第32屆全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽預(yù)賽試卷及答案(精校word版)

1、第32屆全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽預(yù)賽試卷本卷共16題，滿分200分一、選擇題本題共5小題，每小題6分在每小題給出的4個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一項(xiàng)符合題意，有的小題有多項(xiàng)符合題意。把符合題意的選項(xiàng)前面的英文字母寫在每小題后面的方括號(hào)內(nèi)全部選對(duì)的得6分，選對(duì)但不全的得3分，有選錯(cuò)或不答的得0分1. 2014年3月8日凌晨2點(diǎn)40分，馬來西亞航空公司一架波音777-200飛機(jī)與管制中心失去聯(lián)系2014年3月24日晚，初步確定失事地點(diǎn)位于南緯31º52、東經(jīng)115 º 52的澳大利亞西南城市珀斯附近的海域有一顆繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，每天上午同一時(shí)刻在該區(qū)域正上方對(duì)海面拍照，則A. 該

2、衛(wèi)星一定是地球同步衛(wèi)星 B. 該衛(wèi)星軌道平面與南緯31 º 52所確定的平面共面C. 該衛(wèi)星運(yùn)行周期一定是地球自轉(zhuǎn)周期的整數(shù)倍 D. 地球自轉(zhuǎn)周期一定是該衛(wèi)星運(yùn)行周期的整數(shù)倍2. 23892U（鈾核）衰變?yōu)?2288Rn（氡核）要經(jīng)過A. 8次衰變，16次衰變 B. 3次衰變，4次衰變C. 4次衰變，16次衰變 D. 4次衰變，4次衰變3如圖，一半徑為R的固定的光滑絕緣圓環(huán)，位于豎直平面內(nèi)；環(huán)上有兩個(gè)相同的帶電小球a和b(可視為質(zhì)點(diǎn))，只能在環(huán)上移動(dòng)，靜止時(shí)兩小球之間的距離為R?，F(xiàn)用外力緩慢推左球a使其到達(dá)圓環(huán)最低點(diǎn)c，然后撤除外力下列說法正確的是A. 在左球a到達(dá)c點(diǎn)的過程中，圓環(huán)

3、對(duì)b球的支持力變大B在左球a到達(dá)c點(diǎn)的過程中，外力做正功，電勢(shì)能增加。C. 在左球a到達(dá)c點(diǎn)的過程中，a、b兩球的重力勢(shì)能之和不變D. 撤除外力后，a、b兩球在軌道上運(yùn)動(dòng)過程中系統(tǒng)的能量守恒4如圖，O點(diǎn)是小球平拋運(yùn)動(dòng)拋出點(diǎn)；在O點(diǎn)有一個(gè)頻閃點(diǎn)光源，閃光頻率為30Hz；在拋出點(diǎn)的正前方，豎直放置一塊毛玻璃，小球初速度與毛玻璃平面垂直在小球拋出時(shí)點(diǎn)光源開始閃光當(dāng)點(diǎn)光源閃光時(shí)，在毛玻璃上有小球的一個(gè)投影點(diǎn)已知圖中O點(diǎn)與毛玻璃水平距離L=120 m，測(cè)得第一、二個(gè)投影點(diǎn)之間的距離為0.05 m取重力加速度g=10m/s2下列說法正確的是A. 小球平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為4m/sB小球平拋運(yùn)動(dòng)過程中，在相等時(shí)

4、間內(nèi)的動(dòng)量變化不相等C小球投影點(diǎn)的速度在相等時(shí)間內(nèi)的變化量越來越大D. 小球第二、三個(gè)投影點(diǎn)之間的距離015m5某同學(xué)用電荷量計(jì)(能測(cè)出一段時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量)測(cè)量地磁場(chǎng)強(qiáng)度，完成了如下實(shí)驗(yàn)：如圖，將面積為S，電阻為"的矩形導(dǎo)線框abcd沿圖示方位水平放置于地面上某處，將其從圖示位置繞東西軸轉(zhuǎn)180º，測(cè)得通過線框的電荷量為Q1；將其從圖示位置繞東西軸轉(zhuǎn)90 º ，測(cè)得通過線框的電荷量為Q2。該處地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小應(yīng)為A. B. C. D. 二、填空題把答案填在題中的橫線上只要給出結(jié)果，不需寫出求得結(jié)果的過程6(10分)水平力F方向確定，大小隨時(shí)間的

