全國(guó)高中物理競(jìng)賽初賽試題及標(biāo)準(zhǔn)答案

1、全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽預(yù)賽試卷本卷共16題，黃分200分.、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(xiě)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.下列說(shuō)法中正確的是A.水在0 c時(shí)密度最大.T真空8. 一個(gè)絕熱容器中盛有氣體，假設(shè)把氣體中分子速率很大的如大于va的分子全部取走，則氣體的溫度會(huì)下降，此后氣體中不再存在速率大于va的分子.C.杜瓦瓶的器壁是由兩層玻璃制成的，兩層玻璃之間抽成真空，抽成真空的主要 作用是既可降低熱傳導(dǎo)，又可降低熱輻射.T的

2、理想氣體，右邊為真空.現(xiàn)抽掉隔板,D.圖示為一絕熱容器，中間有一隔板，隔板左邊盛有溫度為 則氣體的最終溫度仍為 T.2 .如圖，一半徑為 R電荷量為Q的帶電金屬球，球心位置 O固定，P為球外一點(diǎn).幾位同學(xué)在討論 P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，有下列一些說(shuō)法，其中哪些說(shuō)法是正確的？A.若P點(diǎn)無(wú)限靠近球表面，因?yàn)榍虮砻鎺щ姡鶕?jù)庫(kù)侖定律可推知，P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)趨于無(wú)窮大.B.因?yàn)樵谇騼?nèi)場(chǎng)強(qiáng)處處為 0,若P點(diǎn)無(wú)限靠近球表面，則 P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)趨于0C.若Q不變，P點(diǎn)的位置也不變，而令 R變小，則P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)不變.P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)不變.D.若保持Q不變，而令 R變大，同時(shí)始終保持 P點(diǎn)極靠近球表面處，則3 .圖中L為一薄凸透鏡，ab為

3、一發(fā)光圓面，二者共軸，S為與L平行放置的屏，已知這時(shí) ab可在屏上成清晰的像.現(xiàn)將透鏡切除一半，只保留主軸以上的一半透鏡，這時(shí) ab在S上的像A.尺寸不變，亮度不變.S8 .尺寸不變，亮度降低. c.只剩半個(gè)圓，亮度不變.tVD.只剩半個(gè)圓，亮度降低.4. 一輕質(zhì)彈簧，一端固定在墻上，另一端連一小物塊，小物塊放在摩擦系數(shù)為科的水平面上，彈簧處在自然狀態(tài)，小物塊位于 。處.現(xiàn)用手將小物塊向右移到a處，然后從靜止釋放小物塊，發(fā)現(xiàn)小物塊開(kāi)始向左移動(dòng).A .小物塊可能停在O點(diǎn).B.小物塊停止以后所受的摩擦力必不為00°C.小物塊無(wú)論停在 。點(diǎn)的左邊還是右邊，停前所受的摩擦力的方向和停后所受摩

4、擦力的方向兩者既可能 相同，也可能相反.D.小物塊在通過(guò) 。點(diǎn)后向右運(yùn)動(dòng)直到最遠(yuǎn)處的過(guò)程中，速度的大小總是減?。恍∥飰K在由右邊最遠(yuǎn)處回 到O點(diǎn)的過(guò)程中，速度的大小總是增大.5.如圖所示，一內(nèi)壁光滑的圓錐面，軸線OO'是豎直的，頂點(diǎn) O在下方，錐角為2a ,若有兩個(gè)相同的小珠（均視為質(zhì)點(diǎn)）在圓錐的內(nèi)壁上沿不同的圓軌道運(yùn)動(dòng)，則有： A.它們的動(dòng)能相同.B.它們運(yùn)動(dòng)的周期相同.C.錐壁對(duì)它們的支撐力相同.D.它們的動(dòng)能與勢(shì)能之比相同，設(shè)。點(diǎn)為勢(shì)能零點(diǎn).二、填空題和作圖題.把答案填在題中的橫線上或把圖畫(huà)在題中指定的地方.只要給出結(jié)果，不需寫(xiě)出求得結(jié)果的過(guò)程.6. （6分）鈾238 （92 U）

5、是放射性元素，若衰變時(shí)依次放出“，3,3,”，3,3,“，3, 3, “粒子，最終形成穩(wěn)定的核 YPb,則其中X=, Y=.X 7. （10分）在寒冷地區(qū)，為了防止汽車(chē)擋風(fēng)玻璃窗結(jié)霜，可用通電 電阻加熱.圖示為 10根阻值皆為3的電阻條，和一個(gè)內(nèi)阻力 0. 5 的直流電源，現(xiàn)在要使整個(gè)電路中電阻條上消耗的功率最大，i .應(yīng)選用根電阻條.ii .在圖中畫(huà)出電路連線.8. （10分）已知：光子有質(zhì)量，但無(wú)靜止質(zhì)量，在重力場(chǎng)中也有重力勢(shì)能.若從地面上某處將一束頻率為V的光射向其正上方相距為 d的空間站，d遠(yuǎn)小于地球半徑，令空間站接收到動(dòng)光的頻率為V 則差V ',此時(shí)物塊的速度等-Y = ,已

