第四屆全國中學(xué)生數(shù)理化學(xué)科能力競賽初賽物理高二試題.pdf

第四屆全國中學(xué)生數(shù)理化學(xué)科能力展示活動(dòng) 高二物理解題技能展示試題 A卷 總 分 考生須知 1 請?jiān)诿芊饩€內(nèi)填寫所在地區(qū) 學(xué)校 姓 名和考號(hào) 2 本試卷共有3道大題 1 6道小題 滿分1 5 0分 3 考試時(shí)間為1 2 0分鐘 4 成績查詢 2 0 1 1年1 2月3 0日起 考生可通過活動(dòng)官方網(wǎng)站 理科 學(xué)科能力評(píng)價(jià)網(wǎng) www x k s l h c o m 查詢自己的分?jǐn)?shù)及獲獎(jiǎng)情況 本題得分評(píng) 卷 人 一 選擇題 每小題6分 共4 8分 每小題 至少有一個(gè)選項(xiàng)正確 選不全的得3分 錯(cuò)選 或不選得0分 1 2 0 1 1年1 1月1 3日在法國巴黎舉行的2 0 1 1年世 界舉重錦標(biāo)賽女子7 5公斤以上級(jí)的比賽中 中國選 手周璐璐以1 8 2公斤和3 2 8公斤的成績獲得挺舉和 總成績兩枚金牌 并打破總成績世界紀(jì)錄 如圖所 示 設(shè)周璐璐所舉杠鈴的總重為G 杠鈴平衡時(shí)每只 手臂與豎直線所成的夾角為3 0 則她每只手臂承受 的張力為 A G 2 B 3 3G C 3G 2 D G 2 我國發(fā)射的 天宮一號(hào) 空間實(shí)驗(yàn)室順利發(fā)射升 空后 在離地面3 4 3k m的圓軌道上運(yùn)行 運(yùn)動(dòng)中需要多次 軌道維持 所謂 軌道維持 就是通過控制 天宮一號(hào) 上發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間和推力的大小和方 向 使 天宮一號(hào) 能保持在預(yù)定軌道上穩(wěn)定運(yùn)行 如不進(jìn)行 軌道維持 由于 天宮一號(hào) 受軌道上稀薄空氣的影響 軌道高度會(huì)逐漸降低 在這種情況下 天宮一號(hào) 的動(dòng)能 重力勢能和機(jī)械能的變化情況將會(huì)是 A 動(dòng)能 重力勢能和機(jī)械能逐漸減小 B 重力勢能逐漸減小 C 動(dòng)能逐漸增大 D 機(jī)械能逐漸減小 3 下圖是一半導(dǎo)體指紋傳感器制作的密碼鎖 其原理為 在一塊半導(dǎo)體基板上 陣列了1 0萬金屬顆粒 傳感器陣列的每一點(diǎn)是一個(gè)金屬電極 充當(dāng)電容器的 一極 其外面是絕緣的表面 手指貼在其上與其構(gòu)成了電容器的另一極 由于 手指指紋深淺不同 嵴和峪與半導(dǎo)體電容感應(yīng)顆粒形成的電容值大小不同 其 工作過程是通過對(duì)電容感應(yīng)顆粒預(yù)先充電到某一參考電壓 然后對(duì)每個(gè)電容 高二物理試卷 共8頁 第1頁 的放電電流進(jìn)行測量 設(shè)備將采集到不同的數(shù)值匯總 也就完成了指紋 的采集 則 A 指紋的嵴處與半導(dǎo)體基板上對(duì)應(yīng)的金屬顆粒距離近 電容小 B 指紋的峪處與半導(dǎo)體基板上對(duì)應(yīng)的金屬顆粒距離遠(yuǎn) 電容小 C 對(duì)每個(gè)電容感應(yīng)顆粒都充電至某參考電壓時(shí) 當(dāng)手指靠近 各金 屬電極電量減小 D 對(duì)每個(gè)電容感應(yīng)顆粒都充電至某參考電壓時(shí) 當(dāng)手指遠(yuǎn)離 各金屬電極均處于充電狀態(tài) 4 現(xiàn)在城市的滑板運(yùn)動(dòng)非常流行 在水平地面上一名滑板運(yùn)動(dòng)員雙腳站在滑板上以一定速度 向前滑行 在橫桿前起跳并越過桿 從而使人與滑板分別從桿的上下通過 假設(shè)人和滑板運(yùn)動(dòng) 過程中受到的各種阻力忽略不計(jì) 運(yùn)動(dòng)員能順利完成該動(dòng)作 最終仍落在滑板原來的位置上 要使這個(gè)表演成功 運(yùn)動(dòng)員除了跳起的高度足夠外 在起跳時(shí)雙腳對(duì)滑板作用力的合力方向應(yīng) 