2010年全國高中應用物理知識競賽試題及答案

1、2010年全國高中應用物理知識競賽試題 一、本題包括11小題，考生只需做10小題，每小題5分。共50分在每小題給出的四個選項中。有的小題只有一個選項正確，有的小題有多個選項正確請把符合題目要求的選項的序號填入題后的( )內全選對的得5分，選不全的得3分，有選錯或不選的得o分 1斜坡型的房頂具有保溫、節(jié)能、美觀等優(yōu)點，農(nóng)村的平房大都采用這種房頂，城市中的一些居民樓也進行了“平改坡”的改造在進行這種斜坡型房頂?shù)脑O計中，考慮到下雨時落至房頂?shù)挠晁鼙M快地淌離房頂，以減少房頂漏水的可能在如圖1所示的四種情景中最符合上述要求的是( ) 2如圖2所示為直升機在飛行過程中的兩種姿態(tài)，對于這兩種姿態(tài)，下列說

2、法中正確的是 ( ) a圖甲所示為降落過程 b圖乙所示為降落過程 c圖甲所示為起飛過程 d圖乙所示為起飛過程 3如圖3所示，蕩秋千是一種往復運動，人在秋千上可以越蕩越高，這時系統(tǒng)的機械能是增大的為達到越蕩越高的目的，下列做法中正確的是 ( ) a在秋千由最高點蕩向最低點的過程中，人由站立緩緩下蹲，當秋千到最高點時，迅速由下蹲到站立 b在秋千由最高點蕩向最低點的過程中，人由下蹲緩緩站立，當秋千到最高點時，迅速由站立到下蹲 c人一直保持站立姿勢 d人一直保持下蹲姿勢 4在我國的甘肅酒泉和四川西昌有兩個著名的衛(wèi)星發(fā)射基地，它們?yōu)槲覈暮教焓聵I(yè)立下了汗馬功勞如果請你參與衛(wèi)星的發(fā)射工作，要發(fā)射一顆地球同

3、步通信衛(wèi)星，從節(jié)能的角度分析，你認為在這兩個基地中的發(fā)射地點和發(fā)射方向應選 ( ) a酒泉，向西發(fā)射 b酒泉，向東發(fā)射 c西昌，向西發(fā)現(xiàn) d西昌，向東發(fā)射 5對于地磁場的起源，科學家們提出了多種假說，但到現(xiàn)在仍沒有一個統(tǒng)一的結論在眾多的假說中，有一種根據(jù)安培的“磁現(xiàn)象的電本質”提出的說法：地核在6 000 k的高溫和360萬個大氣壓的環(huán)境中會使得地殼和地核問的地幔中形成帶電層，而地球自轉必然會造成地幔的帶電層旋轉，從而產(chǎn)生了地磁場則根據(jù)地磁場的情況可知，地幔層的帶電情況是( ) a帶負電荷 b帶正電荷 c南、北半球的地幔分別帶正、負電荷 d南、北半球的地幔分別帶負、正電荷 6歐姆為了探索通過導

4、體的電流和電壓、電阻的關系做了很多實驗，當時沒有輸出電壓穩(wěn)定的電源和測量電流用的儀器，在波根道夫的建議下，他采用溫差電偶做電源，用小磁針的偏轉檢測電流具體做法是：在地磁場作用下處于水平靜止的小磁針上方，平行于小磁針水平放置一直導線，當該導線中通有電流時，小磁針會發(fā)生偏轉當通過該導線電流為i。時，小磁針偏轉了角度a1而后靜止若直導線在某點產(chǎn)生的磁場與通過直導線的電流成正比，當他發(fā)現(xiàn)小磁針偏轉了角度a2而后靜止時，則通過該直導線的電流為( )a b c d7某輸電線路橫穿公路時，要在地下埋線為了保護輸電線不至于被壓壞，可預先鋪設結實的過路鋼管，再讓輸電線從鋼管中穿過電線穿過鋼管的方案有兩種(如圖4

