03全国高中应用物理知识竞赛北京赛区决赛.docx

1、03全国高中应用物理知识竞赛北京赛区决赛最新第二届全国高中应用物理知识竞赛（同方创新杯）北京赛区决赛试卷注意事项：1请在密封线内填写所在区县、学校、姓名和考号。2用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。3答卷过程中可以使用普通型计算器。4本试卷共有十个题，总分为150分。5答卷时间：2007年4月22日（星期日）上午9：3011：30。题号12345678910总分分数复核人得分评卷人1（9分）普通的量角器测量角度一般只能读出1，专用的角度尺则可借助游标实现精密测量。从图1(a)可以看出：这种角度尺上，与游标尺的一个分度所对应的主尺上的角度值为 ，因此借助游标能够读出的最小角度值为 。测量某个角度时游标

2、的位置如图1(b)，则所测的角度值为 。得分评卷人图 12（15分）交流电的测量中，常使用电流互感器来扩大交流电流表的量程，使用电压互感器来扩大交流电压表的量程，并且可以将被测量的高压电路隔离，以保证操作人员的安全，如图2所示。在这种特定的情况下，互感器都可以看作理想的变压器。为了制造的标准化，规定电流互感器的副线圈一律连接量程为0 5A的电流表，电压互感器副线圈一律连接量程为0 100V的电压表。请回答下面的问题：（1）图中互感器T1 、T2的工作原理都遵守同一个基本的电学规律，即 定律。（2）图中电表M1应为 ；M2应为 。（在下面4个答案中选择正确的，将对应的字母填入方括号内）A直流电流

3、表， B交流电流表， C直流电压表， D交流电压表。（3）设图中互感器T1的两个线圈的匝数比n1 : n2 = 40 : 1，当它所连接的电表读数恰好为1/2量程时，则被测电路中的被测物理量的数值是 。（4）设图中互感器T2的两个线圈的匝数比n1: n2 = 1: 50 ，当它所连接的电表读数恰好为1/2量程时，则被测电路中的被测物理量的数值是 。 得分评卷人3（12分）某公司要在地铁隧道黑暗的墙壁上安装广告牌。为使高速运行中的列车上的乘客能看清广告内容，需要特殊的设计。在两地铁站中间的列车匀速行驶路段布置一系列同样大小的广告牌，它们水平排列，高度一样，画面均由许多发光二极管组成，并由专门的电

4、子电路控制。每个广告牌 高0.60m、宽0.90m，相邻两广告牌的间距都是0.21m，当列车在上述路段行驶的速度是60km/h时，车上的乘客可看清隧道墙壁上播放的广告动画（当然也可以是静止的画面）。（1）简述产生上述视觉效果的原理。（2）计算发光二极管应按照怎样的规律发光。得分评卷人4（9分）图3所示是多用表内交流电压挡的实际电路。共有5挡量程：2.5V、10V、50V、250V、500V，G是直流微安表头。请回答下面的问题：图 4（1）由图可知滑动键K与触点“2”接触时，选用的是量程为 的交流电压挡。（2）二极管D1起的作用是 。（3）用该表测量正弦交流电时，通过表头G的电流图象应为图4所示

5、的A、B、C、D中的 图。图 4得分评卷人图5RTR1R2R3PQUACR4ABDBCBAEBSB5（15分）用热敏电阻制作的一种热敏温度计电路如图5所示。图中RT为热敏电阻（其阻值随温度的升高而减小，并且不是线性关系），R1、R2为定值电阻， R3、R4为可调电阻， E为干电池，A为指针式直流电流表（量程0 200A ，其内阻与R1、R2、R3、RT都在同一数量级）。用电流表显示由热敏电阻所测量的温度值，设定测量范围为10 90。要借助一支标准的水银温度计，通过实验对这个热敏温度计进行校准（标定），用电流表上的0A显示10，200A 显示90。请回答下面的问题：(1) 校准10的操作是：将热

6、敏电阻和标准温度计同时放入水中，并调节水的温度，当标准温度计指示10时，接通开关S，调节电路中的元件 （填入某个元件的字母符号），使得 。(2) 校准90的操作是：将热敏电阻和标准温度计同时放入水中，并调节水的温度，当标准温度计指示90时，接通开关S，调节电路中的元件 （填入某个元件的字母符号），使得 。(3)上述第1项操作起的作用是 ；第2项操作起的作用是 。（在下面4个答案中选择正确的，将对应的字母填入方括号内）A改变A、C两点间的电压UAC，从而改变通过电流表的电流。B改变RT与R3这两个电阻的比值，从而使B、D两点间的电压UBD = 0。C使流过支路ABC和支路ADC中的电流大小相等。

