第25届全国中学生物理竞赛决赛试题及答案
第25届全国中学生物理竞赛决赛试题
2008年10月 北京
★ 理论部分
一、
足球比赛，一攻方队员在图中所示的 A 处沿 Ax 方向传球，球在草地上以速度 v 匀速滚动，守方有一队员在图中 B 处，以 d 表示 A ，B 间的距离，以 θ 表示 AB 与Ax 之间的夹角，已知 θ ＜90° ．设在球离开 A 处的同时，位于 B 处的守方队员开始沿一直线在匀速运动中去抢球，以 v p 表示他的速率．在不考虑场地边界限制的条件下，求解以下问题（要求用题中给出的有关参量间的关系式表示所求得的结果）：
1．求出守方队员可以抢到球的必要条件．
2．如果攻方有一接球队员处在 Ax 线上等球，以 l r 表示他到 A 点的距离，求出球不被原在 B 处的守方队员抢断的条件．
3．如果攻方有一接球队员处在 Ax 线上，以L 表示他离开 A 点的距离．在球离开 A 处的同时，他开始匀速跑动去接球，以 v r 表示其速率，求在这种情况下球不被原在 B 处的守方队员抢断的条件．
二、
卫星的运动可由地面观测来确定；而知道了卫星的运动，又可以用它来确定空间飞行体或地面上物体的运动．这都涉及时间和空间坐标的测定．为简化分析和计算，不考虑地球的自转和公转，把它当做惯性系．
1．先来考虑卫星运动的测定．设不考虑相对论效应．在卫星上装有发射电波的装置和高精度的原子钟．假设从卫星上每次发出的电波信号，都包含该信号发出的时刻这一信息．
（I ）地面观测系统（包含若干个观测站）可利用从电波中接收到的这一信息，并根据自己所处的已知位置和自己的时钟来确定卫星每一时刻的位置，从而测定卫星的运动．这种测量系统至少需要包含几个地面观测站？列出可以确定卫星位置的方程．
（II ）设有两个观测站 D 1 ，D 2 ，分别位于同一经线上北纬 θ 和南纬 θ（单位：（°）
）
A
处．若它们同时收到时间τ之前卫星发出的电波信号．（i）试求出发出电波时刻卫星距地面的最大高度H；（ii）当D1，D2处观测站位置的纬度有很小的误差△θ时，试求H的误差；（iii）如果上述的时间τ有很小的误差τ
△，试求H 的误差．
2．在第1（II）小题中，若θ= 45°，τ= 0.10 s ．（i）试问卫星发出电波时刻卫星距地面最大高度H 是多少千米？（ii）若△θ= ±1.0′′ ，定出的H 有多大误差？（iii）若τ
△= ±0.010 μs ，定出的H 有多大误差？假设地球为半径R = 6.38 × 103 km 的球体，光速c = 2.998 ×108 m / s ，地面处的重力加速度g = 9.81 m / s2．
3．再来考虑根据参照卫星的运动来测定一个物体的运动．设不考虑相对论效应．假设从卫星持续发出的电波信号包含卫星运动状态的信息，即每个信号发出的时刻及该时刻卫星所处的位置．再假设被观测物体上有一台卫星信号接收器（设其上没有时钟），从而可获知这些信息．为了利用这种信息来确定物体的运动状态，即物体接收到卫星信号时物体当时所处的位置以及当时的时刻，一般来说物体至少需要同时接收到几个不同卫星发来的信号电波？列出确定当时物体的位置和该时刻的方程．
4．根据狭义相对论，运动的钟比静止的钟慢．根据广义相对论，钟在引力场中变慢．现在来考虑在上述测量中相对论的这两种效应．已知天上卫星的钟与地面观测站的钟零点已经对准．假设卫星在离地面h = 2.00 ×104 km 的圆形轨道上运行，地球半径R、光速c 和地面重力加速度g 取第2小题中给的值．
（I）根据狭义相对论，试估算地上的钟经过24h 后它的示数与卫星上的钟的示数差多少？设在处理这一问题时，可以把匀速直线运动中时钟走慢的公式用于匀速圆周运动．（II）根据广义相对论，钟在引力场中变慢的因子是(1－2φ/ c2 )1 / 2 ，φ是钟所在位置的引力势（即引力势能与受引力作用的物体质量之比；取无限远处引力势为零）的大小．试问地上的钟24 h 后，卫星上的钟的示数与地上的钟的示数差多少？
三、
致冷机是通过外界对机器做功，把从低温处吸取的热量连同外界对机器做功所得到的能量一起送到高温处的机器；它能使低温处的温度降低，高温处的温度升高．已知当致冷机工作在绝对温度为T1 的高温处和绝对温度为T2 的低温处之间时，若致冷机从低温处吸取的热量为Q，外界对致冷机做的功为W，则有
Q
W≤
T2
T1－T2
，
式中“=”对应于理论上的理想情况．某致冷机在冬天作为热泵使用（即取暖空调机），在室外温度为－5.00℃的情况下，使某房间内的温度保持在20.00℃．由于室内温度高于室外，故将有热量从室内传递到室外．本题只考虑传导方式的传热，它服从以下的规律：设一块导热层，其厚度为 l ，面积为 S ，两侧温度差的大小为 T ，则单位时间内通过导热层由高温处传导到低温处的热量为
H = k
△T
l
S ， 其中 k 称为热导率，取决于导热层材料的性质．
1．假设该房间向外散热是由面向室外的面积 S = 5.00 m 2 、厚度 l = 2.00 mm 的玻璃板引起的．已知该玻璃的热导率 k = 0.75 W / ( m ? K )，电费为每度0.50元．试求在理想情况下该热泵工作12 h 需要多少电费？
2．若将上述玻璃板换为“双层玻璃板”，两层玻璃的厚度均为2.00mm ，玻璃板之间夹有厚度 l 0 = 0.50 mm 的空气层，假设空气的热导率 k 0 = 0.025 W / ( m ? K )，电费仍为每度0.50元．若该热泵仍然工作12 h ，问这时的电费比上一问单层玻璃情形节省多少？
四、
如图1所示，器件由相互紧密接触的金属层( M )、薄绝缘层( I )和金属层( M )构成．按照经典物理的观点，在I 层绝缘性能理想的情况下，电子不可能从一个金属层穿过绝缘层到达另一个金属层．但是，按照量子物理的原理，在一定的条件下，
这种渡越是可能的，习惯上将这一过程称为隧穿，它是电子具有波动性的结果．隧穿是单个电子的过程，是分立的事件，通过绝缘层转移的电荷量只能是电子电荷量－e ( e = 1.60 ×10
－19
C )的整数倍，因此也称为单电子隧穿，MIM 器件亦称为隧穿结或单电子隧穿结．本题
涉及对单电子隧穿过程控制的库仑阻塞原理，由于据此可望制成尺寸很小的单电子器件，这是目前研究得很多、有应用前景的领域．
1．显示库仑阻塞原理的最简单的做法是将图1的器件看成一个电容为C 的电容器，如图2所示．电容器极板上的电荷来源于金属极板上导电电子云相对于正电荷背景的很小位移，可以连续变化．如前所述，以隧穿方式通过绝缘层的只能是分立的单电子电荷．如果隧穿过程会导致体系静电能量上升，
则此过程不能发生，这种现象称为库仑阻塞．试求出发生库仑
图1
阻塞的条件即电容器极板间的电势差V AB = V A －V B 在什么范围内单电子隧穿过程被禁止．
2．假定 V AB = 0.10 mV 是刚能发生隧穿的电压．试估算电容 C 的大小．
3．将图1的器件与电压为 V 的恒压源相接时，通常采用图2所示的双结构器件来观察单电子隧穿，避免杂散电容的影响．中间的金属块层称为单电子岛．作为电极的左、右金属块层分别记为 S ，D ．若已知岛中有净电荷量－ne ，其中净电子数 n 可为正、负整数或零，e 为电子电荷量的大小，两个 MIM 结的电容分别为 C S 和 C D ．试证明双结结构器件的静电能中与岛上净电荷量相关的静电能（简称单电子岛的静电能）为
U n = (－ne )2
2( C S +C D )
．
4．在图3给出的具有源( S )、漏( D )电极双结结构的基础上，通过和岛连接的电容 C G
添加门电极( G )构成如图4给出的单电子三极管结构，门电极和岛间没有单电子隧穿事件发
生．在 V 较小且固定的情况下，通过门电压 V G 可控制岛中的净电子数 n ．对于 V G 如何控制 n ，简单的模型是将 V G 的作用视为岛中附加了等效电荷 q 0 = C G V G ．这时，单电子岛的静电能可近似为 U n = (－ne + q 0 )2 / 2C ∑
，式中C
∑
= C S +C D +C G ．利用方格图（图
5），考虑库仑阻塞效应，用粗线画出岛中净电子数从 n = 0开始，C G V G / e 由0增大到3的过程中，单电子岛的静电能 U n 随 C G V G 变化的图线（纵坐标表示 U n ，取 U n 的单位为 e 2
/ 2C
∑
；横坐标表示
C G V G ，取 C G V G 的单位为
e ）．要求标出关键点的坐标，并把 n = 0 ，1 ，2 ，3时 C G V G / e 的变化范围填在表格中．
（此
图
3
图 4
图5
U n
( e 2 / 2C
∑
)
C G V G
e
小题只按作图及所填表格（表1）评分）．
表1
五、
折射率n = 1.50 、半径为R的透明半圆柱体放在空气中，其垂
直于柱体轴线的横截面如图所示，图中O 点为横截面与轴线的交
点．光仅允许从半圆柱体的平面AB 进入，一束足够宽的平行单色
光沿垂直于圆柱轴的方向以入射角i射至AB 整个平面上，其中有
一部分入射光束能通过半圆柱体从圆柱面射出．这部分光束在入射
到AB 面上时沿y 轴方向的长度用 d 表示．本题不考虑光线在透
明圆柱体内经一次或多次反射后再射出柱体的复杂情形．
1．当平行入射光的入射角i 在0°～90°变化时，试求 d 的最小值d min 和最大值d max．
2．在如图所示的平面内，求出射光束与柱面相交的圆弧对O 点的张角与入射角i 的关系．并求在掠入射时上述圆弧的位置．
六、
根据广义相对论，光线在星体的引力场中会发生弯曲，在包含引力中心的平面内是一条在引力中心附近微弯的曲线．它距离引力中心最近的点称为光线的近星点．通过近星点与引力中心的直线是光线的对称轴．若在光线所在平面内选择引力中心为平面极坐标（r ，φ）的原点，选取光线的对称轴为坐标极轴，则光线方程（光子的轨迹方程）为
