全國高中物理競賽試題及答案

全國高中物理競賽試題及答案

全國應(yīng)用物理競賽試題一、選擇題（每小題2分，共20分）：1.2009年的諾貝爾物理學(xué)獎由三人分享，其中在光纖通信技術(shù)方面做出原創(chuàng)性工作而被稱為“光纖之父”的美籍華人是（）A.錢永健B.朱棣文C.高錕D.丁肇中2.晴朗無風(fēng)的早晨，當(dāng)飛機從空中飛過，在蔚藍的天空中會留下一條長長的“尾巴”，如圖1所示，這種現(xiàn)象俗稱為“飛機拉煙”。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因之一是飛機在飛行過程中排出的暖濕氣體遇冷所致。在這一過程中，暖濕氣體發(fā)生的物態(tài)變化是（）A.熔化B.液化C.蒸發(fā)D.升華3.2010年1月2日起，我國北方大部分地區(qū)遭大范圍降雪天氣襲擊。大雪嚴(yán)重影響了民航、鐵路和高速公路等交通，如圖2所示。在遇到這種天氣時，為了盡快清除積雪，常用的辦法是撒“融雪鹽”，這是因為（）A.“融雪鹽”與少量水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量使周圍的冰雪熔化B.“融雪鹽”產(chǎn)生“保暖層”，使冰雪吸收足夠的“地?zé)帷倍刍疌.使雪形成“含融雪鹽的雪”，“含融雪鹽的雪”熔點低于當(dāng)?shù)販囟?，使雪熔化D.“融雪鹽”有利于冰雪對陽光的吸收，從而加快冰雪的熔化4.小明發(fā)現(xiàn)戶外地面以上的冬季供熱管道每隔一段距離總呈現(xiàn)型，如圖3所示。其主要原因是（）A.為了避開行人和建筑物B.為了美觀C.為了避免管道因熱脹冷縮導(dǎo)致的損壞D.為了方便工人師傅安裝和檢修5.體操、投擲、攀巖等體育活動都不能缺少的“鎂粉”，它的學(xué)名是碳酸鎂。體操運動員在杠前都要在手上涂擦“鎂粉”，其目的是A.僅僅是為了利用“鎂粉”吸汗的作用，增加手和器械表面的摩擦而防止打滑B.僅僅是為了利用手握著器械并急劇轉(zhuǎn)動時“鎂粉”能起到襯墊作用，相當(dāng)于在中間添加了一層“小球”做“滾動摩擦”C.僅僅是為了利用“鎂粉”填平手掌的褶皺和紋路，使手掌與器械的接觸面積增大，將握力變得更加實在和均勻D.上述各種功能都有6.小新同學(xué)家中的墻壁上豎直懸掛著一指針式電子鐘，當(dāng)其因電池電能不足而停止時。指針最可能停在如圖4所示的哪個位置附近。7.小明在用可變焦的光學(xué)照相機（一種鏡頭焦距大小可根據(jù)需要發(fā)生改變的光學(xué)照相機）給小蘭拍了一張半身照之后，保持相機和小蘭的位置不變。又給小蘭折了一張全身照。關(guān)于這個過程對相機的調(diào)節(jié)，下列說法中正確的是（）1.當(dāng)使用“鴛鴦火鍋”時，人們可以根據(jù)自己的口味將食材放入不同的湯料中涮煮。然而，小新發(fā)現(xiàn)每次使用時，紅湯鹵一側(cè)總是先沸騰。最初，他以為是因為紅湯鹵一側(cè)的火焰更大，但后來觀察發(fā)現(xiàn)兩側(cè)的火焰是相同的。請分析為什么紅湯鹵一側(cè)總是先沸騰。2.小麗在幫媽媽做飯時發(fā)現(xiàn)菜刀上有兩種不同的孔，如圖9所示，但她不知道這兩種孔的作用。請解釋一下圖中孔①和孔②的作用。3.英國《每日郵報》于2009年5月20日刊登了一組照片，如圖10所示。一只灰鵝在飛行途中遇到了強風(fēng)，但它做出了令人驚嘆的動作——以飛行方向為軸線，橫向轉(zhuǎn)體180度，而且它的頭部仍然保持著正常飛行時的姿態(tài)！盡管這看起來有些不可思議，但連世界上最優(yōu)秀的運動員都會被它柔韌的鵝脖所折服。請思考并回答，灰鵝這樣轉(zhuǎn)體的效果是什么，為什么？4.大型石油液化氣罐通常會放置在露天，為了防止因溫度過高而導(dǎo)致的爆炸等事故，罐體外表面通常會被漆成銀白色，如圖11所示。