6、知地球表面附近的重力加速度為g.9. （10分）圖中所示兩物塊疊放在一起，下面物塊位于光滑水平桌面上，其質(zhì)量為 m,上面物塊的質(zhì)量為M,兩物塊之間的靜摩擦系數(shù)為科.現(xiàn)從靜止出發(fā)對(duì)下面物塊施以隨時(shí)間t變化的水平推力F=y3 丫為一常量，則從力開(kāi)始作用到兩物塊剛發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間等于10. （16分）圖中K是密封在真空玻璃管內(nèi)的金屬電極，它受光照射后能釋放出電子； W是可以透光的窗口，光線通過(guò)它可照射到 電極K上；C是密封在真空玻璃管內(nèi)圓筒形的收集電極，它能收集K所發(fā)出的光電子.R是接在電池組E （電壓足夠高）兩端的滑動(dòng) 變阻器，電極 K通過(guò)導(dǎo)線與串聯(lián)電池組的中心端O連接；G是用于測(cè)量光電流

7、的電流計(jì). 已知當(dāng)某一特定頻率的單色光通過(guò)窗口照 射電極K時(shí)，能產(chǎn)生光電子.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)接頭處在某一 點(diǎn)P時(shí)，可以測(cè)到光電流，當(dāng)滑動(dòng)頭向右移動(dòng)時(shí)，G的示數(shù)增大，使滑動(dòng)頭繼續(xù)緩慢向右不斷移動(dòng)時(shí)，電流計(jì)G的示數(shù)變化情況是：.當(dāng)滑 動(dòng)變阻器的滑動(dòng)接頭從 P點(diǎn)緩慢向左不斷移動(dòng)時(shí)，電流計(jì) G的示數(shù)變化情況是：.若測(cè)得用頻率為Y1的單色光照射電極K時(shí)的遏止電壓為V1,頻率為Y 2的單色光照射電極時(shí)的遏止電壓為V2,已知電子的電荷量為e,則普朗克常量h=,金屬電極K的逸出功 W0三、計(jì)算題.計(jì)算題的解答應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要的演算步驟，只寫(xiě)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

8、寫(xiě)出數(shù)值和單位.11. （18分）如圖所示，一根跨越一固定的水平光滑細(xì)桿的柔軟、不可伸長(zhǎng)的輕繩，兩端各系一個(gè)質(zhì)量相等的小球A和B,球A剛好接觸地面，球 B被拉到與細(xì)桿同樣高度的水平位置，當(dāng)球B到細(xì)桿的距離為 L時(shí)，繩剛好拉直.在繩被拉直時(shí)釋放球 B,使球B從靜止開(kāi)始向下擺動(dòng).求球A剛要離開(kāi)地面時(shí)球 B與其初始位置的高度差.12. （20分）一段橫截面積 S=1. 0mm2的銅導(dǎo)線接入直流電路中，當(dāng)流經(jīng)該導(dǎo)線的電流I=1. 0A時(shí)，該段銅導(dǎo)線中自由電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速度u為多大？已知，每個(gè)銅原子有一個(gè)“自由電子” ，每個(gè)電子的電荷量e= 1. 6 X 10 19c；銅的密度p =8. 9g/cm

9、3,銅的摩爾質(zhì)量 科=64g/mol.阿伏枷德羅常量 N0 =6. 02X 1023moi 1.13. （20分）電荷量分別為 q和Q的兩個(gè)帶異號(hào)電荷的小球 A和B （均可視為點(diǎn)電荷），質(zhì)量分別為 m和 M ,初始時(shí)刻，B的速度為0, A在B的右方，且與 B相距L0, A具有向右的初速度 v0,并還受到一向右 的作用力f使其保持勻速運(yùn)動(dòng)，某一時(shí)刻，兩球之間可以達(dá)到一最大距離.i .求此最大距離.ii .求從開(kāi)始到兩球間距離達(dá)到最大的過(guò)程中f所做的功.14. （20分）由雙原子分子構(gòu)成的氣體，當(dāng)溫度升高時(shí)，一部分雙原子分子會(huì)分解成兩個(gè)單原子分子，溫 度越高，被分解的雙原子分子的比例越大，于是整個(gè)