7、D使R3 与RT阻值相等。(4)上述两项操作，必须先进行第 项 ，并且在进行另一项时，必须保持元件 的阻值不变。(5)电流表两个接线端的极性，必须是P为 、Q为 ，理由是： 。得分评卷人6（15分）一种观测电容器充、放电实验的电路如图6所示。图中A、V分别为电流、电压传感器，滑动变阻器R1 规格为50，电阻箱R2 取值4000。实验中，用电流传感器、电压传感器、数据采集器、计算机自动测量、记录电容器充、放电过程中一系列时刻的电流、电压值，并由计算机描绘出电流I、电压U随时间t变化的图象。实验时，单刀双掷开关S 原来与触点b接触。开始采集数据后，先将S与触点a接触几十秒，然后改为与b接触几十秒。

8、图7(a)、图7(b)所示是测量某电容器所得到图象的一部分。当电压和电流的方向与传感器的极性一致时，数据点位于图象坐标纵轴的正方向。请回答下面的问题：图 7(a)图 7(b)0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 t/s0 5 10 15 20 25 30 35 t/sI/mAU/V1.51.0-1.00-0.5-1.50.564-40-2-6 2 (1) 图7(a)是 过程的图象（填：充电或放电），图7(b)是 过程的图象（填：充电或放电）。（2）由题中给出的图线估算实验所测量的电容器的电容量。写出必要的过程，并说明计算的依据。得分评卷人 a 初始平衡时 b 附身饮水时 图9

9、图87（15分）“饮水鸟”是一种有趣的玩具，相传是我国古代人发明的，外形像一只鸟（图8是一个现代仿制品）。它的神奇之处在于，它会不停地前后摆动身体，并且每过一段时间就俯下身去喝一次面前放的一杯水。现在制造的“饮水鸟”的内部结构如图9（a）所示。鸟主体由两个空心薄壁玻璃球和连通两球的玻璃管构成，他们是密封的。上部的球是鸟的头。它的嘴是一根细管，內部填有棉线，棉线与包裹着头部的棉布相连。下部的球是鸟的身体，其腔内充入一些易挥发的液体（如乙醚）和它的饱和汽。连接头和身体的管延伸到下部球的腔內，液体浸过了管的末端。鸟身上合适的位置安装水平的细轴来支承，可以自由转动。当它不工作而处于平衡状态时如图9（a

10、）所示，鸟身略为向前倾斜。初始时，用手让鸟低头饮一次水（即让鸟嘴碰到水面吸些水，如图9（b）所示），释放后，鸟会立起身来做小幅度的摆动，经过片刻，鸟便会自行俯下身去再次饮水，此后又重复上述过程，很像是一台“永动机”。已知液体的饱和汽的压强是随温度的升高而增大的，与汽的体积无关。请用此和其他相关的知识解释“饮水鸟”的工作原理，并说明它为什么不是第一类永动机。得分评卷人8（22分）图10是一个简单的自动延时电路。IC为一个具有“非”逻辑功能的集成电路，其功能是：相对于地（B点），当其输入端A的电势UA上升到1.6V时，输出端Y的电势UY会突然下降到0.2V；而当UA下降到0.8V时，UY则会突然上

11、升到 3.4V 。LED为红色发光二极管，当加给它的正向电压 1.8V时才会发光，正常发光时通过的额定电流为10mA。K为按钮开关，用手按下时开关接通，放手后则自动断开。C为100F的电解电容器，R1为20k的定值电阻。请回答下面的问题：（1）简要说明电路的“延时”工作原理。（取E = 5.0V。分析时，忽略通过集成电路输入端A的电流 ）。先说明初始K断开时电路的状态（即电容器中的电荷、UA、UY、LED是否发光等），再说明按下K时电路状态的变化，然后说明断开K后电路状态的变化和最终的状态。最后指出自动延长的是哪一段时间。 （2）若要加长“延时”的时间，应当改变电路中哪个或哪几个元件的参数？