該 A 豎直向上 B 豎直向下 C 向下適當(dāng)偏后 D 向上適當(dāng)偏前 5 如右圖所示 小雪通過靜電感應(yīng)使兩個(gè)小球A和B帶上等量異種電 荷 她把小球A固定在光滑的水平絕緣桌面上 在距小球A為r處的 桌面上放置小球B 現(xiàn)給小球B一個(gè)垂直A B連線方向的速度v0 使其 在水平桌面上運(yùn)動(dòng) 已知兩球所帶有電荷量均為q 質(zhì)量為m 則下列說 法錯(cuò)誤的是 A 當(dāng)v0 q k r m 時(shí)小球B做勻速圓周運(yùn)動(dòng) B 當(dāng)v0 q k r m 時(shí)小球B做加速度和速度都變小的離心運(yùn)動(dòng) C 當(dāng)v0 q k r m 時(shí)小球B做加速度不斷增大 速度增大的向心運(yùn)動(dòng) D 若小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)則其加速度恒定不變 6 如右圖所示 一臺(tái)理想變壓器的原副線圈匝數(shù)比為2 1 原 線圈電路中串聯(lián)了一只燈泡A 副線圈電路中并聯(lián)了三只燈泡 B C和D 這四只燈泡完全相同 且電阻保持恒定 則下列選項(xiàng) 中正確的是 A 若A正常發(fā)光且消耗功率為P 則B消耗的功率一定為4P 9 B 若A正常發(fā)光且兩端的電壓為U 則交流電表 V的示數(shù)為7U 3 C 若A正常發(fā)光 B C和D也一定正常發(fā)光 D 若A正常發(fā)光 B C和D一定比A亮 7 右圖是一個(gè)質(zhì)量為m 電荷量為q的粒子以速度v垂直射入磁感 應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中 磁場寬度為d 長度足夠長 r表示軌道半 徑 表示偏轉(zhuǎn)角 l表示偏移量 則下列說法正確的是 A 帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌道半徑為r m v q B 高二物理試卷 共8頁 第2頁 B 粒子在磁場中做完整圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期為T 2 m q B C 帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌道半徑為r l 2 d 2 2l D 帶電粒子在磁場中做勻速運(yùn)動(dòng) 8 如右圖所示 在風(fēng)能和太陽能共同作用下為太陽能路燈提供能量 研 究表明多晶硅轉(zhuǎn)換效率為1 0 其中L E D燈是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為 可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件 它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光 下面為某型號(hào) 風(fēng)光互補(bǔ)路燈的參數(shù) 2塊7 0W多晶硅太陽能板 2 0 0W風(fēng)力發(fā)電機(jī) 2個(gè)1 2V 1 0 0A h膠體電池 5 0W L E D燈泡 2 4V 2 0A控制器 使用環(huán)境溫度 4 0 5 0 表面經(jīng)熱鋅鍍加工9m燈桿 充滿電后可以用5個(gè)陰雨天 每天8小時(shí) 則下列說法正確的是 A 風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以把吹動(dòng)葉片的全部風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能 B L E D燈泡每天消耗的電能為1 4 4 1 0 6J C 2塊電池充滿電需要太陽能7 2 1 0 7J D L E D燈和白熾燈的發(fā)光原理是相同的 本題得分評(píng) 卷 人 二 填空與實(shí)驗(yàn)題 9 8分 在半導(dǎo)體器件中 