高中物理竞赛精彩试题及问题详解 7页

高中物理竞赛模拟试卷（一）说明：本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，共150分，考试时间120分钟.第Ⅰ卷（选择题共40分）一、本题共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的4个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，全部选对的得4分，选不全的得2分，有错选或不答的得0分.1.置于水平面的支架上吊着一只装满细砂的漏斗，让漏斗左、右摆动，于是桌面上漏下许多砂子，经过一段时间形成一砂堆，砂堆的纵剖面最接近下图Ⅰ-1中的哪一种形状2.如图Ⅰ-2所示，甲乙两物体在同一光滑水平轨道上相向运动，乙上连有一段轻弹簧，甲乙相互作用过程中无机械能损失，下列说确的有A.若甲的初速度比乙大，则甲的速度后减到0图Ⅰ-2B.若甲的初动量比乙大，则甲的速度后减到0C.若甲的初动能比乙大，则甲的速度后减到0D.若甲的质量比乙大，则甲的速度后减到03.特技演员从高处跳下，要求落地时必须脚先着地，为尽量保证安全，他落地时最好是采用哪种方法A.让脚尖先着地，且着地瞬间同时下蹲B.让整个脚板着地，且着地瞬间同时下蹲C.让整个脚板着地，且着地瞬间不下蹲D.让脚跟先着地，且着地瞬间同时下蹲4.动物园的水平地面上放着一只质量为M的笼子，笼有一只质量为m的猴子.当猴以某一加速度沿竖直柱子加速向上爬时，笼子对地面的压力为F1；当猴以同样大小的加速度沿竖直柱子加速下滑时，笼子对地面的压力为F2（如图Ⅰ-3），关于F1和F2的大小，下列判断中正确的是图Ⅰ-3A.F1=F2＞(M+m)gB.F1＞(M+m)g,F2＜(M+m)gC.F1＞F2＞(M+m)gD.F1＜(M+m)g，F2＞(M+m)g5.下列说法中正确的是A.布朗运动与分子的运动无关B.分子力做正功时，分子间距离一定减小C.在环绕地球运行的空间实验室里不能观察热传递的对流现象D.通过热传递可以使热转变为功图Ⅰ-46.如图Ⅰ-4所示，虚线a、b、c代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即Uab=Ubc，实线为一带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、Q\n是这条轨迹上的两点，据此可知A.三个等势面中，a的电势最高B.带电质点通过P点时电势能较大C.带电质点通过P点时的动能较大D.带电质点通过P点时的加速度较大7.如图Ⅰ-5所示，L为电阻很小的线圈，G1和G2为阻不计、零点在表盘中央的电流计.当开关K处于闭合状态时，两表的指针皆偏向右方，那么，当K断开时，将出现A.G1和G2的指针都立即回到零点B.G1的指针立即回到零点，而G2的指针缓慢地回到零点图Ⅰ-5C.G1的指针缓慢地回到零点，而G2的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点D.G1的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点，而G2的指针缓慢地回到零点8.普通磁带录音机是用一个磁头来录音和放音的，磁头结构示意如图Ⅰ-6（a）所示，在一个环形铁芯上绕一个线圈，铁芯有一个缝隙，工作时磁带就贴着这个缝隙移动，录音时磁头线圈跟话筒、放大电路（亦称微音器）相连（如图Ⅰ-6（b）所示）；放音时，磁头线圈改为跟扬声器相连（如图Ⅰ-6（c）所示）.磁带上涂有一层磁粉，磁粉能被磁化且留下剩磁.微音器的作用是把声音的变化转化为电流的变化；扬声器的作用是把电流的变化转化为声音的变化.由此可知①录音时线圈中的感应电流在磁带上产生变化的磁场，②放音时线圈中的感应电流在磁带上产生变化的磁场，③录音时磁带上变化的磁场在线圈中产生感应电流，④放音时磁带上变化的磁场在线圈中产生感应电流.以上说确的是图Ⅰ-6A.②③B.①④C.③④D.①②9.下列说法中正确的是A.水中的气泡有时看上去显得格外明亮，这是由于光从空气射向水时发生了全反射的缘故B.凸透镜成虚像时，物的移动方向与像的移动方向相反C.当物体从两倍焦距以外沿主光轴向凹透镜靠近时，物体与像之间的距离不断变小，而像则不断变大D.红光和紫光在同一种玻璃中传播时，红光的传播速度比紫光的大10.经典波动理论认为光的能量是由光的强度决定的，而光的强度又是由波的振幅决定的，跟频率无关，因此，面对光电效应，这种理论无法解释以下哪种说法A.入射光频率v＜v0（极限频率）时，不论入射光多强，被照射的金属不会逸出电子B.光电子的最大初动能只与入射光频率有关，而与入射光强度无关\nC.