5、變化如圖a所示；用力F拉靜止在水平桌面上的小物塊，在F從0開始逐漸增大的過程中，物塊的加速度a隨時(shí)間變化的圖象如圖b所示重力加速度大小為10m/s2。由圖示可知，物塊與水平桌面間的最大靜摩擦力為 ；物塊與水平桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 ；在04s時(shí)間內(nèi)，合外力做的功為 。7(10分)如圖，物塊A、C置于光滑水平桌面上，通過輕質(zhì)滑輪和細(xì)繩懸掛物塊B，物塊A、B的質(zhì)量均為2kg，物塊C的質(zhì)量為1 kg，重力加速度大小為10m/s2 。(1)若固定物塊C，釋放物塊A、B，則物塊A、B的加速度之比為；細(xì)繩的張力為。(2)若三個(gè)物塊同時(shí)由靜止釋放，則物塊A、B和C加速度之比為。8(10分)2011年8月中國(guó)發(fā)

6、射的宇宙飛船“嫦娥二號(hào)”在完成探月任務(wù)后，首次從繞月軌道飛向日地延長(zhǎng)線上的拉格朗日點(diǎn)，在該點(diǎn)，“嫦娥二號(hào)”和地球一起同步繞太陽做圓固運(yùn)動(dòng)已知太陽和地球的質(zhì)量分別為MS和ME， 日地距離為R該拉格朗日點(diǎn)離地球的距離x滿足的方程為，由此解得x · (已知當(dāng)<<l時(shí)，(1+)n1+n)9(10分)在“利用電流傳感器(相當(dāng)于理想電流表)測(cè)定干電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)利用兩個(gè)電流傳感器和定值電阻R0=2000以及滑動(dòng)變阻器，設(shè)計(jì)了如圖a所示的電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)該同學(xué)測(cè)出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示12345I1/mA135130120110105I2/A030040060080090

7、表中I1和I2分別是通過電流傳感器1和2的電流該電流的值通過數(shù)據(jù)采集器輸入到計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)對(duì)原電路的影響可忽略(1)在圖b中繪出I1I2圖線；(2)由I1I2圖線得出，被測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)為 V，內(nèi)阻為 10 (10分)某金屬材料發(fā)生光電效應(yīng)的最大波長(zhǎng)為0，將此材料制成一半徑為R的圓球，并用絕緣線懸掛于真空室內(nèi)若以波長(zhǎng)為(<0)的單色光持續(xù)照射此金屬球，該金屬球發(fā)生光電效應(yīng)所產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能為 ，此金屬球可帶的電荷量最多為 ， (設(shè)無窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零，真空中半徑為r帶電量為q的導(dǎo)體球的電勢(shì)為U=k)三、計(jì)算題。計(jì)算題的解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最

8、后結(jié)果的不能得分.有數(shù)值計(jì)算的，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位11(20分)某機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓外景如圖a所示。該候機(jī)樓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖如圖b所示：候機(jī)樓側(cè)壁是傾斜的，用鋼索將兩邊斜壁系住，在鋼索上有許多豎直短鋼棒將屋面支撐在鋼索上假設(shè)海邊斜壁的質(zhì)量為m，質(zhì)量分布均勻；鋼索與屋面(包括短鋼棒)的總質(zhì)量為，在地面處用鉸鏈與水平地面連接，鋼索固定于斜壁上端以支撐整個(gè)屋面，鋼索上端與斜壁的夾角為30º；整個(gè)系統(tǒng)左右對(duì)稱求(1)斜壁對(duì)鋼索的拉力的大??；(2)斜壁與地面的夾角12. . (20分)從左至右在同水平地面上依次有3個(gè)質(zhì)點(diǎn)a、b、c，且三者共線，a與b相距l(xiāng)1，b與c相距l(xiāng)2現(xiàn)同時(shí)將它們從其初始位置