常把納米級(jí)厚度的導(dǎo)電材料沉積 到芯片上形成導(dǎo)電薄膜 在研究這些薄膜的導(dǎo)電性能 時(shí) 就需要使用薄膜電阻這一概念 設(shè)導(dǎo)電材料的電阻 率為 薄膜的長 寬和厚度分別為a b c 如右圖所示 如果形式上將薄膜A B間的電阻表示為RA B sa b 則比例系數(shù) s和材料電阻率 間的關(guān)系為 s 1 0 1 0分 小亮家住的是上世紀(jì)8 0年代建的老房子 裝修房屋改造家庭電路 時(shí) 裝修隊(duì)只買來兩種顏色的導(dǎo)線 小亮的爺爺問 為什么只買兩種顏色 不買 三種顏色 裝修負(fù)責(zé)人答 零線就是地線 地線就是零線 兩種導(dǎo)線就夠了 不 用三種顏色 聽到這樣的回答 教物理的爺爺立即為裝修隊(duì)所有的人做了一個(gè)實(shí)驗(yàn) 他用試電筆接觸 三孔插座 如右圖所示 A B兩孔 結(jié)果試電筆的氖泡一亮 一滅 爺爺 說 亮的是火線 不亮的是零線 爺爺還用試電筆接觸C孔 試電筆不亮 說明它是地線 接著 爺爺只做了很簡單的一件事 又用試電筆接觸A B兩孔 結(jié)果兩孔試電筆都亮 爺 爺說 零線變成火線了 再用試電筆接觸C孔 試電筆仍不亮 說明它仍是地線 爺爺說 如果將零線當(dāng)?shù)鼐€使用 接在電冰箱的外殼上 當(dāng)零線變成火線時(shí) 就要出大事 故 只有地線才能起到真正的保護(hù)作用 根據(jù)上述事例 請回答 1 上述中 爺爺只做了很簡單的一件事 這是什么事 高二物理試卷 共8頁 第3頁 2 要讓零線變火線 除了小亮爺爺所做的事之外 還需要具備什么條件 1 1 1 6分 某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了以下方法來測量物體的帶電 量 如右圖所示的小球是一個(gè)外表面鍍有金屬膜的空心塑料球 用 絕緣絲線懸掛于O點(diǎn) O點(diǎn)固定一個(gè)可測量絲線偏離豎直方向角度 的量角器 M N是兩塊相同的 正對(duì)著平行放置的金屬板 加上電 壓后其內(nèi)部電場可看作勻強(qiáng)電場 另外還要用到的器材有天平 刻 度尺 電壓表 直流電流表 開關(guān) 滑動(dòng)變阻器及導(dǎo)線若干 該小組的 實(shí)驗(yàn)步驟如下 請你幫助該小組完成 1 用天平測出小球的質(zhì)量m 按上圖所示進(jìn)行器材的安裝 并 用刻度尺測出M N板之間的距離d 使小球帶上一定的電量 2 連接電路 請?jiān)趫D中的虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)所用的電路圖 電源 開關(guān)已經(jīng)畫出 3 閉合開關(guān) 調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片的位置 讀出多組相應(yīng)的電壓表的示數(shù)和絲線的偏轉(zhuǎn) 角度 4 以電壓U為縱坐標(biāo) 以 為橫坐標(biāo)作出過原點(diǎn)的直線 求出直線的斜率 k 5 小球的帶電量q 用m d k等物理量表示 1 2 1 0分 在開展研究性學(xué)習(xí)的過程中 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)利 用線圈測量轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速的裝置 如右圖所示 在輪子的邊緣貼上 小磁體 將小線圈靠近輪邊放置 接上數(shù)據(jù)采集器和電腦 即 D I S實(shí)驗(yàn)器材 如果小線圈的面積為S 圈數(shù)為N匝 小磁體 附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值為B 回路的總電阻為R 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 輪子轉(zhuǎn)過 角 小線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度由最大值變?yōu)榱?