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  • 2021-06-01 发布

高中物理竞赛初赛模拟试题(有答案)

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高中物理竞赛模拟试题(初赛) 一、现有一个长方形的抽屉,其俯视图如图所示 AD=L,AB=W。抽屉面板上左、右对称地安装 着 E、F 两个把手,它们之间的距离为 d,该抽屉上下底面是光滑的,左、右侧壁的摩擦系数 为 μ,不拉动抽屉时左、右抽屉与抽屉腔之间有一定的间隙,如果用平行 AD 的力作用在一个 把手上将抽屉拉开,对 μ有什么要求? 二、一条轻氢绳两端各系着质量为 m 1 和 m 2 的物体,通过定滑轮悬挂在车顶上, m 1>m2,如图 绳与滑轮的摩擦忽略不计,若车以加速度 a 向右运动, m 1 仍然与车厢地板相对静止,试求: (1)此时绳上的张力 T; (2) m1 与地板之间的摩擦系数 μ至少多大? 三、 两个质量都为 m 的小球, 用一根长为 2l 的轻绳连接起来, 置于光滑桌面上, 绳恰好伸直。 用一个垂直绳方向的恒力 F 作用在连线中点 O 上,问:在两小球第一次碰撞前的瞬间,小球 在垂直于 F方向上的分速度是多少? 四、一车在平直公路上以加速度匀加速 1 3 a g 直线运动,用长为 L 的轻绳将一小球 B 悬挂 于车厢顶上,待小求相对车厢静止之后,将其在竖直平面内稍稍拉离平衡位置,然后由静止 释放,小球将在平衡位置附近作小幅振动,求小球的振动周期。 F E D C B A α m2 m1 m O F m 五、一根一端封闭的均匀玻璃管长 96cm,内有一端长 20cm 为的水银柱水银柱下方为一空气 柱,当温度为 27°时玻璃管开口竖直向上,空气柱长 60cm,此时外界大气压为 76cmHg,试 问:为使水银柱不全部从玻璃管中溢出,温度可达到多少度? 六、三个相同的金属圈两两相交地焊接成如图所示的形状,若每一金属圈的原长电阻(即它 断开时测两端的电阻)为 R,试求图中 A、B 两点之间的电阻。 七、在倾角为 30°的斜面上,固定两根足够长的光滑平行导轨,一个匀强磁场垂直斜面竖直 向上, 磁感强度为 B=0.4T,导轨间距 L=0.5m 两根金属棒 ab、cd 水平地放在导轨上, 金属棒质 量 m ab=0.1kg.、mcd=0.2kg 两金属棒总电阻 r=0.2Ω,导轨电阻不计,现使金属棒 ab 以 ν=2.5m/s 的速度沿斜面向上匀速运动,求: (1)金属棒 cd 的最大速度; (2)在 cd 有最大速度时,作用在 ab 的外力的功率。 八、由折射率为 n=1.5 的玻璃制成的对称的双凸透镜,在空气中焦距为 30cm (1)把它放在平面镜上形成一个折、反射系统,该系统的焦距为多少? (2)在透镜和批改平面镜之间注满水,水的折射率为 4/3,这个系统的折射率为多少? B A d c b a 30° νB (b) (a) 参考答案 一、如果 F 作用在 E把手上, 那么抽屉有一个沿逆时针转动的趋势, 在 D、 B 两个角上产生两个弹力 N1 和 N2,以防止抽屉旋转, 在 D、B 两处也会受 到两个摩擦力 f1 和 f 2 1 2 1 2 1 0: 0: ( ) 2 0 : x y B F N N F F N N W dF N W N L M 可解得 μ≤ L d 二、如图所示为的受力, 以车厢为非惯性参照系, 在竖直和水平方向上有 2 2 cos sin T m g T m a 联立此二式可解得 2 2 2T m g a m 1 物体的受力如图所示,仍以车厢为非惯性参照系,在竖直和水平方向 有 1 1 T N m g f m a N静 式中 T′=T,联立这二式,可解得 1 1 2 2 1 1 2 ( ) ( ) m m a m g T m g m g a 三、设作用力 F 的方向为 x 方向。当绳子与 x 方向成 α角时,绳上的 张力 T 为 T= 2cos F a 此张力使小球在 x 轴方向上的加速度为 F E D C B A F N2 y x f 1 N1 W L f2 m2g m 2a θ T F1 m1g m 1a T′ N cos 2x T Fa m m 可见, xa 与 a 无关,小球在 x 轴方向做匀加速运动 . 