g = 9 . 80 m/ s2 , 1 ．试设计一个包含十个单摆的蛇形摆（即求出每个摆的摆长），要求满足： ( a ）每个摆的摆长不小于 0 . 450m ，不大于1.00m ; ( b ）初始时将所有摆球由平衡点沿 x 轴正方向移动相同的一个小位移 xo ( xo <<0.45m ) ，然后同时释放，经过 40s 后，所有的摆能够同时回到初始状态． 2 ．在上述情形中，从所有的摆球开始摆动起，到它们的速率首次全部为零所经过的时间为 ________________________________________. 二、（ 20 分）距离我们为 L 处有一恒星，其质量为 M ，观测发现其位置呈周期性摆动，周期为 T ，摆动范围的最大张角为△
θ．假设该星体的周期性摆动是由于有一颗围绕它作圆周运动的行星引起的，试给出这颗行星的质量m所满足的方程． 若 L=10 光年， T =10 年，△θ = 3 毫角秒， M = Ms （Ms 为太阳质量），则此行星的质量和它运动的轨道半径r各为多少？分别用太阳质量 Ms 和国际单位 AU （平均日地距离）作为单位， 只保留一位有效数字．已知 1 毫角秒= 1 1000 角秒，1角秒= 1 3600 度，1AU=×108km,光速 c = ×105km/s. 三、（ 22 分）如图，一质量均匀分布的刚性螺旋环质量为m，半径为 R ，螺距H =πR ，可绕竖直的对称轴OO′，无摩擦地转动，连接螺旋环与转轴的两支撑杆的质量可忽略不计．一质量也为m 的小球穿在螺旋环上并可沿螺旋环无摩擦地滑动,首先扶住小球 使其静止于螺旋环上的某一点 A ，这时螺旋环也处于静止状 态．然后放开小球，让小球沿螺旋环下滑，螺旋环便绕转轴OO′，转动．求当小球下滑到离其初始位置沿竖直方向的距离为 h 时，螺旋环转动的角速度和小球对螺旋环作用力的大小． 四、（ 12 分）如图所示，一质量为m、电荷量为 q ( q > 0 ）的粒子作角速度为ω、半径为 R 的匀速圆周运动.一长直细导线位于圆周所在的平面内，离圆心的距离为d ( d > R ) ，在导线上通有随时间变化的电流I, t= 0 时刻，粒子速度的方向与导线平行，离导线的距离为d+ R .若粒子做圆周运动的向心力等于电流 i ,的磁场对粒子的作用力，试求出电流 i 随时间的变化规律．不考虑
20高中物理竞赛力学题集锦
全国中学生物理竞赛集锦（力学） 第21届预赛（2004.9.5） 二、（15分）质量分别为m 1和m 2的两个小物块用轻绳连结，绳跨过位于倾角α ＝30?的光滑斜面顶端的轻滑轮，滑轮与转轴之间的磨擦不计，斜面固定在水平桌面上，如图所示。第一次，m 1悬空，m 2放在斜面上，用t 表示m 2自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间。第二次，将m 1和m 2位置互换，使m 2悬空，m 1放在斜面上，发现m 1自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间为t/3。求m l 与m 2之比。 七、（15分）如图所示，B 是质量为m B 、半径为R 的光滑半球形碗，放在光滑的水平桌面上。A 是质为m A 的细长直杆，被固定的光滑套管C 约束在竖直方向，A 可自由上下运动。碗和杆的质量关系为：m B ＝2m A 。初始时，A 杆 被握住，使其下端正好与碗的半球面 的上边缘接触（如图）。然后从静止 开始释放A ，A 、B 便开始运动。设A 杆的位置用θ 表示，θ 为碗面的球心 O 至A 杆下端与球面接触点的连线方 向和竖直方向之间的夹角。求A 与B 速度的大小（表示成θ 的函数）。 九、（18分）如图所示，定滑轮B 、C 与动滑轮D 组成一滑轮组，各滑轮与转轴间的摩擦、滑轮的质量均不计。在动滑轮D 上，悬挂有砝码托盘A ，跨过滑轮组的不可伸长的轻线的两端各挂有砝码2和3。一根用轻线（图中穿过弹簧的那条坚直线）拴住的压缩轻弹簧竖直放置在托盘底上，弹簧的下端与托盘底固连，上端放有砝码1（两者未粘连）。已加三个砝码和砝码托盘的质量都是m ，弹簧的劲度系数为k ，压缩量为l 0，整个系统处在静止状态。