r =
GM / c2
a cosφ+a2 ( 1 + sin2φ)，
G 是万有引力恒量，M 是星体质量，c 是光速，a 是绝对值远小于1的参数．现在假设离地球80.0光年处有一星体，在它与地球连线的中点处有一白矮星．如果经过该白矮星两侧的星光对地球上的观测者所张的视角是1.80×10－7rad ，试问此白矮星的质量是多少千克？已知G = 6.673 ×10－11 m3 / ( kg ?s2 )
z
七、
1．假设对氦原子基态采用玻尔模型，认为每个电子都在以氦核为中心的圆周上运动，半径相同，角动量均为 ： = h / 2π，其中h 是普朗克常量．
（I）如果忽略电子间的相互作用，氦原子的一级电离能是多少电子伏？一级电离能是指把其中一个电子移到无限远所需要的能量．
（II）实验测得的氦原子一级电离能是24.6 eV ．若在上述玻尔模型的基础上来考虑电子之间的相互作用，进一步假设两个电子总处于通过氦核的一条直径的两端．试用此模型和假设，求出电子运动轨道的半径r0、基态能量E0以及一级电离能E+，并与实验测得的氦原子一级电离能相比较．
已知电子质量m = 0.511 MeV / c2，c是光速，组合常量 c =197.3 MeV ? fm = 197.3 eV ? nm ，ke2 = 1.44 MeV ? fm = 1.44 eV ? nm ，k是静电力常量，e 是基本电荷量．2．右图是某种粒子穿过云室留下的径迹的照片．径迹在纸面内，图的中间是一块与纸面垂直的铅板，外加恒定匀强磁场的方向垂直纸面向
里．假设粒子电荷的大小是一个基本电荷量e：e = 1.60
×10－19 C ，铅板下部径迹的曲率半径r d= 210 mm ，铅
板上部径迹的曲率半径r u= 76.0 mm ，铅板内的径迹与
铅板法线成θ= 15.0°，铅板厚度d = 6.00 mm ，磁感应
强度B = 1.00 T ，粒子质量m = 9.11 ×10－31 kg = 0.511
MeV / c2．不考虑云室中气体对粒子的阻力．
（I）写出粒子运动的方向和电荷的正负．
（II）试问铅板在粒子穿过期间所受的力平均为多少牛？
（III）假设射向铅板的不是一个粒子，而是从加速器引出的流量为j = 5.00 ×1018 / s 的脉冲粒子束，一个脉冲持续时间为 =2.50 ns ．试问铅板在此脉冲粒子束穿过期间所受的力平均为多少牛？铅板在此期间吸收的热量又是多少焦？
第25届全国中学生物理竞赛决赛参考解答一、
1 ．解法一：设守方队员经过时间t 在Ax 上的C
点抢到球，用l 表示 A 与C 之间的距离，l p 表示B 与
图1
C 之间的距离（如图1所示），则有
l = vt ，l p = v p t （1）
和l2
p
= d2 + l2－2dl cosθ．（2）解式（1），（2）可得
l =
d
1－( v p / v)2
{cosθ±[ (
v p
v)
2 －sin2θ]1 / 2 }．（3）
由式（3）可知，球被抢到的必要条件是该式有实数解，即
v p ≥v sinθ．（4）解法二：设BA 与BC 的夹角为φ（如图1）．按正弦定理有
l p sinθ=
l
sinφ．
利用式（1）有
v p
v= sinθ
sinφ．
从sinφ≤1可得必要条件（4）．
2．用l min 表示守方队员能抢断球的地方与 A 点间的最小距离．由式（3）知
l min =
d
1－( v p / v)2
{cosθ±[ (
v p
v)
2 －sin2θ]1 / 2 }．（5）
若攻方接球队员到 A 点的距离小于l min ，则他将先控制球而不被守方队员抢断．故球不被抢断的条件是
l r ＜l min ．（6）由（5），（6）两式得
l r ＜d
1－( v p / v)2{cosθ±[ (
v p
v)
2 －sin2θ]1 / 2 }（7）
由式（7）可知，若位于Ax 轴上等球的攻方球员到A 点的距离l r 满足该式，则球不被原位于B 处的守方球员抢断．
3．解法一：如果在位于 B 处的守方球员到达Ax 上距离A 点l min 的C1 点之前，攻方接球队员能够到达距 A 点小于l min 处，球就不会被原位于 B 处的守方队员抢断（如图2所示）．若L ≤l min 就相当于第2小题．若L＞
l min ，设攻方接球员位于Ax 方向上某点 E 处，则
他跑到C1 点所需时间
t rm = ( L－l min ) / v r ；（8）
图2
守方队员到达C1 处所需时间t pm = ( d2 + l2
min
－2dl min cosθ)1 / 2/v p．
球不被守方抢断的条件是
t rm ＜t pm ．（9）
即L＜v r
v p( d
2 + l2
min
－2dl min cosθ)1 / 2 + l min ，（10）
式中l min 由式（5）给出．
解法二：守方队员到达C1 点的时间和球到达该点的时间相同，因此有
t pm = l min / v ．
从球不被守方队员抢断的条件（9）以及式（8）可得到
L＜( 1 + v r / v ) l min（11）式中l min也由式（5）给出．易证明式（11）与（10）相同．
二、
1．（I）选择一个坐标系来测定卫星的运动，就是测定每一时刻卫星的位置坐标x，y，z．设卫星在t时刻发出的信号电波到达第i 个地面站的时刻为t i．因为卫星信号电波以光速c 传播，于是可以写出
(x－x i )2 + (y－y i )2 + (z －z i )2 = c2 (t－t i )2( i = 1 ，2 ，3 )，（1）式中x i，y i，z i是第i个地面站的位置坐标，可以预先测定，是已知的；t i 也可以由地面站的时钟来测定；t 由卫星信号电波给出，也是已知的．所以，方程（1）中有三个未知数x，y，z，要有三个互相独立的方程，也就是说，至少需要包含三个地面站，三个方程对应于式（1）中i = 1 ，2 ，3 的情况．
（II）（i）如图所示，以地心O
和两个观测站D1，D2的位置为
顶点所构成的三角形是等腰三角
形，腰长为R ．根据题意，可知
卫星发出信号电波时距离两个观
测站的距离相等，都是
L = c ．（2）当卫星P 处于上述三角形所在的平面内时，距离地面的高度最大，即H．以θ表示D1，D2 所处的纬度，由余弦定理可知
L2 = R2 + ( H + R )2 －2R ( H + R ) cosθ．（3）
由（2），（3）两式得
H =
(c τ)2 －(R sin θ )2 －R ( 1－cos θ ) ． （4）
式（4）也可据图直接写出．
（ii ）按题意，如果纬度有很小的误差△θ ，则由式（3）可知，将引起H 发生误差△H ．这时有
L 2 = R 2 + ( H +△H + R )2 －2R ( H +△H + R ) cos ( θ +△θ ) ． （5）
将式（5）展开，因△θ很小，从而△H 也很小，可略去高次项，再与式（3）相减，得
△H = －R ( R +H ) sin θ△θ
H + ( 1－cos θ ) R
， （6）
其中 H 由（4）式给出．
（iii ）如果时间τ有τ△的误差，则 L 有误差
△L = c τ△ ． （7）
由式（3）可知，这将引起 H 产生误差△H ．这时有
( L +△L )2 = R 2 + ( H +△H + R )2 －2R ( H +△H + R ) cos θ． （8）
由式（7），（8）和（3），略去高次项，可得
△H = c 2ττ
△H + R ( 1－cos θ )
， （9）
其中 H 由式（4）给出．
2．（i ）在式（4）中代入数据，算得 H = 2.8 ×104 km ．（ii ）在式（6）中代入数据，算得△H = 25m ．（iii ）在式（9）中代入数据，算得△H = ±3.0 m ．
3．选择一个坐标系，设被测物体待定位置的坐标为 x ，y ，z ，待定时刻为 t ，第 i 个卫星在 t i 时刻的坐标为 x i ，y i ，z i ．卫星信号电波以光速传播，可以写出
(x －x i )2 + (y －y i )2 + (z －z i )2 = c 2 (t －t i )2 ( i = 1 ，2 ，3 ，4 )， （10） 由于方程（1）有四个未知数 t ，x ，y ，z ，需要四个独立方程才有确定的解，故需同时接收至少四个不同卫星的信号．确定当时物体的位置和该时刻所需要的是式（10）中 i = 1 ，2 ，3 ，4 所对应的四个独立方程．
4．（I ）由于卫星上钟的变慢因子为[ 1－( v / c )2] 1 / 2 ，地上的钟的示数 T 与卫星上的钟的示数 t 之差为
T －t = T －
1－(v
c
)2 T = [ 1－
1－(v
c
)2 ] T ， （11）
这里 v 是卫星相对地面的速度，可由下列方程定出：
v 2r = GM
r
2 ， （12） 其中 G 是万有引力常量，M 是地球质量，r 是轨道半径．式（11）给出
v =
GM
r
= g
r
R = g
R + h
R ， 其中 R 是地球半径，h 是卫星离地面的高度，g = GM / R 2 是地面重力加速度；代入数值有 v = 3.89 km / s ．于是 ( v / c )2 ≈1.68 ×10
－10
，这是很小的数．所以
[ 1－ (
v c )2 ]1 / 2 ≈1－ 12 (v
c
)2 ． 最后，可以算出 24 h 的时差
T
－t ≈
12 (v c )2T = 12 gR 2
c 2 ( R + h )
T = 7.3 μs ． （13）
（II ）卫星上的钟的示数t 与无限远惯性系中的钟的示数T 0之差
t
－T 0 =
1－2
φ
c 2
T 0－T 0
= (
1－2φ
