第02屆全國高中應(yīng)用物理知識競賽北京賽區(qū)決賽

1、第二屆全國高中應(yīng)用物理知識競賽（同方創(chuàng)新杯）北京賽區(qū)決賽試卷注意事項(xiàng)：1請?jiān)诿芊饩€內(nèi)填寫所在區(qū)縣、學(xué)校、姓名和考號。2用藍(lán)色或黑色鋼筆、圓珠筆書寫。3答卷過程中可以使用普通型計(jì)算器。4本試卷共有十個(gè)題，總分為150分。5答卷時(shí)間：2007年4月22日（星期日）上午9：3011：30。題號12345678910總分分?jǐn)?shù)復(fù)核人得分評卷人1（9分）普通的量角器測量角度一般只能讀出1°，專用的角度尺則可借助游標(biāo)實(shí)現(xiàn)精密測量。從圖1(a)可以看出：這種角度尺上，與游標(biāo)尺的一個(gè)分度所對應(yīng)的主尺上的角度值為 ，因此借助游標(biāo)能夠讀出的最小角度值為 。測量某個(gè)角度時(shí)游標(biāo)的位置如圖1(b)，則所測的角度

2、值為 。圖 1得分評卷人圖 12（15分）交流電的測量中，常使用電流互感器來擴(kuò)大交流電流表的量程，使用電壓互感器來擴(kuò)大交流電壓表的量程，并且可以將被測量的高壓電路隔離，以保證操作人員的安全，如圖2所示。在這種特定的情況下，互感器都可以看作理想的變壓器。為了制造的標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)定電流互感器的副線圈一律連接量程為0 5A的電流表，電壓互感器副線圈一律連接量程為0 100V的電壓表。T2n1n2n2n1T1請回答下面的問題：（1）圖中互感器T1 、T2的工作原理都遵守同一個(gè)基本的電學(xué)規(guī)律，即 定律。（2）圖中電表M1應(yīng)為 ；M2應(yīng)為 。（在下面4個(gè)答案中選擇正確的，將對應(yīng)的字母填入方括號內(nèi)）A直流電流表

3、， B交流電流表， C直流電壓表， D交流電壓表。（3）設(shè)圖中互感器T1的兩個(gè)線圈的匝數(shù)比n1 : n2 = 40 : 1，當(dāng)它所連接的電表讀數(shù)恰好為1/2量程時(shí)，則被測電路中的被測物理量的數(shù)值是 。（4）設(shè)圖中互感器T2的兩個(gè)線圈的匝數(shù)比n1: n2 = 1: 50 ，當(dāng)它所連接的電表讀數(shù)恰好為1/2量程時(shí)，則被測電路中的被測物理量的數(shù)值是 。 得分評卷人3（12分）某公司要在地鐵隧道黑暗的墻壁上安裝廣告牌。為使高速運(yùn)行中的列車上的乘客能看清廣告內(nèi)容，需要特殊的設(shè)計(jì)。在兩地鐵站中間的列車勻速行駛路段布置一系列同樣大小的廣告牌，它們水平排列，高度一樣，畫面均由許多發(fā)光二極管組成，并由專門的電子

4、電路控制。每個(gè)廣告牌 高0.60m、寬0.90m，相鄰兩廣告牌的間距都是0.21m，當(dāng)列車在上述路段行駛的速度是60km/h時(shí)，車上的乘客可看清隧道墻壁上播放的廣告動畫（當(dāng)然也可以是靜止的畫面）。（1）簡述產(chǎn)生上述視覺效果的原理。（2）計(jì)算發(fā)光二極管應(yīng)按照怎樣的規(guī)律發(fā)光。得分評卷人R2D1D2R3R4R5R1GiittttiiABCD0000K圖 34（9分）圖3所示是多用表內(nèi)交流電壓擋的實(shí)際電路。共有5擋量程：2.5V、10V、50V、250V、500V，G是直流微安表頭。請回答下面的問題：圖 4（1）由圖可知滑動鍵K與觸點(diǎn)“2”接觸時(shí)，選用的是量程為 的交流電壓擋。（2）二極管D1起的作用

