高二物理竞赛试题1.docx
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高二物理竞赛试题1
高二物理竞赛试题
满分150分时量120分命题:
沈正兵
一、本题共12个小题,每小题4分,共48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,有的有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不答的得0分
1.关于布朗运动,下列说法正确的是()
A.布朗运动只能在液体中发生
B.阳光从缝隙射入教室,从阳光中看到的尘埃的运动就是布朗运动
C.布朗研究悬浮在水中的花粉颗粒时,用放大镜看到了花粉颗粒的布朗运动
D.我们把墨汁滴在水中,不能用肉眼看到颗粒做布朗运动
2.对于一定质量的气体,下列说法中正确的是()
A.温度升高,压强一定增大
B.温度升高,分子热运动的平均动能一定增大
C.压强增大,体积一定减小
D.吸收热量,可能使分子热运动加剧、气体体积增大
3.在电视机的显像管中,电子束的扫描是用磁偏转技术实现的,其扫描原理如图所示,圆形区域内的偏转磁场方向垂直于圆面,当不加磁场时,电子束将通过O点而打在屏幕的中心M点。
为了使屏幕上出现一条以M点为中点的亮线PQ,偏转磁场的磁感应强度B随时间变化的规律就是图中的()
4、如图所示,有一个位于光滑水平面的有界磁场,磁场宽度大于线圈边长。
磁场的两侧边界MM’与NN’平行。
一正方形线圈abcd进入磁场前的速度为v1,当其完全进入磁场内时速度为v2,设线圈完全离开磁场后的速度为v3(运动过程中线圈ab边始终与磁场的两侧边界平行),则有()
A、v3=v1-v2
B、v3=2v2-v1
C、v3=(v1-v2)/2
D、缺乏必要条件,无法确定
5、两根电阻可忽略不计的光滑金属导轨,平行放置在倾角为的斜面上,导轨的底端接有一电阻R,斜面处在一匀强磁场中,磁场方向垂直于斜面向上,质量为m、电阻不计的金属棒ab,在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑,上升高度为h,如图所示,在这个过程中()
A、作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于0
B.作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R上发出的焦耳热
C、恒力F与安培力的合力所做的功等于0
D、恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上发出的焦耳热
6、如图所示,在通电密绕长螺线管靠近左端处,用绝缘细线吊一金属环a处于静止状态,在其内部也用绝缘细线吊一金属环b处于静止状态,两环环面均与螺线管的轴线垂直且环中心恰在螺线管中轴上,当滑动变阻器R的滑片P向左端移动时,a、b两环的运动情况将是()
A、a右摆,b左摆,
B、a左摆,b右摆,
C、a右摆,b不动,
D、a左摆,b不动
7.一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子,右图所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动。
匀速转动把手时,曲杆给弹簧振子以驱动力,使振子做受迫振动。
把手匀速转动的周期就是驱动力的周期,改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期。
若保持把手不动,给砝码一向下的初速度,砝码便做简谐运动,振动图线如图(a)所示。
当把手以某一速度匀速转动,受迫振动达到稳定时,砝码的振动图线如图(b)所示。
若用T0表示弹簧振子的固有周期,T表示驱动力的周期,Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅,则:
()
A.由图线可知T0=4s
B.由图线可知T0=8s
C.当T在4s附近时,Y显著增大;当T比4s小得多或大得多时,Y很小
D.当T在8s附近时,Y显著增大;当T比8s小得多或大得多时,Y很小
8.一匀强磁场,磁场方向垂直于xoy平面,在xoy平面上,磁场分布在以O为圆心的一个圆形区域内,一个质量为m、带电量为q的带电粒子,由原点O开始运动,初速度为v,方向沿x轴正方向。
后来,粒子经过y轴上的P点,如图示。
不计重力的影响,粒子经过P点时的速度方向可能是图中箭头表示的()
A.只有箭头a、b是可能的
B.只有箭头b、c是可能的
C.只有箭头c是可能的
D.箭头a、b、c、d都是可能的