9、拋出已知質(zhì)點(diǎn)b以初速度v0豎直上拋，質(zhì)點(diǎn)c以某一初速度豎直上拋設(shè)在這3個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程中，a能碰到質(zhì)點(diǎn)b和c；并假設(shè)質(zhì)點(diǎn)a的質(zhì)量遠(yuǎn)大于質(zhì)點(diǎn)b的質(zhì)量，且a與b碰撞時(shí)間極短求質(zhì)點(diǎn)c的初速度vc和質(zhì)點(diǎn)a的初速度所滿足的條件。所求的結(jié)果均用題中的已知量表示出來。13 (20分)有塊長(zhǎng)條形的純凈半導(dǎo)體硅，其橫截面積為2.5cm2，通有電流2mA時(shí)，其內(nèi)自由電子定向移動(dòng)的平均速率為7.5×10-5m/s，空穴定向移動(dòng)的平均速率為2.5 ×10-5m/s 。已知硅的密度為2.4×103kg/m3，原子量是28。電子的電荷量大小為e=1.6×10-19C若一個(gè)硅原子至多

10、只釋放一個(gè)自由電子，試估算此半導(dǎo)體材料中平均多少個(gè)硅原子中才有一個(gè)硅原子釋放出自由電子?阿伏伽德羅常數(shù)為N0=6.02×1023mol-1。14 (20分)電子感應(yīng)加速器利用變化的磁場(chǎng)來加速電子電子繞平均半徑為R的環(huán)形軌道(軌道位于真空管道內(nèi))運(yùn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與環(huán)形軌道平面垂直。 電子被感應(yīng)電場(chǎng)加速，感應(yīng)電場(chǎng)的方向與環(huán)形軌道相切電子電荷量為e 。(1)設(shè)電子做圓周運(yùn)動(dòng)的環(huán)形軌道上的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的增加率為，求在環(huán)形軌道切線方向感應(yīng)電場(chǎng)作用在電子上的力；(2)設(shè)環(huán)形軌道平面上的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的增加率為，試導(dǎo)出在環(huán)形軌道切線方向感應(yīng)電場(chǎng)作用在電子上的力與的關(guān)系；(3)為了使電子在

11、不斷增強(qiáng)的磁場(chǎng)中沿著半徑不變的圓軌道加速運(yùn)，求和之間必須滿足的定量關(guān)系15. (20分)如圖，導(dǎo)熱性能良好的氣缸A和B高度均為h(已除開活塞的厚度)，橫截面積不同，豎直浸沒在溫度為T0的恒溫槽內(nèi)。它們的底部由細(xì)管連通(細(xì)管容積可忽略)兩氣缸內(nèi)各有一個(gè)活塞，質(zhì)量分別為mA=2m和mB=m，活塞與氣缸之間無摩擦，兩活塞的下方為理想氣體，上方為真空。當(dāng)兩活塞下方氣體處于平衡狀態(tài)時(shí)，兩活塞底面相對(duì)于氣缸底的高度均為?，F(xiàn)保持恒溫槽溫度不變，在兩活塞土上面同時(shí)各緩慢加上同樣大小的壓力，讓壓力從零緩慢增加，直至其大小等于2mg(g為重力加速度)為止。并一直保持兩活塞上的壓力不變；系統(tǒng)再次達(dá)到平衡后，緩慢升高

12、恒溫槽的溫度，對(duì)氣體加熱，直至氣缸B中活塞底面恰好回到高度為處求(1)兩個(gè)活塞的橫截面積之比SA：SB；(2)氣缸內(nèi)氣體的最后的溫度；(3)在加熱氣體的過程中氣體對(duì)活塞所做的總功。16(20分)如示意圖所示，一垂直放置的高為15.0cm的圓柱形中空玻璃容器，其底部玻璃較厚，底部頂點(diǎn)A點(diǎn)到容器底平面中心B點(diǎn)的距離為8.0cm，底部上沿為一凸起的球冠，球心C點(diǎn)在A點(diǎn)正下方，球的半徑為1.75cm已知空氣和容器玻璃的折射率分別是n0=1.0和n1=1.56只考慮近軸光線成像。 已知：當(dāng)1時(shí)，sin(1)當(dāng)容器內(nèi)未裝任何液體時(shí)，求從B點(diǎn)發(fā)出的光線通過平凸玻璃柱，在玻璃柱對(duì)稱軸上所成的像的位置，并判斷像