然而，同樣為了防止溫度過高而導(dǎo)致火災(zāi)等事故，露天放置的電力變壓器卻會將外表面漆成顏色很深的灰黑色，如圖12所示。為什么這兩種設(shè)備在防止溫度過高時采取的措施不同，一個漆成銀白色，一個漆成灰黑色呢？5.黑光誘蟲燈是一種專用設(shè)備，利用物理學(xué)原理來治理害蟲。它的結(jié)構(gòu)和工作電路與普通的日光燈基本相同，唯一的區(qū)別在于黑光誘蟲燈燈管的材料和內(nèi)壁上所涂的熒光粉不同。有些黑光誘蟲燈的燈管外側(cè)加有一層高壓電網(wǎng)，用于殺滅害蟲，如圖13所示，而有些則直接利用自然水源（如養(yǎng)魚池）來殺滅害蟲。黑光誘蟲燈在正常工作時，會發(fā)出波長為365nm的“光”，雖然這種“光”人眼看不見，但一些害蟲卻能看到，并因其具有趨光特性而被吸引過來，從而為進一步殺滅害蟲創(chuàng)造條件。6.人眼無法看到黑光誘蟲燈發(fā)出的“光”，這是因為它發(fā)出的是紫外線，而人眼只能看到波長在(0.43～0.75)×10^15Hz范圍內(nèi)的光。盡管如此，技術(shù)人員仍不允許我們用肉眼近距離地直接觀察正在正常工作的黑光誘蟲燈燈管，這是因為紫外線有一定的輻射危害，需要采取相應(yīng)的安全措施。(1)在剎車過程中，摩擦力會將輪胎和地面之間的能量轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致輪胎發(fā)熱。這是動能轉(zhuǎn)化為熱能的過程。(2)根據(jù)表格數(shù)據(jù)，可以計算出該司機的反應(yīng)時間大約是1.5秒。(3)由上表數(shù)據(jù)可知，汽車制動距離與行駛速度成正比關(guān)系，即行駛速度越快，制動距離越長。(4)在雨雪天氣里行車，路面摩擦力會減小，導(dǎo)致制動距離增加。因此，需要減速慢行以避免發(fā)生交通事故。六、1.根據(jù)表格數(shù)據(jù)，可以計算出HCB30型“手拉葫蘆”的手拉輪與承載輪不是一個共軸的輪軸。2.機械效率可以通過公式η=Wout/Win計算得出，其中Wout為輸出功率，Win為輸入功率。在滿載的情況下，手拉葫蘆的輸出功率為Pout=Mgh/t，輸入功率為Pin=Fd/t，其中M為貨物質(zhì)量，g為重力加速度，h為一次起升高度，t為起升時間，F(xiàn)為手拉鏈條所需的拉力，d為手拉輪直徑。因此，機械效率為η=Pout/Pin=Mgh/Fd，代入數(shù)據(jù)計算可得機械效率為0.63。在估算題目時，需要注意學(xué)生是否會忽略一些可以忽略的條件，以免影響計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。在最后確定獎項時，如果得分相同的人數(shù)超過獲獎名額，可以對試卷進行加分評判。加分評判的基本依據(jù)包括使用非課本所講的方法或原理、方法簡便、提出多種正確解法、試卷表達規(guī)范、條理清楚、能充分利用數(shù)學(xué)工具等。競賽領(lǐng)導(dǎo)小組應(yīng)該制定相應(yīng)的規(guī)定，獎勵名額的分配也應(yīng)由省、地、市等決定。選擇題共有10小題，每小題2分，簡答題共有6小題，每小題5分。對于第一道簡答題，解決方法包括將燈頭拆下，將電燈接線盒內(nèi)的兩根導(dǎo)線接在一起，拆下開關(guān)接線盒并換成插座接線盒，將連接開關(guān)的兩根導(dǎo)線接在插座對應(yīng)位置。電路圖如圖答-1所示。第二道簡答題中，解決方法包括利用溫度低的空氣密度大的特點，讓冷風(fēng)從車頂吹進來后快速下沉，結(jié)合窗口送風(fēng)使整個車箱溫度均勻降低；利用溫度高的空氣密度小的特點，讓熱風(fēng)從下部吹進來后快速上升，結(jié)合車頂送風(fēng)使整個車箱溫度均勻升高。