9.一根用绝缘材料制成的劲度系数为k的轻质弹簧,左端固定,右端与质量为m、带电为+q的小球相连,静止在光滑绝缘的水平面上,在施加一个场强大小为E、方向水平向右的匀强电场后,小球便开始做简谐运动,那么()
A.小球到达最右端时,弹簧的形变量为2qE/k
B.小球做简谐运动的振幅为2qE/k
C.运动过程中小球、弹簧组成的系统机械能守恒
D.运动过程中小球的电势能和弹簧的弹性势能的总量保持不变
10.图为理想变压器初、次级匝数比为3:
1,图中四个灯泡规格相同,若L3、L4恰能正常发光,则()
A.L1、L2正常发光,
B.L1、L2比正常发光时暗些,
C.L1、L2比正常发光时亮些,D.条件不足,无法判断。
11.如图所示,在“日”字形导线框中,ae与bf的电阻不计,ab、cd、ef的电阻均为R,当线框以一定速度v匀速进入一匀强磁场的过程中,比较ab进入后与cd进入后,下列说法中正确的是()
A.ab中的电流强度相等,
B.cd中的电流强度相等,
C.ab间的电压相等,
D.导线框消耗的总电功率相等。
12图示两光骨平行导轨水平旋转在匀强磁场中,磁场垂直于抽在平面,金属棒ab可沿着导轨自由滑动,导轨一端跨接一个定值电阻R,导轨电阻不计,现将金属棒沿导轨由静止向右拉,若保持拉力F1恒定,经过时间t1后速度变为v,加速度为a1,它的功率为P1,最终以速度2v作匀速运动,若保持拉力的功率P2恒定,经时间t2后速度为v,加速度为a2,此时拉力为F2,最终也以2v速度作匀速运动,以下判断中正确的是()
(A)t2<t1,(B)F2=2F1,(C)a2=3a1,(D)P2=4P1。
二.简答题:
本题共3小题,共18分。
将答案填在相应的横线上或按题目要求作答。
13.(6分)某同学利用如图4-5所示的装置测量当地的重力加速度。
实验步骤如下:
A.按装置图安装好实验装置;
B.用游标卡尺测量小球的直径d;
C.用米尺测量悬线的长度l;
D.让小球在竖直平面内小角度摆动。
当小球经过最低点时开始计时,并计数为0,此后小球每经过最低点一次,依次计数1、2、3……。
当数到20时,停止计时,测得时间为t;
E.多次改变悬线长度,对应每个悬线长度,都重复实验步骤C、D;
F.计算出每个悬线长度对应的t2;
G.以t2为纵坐标、l为横坐标,作出t2-l图线。
结合上述实验,完成下列任务:
(1)用游标为10分度的卡尺测量小球的直径。
某次测量的示数如图4-6所示,读出小球直径d的值为▲cm。
(2)该同学根据实验数据,利用计算机作出t2–l图线如图4-7所示。
根据图线拟合得到方程t2=404.0l+3.0。
由此可以得出当地的重力加速度g=▲m/s2。
(取π2=9.86,结果保留3位有效数字)
(3)从理论上分析图线没有过坐标原点的原因,下列分析正确的是()
A.不应在小球经过最低点时开始计时,应该在小球运动到最高点开始计时;
B.开始计时后,不应记录小球经过最低点的次数,而应记录小球做全振动的次数;
C.不应作t2–l图线,而应作t–l图线;
D.不应作t2–l图线,而应作t2–(l+
d)图线。
14.(6分)
(1)光敏电阻是用半导体材料制成的。
如图所示,将一个光敏电阻与多用电表联成一电路,此时选择开关放在欧姆档,照射在光敏电阻上的光强逐渐增大,则欧姆表指针的偏转角度▲(填“变大”、“变小”或“不变”)。
若将选择开关放在电流挡,同样增大照射光强度,则指针偏转角度▲。
(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(2)如图所示的各个图中电源的电动势均为6V,内阻不计,电灯的额定电压也均为6V,滑动触头可上下调节,则各图中电灯可能正常工作的是:
()
15.(6分)某同学在实验室里熟悉各种仪器的使用。
他将一条形磁铁放在转盘上,如图甲所示,磁铁可随转盘转动,另将一磁感强度传感器固定在转盘旁边,当转盘(及磁铁)转动时,引起磁感强度测量值周期性地变化,该变化与转盘转动的周期一致。
经过操作,该同学在计算机上得到了如图乙所示的图像。
(1)在图像记录的这段时间内,圆盘转动的快慢情况是▲。
(2)圆盘匀速转动时的周期是▲s。
(3)该同学猜测磁感强度传感器内有一线圈,当测得磁感强度最大时就是穿过线圈的磁通量最大时。
按照这种猜测()
A.在t=0.1s时刻,线圈内产生的感应电流的方向发生了变化
B.在t=0.15s时刻,线圈内产生的感应电流的方向发生了变化
C.在t趋近0.1s时,线圈内产生的感应电流的大小达到了最大值
D.在t趋近0.15s时,线圈内产生的感应电流的大小达到了最大值
三.计算题(本题共5小题,共84分.请按题目的要求作答,解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后答案的不能得分,有数值计算的必须明确写出数值和单位.)