13、的虛實(shí)；(2)當(dāng)容器內(nèi)裝滿折射率為1.30的液體時(shí)，求從B點(diǎn)發(fā)出的光線通過平凸玻璃柱的上表面折射后所成像點(diǎn)的位置，并判斷這個(gè)像的虛實(shí)。第32屆全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽預(yù)賽試卷參考解答與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一、選擇題本題共5小題，每小題6分在每小題給出的4個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一項(xiàng)符合題意，有的小題有多項(xiàng)符合題意把符合題意的選項(xiàng)前面的英文字母寫在每小題后面的方括號(hào)內(nèi)。全部選對(duì)的得6分，選對(duì)但不全的得3分，有選錯(cuò)或不答的得0分 1 D 2D 3BD 4A 5C二、填空題把答案填在題中的橫線上只要給出結(jié)果，不需寫出求得結(jié)果的過程 6(10分)答案： 6N 3分0.13分24J4分7. (10分)答案：（1）2：1 3

14、分 ; 8N 3分（2）2：3：44分8(10分)答案：= (R+x ) 6分R 4分9(10分)答案 :(1)I1I2圖線為4分(2)3.0(± 0.1) 3分 ; 1.0(± 0.1)3分10. (10分 )答案：5分 ; 5分三、計(jì)算題.計(jì)算題的解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟,只寫出最后結(jié)果的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位.11. (20分)設(shè)斜壁長(zhǎng)度為l,斜壁對(duì)鋼索的拉力大小為F,斜壁與水平地面所夾銳角為,由力矩平衡條件得F=mgcos 鋼索與屋面作為一個(gè)整體受到三個(gè)力:兩端的拉力大小均為 F(與水平方向的夾角為-30

15、6;)，豎直向下的重力mg，由力的平衡條件得2Fsin(-30°)= mg 由式得cossin(-30°)= 由三角中的積化和差公式有sin(-30 º -)+ sin(-30 º +)= 即sin(2-30 º) =1 解得=60 º 由式得F=mg評(píng)分參考 :式各 4分 ,式各 3分.12. (20分)以質(zhì)點(diǎn) a的初始位置為原點(diǎn),向右為x軸正向,向上為y軸正向.設(shè)a的初速度x和y分量分別為 vx 和 vy.按拋體運(yùn)動(dòng)公式,在時(shí)刻t質(zhì)點(diǎn)a、b、c的坐標(biāo)分別為(xa，ya)=(vxt,vyt-gt2) (xb，yb)=(l1,v0t-

16、gt2) (xc，yc)=( l1+l2,vct-gt2) a與 b相碰的條件是,存在時(shí)刻t1, 使?jié)M足vxt1=l1 vyt1-gt12= v0t1-gt12 v0t1-gt120 式來自于水平地面對(duì)質(zhì)點(diǎn)y坐標(biāo)的限制。由式得vy= v0 vxg 由于 a與 b碰撞時(shí)間極短,可忽略重力的影響。在a與b碰撞前后,系統(tǒng)的動(dòng)量和能量守恒mavx= mav'x+ mbv'bxma+ mbvby(t1)=mav'y(t1)+mbv'by(t1)mavx2+ vy2 (t1)+ mbvby2(t1)=mav'x2+ v'y2 (t1)+ mbv'bx

17、2+ v'by2 (t1) 式中,碰后的有關(guān)速度用打撇的字母表示.由題意,可認(rèn)為mb=0.將mb=0代入式得vx=v'x ，vy (t1)v'y (t1)可見,質(zhì)點(diǎn)b的運(yùn)動(dòng)對(duì)質(zhì)點(diǎn)a的運(yùn)動(dòng)的影響可忽略。同理,a與c相碰的條件是,存在時(shí)刻t2,使?jié)M足vxt2=l1+ l2vyt2-gt22= vct2-gt22 vct2-gt220 由式得vc=vy vxg 由式得,質(zhì)點(diǎn)c的初速度vc為vc=v0 質(zhì)點(diǎn) a的初速度應(yīng)滿足的條件為vxg vy=vc=v0 評(píng)分參考:式各 2分 ,各1分.13. (20分)設(shè)此半導(dǎo)體單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電子(因此也有n個(gè)空穴),以S表示此半導(dǎo)體

