第21屆全國中學(xué)生物理競賽決賽試題+答案_第1頁
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第21屆全國中學(xué)生物理競賽決賽試題及答案第頁第21屆全國中學(xué)生物理競賽決賽試卷一、（20分）有一光光導(dǎo)纖維，光芯折射率n=1.500的透明度極好的介質(zhì)，其截面半徑為r；光芯外面包層的折射率n=1.400。有一半導(dǎo)體激光器S，位于光纖軸線的延長上，發(fā)出半角寬為30o的光束。為便于使此光束全部進(jìn)入光纖，在光纖端面處燒結(jié)了一個其材料與光芯相同的、半徑為R的球冠QAQ＇，端面附近的結(jié)構(gòu)如圖所示（包層未畫出），S可看作點光源，光纖放在空氣中，空氣的折射率n0按1.000計算。1、若要半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光能夠全部射到球冠上，則光源S離A的距離x應(yīng)滿足什么條件？2、如果R=1.8r,光源S與A的距離為R，入射與軸的夾角用α表示，則α角分別為α1=30o、α2=25o和α3＝20o的三根光線能否經(jīng)過全反射在光纖中傳播？.二、（20分）試從相對論能量和動量的角度分析論證1、一個光子與真空中處于靜止?fàn)顟B(tài)的自由電子碰碰撞時，光子的能量不可能完全被電子吸收。光子射到金屬表面時，其能量有可能完全被吸收被使電子逸出金屬表面，產(chǎn)生光電效應(yīng)。三、（25）如圖所示，一質(zhì)量M=30.0Kg的楔形木塊OABC靜止在水平地面上，其斜面段AB的傾角，BC段的傾角α=45o，AB段與BC段連接處（B）為一非常短的光滑圓弧，現(xiàn)將一質(zhì)量的m=4.00Kg小物塊（可視為質(zhì)點），放在斜面上離地面高h(yuǎn)1=2.80m的A處，然后放手，令小物塊從靜止開始斜面下滑，已知小物塊與斜面之間無摩擦，木塊與地面間的最大靜摩擦系數(shù)和滑動摩擦系數(shù)為μ=6.00*10-2，B處離桌面的高度h2=2.00m，如果不計小物塊經(jīng)過處B時(β=60o)物塊及木塊速度大小的改變，求小物塊從斜面上A處滑動到斜面底部C處整個過程中小物塊對木塊

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