江西省高二物理竞赛试题新人教版_高中三年全科资料_高中三年全科资料_物理_物理竞赛

江西省高二物理竞赛试题 考试时间:120分钟 满分150分 第一部分 选择题 （共 40 分） 一、本题共 10小题，每小题 4 分，共 40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，全部选对的得 4 分，选不全的得 2 分，有 错选或不答的得 0 分。 1、恒温的水池中，有一气泡缓慢上升，在此过程中，气泡的体积会逐渐增大，不考虑气泡 内气体分子势能的变化，下列说法中正确的是 （ ） A 气泡内的气体对外界做功 B 气泡内的气体内能增加 C 气泡内的气体与外界没有热传递 D 气泡内气体分子的平均动能保持不变 2、 随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，近期油价不断攀升，已对各国人民 的日常生活造成了各种影响．如图所示排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能 源成为困扰世界经济发展的重大难题之一，下列有关能源转化的说法中错误的是（ ） ．． A．少驾私家车，多乘公交车上下班，是节约能源的具体措施之一 B．提倡使用太阳能热水器可减少不可再生能源的消耗 C．利用铀核裂变释放能量发电的过程，实质上就是将化学能转化为电能的过程 D．尽管能的转化与转移过程中能量是守恒的，但是如果燃料中的化学能转化成了热能， 就无法将此燃料释放的热能100％地复原成原来的化学能 3、王勇同学在宾馆饭店看到一种自动门，当有人靠近时，门会实现自动开闭。王勇同学对 此产生了浓厚的兴趣，他很想知道自动门是如何实现自动控制的。为此他反复做了几次试验： 当他轻轻地靠近自动门时，门自动打开；当把一个足球滚向自动门时，门自动打开；当把一 面底部装有滚珠的无色透明大玻璃板，直立着滑向自动门时，门不打开。王勇同学根据探究 试验的结果，对自动门的自控原理提出了以下几种猜想，你认为其中最合理的猜想是 ( ) A．自动门“听”到来者的声音时，通过声控装置实现自动开闭 B．自动门探测到靠近的物体发射出的红外线，通过光控装置实现自动开闭 C．自动门本身能发射出一种红外线信号，当此种信号被靠近的物体反射时，就会实现自 动开闭 D．靠近门的物体通过空气能产生一种压力传给自动门，实现自动开闭4、在5.12汶川大地震的救援行动中，千斤顶发挥了很大作用，如图所示是剪式千斤顶，当 摇动把手时，螺纹轴就能迫使千斤顶的两臂靠拢，从而将汽车顶起。当车轮刚被顶起时汽车 对千斤顶的压力为1.0×105Ｎ，此时千斤顶两臂间的夹角为120°，则下列判断正确的是 （ ） Ａ. 此时两臂受到的压力大小均为1.0×105Ｎ Ｂ. 此时千斤顶对汽车的支持力为1.0×105Ｎ Ｃ. 若继续摇动手把，两臂受到的压力将增大 Ｄ. 若继续摇动手把，两臂受到的压力将减小 5、如图是某绳波形成过程的示意图，1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处 于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4……各个质点依次 上下振动，把振动从绳的左端传到右端。t= 0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一 周期，质点5开始运动。下列判断正确的是 ( ) A． T 时质点5的运动方向向下 B． T 时质点8的加速度方向向上 t  t  4 2 C． t 3T 时质点12的运动方向向上 D． tT时质点16开始运动 4 左 右 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 6、几位同学为了探究电梯起动和制动时的加速度大小，他们将体重计放在电梯中。一位同 学站在体重计上，然后乘坐电梯从1层直接到10层，之后又从10层直接回到1层。并用照 相机进行了相关记录，如图所示。他们根据记录，进行了以下推断分析，其中正确的是 ( ) A．根据图2和图3可估测出电梯向上起动时的加速度 B．根据图1和图2可估测出电梯向上制动时的加速度 C．根据图1和图5可估测出电梯向下制动时的加速度 D．