5、是 。（3）用該表測量正弦交流電時(shí)，通過表頭G的電流圖象應(yīng)為圖4所示的A、B、C、D中的 圖。圖 4得分評卷人圖5RTR1R2R3PQUACR4ABDBCBAEBSB5（15分）用熱敏電阻制作的一種熱敏溫度計(jì)電路如圖5所示。圖中RT為熱敏電阻（其阻值隨溫度的升高而減小，并且不是線性關(guān)系），R1、R2為定值電阻， R3、R4為可調(diào)電阻， E為干電池，A為指針式直流電流表（量程0 200A ，其內(nèi)阻與R1、R2、R3、RT都在同一數(shù)量級）。用電流表顯示由熱敏電阻所測量的溫度值，設(shè)定測量范圍為10 90。要借助一支標(biāo)準(zhǔn)的水銀溫度計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)對這個(gè)熱敏溫度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)（標(biāo)定），用電流表上的0A顯示10，

6、200A 顯示90。請回答下面的問題：(1) 校準(zhǔn)10的操作是：將熱敏電阻和標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)同時(shí)放入水中，并調(diào)節(jié)水的溫度，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)指示10時(shí)，接通開關(guān)S，調(diào)節(jié)電路中的元件 （填入某個(gè)元件的字母符號），使得 。(2) 校準(zhǔn)90的操作是：將熱敏電阻和標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)同時(shí)放入水中，并調(diào)節(jié)水的溫度，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)指示90時(shí)，接通開關(guān)S，調(diào)節(jié)電路中的元件 （填入某個(gè)元件的字母符號），使得 。(3)上述第1項(xiàng)操作起的作用是 ；第2項(xiàng)操作起的作用是 。（在下面4個(gè)答案中選擇正確的，將對應(yīng)的字母填入方括號內(nèi)）A改變A、C兩點(diǎn)間的電壓UAC，從而改變通過電流表的電流。B改變RT與R3這兩個(gè)電阻的比值，從而使B、D兩點(diǎn)間的

7、電壓UBD = 0。C使流過支路ABC和支路ADC中的電流大小相等。D使R3 與RT阻值相等。(4)上述兩項(xiàng)操作，必須先進(jìn)行第 項(xiàng) ，并且在進(jìn)行另一項(xiàng)時(shí)，必須保持元件 的阻值不變。(5)電流表兩個(gè)接線端的極性，必須是P為 、Q為 ，理由是： 。a+bSAVCR2R1E-+圖 6+得分評卷人6（15分）一種觀測電容器充、放電實(shí)驗(yàn)的電路如圖6所示。圖中A、V分別為電流、電壓傳感器，滑動變阻器R1 規(guī)格為50，電阻箱R2 取值4000。實(shí)驗(yàn)中，用電流傳感器、電壓傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)自動測量、記錄電容器充、放電過程中一系列時(shí)刻的電流、電壓值，并由計(jì)算機(jī)描繪出電流I、電壓U隨時(shí)間t變化的圖象。實(shí)驗(yàn)

8、時(shí)，單刀雙擲開關(guān)S 原來與觸點(diǎn)b接觸。開始采集數(shù)據(jù)后，先將S與觸點(diǎn)a接觸幾十秒，然后改為與b接觸幾十秒。圖7(a)、圖7(b)所示是測量某電容器所得到圖象的一部分。當(dāng)電壓和電流的方向與傳感器的極性一致時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)位于圖象坐標(biāo)縱軸的正方向。請回答下面的問題：圖 7(a)圖 7(b)0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 t/s0 5 10 15 20 25 30 35 t/sI/mAU/V1.51.0-1.00-0.5-1.50.564-40-2-6 2 (1) 圖7(a)是 過程的圖象（填：充電或放電），圖7(b)是 過程的圖象（填：充電或放電）。（2）由題中給出的圖線估算實(shí)驗(yàn)所