5、所示)：甲方案是鋪設兩根鋼管，兩條輸電線分別從兩根鋼管中穿過；乙方案是只鋪設一根鋼管，兩條輸電線都從這一根鋼管中穿過如果輸電導線輸送的電流很強大，那么，以下說法正確的是( ) a無論輸送的電流是恒定電流還是交變電流，甲、乙兩方案都是可行的 b若輸送的電流是恒定電流，甲、乙兩方案都是可行的 c若輸送的電流是交變電流，乙方案是可行的，甲方案是不可行的 d若輸送的電流是交變電流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的 8埃及的古夫(khufu)金字塔內有一條狹窄通道，盡頭處被一塊鑲有兩個銅制把手的石塊堵住，如圖5所示考古學家曾利用一臺機器人來探測石塊后面隱藏的秘密，該機器人上配備的探測設備有：(甲)超聲波

6、回聲探測器、(乙)導電性傳感器、(丙)可穿透石塊的雷達機器人沿著通道到達石塊前，進行了以下探測工作： (1)兩個銅把手在石塊背面是否彼此連接； (2)石塊是否能夠移動； (3)在石塊后面是否還有其他物體； 圖五 (4)石塊的厚度 針對上述各項探測工作，下表中哪一選項內所選的探測設備最合適? ( )選項探測工作abcd (1)乙丙乙甲 (2)丙乙甲乙 (3)乙甲丙乙 (4)甲丙甲丙 請考生注意：下面的第9、10、11三個小題中。只選擇兩個題做答若三個小題均做答。則只按第9、10兩題的解答情況給分 9夏天，如果將自行車內胎充氣過足，又放在陽光下暴曬，車胎極易爆裂關于這一事例有以下描述(設爆裂前的過

7、程中內胎容積幾乎不變)，其中正確的是 ( ) a車胎爆裂，是車胎內氣體溫度升高，氣體分子間斥力急劇增大的結果 b車胎爆裂，是車胎內氣體溫度升高，分子熱運動加劇，氣體壓強增大的結果 c在車胎爆裂前，胎內氣體吸熱，內能增加 d在車胎突然爆裂的瞬間，胎內氣體內能減少 10根據(jù)光的薄膜干涉原理，可用圖6甲的裝置檢查被檢平面是否平整如果被檢平面是平整的，那么被檢平面就與透明標準樣板之問形成一層很薄的、橫截面為三角形的空氣層，此時若用平行的單色光按圖6甲所示的方式照射透明樣板，便可看到彼此平行的、等間距的、明暗相間的條紋，如圖6乙所示如果在某次檢驗中看到了如圖6丙所示的條紋，則據(jù)此可知，被檢平面有缺陷處的

8、缺陷類型屬于 ( ) a凸起 b凹下 c可能凸起，也可能凹下 d無法判斷 11在研制禮花彈的測試中，發(fā)現(xiàn)有一個禮花彈在上升到最高點炸裂成三塊碎片，其中一塊首先沿豎直方向落至地面，另兩塊稍后一些同時落至地面則在禮花彈炸裂后的瞬間這三塊碎片的運動方向可能是圖7中的 ( ) 二、本題包括5小題?？忌恍枳?小題，共40分請按題目的要求做簡要的回答1(10分)我們都知道，使用任何機械都不省功，那么我們每天從家到學校，為什么通常騎自行車會比步行要感覺輕松一些呢?試從物理學的角度加以分析 1在水平路面上騎車和步行有以下不同點：(1)騎車過程中，人的重心位置幾乎不變；步行過程中，當人邁開雙腿時重心降低，雙腿

9、靠攏時重心升高(2)騎車過程中人的運動近似為勻速；步行過程中人雙腿靠攏時速度較大，雙腳著地時瞬時速度為零，即人每邁出一步都有一個加速和減速的過程(3)騎車過程中人的大部分體重都壓在車上；步行過程中身體的全部重力幾乎都壓在腿上正是由于人在步行時，每向前邁出一步都不得不將重心“舉高”一次、不得不做一次加速和減速的動作這些動作是要消耗人的能量，而騎車的過程是不需要消耗這些能量做功的，同時騎車時人腿承受的力一般也小于步行時腿承受的力所以通常騎自行車會比步行要感覺輕松一些 。 2(10分)如圖8所示，飛船口和空間站b分別繞地球做勻速圓周運動，它們的圓軌道半徑分別為和為了使飛船追上空問站實現(xiàn)對接，可以通過