设由初始到两球第一次相碰前,力 F 的作用点共移动的距离为 s,则两小球在 x 方向都运动了 距离 s-l ,则小球在碰撞前在 x 方向的分速度为 ( )2 ( )x x F s la s l m (1) 在这段过程中, F 做的功为 Fs,根据动能定理 2 212 ( ) 2 x yFs m (2) 联立( 1)、(2)两式可得 Fs=F(s-l )+mνy 2 所以 νy= Fl m 四、如图所示,在小车参照系中,小球受到三个力而平衡,重力 mg,惯性力 m a和轻绳拉力 T。在小车参照系中,等效的重力加速度为 2 2g a g 因此小球的振动周期 2 22 2L LT g a g 五、如图,初态空气柱长 L0=60cm,压强 p0=96cmHg,温度 T0=300K,而后 从 T0 开始升温分阶段如下。 第一阶段: 温度从 T0 升高,空气柱长度增高,水银柱上升,但可保持空气柱压强仍维持在 p0=96cmHg。 当水银柱上端面与管口并齐时,此阶段温度达最高值,记为 T1,有 0 0 0 0 0 1/ ( 16) /p L T p L T 解得 1 0 0 0( 16) / 380T L T L K 第二阶段: 温度从 T1 继续上升,水银柱开始外溢,但留下的 x<20cm 长水银柱仍能维持空气 柱 内 外压强平衡,水银柱也可以不全部溢出,设此时的温度为 Tx,则可建立方程 0 0 0 (76 )(96 ) x p L x x T T 将 p0、L0、T0 各量代入后,可得 mg m a T 60cm 20cm 16cm 2 20 96 (76 ) 0 5 xTx x 为使 x 有实数解,要求二次方程判别式 220 4 96 (76 ) 0 5 xT 成立,即要求 Tx≤385K 这样,可实现平衡 x 的有两格外值 10 100 96 76 5 10 100 96 5 x x Tx cm Tx cm 大 小 ( ) (76- ) 开始时 Tx=T1=380K,对应 x 大=20cm,x 小=0,显然实际情况是 x 大而不是 x 小,所以水银并未溢 出。当 T 大从 380K 向上逐渐增高时, x 大从 20cm 逐渐减小 (这可 x 大 从 T 大关系看出) ,当 T 大=385K 时, x 大降到 10cm,当 T 大 再增高时,便不可能有平衡 x 的解,这意味着: (1)水银柱继续外溢, x 继续减小,但无论 x 小到什么值维持平衡; (2) x 减小到某值时,水银柱(长度已减小到 x 值)向下压回以达到新的平衡位置,但这是 不可能的,因为水银柱外溢时空气柱压强大于外部压强,若水银柱能向回压下,则空气柱压 强小于外压强,这两种情况都处于连续变化过程,因此刚要向回压下时内、外压强必相等, 即此时的 x 对应平衡状态,而这是已被否定的。 结论:当温度刚超过 385K 时,水银柱便会从管中全部溢出。 综合所示可知,为使水银柱不会全部从管中溢出,温度至少可达 385K,即 112℃。 六、从图看出,整个电阻网络相对 A、B 两点具有上、下对称性,因此可上、下压缩成图所示 的等效简化网络,其中 r 为原金属圈长度部分的电阻,即有 r=R/4 图网络中从 A 点到 O 点电流与从 O 点到 B 点的电流必相同; 从 A′点到 O 点的电流与从 O 点到 B′点电流必相同。因此可将 O 点断开,等效成图所示简化电路,继而再简化成图所示的电路。 最后可算得 RAB= 12 2 5 5 12 r r r ( ) 即有 RAB=5R/48 七、开始时, cd 棒速度为零,只有 ab 棒有感应电动势,此时可计算出回路中的电流进而求出 cd 棒所受的安培力 F(可判断出安培力的方向沿斜面向上) r B′ B A′ A r/2 r/2 r/2 r/2 r r r O B′ B A′ A r r r r r/2 r/2 r/2 r/2 A r r B′ B A′ r/2 r/2 如果 F>mcdgsin30°,cd 将加速上升, 产生一个和电流方向相反的电动势, 这样回路中的 电流将会减小, cd 棒受到的安培力 F将会减小,直到 F=mcdgsin30° 如果开始时 F