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2017第34届全国中学生物理竞赛预赛试卷和答案(word版)

时间:2017-10-12


第 34 届全国中学生物理竞赛预赛试卷
一、选择题.本题共 5 小题,每小题 6 分.在每小题给出的 4 个选项中,有的小题只有一项 符合题意,有的小题有多项符合题意.把符合题意的选项前面的英文字母写在每小题后面的 方括号内.全部选对的得 6 分,选对但不全的得 3 分,有选错或不答的得 0 分. 1.下述实验或现象中,能够说明光具有粒子性的是( A.光的双缝干涉实验 B.黑体辐射 ) C.光电效应 D.康普顿效应

1. 黑体辐射: 在任何条件下, 对任何波长的外来辐射完全吸收而无任何反射的物体, …… 但黑体未必是黑色的,例如太阳是一个黑体……在黑体辐射中,随着温度不同,光的颜色各 不相同,黑体呈现由红——橙红——黄——黄白——白——蓝白的渐变过程。……普朗克由 黑体辐射提出能量子的观点!CD 明显正确!……选 BCD

2.系统 l 和系统 2 质量相等,比热容分别为 C1 和 C2,两系统接触后达到共同温度 T;整个过 程中与外界(两系统之外)无热交换。两系统初始温度 T1 和 T2 的关系为( A.T1= (T-T2) -T )

C2 C1 C1 C2

B.T1= (T-T2) -T

C1 C2

C.T1= (T-T2) +T

D.T1= (T-T2) +T

C2 C1

从表达式看, 应是物体 1 的放热=物体 2 的吸热, 建立方程: C1m(T1-T)=C2m(T-T2)…… 选D 3.假设原子核可视为均匀球体。质量数为 A 的中重原子核的半径 R 可近似地用公式 R=R0A1/3 表示,其中 R0 为一常量。对于核子数相同的原子核,下列说法正确的是( A.质量密度是基本相同的 C.表面积是基本相同的 B.电荷密度是基本相同的 D.体积是基本相同的 )

核子数相同→质量数相同→由题知半径相同→CD 对;质量数相同→质量基本相同→质量 密度基本相同……选 ACD

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4.一颗人造地球通讯卫星(同步卫星)对地球的张角能覆盖赤道上空东经 θ 0 -Δθ 到东经

θ 0+Δθ 之间的区域。已知地球半径为 R0,地球表面处的重力加速度大小为 g,地球自转周
期为 T . Δθ 的值等于( A.arcsin( 4π2R0 ) B.2 arcsin( 4π2R0

T2g

)1/3

T2g
4π2R0

)1/3

C.arccos (

4π2R0

Tg

2

)

1/3

D.2arccos (

Tg

2

)1/3
R

首先算出同步卫星绕地球公转的半径 r, 地球自身半径为 R,几何关系如右图所示,……同步卫星 选C

r

Δθ

地球

5.有 3 种不同波长的光,每种光同时发出、同时中断,且光强都相同,总的光强为 I,脉冲 宽度(发光持续时间)为 σ,光脉冲的光强 I 随时间 t 的变化如图所示。该光脉冲正入射到一 长为 L 的透明玻璃棒,不考虑光在玻璃棒中的传输损失和端面的反射损失。在通过玻璃棒后 光脉冲的光强 I 随时间 t 的变化最可能的图示是(虚线部分为入射前的总光强随时间变化示 意图)( )

因为能量是没有损失的,所以通过玻璃棒后光脉冲的光强(图中实线总面积)应该与原来 的光强(虚线面积)相同。又因为是三种不同波长的光,所以在同种介质中传播的速度都不相 同,所以到达玻璃棒右端点的时间都不同,所以……选 D
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二、填空题.把答案填在题中的横线上.只要给出结果,不需写出求得结果的过程. 6.(10 分)如图,一个球冠形光滑凹槽深度 h=0.050m,球半径为 20m.现将一质量为 0.10kg 的小球放在凹槽边缘从静止释放。重力加速度大小为 9.8m/s.小球由凹槽最高点滑到最低点 所用时间为__________s.