因此 他 說 只要測得此時(shí)感應(yīng)電流的平均值I 就可以測出轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速的大小 試證明該同學(xué)結(jié)論的正 確性 高二物理試卷 共8頁 第4頁 本題得分評(píng) 卷 人 三 計(jì)算論述題 1 3 1 2分 一輛小車以速度v0做勻速直線運(yùn)動(dòng) 已知大輪的 直徑為1 2 5m 小輪的直徑為0 8m 兩輪軸心相距2m 某 時(shí)刻物體A以相對(duì)小車v0的速度從小輪頂端飛出并且 落在P點(diǎn) t 0 2s過后 物體B也以相對(duì)小車v0的速 度從大輪頂端飛出并且也落在P點(diǎn) 求v 0的大小 高二物理試卷 共8頁 第5頁 1 4 1 5分 兒童滑梯可以看成是由斜槽A B和水平槽C D組 成 中間用很短的光滑圓弧槽B C連接 如圖所示 質(zhì)量為m 的兒童從斜槽的頂點(diǎn)A由靜止開始沿斜槽A B滑下 再進(jìn)入 水平槽C D 最后停在水平槽上的E點(diǎn) 由A到E的水平距離 設(shè)為L 假設(shè)兒童可以看作質(zhì)點(diǎn) 已知兒童的質(zhì)量為m 他與斜槽和水平槽間的動(dòng)摩擦因數(shù)都 為 A點(diǎn)與水平槽C D的高度差為h 1 求兒童從A點(diǎn)滑到E點(diǎn)的過程中 重力做的功和克服摩擦力做的功 2 試分析說明 兒童沿滑梯滑下通過的水平距離L與斜槽A B跟水平面的夾角無關(guān) 3 要使兒童沿滑梯滑下過程中的最大速度不超過v 斜槽與水平面的夾角不能超過多 少 可用反三角函數(shù)表示 高二物理試卷 共8頁 第6頁 1 5 1 5分 右圖所示為某超級(jí)電容器公交電車?？吭谲囌菊?充電 所謂超級(jí)電容器是指電容量達(dá)到上千法拉甚至達(dá)到十萬法 拉數(shù)量級(jí)的大容量電容器 是儲(chǔ)能技術(shù)一個(gè)革命性成果 超級(jí)電容器與蓄電池都是儲(chǔ)能設(shè)備 都可以做為電源使 用 你認(rèn)為二者的最主要不同是什么 你知道的超級(jí)電容器與蓄 電池相比的優(yōu)點(diǎn)有哪些 答出其中的三項(xiàng)即可 據(jù)介紹 該法拉級(jí)的超級(jí)電容器年產(chǎn)量已達(dá)幾百萬只 批 量應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)貯存系統(tǒng)和低功耗無電源器具 大容量級(jí)的超 級(jí)電容器已在高爾夫車和公交車等交通工具上進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn) 4 8V的高爾夫車使用8 0只5 萬法拉的雙電層電容器 每2只并聯(lián)后再串聯(lián) 工作電流為3 0A 電容器組的體積與4 8V1 8 0 A h的蓄電池相近 7 0A充電1 0分鐘 可行駛2 0千米 已知兩個(gè)電容都是C的電容器并聯(lián)時(shí)總電容C并 2C 兩個(gè)電容都是C的電容器串聯(lián)時(shí) 總電容C串 C 2 電容器兩極間電壓是U 帶電荷量為Q時(shí)儲(chǔ)存的電場能E 1 2Q U 請計(jì)算 1 把 8 0只5萬法拉的電容器 每2只并聯(lián)后再串聯(lián) 組成電容器組 給它充 電 充電電流恒定為7 0A 充電時(shí)間是1 0m i n 這次充電使這個(gè)電容器組的電壓升高多少 2 如果充電完畢時(shí)刻該電容器組兩端的電壓是4 8 V 那么這次充電過程中 電容器組儲(chǔ) 存了多少能量 高二物理試卷 共8頁 第7頁 1 6 1 6分 如右圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)結(jié) 構(gòu)示意圖 利用燃燒室加熱氣體使之離解成 為由電子和離子實(shí)組成的等離子體 等離子 體以高速注入兩側(cè)有磁極的發(fā)電通道 通道 上下兩側(cè)面為電極 等離子體中的正負(fù)電荷受磁場的作用 分別向上下兩側(cè) 偏轉(zhuǎn)