12、怎样改变？ （3）估算与发光二极管串联的限流电阻R2应取的阻值。（4）你设想这种电路可能有什么应用（举出一个例子即可）。得分评卷人9（15分）液体温度计是常见的测温仪器，多用水银和酒精作为测温液体。有一本书中写道：“由于水银的比热容远小于酒精的比热容，因此在其他条件相同的情况下，使用水银作测温液体，测量温度时从被测物体处吸收的热量比较少，即对被测物体的影响较小，因此测量较准确。”张成同学对此产生了疑问，他查找了有关水银和酒精的有关资料，列在下面表格中：颜色沸点/熔点/比热容/kJkg-1K-1体胀系数/10-3-1粘度/10-4Pas表面张力/10-3 Nm-1密度/103kgm-3水银银白3

13、56-38.80.140.18215.646513.6酒精无色78. 5-117.32.431.1012.022.80.791（1）请你帮他通过计算说明上述说法是否正确。（2）请根据上述资料以及其他有关的知识，分析水银温度计和酒精温度计各有哪些优点和缺点？得分评卷人lACsv0hCB图1110（23分） 图11所示为某运动员用背越式跳高的示意图（为简化问题起见，可不考虑运动员沿横杆方向上的分运动）。他经过助跑后的起跳点为图中的A点，A点与横杆B间的水平距离为s。运动员身高为l，身体的质心C点假设恰位于身体的正中位置。他背对横杆起跳离地的瞬间，身体可看作一条直线，与地面成角，此时脚端的速度方向与

14、身体在一直线上，而质心C点的速度大小为v0, 方向与地面成角（角小于角）。在他的身体到达最高点时，质心C点恰位于横杆的正上方，离地高度为h，且此时身体可看成为一条水平直线（把运动员身体在跳起后在空中运动的过程中当作刚体处理），如图所示。（1）试说明质心C点离地后的运动轨迹为什么与斜抛物体的运动轨迹相同。（2）若身高为1.90m的运动员要跃过2.00m的横杆，也就是使身体的质心最高升高到约h=2.20m的高度，起跳点A与横杆B间的水平距离s应为多少？实际跳高中，很接近90，为了简化，计算时可以把取为90来近似计算。第二届全国高中应用物理知识竞赛北京赛区决赛答案与评分标准20074221. （本题

15、9分）角度游标：155 （3分） 5 （3分） 720（3分）2. （本题15分）（1） 法拉第电磁感应 。（3分）（2） M1应为D（3分）；M1应为B （3分）。（3） 2000 V。（3分）（4） 125 A。（3分）3（本题12分）答案：（1）利用人眼睛的视觉暂留现象。电路控制画面使其按一定频率闪亮。每次闪亮时，所有画面都同时显示同样的内容。当列车车厢内静止的乘客经过其中一个广告牌时，画面闪亮一次，而当他经过下一个广告牌时，恰好又闪亮一次。如此继续下去，乘客就会感觉到广告牌好像是“静止”的，从而能看清广告画面的内容了。若画面随时间一次次(一帧帧)播放的内容相同，则乘客会看到静止的画面；

16、而若画面一次次播放的内容随时间逐渐改变，则乘客会看到动画。 （6分）（2）列车匀速行驶的速度为v=60km/h=16.7m/s 相邻两广告牌上同一位置的距离s=(0.90+0.21)m=1.11m 则发光二极管闪亮的频率f=Hz =15Hz （6分）参考图：讨论：上述答案是在闪亮周期 T = 的情况下，有最佳的视觉效果。其实在T / = nT ，n = 2、3、4 （即 、 ）的条件下，也可以看到“静止”的画面，但闪烁感更厉害。4. （本题9分）（1）10V （3分） （2）整流 （3分） （3）D （3分） 5. （本题15分）（1）R3（1分），微安表的示值为零 （2分） （2）R4（1分

17、） ，微安表的示值达到满量程（2分）（3）B（2分），A（2分） （4）1（1分）， R3（1分） （5）负，正（1分），在测量的温度高于10时，电路中D点的电势低于B点。（2分）6（本题15分）（1）充电（3分），放电（3分） （2） 由图2中曲线与两个坐标轴围成的曲边梯形面积可求出电容器充入的电量Q，由图3可读出开始放电时电容器上的电压，即充电达到的电压U。图2中，每个小格对应的时间为2.5s ，电流为0.1mA ，数出代表Q值的图形面积约为46小格，依据Q = It ，求出总电量Q = 460.110 -32.5C = 0.0115C 。由图3可知U = 6.0V。依据C=Q/U，求出C