现突然烧断栓住弹簧的轻线，弹簧便伸长，并推动砝码1向上运动，直到砝码1与弹簧分离。假设砝码1在以后的运动过程中不会与托盘的顶部相碰。求砝码1从与弹簧分离至再次接触经历的时间。 第21届复赛 二、(20分) 两颗人造卫星绕地球沿同一椭圆轨道同向运动，它们通过轨道上同一点的时间相差半个周期．已知轨道近地点离地心的距离是地球半径R 的2倍，卫星通过近地点时的速度R GM 43=v ，式中M 为地球质量，G 为引力常量．卫 星上装有同样的角度测量仪，可测出卫星与任意两点的两条连线之间的夹角．试设计一种测量方案，利用这两个测量仪测定太空中某星体与地心在某时刻的距离．（最后结果要求用测得量和地球半径R 表示） 六、(20分)如图所示，三个质量都是m 的刚性小球A 、B 、C 位于光滑的水平桌面上 （图中纸面），A 、B 之间，B 、C 之间分别用刚性轻杆相连，杆与A 、B 、C 的各连接处皆为“铰链式”的（不能对小球产生垂直于杆方向的作用力）．已知杆AB 与BC 的 夹角为π-α ，α < π/2．DE 为固定在桌面上一块挡板，它与AB 连线方向垂直．现令 A 、 B 、 C 一起以共同的速度v 沿平行于AB 连线方向向DE 运动，已知在C 与挡板碰撞过程中C 与挡板之间无摩擦力作用，求碰撞时当C 沿垂直于DE 方向的速度由v 变为0这一极短时间内挡板对C 的冲量的大小． 第二十届预赛（2003年9月5日） 五、(20分)有一个摆长为l 的摆（摆球可视为质点，摆线的质量不计），在过悬挂点的竖直线上距悬挂点O 的距离为x 处（x ＜l ）的C 点有一固定的钉子，如图所示，当摆摆动时，摆线会受到钉子的阻挡．当l 一定而x 取不同值时，阻挡后摆球的运动情况将不同．现将摆拉到位于竖直线的左方（摆球的高度不超过O 点），然后放手，令其自由摆动，如果摆线被钉子阻挡后，摆球恰巧能够击中钉子，试求x 的最小值． 六、(20分)质量为M 的运动员手持一质量为 m 的物块，以速率v 0沿与水平面成a 角的方向向前跳跃（如图） ．为了能跳得更远一点，运动员可在跳远全过程中的某一位置处， A B C π-α D E
2021年初中物理竞赛力学部分(含答案)
物理知识竞赛试题一(力学部分) 欧阳光明（2021.03.07） 一、单一选择题（每小题3分，共30分） 1．下列各实例中属于静摩擦的是 A．用橡皮擦纸时，橡皮和纸间的摩擦B．小汽车急刹车时，车轮和地面间的摩擦 C．皮带正常传动时，皮带和皮带轮间的摩擦D．用转笔刀削铅笔，铅笔与刀孔间的摩擦 2．在江河湖海游泳的人上岸时，在由深水走向浅水的过程中，如果水底布满石头，以下体验和分析合理的是： A．脚不痛。因人越来越轻C．脚不痛。因水底对人的支持力越来越小 B．脚越来越痛。因人越来越重D．脚越来越痛。因水底对人的支持力越来越大 3．秤杆上相邻刻度间所对应的质量差是相等的。因此秤杆上的刻度应 A．是均匀的 B．从提纽开始向后逐渐变密 C．从提纽开始向后逐渐变疏D．与秤杆的粗细是否均匀有关，以上三种情况均有可能 5．拖拉机深耕时总比在道路上行驶时速度慢，这是 为了：
A．提高传动机械的效率 B．节省燃料 C．增大拖拉机的牵引力D．提高柴油机的功率 6．如图3，烧杯中的冰块漂浮在水中，冰块上部高出杯口，杯中水面恰好与杯口相平。待这些冰块全部熔化后， 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．烧杯中水面会下降D．熔化过程中水面下降，完全熔化后有水溢出 7．如图所示，放在水平桌面上的容器A 为圆柱形，容器B为圆锥形，两容器本身的质量和底面积都相同，装入深度相同的水后，再分别放入相同质量的木 块，如图所示，下列说法中正确的是： A．放入木块前，两容器对桌面的压力相等 B．放入木块前，由于A容器中的水多于B容器， 故A容器底部受水的压力大于B容器 C．放入木块后，两容器底部所受水的压力相等 D．放入木块后，B′容器底受水的压力大于A′容器底所受水的压力 8．如图所示，吊篮的重力为400牛，动滑轮重力为50牛，定滑轮重力为40牛，人的重力为600牛，人在吊篮里拉着绳子不动时需用力： A．218牛 B．220牛 C．210牛 D．236牛
高中物理竞赛辅导讲义 静力学
