第38屆全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽預(yù)賽試題

第38屆全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽預(yù)賽試題第38屆全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽預(yù)賽試題（2021年9月4日9:00-12:00）考生必讀1、 考生考試前務(wù)必認(rèn)真閱讀本須知。2、 本試題共4頁(yè)，總分為400分。3、 需要閱卷老師評(píng)閱的內(nèi)容一定要寫在答題紙相應(yīng)題號(hào)后面的空白處；閱卷老師只評(píng)閱答題紙上的內(nèi)容；選擇題和填空題也必須在答題紙上作答；寫在試題紙和草稿紙上的解答一律無(wú)效。選擇題（本題60分，含5小題，每小題12分。在每小題給出的4個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一項(xiàng)符合題意，有的小題有多項(xiàng)符合題意。將符合題意的選項(xiàng)前面的英文字母寫在答題紙對(duì)應(yīng)小題后面的括號(hào)內(nèi)。全部選對(duì)的得12分，選對(duì)但不全的得6分，有選錯(cuò)或不答的得0分。）圖1a)1.如圖1a，一輕彈簧左端固定，右端連接一物塊。彈簧的勁度系數(shù)為，物塊質(zhì)量為，物塊與桌面之間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)為。重力加速度大小為?，F(xiàn)以恒力（）將物塊自平衡位置開(kāi)始向右拉動(dòng)，則系統(tǒng)的最大勢(shì)能為圖1a)A.B.C.D.2.L型的細(xì)銅棒在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，已知L型棒兩邊相互垂直，長(zhǎng)度均為，運(yùn)動(dòng)速度大小均為，則銅棒兩端電勢(shì)差的最大值為A.B.C.D.3.氫原子的基態(tài)能量為。由一個(gè)電子和一個(gè)正電子結(jié)合成的束縛態(tài)（即所謂電子偶素）的基態(tài)能量近似為A.B.C.D.4.關(guān)于放射性元素的半衰期，下列說(shuō)法正確的是A.某種放射性元素的半衰期為，那么經(jīng)過(guò)時(shí)間該放射性元素的原子核個(gè)數(shù)一定下降為原來(lái)的一半。B.不同種的放射性元素的半衰期長(zhǎng)短差別很大，因此同種放射性元素在不同狀態(tài)下也可能具有不同的半衰期。C.半衰期是表征放射性元素衰變快慢的物理量，故可通過(guò)放射性同位素的衰變來(lái)測(cè)定時(shí)間。D.若有某種放射性元素的原子100個(gè)，經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期，該種放射性元素的原子個(gè)數(shù)可能還是100個(gè)，只是概率很小。圖圖5a)5.在如圖5a所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為5V，內(nèi)阻不計(jì)，R1=2Ω，R2=8Ω，R3=4Ω，R4=6Ω，電容器的電容C=10μF。先將開(kāi)關(guān)S閉合，待電路穩(wěn)定后斷開(kāi)S，則斷開(kāi)S后流經(jīng)R4的電荷量為A.2μCB.3μCC.4μCD.5μC二、填空題（本題100分，每小題20分，每空10分。請(qǐng)把答案填在答題紙對(duì)應(yīng)題號(hào)后面的橫線上。只需給出結(jié)果，不需寫出求得結(jié)果的過(guò)程。）6.2020年11月24日，嫦娥五號(hào)發(fā)射升空，成為我國(guó)首個(gè)從月球采樣返回的航天器。已知月球質(zhì)量為，月球半徑為，引力常量為，該探測(cè)器從月球起飛的第一宇宙速度為，第二宇宙速度為。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。圖7a)7.圖7a)小水銀珠1與2、2與3、3與1的運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角分別為、、。小水銀珠1、2的質(zhì)量之比為為，小水銀珠2、3的質(zhì)量之比為為。8.一質(zhì)量為m、半徑為R的均質(zhì)小球靜止在水平桌面上，小球和桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度大小為g。用一根水平輕桿擊打小球，擊打位置位于球心所在的水平面上，擊打方向正對(duì)球心，擊打時(shí)間極短，小球獲得的水平?jīng)_量為P。從擊打結(jié)束開(kāi)始經(jīng)QUOTE2P5μmg時(shí)間后小球開(kāi)始純滾動(dòng)，小球開(kāi)始純滾動(dòng)時(shí)的速度為QUOTE3P5m。已知小球繞球心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。9.氣溫為時(shí)，在體積為V的導(dǎo)熱容器中裝有濕度為、壓強(qiáng)為p（干燥空氣與水蒸汽的分壓之和）的空氣。