18、 =(0.0115/6.0)F= 0.00192F = 1.9210 3F。 计算结果在1920300F 范围内均正确。（9分）7（本题15分）解答：起初，小鸟“饮水”“时，水因毛细作用经棉芯细管到包裹鸟头部的棉布，水份在布上蒸发吸热，使头部玻璃腔内的蒸气变冷，从而使“头”中的蒸汽压减小，于是“腹”中的蒸汽压迫液体流向头部（图9（a）。当小鸟整体的重心移到支点之上时，鸟失去平衡，于是就低头“饮”水。当小鸟俯身“饮水”时，小鸟的身体接近水平状态（图9（b），“腹腔”內的蒸汽与头部蒸汽连通，头部与”腹部”的蒸汽压平衡。由于重力作用液体流回“腹腔”中，使小鸟起身。以后便反复上述过程。 （10分）鸟的

19、动能是由周围空气的内能转化的，因此不是第一类永动机。 （ 5分）8（本题22分）答案：（1）初始状态下，电容器C中没有储存电荷，UA = 0 ，则UY = 3.4V 。那么DY两点间的电压只有5.0-3.4 = 1.6V，所以LED不发光。按下开关，K接通，则电容器C迅速被充电，UA变为5.0V，则UY 跳变为0.2V 。于是DY两点间的电压变为4.8V，LED就发光了。放手后，K断开。于是电容器C通过电阻R1开始缓慢地放电过程，使UA 从5.0V缓慢地下降，当它降到0.8V之前，IC的状态保持不变，LED继续发光。当UA 降到0.8V时，则UY 就跳变为3.4V ，于是LED熄灭。这个电路的

20、作用是，K断开后LED 不会立即熄灭，自动延长了K断开后LED继续发光的时间。 （10分）（2）加大C的电容 ，或加大R1的电阻，也可两者都加大。 （4分）（3）R2 =（5.0 0.2 - 1.8）/ 0.01= 300 。 （4分）（4）控制公共通道的照明灯，洗印照片时控制曝光时间，家用电器的定时工作控制或定时报警。其他合理的设想也可以。 （4分）9（本题15分）答案：（1）“其他条件相同” 应理解为使用同一个玻璃外壳制作的温度计，内部使用水银或酒精作测温液体。设 测温液体的体积同为V，则内部液体的质量分别为m水银=水银V m酒精=酒精V“其他条件相同”还指它们都升高相同的温度T，则从被测

21、物体吸收的热量分别是Q水银= c水银m水银T Q酒精= c酒精m酒精T于是 可见，二者吸收的热量基本相等，上述说法不准确。（7分）（2）水银温度计：适合测量较高范围内的温度（例如食品烤箱中超过水的沸点的温度）；水银的表面张力比酒精大得多，适合制作体温计；水银的体积变化与温度有良好的线性关系，可以制作精密的温度计（例如分度为0.01）；水银有毒，会造成环境污染。酒精温度计：适合测量较低范围内的温度（例如极地等寒冷地区的气温、干冰的温度）；酒精无毒，利于环境保护；酒精的体胀系数比水银大，在液泡容积和测温范围相同的条件下，刻度部分的玻璃管孔径可以做得比水银大，酒精又能染色，所以容易看清楚液柱，便于读数； 酒精的体积变化与温度的线性关系不太好，所以误差比较大。（以上每答出1项即可得1分，这一问最多得8分。若答其他，只要合理也可适当给分）10. （本题23分）解答：（1）脚离地后，人只受到重力的作用，而重力的作用点就是C点。C点的初速度沿斜线向上，又只受重力作用，其运动是斜抛运动。（6分） （2）设质心运动到最高点这段运动时间为t,取/2。考虑质心的运动，为一初速为v0的斜抛运动。根据抛体运动的规律，沿水平方向有： 考虑人体的转动，是绕质心的匀速转动，设其角速度为，则有： 当 时, 以上三式成为： 由以上式，可解得 ： （式每式3分，式每式2分，计算结果2分。共17分）