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前六届决赛答案应用物理知识竞赛决赛试题参考解答1


第六届全国高中应用物理知识竞赛(北京赛区) 第六届全国高中应用物理知识竞赛(北京赛区)决赛 届全国高中应用物理知识竞赛 试题答案与评分参考 试题答案与评分参考

1.( 1.(8 分) 如图 1(8 分)

2.(9 分) ( (1)拔掉零线的保险丝,或断掉进户的零线。 分) (4

图答 1

(2)有白炽灯且开关处于闭合状态,或插座中接有待机状态的小型变压器。 (5 分) 3.(15 分) ( (1)小明是近视(或轻度近视) ,小明的爸爸是老花眼(或调节晶状体焦距的 能力变差了)(各 3 分,共 6 分) 。 (2)小明通过手指圈成的小洞向外看,就是缩小了眼睛的进光面积(光圈缩小 了) ,从而景深加大了,因而能看得较清晰。 分) (4 (3) 在光线强的时候, 瞳孔自动缩小, 即光圈变小, 景深变大,能看得较清楚, 而光线暗时,瞳孔自动放大,即光圈加大,景深变小,调节晶状体焦距的能力已经 变差,因此看不清楚了。 分) (5

4.(10 分) ( 根据照片中运动员的身高及臂长,估计球拍在曝光时间内晃动的范围约为 1.20m。 分) (3 ,估计球拍晃动范围在 1.20±0.10m 的范围内可以给满分,±0.20m 的范围内可以给 2 分。 则球拍挥动的速度约为 v 拍=

1.20 m/s=18 m/s 1 / 15

球击出后相对于球拍的速度可以认为是 18 m/s (3 分) 。 (若由于前面估计错误, 但这步计算无误,这步不扣分。下同) 球相对地面的速度等于二者之和,即为 18 m/s×2=36m/s=130km/h。 分) (4

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5.(18 分) ( 如果周期恰为 90 min,则每天转 16 圈,将每天飞临地面上的同一地点,现要 求每 4 天飞临地面上的同一地点,即每 4 天飞行 64±1 周。 分) (4 其周期 T1=

60 × 24 × 4 60 × 24 × 4 min=91.4 min, T2= min=88.6 min(2 分) 63 65

? Mm ?G R 2 = mg T2 ? 得h = 3 gR 2 ? R ? 2 2 4π ?G Mm = m 4π ( R + h) 2 2 ? ( R + h) T ?
? ( × 5 ?h1 = 3.46 ~ 3.48) 10 m 代入数据得 ? ?h2 = 2.08 ~ 2.10) 105 m × ? (
(每个方程给 3 分,解出 h 的表达式给 2 分,计算出结果各给 2 分。本题共 12 分)

6.(20 分) ( (1)主要不同是:蓄电池是把电能转换成化学能储存起来,使用时再把化学能 转换成电能,而电容器是直接把电能储存起来,不经过能量形式的转化。 分) (5 超级电容器与蓄电池相比的优点:①超级电容器对环境污染较少;②超级电容 器寿命长(大约是铅蓄电池的 20~200 倍) ;③超级电容器充电速度快;④超级电容 器充放电效率高(能量损耗少) ;⑤超级电容器维护简单。 (每答出一项得 1 分,最 多得 3 分。其他答案只要正确都可得分) (2)①电容器组的总电容 C 总=5×104 F×2÷40=2.5×103 F 充电过程增加的电荷量ΔQ=I·Δt=70×600 C=4.2×10 C 升高的电压ΔU=ΔQ/C 总=(4.2×10 /2.5×10 )V=16.8 V ②充电前的电压 U1= U2-ΔU=31.2 V 由于 C =
4 3 4

(2 分) (2 分) (2 分) (2 分)

Q 1 1 2 ,所以电容器储存的能量 E = QU = CU (2 分) U 2 2 1 1 2 2 此次充电储存的能量ΔE= CU 2 ? CU1 = 1.66×106 J (2 分) 2 2

7.(22 分) ( (1) 位移传感器在地面上方约为 0.8m 处, 该位置为 0 分) 地面位置为 0.8m (1 ; (1 分) ,两部分拟合衔接处乒乓球最高位置坐标约为 0.45m(1 分) ,即该处乒乓球 跳动的最高点约为 0.80m-0.45m=0.35m(这是球的顶部的最高点位置坐标,若求
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出球心处的最高点位置 0.33m 也正确) 分) (1 (该处曲线的切线斜率为 0,因此是 最高点) ;该处图象左面部分为上升过程,右面部分为下降过 程(1 分)(本问共 5 分) 。 (2)乒乓球上升过程和下降过程的受力分析如图答 7 所 示(图占 3 分) (若没有 F 浮而其他正确,不扣分) 依据题给条件 s1 = 5.021t 2 ? 14.780t + 11.329 可知上升过程的加速度 a1=2×5.02m/s2≈10.04m/s2; (3 分) 依据题给条件 s2 = 4.223t ? 12.216t + 9.303
2

F浮 v F阻 G 上升过程 v

F阻 F浮

G 下降过程 图答 7

可知下降过程的加速度 a2=2×4.223m/s2≈8.45m/s2; (3 分) (比较方程①、②可知上升过程加速度 a1>下降过程加速度 a2。从实际测量数据也 证明了这一点。(第 2 问共 9 分) ) (3)从实际测量的拟合方程 s3 = 4.924t ? 23.505t + 28.629
2

可知,平均加速度为 a

平均

=2×4.924m/s2≈9.85m/s2。 (该平均加速度略小于上升

过程加速度,略大于下降过程加速度。(4 分) ) (4) 形成上述三种加速度数值不同的原因是乒乓球在运动过程中所受的空气介 质阻力和空气给乒乓球的浮力形成。 分) (4 (若没有 F 浮而其他正确,不扣分)

8.(24 分) ( 有可能 α=θ,且 a< g sin θ 滑轮和人(包括吊篮在内)分别看作质点,其受力示意图如图答 8。 以沿钢索向下为 x 正方向、垂直钢索向下为 y 正方向建立平面直角坐标系。分别列牛顿第二定律 方程的分量式: Mg cosθ+N2 cos(θ-α)-N1=0 Mg sinθ+N2 sin(θ-α)-?N1=Ma mg cosθ-N2 cos(θ-α) =0 mg sinθ-N2 sin(θ-α) -kmg=ma 解以上 4 式,得 ① ② ③ ④
y N2 α Mg x y 图答 8 θ mg x

μ N1

N1

kmg

N2

a = g (sin θ ? ? cos θ ?

km kM ), α = θ ? arctan(? ? ) m+M (m + M ) cos θ

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答:只要满足 ?=

kM ,且 ? ≠ 0,k ≠ 0,则 α=θ,且 a< g sin θ。 (m + M ) cos θ

评分标准: (1)只答出“有可能 α=θ,且 a< g sin θ”的得 3 分。 (2)受力分 评分标准: 析示意图正确的得 3 分(图上未标出 x、y 轴的不扣分)(3)①②③④式每个得 3 。 分。 (4)解出 ? 和 α 各得 2 分。 (5)得出正确答案再给 2 分。

9.(24 分) (1)在 A、B、Y 三点与 0(地) V V 之间加接电压传感器 VA、 B、 Y 如答 图 9-1 所示。 分) (5 (2) A、B 输入端均为“1”时 LED 发 光(4 分) (3)或门(3 分) 或门真值表(4 分) 输入 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 输出 Y 0 1 1 1
答图 9-1

(4)见答图 9-2(8 分)

图答 9-2

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