第一届全国中学生数理化学科能力竞赛物理赛题

（物理部分）第一部分解题技能竞赛大纲第二部分解题技能竞赛试题样题第三部分物理实验报告方法及示范报告首届全国中学生数理化学科能力竞赛物理学科笔试部分竞赛大纲（2008年试验稿）为了提高广大青少年走进科学、热爱科学的兴趣，培养和发现创新型人才，团中央中国青少年发展服务中心、全国“青少年走进科学世界”科普活动指导委员会办公室共同举办首届“全国中学生数理化学科能力竞赛”（以下简称“竞赛”）。竞赛由北京师范大学《高中数理化》杂志社承办。为保证竞赛活动公平、公正、有序地进行，现将物理学科笔试部分竞赛大纲颁布如下：一、命题指导思想和对能力的要求根据教育部《全日制义务教育物理课程标准》和《全日制普通高级中学物理课程标准》的要求，着重考查学生的基础知识、基本能力、科学素养和运用所学知识分析问题、解决问题的能力及创新能力。命题吸收各地高考和中考的成功经验，以能力测试为主导，体现新课程标准对能力的要求，注重对物理知识和物理规律的理解，强调知识点间的内在联系；注重考查应用语言文字、数学方法准确表述物理思想与物理过程的能力；注重理论联系实际，注意科学技术和社会、经济发展的联系，注重物理知识在生产生活中的广泛应用，激发学生学科学的兴趣，培养实事求是的科学态度和创新能力，促进新课程标准提出的“知识与技能”、“过程与方法”、“情感、态度与价值观”三维目标的落实。初三组和高一组中涉及初中内容的命题，把“注重学生发展，改变学科本位；从生活走向物理，从物理走向社会；注重科学探究，提倡学习方式多样化；注重学科渗透，关心科技发展，构建新的评价体系”作为命题的最重要的指导思想。高中竞赛组则把对理解能力、推理能力、综合分析能力、创新能力、应用数学处理物理问题的能力和实验与探究能力的考查作为命题的最重要的指导思想。二、竞赛对学科能力考查的说明（一）初三组和高一组考查初中部分知识时对学科能力的考查要求⒈科学探究能力科学探究能力的考查，在内容上可以是《全日制义务教育物理课程标准》所要求的科学内容，也可以是与《全日制义务教育物理课程标准》科学内容有关的学科交叉的内容；在形式上可以是实验探究，也可以是问题研究、调查分析等学习活动。⒉观察、实验能力试卷中强调实验题的比重，考查内容包括实验基本技能和简单的实验设计。实验基本技能主要是指能利用实验器材和已知的规律进行有目的的实验，会正确使用仪器，会做必要的实验记录，会归纳实验结果并撰写简单的实验报告。简单的实验设计能力主要是指能综合运用所学知识设计简单的实验方案。⒊应用知识能力和分析、概括能力会应用物理知识解释简单的现象，会应用物理公式进行简单的推导与计算，会分析解决简单的实际问题，包括与生活、科技、环境和社会相联系的一些实际问题，能区分有关因素和无关因素，找出共同的特征，从而概括出概念和规律。⒋创新意识、自学能力、信息收集和处理能力能进行相关的资料收集和有针对性的阅读，从中发现问题，思考问题，并解答相关的简单问题。在试卷中增强试题的开放性，以便于考查学生运用知识解决问题的创新意识。（二）高中竞赛组对学科能力的考查要求1.理解能力理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用；能够清楚认识概念和规律的表述形式（包括文字表述和数学表述）；能够鉴别关于知识和规律的似是而非的说法；理解相关知识的区别和联系。2.推理能力能够根据已知的物理知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断，并把推理过程正确地表述出来。3.综合分析能力能够独立地对所遇到的问题进行具体分析、研究，弄清其中的物理状态、物理过程和物理情境，找出起决定作用的因素及相关条件；能够把一个复杂的问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系；能够提出解决问题的方法，运用物理知识解决所遇到的综合问题。4.应用数学处理物理问题的能力能够根据具体问题列出物理量之间的关系式，进行推导，并根据结果得出物理结论。