18、的橫截面積,vl和v2分別表示半導(dǎo)體中空穴和自由電子的定向移動(dòng)速率,Il和I2分別表示半導(dǎo)體中空穴和自由電子定向移動(dòng)形成的電流,則Il=nevlS I2=nev2S 半導(dǎo)體中的總電流為I =Il +I2 由此得n=由題意知 ,此半導(dǎo)體單位體積內(nèi)有 瓦個(gè)硅原子釋放出自由電子.單位體積半導(dǎo)體硅內(nèi)的原子個(gè)數(shù)為N=N0 式中和M分別為硅的密度和摩爾質(zhì)量,N0=6.02×1023mo1-1是阿伏伽德羅常數(shù).由式得= 代入有關(guān)數(shù)據(jù)得=1×105 即此半導(dǎo)體材料中,平均約1×105個(gè)硅原子釋放出一個(gè)自由電子.評(píng)分參考:式各 4分 ,式 3分,式 2分 ,式 3分 ,式各2分.1

19、4. (20分) (1)設(shè)電子做圓周運(yùn)動(dòng)的圓軌道上的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B,方向與環(huán)面垂直。由牛頓第二定律和洛倫茲力公式得evB=m 設(shè)在圓軌道切線方向作用在電子上作用力為F,按照動(dòng)量定理有Ft= (mv) 由式得F=eR (2)按照法拉第電磁感應(yīng)定律 ,在電子運(yùn)動(dòng)的圓軌道上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為= 式中圓軌道所張的面上的磁通量 為=R2 這里, 為圓軌道所張的面上的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度。由式得=R2 考慮電子運(yùn)行一圈感應(yīng)電場(chǎng)所做的功,由電動(dòng)勢(shì)的定義可得=2RE電子在圓軌道切向所受到的力為F=qE 由式得,F=eR (3)和式所表示的是同樣的力的大小.聯(lián)立式得= 這就是為了使電子在不斷增強(qiáng)的磁場(chǎng)中沿著半徑不變

20、的圓軌道加速運(yùn)動(dòng), 和之間必須滿足的定量關(guān)系.評(píng)分參考:第 (1)問 6分 ,式各 2分 ;第 (2)問10分 ,式各2分 ;第 (3)問 4分 ,式4分.15. (20分) (1)平衡時(shí)氣缸A、B內(nèi)氣體的壓強(qiáng)相等,故 由式和題給條件得SA:SB=2:1 (2)兩活塞上各放一質(zhì)量為2m的質(zhì)點(diǎn)前,氣體的壓強(qiáng)pl和體積V1分別為p1= V1=SBh 兩活塞上各放一質(zhì)量為 2m的質(zhì)點(diǎn)后,B中活塞所受到的氣體壓力小于它和質(zhì)點(diǎn)所受重力之和,B中活塞將一直下降至氣缸底部為止,B中氣體全部進(jìn)入氣缸A.假設(shè)此時(shí)氣缸A中活塞并未上升到氣缸頂部,氣體的壓強(qiáng)p2為p2= 設(shè)平衡時(shí)氣體體積為V2.由于初態(tài)末態(tài)都是平衡

21、態(tài),由理想氣體狀態(tài)方程有 由式得V2=SBh =SAh 這時(shí)氣體的體積小于氣缸A的體積,與活塞未上升到氣缸頂部的假設(shè)一致.緩慢加熱時(shí),氣體先等壓膨脹,B中活塞不動(dòng),A中活塞上升;A中活塞上升至頂部后,氣體等容升壓;壓強(qiáng)升至?xí)r,B中活塞開始上升,氣體等壓膨脹。設(shè)當(dāng)溫度升至T時(shí),該活塞恰位于處.此時(shí)氣體的體積變?yōu)閂3=SBh 氣體壓強(qiáng)p3= 設(shè)此時(shí)氣缸內(nèi)氣體的溫度為T,由 狀態(tài)方程有 由式得T=5T0 (3)升高恒溫槽的溫度后,加熱過程中,A活塞上升量為h-h=h 氣體對(duì)活塞所做的總功為W=4mg·h+3mg·h=4mgh 評(píng)分參考:第 (1)問 3分 ,式2分 ,式1分 ;第(2)問 13分, 式各2分,式各1分 ;第 (3)問 4分 , 式各2分.16. (20分) (1)容器底部凸面兩側(cè)介質(zhì)的折射率分別是n1=1.56和n0=1.0。如圖,由 B點(diǎn)發(fā)出的經(jīng)過球心C的光線BA經(jīng)過頂點(diǎn)A后,方向不變,進(jìn)入空氣中;由B點(diǎn)發(fā)出的與BA成角的另一條光線BD在D點(diǎn)折射,設(shè)折射角為,并與前一條