2009高中应用物理竞赛试题(非扫描) 5页

2009年全國高中應用物理知識競賽試題一.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0分.1.有些樓道照明燈的控制電路具有這樣的功能,當樓道里很昏暗時,出現聲音燈就開啟,而在樓道里明亮時,即使有聲音燈也沒有反應,既可以方便照明,又可以節約用電,這的照明燈的控制電路中,一定接入了哪幾種傳感器()A.溫度傳感器B.光傳感器C.聲音傳感器D.熱傳感器2.電腦中用的光盤驅動器.可使光盤以恆定角速度轉動,光盤上凸凹不平的小坑就是存貯的數據信息記錄,激光頭發出激光在掃描這些凸凹不平的小坑的過程中,可讀取相就的數據信息,要求激光頭在讀取數據過程中,每秒讀取的數據量相同,那麼光盤上凸凹不平的小坑的密集程度應為()A.越靠近內圈越密集B.越靠近外圈越密集C.中間位置最密集D.各處密集程度相同3.一輛卡車如果在如圖1所示凸凹不平的路面上以一定速率行駛,由於載重量過大,輪胎有可能發生爆胎現象,在這段路上最容易發生爆胎現象的地段應是()A.a處B.b處C.c處D.d處4.如圖2所示的裝置可將聲音信號轉化為電信號,該裝置主要由絕緣框架MN、固定不動的金屬板a與能在聲波驅動下沿水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜b構成,a、b通過導線與電源兩極相接,當聲源在空氣中發出聲音,其輸出端便可得到由聲音信號轉化成的電信號,則()A.b振動過程中,a、b板間的電場強度不變B.b振動過程中,a、b板所帶電量不變C.b振動過程中,輸出端的電流方向始終不變D.b向右的位移最大時,a、b板所構成的電容器的電容最大5.研究性學習小組的同學們,根據物理課上所學的知識討論“隨著歲月的流逝,地球繞太陽公轉的週期,日、地間的平均距離,地球接受太陽的輻射能”等問題時,有下列結論，你認為其中可能正確的是(　　)A.太陽不斷向外射大量光子,太陽質量將不斷減小B.日、地間的平均距離將不斷增大,地球公轉的週期將不斷變大C.日、地間的平均距離將不斷減小,地球公轉的週期將不斷變小D.地球表面相同時間內接受的太陽輻射能將不斷減小6.在抽制很細的金屬絲的過程中,可以用激光隨時監測抽絲的粗細情況,其裝置如圖3甲所示,在抽絲機的細絲出口附近,\n用一束激光沿與細絲垂直的方向照射細絲,在細絲的另一側用光屏接收激光.工作人員通過光屏上明暗相間亮斑的情況(如圖乙所示為沿激光傳播方向看到的光屏情況),便可知道抽制出的細絲是否合格.對於這种監控抽絲機的裝置,下列說法中正確的是()A.這是利用了光的直線傳播規律B.這是利用光的衍射現象C.如果屏上條紋變寬,表明細絲粗了D.如果屏上條紋變寬,表明細絲細了2.一航天探測器完成對月球的探測任務后要返回地球,若在離開月球過程的開始階段,由靜止開始沿著與月球表面成一傾斜角的直線飛行,先加速運動,再勻速運動,探測器通過噴氣而獲得推動力,下列關於探測器噴氣方向的描述中正確的是()A.探測器加速運動時,向正后方噴氣B.探測器加速運動時,豎直向下噴氣C.探測器勻速運動時,豎直向下噴氣D.探測器勻速運動時,不需要噴氣3.每當彗星的碎屑高速運行并與地球相遇時,常有部分落入大氣層燃燒,形成划過天空的“流星雨”,關於流星的下列說中,正確的是()A.流星對地球的引力和地球對流星的引力大小相等,但流星質量小、加速度大,所以改變運動方向落向地球B.