9、測量的電容器的電容量。寫出必要的過程，并說明計(jì)算的依據(jù)。得分評卷人 a 初始平衡時(shí) b 附身飲水時(shí) 圖9圖87（15分）“飲水鳥”是一種有趣的玩具，相傳是我國古代人發(fā)明的，外形像一只鳥（圖8是一個(gè)現(xiàn)代仿制品）。它的神奇之處在于，它會不停地前后擺動身體，并且每過一段時(shí)間就俯下身去喝一次面前放的一杯水?，F(xiàn)在制造的“飲水鳥”的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9（a）所示。鳥主體由兩個(gè)空心薄壁玻璃球和連通兩球的玻璃管構(gòu)成，他們是密封的。上部的球是鳥的頭。它的嘴是一根細(xì)管，內(nèi)部填有棉線，棉線與包裹著頭部的棉布相連。下部的球是鳥的身體，其腔內(nèi)充入一些易揮發(fā)的液體（如乙醚）和它的飽和汽。連接頭和身體的管延伸到下部球的腔內(nèi)，液體

10、浸過了管的末端。鳥身上合適的位置安裝水平的細(xì)軸來支承，可以自由轉(zhuǎn)動。當(dāng)它不工作而處于平衡狀態(tài)時(shí)如圖9（a）所示，鳥身略為向前傾斜。初始時(shí)，用手讓鳥低頭飲一次水（即讓鳥嘴碰到水面吸些水，如圖9（b）所示），釋放后，鳥會立起身來做小幅度的擺動，經(jīng)過片刻，鳥便會自行俯下身去再次飲水，此后又重復(fù)上述過程，很像是一臺“永動機(jī)”。已知液體的飽和汽的壓強(qiáng)是隨溫度的升高而增大的，與汽的體積無關(guān)。請用此和其他相關(guān)的知識解釋“飲水鳥”的工作原理，并說明它為什么不是第一類永動機(jī)。得分評卷人圖10R2R1CADYEBK8（22分）圖10是一個(gè)簡單的自動延時(shí)電路。IC為一個(gè)具有“非”邏輯功能的集成電路，其功能是：相對于

11、地（B點(diǎn)），當(dāng)其輸入端A的電勢UA上升到1.6V時(shí)，輸出端Y的電勢UY會突然下降到0.2V；而當(dāng)UA下降到0.8V時(shí)，UY則會突然上升到 3.4V 。LED為紅色發(fā)光二極管，當(dāng)加給它的正向電壓 1.8V時(shí)才會發(fā)光，正常發(fā)光時(shí)通過的額定電流為10mA。K為按鈕開關(guān)，用手按下時(shí)開關(guān)接通，放手后則自動斷開。C為100F的電解電容器，R1為20k的定值電阻。請回答下面的問題：（1）簡要說明電路的“延時(shí)”工作原理。（取E = 5.0V。分析時(shí)，忽略通過集成電路輸入端A的電流 ）。先說明初始K斷開時(shí)電路的狀態(tài)（即電容器中的電荷、UA、UY、LED是否發(fā)光等），再說明按下K時(shí)電路狀態(tài)的變化，然后說明斷開K后

12、電路狀態(tài)的變化和最終的狀態(tài)。最后指出自動延長的是哪一段時(shí)間。 （2）若要加長“延時(shí)”的時(shí)間，應(yīng)當(dāng)改變電路中哪個(gè)或哪幾個(gè)元件的參數(shù)？ 怎樣改變？ （3）估算與發(fā)光二極管串聯(lián)的限流電阻R2應(yīng)取的阻值。（4）你設(shè)想這種電路可能有什么應(yīng)用（舉出一個(gè)例子即可）。得分評卷人9（15分）液體溫度計(jì)是常見的測溫儀器，多用水銀和酒精作為測溫液體。有一本書中寫道：“由于水銀的比熱容遠(yuǎn)小于酒精的比熱容，因此在其他條件相同的情況下，使用水銀作測溫液體，測量溫度時(shí)從被測物體處吸收的熱量比較少，即對被測物體的影響較小，因此測量較準(zhǔn)確?！睆埑赏瑢W(xué)對此產(chǎn)生了疑問，他查找了有關(guān)水銀和酒精的有關(guān)資料，列在下面表格中：顏色沸點(diǎn)/熔

