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2011高中应用物理竞赛试题答案


2011 年全国高中应用物理知识竞赛试题
一、本题包括 11 小题,考生只需做 10 小题,每小题 5 分。共 50 分.在每 小题给出的四个选项中。有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正 确.请把符合题目要求的选项的序号填入题后的( )内.全选对的得 5 分,选 不全的得 3 分,有选错或不选的得 O 分. 1.图 1 为汽车发动机的冷却风扇设计的一个自动控制

电路. 要求发动机的点火开关闭合且温度过高时(热敏电阻 R 阻值 变小), 继电器 J 有电流通过, 就会使风扇自动开启. 关于这个 自动控制电路, 以下判断正确的是( ) A:虚线框内的门电路是 “或”门 B: 虚线框内的门电路是 “与”门 C:虚线框内的门电路是 “非”门 D:虚线框内的门电路是 “与非”门 2.我国的国土范围东西方向大致分布在东经 70? 到东经 137?, 所以我国发射的 通信卫星一般定点在赤道上空 3.6×107m、 东经 100?附近. 若某通信卫星计划定点 在赤道上空东经 104?的位置, 但测得该卫星刚入轨时位于赤道上空的 3.6×107m, 东经 101?处. 为了把它调整到计划定点位置, 可以先分两次短时间启动卫星上的 小型喷气发动机调整卫星圆轨道的高度(称为漂移轨道), 便其“漂移”到预定经 度后再分两次短时间启动卫星上的小型喷气发动机使它回到原来的圆轨道 (称 为静止轨道). 则卫星在漂移轨道中运动与在静止轨道上运动相比较 ( ) A:高度较低, 速度较大 B: 高度较高, 速度较大 C:高度较低, 速度较小 D: 高度较高, 速度较小 3.铁路上使用一种电磁装置向控制中心传输信号以确定火车的位置和运动情 况. 这种装置的核心结构如图 2(甲)所示(俯视图), 在列车首节车厢下面安有磁铁, 它下方的磁场可看作匀强磁场, 当它经过安放在两铁轨间的线圈时, 便会产生一 电信号并输送到控制中心. 若某列火 车通过线圈时, 控制中心接收到线圈 两端的电压信号为图 2(乙)所示, 则说 明火车在这段时间内的运动情况是 ( ) A: 匀速直线运动 B: 匀加速直线运动 C: 匀减速直线运动 D: 加速度逐渐加大 4.燃烧汽油的汽车, 其发动机的汽缸中的汽油---空气混合气是靠火花塞产生 电火花点燃的.但是汽车蓄电池两端的电压只有 12V, 不能使火花塞中产生电火 花, 因此要使用如图 3 所示的点火装置. 此装置的核心是一 个变压器, 该变压器的初级线圈通过点火开关连在蓄电池 上, 次级线圈接到火花塞的两端, 点火开关由机械自动控 制其通断状态, 以保证在做功冲程开始时次级线圈中产生 上万伏的电压, 使火花塞产生电火花. 对于这个点火装置,

下列说法中正确的是 (

)