10、改變速度大小的方法來實現(xiàn)關于飛船的速度如何改變，一個學生分析如下 ： 圖8 飛船所受到的萬有引力提供做圓周運動時所需的向心力，設飛船的質量為m、軌道半徑為、運動速度為v，地球的質量為m，列出：,解得，即要使飛船與空間站對接，應增大，因而飛船的速度v應減小，飛船應采取繼續(xù)向前運動但減速的措施請問：這個學生的上述分析是否正確?若不正確，請指出他的錯誤，并給出正確解答2不正確飛船速度減小，由于萬有引力所提供向心力將大于其做勻速圓周運動所需的向心力，因此飛船會做向心運動而越來越靠近地面，不可能實現(xiàn)對接 正確的做法是使飛船適當?shù)丶铀伲瑥亩捎谌f有引力小于其做勻速圓周運動所需的向心力，飛船會向遠離地球方向

11、運動，方能實現(xiàn)對接 3(10分)一般的電熨斗用合金絲做發(fā)熱元件，合金絲電阻r隨溫度t變化的關系如圖9中粗虛線所示由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等情況不同，熨斗的散熱功率不同，因而熨斗的溫度可能會在較大范圍內波動，易損壞衣服有一種用稱為ptc的新材料做發(fā)熱元件的電熨斗，具有升溫快、能自動控制溫度的特點，ptc材料的電阻隨溫度變化的關系如圖9中實線所示已知t1t2為通常室溫的變化范圍，試根據(jù)圖線分析： 圖9 (1)為什么原處于室溫狀態(tài)的ptc熨斗剛通電時比普通電熨斗升溫快? (2)通電一段時間后使用ptc新材料的電熨斗的溫度t可能會自動穩(wěn)定在一定范圍內，請說明其可能穩(wěn)定的溫度范圍(3)簡析p

12、tc發(fā)熱元件的自動控溫過程3(1)與合金絲相比，冷態(tài)時ptc電阻較小，在工作電壓相同的情況下，其電功率較大，所以升溫較快 (2)穩(wěn)定在t3t4范圍內 (3)當熨斗溫度升高到t3后，ptc的電阻急劇增大，電功率快速變小，使得生熱與散熱趨于平衡，熨斗溫度趨于穩(wěn)定；當溫度降低至t4以下時，電阻又急劇變小，電功率快速增大，使得散熱與生熱趨于平衡，熨斗溫度也會趨于穩(wěn)定因而熨斗的溫度能穩(wěn)定在瓦l的范圍內 請考生注意：下面的第4、5兩個小題中，只選擇一個題做答若兩個小題均做答，則只按第4小題的解答情況給分4(10分)在一個艷陽高照的日子里，正行走在密密大森林中的小明和伙伴們，迷失了方向這時他們感到有陣陣涼風

13、從背后吹來，小明他們都很害怕，想盡快走出森林請你分析說明，小明他們應該沿什么方向走，才能盡快走出大森林，并說明你的理由 4小明他們應該保持現(xiàn)有方向繼續(xù)走，就能盡快走出大森林 因為在艷陽高照的日子里，森林外的土地和森林同時吸熱，但森林中水分大，溫度上升慢，所以森林內外相比，森林內的空氣密度大，氣壓高，空氣從森林內流向森林外，即森林中的風是從內向外吹的只要沿著風的方向走，就能盡快走出大森林5(10分)如圖10所示為一種健身器材，利用這種器材可以鍛煉身體的協(xié)調能力，改善心肺功能有很多人不抓扶手站在這種器材上來回蕩悠通過觀察我們發(fā)現(xiàn)小孩蕩悠起來很從容，幅度大，而成年人蕩悠時很急促而且幅度小從物理學角度

14、考慮對上述現(xiàn)象作出解釋 5(1)小孩站上去，振動系統(tǒng)重心到轉軸的距離比大人站上去時長； (2)這個振動系統(tǒng)是一個自由振動； (3)可以將這個轉動系統(tǒng)等效為單擺的擺動； (4)單擺的固有周期與系統(tǒng)質量無關，擺長越長，周期越大； (5)小孩站上去后振動時振動周期大，容易調節(jié)，所以蕩悠起來很從容，而且容易做到幅度大三、本題包括5小題，考生只需做4小題。每小題15分。共60分解答時應寫出必要的文字說明、方程 式和重要演算步驟只寫出最后答案 圖10的不能得分有數(shù)值計算的題。答案中必須明確寫出數(shù)值和單位1(15分)小明同學騎著一輛變速自行車上學，他想測一下騎車的最大速度在上學途中他選擇了最高的變速比，并測

