高中物理：第27屆全國物理預(yù)賽

1、第27屆全國中學(xué)生物理競賽預(yù)賽題試卷選擇題。本題共7小題.每小題6分.在每小題給出的4個選項(xiàng)中.有的小題只有一 項(xiàng)是正確的，有的小題有多項(xiàng)是正確的。把正確選項(xiàng)前面的英文字母寫在每小題后面的方括 號內(nèi)。全部選對得6分，選對但不全的得3分，有選錯或不答的得O分。若質(zhì)點(diǎn)做直線運(yùn)動的速度V隨時間/變化的圖線如圖1所示，則該質(zhì)點(diǎn)的位移s (從/= O開始)隨時間變化的圖線可能是圖2中的哪一個？( )燒杯內(nèi)盛有0C的水，一塊0C的冰浮在水面上，水而正好在杯口處。最后冰全部熔解成 (TC的水，在這過程中()無水溢出杯口，但最后水而下降了(B)有水溢岀杯口，但最后水面仍在杯口處(C)無水溢出杯口，水而始終在杯

2、口處(D)有水溢出杯口，但最后水而低于杯口3如圖所示，a和b是絕熱氣缸內(nèi)的兩個活塞，他們把氣缸分成甲和乙兩部分，兩部分中都封有等量的理想氣體。A是導(dǎo)熱的，F(xiàn)n 7W 甲乙其熱容疑可不計(jì)，與氣缸壁固連，b是絕熱的，可在氣缸內(nèi)無摩一啟擦滑動，但不漏氣，其右方為大氣。圖中K為加熱用的電爐絲， 開始時，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，兩部分中氣體的溫度和壓強(qiáng)都相同?，F(xiàn)接通電源，緩慢加熱一 段時間后停止加熱，系統(tǒng)又達(dá)到新的平衡，則()甲、乙中氣體的溫度有可能不變甲、乙中氣體的壓強(qiáng)都增加了甲、乙中氣體的內(nèi)能的增加量相等電爐絲放出的總熱量等于甲、乙中氣體增加內(nèi)能的總和一杯水放在粘性上加熱燒開后，水而上方有“白色氣”：夏天

3、一塊冰放在桌面上，冰的上 方也有白色氣”。()前者主要是由杯中水變來的“水的氣態(tài)物質(zhì)”前者主要是由杯中水變來的“水的液態(tài)物質(zhì)”后者主要是由冰變來的水的氣態(tài)物質(zhì)”后者主要是由冰變來的“水的液態(tài)物質(zhì)”如圖所示，電容量分別為C和2C的兩個電容器a和b串聯(lián)接在電 動勢為E的電池兩端充電，達(dá)到穩(wěn)左后，如果用多用電表的直流電壓擋 V接到電容器a的兩端(如圖)，則電壓表的指針穩(wěn)泄后的讀數(shù)是( )(A) E/3(B) 2E3(C) E (D) 0已知頻率為g波長為2的光子的能E=hv.動量為P=也,式中力為普朗克常:,則 光速C可表示為()(A) PIE(B) Eip(C) EP (D) EIlP2某種核X經(jīng)

4、過衰變后變?yōu)楹薡,再經(jīng)過卩衰變后變?yōu)楹艘壹碭 CdY fZ,下列關(guān)系中正確的是（）（A） a=e+4（B） c = e（C） d=f-l（D） b=f2二.填空題。把答案填在題中的橫線上或題中指定的地方。只要給出結(jié)果，不需寫出求得的 過程。（12分）選擇合適的衛(wèi)星發(fā)射地發(fā)射衛(wèi)星，對提高運(yùn)載效率、節(jié)省燃料等方而都有影響 （特別是對同步衛(wèi)星的發(fā)射）。如果在地球表而緯度為處發(fā)射一顆繞地球表面運(yùn)行的人造衛(wèi)星，假設(shè)地球可視為質(zhì)量均 勻分布的球體，已知地球自轉(zhuǎn)的角速度為0,地球半徑為R，地球表而處的重力加速度為g， 衛(wèi)星質(zhì)呈:為加，則至少要給衛(wèi)星的能量為,設(shè)重力加速度g=9.80ns2,地球半徑=6.41