流星對地球的引力遠小於地球對流星的引力,所以流星落向地球C.流星進入地球大氣層中后,速度越來越大,機械能不斷增加D.流星是因受到彗星斥力而落向地球的4.指針式石英鐘的步進電機原理如圖4甲所示,在由硅鋼片疊壓而成的定子上繞有線圈,由永磁體構成的圓柱形轉子,可繞垂直線圈的轉軸O轉動,其兩磁极分佈在柱面上,當電路產生的脈衝電信號(如圖4乙所示)輸入到線圈時,線圈就產生磁場,且線圈兩端的磁極隨著輸入電流方向的變化而變化,使轉子每次按預定的方向(弧形箭頭方向)旋轉180˚,轉子帶動齒輪,齒輪帶動秒針轉過一秒,則圖4乙中脈衝電信號的頻率為()A.4.0HzB.2.0HzC.1.0HzD.0.5Hz5.掃描隧道顯微鏡(STM)是根據量子力學原理中的隧道效應而設計成的,當原子尺度的探針針尖在不到一個納米的高度上掃描樣品時,在針尖與樣品之間加一大小在2mV~2V之間的電壓,針尖與樣品之間產生隧道效應而有電子逸出,形成隧道電流,電流I隨針尖與樣品間的距離r的增大而指數減小(如圖5甲所示).當探針沿物質表面按給定高度勻速掃描時,因樣品表面原子的凹凸不平,使探針與物質表間的距離不斷發生改變,\n從而引起隧道電流隨時間不斷發生改變,這种變化便反映了樣品表面原子水平的凹凸形態.如果在某次掃描中隧道電流如圖5乙所示,那麼樣品表面可能是圖6中的（　　　）二.本題包括3小題,共25分,請按題目的要求做簡要的回答1.(8分)將從自來水管龍頭流出的水調成很細的水流,你會發現,在靠近出水口處的水流是連續的且較粗,而在遠離龍頭的出水口處水流會變得很細,甚至會發生間斷的現象,這是為什麼?2.(8分)小剛和小明放學后一同騎車回家,經過一段下坡路的過程中,儘管不再用力蹬車,但車速仍越來越快,為了安全,要求到達坡路底端時速度不能超過某一定值,因此在下坡過程中一定要採取剎車措施.對於採取怎樣的剎車措施更有利於減少閘皮的磨損,小剛和小明提出不同的看法:小剛認為應在下坡的全過程一直輕捏剎車;小明認為應在接近坡底時急剎車,你認為誰的看法正確?并簡述理由.3.(9分)有一种電流天平的主要結構包括螺線管,橫樑(含U型電路)、直流電源、滑動變阻器及電流表等,其構造示意如圖7所示,螺線管水平放置,橫樑可繞固定的螺線管端口且垂直螺線的水平軸OO’擺動(水平軸OO’在橫梁的中間,不挂重物m時橫梁處於水平位置保持平衡,包括U電路在內的橫梁的重心位於OO’的正下方附近),擺動過程中OO’軸處的摩擦可忽略不計,U型電路通過導電的轉軸與接線柱a、b相連,且一直在螺線管內,在橫梁左端懸掛一定質量的物體,當螺線管中通以電流I1、U型電路中通以電流I2時,可使橫梁水平平衡.(1)請簡述這種電流天平測量質量的原理(2)為提高這種電流天平的靈敏度,可以從哪些方面進行改進.三、本題包括5小題,共75分,解答時就寫出必要的文字說明,方程式和重要演算步驟,只寫出最后答案的不能得分,有數值計算的題,答案中必須明確寫出數值和單位.1.(12分)一個噴漆桶能夠向外噴射不同速度的油漆霧滴,某同學要測量霧滴的噴射速率,他采用如圖8所示的裝置,一個直徑為d的紙帶環安放在一個可以按照不同轉速轉動的固定轉臺上,紙帶環上刻有一條狹縫A,狹縫A的正對面的紙帶環的內側畫一條標誌線.在轉臺開始轉動達到穩定轉速時,向側面開有同樣狹縫B的紙盒中噴射油漆霧滴,當狹縫A轉至與狹縫B正對平行時,霧滴便通過狹縫A在紙帶的內側面留下痕跡.