保持溫度不變，當(dāng)容器體積緩慢壓縮為V時(shí)開(kāi)始有水蒸氣液化；此時(shí)固定容器體積，將溫度降低到后，容器內(nèi)的壓強(qiáng)為QUOTE。設(shè)和時(shí)水的飽和蒸汽壓分別為和，液化后生成的水的體積可忽略。圖10a)10.等厚干涉常被用來(lái)檢測(cè)工件的表面平整度。如圖10a，在經(jīng)過(guò)加工的工件表面放一塊薄光學(xué)平板玻璃，平板玻璃和工件表面的夾角為θ（很?。Ｓ貌ㄩL(zhǎng)為的單色光垂直照射工件，垂直于工件表面觀測(cè)時(shí)干涉條紋的間距為_(kāi)_________；若觀測(cè)到如圖所示的干涉條紋畸變，則說(shuō)明工件表面是_______（填“下凹”或“上凸”）的。圖10a)三、計(jì)算題（本題240分，共6小題，每小題40分。計(jì)算題的解答應(yīng)寫出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要的演算步驟,只寫出最后結(jié)果的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的,答案中必須明確寫出數(shù)值，有單位的必須寫出單位。）圖11a)11.（40分）如圖11a，物塊a、b疊放在一傾角為的物塊c的斜面上，物塊c置于水平地面上。已知物塊a、b、c的質(zhì)量均為，物塊b的上表面水平且足夠?qū)?，重力加速度大小為。不?jì)所有接觸面的摩擦。開(kāi)始時(shí)，用外力使a、b、c均處于靜止?fàn)顟B(tài)；撤除該外力后，則在b到達(dá)斜面c的底端之前，各物塊運(yùn)動(dòng)的加速度以及物塊a、b之間以及物塊b、c之間的正壓力大小。圖11a)圖12a)12.（40分）如圖12a，長(zhǎng)度為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的均勻金屬桿兩端靠在垂直于水平面的直角絕緣導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的兩臂分別沿水平與豎直方向。初始時(shí)刻金屬桿靜止，與豎直導(dǎo)軌成角。圖12a)（1）試求當(dāng)桿下滑到與豎直導(dǎo)軌成角時(shí)桿的質(zhì)心的速度；（2）假設(shè)存在垂直于導(dǎo)軌所在平面（紙面）向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，求當(dāng)桿下滑到與豎直導(dǎo)軌成角時(shí)桿兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。圖13a)13.（40分）6個(gè)小朋友在操場(chǎng)上玩追逐游戲。開(kāi)始時(shí)，6個(gè)小朋友兩兩間距離相等，構(gòu)成一正六邊形。然后每個(gè)小朋友均以不變的速率追趕前面的小朋友（即小朋友1追2、2追3、3追4、4追5、5追6、6追1），在此過(guò)程中，每個(gè)小朋友的運(yùn)動(dòng)方向總是指向其前方的小朋友。已知某一時(shí)刻，相鄰兩個(gè)小朋友的距離為，如圖13a所示。試問(wèn)：圖13a)（1）從時(shí)刻開(kāi)始，又經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間后面的小朋友可追到前面的小朋友？（2）從時(shí)刻開(kāi)始，直至追上前面的小朋友，每個(gè)小朋友又跑了多少路程？（3）在時(shí)刻，每個(gè)小朋友的加速度大小是多少？圖圖14a)14.（40分）如圖14a，一薄凹透鏡焦距為，一點(diǎn)光源位于該透鏡左邊并在透鏡主軸的正上方，在該透鏡主軸上的投影距透鏡中心O點(diǎn)32.00cm，離光軸距離為0.30cm。透鏡的右邊40.00cm處有一曲率半徑為10.00cm的凹面鏡，其反射面對(duì)著透鏡并垂直于主軸放置。試在近軸近似條件下，求最終點(diǎn)光源P所成的像點(diǎn)P’相對(duì)于P點(diǎn)的位置；說(shuō)明此像是實(shí)像還是虛像？圖15a)15.（40分）如圖15a，橫截面積為S的密閉容器直立在桌面上，容器中有一質(zhì)量為M的活塞將容器分為A、B兩室，A室容積為，活塞與器壁之間的摩擦可忽略。A室中有質(zhì)量為m的氦氣，B室中有水蒸氣和少量液態(tài)水。保持溫度不變，將容器緩慢水平放置，B室中仍有液態(tài)水。已知當(dāng)前溫度下水蒸氣飽和蒸汽壓為p，水的汽化熱為L(zhǎng)，氦氣和水蒸氣的摩爾質(zhì)量為μ1和μ2。重力加速度大小為。水的體積可忽略。求容器從豎直放置到水平放置的過(guò)程中圖15a)（1）A室體積的改變；（2）B室從外界吸收的熱量。16.（40分）運(yùn)算放大器是模擬信號(hào)處理的重要元件。其電路元件符號(hào)如圖16a所示，理想的運(yùn)算放大器有正向、反向兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，在工作時(shí)，運(yùn)算放大器兩個(gè)輸入端的電勢(shì)相等，但是并沒(méi)有電流流入或流出運(yùn)算放