典型的单摆模型:T=2π

L 1 =8.88 s,实际时间是 T =2.22 s g 4

7. (10 分)先用波长为 λ1 的单色可见光照射杨氏双缝干涉实验装置; 再加上波长为 λ2(λ2>λ1) 的单色可见光照射同一个杨氏双缝干涉实验装置。观察到波长为 λ1 的光的干涉条纹的 l、2 级亮纹之间原本是暗纹的位置出现了波长为 λ2 的光的干涉条纹的 1 级亮纹,则两种光的波 长之比 λ2:λ1=__________________。
波长为 λ1 波长为 λ2 的单色光 的单色光 的亮条纹 的亮条纹 2 I 1 0 1 2 0 I

两束光到达 I 位置的光程差记为 d;对于波长为 λ1 的单色光 而言,d= 3 λ1 ;对于波长为 λ2 的单色光而言,d=λ2,故 λ2: 2

λ1=3:2

8.(10 分)某一导体通过反复接触某块金属板来充电。该金属板 初始电荷量为 6μC,每次金属板与导体脱离接触后,金属板又被充满 6μC 的电荷量。已知 导体第一次与金属板接触后,导体上带的电荷量为 2μC;经过无穷次接触,导体上所带的电 荷量最终为______________。 两个带电体不再交换电荷的条件, 并不是两者电荷量相等, 而是两者电势相等! 由第一次知, 当电荷量为 4μC:2μC 时,既电荷量之比为 2:1 时,两者电势相等。……故最终为 6μC: 3 μC ! 答案:3μC

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9.(10 分)如图,一焦距为 20cm 的薄透镜位于 x=0 平面上,光心位于坐标原点 0,光轴与 x 轴重合。在 z=0 平面内的一束平行光入射到该透镜上,入射方向与光轴的夹角为 30°.该光 束通过透镜后汇聚点的位置坐标为_________________。

过 F 平行于透镜,作一副光轴。把过原点 O(薄透镜光心)的光线延长后交副光轴于 P,则所 有光汇聚于 P 点。故位置坐标为(20, - 20 3 ) 3
O P y F x

10.(10 分)一质量为 m 的小球与一劲度系数为 k 的弹簧连接,置于光滑水平桌面上,弹簧的 另一端与固定墙面相连,小球做一维自由振动,弹簧的伸缩方向与小球的振动方向一致。在 一沿此弹簧长度方向以速度 u 做匀速直线运动的参考系里观察,此弹簧和小球构成的系统的 机械能______(填“守恒”或“不守恒”),理由是_________________________________。

不守恒;墙壁对弹簧有作用力(外力),且在运动参考系中,该力的作用点有位移,所做的功 不为零。

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三、计算题.计算题的解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后 结果的不能得分.有数值计算的,答案中必须明确写出数值和单位. 11. (20 分)某电视节目中演示了一个用三根火柴棍和细棉线悬挂起一瓶或多瓶矿泉水的实验, 如图所示。 A、 B、 C 为三根相同的火柴棍, 火柴棍长为 l, 细实线为棉线, 棉线的直径为 d(d<<l)。 火柴棍 A 的一半在水平桌面内,另一半在桌面外,火柴棍 A 与桌面上表面的边沿垂直;桌面 厚度为 h;O 是火柴棍 A 的中点与桌面边沿的接触点;棉线紧贴桌沿绕过 A,压在水平火柴棍