A:点火开关由断开变为闭合和由闭合变为断开, 一定能使火花塞产生相同的 火花 B: 点火开关若始终闭合, 次级线圈的两端也会有高电压 C: 火花塞产生的火花是混合气被电离时产生的弧光放电 D: 点火装置中变压器的次级线圈匝数必须远大于初级线圈的匝数 5.一名中学生在进行篮球比赛时, 获得到一次站在罚球线罚球的机会, 他要 将篮球罚入篮框, 需要对篮球所做的功约为 ( ) A.2J B.20J C.100J D. 200J 6.一辆客车在平直的公路上行驶 时, 固定于路边的照相机在 2S 的时间 内连续对车拍照, 得到多张清晰照片, 其中第 1 和最后一张照片如图 4 所示, 所有各张照片中悬挂在客车顶部的拉 手均向后倾斜, 拉手悬绳与竖直方向夹角约为 10?且保持不变. 已知客车中间的 三个大窗户的宽度约为 1.5m. 小刚根据照片的情景及上述已知条件作出如下的 判断, 其中正确的是 ( ) A. 客车在做匀加速运动 B.可估算出车在 t=1s 时的运动速度 C.可估算出车在 t=2s 时的运动速度 D.客车可能正在减速后退 7.在研究由核子诱发的非弹性核反应过程中, 需要对 “弹 核”进行加速, 使其获得足够的动能. 现将质子, 氘核和氚核分 别置于回旋加速器的中心点 A 并开始加速, 如图 5, 若它们的初 速度大小可忽略不计, 则当它们由同一出口离开 D 形盒时( ) A.质子的动能较大 B.氚核的动能较大 C.氘核的动能较大 D.三种粒子的动能大小相等 8.在一种速降娱乐项目中, 人乘坐在吊篮中, 吊篮通过滑轮沿一条倾斜的钢 索向下滑行.现有两条彼此平行的钢索, 它们的起、终点分别位于同一高度. 小红 和小明分别乘吊篮从速降的起点由静止开始下滑, 在 他们下滑过程中, 当吊篮与滑轮达到相对静止状态时, 分别拍下一张照片, 如图 6 所示, 已知二人运动过程 中, 空气阻力的影响可以忽略, 则 ( ) A. 小明到达终点用时较短 B. 小红到达终点用时较短 C. 小明到达终点时的速度较大 D.两人的运动都一定是匀速运动 9.一位同学为了表演 “轻功”,他用打气筒给 4 只相同的气球充以相等质量 的空气, 然后将这 4 只气球以相同的方式放在水平塑料板上, 在气球的上方放置一轻质塑料板, 如图 7 所示, 然后这位同 学站到轻质塑料板上正中间位置, 对于他站上的过程, 下列 说法正确的是 ( )

A. 球内气体体积变大

B.球内气体体积变小

C. 球内气体内能变大 D.球内气体内能不变 10.十字路口的交通信号灯, 用红灯指示停车等候, 绿灯指示可以通行.在一些 道路施工的工地上, 为了提示人们注意路面的情况, 常在工地周围挂起红色的电 灯, 这样做除了红色光容易引起人的视觉注意以外, 还有一个重要的原因, 是红 色光( ) A.比其它可见光更容易发生衍射 B.比其它可见光的光子能量大 C. 比其它可见光更容易发生干涉 D.比其它可见光更容易发生全反射 11.右表给出了四种放射性同位素的辐射线的半衰期. 在医疗技术中有时需要 利用放射线治疗肿瘤. 所用的放射源必须具有以下两个条件:(1)放出的放射线有 较强的穿透能力,以便辐射到体内肿瘤所在处; (2) 能在较长时间内提供比较稳定的辐射强度. 为此, 在表中所列的四种同位素中, 应选用的是 ( ) A.钋 210 B.锶 90 C. 99 D.钴 60 二 本题包括 5 小题。考生只需做 4 小题,共 40 分.请按题目的要求做简要的回答. 1 如图 8 所示, 人高举右手, 将身体的右边紧贴在墙壁上, 此时他的左腿却不 能像通常站立那样自由地抬起, 试分析这是为什么?

2.有一种 “滚轴溜冰”的游艺活动, 游艺时“溜冰者”脚穿带有小轮子的鞋, 在场地内向溜冰一样滑行.为了使此项活动更具有刺激性, 有的场地设计了水平 长度相等的两种轨道,如图 9 所示, 轨道中间分别有一段一个与水平面平滑连接 的圆柱形凸面和凹面,且 AB 和 CD 部分的水平长度相同, AB 弧长等于 CD 弧长. 甲、乙两质量相等(包括设备的全部质量)的溜冰者以相同的初速度分别沿Ι 、Ⅱ 轨道从左端开始同时向右运动, 通过轨道的过程中, 溜冰者始终不主动滑动, 仅 靠惯性向前滑行, 且未脱离轨道, 试分析甲、 乙两人分别到达 B 点和 D 点的速度大小和先 后顺序的关系. 3.生活中会遇到这样的事:手电筒里有两节干电池为灯光供电, 电池使用一段 时间后灯炮虽然能亮, 但很暗, 此时本应更换两节新电池, 但有时舍不得将两节 旧电池都扔掉. 有人便装一节新电池配一节旧电池继续使用,待灯光再次变得很 暗时, 再将原来的旧电池更换为新电池……,这样总是将一节新电池与一节用过 一段时间的旧电池串联使用. 试分析说明这种“一新一旧”的搭配使用与同时更换两节新电池, 哪一种 使用方法更合理.