c 2
－1 )T 0 ． （14）
卫星上的钟所处的重力势能的大小为
φ= GM R + h = R 2
R + h g ． （15）
所以 φ
c 2 = gR 2
c 2 ( R + h ) ；
代入数值有φ/ c 2 = 1.68 ×10
－10
，这是很小的数．式（14）近似为
t
－T 0 ≈－ φ
c 2
T 0 ． （16）
类似地，地面上的钟的示数 T 与无限远惯性系的钟的示数之差
T
－T 0 =
1－2E
φ c 2
T 0－T 0
= (
1－2E
φ c 2
－1 )T 0 ． （17）
地面上的钟所处的重力势能的大小为
E φ= GM
R =gR ． （18） 所以
E φ c 2
=
gR
c 2 ；
代入数值有E φ/ c 2 = 6.96 ×10－10
，这是很小的数．与上面的情形类似，式（17）近似
为
T
－T 0 ≈－ E
φ c 2
T 0 ． （19）
（16），（19）两式相减，即得卫星上的钟的示数与地面上的钟的示数之差
t
－T ≈－
E
φφ- c 2
T 0 ． （20）
从式（19）中解出 T 0 ，并代入式（20）得
t －T ≈－
E φφ- c 2
/ (1－
E
φ c 2
)T ≈－
E
φφ- c 2
T =
gR c 2 h R + h
T ． （21） 注意，题目中的 24 h 是指地面的钟走过的时间 T ．最后，算出 24 h 卫星上的钟的示数与地面上的钟的示数之差
t －T = 46 μs ． （22）
三、
1．依题意，为使室内温度保持不变，热泵向室内放热的功率应与房间向室外散热的功率相等．设热泵在室内放热的功率为 q ，需要消耗的电功率为 P ，则它从室外（低温处）吸收热量的功率为 q －P ．根据题意有
q －P P ≤ T 2
T 1－T 2
， （1） 式中 T 1 为室内（高温处）的绝对温度，T 2 为室外的绝对温度．由（1）式得
P ≥ T 1－T 2T 1
q ． （2）
显然，为使电费最少，P 应取最小值；即式（2）中的“≥”号应取等号，对应于理想情况下 P 最小．故最小电功率
P min =
T 1－T 2
T 1
q ． （3） 又依题意，房间由玻璃板通过热传导方式向外散热，散热的功率
H = k
T 1－T 2
l
S ． （4） 要保持室内温度恒定，应有
q = H ． （5）
由（3）～（5）三式得
P
min = k S ( T 1－T 2 )2
lT 1
． （6）
设热泵工作时间为 t ，每度电的电费为 c ，则热泵工作需花费的最少电费
C min = P min tc ． （7）
注意到 T 1 = 20.00 K + 273.15 K = 293.15 K ，T 2 = －5.00 K + 273.15 K = 268.15 K ，1度电 = 1 kW ? h ．由（6），（7）两式，并代入有关数据得
C
min = ( T 1－T 2 )2
T 1l
Sktc = 23.99 元 ． （8）
所以，在理想情况下，该热泵工作12 h 需约24元电费．
2．设中间空气层内表面的温度为T i，外表面的温度为T0 ，则单位时间内通过内层玻璃、中间空气层和外层玻璃传导的热量分别为
H1=k T1－T i
l S ，（9）
H2=k0T i－T0
l0S ，（10）
H3=k T0－T2
l S ．（11）
在稳定传热的情况下，有
H1= H2= H3 ．（12）由（9）～（12）四式得
k T1－T i
l= k0
T i－T0
l0和T1－T i = T0－T2．（13）
解式（13）得
T i = l0k + lk0
l0k + 2lk0T1 +
lk0
l0k + 2lk0T2．（14）
将（14）式代入（9）式得
H1 =
kk0
l0k + 2lk0( T1－T2 )S ．（15）
要保持室内温度恒定，应有q =H1．由式（3）知，在双层玻璃情况下热泵消耗的最小电功率
P′min =
kk0
l0k + 2lk0
( T1－T2 )2
T1S ．（16）
在理想情况下，热泵工作时间t需要的电费
C ′min = P′min tc ；（17）
代入有关数据得
C′min = 2.52 元．（18）所以，改用所选的双层玻璃板后，该热泵工作12 h 可以节约的电费
△C min = C min －C′min = 21.47 元．（19）四、
1．先假设由于隧穿效应，单电子能从电容器的极板A 隧穿到极板B．以Q 表示单电子隧穿前极板A 所带的电荷量，V AB 表示两极板间的电压（如题目中图3所示），则有V AB = Q / C ．（1）
这时电容器储能
U = 1
2
CV 2AB ． （2）
当单电子隧穿到极板 B 后，极板 A 所带的电荷量为
Q ′ = Q + e ， （3）
式中 e 为电子电荷量的大小．这时，电容器两极板间的电压和电容器分别储能为
V ′AB =
Q + e C ，U ′ = 1
2
CV ′ 2AB ． （4） 若发生库仑阻塞，即隧穿过程被禁止，则要求
U ′ －U ＞0 ． （5）
由（1）～（5）五式得
V AB ＞－ 12 e
C
． （6）
再假设单电子能从电容器的极板 B 隧穿到极板 A ．仍以 Q 表示单电子隧穿前极板A 所带的电荷量，V AB 表示两极板间的电压．当单电子从极板 B 隧穿到极板 A 时，极板A 所带的电荷量为 Q ′ = Q －
e ．经过类似的计算，可得单电子从极板 B 到极板 A 的隧穿不能发生的条件是
V AB ＜ 12 e
C
． （7）
由（6），（7）两式知，当电压 V AB 在－e / 2C ～ e / 2C 之间时，单电子隧穿受到库仑阻塞，即库仑阻塞的条件为
－ 12 e C ＜ V AB ＜ 12 e
C
． （8） 2．依题意和式（8）可知，恰好能发生隧穿时有
V AB = 12 e C
= 0.10 mV ． （9）
由式（9），并代入有关数据得
C = 8.0 ×10
－16
F ． （10）
3．设题目中图3中左边的 MIM 结的电容为 C S ，右边的 MIM 结的电容为 C D ．双结结构体系如图a 所示，以 Q 1 ，Q 2 分别表示电容 C S ，C D 所带的电荷量．根据题意，中间单电子岛上的电荷量为
－ne = Q 2－Q 1 ． （11）
图a
体系的静电能为 C S 和 C D 中静电能的总和，即
U = Q 212C S + Q 22
2C D
； （12）
电压
V =
Q 1C S + Q 2
C D
． （13） 由（11）～（13）三式解得
U = 12CV 2 + (Q 2－Q 1)22 ( C S + C D )
． （14）
由于 V 为恒量，从式（13）可知体系的静电能中与岛上净电荷相关的静电能 U n = (－ne )2 / 2 (C S + C D )．
4．U n 随 C G V G 变化的图线如图b ；C G V G / e 的变化范围如表2．
表2
五、
1．在图1
中，z 轴垂直于 AB 面．考察平行光束中两条光线分别在 AB 面上 C 与 C ′ 点以入射角 i 射入透明圆柱时的情况，r 为折射角，在圆柱体中两折射光线分别射达圆柱面的 D 和 D ′ ，对圆柱面其入射角分别为 i 2 与 i ′2 ．在△OCD 中，O 点与入射点 C 的
U n
( e 2 / 2C
)
图b
图1
距离 y c 由正弦定理得
y c sin i 2 = R sin ( 90° + r ) ，即 y c = sin i 2
cos r R ． （1） 同理在△OC ′D ′ 中，O 点与入射点 C ′ 的距离有
y c ′sin i ′2 = R sin ( 90°－r )
，即 y c ′ = sin i ′2
cos r R ． （2） 当改变入射角 i 时，折射角 r 与柱面上的入射角 i 2 与 i ′2 亦随之变化．在柱面上的入射角满足临界角
i 20 = arcsin ( 1 / n ) ≈ 41.8° （3）
时，发生全反射．将 i 2 = i ′2 = i 20 分别代入式（1），（2）得
y o c = y o c ′ =
sin i 20
cos r
R ， （4） 即 d = 2y o c = 2sin i 20
cos r
R ． （5）
当 y c ＞ y o c 和 y c ′ ＞ y o c ′ 时，入射光线进入柱体，经过折射后射达柱面时的入射角大于临界角 i 20 ，由于发生全反射不能射出柱体．因折射角 r 随入射角 i 增大而增大．由式（4）知，当 r = 0 ，即 i = 0（垂直入射）时，d 取最小值
d min = 2R sin i 20 = 1.33 R ． （6）
当 i →90°（掠入射）时，r → 41.8° ．将 r = 41.8° 代入式（4）得 d max = 1.79 R ．（7）
2．由图2可见，φ 是 Oz 轴与线段 OD 的夹角，φ′ 是 Oz 轴与线段 OD ′ 的夹角．发生全反射时，有
φ = i 20 + r ， （8） φ′ = i 20
－ r ， （9）
和 θ = φ + φ′ = 2i 20≈83.6° ． （10） 由此可见，θ 与 i 无关，即 θ 独立于 i ．在掠入射时，i ≈90° ，r = 41.8° ，由式（8）,（9）两式得
φ = 83.6° ，φ′ = 0°． （11）
六、
由于方程
r =
GM / c
2
a
cos φ + a 2 ( 1 + sin 2φ)
（1）
是 φ
的偶函数，光线关于极轴对称．光线在坐标原点左侧的情形对应
y
S
r x
O
E
r m
φ 图2
于a＜0 ；光线在坐标原点右侧的情形对应a＞0 ．右图是a＜0的情形，图中极轴为Ox，白矮星在原点O处．在式（1）中代入近星点坐标r = r m，φ= π，并注意到a2 | a | ，有