10、氣體可視為由單原子分子構(gòu)成的氣體與由雙原子分子T/KW731473p/Pa2. 099 x 1054. 120 x 10,構(gòu)成的氣體的混合氣體.這種混合氣體的每一種成分氣體都可視作 理想氣體.在體積 V = 0. 045m3的堅(jiān)固的容器中，盛有一定質(zhì)量 的碘蒸氣，現(xiàn)于不同溫度下測(cè)得容器中蒸氣的壓強(qiáng)如下：試求溫度分別為1073K和1473K時(shí)該碘蒸氣中單原子分子碘蒸氣 的質(zhì)量與碘的總質(zhì)量之比值.已知碘蒸氣的總質(zhì)量與一個(gè)摩爾的雙原子碘分子的質(zhì)量相同，普適氣體常量R= 8. 31J mol 1 - K 115. （20分）圖中L是一根通電長(zhǎng)直導(dǎo)線，導(dǎo)線中的電流為I. 一電阻為R、每邊長(zhǎng)為2a工 tO

11、的導(dǎo)線方框，其中兩條邊與 L平行，可繞過(guò)其中心并與長(zhǎng)直導(dǎo)線平行的軸線OO'轉(zhuǎn)動(dòng)，軸線與長(zhǎng)直導(dǎo)線相距 b, b>a,初始時(shí)刻，導(dǎo)線框與直導(dǎo)線共面.現(xiàn)使線框以恒定的角速 度3轉(zhuǎn)動(dòng)，求線框中的感應(yīng)電流的大小.不計(jì)導(dǎo)線框的自感.已知電流I的長(zhǎng)直導(dǎo)線在距導(dǎo)線r處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 k-,其中k為常量.rof16. （20分）一質(zhì)量為m = 3000kg的人造衛(wèi)星在離地面的高度為 H= 180 km的高空繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)， 那 里的重力加速度 g = 9. 3m- s 2.由于受到空氣阻力的作用，在一年時(shí)間內(nèi)，人造衛(wèi)星的高度要下降4H=0. 50km.已知物體在密度為 p的流體中以速度 v運(yùn)

12、動(dòng)時(shí)受到的阻力 F可表示為F=- p ACv2,式中A2是物體的最大橫截面積，C是拖曳系數(shù)，與物體的形狀有關(guān).當(dāng)衛(wèi)星在高空中運(yùn)行時(shí)，可以認(rèn)為衛(wèi)星的拖曳系數(shù)C=l,取衛(wèi)星的最大橫截面積 A=6. 0m2,已知地球的半徑為 R0 = 6400km.試由以上數(shù)據(jù)估算衛(wèi) 星所在處的大氣密度.第29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.答案:1. D 2. C3. B 4. AC 5. CD評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):本題共5小題，每小題6分.每一小題中，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.二、填空題和作圖題.答案與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：6 .（共6 分）82 （ 3 分） 206 （3

13、分）7 .（共10分）i.6 （7分）ii.如圖（3分）8.-gv （10 分）11119.（共10分）(M + m)承y(M + m) 2,(5分)(5分)10 .（共16分）逐漸增大，最后趨向一恒定值.（4分） 逐漸減小，最后變到零.（4分） e 9（4分）叫也"分） 也 f“if三、計(jì)算題.11 .參考解答：設(shè)球A剛要離地面時(shí)聯(lián)結(jié)球B的繩與其初始位置的夾角為 8,如圖所示，這時(shí)球B的速度為繩對(duì)球B的拉力為T(mén),根 據(jù)牛頓定律和能量守恒，有T - mgsin。= m - cmglsinO當(dāng)A球剛要離開(kāi)地面時(shí)，有T = mg以八表示所求的高度差，則有h = lainO由（1）、（2）

14、、（3）、（4）四式得h =評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：本題共18分.（1）、（2）式各6分，（3）、（5）式各3分.物理競(jìng)賽預(yù)賽卷參考解答與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)第1頁(yè)(4)12.參考解答：設(shè)單位體積中自由電子數(shù)為幾，則有而(1)由以上兩式得山U - MN。代人己知數(shù)據(jù)得u =1.5 x 105m , s(4)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：本題20分.(1)式6分，(2)式8分，(3)式2分，(4)式4分.13 .參考解答：解法一i .由于A球始終以恒定的速度運(yùn)動(dòng)，故隨A球一起運(yùn)動(dòng)的參考系9為慣性系.在參考系夕中，因A球靜止，故作用于A球的外力/不做功，A、B兩球構(gòu)成的系 統(tǒng)的能量守恒.當(dāng)兩球間的距離為時(shí)，B球以初速度處向左運(yùn)動(dòng)，隨著B(niǎo)球遠(yuǎn)離