4.在一大型体育馆内正在进行“特技表演”,表演者骑着摩托车在由铁网制成 的球形容器内, 以恒定的速率沿水平圆周做飞檐走壁的表 演.此过程中演员与观众位置关系的俯视图如图 10 所示.在 观众席上 P 点的观众听到摩托车的声音在不断变化, 请说 明在 P 点的观众听到的摩托车的声音大小和音调会有怎样 的变化, 并分析为什么会有这种变化?

5.在一段平直的公路上, 小刚骑自行车带着小明正在匀速前进, 路过小明家 门口时, 小明要从车上跳下来. (1)小明知道如果直接跳下来, 他可能会摔跤.试分析他可能摔跤的原因是什 么? (2)小明为了避免在跳下车的过程中摔跤, 他跳离车时应该用力向前推自行 车, 还是应该用力向后拉自行车? (3)在小明以最理想的安全方式跳车前后, 小刚,自行车及小明三者运动的总 动能将如何变化.

三、本题包括 5 小题,考生只需做 4 小题。每小题 15 分。共 60 分.解答时应写 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 图 10 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. 1.电梯修理员或牵引专家常需要监测金属绳索中的拉力, 但在某些场合由于 绳索的两端已被固定, 因此不便在其两端进行测量. 某公司制造出的一种能测量 绳中拉力的仪器, 工作原理如图 11 所示.将相距为 L 的两根固定支柱 A、B(图中 小圆框表示支柱的横截面)垂直于绳索水平放 置,在 AB 的中点用一可动支柱 C 向上推动绳索, 使绳索在垂直于 AB 的方向竖直向上发生一个 偏移量 d(d?L),这时仪器测得绳对支柱 C 竖直向下的作用力为 F. (1)试用 L、d、F 表示这时绳索中的拉力 T. (2)如果偏移量 d=10mm,作用力 F=400N,L=250mm,计算绳索中拉力的大小.

2.地球上空有人造地球同步通讯卫星, 它们向地球发射微波.但无论同步卫星

的数目增到多少个, 地球表面总有一部分面积不能直接收到它们发射的微波.请 求出这个面积的大小.已知地球半径 R0=6.4×106m,半径为 R、 高度为 h 的球冠的表 2 面积为 S1=2π Rh,球的表面积为 S2=4π R ,结果要求保留 1 位有效数字.

3.小明家买了一种自行车上照明用的车头灯,图 12 甲是 为此车头灯供电的发电机的结构示意图, 转轴的一端装有 一对随轴转动的磁极, 另一端装有摩擦小轮. 电枢线圈绕 在固定的 U 形铁芯上, 自行车车轮转动时, 通过摩擦小轮带 动磁极转动, 使线圈中产生正弦交流电,给车头灯供电. 查 阅发电机的说明书可知, 发电机的摩擦小轮半径 r0=1.00cm, 线圈有 n=400 匝, 线圈所围的横截面积 S=20cm2,总电阻 R0=2 Ω .小明想要知道此发电机旋转磁极附近的磁感应强度.于 是他做了如下的研究工作:测得自行车车轮半径 r=35cm, 自 行车大齿轮与小齿轮齿数之比为 3:1(如图 12 乙所示),选择的 车灯的参数为 “6.3V 0.3A",当他以 1r/s 的转速匀速蹬转大齿轮的过程中,测得通 过车灯的电流为 0.2A.若不计车灯电阻随温度的变化,已知当车灯两端电压达到其 额定电压的 1.2 倍时,车灯将会被烧坏.求(1)旋转磁极附近的磁感应强度的大小;(2) 此车使用车灯时允许的最大行驶速度.

5.农村中常用来喷洒农药的压缩喷雾器的结构如图 14 所示, 容 器 A 的总容积为 7.5L,装入药液后,药液上方体积为 1.5L.关闭阀门 S, 用打气筒 B 打气(打气筒下端有一单向阀门 K, 只许空气由打气 筒进入容器, 而不会让空气由容器进入打气筒),打气筒 B 的容积是 250cm3,设周围环境中的大气压强为 1atm. (1)要使药液上方气体的压强为 4.0atm,打气筒活塞至少应打几 次? (2)当 A 中有 4.0atm 的空气后, 打开 S 可喷射药液, 直到不能喷射时,喷雾器剩 余多少体积的药液? (3)要使药液全部喷出, 则开始至少需要打几次气?


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