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)全国高中应用物理知识竞赛试题及答


第二届(《求学杯》)全国高中应用物理知识竞赛试题
注意事项: 注意事项: 请在密封线内填写所在地区、学校、姓名和考号。 1. 请在密封线内填写所在地区、学校、姓名和考号。 用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。 2. 用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。 答卷过程中可以使用普通型计算器。 3. 答卷过程中可以使用普通型计算器。 本试卷共有三个大题,总分为150 150分 4. 本试卷共有三个大题,总分为150分。 答卷时间: 2007年 星期日)上午9 30~11:30。 5. 答卷时间: 2007年4月15 日(星期日)上午9:30~11:30。 题号 分数 复核人 50分 在每小题给出的四个选项中 选项中, 一、本题包括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 本题包括10小题,每小题5 10小题 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( 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( ) 全选对的得5 选不全的得3 有选错或不选的得0 内。全选对的得5分,选不全的得3 分,有选错或不选的得0 分。 1. 验纱机发出的“光”能使钞票十的荧光物质发光:家用电器的遥控器发出的“光”, 能用来控制电视机。 空调器等家用电器。 对于它们发出的 “光”, 下列说法中正确的是( ) A.验钞机发出的“光”是红外线 B.遥控器发出的“光”是红外线 C.遥控器发出的“光”是原子的内层电子受到激发后产生的 D.遥控器发出的“光”是原子的外层电子受到激发后产生的 2. 在灭火抢险的过程中,消防队员有时要借助消防车上的梯子 爬到高处进行救人或灭火作业,如图1 所示。已知消防车梯子的下 端用摩擦很小的铰链固定在车上,上端靠在摩擦很小的竖直玻璃幕 墙上。消防车静止不动,在消防队员沿梯子匀速向上爬的过程中, 下列说法中正确的是( ) A. 铰链对梯的作用力逐渐减小 B. 墙对梯的弹力不变 C. 地面对车的摩擦力逐渐增大 D. 地面对车的弹力不变 3. 小明有一台小型收录机(俗称“随身听”) 是用两节5 号干电池供电的,有一天需 要更换电池了, 他一时没有合适的电池, 就从家中一台工作正常的石英钟中取出了两节5 号 电池给这个随身听供电。用它收听电台广播,声音基本正常,但用它听录音带上的音乐时却 发现录音磁带虽然转动,但声音不正常。出现这种现象的原因可能是( ) A. 开关接触不良 B.收录机的扬声器质量有问题 C. 电池已用旧,电动势变得很小 D.电池已用旧,内阻变得很大 4. 对于不同的柴油机,燃烧同样的燃料,输出的机械能越多,表明柴油机越节能。柴 油机的节能状况是衡量其性能好坏的重要指标之一。有经验的柴油机维修师,不用任仪器, 只是靠近柴油机排气管口, 将手伸到排气管口附近感觉一下尾气的温度, 就能初步判断这台 柴油机的节能效果。 在同样负荷的情况下, 关于柴油的节能效果, 下列判断中正确的是( ) A.尾气的温度越高,柴油机越节能 B.尾气的温度越低,柴油机越节能 C.尾气的柴油味越浓重,柴油机越节能 D.尾气的颜色越发黑,柴油机越节能 5. 在新年联欢会上, 物理老师给同学们表演了一个小魔术: 他首先出示了两根外表看 上去完全相同的管子甲和乙,然后又拿出两个完全相同、直径略小于管的内径、且带有磁性 的小铁球,如图2 所示。表演时老师先将两个小铁球接触两管子,证明铁球和管子不会相互 吸引,然后将两小球同时从竖直放置的甲、乙两管的上端口由静止释放,结果发现小铁球很 一 二 1 2 3 1 2 三 3 4 5 总分

快穿过甲管落地,而小铁球穿过乙管的过程却比较慢。对于这个现象,同学们 做出了如下几个猜想,你认为其中可能正确的是( ) A. 甲管是用塑料制成的,乙管是用铜制成的 B. 甲管是用铝制成的,管是用塑料制成的 C. 甲管是用胶木制成的,管是用塑料制成的 D. 甲管是用铜制成的,乙管是用铝制成的 6. 质量为m 的跳高运动员先后用背越式和跨越式两种跳高方式跳过某 一高度,该高度比他起跳时的重心高出h,则他从起跳后至跃过横杆的过程中 克服重力所做的功( )