5、06m,衛(wèi)星質(zhì)m=1.00103kg,若發(fā)射地在酒泉,其緯度為北緯40度58 分，則所需的能量為J，若發(fā)射地在文昌，其緯度為北緯19度19分，則所需的能量為Jo（18分）圖中所示為一球心在O點(diǎn)的不帶電的固泄的導(dǎo)體球，A、 B. C是球外三點(diǎn).與球心O在同一平面內(nèi)，三點(diǎn)的位置OAB和OBC 都為等邊三角形，當(dāng)把一表而均勻帶正電的塑料小球的球心放在A點(diǎn) 時（如圖所示），已知此時A、B、C三點(diǎn)的電勢分別為S、Ub、UCO 現(xiàn)把另外兩個與放在A點(diǎn)的小球完全相同的帶正電的塑料小球分別放 在B點(diǎn)和C點(diǎn)，已知導(dǎo)體球上感應(yīng)電荷的分布可看作是各塑料小球單 獨(dú)存在時所產(chǎn)生的感應(yīng)電荷分布的疊加。此時，BA兩點(diǎn)間的電

6、勢差Ub,-UAf=, BC兩點(diǎn)間的電勢差Ub,-Ucf= AC兩點(diǎn)間的電勢差UAt-UCf=J如果在上而的情況下，把導(dǎo)體球移到電場以外，則BA兩點(diǎn)間的電勢差將（填“增大S “減小”或“不變O BC兩點(diǎn)間的電勢差將（填“增大J “減小”或“不變5 AC兩點(diǎn)間的電勢差將 （填“增大S “減小”或10（10分）用圖示電路測得的數(shù)據(jù)可畫岀小燈泡的伏安特性圖線，小燈泡L的額泄功率 為3.6W,額左電壓為6V.電源E的電動勢為IOV,內(nèi)阻不計(jì)，滑動變阻器A的全電阻約為 200通過調(diào)Yj滑動變阻器，可以調(diào)節(jié)通過L的電流，電流Z由電流表A讀出，燈泡兩端 的電壓D由電壓表V讀出。根據(jù)測雖:數(shù)據(jù)可在方格紙上畫岀

7、在測量范圍內(nèi)小燈泡的伏安特 性圖線，所畫岀的圖線可能是下圖中的哪一個？答：“11（12分）圖1中的M、N為處在勻強(qiáng)磁場中的兩條位于同一水平而內(nèi)的平行長導(dǎo)軌， 一端串接電阻慮，磁場沿豎直方向，ab為金屬桿，可在導(dǎo)軌上無摩擦滑動，滑動時保持與導(dǎo) 軌垂直，桿和導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，現(xiàn)于導(dǎo)軌平面內(nèi)沿垂直于ab方向?qū)U施一恒力F,使桿從 靜止岀發(fā)向右運(yùn)動，在以后的過程中，桿速度的大小V、加速度有大小a、力F沖雖的大小 I、以及慮上消耗的總能量E隨時間r變化的圖線，分別對應(yīng)于圖2中哪一條圖線？把代表 該物理量的符號填在你所選定圖線的縱坐標(biāo)處的方框中。（9分）右圖為“用雙縫干涉測量光的波長”實(shí)驗(yàn)裝宜的示意圖。圖中

8、SO為狹縫，SHS?為雙狹縫，S為觀察屏。當(dāng)用單色光（以 表示英波長）從左方照射狹縫SO時，由雙狹縫 Su S2射岀的光是相干光，可在觀察屏S上出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。若屏S上的P點(diǎn)是 某一暗條紋的中心，已知P點(diǎn)到縫Sl的距離為門，則P點(diǎn)到縫S2的距離為F2 = 。為了求岀波長2,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測量的物理量是 。若實(shí)驗(yàn)裝苣中單縫、雙狹縫和屏的位置都不變，只是入射光第 一次為紅光，第二次為藍(lán)光，則第二次觀察到的干涉條紋與第一次相比，不同之處除了條紋 的顏色外，還有O（8分）光通過光纖長距離傳輸時，因損耗而要衰減，故必須在途中設(shè)立“中繼站”進(jìn) 行放大?，F(xiàn)代采用直接放大即全光型放大，它可使傳輸速率大大提高