从光照射金属到金属逸出电子的时间一般不超过10-9sD.当入射光频率v＞v0时，光电流强度与入射光强度成正比第Ⅱ卷（非选择题共110分）二、本题共3小题，每小题5分，共15分.11.起重机以恒定功率从地面竖直提升一重物，经t时间物体开始以速度v匀速运动，此时物体离地面高度h=______.12.如图图Ⅰ-7所示，足够大的方格纸PQ水平放置，每个方格边长为l，在其正下方水平放置一宽度为L的平面镜MN，在方格纸上有两小孔A和B，AB宽度为d，d恰为某人两眼间的距离，此人通过A、B孔从平面镜里观察方格纸，两孔的中点O和平面镜中的点O′在同一竖直线上，则人眼能看到方格纸的最大宽度是________，人眼最多能看到同一直线上的方格数是________.图Ⅰ-8图Ⅰ-713.如图Ⅰ-8所示，固定于光滑绝缘水平面上的小球A带正电，质量为2m，另一个质量为m，带负电的小球B以速度v0远离A运动时，同时释放小球A，则小球A和B组成的系统在此后的运动过程中，其系统的电势能的最大增量为________.三、本题共3小题，共20分，把答案填在题中的横线上或按题目要求作图.图Ⅰ-914.（6分）在"测定玻璃砖折射率"的实验中，已画好玻璃砖界面的两条直线aa′和bb′，无意中将玻璃砖平移到图Ⅰ-9中的虚线所示位置.若其他操作正确，则测得的折射率将_______（填“偏大”“偏小”或“不变”）.15.（6分）在“研究电磁感应现象”实验中：（1）首先要确定电流表指针偏转方向和电流方向间的关系.实验中所用电流表量程为100μA，电源电动势为1.5V，待选的保护电阻有：R1=100kΩ，R2=1kΩ，R3=10Ω，应选用_______作为保护电阻.图Ⅰ-10（2）实验中已得出电流表指针向右偏转时，电流是"+"接线柱流入的，那么在如图Ⅰ-10所示的装置中，若将条形磁铁S极朝下插入线圈中，则电流表的指针应向______偏转.16.（8分）一种供仪器使用的小型电池标称电压为9V，允许电池输出的最大电流为50mA，为了测定这个电池的电动势和电阻，可用如下器材：电压表阻很大，R为电阻箱，阻值围为0~9999Ω；R0为保护电阻，有四个规格，即：A.10Ω，5WB.190Ω，WC.200Ω，WD.1.2kΩ，1W（1）实验时，R0应选用_______（填字母代号）较好；（2）在虚线框画出电路图.四、本题共6小题，共75分，解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.\n17.（10分）激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲.现有红宝石激光器，发射功率为P=1.0×106W，所发射的每个脉冲持续的时间为Δt=1.0×10-11s波长为6693.4nm(1nm=1×10-9m)问：每列光脉冲含有的光子数是多少？（保留两位有效数字）18.（10分）两个定值电阻，把它们串联起来，等效电阻为4Ω，把它们并联起来，等效电阻是1Ω，求：（1）这两个电阻的阻值各为多大？（2）如果把这两个电阻串联后接入一个电动势为E，电阻为r的电源两极间，两电阻消耗的总功率等于P1；如果把这两个电阻并联后接入同一个电源的两极间，两电阻消耗的总功率等于P2，若要求P1=9W，且P2≥P1，求满足这一要求的E和r的所有值.19.（12分）地球质量为M，半径为R，自转角速度为ω，万有引力恒量为G，如果规定物体在离地球无穷远处势能为0，则质量为m的物体离地心距离为r时，具有的万有引力势能可表示为Ep=-G.国际空间站是迄今世界上最大的航天工程，它是在地球大气层上空地球飞行的一个巨大的人造天体，可供宇航员在其上居住和进行科学实验.设空间站离地面高度为h，如果在该空间站上直接发射一颗质量为m的小卫星，使其能到达地球同步卫星轨道并能在轨道上正常运行，则该卫星在离开空间站时必须具有多大的动能？图Ⅰ-1120.（13分）如图Ⅰ-11所示，绝缘木板B放在光滑水平面上，另一质量为m、电量为q的小物块A沿木板上表面以某一初速度从左端沿水平方向滑上木板，木板周围空间存在着围足够大的、方向竖直向下的匀强电场.当物块A滑到木板最右端时，物块与木板恰好相对静止.若将电场方向改为竖直向上，场强大小不变，物块仍以原初速度从左端滑上木板，结果物块运动到木板中点时两者相对静止，假设物块的带电量不变.试问：（1）物块所带电荷的电性如何？（2）电场强度的大小为多少？图Ⅰ-1221.（15分）如图Ⅰ-12所示，质量为M=3.0kg的小车静止在光滑的水平面上，AD部分是表面粗糙的水平导轨，DC部分是光滑的圆弧导轨，整个导轨由绝缘材料做成并处于B=1.0T的垂直纸面向里的匀强磁场中，今有一质量为m=1.0kg的金属块（可视为质点）带电量q=2.0×10-3C的负电，它以v0=8m/s的速度冲上小车，当它将要过D点时，它对水平导轨的压力为9.81N(g取9.8m/s2)求：（1）m从A到D过程中，系统损失了多少机械能？