能运用几何图形、函数图象进行表述、分析。5.实验与探究能力能够独立地完成考查内容和课程标准要求的实验，能够明确实验目的、实验原理和方法，能够控制实验条件，会使用实验仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理，并得出结论，能够对结论进行分析和评价；能够发现问题，提出问题，并根据所发现的问题制定解决方案；能够运用已学过的物理理论、实验方法，正确使用实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验并写出实验报告。三、命题范围依据教育部《全日制义务教育物理课程标准》和《全日制普通高级中学物理课程标准》的要求，初赛和决赛所考查的知识点范围，不超出相关年级在相应的时间段内的普遍教学进度。高一组由于学生刚进入高中阶段的物理学习，所学新知识有限，其考查范围包括初中内容。四、考试形式1.高一、高二组：闭卷。笔答。考试时间为120分钟，试卷满分为150分。2.初三组：闭卷。笔答。考试时间为120分钟，全卷满分为100分。五、试卷结构1.高一、高二组：全卷选择题10题，非选择题8题（包括实验题两题）2.初三组：全卷选择题4题，填空题4题，简答题4题，解答及实验探究题6题。六、难度系数1.初赛试卷的难度系数控制在0.6左右；2.决赛试卷的难度系数控制在0.5左右。首届全国中学生数理化学科能力竞赛初三物理学科能力解题技能竞赛样题一、选择题（每题3分，共12分）1.一个鸡蛋的质量、课本中一张纸的厚度、一块橡皮从桌面落到地面所用的时间，下列估算较接近的是（）A.60g0.8mm0.5sB.10g80μm5sC.60g80μm0.5sD.10g0.8mm5s2．无论是酷暑还是严冬，在使用冷暖空调的房间的窗户玻璃上，一般会出现凝结水珠的现象。则下列说法中正确的是（）A．无论是冬天还是夏天，小水珠总是凝结在窗户玻璃的内表面B．无论是冬天还是夏天，小水珠总是凝结在窗户玻璃的外表面C．夏天小水珠凝结在窗户玻璃的内表面，冬天小水珠凝结在窗户玻璃的外表面D．夏天小水珠凝结在窗户玻璃的外表面，冬天小水珠凝结在窗户玻璃的内表面3．在一个不透明的木板上，钻一个小孔，用眼睛通过小孔可以观察到一定的范围，如图1所示。为了扩大观察的范围，在小孔中嵌入各种形状的玻璃制品。在图中的四个截面中能获得最大观察范围的是（）4．如图2所示，乙是电磁铁，在乙正上方用弹簧悬挂一条形磁铁，设电源电压不变，闭合开关S待电磁铁稳定后，当滑动变阻器R的滑片p由上向下缓缓地滑动过程中，弹簧的长度将（）A．变长B．变短C．先变长后变短D．先变短后变长二、填空题（每空2分，共16分）5．眼睛和照相机都可以成像，但它们的调节不相同。如照相机要照远处景物时，必须（填“增大”或“减小”）镜头到底片的距离，使像成在胶片上；而正常人的眼睛看远处物体时，调节晶状体的厚度使之（填“增大”或“减小”），从而使像成在视网膜上。（如图3）图1图2SS，镜头胶片图36．按照我国交通管理的规定“红灯停、绿灯行、黄灯预备”，有人在科技活动中设计了一个实验电路，用以模拟十字路口的红绿灯，如图4所示。当单刀多掷开关接通位置“1”时，东西方向的灯发光。当单刀多掷开关接通位置“3”时，允许方向的车辆通行。7．遵守交通法规是每一个市民应该具备的最基本的道德素养，否则会对人身安全带来重大威胁。如图5所示为某道路由南向北机动车及非机动车的道路示意图。已知一条机动车车道宽D=3m，甲、乙两部轿车分别在慢车道和快车道上向北匀速行驶，V甲=36km/h，V乙=54km/h。两部轿车的尺寸均为：长度L1=4．5m，宽度d=1．8m。当甲、乙两车沿南北方向上的距离为S2=3m时，在甲车前方慢车道与非机动车道交界处的C点（与甲车相距S1，且S1=10．5m），突然有一人骑自行车横穿马路（假设匀速），自行车车长L2=1．8m。那么当自行车车速在____________范围内将与甲车相撞；当自行车车速在____________范围内将与乙车相撞。（设两轿车均在车道中间位置行驶，且不考虑轿车的制动情况）8．