根据图4和图5可估测出电梯向下起动时的加速度 7、如图所示，两平行金属板间有一匀强电场，板长为L，板间距离 M 为d，在板右端L处有一竖直放置的光屏M，一带电量为q，质量 为m的质点从两板中央射入板间，最后垂直打在M屏上，则下列结 V 论正确的是（ ） A．板间电场强度大小为mg/q L L B．板间电场强度大小为2mg/qC．质点在板间的运动时间跟它从板的右端运动到光屏的时间相等 D．质点在板间的运动时间大于它从板的右端运动到光屏的时间 8、如图所示，在水平地面下有一条沿东西方向铺设的水平直导 线，导线中通有自东向西稳定、强度较大的直流电流。现用 一闭合的检测线圈（线圈中串有灵敏电流计，图中未画出） 检测此通电直导线的位置，若不考虑地磁场的影响，在检测 线圈位于水平面内，从距直导线很远处由北向南沿水平地面 通过导线的上方并移至距直导线很远处的过程中，俯视检测 线圈，其中的感应电流的方向是： （ ） A．先顺时针后逆时针； B．先逆时针后顺时针； C．先顺时针后逆时针，然后再顺时针； D．先逆时针后顺时针，然后再逆时针。 9、一个用半导体材料制成的电阻器D，其电流I随它两端电压U变化的关系图像如 图（a）所示，将它与两个标准电阻R、R组成如图（b）所示电路，当电键S接通 1 2 R D 1 位置1时，三个用电器消耗的电功率均为P。将电键S切换到位置 I 2后，电阻器D和电阻R、R消耗的电功率分别是P、P、P，下I U 0 2 S 1 2 D 1 2 0 列关系中正确的是（ ） D 1 R 2 A P＞P B P＞P U 1 1 2 C 4P 1 ＞P D D P D ＋P 1 ＋P 2 ＞3P （a） U 0 （b） 10、如图所示，一U形光滑导轨串有一电阻R，放置在匀强的外磁场中，导轨平面与磁场方 向垂直。一电阻可忽略不计但有一定质量的金属杆ab跨接在导轨上，可沿导轨方向平移。 现从静止开始对ab杆施以向右的恒力F，若忽略杆和U形导轨的自感， 则在杆运动过程中，下列哪种说法是正确的？ ( ) A. 外磁场对载流杆ab的作用力对ab杆做功，但外磁场的能量是不变的 B. 外力F的功总是等于电阻R上消耗的功 C. 外磁场对载流杆ab作用力的功率与电阻R上消耗的功率两者的大小 是相等的 D. 电阻R上消耗的功率存在最大值 第二部分 非选择题（共110分） 二、本题共8小题，满分110分。其中11题为实验题，要按题目要求做答。解答题应 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。 11．(10分)在如图所示的电路中，A、B、C为三节干电池，实验中理想电压表和理想电流表 的读数如下表所示。 （1）根据表中实验数据，计算出表中空格处小灯泡的电阻和功率（保留两位小数）； （2）如果干电池A和B具有相同的电动势和内阻，根据表中实验数据，可计算出干电池A 的电动势为_________V，内阻为_________Ω； （3）当电键K与“接线柱3”连接，串联电池组的总电动势增加，电流表的示数反而减小， 究其原因可能是__________________________________。12．(14分)为了使航天员能适应在失重环境下的工作和生活，国家航天局组织对航天员进 行失重训练。故需要创造一种失重环境；航天员乘坐到民航客机上后，训练客机总重5× 104kg，以200m/s速度沿300倾角爬升到7000米高空后飞机向 上拉起，沿竖直方向以200m/s 的初速度向上作匀减速直线运 动，匀减速的加速度为g，当飞机到最高点后立即掉头向下， 仍沿竖直方向以加速度为g加速运动，在前段时间内创造出完 全失重，当飞机离地2000米高时为了安全必须拉起，后又可一 次次重复为航天员失重训练。若飞机飞行时所受的空气阻力 B f=Kv（k=900N·s/m），每次飞机速度达到350m/s 后必须终止 7000 失重训练（否则飞机可能失速）。 A 求：（1）飞机一次上下运动为航天员创造的完全失重的时间。 3 （2）飞机下降离地4500米时飞机发动机的推力（整个运动 空间重力加速度不变）。 （3）经过几次飞行后，驾驶员想在保持其它不变，在失重 地 训练时间不变的情况下，降低飞机拉起的高度（在B点前把飞 机拉起）以节约燃油，若不考虑飞机的长度，计算出一次最多能节约的能量。 13．(12分)如图（a）所示电路中，电源电动势E=12V，内阻r=2Ω，R＝4Ω， R 1 1 R R＝6Ω，R＝3Ω。 3 2 3 C （1）若在C、D间连一个理想电压表，其读数是多少？ E r R 2 （2）若在C、D间连一个理想电流表，其读数是多少？ D （3）图（a）中虚线框内的电路可等效为一个电源，即图（a）可等效为图 （b），其等效电动势E′等于CD间未接入用电器时CD间的电压；若用导线直 （a） 接将CD两点连接起来，通过该导线的电流等于等效电源的短路电流。则等效 C 电源的内电阻r′是多少？ （4）若在C、D间连一个“6V，3W”的小灯泡，则小灯泡的实际功率是多少？ E′ r′ D （b） 14．（14分）如图所示，1和2是放在水平地面上的两个小物块（可视为质点），与地面的滑动摩擦系数相同，两物块间的距离d=170.00m，它们的质量分别为m=2.00kg、m=3.00kg。 1 2 现令它们分别以初速度v=10.00m/s和v=2.00m/s迎向运动，经过时间t=20.0s，两物块相 1 2 碰，碰撞时间极短，碰后两者粘在一起运动。求从刚碰后到停止运动过程中损失的机械能。 15．(18分)图示虚线框内为某种电磁缓冲车的结构示意图，在缓冲车的底板上沿车的轴线 固定有两个足够长的平行绝缘光滑导轨PQ、MN，在缓冲车的底部还安装有电磁铁（图中未 画出），能产生垂直于导轨平面的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B。在缓冲车的PQ、MN 导轨内有一个由高强度材料制成的缓冲滑块K，滑块K可以在导轨上无摩擦地滑动，在滑块 K上绕有闭合矩形线圈abcd，线圈的总电阻为R，匝数为n，ab的边长为L。缓冲车的质量 为m（不含滑块K的质量），滑块K的质量为m。为保证安全，要求缓冲车厢能够承受的最 1 2 大水平力（磁场力）为F，设缓冲车在光滑的水平面上运动。 m （1）如果缓冲车以速度v与障碍物碰撞后滑块K立即停下，请判断滑块K的线圈中感 0 应电流的方向，并计算感应电流的大小； （2）如果缓冲车与障碍物碰撞后滑块K立即停下，为使缓冲车厢所承受的最大磁场力 不超过F，求缓冲车运动的最大速度； m 缓冲车 v （3）如果缓冲车以速度v匀速运动 P a Q d 时，在它前进的方向上有一个质量为m的 3 静止物体C，滑块K与物体C相撞后粘在 B K C 一起，碰撞时间极短。设m=m=m=m，在 1 2 3 M b N c 缓冲滑块 cd边进入磁场之前，缓冲车（包括 缓冲车厢 滑块K）与物体C已达到相同的速度， 绝缘光滑导轨 线圈 求相互作用的整个\过程中线圈abcd产生的焦耳热。 16．(12分)质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如3He是3H 的镜像核，同样3H 是 3He的镜像核。已知3H 和3He原子的质量分别是m 3.016050u 和m 3.016029u， 3 3 H He 931.5 中子和质子质量分别是m 1.008665u 和m 1.007825u ，1u  MeV ，式中c为 n p c2 1.44 光速，静电力常量k  MeV  fm，(1fm 11015m),式中e为电子的电荷量。 e2 ①、试计算3H 和3He的结合能之差为多少MeV。(核子结合成原子核时放出的能量或原子 核分解成单个核子时吸收的能量叫结合能) ②、已知核子间相互作用的“核力”与电荷几乎没有关系，又知质子和中子的半径近似相等， 试说明上面所求的结合能差主要是由什么原因造成的。并由此结合能之差来估计核子半径 r。 N 17．(12分)如图所示，两个可导热的气缸竖直放置，它们的底部由一细管连通（忽略细管的容积）。 两气缸各有一个活塞，质量分别为m 和m（已知m＝3 m，m＝2 m），活塞与气缸壁间无摩 1 2 1 2 擦。活塞的下方为理想气体，上方为真空。环境温度为T，当气体处于平衡状态时，两活塞 0 pV p V 位于同一高度h。(提示:利用理想气体状态方程 1 1  2 2 求解) T T 1 2 （1）在两活塞上同时各放一质量为m的物块，求气体再次达到平衡后两活塞的高度差（设 环境温度不变）。 （2）在达到上一问的终态后，环境温度缓慢上升到T，试问在这个过程中，气体对活塞做 了多少功？（假定在气体状态变化过程中，两物块均不会碰 到气缸顶部）。 18（18分）如图所示，倾角为300的粗糙斜面的底端有一小 车，车内有一根垂直小车底面的细直管，车与斜面间的动摩 4 3 擦因数 ，在斜面底端的竖直线上，有一可以上下移动的发射枪，能够沿水平方向 15 发射不同速度的带正电的小球，其电量与质量之比 q q 3  0.5773102c/kg（计算时取  102c/kg），在竖直线与斜面之间有垂直纸 m m 3 面向外的匀强磁场和竖直向上的匀强电场，小球在运动过程中重力和电场力始终平衡.