a≈－GM / c2r m ．（2）
经过白矮星两侧的星光对观测者所张的视角θS 可以有不同的表达方式，相应的问题有不同的解法．
解法一：若从白矮星到地球的距离为d，则可近似地写出
θS≈2r m / d．（3）
在式（1）中代入观测者的坐标r = d，φ= －π/ 2，有
a2≈GM / 2c2d．（4）
由（2）与（4）两式消去a，可以解出
r m = 2GMd / c2 ．（5）
把式（5）代入式（3）得
θS≈8GM / c2d；（6）
即M≈θ2
S
c2d / 8G ，（7）
其中d = 3.787 ×1017 m ；代入数值就可算出
M≈2.07 ×1030 kg ．（8）
解法二：光线射向无限远处的坐标可以写成
r→∞，φ= －π
2+
θ
2．（9）
近似地取θS≈θ，把式（9）代入式（1），要求式（1）分母为零，并注意到θ 1，有aθ / 2 + 2a2= 0 ．
所以θS≈θ=－4a = 8GM / c2d，（10）
其中用到式（4），并注意到a＜0 ．式（10）与式（6）相同，从而也有式（8）．解法三：星光对观测者所张的视角θS 应等于两条光线在观测者处切线的夹角，有
sin θS
2=
△( r cosφ)
△r
= cosφ－r sinφ
△φ
△r
．（11）
由光线方程（1）算出△φ/△r ，有
sin θS
2= cosφ－r sinφ
GM / c2
r2a sinφ= cosφ－
GM
c2ra；
代入观测者的坐标r = d， = －π/ 2以及a的表达式（4），并注意到θS很小，就有
θS≈2GM
c2d
2c2d
GM=
8GM
c2d，
与式（6）相同．所以，也得到了式（8）．解法四：用式（2）把方程（1）改写成
－r m = r cosφ－GM
c2r m r[ (r cosφ )
2 + 2 (r sinφ)2 ] ，
即x = －r m + GM
c2r m r( x
2 +2y2 ) ．（12）
当y→－∞时，式（12）的渐近式为
x = －r m－2GM
c2r m y．
这是直线方程，它在x轴上的截距为－r m ，斜率为
1
－2GM/ c2r m ≈
1
－tan ( θS / 2 )
≈－
1
θS / 2 ．
于是有θS ≈4GM/ c2r m．r m用式（5）代入后，得到式（6），从而也有式（8）．七、
1．（I）氦原子中有两个电子，一级电离能E+ 是把其中一个电子移到无限远处所需要的能量满足He + E+ →He+ + e－．为了得到氦原子的一级电离能E+ ，需要求出一个电子电离以后氦离子体系的能量E*．这是一个电子围绕氦核运动的体系，下面给出两种解法．解法一：在力学方程
2ke2
r2= mv2 r
中，r 是轨道半径，v 是电子速度．对基态，用玻尔量子化条件（角动量为 ）可以解出
r0 =2 / 2ke2m ．（1）
于是氦离子能量
E* = p2
2m－
2ke2
r0= －
2k2e4m
2
，（2）
其中p0 为基态电子动量的大小；代入数值得
E* = －2( ke2 )2mc2
( c)2
≈－54.4 eV ．（3）
由于不计电子间的相互作用，氦原子基态的能量E0 是该值的2倍，即
E0 =2E* ≈－108.8 eV ．（4）氦离子能量E*与氦原子基态能量E0之差就是氦原子的一级电离能
E+ =E*－E0 = －E*≈ 54.4 eV ．（5）
解法二：氦离子能量
E*= p2
2m－
2ke2
r．
把基态的角动量关系rp= 代入，式（3）可以改写成
E* =
2
2mr2－
2ke2
r=
2
2m(
1
r－
2ke2m
2
)2－
2k2e4m
2
．
因基态的能量最小，式（4）等号右边的第一项为零，所以半径和能量
r0 =
2
2ke2m，E*= －
2k2e4m
2
分别与（1），（2）两式相同．
（II）下面，同样给出求氦原子基态能量E0和半径r0的两种解法．解法一：利用力学方程
mv2
r= 2ke2
r2－
ke2
( 2r )2=
7ke2
4r2
和基态量子化条件rmv = ，可以解出半径
r0 = 42 / 7ke2m，（6）于是氦原子基态能量
E0 = 2 ( p2
2m－
2ke2
r0) +
ke2
2r0= －
49k2e4m
162
；（7）
代入数值算得
E0 = －49( ke2 )2mc2
16( c)2
≈－83.4 eV ，（8）
r0 = 4 ( c)2
7ke2mc2≈ 0.0302 nm ．
所以，氦原子的一级电离能
E+ =E*－E0≈ 29.0 eV ．（9）这仍比实验测得的氦原子一级电离能24.6 eV 高出4.4 eV ．解法二：氦原子能量
E = 2 (
p2
2m－
2ke2
r) +
ke2
2r=
2
mr2－
7ke2
2r
可以化成
E =
2
m(
1
r－
7ke2m
42
)2－
49k2e4m
162
．
当上式等号右边第一项为零时，能量最小．由此可知，基态能量与半径
E0 =－49k2e4m
162
，r0=
42
7ke2m
分别与（7），（6）两式相同．
2．（I）粒子从下部射向并穿过铅板向上运动，其电荷为正．
（II）如题图所示，粒子的运动速度v 与磁场方向垂直，洛伦兹力在纸面内；磁力不改变荷电粒子动量的大小，只改变其方向．若不考虑云室中气体对粒子的阻力，荷电粒子在恒定磁场作用下的运动轨迹就是曲率半径为一定值的圆弧；可以写出其运动方程
qBv=|△p
△t
| =
p△φ
△t
=
pv
r，（1）
其中q 是粒子电荷，v 是粒子速度的大小，p 是粒子动量的大小，△φ是粒子在△t时间内转过的角度，r是轨迹曲率半径．于是有
p= qBr ．（2）
按题意，q=e ．用p d 和p u 分别表示粒子射入铅板和自铅板射出时动量的大小，并在式（1）中代入有关数据，可以算得
p d =63.0 MeV / c ，p u= 22.8 MeV / c ．（3）
注意到当pc mc2 时应使用狭义相对论，从
p=
mv
1－(v / c)2
．（4）
中可以得到
v=
c
1+(mc / p)2
．（5）
用v d 和v u 分别表示粒子进入和离开铅板时的速度大小．把式（2）以及m = 0.511 MeV / c2代入式（3），可得
v d ≈c，v u≈c．（6）
于是，粒子穿过铅板的平均速度v= ( 1 / 2 ) ( v d + v u )≈c．用△t表示粒子穿过铅板的时间，则有
v cosθ△t = d．（7）
再用△p du表示粒子穿过铅板动量改变量的大小，铅板所受到的平均力的大小
f = △p du
△t
=
p d－p u
d / (v cosθ)
≈
( p d－p u ) c cosθ
d；（8）
代入有关数值得
f ≈
1.04 ×10－
9 N ． （9）
（III ）一个粒子穿过铅板的时间
△t =
d
v cos θ
≈d c cos θ
≈2.07 ×10－
11 s = 0.0207 ns ， （10）
比粒子束流的脉冲周期τ= 2.50 ns 小得多．铅板在此脉冲粒子束穿过期间所受的力的平均大小
F ≈( p d －p u ) j ； （11）
代入数据得
F = 0.107 N ． （12）
运用式（4），可把粒子能量写成
E = p 2c 2 + m 2c 4 ， （13）
所以粒子穿过铅板前后的能量分别为 E d =
p 2d
c 2 + m 2c 4
= 63.0 MeV ，E u = p 2u
c 2 + m 2c 4
= 22.8 MeV ． （14） 于是，铅板在脉冲粒子束穿过期间所吸收的热量
Q = ( E d －E u ) j τ ； （15）
代入数据得
Q = 8.04 ×10－
2 J ． （16）
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2017 年度全国初中应用物理竞赛试题 、单选题：（每题2分，共20 分） 1. 录音棚的墙壁通常装有皮质材料的软包，如图所示，这样做的目的是（ A. 减弱声音的反射 B. 增强声音的反射 C. 增大声音的响度 D. 提高装饰的效果 2. 如图所示的两个完全一样的陶瓷杯中分别装有半杯刚冲 好的热茶和半杯冷牛奶，如果将他们混合在一起，想尽快做一杯 温度可能低一些的奶茶，以下方法中效果最好的是（） A. 将热茶冷却2min ，之后再把冷牛奶倒入热茶杯中 B. 把冷牛奶倒入热茶杯中，再冷却2min C. 将热茶冷却2min ，之后再把热茶倒入冷牛奶杯中 D. 把热茶倒入冷牛奶杯中，再冷却2min 3. 炎热的夏天，在玻璃杯中装有水和冰块，如图所示，左边杯子里的冰块压着杯底，右边杯子里的冰块漂浮在水面。若不考虑水的蒸发，当两个杯中的冰块 全部熔化时，杯中水面和初始时刻杯中水面相比（） A. 都高于初始时刻杯中的水面 B. 都和初始时刻杯中的水面相平 C. 左侧杯中水面和初始时刻的水面相平，右侧杯中水面高于 初始时刻杯中水面 D. 左侧杯中水面高于初始时刻杯中水面，右侧杯中水面和初始时刻的水面相平 4. 小明用塑料吸管喝汽水时发现，松手后原来插入瓶底的吸管会自己上浮，但放在凉开水中却不会，如图所示。对此现象的分析，下列说话中正确的是（） A. 吸管密度小于汽水密度，因此会上浮 B. 吸管很细， 由于内部液体表面张丽的作用导致上浮 C. 从汽水中析出的二氧化碳以气泡形式附着在吸管上，使他们 整体所受浮力大于所受重力而上浮 D. 由于吸管内外大气压强的作用，使吸管上浮 5. 小明是一个爱动手并且善于思考的同学。一天他把自 己的手机拆开，看到一块如图所示的锂电池。以下是他做出的 判断，其中不正确的是（） A. 这块电池能提供的电能大约为2.3 ×104J B.