將紙帶從轉臺上取下來,展開平放,\n并用毫米刻度尺進行測量,如圖9所示(1)簡述側面開有狹縫B的紙盒子的作用(2)如果轉臺轉動的週期為T,寫出這些霧滴噴射速率的範圍(用字母表示)2.(13分)如圖10所示為靜電噴漆過程的原理圖,由噴嘴K噴出的油漆,形成帶負電的霧狀液滴(初速度可忽略不計),在被P與K之間的電場加速后射到P(被噴漆的零件)上并附著在其上,已知P與K之間的加速電壓U=500V,每分鐘可將60g的油漆噴至零件上,為了使油漆噴到零件上后能較牢固地附著在零件上,要求油漆對零件表面的平均壓力不小於1.0N,求此噴漆裝置耗電的最小功率.3.(15分)圖11所示電路是在環境溫度為10℃左右的條件下工作的某自動恆溫箱原理簡圖:箱內電阻R1=20KΩ,R2=10KΩ,R3=30KΩ,R1為熱敏電阻,其阻值隨溫度變化的圖線如圖12所示,電源電動勢為12V,內電阻不計,當電壓臨別器的兩接入點a、b間的電勢差Uab小於0.5V時,臨別器將使開關S接通,使恆溫箱內的電熱絲通電而發熱,從而使箱內溫度升高;當Uab大於1.0V時,臨別器將使S斷開,停止加熱.(1)根據以上說明,判定該恆溫箱內的溫度將保持在怎樣的範圍?(2)若想使此恆溫箱內的溫度變化範圍在第(1)問的基礎上降低一些,在臨別器功能和熱敏電阻不變的條件下,可採取怎樣的措施?4.(17分)暑假期間,物理老師帶物理小組的同學乘“動車組”參加夏令營的活動,火車開動前,廣播里傳來了列車員對“動車組”運行情況的介紹,從廣播里他們了解到,“動車組”運行的最高時速可達240km/h,於是,老師給小組的同學們提出了這樣的課題:在列車開動的過程中,用手邊的物品估測一下列車加速過程的加速度大小,於是同學們開始討論起來,并在列車啟動后開始了測量,其中有兩個同學的測量過程如下:小剛同學用塑料繩把一只小鐵鎖吊在行李架上,使懸掛點正好在小桌邊緣的正上方,他測出懸掛點至小鐵鎖的距離L及加速階段小鐵鎖偏離桌子邊緣的水平距離d后說,我已能算出火車的加速度了.小明同學坐在窗邊不動聲色,時而抬頭看看窗外鐵路邊的里程碑(每隔100m有一個里程碑),時而看看自己的手錶,往復了幾次,依次記錄下列車通過相鄰里程碑之間距離所用時間t1、t2、t3…….在別人還在忙碌時,小明宣佈說“我已測出了火車的加速度”請你判斷一下,以上同學的方法能否測出加速度,如果不能,請說明理由;如果能,請通過計算說明他們的測量結果各是什么,并對於小剛和小明的測量方法說出評價.\n5.(18分)已知地球和火星都在同一平面上繞太陽做圓周運動,火星軌道半徑Rm為地球軌道半徑R0的1.5倍,若要從地球向火星發射探測器,可以先用火箭對探測器進行加速,使之成為一個沿地球軌道繞太陽運行的人造行星(此時地球對探測器的引力可以忽略不計),然後在適當時刻點燃與探測器連在一起的火箭發動機,在短時間內使探測器沿原運動方向加速,當其速度增到適當值時,探測器沿著一個橢軌道運動,這個橢圓軌道的近日點和遠日點分別與地球軌道和火星軌道相切,并且在探測器到達遠日點時,恰好火星也運動到該點,從而使探測器正好射到火星上,如圖13所示.當探測器脫離地球并沿地球公轉軌道穩定運動后,在某年3月1日零時,經觀測計算知火星與探測器對太陽所張角度為60˚,如圖14所示,問應在何年何月何日點燃探測器上的火箭發動機方能使探測器恰好落在火星表面(時間計算僅需精確到日)已知地球半徑為Re=6.4×106m,重力加速度g取9.8m/s2