15、A球, 其動(dòng)能在庫(kù)侖力作用下逐漸變小，兩球的靜電勢(shì)能增大，當(dāng)B球動(dòng)能減少到0時(shí)，A、B 間距達(dá)到最大值L由能量守恒定律有華=；蛔華(1)解得I -2他4(2)ii .為了計(jì)算變力/作的功，應(yīng)回到初始時(shí)B球相對(duì)它靜止的參考系S來(lái)考察問(wèn)題 相對(duì)S系，當(dāng)兩球間的距離為“時(shí)，A球的速度為, B球的速度為0；當(dāng)兩球的速度相 等時(shí)，兩球間距離達(dá)到最大值，由功能關(guān)系，在這過(guò)程中，變力/的功卯二/(M + mM - * 和-k 華(3)由(2)、(3)兩式得卯二Mu；(4)解法二在開(kāi)始時(shí)B球相對(duì)它靜止的參考系S中來(lái)考察問(wèn)題.初始時(shí)，A球的速度為, B球 的速度為0,當(dāng)兩球間距離達(dá)到最大值時(shí)，兩球的速度相等，都

16、是。°,根據(jù)動(dòng)量定理和 功能關(guān)系有J = (m+M)v0 -mv0(1)/Lu式中J和即分別是在所考察過(guò)程中變力，的沖量和功.在所考察過(guò)程中某一時(shí)間間隔A4 內(nèi)，£的沖量為AL在所考察的過(guò)程中，一的總沖量J=3 = ZfM(3)1I在A4時(shí)間內(nèi)，A球的位移Asj力工做的功為=工3人與，在所考察的過(guò)程中，/的總功卯=ZA% =(4)tI由以上四式得喈-i雨+喈由(5)式得2kQqlo”-2kQq.M由。把(6)式代入(2)式得W =(7)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：本題20分.解法一(2)、(4)式各 10 分.解法二(6)、(7)式各 10 分.14 .參考解答：以m表示碘蒸氣的總質(zhì)量，人表

17、示蒸氣的溫度為T(mén)時(shí)單原子分子的碘蒸氣的質(zhì)量, 小、也分別表示單原子分子碘蒸氣和雙原子分子碘蒸氣的摩爾質(zhì)量，小、p2分別表示容器 中單原子分子碘蒸氣和雙原子分子碘蒸氣的分壓強(qiáng)，則由理想氣體的狀態(tài)方程有7711 pxV = RTMl771-771.p2V =-RT從2其中，R為理想氣體常量.根據(jù)道爾頓分壓定律，容器中碘蒸氣的總壓強(qiáng)P滿(mǎn)足關(guān)系式P=Pl +P2叫a =-m為單原子分子碘蒸氣的質(zhì)量與碘蒸氣的總質(zhì)量的比值，注意到1從】二萬(wàn)生(1)(4)(6)由以上各式解得代人有關(guān)數(shù)據(jù)可得，當(dāng)溫度為1073K時(shí), a =0.06當(dāng)溫度為1473K時(shí), 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：本題20分.、（2）、（3）、（6） 式各4

18、分，（7）、（8）式 各2分.15 .參考解答：當(dāng)線框繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò) 行的角度時(shí)，其位置如 圖1所示，俯視圖如圖2 所示.當(dāng)線框以角速度3繞 。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線框與軸線 平行的兩條邊的速度都是 %且a =0. 51圖1V =皿L中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在這兩條邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B'=k注意到以及由以上各式得& = 2Bavsna + 2B/avsina,sinG sin (tt - a) singr b bsin/ sin (f - a') sina'= b =br2 = a2 + 62 - 2abcos0r,2 = a2 + 62 + 206 cos(4)(6)式中r

19、和分別為這兩條邊到L的距離.線框的兩條邊的速度v的方向與B和力的方向間 的夾角分別為a和a'.由電磁感應(yīng)定律，線框的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為物理競(jìng)賽預(yù)賽卷參考解答與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 第7頁(yè) 共6頁(yè)singta2 + 62 - 2abco3a)t a2 + 62 + 206coMt由歐姆定律得線框中的感應(yīng)電流(10)由(9)、(10)兩式得(11) 2版？如/11 .1 R a2 + b2 -2abcosct)t a2 + Z>2 + 2abcos(otj3iTUt) 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：本題20分.(1)式 2 分，(4)式 8 分，(5)、(6)、(7)、(8)式各 1 分，(10)式 2 分, (11)式4分.16.參考解答:設(shè)一年前、后衛(wèi)星的速度分別為外、%,根據(jù)萬(wàn)有引力定律和牛頓定律有(1)式中C為萬(wàn)有引力恒量，M為地球的質(zhì)量，曷和此分別為一年前、后衛(wèi)星軌道的半徑，即Ri=Ro+H(3)R2=R0+H-AH(4)衛(wèi)星在一年時(shí)間內(nèi)動(dòng)能的增量由(1)、(2)、(5)三式得/=上而傳/由(3)、(4)、(6)式可知，AEk>0,表示在這過(guò)程中衛(wèi)星的動(dòng)能是增加的.在這過(guò)程中衛(wèi)星引力勢(shì)能的增量AEP = -GMm(7)A£P<0,表示在這過(guò)程中衛(wèi)星