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动能和动能定理※质心动能定理 重力势能引力势能 质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式(不要求导出)弹簧的弹性势能功能原理机械能守恒定律 碰撞 弹性碰撞与非弹性碰撞恢复系数 6．※角动量 冲量矩角动量 质点和质点组的角动量定理和转动定理 角动量守恒定律 7．有心运动 在万有引力和库仑力作用下物体的运动 开普勒定律 行星和人造天体的圆轨道和椭圆轨道运动 8．※刚体 刚体的平动刚体的定轴转动 绕轴的转动惯量 平行轴定理正交轴定理 刚体定轴转动的角动量定理刚体的平面平行运动9．流体力学 静止流体中的压强 浮力 ☆连续性方程☆伯努利方程 10．振动 简谐振动振幅频率和周期相位 振动的图像 参考圆简谐振动的速度 （线性）恢复力由动力学方程确定简谐振动的频率简谐振动的能量同方向同频率简谐振动的合成 阻尼振动受迫振动和共振(定性了解) 11．波动 横波和纵波 波长频率和波速的关系 波的图像 ※平面简谐波的表示式 波的干涉※驻波波的衍射(定性) 声波 声音的响度、音调和音品声音的共鸣乐音和噪声
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2017年度全国初中应用物理竞赛试题 一、单选题：（每题2分，共20分） 1. 录音棚的墙壁通常装有皮质材料的软包，如图所示，这样做的目的是（） A. 减弱声音的反射 B. 增强声音的反射 C. 增大声音的响度 D. 提高装饰的效果 2. 如图所示的两个完全一样的陶瓷杯中分别装有半杯刚冲 好的热茶和半杯冷牛奶，如果将他们混合在一起，想尽快做一杯 温度可能低一些的奶茶，以下方法中效果最好的是（） A. 将热茶冷却2min ，之后再把冷牛奶倒入热茶杯中 B.把冷牛奶倒入热茶杯中，再冷却2min C. 将热茶冷却2min ，之后再把热茶倒入冷牛奶杯中 D.把热茶倒入冷牛奶杯中，再冷却2min 3. 炎热的夏天，在玻璃杯中装有水和冰块，如图所示，左边杯子里的冰块压着杯底，右边杯子里的冰块漂浮在水面。若不考虑水的蒸发，当两 个杯中的冰块全部熔化时，杯中水面和初始时刻杯中水面 相比（） A. 都高于初始时刻杯中的水面 B. 都和初始时刻杯中的水面相平 C. 左侧杯中水面和初始时刻的水面相平，右侧杯中水面高于初始时刻杯中水面 D. 左侧杯中水面高于初始时刻杯中水面，右侧杯中水面和初始时刻的水面相平 4. 小明用塑料吸管喝汽水时发现，松手后原来插入瓶底的吸管会自己上浮，但放在凉开水中却不会，如图所示。对此现象的分析，下列说话中正 确的是（） A. 吸管密度小于汽水密度，因此会上浮 B.吸管很细， 由于内部液体表面张丽的作用导致上浮 C. 从汽水中析出的二氧化碳以气泡形式附着在吸管 上，使他们整体所受浮力大于所受重力而上浮 D. 由于吸管内外大气压强的作用，使吸管上浮 5. 小明是一个爱动手并且善于思考的同学。一 天他把自己的手机拆开，看到一块如图所示的锂电 池。以下是他做出的判断，其中不正确的是（） A. 这块电池能提供的电能大约为2.3×104J B.
全国高中物理竞赛初赛试题及标准答案
2014第31届全国中学生物理竞赛预赛试题及参考答案与评分标准 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． 1．一线膨胀系数为α的正立方体物块，当膨胀量较小时，其体膨胀系数等于 A．αB．α1/3 C．α3D．3α 2．按如下原理制作一杆可直接测量液体密度的秤，称为密度秤，其外形和普通的杆秤差不多，装秤钩的地方吊着一体积为lcm3的较重的合金块，杆上有表示液体密度数值的刻度．当秤砣放在Q点处时秤杆恰好平衡，如图所示，当合金块完全浸没在待测密度的液体中时，移动秤砣的悬挂点，直至秤杆恰好重新平衡，便可直接在杆秤上读出液体的密度．下列说法中错误的是 A．密度秤的零点刻度在Q点 B．秤杆上密度读数较大的刻度在较小的刻度的左边 C．密度秤的刻度都在Q点的右侧 D．密度秤的刻度都在Q点的左侧 3．一列简谐横波在均匀的介质中沿z轴正向传播，两质点P1和P2的平衡位置在x轴上，它们相距60cm，当P1质点在平衡位置处向上运动时，P2质点处在波谷位置，若波的传播速度为24 m/s，则该波的频率可能为 A．50Hz B．60Hz C．400Hz D．410Hz 4．电磁驱动是与炮弹发射、航空母舰上飞机弹射起飞有关的一种新型驱动方式，电磁驱动的原理如图所示，当直流电流突然加到一固定线圈上，可以将置于线圈上的环弹射出去．现在同一个固定线圈上，先后置有分别用钢、铝和硅制成的形状、大小和横截面积均相同的三种环；当电流突然接通时，它们所受到的推力分别为F1、F2和F3．若环的重力可忽略，下列说法正确的是 A．F1>F2>F3B．F2>F3 >F1 C．F3 >F2> F1D．F1=F2=F3 5．质量为m A的A球，以某一速度沿光滑水平面向静止的B球运动，并与B球发生弹性正碰．假设B球的质量m B可选取为不同的值，则 A．当m B=m A时，碰后B球的速度最大 B．当m B=m A时，碰后B球的动能最大 C．在保持m B>m A的条件下，m B越小，碰后B球的速度越大
全国初中物理竞赛试题和答案解析
2014年第二十四届初中应用物理竞赛（巨人杯）试题 一、本题共10小题，每小题2分，共20分。以下各小题给出的四个选项中只有一个是正确的，把正确选项前面的字母填在题后的括号内。 1.汽车的观后镜是用来观察车后路面情况的装置，一般 为凸面镜。正常情况下，坐在驾驶员位置的人通过左侧 观后镜应该看见如图1甲所示的效果。在某次准备驾车 外出前，坐在驾驶员位置的王师傅发现，从左侧观后镜 中看到的是如图1乙所示的情景。为确保行驶安全，左 侧观后镜的镜面应适当完成图2中的哪种操作（） 2.“元旦文艺会演”时，物理老师和电工师傅合作给同学们表 演了一个“不怕电”的节目(注意：因该节目有危险，同学们 切勿模仿)。首先电工师傅将两根导线的接头A、B分别连接到 一标有“PZ220 100”的灯泡（如图3甲所示）的接线柱C、 D上，闭合开关，灯泡正常发光。随后，电工师傅断开开关取 下灯泡，物理老师站到干燥的木凳上，左、手两手分别抓住两 导线接头A、B（如图3乙所示），此时电工师傅闭合开关，用 测电笔分别测试导线接头A、B及物理老师的皮肤，发现测电 笔的氖管均发光，而在这一过程中，物理老师依然谈笑自如。 对以上现象的解释，你认为下列说法中正确的是（） A．物理老师有“特异功能”，确实不怕电 B．物理老师的双手戴着绝缘手套 C．在人、灯替换的过程中，电源的零线被断开了 D．在人、灯替换的过程中，电源的火线被断开了 3.图4甲为一把手工的锯条，图4乙为正对着锯齿看的效 果，发现它的锯齿都“东倒西歪”的侧向两侧，而不在一 个平面上。其原因是（） A．将锯齿做成这样的形状后，容易将锯齿打磨得更锋利 B．将锯齿做成这样的形状后，锯条承受撞击能力更强 C．锯条用得太久，锯齿被撞歪了 D．将锯齿做成这样的形状后，可以使锯口加宽，减小被锯物体对锯条的摩擦力 4．“嫦娥三号”探测器在月球表面降落时，没有使用降落伞，是因为（） A．月球表面非常松软，不需要使用降落伞减速 B．距离月球表面太近，用降落伞来不及减速 C．月球表面附近没有大气，降落伞无法起到减速的作用 D．“嫦娥三号”质量太大，不易制作足够大的降落伞
历届全国初中物理竞赛(简单机械)
