07第二屆求學(xué)杯物理競(jìng)賽

07第二屆求學(xué)杯物理競(jìng)賽07第二屆求學(xué)杯物理競(jìng)賽07第二屆求學(xué)杯物理競(jìng)賽第二屆(《求學(xué)杯》)全國(guó)高中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽試題注意事項(xiàng)：1.請(qǐng)?jiān)诿芊饩€內(nèi)填寫所在地區(qū)、學(xué)校、姓名和考號(hào)。2.用藍(lán)色或黑色鋼筆、圓珠筆書寫。3.答卷過(guò)程中可以使用普通型計(jì)算器。4.本試卷共有三個(gè)大題，總分為150分。5.答卷時(shí)間：2007年4月15日(星期日)上午9：30～11：30。題號(hào)一二三總分12312345分?jǐn)?shù)復(fù)核人一、本題包括10小題，每小題5分，共50分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的小題有多個(gè)選項(xiàng)正確。請(qǐng)把符合題目要求的選項(xiàng)的序號(hào)填入題后的()內(nèi)。全選對(duì)的得5分，選不全的得3分，有選錯(cuò)或不選的得0分。1.驗(yàn)紗機(jī)發(fā)出的“光”能使鈔票十的熒光物質(zhì)發(fā)光：家用電器的遙控器發(fā)出的“光”，能用來(lái)控制電視機(jī)?？照{(diào)器等家用電器。對(duì)于它們發(fā)出的“光”，下列說(shuō)法中正確的是(BD)A.驗(yàn)鈔機(jī)發(fā)出的“光”是紅外線B.遙控器發(fā)出的“光”是紅外線C.遙控器發(fā)出的“光”是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的D.遙控器發(fā)出的“光”是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的2.在滅火搶險(xiǎn)的過(guò)程中，消防隊(duì)員有時(shí)要借助消防車上的梯子爬到高處進(jìn)行救人或滅火作業(yè)，如圖1所示。已知消防車梯子的下端用摩擦很小的鉸鏈固定在車上，上端靠在摩擦很小的豎直玻璃幕墻上。消防車靜止不動(dòng)，在消防隊(duì)員沿梯子勻速向上爬的過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是(CD)A.鉸鏈對(duì)梯的作用力逐漸減小B.墻對(duì)梯的彈力不變C.地面對(duì)車的摩擦力逐漸增大D.地面對(duì)車的彈力不變3.小明有一臺(tái)小型收錄機(jī)(俗稱“隨身聽”)是用兩節(jié)5號(hào)干電池供電的，有一天需要更換電池了，他一時(shí)沒(méi)有合適的電池，就從家中一臺(tái)工作正常的石英鐘中取出了兩節(jié)5號(hào)電池給這個(gè)隨身聽供電。用它收聽電臺(tái)廣播，聲音基本正常，但用它聽錄音帶上的音樂(lè)時(shí)卻發(fā)現(xiàn)錄音磁帶雖然轉(zhuǎn)動(dòng)，但聲音不正常。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是(D）A.開關(guān)接觸不良B.收錄機(jī)的揚(yáng)聲器質(zhì)量有問(wèn)題C.電池已用舊，電動(dòng)勢(shì)變得很小D.電池已用舊，內(nèi)阻變得很大4.對(duì)于不同的柴油機(jī)，燃燒同樣的燃料，輸出的機(jī)械能越多，表明柴油機(jī)越節(jié)能。柴油機(jī)的節(jié)能狀況是衡量其性能好壞的重要指標(biāo)之一。有經(jīng)驗(yàn)的柴油機(jī)維修師，不用任儀器，只是靠近柴油機(jī)排氣管口，將手伸到排氣管口附近感覺(jué)一下尾氣的溫度，就能初步判斷這臺(tái)柴油機(jī)的節(jié)能效果。在同樣負(fù)荷的情況下，關(guān)于柴油的節(jié)能效果，下列判斷中正確的是(B)A.