2011第28届全国中学生物理竞赛预赛试卷及答案

第28届全国中学生物理竞赛预赛试卷1-5678总分910111213141516本卷共16题，满分200分．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．常用示波器中的扫描电压u随时间t变化的图线是（）2．下面列出的一些说法中正确的是（）A．在温度为200C和压强为1个大气压时，一定量的水蒸发为同温度的水蒸气，在此过程中，它所吸收的热量等于其内能的增量．B．有人用水银和酒精制成两种温度计，他都把水的冰点定为0度，水的沸点定为100度，并都把0刻度与100刻度之间均匀等分成同数量的刻度，若用这两种温度计去测量同一环境的温度（大于0度小于100度）时，两者测得的温度数值必定相同．C．一定量的理想气体分别经过不同的过程后，压强都减小了，体积都增大了，则从每个过程中气体与外界交换的总热量看，在有的过程中气体可能是吸收了热量，在有的过程中气体可能是放出了热量，在有的过程中气体与外界交换的热量为0.D．地球表面一平方米所受的大气的压力，其大小等于这一平方米表面单位时间内受上方作热运动的空气分子对它碰撞的冲量，加上这一平方米以上的大气的重量．3．把以空气为介质的两个平行板电容器a和b串联，再与电阻R和电动势为E的直流电源如图连接．平衡后，若把一块玻璃板插人电容器a中，则再达到平衡时，（）A．与玻璃板插人前比，电容器a两极间的电压增大了B．与玻璃板插人前比，电容器a两极间的电压减小了C．与玻璃板插入前比，电容器b贮存的电能增大了D．玻璃板插人过程中电源所做的功等于两电容器贮存总电能的增加量得分阅卷复核4．多电子原子核外电子的分布形成若干壳层，K壳层离核最近，L壳层次之，M壳层更次之，……，每一壳层中可容纳的电子数是一定的，当一个壳层中的电子填满后，余下的电子将分布到次外的壳层．当原子的内壳层中出现空穴时，较外壳层中的电子将跃迁至空穴，并以发射光子（X光）的形式释放出多余的能量，但亦有一定的概率将跃迁中放出的能量传给另一个电子，使此电子电离，这称为俄歇（Auger）效应，这样电离出来的电子叫俄歇电子．现用一能量为40.00keV的光子照射Cd（镐）原子，击出Cd原子中K层一个电子，使该壳层出现空穴，己知该K层电子的电离能为26.8keV．随后，Cd原子的L层中一个电子跃迁到K层，而由于俄歇效应，L层中的另一个的电子从Cd原子射出，已知这两个电子的电离能皆为4.02keV，则射出的俄歇电子的动能等于（）A．(26.8－4.02－4.02)keVB．(40.00－26.8－4.02)keVC．(26.8－4.02)keVD．(40.00－26.8+4.02)keV5．一圆弧形的槽，槽底放在水平地面上，槽的两侧与光滑斜坡aa’、bb’相切，相切处a、b位于同一水平面内，槽与斜坡在竖直平面内的截面如图所示．一小物块从斜坡aa’上距水平面ab的高度为Zh处沿斜坡自由滑下，并自a处进人槽内，到达b后沿斜坡bb’向上滑行，已知到达的最高处距水平面ab的高度为h；接着小物块沿斜坡bb’滑下并从b处进人槽内反向运动，若不考虑空气阻力，则（）A．小物块再运动到a处时速度变为零B．小物块尚未运动到a处时，速度已变为零C．小物块不仅能再运动到a处，并能沿斜坡aa’向上滑行，上升的最大高度为2hD．小物块不仅能再运动到a处，并能沿斜坡aa’向上滑行，上升的最大高度小于h二、填空题和作图题．把答案填在题中的横线上或把图画在题中指定的地方．只要给出结果不需写出求得结果的过程．6．(6分）在大气中，将一容积为0.50m3的一端封闭一端开口的圆筒筒底朝上筒口朝下竖直插人水池中，然后放手．平衡时，筒内空气的体积为0.40m3．设大气的压强与10.0m高的水柱产生的压强相同，则筒内外水面的高度差为．7．(10分）近年来，由于“微结构材料”的发展，研制具有负折射率的人工材料的光学性质及其应用，已受人们关注．