有A、B、C、三个由同种材料制成的金属球，它们的质量分别为128g、400g、60g，体积分别为16cm3、50cm3、12cm3。在A、B、C三个金属球中，若只有一个是空心的，那么球是空心的，这种材料的密度为。三、简答题（每题4分，共16分）9．小汽车的前挡风玻璃有一定的倾斜角度，而卡车、公交车等大型车辆的前挡风玻璃却几乎是竖直的。请用光学知识分析小汽车前挡风玻璃这样安装的原因。10．压缩式电冰箱是利用制冷剂在制冷系统中的周期性物态变化来循环制冷的，一种电冰箱的一般构造如图6。上层为速冻室（冷源），下层为冷藏室，它分为上、中、下三格。现在有一批鲜鱼、肉、蔬菜、水果，把这批食物放在冷藏室的格子中储藏，怎样做最科学？为什么这样放置保鲜效果最佳？红黄绿红黄绿红黄绿红黄绿东西北南123电源图4图5速冻室上中下冷源冷藏室图611．如图7所示，一女孩给站在桥上的朋友拍照.图8中左、右两张图，哪一张是小女孩拍出的照片（从桥的倒影上判断）?为什么？12．白炽灯泡的灯丝常制成螺旋状，请你说出这样做的目的是什么？四、综合题（共56分）13．（7分）19世纪末，英国物理学家瑞利在精确测量各种气体的密度时，发现由空气中取得的氮的密度是1.2572kg/m3，而从氨中取得的氮的密度是1.2505kg/m3。虽然多次重复测量，仍然存在这个令人奇怪的差异。瑞利不放过这一细微差异而执著地研究下去。后来他与化学家拉姆塞合作，发现了气体氩，从而获得了诺贝尔物理学奖。原来空气中取得的氮里混有密度较大的氩气，假设气体氩的体积占从空气中取得的氮的体积的1/10，请你计算出氩的密度。14．家庭电路的引线均有一定的电阻（约几欧），因此，当家中空调、电炉等大功率用电器工作时，家中原来开着的电灯会变暗。某科技小组的同学通过测试就可以估算出家庭电路引线部分的电阻。如图9所示，用r表示家庭电路引线部分的总电阻，L为一只普通家用白炽灯泡，M是一台空调节器。在测试时，先断开开关S，接通灯泡L，测得灯泡两端的电压为1U，灯泡的功率为1P；再闭合开关S，测得灯泡两端的电压为2U，空调的功率为2P（2P远大于1P）。试写出估算r的表达式（只用1U、2U和2P表示，设电源电压恒定）（8分）15．（14分）如图10（甲）所示是某生产流水线上的产品输送及计数装置示意图。其中S为一激光源，R1为光敏电阻（有光照射时，阻值较小；无光照射时，阻值较大），R2为定值保护电阻，a、b间接一“示波器”(示波器的接入不影响电路)。光敏电阻两端的电压随时间变化的图象，可由示波器显示出来。水平传送带匀速前进，每当产品从传送带上通过S与R1之间时，射向光敏电阻的光线会被产品挡住。若运送边长为0.1m，质量为0.6kg的均匀正方体产品时，示波器显示的电压随时间变化的图象如图10（乙）所示。请回答下列问题：（1）此产品的密度为多大？图8图7图9（2）传送带对产品的支持力是多大？（g取10N/kg）（3）已知计数器电路的电源电压恒为6V，保护电阻R2的阻值为40Ω，求光敏电阻在两种状态下的阻值分别为多大？光敏电阻1h消耗的电能为多少？16．（12分）在机械制造中有一个给大飞轮定重心的工序，该工序的目的是使飞轮的重心发生微小的位移，以使它准确位于轴心上。如图11所示，一个质量为M=80kg、半径为R=0.6m的金属大飞轮可在竖直平面内绕轴心（图中两虚线的交点）自由转动。用力推动一下大飞轮，飞轮转动若干周后停止。多次试验，发现飞轮边缘上的标记F总是停在图示位置。（1）根据以上情况，可以初步确定飞轮重心P可能在图中。A．轴心正下方的某一位置B．轴心左侧的某一位置C．轴心右侧的某一位置（2）工人在飞轮边缘上．．．的某点E处，焊接上质量为m=0.4kg的金属后，再用力推动飞轮，当观察到的现象时，说明飞轮的重心已调整到轴心上了。（3）请在图11中标出E的位置。（4）试求调整前飞轮的重心P到轴心的距离l。17．（7分）小明和小红在课堂上测量了老花眼镜的焦距。他们联想到：能否测量近视眼镜的焦距呢？于是，他们在课后对此问题展开了探究：（1）他们想到近视眼镜