尾氣的溫度越高，柴油機(jī)越節(jié)能B.尾氣的溫度越低，柴油機(jī)越節(jié)能C.尾氣的柴油味越濃重，柴油機(jī)越節(jié)能D.尾氣的顏色越發(fā)黑，柴油機(jī)越節(jié)能5.在新年聯(lián)歡會(huì)上，物理老師給同學(xué)們表演了一個(gè)小魔術(shù)：他首先出示了兩根外表看上去完全相同的管子甲和乙，然后又拿出兩個(gè)完全相同、直徑略小于管的內(nèi)徑、且?guī)в写判缘男¤F球，如圖2所示。表演時(shí)老師先將兩個(gè)小鐵球接觸兩管子，證明鐵球和管子不會(huì)相互吸引，然后將兩小球同時(shí)從豎直放置的甲、乙兩管的上端口由靜止釋放，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鐵球很快穿過(guò)甲管落地，而小鐵球穿過(guò)乙管的過(guò)程卻比較慢。對(duì)于這個(gè)現(xiàn)象，同學(xué)們做出了如下幾個(gè)猜想，你認(rèn)為其中可能正確的是(A)A.甲管是用塑料制成的，乙管是用銅制成的B.甲管是用鋁制成的，管是用塑料制成的C.甲管是用膠木制成的，管是用塑料制成的D.甲管是用銅制成的，乙管是用鋁制成的6.質(zhì)量為m的跳高運(yùn)動(dòng)員先后用背越式和跨越式兩種跳高方式跳過(guò)某一高度，該高度比他起跳時(shí)的重心高出h，則他從起跳后至躍過(guò)橫桿的過(guò)程中克服重力所做的功（C）A.都必須大了mghB.都不一定大于mghC．用背越式不一定大于mgh，用跨越式必須大于mghD．用背越式必須大于mgh，用跨越式不一定大于mgh7.圖4是燃煤鍋爐煙囪中的靜電除塵原理示意圖，A為與煙囪內(nèi)壁金屬管相連的一個(gè)電極、B為與金屬絲E相連的另一個(gè)電極，C和D分別表示煙囪的兩個(gè)氣口。在A、B之間加上高電壓，金屬絲附近的強(qiáng)電場(chǎng)將空氣分子電離為電子和正離子，電子在煙囪空腔的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)被煙氣中的煤粉俘獲，使煤粉帶負(fù)電后而被吸附到帶正電的電極上，因此排出的煙就比較清潔了。有關(guān)這種靜電除塵的裝置，下列說(shuō)法中正確的是(AC)A.高壓電源的正極接A，負(fù)極接BB.高壓電源的負(fù)極接A，正極接BC.C為煙氣的進(jìn)氣口，D為排氣口D.D為煙氣的進(jìn)氣口，C為排氣口8.小明通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，通常人在正常步行時(shí)手臂自然擺動(dòng)的頻率與臂長(zhǎng)的關(guān)系類似于單擺固有頻率與擺長(zhǎng)的關(guān)系，由此他猜想人的步行速度v與身高h(yuǎn)之間可能存在如下的關(guān)系，你認(rèn)為他的下列猜想中正確的是(C)A.v∝h2B.v∝hC.v∝QUOTED.v∝1/QUOTE9.夜晚，在只有日光燈照明的室內(nèi)，電扇(三片葉片)啟動(dòng)后有時(shí)看起來(lái)象有六片葉片，有時(shí)看起來(lái)是靜止的，有時(shí)看起來(lái)在反向轉(zhuǎn)動(dòng)。下列判斷中正確的是(BC）A.如果看到轉(zhuǎn)動(dòng)著的電扇好象靜止，其轉(zhuǎn)速可能是1500r/min.B.如果看到轉(zhuǎn)動(dòng)著的電扇好象靜止，其轉(zhuǎn)速可能是2000r/min.C.如果著到轉(zhuǎn)動(dòng)著的電扇有六個(gè)葉片，其轉(zhuǎn)速可能是1000r/min.D.如果看到轉(zhuǎn)動(dòng)著的電扇有六個(gè)葉片，轉(zhuǎn)速可能是1500r/min.10.心電圖儀(如圖5所示)通過(guò)一系列的傳感手段，可將與人心跳對(duì)應(yīng)的生物電流情況記錄在勻速運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)紙上，這樣醫(yī)務(wù)人員便可得到被檢者的心電圖。