C 的两端;火柴棍 B 的一端顶在火柴棍 A 的球状头部(可近似忽略球状头部的尺度),另一端
顶在火柴棍 C 的中点。这样的结构可以稳定地悬挂起一瓶或多瓶矿泉水。 (1)如果没有火柴棍 B 和 C,光靠 A 是否可能悬挂起一瓶矿泉水?为什么? (2)加上火柴棍 B 和 C、小心挂上重物时,火柴棍 A 会在过 A 的竖直平面内绕 O 点有一个角位 移,通过火柴棍 B 的带动,压在火柴棍 C 两端的棉线将绕桌面下表面的边沿转动一个很小的 角度;只要角度大小合适,可使整个系统达到稳定平衡。求平衡时该角度的大小。 已知火柴棍与桌沿、火柴棍与棉线以及火柴棍之间都足够粗糙(即可以没有滑动),而且 它们的质量与重物相比均可忽略。

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12.(20 分)如图,一边长为 L 的正方形铜线框 abcd 可绕水平轴 ab 自由转动,一竖直向上的 外力 F 作用在 cd 边的中点,整个线框置于方向竖直向上的均匀磁场中,磁感应强度大小随 时间变化。已知该方形线框铜线的电导率(即电阻率的倒数)为 ?,铜线的半径为 r0,质量密 度为 ρ,重力加速度大小为 g. (1)当框平面与水平面 abef 的夹角为 θ 时,求该方形线框所受到的重力矩。 (2)当框平面与水平面 abef 的夹角为 θ 时,框平面恰好处于平衡状态。求此时线框中 cd 边 所受到的磁场 B 的作用力的大小与外力的大小 F 之间的关系式。 (3)随着磁感应强度大小随时间的变化,可按照(2)中的关系式随时调整外力 F 的大小以保持 框平面与水平面 abef 的夹角总为 θ.在保持夹角 θ 不变的情形下,已知在某一时刻外力为 零时,磁感应强度大小为 B;求此时磁感应强度随时间的变化率│ ΔB │. Δt

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13.(20 分)横截面积为 S 和 2S 的两圆柱形容器按图示方式连接成一气缸,每个圆筒中各置 有一活塞,两活塞间的距离为 l,用硬杆相连,形成“工”字形活塞,它把整个气缸分隔成 三个气室,其中 I、Ⅲ室密闭摩尔数分别为ν和 2ν的同种理想气体,两个气室内都有电加 热器;Ⅱ室的缸壁上开有一小孔,与大气相通;1 mol 该种气体内能为 CT(C 是气体摩尔热容 量,T 是气体的绝对温度)。当三个气室中气体的温度均为 T1 时, “工"字形活塞在气缸中恰好 3 在图所示的位置处于平衡状态,这时 I 室内气柱长亦为 l,Ⅱ室内空气的摩尔数为 ν0 .已 2 知大气压不变, 气缸壁和活塞都是绝热的, 不计活塞与气缸之间的摩擦。 现通过电热器对 I、 Ⅲ两室中的气体缓慢加热,直至 I 室内气体的温度升为其初始状态温度的 2 倍时,活塞左移 距离 d.已知理想气体常量为 R.求 (1)Ⅲ室内气体初态气柱的长度; (2)Ⅲ室内气体末态的温度; (3)此过程中 I、Ⅲ室密闭气体吸收的总热量。

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14.(20 分)把沿 x 方向通有电流(x 方向的电场强度为 Ex)的长方体形的半导体材料,放在沿 z 方向的匀强磁场中,半导体材料的六个表面分别与相应的坐标平面平行;磁感应强度大小 为 Bx. 在垂直于电场和磁场的+y 或-y 方向将产生一个横向电场 Ey, 这个现象称为霍尔效应, 由霍尔效应产生的电场称为霍尔电场。 实验表明霍尔电场 Ey 与电流的电流密度 Jx 和磁感应强 度 Bx 的乘积成正比,即 Ey=RHJxBz,比例系数 RH 称为霍尔系数。 某半导体材料样品中有两种载流子:空穴和电子;空穴和电子在单位电场下的平均速度 (即载流子的平均速度与电场成正比的比例系数)分别为 μp 和-μn,空穴和电子的数密度分 别为 p 和 n,电荷分别为 e 和-e.试确定该半导体材料的霍尔系数。