13、點(diǎn)/比熱容/kJ·kg-1·K-1體脹系數(shù)/10-3-1粘度/10-4Pa·s表面張力/10-3 N·m-1密度/103kg·m-3水銀銀白356-38.80.140.18215.646513.6酒精無色78. 5-117.32.431.1012.022.80.791（1）請你幫他通過計(jì)算說明上述說法是否正確。（2）請根據(jù)上述資料以及其他有關(guān)的知識，分析水銀溫度計(jì)和酒精溫度計(jì)各有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？得分評卷人lACsv0hCB圖1110（23分） 圖11所示為某運(yùn)動員用背越式跳高的示意圖（為簡化問題起見，可不考慮運(yùn)動員沿橫桿方向上的分運(yùn)動）。他經(jīng)過

14、助跑后的起跳點(diǎn)為圖中的A點(diǎn)，A點(diǎn)與橫桿B間的水平距離為s。運(yùn)動員身高為l，身體的質(zhì)心C點(diǎn)假設(shè)恰位于身體的正中位置。他背對橫桿起跳離地的瞬間，身體可看作一條直線，與地面成角，此時(shí)腳端的速度方向與身體在一直線上，而質(zhì)心C點(diǎn)的速度大小為v0, 方向與地面成角（角小于角）。在他的身體到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，質(zhì)心C點(diǎn)恰位于橫桿的正上方，離地高度為h，且此時(shí)身體可看成為一條水平直線（把運(yùn)動員身體在跳起后在空中運(yùn)動的過程中當(dāng)作剛體處理），如圖所示。（1）試說明質(zhì)心C點(diǎn)離地后的運(yùn)動軌跡為什么與斜拋物體的運(yùn)動軌跡相同。（2）若身高為1.90m的運(yùn)動員要躍過2.00m的橫桿，也就是使身體的質(zhì)心最高升高到約h=2.20m的高

15、度，起跳點(diǎn)A與橫桿B間的水平距離s應(yīng)為多少？實(shí)際跳高中，很接近90º，為了簡化，計(jì)算時(shí)可以把取為90º來近似計(jì)算。第二屆全國高中應(yīng)用物理知識競賽北京賽區(qū)決賽答案與評分標(biāo)準(zhǔn)20074221. （本題9分）角度游標(biāo)：1°55 （3分） 5 （3分） 7°20（3分）2. （本題15分）（1） 法拉第電磁感應(yīng) 。（3分）（2） M1應(yīng)為D（3分）；M1應(yīng)為B （3分）。（3） 2000 V。（3分）（4） 125 A。（3分）3（本題12分）答案：（1）利用人眼睛的視覺暫留現(xiàn)象。電路控制畫面使其按一定頻率閃亮。每次閃亮?xí)r，所有畫面都同時(shí)顯示同樣的內(nèi)容。當(dāng)列車車

16、廂內(nèi)靜止的乘客經(jīng)過其中一個(gè)廣告牌時(shí)，畫面閃亮一次，而當(dāng)他經(jīng)過下一個(gè)廣告牌時(shí)，恰好又閃亮一次。如此繼續(xù)下去，乘客就會感覺到廣告牌好像是“靜止”的，從而能看清廣告畫面的內(nèi)容了。若畫面隨時(shí)間一次次(一幀幀)播放的內(nèi)容相同，則乘客會看到靜止的畫面；而若畫面一次次播放的內(nèi)容隨時(shí)間逐漸改變，則乘客會看到動畫。 （6分）（2）列車勻速行駛的速度為v=60km/h=16.7m/s相鄰兩廣告牌上同一位置的距離s=(0.90+0.21)m=1.11m則發(fā)光二極管閃亮的頻率f=Hz =15Hz （6分）參考圖：討論：上述答案是在閃亮周期 T = 的情況下，有最佳的視覺效果。其實(shí)在T / = nT ，n = 2、3、