醫(yī)生通過(guò)心電圖，可以了解到被檢者心跳的情況，例如，測(cè)量相鄰兩波峰的時(shí)間間隔，便可計(jì)算出1min內(nèi)心臟跳動(dòng)的次數(shù)(即心率)。同一臺(tái)心電圖儀正常工作時(shí)測(cè)得待檢者甲、乙的心電圖分別如圖6甲、乙所示。若醫(yī)生測(cè)量時(shí)記下被檢者甲的心率為60次/min，則可知乙的心率和這臺(tái)心電圖儀輸出坐標(biāo)紙的走紙速度大小分別為(B)A.48次/min,25mm/sB.75次/min,25mm/sC.75次/min,45mm/sD.48次/min,36mm/s二、本題包括3小題，共25分。請(qǐng)按題目的要求做簡(jiǎn)要的回答。1.(8分)拔河比賽時(shí)，為了取得勝利，通常需要從穿著和姿勢(shì)等方面做好必要的準(zhǔn)備和訓(xùn)練。請(qǐng)你說(shuō)出必要的穿著和姿勢(shì)，并說(shuō)明其中的道理。2.(8分).小明發(fā)現(xiàn)，家中的空調(diào).電爐等大功率用電器啟動(dòng)時(shí)，正在照明的電燈會(huì)變暗。他向物理老師請(qǐng)教其中的原因，老師提示說(shuō)這是由于從電網(wǎng)到小明家的輸電線有不能忽略的電阻的緣故。老師借給小明一塊交流電壓表，讓他自己去探究一下。小明回到家中，在家中只有一盞電燈工作時(shí)，測(cè)得電燈兩端的電壓為U1；當(dāng)空調(diào)啟動(dòng)時(shí)(已知其啟動(dòng)功率可達(dá)到P)，測(cè)得電燈兩端的電壓為U2。(1)如果輸電線的電阻不可忽略，當(dāng)大功率用電器開啟時(shí)，為什么原來(lái)正常發(fā)光的電燈會(huì)變暗？(2)導(dǎo)出估算輸電線電阻r的表達(dá)式。3.(9分)在學(xué)習(xí)光的干涉現(xiàn)象時(shí)，老師在課堂上談到了肥皂泡在白光下出現(xiàn)彩色條紋的例子，這引起了小明同學(xué)對(duì)兒時(shí)玩吹肥皂泡游戲時(shí)的美好回憶。在他的記憶中，用嘴吹出的肥皂泡總是先上升、后下降，同時(shí)在泡的側(cè)壁上總會(huì)有許多“轉(zhuǎn)動(dòng)”的彩色花紋，而且當(dāng)這些彩色花紋消失后，這個(gè)肥皂泡也就會(huì)破裂了。請(qǐng)你說(shuō)明出現(xiàn)這些現(xiàn)象的道理。三.本題包括5小題，共75分。解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要演算步驟。只寫出最后答案的不能得分，有數(shù)值計(jì)算的，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。1.(10分)潮汐能是一種很有潛力的待開發(fā)的新能源，圖8是雙向潮汐發(fā)電站示意圖。漲潮后打開閘門，海水經(jīng)通道進(jìn)入海灣，水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，如圖甲所示；待海灣內(nèi)外水位高度相同，水輪機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)閉閘門，如圖乙所示；潮落后再打開閘門，海灣中的水經(jīng)通道進(jìn)入大海，水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并再次帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電如圖丙所示；待海灣內(nèi)外水面高度相同，水輪機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，再關(guān)閉閘門，直到下次漲潮至最高點(diǎn)，再打開閘門放水發(fā)電，如此循環(huán)往復(fù)。