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15.(20 分)某根水平固定的长滑竿上有 n(n≥3)个质量相同的滑扣(即可以滑动的圆环),每 相邻的两个滑扣(极薄)之间有不可伸长的柔软轻质细线相连,细线长度均为 L,滑扣在滑竿 上滑行的阻力大小恒为滑扣对滑竿正压力大小的 μ 倍。 开始时所有滑扣可近似地看成挨在一 起(但未相互挤压);今给第 1 个滑扣一个初速度使其在滑竿上开始向左滑行(平动);在滑扣 滑行的过程中,前、后滑扣之间的细线拉紧后都以共同的速度向前滑行,但最后一个(即第 n 个)滑扣固定在滑竿边缘。已知从第 1 个滑扣开始的(n 一 1)个滑扣相互之间都依次拉紧,继 续滑行距离 l(0<l<L)后静止,且所有细线拉紧过程的时间间隔极短。求 (1)滑扣 1 的初速度的大小; (2)整个过程中克服摩擦力所做的功; (3)整个过程中仅仅由于细线拉紧引起的总动能损失。

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16.(20 分)如图,两劲度系数均为 k 的同样的轻弹性绳的上端固定在一水平面上,下端悬挂 一质量为 m 的小物块。平衡时,轻弹性绳与水平面的夹角为 α0,弹性绳长度为 l0.现将小 物块向下拉一段微小的距离后从静止释放。 (1)证明小物块做简谐振动; (2)若 k=0.50N/m、m=50g、α0=30°、l0=2.0m,重力加速度 g=9.8 m/s。 ,求小物块做简谐振 动的周期 T; (3)当小物块下拉的距离为 0.010m 时,写出此后该小物块相对于平衡位置的偏离随时间变化 的方程。已知:当 x<<1 时, 1 1 ≈1-x , 1+x ≈1+ x 1+x 2 .

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第 34 届物理竞赛预赛评析
一、本次预赛特点 1.总体模型经典,思维难度稳定。 2.相比往年大题计算量没有减少,小题有陷阱,读题不仔细的同学很容易掉坑里。 3.小量展开、质心动能定理这些往年更多在复赛中使用的知识点在预赛中也有考察。 给同学们的建议:平心静气,不骄不躁,读题不要慌,计算不要怕,把会做的题做对就是高 分。 二、具体题目分析 本次预赛分数仍然为 200 分满分,力学 43%,电学 25%,热学 13%,光学 13%,近代物理 6%。 一般预赛中的重点和难点设置都在力学中,咱们高二同学参赛,力学部分相对学习得透彻一 些,这样区分度更好。和预赛不同,复赛中力学电学占比在 1/3 左右。 1.近代物理: 注意黑体辐射和光电效应体现的光的能量是一份一份的, 因此也是粒子性体现; 2.热学:初中学的比热定义; 3.近代物理:和近代物理没关系,读题就可以了; 4.力学,天体运动:画个图,不算也知道应该是 arccos; 5.光学:和光学没关系,其实是运动学,注意不同光的光强要相加; 6.力学:看数据,可以用小量近似成单摆,动手积分的同学属于平时学习好高骛远,理解不 深; 7.光学,物理光学:画图,学好双缝干涉即可; 8.电学,静电平衡:高考原题; 9.光学,几何光学:虽然没说理想透镜,也应该知道按理想透镜算吧… 10.力学,功能原理:做功的基本概念弄清楚。以及看清楚题目的参照系; 11.力学,静力平衡:注意画截面图,看重心即可; 12.电学,电磁感应:注意对平均的理解; 13.热学,状态方程和热一定律:经典的气缸加杆子。细致的慢慢算即可,字母好多好长…

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14.电学,粒子在磁场中运动:霍尔效应,注意有两种粒子,要写粒子流平衡的条件; 15.力学,碰撞:用质心动能定理可以秒杀,然而如果没学过的话就要数列递推,式子好长… 16.力学,简谐振动:注意如果用受力要展开到 1 阶,如果用能量要展开到 2 阶

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