15、得在這種情況下蹬動輪盤的最大轉速是每1s輪盤轉動一周，然后他數(shù)得自行車后輪上的飛輪6個齒盤和腳踏輪盤上3個齒盤的齒數(shù)如下表所示，并測得后輪的直徑為66 cm 軟盤 飛輪由此可求得他騎車的最大速度是多少? 圖11名稱輪盤飛輪 齒數(shù)4838281516182124282(15分)如圖12所示是醫(yī)生給病人輸液用的普通輸液器在輸液時，a管與大氣相通，b管下面連接一小容器c，然后再用皮管經(jīng)調節(jié)器連接到注射針頭藥液沿皮管向下流，到容器c中被隔斷(c內有少量空氣)，并以液滴形式下滴，再經(jīng)皮管和注射針頭進人人體 (1)試分析容器c的作用； (2)設輸液瓶口到注射針頭d的平均高度h=70 cm，人體血管內血液的

16、平均壓強約為1.0 atm，普通注射針頭的內壁直徑為0.30 mm假設通過調節(jié)輸液管上的調節(jié)器，使得從瓶口到針頭間的液體在流動過程中受到的粘滯阻力為其所受重力的910，試估算按上述條件輸500 ml藥液所需的時間 3(15分)有一種電荷控制式噴墨打印機的打印頭的結構簡圖如圖13所示其中墨盒可以噴出半徑為lo-5m的墨汁微粒，此微粒經(jīng)過帶電室時被帶上負電，帶電的多少由計算機按字體筆畫高低位置輸入信號加以控制帶電后的微粒以一定的初速度進入偏轉電場，帶電微粒經(jīng)過偏轉電場發(fā)生偏轉后，打到紙上，顯示出字符無信號輸入時，墨汁微粒不帶電，徑直通過偏轉板而注入回流槽流回墨盒 設偏轉板長1.6 cm，兩板間的距

17、離為o.50 cm，偏轉板的右端距紙3.2 cm若一個墨汁微粒的質量為1.610-11kg，以40 ms的初速度垂直于電場方向進人偏轉電場，兩偏轉板間的電壓是8.o102v，此打印機的打印頭運動一次可打印的字跡的高度為4.00 mm，所打印字跡的下邊緣與墨汁微粒不帶電沿直線打到位置的距離為2.00 mm (1)試分析完成上述打印過程中有信號輸入時墨汁微粒通過帶電室所帶電荷量的情況 (2)為了使打在紙上的字跡縮小，請你提出一個可行的方法 請考生注意：下面的第4、5兩個小題中。只選擇一個題做答若兩個小題均做答，則只按第4小題的解答情況給分 4與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管具有工作電壓低(有的僅

18、一點幾伏)、工作電流很小(有的僅零點幾毫安即可發(fā)光)、抗沖擊和抗震性能好、可靠性高、壽命長、通過調節(jié)電流可以方便地調節(jié)發(fā)光的強弱等特點，被廣泛應用于電子顯示屏和新型照明光源等領域通常發(fā)光二極管的成品是將發(fā)光二極管的管芯封裝在一個半球形的透明介質中的(如圖14所示)，有一種用于電子顯示屏的發(fā)光二極管，其管芯的發(fā)光區(qū)域為直徑等于2 mm的圓盤，封裝用的透明介質的折射率為1.7為了使人們能在更大的角度范圍內最清晰地看到發(fā)光二極管發(fā)出的光，試分析在制作發(fā)光管時半球介質球的半徑r應滿足什么條件 5(15分)太陽內部進行著多種核聚變反應過程，反應過程可簡化為：四個質子聚變?yōu)橐粋€氦核，同時放出24.7 me

19、v的能量這個核反應釋放出的能量就是太陽不斷向外輻射能量的來源 (1)請寫出這個核聚變簡化的反應方程； (2)已知地球的半徑r=6400 km，地球到太陽的距離r=1.51011m，太陽能照射到地球上時，有約30在穿過大氣層的過程中被云層或較大的粒子等反射，有約20被大氣層吸收現(xiàn)測得在地球表面垂直太陽光方向每平方米面積上接收到太陽能的平均功率為p。=6.8102w，求太陽輻射能量的總功率； (3)若太陽輻射的能量完全來源于上述第(1)問中的核反應，假設原始太陽的質量為2.o1030kg，并且只有其10的質量可供核反應中“虧損”來提供能量，質子的質量 =1.6710-27kg，試估算太陽的壽命(保