对正常介质，光线从真空射人折射率为n的介质时，人射角和折射角满足折射定律公式，人射光线和折射光线分布在界面法线的两侧；若介质的折射率为负，即n0，这时人射角和折射角仍满足折射定律公式，但人射光线与折射光线分布在界面法线的同一得分阅卷复核得分阅卷复核侧．现考虑由共轴的两个薄凸透镜L1和L2构成的光学系统，两透镜的光心分别为O1和O2，它们之间的距离为s．若要求以与主光轴成很小夹角的光线人射到O1能从O2出射，并且出射光线与人射光线平行，则可以在O1和O2之间放一块具有负折射率的介质平板，介质板的中心位于OO’的中点，板的两个平行的侧面与主光轴垂直，如图所示．若介质的折射率n=-1.5，则介质板的厚度即垂直于主光轴的两个平行侧面之间的距离d=．8．(10分）已知：规定一个K（钾）原子与Cl（氯）原子相距很远时，他们的相互作用势能为0；从一个K原子中移走最外层电子形成K+离子所需的能量（称为电离能）为EK，一个Cl原子吸收一个电子形成Cl-离子释放的能量（称为电子亲和能）为ECl；K＋离子（视为质点）与Cl-离子（视为质点）之间的吸引力为库仑力，电子电荷量的大小为e，静电力常量为k．利用以上知识，可知当KCI分子中K+离子与Cl-离子之间的库仑相互作用势能为0时，K+离子与Cl-离子之间的距离rs，可表示为．若已知EK=4.34ev，ECl=3.62eV,k=9.0×109N·m2·C-2,e=1.60×10-19C，则rs=m．9．(10分）光帆是装置在太空船上的一个面积很大但很轻的帆，利用太阳光对帆的光压，可使太空船在太空中飞行．设想一光帆某时刻位于距离太阳为1天文单位（即日地间的平均距离）处，已知该处单位时间内通过垂直于太阳光辐射方向的单位面积的辐射能量E=1.37×103J·m-2·s-1，设平面光帆的面积为1.0×106m2，且其平面垂直于太阳光辐射方向，又设光帆对太阳光能全部反射（不吸收），则光帆所受光的压力约等于N．10．(20分）有两个电阻1和2，它们的阻值随所加电压的变化而改变，从而它们的伏安特性即电压和电流不再成正比关系（这种电阻称为非线性电阻）．假设电阻1和电阻2的伏安特性图线分别如图所示．现先将这两个电阻并联，然后接在电动势E=9.0V、内电阻r0=2.0Ω的电源上．试利用题给的数据和图线在题图中用作图法读得所需的数据，进而分别求出电阻1和电阻2上消耗的功率P1和P2．要求：i．在题图上画出所作的图线．（只按所画图线评分，不要求写出画图的步骤及理由）ii．从图上读下所需物理量的数据（取二位有效数字），分别是：iii．求出电阻R1消耗的功率P1=，电阻R2消耗的功率P2＝．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，只写出最得分阅卷复核得分阅卷复核得分阅卷复核后结果的不能得分．有数值计算的，答案中必须明确写出数值和单位．11．(17分）宇航员从空间站（绕地球运行）上释放了一颗质量m=500kg的探测卫星．该卫星通过一条柔软的细轻绳与空间站连接，稳定时卫星始终在空间站的正下方，到空间站的距离l=20km．已知空间站的轨道为圆形，周期T=92min（分）．i．忽略卫星拉力对空间站轨道的影响，求卫星所受轻绳拉力的大小．ii．假设某一时刻卫星突然脱离轻绳．试计算此后卫星轨道的近地点到地面的高度、远地点到地面的高度和卫星运行周期．取地球半径R=6.400×103km，地球同步卫星到地面的高度为H0=3.6000×104km，地球自转周期T0=24小时．得分阅卷复核12．(17分）某同学选了一个倾角为θ的斜坡，他骑在自行车上刚好能在不踩踏板的情况下让自行车沿斜坡匀速向下行驶，现在他想估测沿此斜坡向上匀速行驶时的功率，为此他数出在上坡过程中某一只脚蹬踩踏板的圈数N（设不间断的匀速蹬），并测得所用的时间t，再测得下列相关数据：自行车和人的总质量m，轮盘半径Rl，飞轮半径R2，车后轮半径R3．