第三道簡答題中，鍋體兩側(cè)火焰相同，在相同時間內(nèi)，湯料吸收的熱量近似相同，但由于紅湯側(cè)液面上方有一層油，使蒸發(fā)減慢，帶走的熱量較少。兩邊湯料的質(zhì)量、主要成分以及初溫幾乎相同，因此紅湯溫度升高得快，首先沸騰。第四道簡答題中，孔①是掛刀孔，用此孔可以把菜刀掛在墻或支架上；孔②為透氣孔，在切菜時，透氣孔中的空氣會在菜片和菜刀之間形成一層隔層，避免大氣壓將菜片直接壓緊在菜刀上而增加切菜阻力。同時，菜片和菜刀之間的空氣可使菜片脫落而不粘刀。最后一道簡答題中，估算時需要注意學(xué)生是否會忽略一些可以忽略的條件，以免影響計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。1.灰鵝的飛行安全灰鵝在飛行中，為了躲避強風(fēng)等危險，需要迅速降低高度。它們采取的方法是進行轉(zhuǎn)體，使翅膀下方空氣流速大于上方，根據(jù)流速大的地方壓強小，流速小的地方壓強大的規(guī)律，灰鵝受到的向下的壓力大于向上的壓力，從而使灰鵝受到空氣的壓力的合力方向向下，有助于灰鵝迅速降低高度，使飛行更安全。2.物體表面顏色對熱輻射的影響物體表面顏色越淺，反射熱輻射的能力越強，進行熱輻射的能力越差；物體表面顏色越深，反射熱輻射的能力越弱，進行熱輻射的能力越強。例如，引油液化氣在罐中貯存時，為了避免溫度升得過高，將其表面漆成銀白色，增強其反射熱輻射的能力，減少吸收的熱量；而正常運行中的電力變壓器，為了將熱量通過熱輻射的方式傳遞到環(huán)境中，從而避免自身溫度升得過高，將其漆成顏色很深的灰黑色。3.黑光誘蟲燈的特點黑光誘蟲燈發(fā)出的“光”的頻率為3×10^8m/s÷365nm=0.82×10^15Hz，不在人的視覺頻率范圍內(nèi)，屬于紫外線。盡管不能引起人的視覺，但黑光誘蟲燈發(fā)出的紫外線能灼傷眼睛的視網(wǎng)膜，損傷人的視力，不允許用肉眼近距離地直接觀察正在正常工作的黑光誘蟲燈燈管。如果要在果園里使用黑光誘蟲燈，需要根據(jù)每盞燈的照射面積和功率，計算所需的數(shù)量，例如，如果每盞燈的照射面積為15平方米，需要覆蓋的果園面積為400平方米，那么至少需要安裝12盞這種型號的黑光誘蟲燈。12盞黑光誘蟲燈的總功率為0.48kW，每年工作時間為1500小時，每年消耗電能為720kWh，每年需交電費360元。害蟲被黑光誘蟲燈發(fā)出的紫外線誘惑，在飛向燈管的過程中接觸高壓電網(wǎng)，被滅殺。另外，黑光誘蟲燈經(jīng)水面成像，害蟲飛向水中黑光誘蟲燈的像落入水中被滅殺。由于電阻與二極管串聯(lián)，所以通過二者的電流均為10mA。電阻兩端的最大電壓為309V，阻值為3.1×10^4Ω。加在電阻上的電壓為97V，消耗的功率為0.3W。發(fā)光二極管消耗的功率為0.02W，發(fā)光二極管和定值電阻消耗的總功率為0.32W。消耗電能為2.8×10kWh。剎車過程中輪胎發(fā)熱是由于摩擦引起的，這個過程中機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。司機的反應(yīng)時間t等于反應(yīng)距離s與汽車行駛速度v的比值，即t=s/v。需要注意式中物理量都必須用國際單位，因此，需要把速度單位轉(zhuǎn)化為m/s。計算五種情況下反應(yīng)時間t，再取平均值可計算結(jié)果都在0.6s~0.7s之間。分析題中所給數(shù)據(jù)表可知，汽車的行駛速度越大制動距離越大。具體計算可知，當(dāng)速度增加為原來的2倍時，制動距離約增加為原來的4倍。在雨雪天氣，道路較為濕滑，汽車的剎車阻力會相對減小。因此，在相同車速下，汽車的運動狀態(tài)更不易改變，導(dǎo)致剎車后滑行的距離更長。為了保證行車安全，應(yīng)該減速慢行。當(dāng)手拉輪與承載輪不是共軸的輪軸