20、留1位有效數(shù)字) 參考答案 一、1c 2bc 3a 4d 5a 6b 7bc 8c 9bcd 10b 11d 二、1在水平路面上騎車和步行有以下不同點：(1)騎車過程中，人的重心位置幾乎不變；步行過程中，當人邁開雙腿時重心降低，雙腿靠攏時重心升高(2)騎車過程中人的運動近似為勻速；步行過程中人雙腿靠攏時速度較大，雙腳著地時瞬時速度為零，即人每邁出一步都有一個加速和減速的過程(3)騎車過程中人的大部分體重都壓在車上；步行過程中身體的全部重力幾乎都壓在腿上正是由于人在步行時，每向前邁出一步都不得不將重心“舉高”一次、不得不做一次加速和減速的動作這些動作是要消耗人的能量，而騎車的過程是不需要消耗這些

21、能量做功的，同時騎車時人腿承受的力一般也小于步行時腿承受的力所以通常騎自行車會比步行要感覺輕松一些 2不正確飛船速度減小，由于萬有引力所提供向心力將大于其做勻速圓周運動所需的向心力，因此飛船會做向心運動而越來越靠近地面，不可能實現(xiàn)對接 正確的做法是使飛船適當?shù)丶铀?，從而由于萬有引力小于其做勻速圓周運動所需的向心力，飛船會向遠離地球方向運動，方能實現(xiàn)對接 3(1)與合金絲相比，冷態(tài)時ptc電阻較小，在工作電壓相同的情況下，其電功率較大，所以升溫較快 (2)穩(wěn)定在t3t4范圍內 (3)當熨斗溫度升高到t3后，ptc的電阻急劇增大，電功率快速變小，使得生熱與散熱趨于平衡，熨斗溫度趨于穩(wěn)定；當溫度降低

22、至t4以下時，電阻又急劇變小，電功率快速增大，使得散熱與生熱趨于平衡，熨斗溫度也會趨于穩(wěn)定因而熨斗的溫度能穩(wěn)定在瓦l的范圍內 4小明他們應該保持現(xiàn)有方向繼續(xù)走，就能盡快走出大森林 因為在艷陽高照的日子里，森林外的土地和森林同時吸熱，但森林中水分大，溫度上升慢，所以森林內外相比，森林內的空氣密度大，氣壓高，空氣從森林內流向森林外，即森林中的風是從內向外吹的只要沿著風的方向走，就能盡快走出大森林 5(1)小孩站上去，振動系統(tǒng)重心到轉軸的距離比大人站上去時長； (2)這個振動系統(tǒng)是一個自由振動； (3)可以將這個轉動系統(tǒng)等效為單擺的擺動； (4)單擺的固有周期與系統(tǒng)質量無關，擺長越長，周期越大； (

23、5)小孩站上去后振動時振動周期大，容易調節(jié)，所以蕩悠起來很從容，而且容易做到幅度大 三、1用齒數(shù)多的輪盤和齒數(shù)少的飛輪組合，車速較大 1s內輪盤轉動一周，轉過的齒數(shù)為48，此過程中飛輪也轉過48齒，轉過的圈數(shù)為n=4815=3.2 即車輪將前進 所以最大車速為 2(1)液體在皮管內連續(xù)流動，它的速度是很難觀察的，而液滴下落的快慢是很容易觀察的因此，小容器c是用來觀察輸液的快慢開始輸液時，醫(yī)生總是先觀察c中液滴下落的快慢，并通過適當?shù)恼{節(jié)以控制輸液的速度 (2)因為瓶口處和針頭接觸的血液處壓強近似相等，液體的流動近似看作只受重力和阻力作用下的運動，由功能關系得代入數(shù)據(jù)得 針頭內的橫截面積為每秒注入液體的體積為故所需的時間為 3(1)因帶電微粒的質量、初速度相同，所經(jīng)過的偏轉電場情況也相同，所以其偏轉的距離由所帶電荷量決定 設兩偏轉板間的距離為d、長度為，其右端距