16.(14分)如图甲所示,质量为m=50g,长l=10cm的铜棒,用长度亦为l的两根轻软导线水平悬吊在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=1/3T。
未通电时,轻线在竖直方向,通入恒定电流后,棒向外偏转的最大角度θ=37°,求棒中恒定电流的大小。
(g=10m/s2)
某同学解法如下:
对铜棒进行受力分析,通电时导线向外偏转,说明安培力方向垂直电流和磁场的方向向外,受力如图乙所示(侧视图)。
当最大偏转角θ=37°时,棒受力平衡,有:
请你判断,他的解法是否正确?
若不正确请指出错在哪里,并且给出正确解。
17.(14分)一个正方形导线圈边长
,共有N=100匝,其总电阻
,线圈与阻值
的外电阻连成闭合回路,线圈所在区域存在着匀强磁场,磁场方向垂直线圈所在平面,如图甲所示,磁场的大小随时间作周期性变化,如图乙所示,求:
(1)0~0.01s时间内通过电阻R的电流大小;
(2)0~3s内电阻R所产生的焦耳热。
高二物理竞赛试题答题卡
一.选择题。
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
答案
二.简答题.
13.
(1)________
(2)_______(3)________
14.
(1)_______________
(2)________
15.
(1)_______________________________________
(2)___________(3)____________
三.计算题.
16.
17.
18.(16分)如图14所示,直角三角形abc区域内,有垂直纸面向里的磁场,磁感应强度为B,三角形bc边长为L,在bc边中点P有速率不同的带负电的粒子垂直bc射入并垂直进入磁场,粒子的质量为m,带电量为
(粒子的重力不计),求:
(1)从ac边射出的粒子的速度范围;
(2)ac边上有粒子射出的线段长;
(3)从ac边射出的粒子在磁场中运动的最长时间和
最短时间分别为多少。
(可用反三角函数表示)
(sin37°=0.6cos37°=0.8)
19、(20分)如图所示,两条平行的长直金属细导轨KL、PQ固定于同一水平面内,它们之间的距离为l,电阻可忽略不计;ab和cd是两根质量皆为m的金属细杆,杆与导轨垂直,且与导轨良好接触,并可沿导轨无摩擦地滑动.两杆的电阻皆为R.杆cd的中点系一轻绳,绳的另一端绕过轻的定滑轮悬挂一质量为M的物体,滑轮与转轴之间的摩擦不计,滑轮与杆cd之间的轻绳处于水平伸直状态并与导轨平行.导轨和金属细杆都处于匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨所在平面向上,磁感应强度的大小为B.现两杆及悬物都从静止开始运动,当ab杆及cd杆的速度分别达到v1和v2时,两杆加速度的大小各为多少?
20.(20分)如图所示,两端开口的气缸水平固定,A、B两厚度不计的活塞的面积分别为S1=20cm2,S2=10cm2,它们用一根细绳连接,B通过水平细绳绕过理想定滑轮与质量为M的重物C连接,静止时气缸中空气压强P1=1.2atm,温度T=600K,两气柱长均为L,不计摩擦。
(已知P0=1atm=1×105pa,取g=10m/s2,缸内空气可当作理想气体)
求:
(1)M=?