9、。英辦法是在光纖中摻 入組。鈕離子的能級如圖所示，其中標(biāo)為3,，2的能級是亞穩(wěn)態(tài)能級，粒子處在這能級可以持續(xù)一 段時間南昌不立即向較低能級躍遷?？捎冒雽?dǎo)體激光器產(chǎn)生的波長為0.98m的激光照射, 把處于基態(tài)能級Aga的粒子激發(fā)到標(biāo)有Fw的能級，再通過“無輻射躍遷”躍遷到亞穩(wěn)態(tài) 能級4I13,.2從而使該能級積聚粒子數(shù)遠(yuǎn)超過處于基態(tài)的粒子數(shù)。當(dāng)光纖中傳輸?shù)牟ㄩL為 1.55n的光波傳入摻鋁的光纖時，能使大量處在亞穩(wěn)態(tài)能級的粒子向基態(tài)躍遷，發(fā)出波長 為1.55m的光波，于是輸出的光便大大加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了全光型中繼放大，若普朗克常量力與 光速C和乘積屁=1.99l0-25jm,則無輻射躍遷中一個組粒子放出

10、的能量等于 三.計(jì)算題。解應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟。只寫出最后答案的不能 給分。有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。（13分）假設(shè)把地球大氣等效于一個具有一左厚度和折射率均勻的透光氣體球殼，其 折射率取=1.00028,把地球看作圓球。當(dāng)太陽在地球某處正上方時，該處的觀察者看太陽 時的視角比太陽對觀察者所在處的張角相差多少？已知太陽半徑s=6.9610sm,日地距離 =1.501011mo（18分）一勁度系數(shù)為*的輕質(zhì)彈簧，上端固泄，下端連一質(zhì)疑為加的物塊A, A放 在托盤B上，以N表示B對A的作用力，X表示彈簧的伸長量。初始時全都靜止，彈簧處 于自然狀態(tài)，X=O

11、e現(xiàn)設(shè)法控制B的運(yùn)動，使A勻加速下降，以a表示其加速度，考察能 保持A勻加速下降的整個過程。（1）試求N隨X的變化關(guān)系式，并畫岀當(dāng)a趨近于0和a等于02時N隨X變化的圖線（g 為重力加速度）。（2）求各種能量在所考察的整個過程中的終態(tài)值和初態(tài)值之差。（18分）在圖示的裝巻中，離子源A可提供速度很小的正離子（其速度可視為0）,經(jīng) 加速電壓加速后從S點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙而指向紙外，虛線框?yàn)榇艌鰠^(qū)域的邊 界線。在磁場作用下，離子沿半個圓周運(yùn)動后射出磁場，射出點(diǎn)P到S的距離用X表示。（1）當(dāng)離子源提供的是單一種類的第一種離子時，P到S的距離為Xi,當(dāng)離子源提供的是 單一種類的第二種離子時，P

12、到S的距離為X2,已知xx2=j試求這兩種離子在磁場中運(yùn) 動時間H和住的比值tlt2o（2）若離子源A提供的是由IT、DHe和吐十混合而成的多種離子，又通過速度選擇器 使種離子的速率都為V，當(dāng)這些離子從S點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后，從磁場射出時可分離出哪幾 種離子束?若 v=2.010s, B=0.50T,基本電 e=1.6010 wC,質(zhì)子質(zhì) zmp=1.6810- 27kg試求各種離子的射出點(diǎn)P到S的距離。（20分）可以近似認(rèn)為地球在一個半徑為慮的圓軌道上繞日公轉(zhuǎn)，取日心參考系為慣 性系，地球公轉(zhuǎn)周期即一年為7=365.2564 0,地球自轉(zhuǎn)周期為，地球上的人連續(xù)兩次看 見太陽在天空中同一位宜的時間

13、間隔隹為一個太陽日，簡稱一日，即24小時。假設(shè)有某種 作用，把地球繞日公轉(zhuǎn)的圓軌道半徑改變?yōu)槌?，但未改變地球的自轉(zhuǎn)周期。設(shè)經(jīng)過這樣的改 變后，地球公轉(zhuǎn)一個周期即新的一年剛好是360新日，試問：（1）這新的一日的時間是多少小時（按改變前的小時計(jì)）？（2）這新的一年應(yīng)該是多少小時，才能便得新的一年剛好是360新日？（3）這個改變前后，系統(tǒng)的能量差是地球現(xiàn)在公轉(zhuǎn)動能的百分之多少？（20分）超聲波流量計(jì)是利用液體流速對超聲波傳播速度的影響來測量液體流速，再通過流速來確定流量的儀器。一種超聲波流量汁的原理示意圖如圖所示。在充滿流動液體 （管道橫截面上各點(diǎn)流速相同）管道兩側(cè)外表面上Pl和匕處（與管道軸線在