（2）若m通过D点时立即撤去磁场，在这以后小车获得的最大速度是多少？图Ⅰ-1322.（15分）“加速度计”作为测定运动物体加速度的仪器，已被广泛地应用于飞机、潜艇、航天器等装置的制导系统中，如图Ⅰ-13所示是“应变式加速度计”的原理图，支架A、B固定在待测系统上，滑块穿在A、B间的水平光滑杆上，并用轻弹簧固定于支架A上，随着系统沿水平做变速运动，滑块相对于支架发生位移，滑块下端的滑动臂可在滑动变阻器上相应地自由滑动，并通过电路转换为电信号从1、2两接线柱输出.已知：滑块质量为m，弹簧劲度系数为k，电源电动势为E，阻为r，滑动变阻器的电阻随长度均匀变化，其总电阻R=4r，有效总长度L，当待测系统静止时，1、2两接线柱输出的电压U0=0.4E，取A到B的方向为正方向.（1）确定“加速度计”的测量围.（2）设在1、2两接线柱间接入阻很大的电压表，其读数为U，导出加速度的计算式.（3）试在1、2两接线柱间接入阻不计的电流表，其读数为I，导出加速度的计算式.\n答案一、（40分）1.D2.B3.A4.C5.C6.B、D7.D8.B9.CD10.ABC二、（15分）11.vt-12.d+2l;13.mv02三、（20分）14.（6分）不变；15.（6分）（1）R1；（2）右；16.（8分）（1）B；（2）如图Ⅰ′-1所示图Ⅰ′-1四、17.（10分）设每个光脉冲的能量为E，则E=PΔt，（3分）又光子的频率ν=，（2分）所以每个激光光子的能量为E0=h（2分），则每列光脉冲含有的光子数n==（2分）即n==3.5×1013（1分）18.（10分）（1）串联电阻：R1+R2=4（Ω）R1=2ΩR2=2Ω……(2分)串联电阻：=1Ω（2）由题意有P1==9W……（2分）将前式代入解得：E=6+1.5r……（2分）由题中的条件P2≥P1得≥……（2分）6V＜E≤9Vr=E-4或0＜r≤2ΩE=6+1.5r……（2分）19.（12分）由G=（1分）得，卫星在空间站上的动能为Ek=mv2=G（2分）卫星在空间站上的引力势能在Ep=-G（1分）机械能为E1=Ek+Ep=-G（2分）同步卫星在轨道上正常运行时有G=mω2r（1分）故其轨道半径r=\n（1分）由③式得，同步卫星的机械能E2=-G=-G=-m()2（2分）卫星在运行过程中机械能守恒，故离开航天飞机的卫星的机械能应为E2，设离开航天飞机时卫星的动能为Ekx，则Ekx=E2-Ep-+G（2分）20.（13分）（1）带负电（2分）s（2）当E向下时，设物块与木板的最终速度为v1，则有mv0=(M+m)v1（2分）μ(mg-qE)L=mv02-(M+m)v12(2分)当E向上时，设物块与木板的最终速度为v2，则有mv0=(M+m)v2（2分）μ(mg+qE)=mv02-(M+m)v22（2分）解得E=（3分）21.（15分）（1）设m抵达D点的速度为v1，则：Bqv1+mg=N（2分）∴v1===5.0m/s（1分）设此小车速度为v2，金属块由A-D过程中系统动量守恒则：mv0=mv1+Mv2（1分）∴v2=1.0m/s（1分）∴损失的机械能ΔE=mv02-mv12-Mv22=18J（2分）（2）在m冲上圆弧和返回到D点的过程中，小车速度一直在增大，所以当金属块回到D点时小车的速度达到最大（2分），且在上述过程中系统水平方向动量守恒，则：mv1+Mv2=mv1′+Mv2′（2分）系统机械能守恒，则：mv12+Mv22=mv1′2+Mv02（2分）v2′=1m/s和v2′=3m/s（1分）v2′=1m/s舍去，∴小车能获得的最大速度为3m/s（1分）22.（15分）（1）当待测系统静止时，1、2接线柱输出的电压U0=·R12（1分）由已知条件U0=0.4ε可推知：R12=2r，此时滑片P位于变阻器中点（1分）待测系统沿水平方向做变速运动分加速运动和减速运动两种情况，弹簧最大压缩与最大伸长时刻，P点只能滑至变阻器的最左端和最右端，故有：a1=（1分）a2=-（1分）所以"加速度计"的测量围为［-·］（2分）（2）当1、2两接线柱接电压表时，设P由中点向左偏移x\n，则与电压表并联部分的电阻R1=（-x）·（1分）由闭合电路欧姆定律得：I=（1分）故电压表的读数为：U=IR1（1分）根据牛顿第二定律得：k·x=m·a（1分）建立以上四式得：a=-（2分）（3）当1、2两接线柱接电流表时，滑线变阻器接在1、2间的电阻被短路.设P由中点向左偏移x，变阻器接入电路的电阻为：R2=（+x）·由闭合电路欧姆定律得：ε=I(R2+r)根据牛顿第二定律得：k·x=m·a联立上述三式得：a=（2分）