如果海灣的平均蓄水面積為S，漲潮與落潮水位差為h，海水密度為ρ，水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將海水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的效率為η。求經(jīng)過(guò)一次漲、落潮可以發(fā)出的電能。2.(15分)小明等幾位同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)的活動(dòng)中，決定對(duì)“蹦極”運(yùn)動(dòng)所用的彈性繩的性能進(jìn)行研究。勇敢的同學(xué)小紅自愿進(jìn)行測(cè)試，同學(xué)們?cè)谒砩涎b好了位移傳感器，用以測(cè)量她在不同時(shí)刻下落的高度與速度。蹦極前他們首先測(cè)得小紅與所攜帶的全部設(shè)備的總質(zhì)量為50kg，彈性繩不拉伸時(shí)的長(zhǎng)度為12m。小紅從蹦極臺(tái)上下落，根據(jù)傳感器測(cè)到的數(shù)據(jù)，可以利用計(jì)算機(jī)作出如圖9所示的速度－位移圖象。請(qǐng)估算：（1）如果認(rèn)為彈性繩的彈力大小跟它的伸長(zhǎng)量的關(guān)系符合胡克定律，則彈性繩的勁度系數(shù)k為多大；(2)小紅下落速度最大時(shí)和落至最低點(diǎn)時(shí)，繩的彈性勢(shì)能各為多大2.（1）小紅到達(dá)距蹦極臺(tái)面L1=20m處速度最大，此時(shí)合力為零即mg=kx此時(shí)彈性繩的伸長(zhǎng)量為x=L1—L0=（20—12）m=8mk=mg/x=62.5N/m（2）小紅從開始下落至距蹦極臺(tái)面L1=20m處時(shí)速度最大，此時(shí)vm=17.9m/s對(duì)于小紅從開始下落至距蹦極臺(tái)面L1=20m處的過(guò)程，設(shè)彈性繩做功為W1，根據(jù)動(dòng)能定理有mgL1+W1=mvm2解得W1=—2.0×103J所以此時(shí)彈性繩的彈性勢(shì)能大小Ep1=2.0×103J。小紅下落至最低點(diǎn)時(shí)距蹦極臺(tái)面L2=36m對(duì)于小紅從開始下落至距蹦極臺(tái)面L2=36m的過(guò)程，設(shè)彈性繩做功為W2，根據(jù)動(dòng)能定理有mgL2+W2=0解得W2=—1.8×104J所以此時(shí)彈性繩的彈性勢(shì)能大小Ep2=1.8×104J。3.(15分)我國(guó)南方某學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)小組想粗略估測(cè)太陽(yáng)的輻射功率。他們通過(guò)多種途徑，查到以下資料：日地距離r＝1.5x1011m,水的比熱容c＝4.2x103J/(kg·0C)，射到地球的太陽(yáng)能由于大氣層的吸收，約有50％能夠到達(dá)地面。他們?cè)谙闹燎昂笞隽巳缦碌膶?shí)驗(yàn)：取一個(gè)橫截面積S＝3.Ox10-2m2、形狀矮粗的厚壁泡沫塑料圓筒，并將筒的內(nèi)壁襯上黑色塑料薄膜。在圓筒內(nèi)裝上質(zhì)量m＝0.60kg的水，并用透明塑料薄膜將筒口封閉。在天氣晴好的某天中午進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)整水平放置圓筒口的方位，使太陽(yáng)光盡可能的垂直照射在水面上，經(jīng)過(guò)時(shí)間t＝2min后，測(cè)得水的溫度升高了Δt＝1.O0C，請(qǐng)你幫助該小組的同學(xué)估算太陽(yáng)的輻射功率。(保留一位有效數(shù)字)4.(17分)圖10是小明為某糧店設(shè)計(jì)的自動(dòng)稱米機(jī)的示意圖，它的工作過(guò)程是這樣的：提前在磅秤上輸入要稱量的質(zhì)量數(shù)，然后開啟閥門K，米就自動(dòng)落到磅秤上.