最近十年初中应用物理知识竞赛题分类解析专题12--简单机械 一、选择题 1. （2013全国初中应用物理知识竞赛预赛题）某次刮大风时把一棵大树吹倒了，需要两个工人把它扶起，工人们想到了如图l2所示的四种方案，每个人所需拉力最小的方案是 ( ) 1.答案：B 解析：根据滑轮知识，AB图绳中拉力为二人拉力之和，且拉树的力为两根绳中的拉力。根据杠杆知识，B图在动力臂大，所以每个人所需拉力最小的方案是B。 2.(2010全国初中应用物理知识竞赛题).图5是环卫工人用的一种垃圾夹的结构示意图。拉绳的一端固定在手把上，另一端穿过空心管杆与两夹爪的一端相连。当用力捏手把时，夹爪在拉绳的作用下可夹持物体，同时弹簧被压缩；当松开手把时， 夹爪在弹簧的作用下恢复原状。在使用过程中，手 把和夹爪分别是 ( ) A.省力杠杆，费力杠杆 B.费力杠杆，省力杠杆 C省力杠杆，省力杠杆 D.费力杠杆，费力杠杆 . 答案：A解析：手把动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，夹爪动力臂小于阻力臂，是费力杠杆。 3.(2010全国初中应用物理知识竞赛题).体操、投掷、攀岩等体育运动都不能缺少的“镁粉”，它的学名是碳酸镁。体操运动员在上杠前都要在手上涂擦“镁粉”，其目的是 ( ) A.仅仅是为了利用“镁粉”，吸汗的作用，增加手和器械表面的摩擦而防止打滑 B.仅仅是为了利用手握着器械并急剧转动时“镁粉”，能起到衬垫作用，相当于在中间添加了一层“小球”做“滚动摩擦” C仅仅是为了利用“镁粉”，填平手掌的褶皱和纹路，使手掌与器械的接触面增大，将握力变得更加实在和均匀 D.上述各种功能都具有
.答案：D解析：体操运动员在上杠前在手上涂擦“镁粉”的目的是为了利用“镁粉”吸汗的作用，增加手和器械表面的摩擦而防止打滑；利用手握着器械并急剧转动时“镁粉”能起到衬垫作用，相当于在中间添加了一层“小球”做“滚动摩擦”；利用“镁粉”填平手掌的褶皱和纹路，使手掌与器械的接触面增大，将握力变得更加实在和均匀，所以选项D正确。 4. (2011上海初中物理知识竞赛题)某人在车后用80牛的水平力推车，使车在平直公路上匀速前进，突然发现车辆前方出现情况，他马上改用120的水平拉力使车减速，在减速的过程中，车受到的合力大小为( ) A．40牛 B．80牛 C．120牛 D．200牛 3. 答案：D解析：用80牛的水平力推车，使车在平直公路上匀速前进，说明车运动受到的阻力为80N。改用120的水平拉力使车减速，在减速的过程中，车受到人向后拉力120N，阻力80N，所以车受到的合力大小为120N+80N=200N. ，选项D正确。 5. （2011上海初中物理知识竞赛题）分别用铁和铝做成两个外部直径和高度 相等，但内径不等的圆柱形容器，铁杯装满质量为m1的水后总重为G1；铝杯装 满质量为m2的水后总重为G2。下列关系不可能正确的是（） A．G1
全国中学生物理竞赛内容提要(俗称竞赛大纲)2020版
说明： 1、2016版和2013版相比较，新增了一些内容，比如☆科里奥利力，※质心参考系☆虚功原理，☆连续性方程☆伯努利方程☆熵、熵增。另一方面，也略有删减，比如※矢量的标积和矢积，※平行力的合成重心，物体平衡的种类。有的说法更严谨，比如反冲运动及火箭改为反冲运动※变质量体系的运动，※质点和质点组的角动量定理(不引入转动惯量) 改为质点和质点组的角动量定理和转动定理，并且删去了对不引入转动惯量的限制，声音的响度、音调和音品声音的共鸣乐音和噪声增加限制（前3项均不要求定量计算）。 2、知识点顺序有调整。比如刚体的平动和绕定轴的转动2013版在一、运动学的最后，2016版独立为一个新单元，---很早以前的版本也如此。 3、2013年开始实行的“内容提要”中，凡用※号标出的内容，仅限于复赛和决赛。2016年开始实行的进一步细化，其中标☆仅为决赛内容，※为复赛和决赛内容，如不说明，一般要求考查定量分析能力。 全国中学生物理竞赛内容提要 (2015年4月修订，2016年开始实行) 说明：按照中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会第9次全体会议(1990年)的建议，由中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会常务委员会根据《全国中学生物理竞赛章程》中关于命题原则的规定，结合我国中学生的实际情况，制定了《全国中学生物理竞赛内容提要》，作为今后物理竞赛预赛、复赛和决赛命题的依据。它包括理论基础、实验、其他方面等部分。1991年2月20日经全国中学生物理竞赛委员会常务委员会扩大会议讨论通过并开始试行。1991年9月11日在南宁经全国中学生物理竞赛委员会第10次全体会议通过，开始实施。 经2000年全国中学生物理竞赛委员会第19次全体会议原则同意，对《全国中学生物理竞赛内容提要》做适当的调整和补充。考虑到适当控制预赛试题难度的精神，《内容提要》中新补充的内容用“※”符号标出，作为复赛题和决赛题增补的内容，预赛试题仍沿用原规定的《内容提要》，不增加修改补充后的内容。 2005年，中国物理学会常务理事会对《全国中学生物理竞赛章程》进行了修订。依据修订后的章程，决定由全国中学生物理竞赛委员会常务委员会组织编写《全国中学生物理竞赛实验指导书》，作为复赛实验考试题目的命题范围。 2011年对《全国中学生物理竞赛内容提要》进行了修订，修订稿经全国中学生物理竞赛委员会第30次全体会议通过，并决定从2013年开始实行。修订后的“内容提要”中，凡用※号标出的内容，仅限于复赛和决赛。 2015年对《全国中学生物理竞赛内容提要》进行了修订，其中标☆仅为决赛内容，※为复赛和决赛内容，如不说明，一般要求考查定量分析能力。 力学 1. 运动学 参考系 坐标系直角坐标系 ※平面极坐标※自然坐标系 矢量和标量 质点运动的位移和路程速度加速度 匀速及匀变速直线运动及其图像 运动的合成与分解抛体运动圆周运动 圆周运动中的切向加速度和法向加速度
2014年全国初中物理竞赛试题及答案
2014年全国初中物理竞赛试题及答案
2014年第二十四届初中应用物理竞赛试题 试卷总分：120分时间：120分钟 启用前----绝密 一、本题共10小题，每小题2分，共20分。以下各小题给出的四个选项中只有一个是正确的，把正确选项前面的字母填在题后的括号内。 1.汽车的观后镜是用来观察车后 路面情况的装置，一般为凸面 镜。正常情况下，坐在驾驶 员位置的人通过左侧观后镜应该看见如图1甲 所示的效果。在某次准备驾车外出前，坐在驾驶员位置的王师傅发现，从左侧观后镜中看到的是如图1乙所示的情景。为确保行驶安全，左侧观后镜的镜面应适当完成图2中的哪种操作 0 0 &鬥 比佝外卑转m 向内庭转 c.向拆庭转m 向F庭转 阻2 2.“元旦文艺会演”时，物理老师和电工师傅合 作给同学们表演了一个“不怕电” 的节目（注意：因该节目有危险，同学们切勿模
仿）。首先电工师傅将两根导线的接头A、B分别连接到一标有“ PZ220 100”的灯泡（如图3 甲所示）的接线柱C、D上，闭合开关，灯泡正常发光。随后，电工师傅断开开关取下灯泡，物理老师站到干燥的木凳上，左、手两手分别抓住两导线接头A、B （如图3乙所示），此时电工师傅闭合开关，用测电笔分别测试导线接头A、B 及物理老师的皮肤，发现测电笔的氖管均发光，而在这一过程中，物理老师依然谈笑自如。对以上现象的解释，你认为下列说法中正确的是（） A ?物理老师有“特异功能”，确实不怕电 B.物理老师的双手戴着绝缘手套 C .在人、灯替换的过程中，电源的零线被断开了 D .在人、灯替换的过程中，电源的火线被断开了单空 3?图4甲为一把手工的锯条，图4乙紬 为正对着锯齿看的效果，发现它的锯齿都“东倒西歪”的侧向两侧，而不在一个平面上。其原因是（）
历届全国初中物理竞赛(物态变化)
最近十年初中应用物理知识竞赛题分类解析专题3--物态变化 一．选择题 1. （2013全国初中应用物理知识竞赛）在严寒的冬季，小明到滑 雪场滑雪，恰逢有一块空地正在进行人工造雪。他发现造雪机在工作 过程中，不断地将水吸入，并持续地从造雪机的前方喷出“白雾”， 而在“白雾”下方，已经沉积了厚厚的一层“白雪”，如图1所示。 对于造雪机在造雪过程中，水这种物质发生的最主要的物态变化，下 图1 列说法中正确的是( ) A.凝华 B.凝固 C.升华 D.液化 答案：B 解析：造雪机在造雪过程中，水这种物质发生的最主要的物态变化是凝固，选项B正确。2．(2012全国初中应用物理知识竞赛预赛)随着人民生活水平的提高，饭桌上的菜肴日益丰富，吃饭时发现多油的菜汤与少油的菜汤相比不易冷却。这主要是因为【】 A、油的导热能力比较差 B、油层阻碍了热的辐射 C、油层和汤里的水易发生热交换 D、油层覆盖在汤面，阻碍了水的蒸发 答案：D 解析：多油的菜汤不易冷却的原因是油层覆盖在汤面，阻碍了水的蒸发，选项D正确。 3．(2012全国初中应用物理知识竞赛)我国不少地区把阴霾天气现象并入雾，一起作为灾害性天气，统称为“雾霾天气”。关于雾和霾的认识，下列说法中正确的是（） A．霾是大量的小水滴或冰晶浮游在近地面空气层中形成的 B．雾和霾是两种不同的天气现象 C．雾是由悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒等颗粒形成的 D．雾和霾是同一个概念的两种不同说法 解析：雾是大量的小水滴或冰晶浮游在近地面空气层中形成的，霾是由悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒等颗粒形成的，雾和霾是两种不同的天气现象，选项B正确。 答案：．B 4（2011全国初中应用物理知识竞赛河南预赛）如图所示的4种物态变化中，属于放热过程的是，( )