(2)若气缸内的温度缓慢降低,试分析温度降低400K的过程中,缸内空气状态的变化情况,并求出空气状态转折点处气体的温度。
参考答案
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
答案
D
BD
B
B
AD
D
AC
B
A
B
BD
ABC
13.①1.52(2分)②9.76(2分)③D(2分)
14.
(1)______变大________、_________不变_______;
(2)【AB】
15.
(1)_先匀速转动,后越来越慢_
(2)____0.2______(3)【AC】
16.(14分)解:
该同学的解法错误(2分)
错误原因:
认为物体速度为零时,一定处于平衡状态。
(3分)
正确解法如下:
铜棒向外偏转过程中,导线拉力不做功,如图丙所示。
F做功为:
BIllsinθ
重力做功为:
由动能定理得:
(9分)
17.(14分)解:
(1)由图乙可知,0.01s时间内:
……………………(2分)
0.01s时间内线圈中产生的感应电动势为:
V…………………(3分)
0.01s时间内通过电阻R的电流大小为:
A…………(3分)
(2)由图乙可知通过电阻R的电流的变化周期为T=0.03s,每个周期只有
时间有电流,t=3s合100个周期,故t=3s内电流通过电阻R所产生的热量为:
…(4分)
代入数据得:
J……………(2分)
18.(16分)解:
(1)如图,当粒子轨迹与ab相切时,在
中
,
∴
;----(1分)
当粒子轨迹与ac相切时,
---(1分)
由
得
----(2分)
∴
----(1分)
----(1分)
则从ac边射出的电荷的速度范围
-----(2分)
(2)如图,ac边上ec部分有负电荷射出。
,----(1分)
在
中
,ac边上有电荷射出的线段长为
-----(2分)
(3)从c点射出的粒子在磁场中运动的时间最长
由
----(2分)
∴
-----(2分)
从e点射出的粒子在磁场中运动的时间最短,设圆心角为θ
-----(1分)
19.(20分)解:
用E和I分别表示abdc回路的感应电动势和感应电流的大小,根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律可知:
(1)
(2)
令F表示磁场对每根杆的安培力的大小,则
(3)
令a1和a2分别表示ab杆、cd杆和物体M加速度的大小,T表示绳中张力的大小,由牛顿定律可知
(4)
(5)
(5)
由以上各式解得
(6)
(7)
评分标准
本题20分.
(1)、
(2)各3分,(3)、(4)、(5)式各2分,、(6)、(7)式各4分.
20.(20分)解:
(1)取两个活塞组成的整体进行受力分析:
细绳对活塞B的拉力等于Mg(2分)
整体受力平衡P0S1-P1S1+P1S2-P0S2+Mg=0得M=(P1-P0)(S1-S2)/g(2分)
代入数值得:
M=(1.2-1)×105×(20-10)×10-4/10=2kg(2分)
(2)当缸内气体温度缓慢变化时,活塞整体缓慢向右移动,可视为平衡状态,细绳对活塞B的拉力始终等于Mg,缸内气压P1=P0+Mg/(S1-S2)保持不变(2分)
由上式可知温度缓慢变化时气体作等压变化,气体的温度变低,体积变小,活塞整体缓慢向右移动,自初状态(P1=1.2atm,V1=S1L+S2L,T1=600K)到状态2(P2=1.2atm,V2=S22L,T2=?
)
此过程两活塞向右移动L,依据盖·吕萨克定律
(S1L+S2L)/T1=S22L/T2(2分)
代入数值得:
(20+10)×10-4/600=10×10-4×2/T2T2=400K(2分)
若继续降温,大活塞被挡住不能移动,气缸内气体作等容变化,直到大小活塞间的连线松驰即状态3(P3,V3=S22L,T3=?
)。
气压P3=P0-Mg/S2=1×105-20/(10×10-4)=0.8×105pa(2分)
依据查理定律P2/T2=P3/T3(2分)
代入数值得:
1.2×105/400=0.8×105/T3T3 =800/3≈266.7K(2分)
再降温则气体作等压压缩,直到温度等于200K.(2分)