高中物理竞赛辅导讲义 第1篇 静力学 【知识梳理】 一、力和力矩 1．力与力系 （1）力：物体间的的相互作用 （2）力系：作用在物体上的一群力 ①共点力系 ②平行力系 ③力偶 2．重力和重心 （1）重力：地球对物体的引力（物体各部分所受引力的合力） （2）重心：重力的等效作用点（在地面附近重心与质心重合） 3．力矩 （1）力的作用线：力的方向所在的直线 （2）力臂：转动轴到力的作用线的距离 （3）力矩 ①大小：力矩=力×力臂，M =FL ②方向：右手螺旋法则确定。 右手握住转动轴，四指指向转动方向，母指指向就是力矩的方向。 ③矢量表达形式：M r F =? （矢量的叉乘），||||||sin M r F θ=? 。 4．力偶矩 （1）力偶：一对大小相等、方向相反但不共线的力。 （2）力偶臂：两力作用线间的距离。 （3）力偶矩：力和力偶臂的乘积。 二、物体平衡条件 1．共点力系作用下物体平衡条件： 合外力为零。 （1）直角坐标下的分量表示 ΣF ix = 0，ΣF iy = 0，ΣF iz = 0 （2）矢量表示 各个力矢量首尾相接必形成封闭折线。 （3）三力平衡特性 ①三力必共面、共点；②三个力矢量构成封闭三角形。 2．有固定转动轴物体的平衡条件：
3．一般物体的平衡条件： （1）合外力为零。 （2）合力矩为零。 4．摩擦角及其应用 （1）摩擦力 ①滑动摩擦力：f k = μk N（μk－动摩擦因数） ②静摩擦力：f s ≤μs N（μs－静摩擦因数） ③滑动摩擦力方向：与相对运动方向相反 （2）摩擦角：正压力与正压力和摩擦力的合力之间夹角。 ①滑动摩擦角：tanθk=μ ②最大静摩擦角：tanθsm=μ ③静摩擦角：θs≤θsm （3）自锁现象 三、平衡的种类 1．稳定平衡： 当物体稍稍偏离平衡位置时，有一个力或力矩使之回到平衡位置，这样的平衡叫稳定平衡。2．不稳定平衡： 当物体稍稍偏离平衡位置时，有一个力或力矩使它的偏离继续增大，这样的平衡叫不稳定平衡。 3．随遇平衡： 当物体稍稍偏离平衡位置时，它所受的力或力矩不发生变化，它能在新的位置上再次平衡，这样的平衡叫随遇平衡。 【例题选讲】 1．如图所示，两相同的光滑球分别用等长绳子悬于同一点，此两球同时又支撑着一个等重、等大的光滑球而处于平衡状态，求图中α（悬线与竖直线的夹角）与β（球心连线与竖直线的夹角）的关系。 面圆柱体不致分开，则圆弧曲面的半径R最大是多少？（所有摩擦均不计） R
全国物理竞赛复赛试题解答
第十三届全国物理竞赛复赛试题解答 一、在各段电路上，感应电流的大小和方向如图复解13 - 1所示电流的分布，已考虑到电路的对称性，根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律，对半径为α的圆电路，可得 π2a k = 21r 1I + 1r 1 I ' 对等边三角形三个边组成的电路，可得 332a k / 4 = 22r 2I + 22r 2I ' 对由弦AB 和弧AB 构成的回路，可得 （π2a -332a / 4）k / 3 = 1r 1I - 2r 2I 考虑到，流进B 点的电流之和等于流出B 点电流之和， 有 1I + 2I =1I ' + 2I ' 由含源电路欧姆定律可得 A U - B U = π2a k /3 - 1I 1r 由以上各式及题给出的 2r = 21r / 3可解得 A U - B U = - 32a k / 32 二、解法一：1、分析和等效处理 根据棱镜玻璃的折射率，棱镜斜面上的全反射临界角为c α= arcsin ( 1 / n ) ≈ο42 注意到物长为4mm ，由光路可估算，进入棱镜的近轴光线在斜面上的入射角大多 在ο 45左右，大于临界角，发 生全反射。所以对这些光线而 言，棱镜斜面可看成是反射镜。本题光路可按反射镜成像 的考虑方法，把光路“拉直”如图复解13 – 2 - 1所示。现在，问题转化为正立物体经过 一块垂直于光轴、厚度为6cm 的平玻璃板及其后的会聚透镜、发散透镜成像的问题。 2、求像的位置；厚平玻璃板将使物的近轴光线产生一个向右侧移动一定距离的像，它成为光学系统后面部分光路的物，故可称为侧移的物。利用沿光轴的光线和与光轴成α角的光线来讨论就可求出这个移动的距离。 图复解13 - 1 11I 图复解13 - 2 - 2 图复解13 - 2 - 1