当小 车以V=7.2m/s的初速度从斜面底端上滑,当小车在离斜面底端2.7m的A处时，小球恰好落 0 入管中且与管壁无碰撞， 此时小球的速率是小车速率的两倍.小取球g=10m/s2.求: 发 射 (1) 小车开始上滑到经过A处所用的时间； v (2) 匀强磁场的磁感应强度的大小. A 细 直 v 小车 30参考答案 1.CD 2.C 3.C 4.ABD 5.C 6.C 7.BC 8.D 9.C 10.ACD 11．（1） 电压 电流 灯泡电阻 灯泡功率 电键位置 U（V） I（A） R（Ω） P（W） K→1 1.40 0.20 7.00 0.28 K→2 2.70 0.30 9.00 0.81 K→3 2.55 0.29 8.79 0.74 （2）电动势为 1.5 V，内阻为 0.5 Ω； （3）干电池C的电动势较小，内阻较大，功率损耗较大。 v v 2 12.（1）上升时间t  0  20s 上升高度h  0  2000m 上 上 g 2g v 2 判断当速度达到350m/s时，下落高度h  1  6125m ，此时离地高度为h+h －h 下 上 下 2g v =7000+2000—6125=2875>2000m，t  1 35s， 下 g 所以一次上下创造的完全失重的时间为55s …………………………………5分 (2)当飞机在离地4500m>2875m，所以飞机仍在完全失重状态，飞机自由下落的高度 h  200070004500  4500m 2 此时，v  2gh 300m/s 2 2 推力F  f  kv 900300  2.7105N …………………………………5分 2 （3） 为了节约能量，那么让飞机在2000m是速度正好为350m/s,所以此时最大离地高度为 2000+h =8125m,故飞机拉起的高度为8125-h =6125m,即比原来提前Δh=7000-6125=875m 下 上 拉起， 飞机节省的能量就是在这875m中克服重力和阻力做的功之和（因为在这个过程飞机是匀速 的，动能没有改变）W  mghkv h/sin300  7.525108N ………………………4 F 0 分 13.（1）若在C、D间连一个理想电压表，根据闭合电路欧姆定律，有 E 12 I   A 1A 1 R R r 462 1 2 理想电压表读数为 U=IR=6V …………………………………3分 V 1 2 （2）若在C、D间连一个理想电流表，这时电阻R与R并联，并联电阻大小 2 3R R 63 R  2 3  2 23 R R 63 2 3 根据闭合电路欧姆定律，有 E 12 I   A 1.5A理想电流表读数为 2 R R r 422 1 23 R 6 I' 2 I  1.5A 1A …………………………………3分 R R 2 63 2 3 （3）依题意，该等效电源的电动势E'6V， 短路电流I'1A，所以其等效内阻 E' 6 r'  6 I' 1 （4）小灯泡的电阻 U 2 36 R  0  12 …………………………………3分 A P 3 0 将小灯泡连在C、D之间，相当于接在等效电源E′两端，则流过小灯泡的电流大小为 E' 6 1 I   A  A 3 R r' 126 3 A 小灯泡的实际功率为 2 1 4 P' I2R    12 W 1.33W …………………………………3分 3 A 3 3 14. 因两物块与地面间的滑动摩擦系数相同，故它们在摩擦力作用下加速度的大小是相同 的，以a表示此加速度的大小。先假定在时间t内，两物块始终作减速运动，都未停下。现 1 分别以s和s表示它们走的路程，则有s vt at2 (1) 1 2 1 1 2 1 s v t at2 (2) 2 2 2 而s+s=d (3) 1 2 解(1)、(2)、(3)三式并代入有关数据得a=0.175m/s2 (4) 经过时间t，两物块的速度分别为v'=v−at (5) 1 1 v'=v−at (6) 2 2 代入有关数据得v'=6.5m/s (7) 1 v'=−1.5m/s (8) 2 v'为负值是不合理的，因为物块是在摩擦力作用下作减速运动，当速度减少至零时，摩擦 2 力消失，加速度不复存在，v'不可为负。v'为负，表明物块2经历的时间小于t时已经停 2 2 止运动，(2)式从而(4)、(6)、(7)、(8)式都不成立。