17、4 （即 、 ）的條件下，也可以看到“靜止”的畫面，但閃爍感更厲害。4. （本題9分）（1）10V （3分） （2）整流 （3分） （3）D （3分） 5. （本題15分）（1）R3（1分），微安表的示值為零 （2分） （2）R4（1分） ，微安表的示值達(dá)到滿量程（2分）（3）B（2分），A（2分） （4）1（1分）， R3（1分） （5）負(fù)，正（1分），在測量的溫度高于10時(shí)，電路中D點(diǎn)的電勢低于B點(diǎn)。（2分）6（本題15分）（1）充電（3分），放電（3分） （2） 由圖2中曲線與兩個(gè)坐標(biāo)軸圍成的曲邊梯形面積可求出電容器充入的電量Q，由圖3可讀出開始放電時(shí)電容器上的電壓，即充電達(dá)到的電壓U。

18、圖2中，每個(gè)小格對應(yīng)的時(shí)間為2.5s ，電流為0.1mA ，數(shù)出代表Q值的圖形面積約為46小格，依據(jù)Q = It ，求出總電量Q = 46×0.1×10 -3×2.5C = 0.0115C 。由圖3可知U = 6.0V。依據(jù)C=Q/U，求出C =(0.0115/6.0)F= 0.00192F = 1.92×10 3F。 計(jì)算結(jié)果在1920±300F 范圍內(nèi)均正確。（9分）7（本題15分）解答：起初，小鳥“飲水”“時(shí)，水因毛細(xì)作用經(jīng)棉芯細(xì)管到包裹鳥頭部的棉布，水份在布上蒸發(fā)吸熱，使頭部玻璃腔內(nèi)的蒸氣變冷，從而使“頭”中的蒸汽壓減小，于是“腹”中的

19、蒸汽壓迫液體流向頭部（圖9（a）。當(dāng)小鳥整體的重心移到支點(diǎn)之上時(shí)，鳥失去平衡，于是就低頭“飲”水。當(dāng)小鳥俯身“飲水”時(shí)，小鳥的身體接近水平狀態(tài)（圖9（b），“腹腔”內(nèi)的蒸汽與頭部蒸汽連通，頭部與”腹部”的蒸汽壓平衡。由于重力作用液體流回“腹腔”中，使小鳥起身。以后便反復(fù)上述過程。 （10分）鳥的動能是由周圍空氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化的，因此不是第一類永動機(jī)。 （ 5分）8（本題22分）答案：（1）初始狀態(tài)下，電容器C中沒有儲存電荷，UA = 0 ，則UY = 3.4V 。那么DY兩點(diǎn)間的電壓只有5.0-3.4 = 1.6V，所以LED不發(fā)光。按下開關(guān)，K接通，則電容器C迅速被充電，UA變?yōu)?.0V，則UY

20、 跳變?yōu)?.2V 。于是DY兩點(diǎn)間的電壓變?yōu)?.8V，LED就發(fā)光了。放手后，K斷開。于是電容器C通過電阻R1開始緩慢地放電過程，使UA 從5.0V緩慢地下降，當(dāng)它降到0.8V之前，IC的狀態(tài)保持不變，LED繼續(xù)發(fā)光。當(dāng)UA 降到0.8V時(shí)，則UY 就跳變?yōu)?.4V ，于是LED熄滅。這個(gè)電路的作用是，K斷開后LED 不會立即熄滅，自動延長了K斷開后LED繼續(xù)發(fā)光的時(shí)間。 （10分）（2）加大C的電容 ，或加大R1的電阻，也可兩者都加大。 （4分）（3）R2 =（5.0 0.2 - 1.8）/ 0.01= 300 。 （4分）（4）控制公共通道的照明燈，洗印照片時(shí)控制曝光時(shí)間，家用電器的定時(shí)工作控制或定時(shí)報(bào)警。其他合理的設(shè)想也可以。 （4分）9（本題15分）答案：（1）“其他條件相同” 應(yīng)理解為使用同一個(gè)玻璃外殼制作的溫度計(jì)，內(nèi)部使用水銀或酒精作測溫液體。設(shè) 測溫液體的體積同為V，則內(nèi)部液體的質(zhì)量分別為m