试导出估测功率的表达式．己知上、下坡过程中斜坡及空气作用于自行车的阻力大小相等，不论是在上坡还是下坡过程中，车轮与坡面接触处都无滑动．不计自行车内部各部件之间因相对运动而消耗的能量．得分阅卷复核13．(20分）电荷量为q的正电荷，均匀分布在由绝缘材料制成的质量为m半径为R的均匀细圆环上，现设法加外力使圆环从静止开始，绕通过环心垂直于环面的轴线匀加速转动．试求从开始转动到环的角速度达到某一值ω0的整个过程中外力所做的功．已知转动带电圆环的等效电流为I时，等效电流产生的磁场对整个以圆环为周界的圆面的磁通量Ф＝kI,k为一已知常量．不计电荷作加速运动所产生的辐射效应．得分阅卷复核14．(20分）如图所示，一木块位于光滑的水平桌面上，木块上固连一支架，木块与支架的总质量为M．一摆球挂于支架上，摆球的质量为m，12mM摆线的质量不计．初始时，整个装置处于静止状态．一质量为m的子弹以大小为v0、方向垂直于图面向里的速度射人摆球并立即停留在球内，摆球和子弹便一起开始运动．已知摆线最大的偏转角小于900，在小球往返运动过程中摆线始终是拉直的，木块未发生转动．i．求摆球上升的最大高度．ii．求木块的最大速率．iii．求摆球在最低处时速度的大小和方向．得分阅卷复核15．(20分）图中坐标原点O(0,0）处有一带电粒子源，向y≥0一侧沿Oxy平面内的各个不同方向发射带正电的粒子，粒子的速率都是v，质量均为m，电荷量均为q．有人设计了一方向垂直于Oxy平面，磁感应强度的大小为B的均匀磁场区域，使上述所有带电粒子从该磁场区域的边界射出时，均能沿x轴正方向运动．试求出此边界线的方程，并画出此边界线的示意图．16．(20分）在海面上有三艘轮船，船A以速度u向正东方向航行，船B以速度2u向正北方向航行，船C以速度22u向东偏北450方向航行．在某一时刻，船B和C恰好同时经过船A的航线并位于船A的前方，船B到船A的距离为a，船C到船A的距离为2a．若以此时刻作为计算时间的零点，求在t时刻B、C两船间距离的中点M到船A的连线MA绕M点转动的角速度．得分阅卷复核得分阅卷复核第28届全国中学生物理竞赛预赛试卷参考解答与评分标准一、选择题．答案：1．C2．C3．BC4．A5．D评分标准：本题共5小题，每小题6分．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．二、填空题答案与评分标准：6．2.5m(6分）7．35s(10分）8．2lkCkeEE(6分）2.0×10-9(2分）9．9(10分）10．i．如图所示．(8分）（图错不给分，图不准确酌情评分．)ii．并联电阻两端的电压U0=2.3V(2分），通过电阻1的电流I10＝1.2A(3分），通过电阻2的电流I20=2.2A(3分）（读数第一位必须正确，第二位与答案不同，可酌情评分．)iii．2.5W(2分）,4.9W(2分）11．参考解答：i．设空间站离地面的高度为H,因为同步卫星的周期和地球自转周期相同，根据开普勒第三定律以及题意有323200)()RHTRHT（(1)即2/300()()THRHRT(2)代人数据得H=376km(3)卫星的高度h=H一l=356km(4)卫星在细绳的拉力F和地球引力作用下跟随空间站一起绕地球作周期为T的圆周运动，有222()()()MmGFmRhRhT(5)式中G为万有引力常量，M为地球质量．空间站在地球引力作用下绕地球作周期为T的圆周运动故有222()()()MmGmRhRhT(6)式中m’为空间站的质量．由（5）、（6）两式得2222()()()[1]()RHFmRhTRh(7)将（3）、（4）式及其他有关数据代人（7）式得F=38.2N(8)ii．细绳脱落后，卫星在地球引力作用下绕地球运动的轨道为一椭圆．在脱落的瞬间，卫星的速度垂直于卫星与地心的连线，所以脱落点必是远地点（或近地点），由(4）式可知，此点到地面的高度h=356km(9)设卫星在近地点（或