在时间t内，物块2停止运动前滑行 v2 的路程应是s  2 (9) 2 2a 解(1)、(9)、(3)式，代入有关数据得a=0.20m/s2 (10) 由(5)、(10)式求得刚要发生碰撞时物块1的速度v'=6.0m/s (11) 1 而物块2的速度v'=0 (12) 2 设V为两物块碰撞后的速度，由动量守恒定律有mv'=(m+m)V (13) 1 1 1 2 1 刚碰后到停止运动过程中损失的机械能ΔE  (m m )V2 (14) 2 1 2 1 m2v'2 由(13)、(14)得ΔE  1 1 (15) 2 m m 1 2代入有关数据得ΔE=14.4J (16) 15.（1）由右手定则判断出感应电流的方向是abcda(或逆时针) 缓冲车以速度v碰撞障碍物后滑块K静止，滑块相对磁场的速度大小为v 0 0 线圈中产生的感应电动势E=nBLv 0 0 E 线圈中的电流I= 0 0 R nBLv 解得I= 0 0 R （2）设缓冲车的最大速度为v，碰撞后滑块K静止，滑块相对磁场的速度大小为v。 m m 线圈中产生的感应电动势E=nBLv 1 m E 线圈中的电流I= 1 1 R 线圈ab边受到的安培力F=nBIL 1 1 依据牛顿第三定律，缓冲车厢受到的磁场力F'=F 1 1 依题意F'F 1 m F R 解得v= m m n2B2L2 （3）设K、C碰撞后共同运动的速度为v，由动量守恒定律 1 mv=(m+m)v 2 2 3 1 m 解得v= 2 v 1 m m 2 3 设缓冲车与物体C共同运动的速度为v 2 由动量守恒定律 (m+m)v=( m+m+m)v 1 2 1 2 3 2 设线圈abcd产生的焦耳热为Q，依据能量守恒 1 1 1 Q= mv2+ (m m )v2- (m m m )v 2 2 1 2 2 3 1 2 1 2 3 2 1 解得Q= mv2 12   16.1．根据爱因斯坦质能关系，3H 和 3He 的结合能差为B  m m m m c2 n p 3H 3He (1) 代入数据，可得 B  0.763MeV (2) 2．3He的两个质子之间有库仑排斥能，而3H没有.所以3H与3He的结合能差主要来自它 们的库仑能差.依题意，质子的半径为r ，则3He核中两个质子间的库仑排斥能为 N e2 E k C 2r N (3) ke2 若这个库仑能等于上述结合能差，E B，则有 r  (4) C N 2ΔB代入数据，可得 r 0.944fm (5) N 17.(1)设左、右活塞的面积分别为A′和A，由于气体处于平衡状态，故两活塞对气体的压 3mg 2mg 强相等，即：  A A 3 由此得：A A 2 在两个活塞上各加一质量为m的物块后，右活塞降至气体缸底部，所有气体都在左气缸 中。 2mg 5 8mg 3 在初态，气体的压强为 ,体积为 Ah;在末态,气体压强为 ,体积为 Ax A 2 3A 2 pV p V （x为左右活塞的高度）。由理想气体状态方程 1 1  2 2 得： T T 1 2 mg 4mg 5Ah  3Ax A 3A 5 5 解得:x  h 即两活塞的高度差为 h 4 4 8mg （2）当温度由T 上升至T时，气体的压强始终为 ,设x是温度达到T时左活塞的高度， 0 3A pV p V T 5Th 由理想气体状态方程 1 1  2 2 得：x x  T T T 4T 1 2 0 0 5 T T 活塞对气体做的功为：W  Fs  4mg h( 1) 5mgh( 1) 4 T T 0 0 18.解:(1)当小车上滑时,a  gsingcos 1 1 上滑至A处时 sV t  at2 0 1 2 1 由得 t 0.6s 1 V2 车 此时 V 1.8m/s S  0.18m 车 剩 2a 1 当小车下滑时, a  gsingcos 2 1 S 剩  2 at 下 2 v 球 v 车 由⑸ ⑹ ⑺得: t =0.6s 下 此时V 0.6m/s 车 30° v 球 r r OV 从开始上滑到下滑经过A处的时间t=t +t = 0 0.6 1.4s 2 上 下 a 1 (2)上滑经过A点时, V =1.8m/s, 由题意知V =3.6m/s 车 球 v 球 由几何关系得r 2.7 3m mV 又r  r qB 4 由⑽、⑾、⑿得B 102T O r 3 下滑经过A处时, V =0.6m/s, 则V =1.2m/s 车 球 30° 2.7 由几何关系得r  3m 2 8 由⑿、⒁、⒂得B  102T 9