第十八届全国初中物理应用知识竞赛试题
2008年第十八届全国初中应用物理知识竞赛试题 注意事项： 1．请在密封线内填写所在地区、学校、姓名和考号。 2．用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。 3．本试卷共有七个大题，满分100分。 4．答卷时间：2008年3月30日(星期日)上午9∶30~11∶10。 一、选择题（共10分）以下各小题给出的四个选项中只有一个是正确的，把正确选项前面的字母填在题后的括号内。 1．长途汽车经过长时间行驶后，驾驶员常常会停下车，拿根铁棒敲 打车轮，凭借声音可以判断轮胎内的空气是否充足。这主要是因为敲击 的轮胎内空气充足时发出声音的（） A．响度较大 B．音调较高 C．音调较 低 D．响度较小 2．检查视力时，要求眼睛与视力表相距5 m。医院里常按图1所示 的方式检查视力，让被检查者面对平面镜而坐，身后是视力表。已知人 距平面镜2 m，那么视力表离平面镜的距离是（） A．5m B．2m C．3m D．4m 3．光在同种均匀介质中是沿直线传播的，小红直不明白：在光纤通信中，光信号是怎样经过漫长而又曲折的线路，从一端传到另一端的呢?后来通过“探究光纤怎样传输光信号”的活动中，她终于明白了：光信号在光纤中（） A．是靠光纤壁不断地反射而向前传播 B．就像电流沿弯曲导线那样传播 C．就像水流沿弯曲水管流动那样传播 D．是靠光纤壁不断地折射而向前传播 4．某工厂要制造一种特殊用途的钢罐，要求在钢罐内表面牢牢地压接上一层0．25mm厚的铝膜。技术人员联合攻关提出了以下方案：先把铝膜紧贴到钢罐内表面，排出铝膜与钢罐之间的空气，冉向钢罐内灌满水并插入冷冻管使水结冰，铝膜就可以与钢罐接触牢了。对于使铝膜与钢罐接牢的方法，下列分析中正确的是（） A．铝膜与钢罐之间的水把它们冻牢了 B．水结冰时放出的热量使铝膜焊接在钢罐表面上了 C．大气压的作崩把铝膜压接到钢罐上了 D．水结冰膨胀产生的压力把铝膜与钢罐紧紧地压牢 在一起了 5．图2所示的是高压输电线路，其中高压输电线与 变压器之司安装有避雷器，它的作用是防止变压器遭受雷 击。关于这种避雷器，下列说法正确的是（） A．避雷器在通常电压下是导体，在遇到雷击的电压 时是绝缘体 B．在任何电压下避雷器都是导体 C．在任何电压下避雷器都是绝缘体
全国初中应用物理竞赛考试及答案
全国初中应用物理竞赛考试及答案 1 / 15
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2018年度全国初中应用物理竞赛试卷 注意事项： 1.请在密封线内填写所在地区、学校、姓名和考号。 2.用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。 3.本试卷共有六个大题，满分100分。 题号一二三四五六总分分数 复核人 ―、本题共10小题，每小题2分，共20分。以下各小题给出的四个选项中只有一个是正确的，把正确选项前面的字母填在题后的括号内。 1.如图1所示为伦敦四大地标性摩天大楼：“对讲机”、“小黄瓜”、“奶酷刨”、“碎片大厦”。其中座大楼的设计考虑不周，曾经由于玻璃反光将停放在附近的小轿车某些部件“烤”熔化了，你认为这座大楼最可能是（) 2.当今，世界性的能源危机断地加深，节约能源义不容辞。下面四种符号中，为中国节能标志的是（) 3.在炎热的夏天，当我们吃冰棒的时候，常常看到在冰棒的周围有“白气”冒出，关于这个“白气”，下列说法中正确的是（） A.“白气”是冰棒上的冰升华的结果，“白气”应该上升 B.“白气”是冰棒上的冰升华的结果，“白气”应该下降 C.“白气”是空气中的水蒸气液化的结果，“白气”应该上升 D.“白气”是空气中的水蒸气液化的结果，“白气”应该下降
4.如图3所示为双线并绕的螺线管，a、b、c、d为四个接线柱，其中a、b之间连 接一根较细的导线；c、d之间连接一根较粗的导线。如用两端电压恒定的同一个电源供 电，下列连接方式中磁性最强的方法是（） A.将bc相连，然后a、d分别接电源两极 B.将cd相连，然后a、b分别接电源两极 C.将a b相连、cd相连，然后分别接电源两极 D.将a d相连、bc相连，然后分别接电源两极 5.5号电池因其体积小、容量适中，因此在小功率电器产品中广泛使用。某种市售5号电池包装上写有“1.5 V 2000 mAH”字祥。对该电池，下列说法中正确的是（） A.它能提供的电能约10.8 kJ B.它正常工作时的电流是2 A C.它提供的最大电功率为3 W D.它在电路中是提供电荷的装置 6.在平缓的海滩上经常可以看到如图4所示的情景：不论远处的海 浪沿什么方向冲向海岸，到达岸边时总是大约沿着垂直于岸的方向。发 生这个现象的原因可能是（） A.在海岸边，风的方向总是与海岸线垂直 B.在海岸边，风的方向总是与海岸线平行 C.水波在浅水中传播时，水越浅传播得越快 D.水波在浅水中传播时，水越浅传播得越慢 7.小明在宠物店买了淡水热带鱼，为方便带回家，商家将鱼放在装有水的轻薄的塑料袋里。如果小明将装着魚且没有打开的塑料袋直接放入家里的淡水鱼缸中，则图5中最有可能发生的情况是( ) 8.微波在传播过程中，如果遇到金属会被反射，遇到陶瓷或玻璃则几 乎不被吸收的透射，而遇到类似于水、酸等极性分子构成的物质则会被吸 收导致这些物质的温度升高。如图6所示为家用微波炉工作过程的示意图。 根据这些信息，你认为以下关于微波炉的说法不正确 ．．．的是（） A.炉的内壁要使用金属材料 B.炉内盛放食物的容器的材质可以是玻璃或陶瓷 C.炉内转盘的主要作用是为了从不同侧面看到食物被加热的情况 D.微波炉的玻璃门上有一层金属膜或金属网 9.静止、密闭的客车上有一个系在座椅上的氦气球，一个悬挂在车顶的小球。若客车突然启动向左驶出，图7中氦气球与悬挂小球最可能出现的相对位置变化是（）
全国初中物理竞赛题及答案
全国初中物理竞赛精选题及答案 初中物理知识要点一览与初中物理基本概念概要 （一）初中物理知识要点一览 速度：V（m/S）?v=?S：路程/t：时间? 重力G?（N）?G=mg（?m：质量；?g：9.8N或者10N?） 密度：ρ?（kg/m3）?ρ=?m?（m：质量；?V：体积?） 合力：F合?（N）?方向相同：F合=F1+F2?；?方向相反：F合=F1—F2?方向相反时,F1>F2? 浮力：F浮?(N)?F浮=G物—G视?（G视：物体在液体的重力?） 浮力：F浮?(N)?F浮=G物?（此公式只适用?物体漂浮或悬浮?） 浮力：F浮?(N)?F浮=G排=m排g=ρ液gV排?（G排：排开液体的重力?；m排：排开液体的质量?；ρ液：液体的密度?；?V排：排开液体的体积?(即浸入液体中的体积)?） 杠杆的平衡条件：?F1L1=?F2L2?（?F1：动力?；L1：动力臂；F2：阻力；?L2：阻力臂?） 定滑轮：?F=G物?S=h?（F：绳子自由端受到的拉力；?G物：物体的重力；?S：绳子自由端移动的距离；?h：物体升高的距离） 动滑轮：?F=?（G物+G轮)/2?S=2?h?（G物：物体的重力；?G轮：动滑轮的重力） 滑轮组：?F=?（G物+G轮）?S=n?h?（n：通过动滑轮绳子的段数）机械功：W?（J）?W=Fs?（F：力；?s：在力的方向上移动的距离?）有用功：W有?=G物h? 总功：W总?W总=Fs?适用滑轮组竖直放置时? 机械效率:?η=W有/W总?×100%?