當(dāng)磅秤示數(shù)等于購(gòu)買者所需質(zhì)量數(shù)時(shí)，稱米機(jī)將自動(dòng)關(guān)閉閥門K，從而實(shí)現(xiàn)了快捷的自動(dòng)稱量。在對(duì)這個(gè)自動(dòng)稱米機(jī)進(jìn)行可行性論證時(shí)，買者認(rèn)為：因?yàn)槊琢髀涞饺萜髦袝r(shí)會(huì)有向下沖擊的力，因而實(shí)際得到的米少了，買方吃了虧：而賣者認(rèn)為：當(dāng)磅秤示數(shù)達(dá)到預(yù)定米的質(zhì)量數(shù)時(shí)，即使自動(dòng)裝置立刻關(guān)閉了閥門K，也還有少量米仍在空中，這些米將是多給買者的，賣方吃了虧。為此雙方發(fā)生了爭(zhēng)執(zhí)。請(qǐng)你通過(guò)計(jì)算判定實(shí)際情況是怎樣的。提示：分析過(guò)程中不妨假設(shè)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)閥門K的米的質(zhì)量為mo，米從閥門K中流出的初速度為零，從閥門K到米堆的高度為h，米落到米堆上速度立即減為零。5.(18分)示波器是一種常用的電學(xué)儀器，可以在熒光屏上顯示出被檢測(cè)的電壓隨時(shí)間的變化情況。它的工作原理如圖10所示，真空室中陰極K逸出電子(初速度可忽略不計(jì))，經(jīng)過(guò)電壓Ul=910V的加速電場(chǎng)后，由小孔S沿正對(duì)且相互靠近的水平金屬極板A、B和豎直金屬板C、D間的中心線依次通過(guò)兩對(duì)平行金屬板間。且已知A、B和C、D的長(zhǎng)度均為l＝0.20m,A、B和C、D兩板間的距離均為d＝0.020m，金屬板的面積足夠大。在A、B兩板間加上如圖11甲所示的正弦交變電u2，當(dāng)A板電勢(shì)高于B板電勢(shì)時(shí)，電壓記為正值；在C、D兩板間加上如圖11乙所示的交變電壓u3，當(dāng)C板電勢(shì)高于D板電勢(shì)時(shí)，電壓記為正值。兩對(duì)金屬板間的電場(chǎng)可視為全部集中在兩板之間，且分布均勻。在C、D兩極板右側(cè)與極板右端相距s＝0.30m處有一個(gè)與兩對(duì)金屬板中心線垂直的熒光屏，中心線正好經(jīng)過(guò)屏的中點(diǎn)。若不計(jì)兩對(duì)金屬板之間的距離，且熒光屏足夠大，并已知電子的質(zhì)m＝0.91×10-30kg，所帶電荷量e＝1.6x10-19C，不計(jì)電子之間的相互作用力。(1)要使所有的電子都能打在熒光屏上，兩對(duì)偏轉(zhuǎn)金屬板間所加電壓的最大值U20、U30應(yīng)滿足什么條件？(2)若U20滿足(1)中的條件，要使熒光屏上能顯示出u2的若干個(gè)完整周期內(nèi)的波形，C、D兩板間所加交變電壓u3的周期應(yīng)滿足什么條件？(3)若熒光屏上顯示出一個(gè)u2完整的波形，計(jì)算這個(gè)波形的峰值高度和最大長(zhǎng)度，并在圖11丙中畫出這個(gè)波形.（1）對(duì)于電子在加速電場(chǎng)中的加速過(guò)程，設(shè)最終的速度為v0，由動(dòng)能定理有eU=mv02，解得v0==1.8×107m/s電子穿越金屬板的時(shí)間t=l/v0=1.1×10-8s由于電子在金屬板之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間遠(yuǎn)小于偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)u2變化的周期，所以電子通過(guò)兩對(duì)金屬板的過(guò)程中，電場(chǎng)可視為場(chǎng)強(qiáng)為定值的勻強(qiáng)電場(chǎng)。要使所有電子都能打在熒光屏上，最大偏移必須滿足y=at2<。電子在AB之間運(yùn)動(dòng)的加速度a=所以有v運(yùn)動(dòng)y=<，解得U20<=18.2V同理可解得U30<18.2V（2）要使熒光屏上能顯示出u2完整的波形，CD兩板之間所