A. 都必须大了mgh B. 都不一定大于mgh C. 用背越式不一定大于mgh,用跨越式必须大于mgh D. 用背越式必须大于mgh,用跨越式不一定大于mgh 7. 图4 是燃煤锅炉烟囱中的静电除尘原理示意图,A为与烟囱 内壁金属管相连的一个电极、B为与金属丝E相连的另一个电极,C 和D 分别表示烟囱的两个气口。在A、B之间加上高电压,金属丝附 近的强电场将空气分子电离为电子和正离子,电子在烟囱空腔的电 场中运动时被烟气中的煤粉俘获,使煤粉带负电后而被吸附到带正 电的电极上,因此排出的烟就比较清洁了。有关这种静电除尘的装置,下列说法中正确的是 ( ) A. 高压电源的正极接A,负极接B B. 高压电源的负极接A,正极接B C. C为烟气的进气口,D为排气口 D. D为烟气的进气口,C为排气口 8. 小明通过观察发现, 通常人在正常步行时手臂自然摆动的频率与臂长的关系类似于 单摆固有频率与摆长的关系,由此他猜想人的步行速度v 与身高h 之间可能存在如下的关 系,你认为他的下列猜想中正确的是( ) A.v∝h
2

B. v∝h

C. v∝

D. v∝1/

9. 夜晚, 在只有日光灯照明的室内, 电扇(三片叶片) 启动后有时看起来象有六片叶 片,有时看起来是静止的,有时看起来在反向转动。下列判断中正确的是( ) A. 如果看到转动着的电扇好象静止,其转速可能是1500r/min. B. 如果看到转动着的电扇好象静止,其转速可能是2000 r/min. C. 如果着到转动着的电扇有六个叶片,其转速可能是1000r/min. D. 如果看到转动着的电扇有六个叶片,转速可能是1500r/min.

10. 心电图仪(如图5 所示) 通过一系列的传感手段,可 将与人心跳对应的生物电流情况记录在匀速运动的坐标纸上, 这样医务人员便可得到被检者的心电图。医生通过心电图,可 以了解到被检者心跳的情况,例如,测量相邻两波峰的时间间 隔,便可计算出1min内心脏跳动的次数(即心率)。同一台心电 图仪正常工作时测得待检者甲、乙的 心电图分别如图6 甲、 乙所示。若医 生测量时记下被检者甲的心率为60 次/min,则可知乙的心率和这台心电 图仪输出坐标纸的走纸速度大小分别 为( ) A. 48次/min, 25 mm/s B. 75次/min, 25 mm/s C. 75 次/min, 45 mm/s D. 48 次/min, 36mm/s 本题包括3小题, 请按题目的要求做简要的回答。 二、本题包括3小题,共25 分。请按题目的要求做简要的回答。 1. (8分) 拔河比赛时, 为了取得胜利, 通常需要从穿着和姿势等方面做好必要的准备 和训练。请你说出必要的穿着和姿势,并说明其中的道理。

2. (8分).小明发现, 家中的空调. 电炉等大功率用电器启动时, 正在照明的电灯会变暗。 他向物理老师请教其中的原因, 老师提示说这是由于从电网到小明家的输电线有不能忽略的 电阻的缘故。老师借给小明一块交流电压表,让他自己去探究一下。小明回到家中,在家中 当空调启动时(已知其启动功率可达到P), 只有一盏电灯工作时, 测得电灯两端的电压为U1; 测得电灯两端的电压为U2。 (1) 如果输电线的电阻不可忽略, 当大功率用电器开启时, 为什么原来正常发光的电灯 会变暗? (2) 导出估算输电线电阻r 的表达式。

3. (9 分) 在学习光的干涉现象时,老师在课堂上谈到 了肥皂泡在白光下出现彩色条纹的例子,这引起了小明同学对 儿时玩吹肥皂泡游戏时的美好回忆。在他的记忆中,用嘴吹出 的肥皂泡总是先上升、后下降,同时在泡的侧壁上总会有许多 “转动”的彩色花纹,而且当这些彩色花纹消失后,这个肥皂 泡也就会破裂了。请你说明出现这些现象的道理。

解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。 三.本题包括5 小题,共75 分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。 本题包括5 小题, 只写出最后答案的不能得分,有数值计算的,答案中必须明确写出数值和单位。 只写出最后答案的不能得分,有数值计算的,答案中必须明确写出数值和单位。 1.(10分)潮汐能是一种很有潜力的待开发的新能源, 图8是双向潮汐发电站示意图。 涨 潮后打开闸门,海水经通道进入海湾,水轮机转动并带动发电机发电,如图甲所示;待海湾 内外水位高度相同,水轮机停止转动,关闭闸门,如图乙所示;潮落后再打开闸门,海湾中 的水经通道进入大海, 水轮机转动并再次带动发电机发电如图丙所示; 待海湾内外水面高度 相同,水轮机停止转动,再关闭闸门,直到下次涨潮至最高点,再打开闸门放水发电,如此 循环往复。如果海湾的平均蓄水面积为S,涨潮与落潮水位差为h,海水密度为ρ,水轮机带 动发电机将海水的机械能转化为电能的效率为η。求经过一次涨、落潮可以发出的电能。