全国中学生高中物理竞赛集锦(力学)答案
全国中学生物理竞赛集锦（力学）答案 第21届预赛（2020.9.5） 二、第一次，小物块受力情况如图所示，设T 1为绳中张力，a 1为两物块加速度的大小，l 为斜面长，则有 1111 m g T m a -= （1） 1221 sin T m g m a α-= （2） 2 11 2 l a t = （3） 第二次，m 1与m 2交换位置．设绳中张力为T 2，两物块加速度的大小为a 2，则有 2222m g T m a -= （4） 2112sin T m g m a α-= (5) 2 2123t l a ?? = ??? (6) 由（1）、（2）式注意到α ＝30?得 12 11222() m m a g m m -= + （7） 由（4）、（5）式注意到α ＝30?得 21 21222() m m a g m m -= + （8） 由（3）、（6）式得 2 19 a a = （9） 由（7）、（8）、（9）式可解得
1211 19 m m = （10） 评分标准：本题15分，（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）式各2分，求得（10）式再给3分。 七、由题设条件知，若从地面参考系观测，则任何时刻，A 沿竖直方向运动，设其速度为v A ，B 沿水平方向运动，设其速度为v B ，若以B 为参考系，从B 观测，则A 杆保持在竖直方向，它与碗的接触点在碗面内作半径为R 的圆周运动，速度的方向与圆周相切，设其速度为V A 。杆相对地 面的速度是杆相对碗的速度与碗相对地面的速度的合速度，速度合成的矢量图如图中的平行四边形所示。由图得 A A sin V v θ= （1） B A cos V v θ= （2） 因而 B A cot v v θ= （3） 由能量守恒 A 22 B B A A 12 1cos 2m gR m v m v θ=+ （4） 由（3）、（4）两式及m B ＝2m A 得 A 22cos sin 1cos gR v θ θ θ =+ （5） B 2 2cos cos 1cos gR v θ θ θ =+ （6） 评分标准： 本题（15）分．（1）、（2）式各3分，（4）式5分，（5）、（6）两式各2分。 九、设从烧断线到砝码1与弹簧分离经历的时间为△t ，在这段时间内，各砝码和砝码 图1
高中物理竞赛 动力学
动力学 1、如图1所示，在光滑的固定斜面上，A 、B 两物体用弹簧相连，被一水平外力F 拉着匀速上滑。某瞬时，突然将F 撤去，试求此瞬时A 、B 的加速度a A 和a B 分别是多少（明确大小和方向）。 已知斜面倾角θ= 30°，A 、B 的质量分别为m A = 1kg 和m B = 2kg ，重力加速度g = 10m/s 2。 （a A = 0 ；a B = 7.5m/s 2 ，沿斜面向下。） 2倾角为α的固定斜面上，停放质量为M 的大平板车，它与斜面的摩擦可以忽略不计。平板车上表面粗糙，当其上有一质量为m 的人以恒定加速度向下加速跑动时，发现平板车恰能维持静止平衡。试求这个加速度a 值。 3：光滑水平桌面上静置三只小球，m 1=1kg 、m 2=2kg 、m 3=3kg ，两球间有不可伸长的轻绳相连，且组成直角三角形，α=37°.若在m 1上突然施加一垂直于m 2、m 3连线的力F =10N ，求此瞬时m 1受到的合力，如图1所示 . 图 5
4：图4所示。为斜面重合的两楔块ABC及ADC，质量均为M，AD、BC两面成水平，E为质量等于m的小滑块，楔块的倾角为a，各面均光滑，系统放在水平平台角上从静止开始释放，求两斜面未分离前E的加速度。 5 长分别为l1和l2的不可伸长的轻绳悬挂质量都是m的两个小球，如图4所示，它们处于平衡状态。突然连接两绳的中间小球受水平向右的冲击(如另一球的碰撞)，瞬间内获得水平向右的速度v0，求这瞬间连接m2的绳的拉力为多少？ 图5 6：定滑轮一方挂有m1=5kg的物体，另一方挂有轻滑轮B，滑轮B两方挂着m2=3kg与m3=2kg的 物体(图5)，求每个物体的加速度。