功率:P?（w）?P=?w/t?(W：功;?t：时间) 压强p?（Pa）?P=?F/s?(F：压力;?S：受力面积） 液体压强：p?（Pa）?P=ρgh?（ρ：液体的密度；?h：深度【从液面到所求点的竖直距离】?） 热量：Q?（J）?Q=cm△t?（c：物质的比热容；?m：质量?；△t：温度的变化值?） 燃料燃烧放出的热量：Q（J）?Q=mq?（m：质量；?q：热值）? 串联电路?电流I（A）?I=I1=I2=……?电流处处相等? 串联电路?电压U（V）?U=U1+U2+……?串联电路起分压作用? 串联电路?电阻R（Ω）?R=R1+R2+……? 并联电路?电流I（A）?I=I1+I2+……?干路电流等于各支路电流之和（分流）? 并联电路?电压U（V）?U=U1=U2=……? 并联电路?电阻R（Ω）1/R?=1/R1?+1/R2?+……? 欧姆定律：?I=?U/I? 电路中的电流与电压成正比,与电阻成反比? 电流定义式?I=?Q/t?（Q：电荷量（库仑）；t：时间（S）?） 电功：W?（J）?W=UIt=Pt?（U：电压；?I：电流；?t：时间；?P：电功率?） 电功率：?P=UI=I2R=U2/R?（U:电压；?I：电流；?R：电阻?） 电磁波波速与波?长、频率的关系：?C=λν?（C：波速（电磁波的波速是不变的,等于3×108m/s）；?λ：波长；?ν：频率?） （二）初中物理基本概念概要 一、测量
全国初中物理竞赛年试题及答案
全国初中物理竞赛年试 题及答案 TTA standardization office【TTA 5AB- TTAK 08- TTA 2C】
2014年第二十四届初中应用物理竞赛（巨人杯）试题一、本题共10小题，每小题2分，共20分。以下各小题给出的四个选项中只有一个是正确的，把正确选项前面的字母填在题后的括号内。 1.汽车的观后镜是用来观察车后路面情况的装 置，一般为凸面镜。正常情况下，坐在驾驶员位置的人通过左侧观后镜应该看见如图1甲所示的效 果。在某次准备驾车外出前，坐在驾驶员位置的王师傅发现，从左侧观后镜中看到的是如图1乙所示的情景。为确保行驶安全，左侧观后镜的镜面应适当完成图2中的哪种操作（） 2.“元旦文艺会演”时，物理老师和电工师傅合作给同学们表演了一个“不怕电”的节目(注意：因该节目有危 险，同学们切勿模仿)。首先电工师傅将两根导线的接头A、B分别连接到一标有“PZ220 100”的灯泡（如图3甲所示）的接线柱C、D上，闭合开关，灯泡正常发光。随后，电工师傅断开开关取下灯泡，物理老师站到干燥的木凳上，左、手两手分别抓住两导线接头A、B（如图3乙所示），此时电工师傅闭合开关，用测电笔分别测试导线接头A、B及物理老师的皮肤，发现测电笔的氖管均发光，而在这一过程中，物理老师依然谈笑自如。对以上现象的解释，你认为下列说法中正确的是（） A．物理老师有“特异功能”，确实不怕电 B．物理老师的双手戴着绝缘手套 C．在人、灯替换的过程中，电源的零线被断开了 D．在人、灯替换的过程中，电源的火线被断开了
3.图4甲为一把手工的锯条，图4乙为正对着锯齿看的效果，发现它的锯齿都“东倒西歪”的侧向两侧，而不在一个平面上。其原因是（） A．将锯齿做成这样的形状后，容易将锯齿打磨得更锋利 B．将锯齿做成这样的形状后，锯条承受撞击能力更强 C．锯条用得太久，锯齿被撞歪了 D．将锯齿做成这样的形状后，可以使锯口加宽，减小被锯物体对锯条的摩擦力4．“嫦娥三号”探测器在月球表面降落时，没有使用降落伞，是因为（） A．月球表面非常松软，不需要使用降落伞减速 B．距离月球表面太近，用降落伞来不及减速 C．月球表面附近没有大气，降落伞无法起到减速的作用 D．“嫦娥三号”质量太大，不易制作足够大的降落伞 5．汽车发动机在工作过程中需要冷却。图5为汽车发动机的水冷系统工作原理示意 图。在 汽车发 动机正 常工作的过程中，图5所示有关汽车发动机水冷系统中水流方向以及水泵叶轮转向的示意图中，正确的是（） 6．2013年6月20日我国宇航员王亚平首次进行了太空授课。图6为王亚平所做实验的一个画面，图中的水呈球状而不破裂，除了失重的原因外，还主要是因为
全国初中应用物理竞赛试题及答案
2013年第二十三届全国初中应用物理竞赛 一、本题共10小题 1.验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发光；家用电器的遥控器发出的“光”，能用来控制电风扇、电视机、 空调器等电器的开启与关闭。对于它们发出的“光”，下列说法中正确的是 ( ) A.验钞机和遥控器发出的“光”都是紫外线 B.验钞机和遥控器发出的“光”都是红外线 C.验钞机发出的“光”是紫外线，遥控器发出的“光”是红外线 D.验钞机发出的“光”是红外线，遥控器发出的“光”是紫外线 2.在严寒的冬季，小明到滑雪场滑雪，恰逢有一块空地正在进行人工造雪。他发现造雪机在工作过程中，不断地将水 吸入，并持续地从造雪机的前方喷出“白雾”，而在“白雾“下方，已经沉积了厚厚的一层“白雪”，如图1所示。 对于造雪机在造雪过程中，水这种物质发生的最主要的物态变化，下列说法中正确的是 ( ) A.凝华 B.凝固 C.升华 D.液化 3.在有些地区，人们常在小河边洗衣服。如图2所示，水里，然 后提出来放在石板上，用木棒捶打，水花四溅……，被洗净为 止。这里，用木棒捶打的主要目的是( ) A.把衣服上的灰尘打碎，以便于洗涤人们先把脏衣服浸泡在河如 此反复多次，直到衣服 B.增大木棒与灰尘之间的摩擦，将灰尘带走 C.迫使湿衣服里面的水从衣服纤维之间的缝隙中高速喷出，利用 高速水流将灰尘冲洗掉 D.木棒捶打，使衣服突然运动起来，而衣服上的灰尘由于具有惯 性仍然静止，从而使灰尘脱离衣服 4.如图3所示，海北中学有一个跑道为400 m的操场，在操场的 主席台和观众席上方一字形排列着A、B、C三个相同的音箱。在 一次运动会的开幕式上，站在操场中的所有同学都可以听到音箱 发出的足够大的声音，但站在某些位置的同学却感觉听不清音箱 中播放的内容，在图3的l、2、3三个位置中，位于哪个位置附 近的同学应该是“感觉听不清”的( ) A.1 B.2 C.3 D.在哪个位置都一样 5.炒菜时如果发生油锅起火现象，下列做法中最不应该的是 ( ) A.加一些冷油，降低温度 B.立刻盖上锅盖 C.立即向锅内倒入冷水来灭火 D.将蔬菜倒入油锅内 6.北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信 系统(BDS)。系统由空间端、地面端和用户端（导航仪）组 成，全部建成后可在全球范围内为各类用户提供高精度、高 可靠定位、导航、授时服务。2012年12月27日，北斗导航 业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。关于 “BDS”的工作过程，下列说法正确的是( ) A.导航仪只能接收地面端的中心控制系统的信息而不能接收 导航卫星的信息 B.导航仪只能接收导航卫星的信息而不能向导航卫星发送信 息 C.导航卫星发射的电磁波不能在真空中传播 D.导 航仅与导航卫星之间是通过电磁波传递信息的 7.小明学习了电路知识后，想利用发光二极管设计一个带开关指示灯的照明电路，晚间关闭照明灯后，利用二极管发 出的光指示开关所在的位置。他共设计了4个电路，如图4所示，其中L为白炽灯，规格为(220V 60W)、D为发光二级管，规格为(1.2VO.O1A)、S为单刀双掷开关、R为限流电阻。图4中能够满足要求的电路是 ( ) 8.某测量仪器及其控制电路如图5所示。仪器的等效内阻为100欧，正常工作电流 范围为100—300mA，电源电压为30V。控制电路由两个滑动变阻器组成，为了快速 准确地调节仪器的工作电流，应选用哪一组变阻器 ( ) A.R1=100欧, R2=10欧. B.R1=200欧, R2=20欧 C.R1=100欧, R2=100欧 D.R1=200欧, R2=200欧 9.明光中学的同学制定了一个划船比赛规则：①在距两个船队之间的中点处放置一 个插有红旗的小木箱（发令枪响时被释放，随河水流动）：②甲、乙两船队（两船
第25届全国中学生物理竞赛复赛试题及答案
2008年第25届全国中学生物理竞赛复赛试卷 本卷共八题，满分160分 一、（15分） 1、（5分）蟹状星云脉冲星的辐射脉冲周期是0.033s 。假设它是由均匀分布的物质构成的球体，脉冲周期是它的旋转周期，万有引力是唯一能阻止它离心分解的力，已知万有引力常量 113126.6710G m kg s ---=???，由于脉冲星表面的物质未分离，故可估算出此脉冲星密度的下限是3kg m -?。 2、（522C -?，电荷量q 1洁的形式F q =C 。 3、（5强度B 当B 。 二、（21圆轨道，高 5 31 f H =1所示）使卫星以后的近地点点火，使卫星加速和变轨，抬高远地点，相继进入24小时轨道、转移轨道（分别如图中曲线3、4、5所示）。已知卫星质量32.35010m k g =?，地球半径 36.37810R km =?，地面重力加速度29.81/g m s =，月球半径31.73810r km =?。 1、试计算16小时轨道的半长轴a 和半短轴b 的长度，以及椭圆偏心率e 。 2、在16小时轨道的远地点点火时，假设卫星所受推力的方向与卫星速度方向相同，而且点火时间很短，可以认为椭圆轨道长轴方向不变。设推力大小F=490N ，要把近地点抬高到600km ，问点火时间应持续多长？ 3、试根据题给数据计算卫星在16小时轨道的实际运行周期。 4、卫星最后进入绕月圆形轨道，距月面高度H m 约为200km ，周期T m =127分钟，试据此估算月球质量与地球质量之比值。
三、（22分）足球射到球门横梁上时，因速度方向不同、射在横梁上的位置有别，其落地点也是不同的。已知球门的横梁为圆柱形，设足球以水平方向的速度沿垂直于横梁的方向射到横梁上，球与横梁间的滑动摩擦系数0.70μ=，球与横梁碰撞时的恢复系数e=0.70。试问足球应射在横梁上什么位置才能使球心落在球门线内（含球门上）？足球射在横梁上的位置用球与横梁的撞击点到横梁轴线的垂线与水平方向（垂直于横梁的轴线）的夹角θ（小于90）来表示。不计空气及重力的影响。 四、（20分）图示为低温工程中常用的一种气体、蒸气压联合温度计的原理示意图，M 为指针压力表，以V M 表示其中可以容纳气体的容积；B 为测温饱，处在待测温度的环境中，以V B 表示其体积；E 为贮气容器，以V E 表示其体积；F 为阀门。M 、E 、B 由体积可忽略的毛细血管连接。在M 、E 、B 均处在室温T 0=300K 时充以压强50 5.210p Pa =?的氢气。假设氢的饱和蒸气仍遵从理想气体状态方125K 示的压强p 2时压力表M 在设25V T K =25K 时，3、的800五、（20个电子，时刻刚好到达电容器的左极板。电容器的两个极板上各开一个小孔，使电子束可以不受阻碍地穿过电容器。两极板图所示的周期性变化的电压AB V （AB A B V V V =-，图中只画出了一个周期的图线），电压的最大值和最小值分别为V 0和－V 0，周期为T 。若以τ表示每个周期中电压处于最大值的时间间隔，则电压处于最小值的时间间隔为T －τ。已知τ的值恰好使在V AB 变化的第一个周期内通过电容器到达电容器右边的所有的电子，能在某一时刻t b 形成均匀分布的一段电子束。设电容器两极板间的距离很小，电子穿过电容器所需要的时间可以忽略，且206mv eV =，不计电子之间的相互作用及重力作用。 1、满足题给条件的τ和t b 的值分别为τ=T ，t b =T 。 2、试在下图中画出t=2T 那一时刻，在0－2T 时间内通过电容器的电子在电容器右侧空间形成的电流I ，随离开右极板距离x 的变化图线，并在图上标出图线特征点的纵、横坐标（坐标的数字保留到小数点后第二位）。取x 正向为电流正方向。图中x=0处为电容器的右极板B 的小孔所在的位置，
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