2. (15 分)小明等几位同学在研究性学习的活动中,决定对“蹦 极”运动所用的弹性绳的性能进行研究。勇敢的同学小红自愿进行测 试,同学们在她身上装好了位移传感器,用以测量她在不同时刻下落 的高度及速度。蹦极前他们首先测得小红及所携带的全部设备的总质 量为50 kg,弹性绳不拉伸时的长度为12m。小红从蹦极台上下落,根 据传感器测到的数据,可以利用计算机作出如图9所示的速 度-位移图象。请估算: (1)如果认为弹性绳的弹力大小跟它的伸长量的关系 符合胡克定律,则弹性绳的劲度系数k为多大; (2) 小红下落速度最大时和落至最低点时,绳的弹性 势能各为多大

3. ( 15 分) 我国南方某学校的物理实验小组想粗略估测太阳的辐射功率。 他们通过多 11 3 0 种途径,查到以下资料:日地距离r=1.5x10 m,水的比热容c=4.2x10 J/(kg· C),射到地 球的太阳能由于大气层的吸收,约有50%能够到达地面。他们在夏至前后做了如下的实验: -2 2 取一个横截面积S=3.Ox10 m 、形状矮粗的厚壁泡沫塑料圆筒,并将筒的内壁衬上黑色塑料 薄膜。在圆筒内装上质量m=0.60 kg的水,并用透明塑料薄膜将筒口封闭。在天气晴好的某 天中午进行实验时,调整水平放置圆筒口的方位,使太阳光尽可能的垂直照射在水面上,经 0 过时间t=2 min 后,测得水的温度升高了Δt=1.O C,请你帮助该小组的同学估算太阳的辐 射功率。(保留一位有效数字)

4. (17 分) 图10是小明为某粮店设计的自动称米机的示意 图,它的工作过程是这样的:提前在磅秤上输入要称量的质量数, 然后开启阀门K, 米就自动落到磅秤上. 当磅秤示数等于购买者所需 质量数时,称米机将自动关闭阀门K,从而实现了快捷的自动称量。 在对这个自动称米机进行可行性论证时,买者认为:因为米流 落到容器中时会有向下冲击的力,因而实际得到的米少了,买方吃 了亏:而卖者认为:当磅秤示数达到预定米的质量数时,即使自动 装置立刻关闭了阀门K, 也还有少量米仍在空中, 这些米将是多给买 者的,卖方吃了亏。为此双方发生了争执。请你通过计算判定实际 情况是怎样的。 提示: 分析过程中不妨假设单位时间内通过阀门K 的米的质量为mo, 米从阀门K 中流出 的初速度为零,从阀门K 到米堆的高度为h,米落到米堆上速度立即减为零。

5. (18分) 示波器是一种常用的电学仪 器,可以在荧光屏上显示出被检测的电压随时 间的变化情况。它的工作原理如图10所示,真 空室中阴极K逸出电子(初速度可忽略不计), 经 过电压Ul= 910V的加速电场后,由小孔S沿正对 且相互靠近的水平金属极板A、 和竖直金属板 B C、D 间的中心线依次通过两对平行金属板间。且已知A、B和C、D的长度均为l=0.20m,A、B 和C、D两板间的距离均为d=0.020m,金属板的面积足够大。在A、B两板间加上如图11甲所 示的正弦交变电u2,当A板电势高于B板电势时,电压记为正值;在C、D两板间加上如图11乙 所示的交变电压u3,当C板电势高于D板电势时,电压记为正值。两对金属板间的电场可视为 全部集中在两板之间,且分布均匀。在C、D 两极板右侧与极板右端相距s =0.30m处有一 个与两对金属板中心线垂直的荧光屏, 中心线正好经过屏的中点。 若不计两对金属板之间的 -30 -19 距离,且荧光屏足够大,并已知电子的质m=0.91×10 kg,所带电荷量e=1.6x10 C,不 计电子之间的相互作用力。 ( 1 ) 要使所有的电子都能打在荧光屏上,两对偏转金属板间所加电压的最大值U20、 U30应满足什么条件?

(2) 若U20满足(1)中的条件, 要使荧光屏上能显示出u2 的若干个完整周期内的波形, C、 D 两板间所加交变电压u3 的周期应满足什么条件? (3) 若荧光屏上显示出一个u2 完整的波形,计算这个波形的峰值高度和最大长度,并 在图11丙中画出这个波形.


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