14、同一平而內(nèi)）， 各置一超聲波脈沖發(fā)射器Ti、T2和接收器Ri、R2o位于Pl處的超聲波脈沖發(fā)射器Tl向被 測液體發(fā)射超聲脈沖，當(dāng)位于P2處的接收器R2接收到超聲脈沖時，發(fā)射器T2立即向被測 液體發(fā)射超聲脈沖。如果知道了超聲脈沖從PI傳播到P2所經(jīng)歷的時間h和超聲脈沖從匕傳 播到PI所經(jīng)歷的時間，又知道了 Pi、P2兩點(diǎn)間的距離/以及/沿管道軸線的投彫b,管道 中液體的流速便可求得。試求“。參考答案選擇題k B2、C填空題4、B5、D6、B7、AB8、如？（屆一OReOS02 （6 分），2.85101 （3 分），2.80101 （3 分）9、UB-UC （4分），UB-UC （4分），0 （

15、4分），增大（2分），增大（2分），不變（2分）10、C11、（3） V, （6） G （1） L （4） E12、門+ （2+l） 5,上=0, 1, 2- （3分），雙狹縫S沖心到S2中心的距離，觀察屏到雙狹縫的距離，相鄰亮條紋或暗條紋間的距離（3分），條紋間距離變?。?分）。13、7.4810-20 （8 分）三計(jì)算題14、Gs和&就是太陽邊緣發(fā)岀的光線經(jīng)過大氣層表而時的入射角和折射角, 如圖所示，觀察者看太陽時的視角為2&,太陽對觀察者所在處的張角為2血， 則 n- JlJlI 0s=Rsh、E、所以=22&s=2 (1 一幵)RSrE= -2.6010615、（1）當(dāng)A開始做勻加速運(yùn)

16、動后，有mgN-kx=Ina N=In （g） k9N-X圖線為直線，斜率為一層截距為加（g-）, 可畫岀種情況下的圖線如右圖所示。N=O 時 X 有最大值，XmaX=J (g-)X=O 時 N有最大值,x=7r; (g-a)（2）彈簧的彈性勢能為Ei = U2,整個過程中彈性勢能的終態(tài)值與初態(tài)值之差為1=|kXma2 =祈（g） 2.取X=O時重力勢能為O點(diǎn)，重力勢能為E2=-Uigx,整個過程中重力勢能的終態(tài)值與初態(tài)值之差為 Ez = -HIgXmaX （g-）,整個過程中B對A的作用力“做的功可由N-X圖線得W= -NmaXXmaX= -7,z- az - 由功能關(guān)系爐=i+ E2+ E

17、3,整個過程中動能的終態(tài)值與初態(tài)值之差為E3=JT （gr）16、(1)設(shè)加速電壓為t由能量關(guān)系有q U=nv29粒子進(jìn)入磁場后在洛倫茲力作用下做圓周運(yùn)動，有qB=命,所以由題意碇=魯,學(xué)=務(wù)可得 =以 /2(2)P 到 S 的距離為 X=晉，得對 H-有 x=8.4cm,對 Dh有x=17cm, W4He+ x=34cm, qB對Hf有x=17cm,共三種束流。(1)由于地球除自轉(zhuǎn)外還有公轉(zhuǎn)，當(dāng)經(jīng)過時間住，從日心慣性系看, 地球已轉(zhuǎn)過一周多了，如圖所示，、/E、T應(yīng)有以下關(guān)系2c,2xze=2 +jtE.解得 f=書=23.93450h1十花當(dāng)?shù)厍虻墓D(zhuǎn)軌道半徑變?yōu)轳夂?，周期相?yīng)變?yōu)閺S，由題意，地球在日心 慣性系中自轉(zhuǎn)周期仍為僉而 = 360,=24.00098h廠= 360 = 8640.353h地球繞太陽做圓周運(yùn)動時有舞=?，可得地球的動能為H=蟹，地球的引力勢能為EP=響，地球總能疑為E=EdEp= _響,半徑改變后，總能量變?yōu)镕 =- *黑,能量差為E-E