精选第13届全国中学生物理竞赛预赛试题答案全.docx

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精选第13届全国中学生物理竞赛预赛试题答案全

第十三届全国中学生物理竞赛预赛试题

参考答案及分标准

   一、参考解答:

折线导体各线段,切割磁感应线时,在该线段中就会产生感应电动势,AF间电势差UAF的大小等于各段感应电动势的代数和的大小,当感应电动势的方向由F至A时,UA>UF,UAF为正值。

按此分析计算,结果如图13-12所示。

各段相应的状况为:

   

(1)0

   

(2)l

  (3)2l

   (4)3l

   (5)4l

   (6)6

   (7)7l

   (8)8l

   评分标准:

本题15分。

                                               图13-12

   第1到第7题,每段中UAF的数值占1分,正负号占1分;第8段占1分。

   二、参考解答:

在制动轮转动的情况下,制动力矩是由制动块B1、B2对制动轮D的滑动摩擦力产生的。

设B1、B2对D的正压力分别为N1和N2,滑动摩擦力的就分别为μN1和μN2,如图13-13所示。

所以

               M=μN1·+μN2·                                                                 ①        

   再对左、右两杆分别进行受力分析,并列出力

矩平衡方程如下(图13-14),左杆                           

 (h1+h2)T=h1N1+μN1a                                                    ②

   右杆    h1N2=(h1+h2)T+μN2a                                   ③

   ②、③两式中T为弹簧的弹力。

对弹簧来说,由胡克定律                           图13-13

               T=·△L=k(d+2a-L)

   ①②③④解得                                                               ④

   k=                                        ⑤

   代入数据得

           k≈1.24×104(牛/米)                                    ⑥               

   评分标准:

本题15分。

①、②、③、④式和占3分,解出⑤式给1分,计算出⑥式再给2分。

若没写⑤式,而由①②③④解得⑥式的,则⑥式给3分。

   三、参考解答:

1.当光束垂直入射到一个平面上时,如果

光束被完全反射,且反射光垂直于平面,则光子的动量改变达

最大值:

       △k=k-(-k)=2k=2h/λ                       ①

此时该光束对被照射面的光压为最大。

设单位时间内射到平面

上的光子数为n,光压P的数值就等于这些光子对被照射面积A的

冲量(也就是光子动量的改变量)的总和除以面积A,即

       P=·                                                                     ②

   每个光子的能量为hv=hc/λ,这里c为真空中的光速,v为光的频率,因而

       n==                                 ③

   于是,由

(2)式:

       P=·/A==6.67(帕)                                           ④

   2.激光所照射到的质量为M那一小部分铁板在熔化过程中所吸收的热量为

       Q=(c·△T+Lm)=N·t·80%                                             ⑤

   所以,t===0.192秒                           ⑥

   评分标准:

本题15分。

①式占3分,②式占2分,③式占3分,算出④式得2分,

⑤式占3分算出,⑥式得2分。

   四、参考解答:

1.设在温度T=320开时,氢气和氧气的体只分别为V1、V2,压强分别为P1、P2,

已知V1=4V2。

   将氢气和氧气都看作理想气体,有

       P1·V1=1.5RT   ①               P2·V2=RT                                ②

   设在温度为T´时,氢气的体积为氧气的体积V2´的3倍,V1´=3V2,用P1´、P2´分别表示此时氢气和氧气的压强,则

   有   P1´·V1´=1.5RT´       ③       P2´·V2´=RT´                                                                    ④

   因为总体积不变,所以

       V1+V2=V1´+V2´                                                                                                                       ⑤

   因为活塞的质量不变,所以

       P2-P1=P2´-P1´                                                                                                                        ⑥

   根据题给数据和以上6式,可解得

       T´=500(开)                                                              ⑦

   评分标准:

本题15分。

①至⑥式各占2分,⑦式占3分。

   五、参考解答:

K闭合后的等效电路如图13-15所示。

设A、B板间的电容为C1,电势差为U1。

A、C板间的电容为C2,电势差为U2。

金属板的面积为S,则

       C1=εS/4πkd1                                                           ①

              C2=εS/4πkd2                                                           ②

   而各板表面上的电理分别为如图所示的±Q1和±Q2,于是有

       U1=Q1/C1                                                                ③

              U2=Q2/C2                                                                ④

   而

       U1+U2=U0                                                               ⑤

   则得

       +=U0                                                              ⑥

   另外,A板两表面上电量的代数和应等于K闭合前该板上所带的电量,设为Q,即

       Q1+(-Q2)=Q                                                           ⑦

   而Q又可从K闭合前C1的电势差求得:

Q=C1U          ⑧     

   将式⑧代入式⑦,得

       Q1-Q2=C1U                                  ⑨

   由式⑨与式⑥消去Q1,得

       Q2=(U0-U)/(+)

         =(U0-U)·                                                    ⑩

   由于A、C两板间的电场可近似为匀强电场,所以P的点的电场强度EP为:

       EP=U2/d2                                                                 

       EP=Q2/C2d2=(U0-U)·                                                                                               

   评分标准:

本题20分

   ①式2分;②式1分;③式1分;④式1分;⑤式5分;⑦式5分;⑧式2分;式2分;式1分。

   六、参考解答:

本题可用图示平面内的光线进行分析,并只讨论从右侧观察的情形。

如图13-16所示,由亮点发出的任一光线CP将经过两次折射而从液面射出。

由折射定律,按图上标记的各相关角度,有

       sinα=nsinβ                                                                                                                      

(1)

       sinγ=sinδ

      其中 δ≤                                                                           

(2)

       γ=-(β+)                                                              (3)

   注意到,若液内光线入射到液面上时发生全反射,              

就没有从液面射出的折射光线。

全以射临界角γc满

足条件

       sinγc=

   可知光线CP经折射后能从液面射出从而可被观察到的条件为

       γ<γc                                       (4)

   或       sinγ<                            (5)                 图13-16

   现在计算sinγ。

利用(3)式可得

       sinγ=cos(β+)=cos

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