2013年 全国初中 物理竞赛复赛试题及解析
13全国中学生物理竞赛复赛试卷及答案
第26届全国中学生物理竞赛复赛试卷一、填空（问答）题（每题5分，共25分）1．有人设想了一种静电场：电场的方向都垂直于纸面并指向纸里，电场强度的大小自左向右逐渐增大，如图所示。
这种分布的静电场是否可能存在？试述理由。
2．海尔-波普彗星轨道是长轴非常大的椭圆，近日点到太阳中心的距离为0.914天文单位（1天文单位等于地日间的平均距离），则其近日点速率的上限与地球公转（轨道可视为圆周）速率之比约为（保留2位有效数字） 。
3．用测电笔接触市电相线，即使赤脚站在地上也不会触电，原因是 ；另一方面，即使穿绝缘性能良好的电工鞋操作，测电笔仍会发亮，原因是 。
4．在图示的复杂网络中，所有电源的电动势均为E 0，所有电阻器的电阻值均为R 0，所有电容器的电容均为C 0，则图示电容器A 极板上的电荷量为 。
5．如图，给静止在水平粗糙地面上的木块一初速度，使之开始运动。
一学生利用角动量定理来考察此木块以后的运动过程：“把参考点设于如图所示的地面上一点O ，此时摩擦力f 的力矩为0，从而地面木块的角动量将守恒，这样木块将不减速而作匀速运动。
”请指出上述推理的错误，并给出正确的解释： 。
二、（20分）图示正方形轻质刚性水平桌面由四条完全相同的轻质细桌腿1、2、3、4支撑于桌角A 、B 、C 、D 处，桌腿竖直立在水平粗糙刚性地面上。
已知桌腿受力后将产生弹性微小形变。
现于桌面中心点O 至角A 的连线OA 上某点P 施加一竖直向下的力F ，令c OAOP，求桌面对桌腿1的压力F 1。
三、（15分）1．一质量为m 的小球与一劲度系数为k 的弹簧相连组成一体系，置于光滑水平桌面上，弹簧的另一端与固定墙面相连，小球做一维自由振动。
试问在一沿此弹簧长度方向以速度u 作匀速运动的参考系里观察，此体系的机械能是否守恒，并说明理由。
A。
2．若不考虑太阳和其他星体的作用，则地球-月球系统可看成孤立系统。
若把地球和月球都看作是质量均匀分布的球体，它们的质量分别为M 和m ，月心-地心间的距离为R ，万有引力恒量为G 。
全国中学生物理竞赛复赛试题及答案(全Word版)
第31届全国中学生物理竞赛复赛理论考试试题说明：所有答案 （包括填空）必须写在答题纸上，写在试题纸上无效。
一、（12分）2013年6月20日，“神舟十号”女航天员王亚平在“天宫一号”目标飞行器里成功进行了我国首次太空授课. 授课中的一个实验展示了失重状态下液滴的表面张力引起的效应. 视频中可发现漂浮的液滴处于周期性的“脉动”中（平时在地球表面附近，重力的存在会导致液滴下降太快，以至于很难观察到液滴的这种“脉动”现象）. 假设液滴处于完全失重状态，液滴的上述“脉动”可视为液滴形状的周期性的微小变化（振动），如图所示. （1）该液滴处于平衡状态时的形状是__________；（2）决定该液滴振动频率f 的主要物理量是________________________________________； （3）按后面括号中提示的方法导出液滴振动频率与上述物理量的关系式.（提示：例如，若认为,,a b c 是决定该液滴振动频率的相互独立的主要物理量，可将液滴振动频率f 与,,a b c 的关系式表示为αβγ∝f a b c ，其中指数,,αβγ是相应的待定常数.）二、(16分) 一种测量理想气体的摩尔热容比/p V C C γ≡的方法（Clement-Desormes 方法）如图所示：大瓶G 内装满某种理想气体，瓶盖上通有一个灌气（放气）开关H ，另接出一根U 形管作为压强计M ．瓶内外的压强差通过U 形管右、左两管液面的高度差来确定. 初始时，瓶内外的温度相等，瓶内气体的压强比外面的大气压强稍高，记录此时U 形管液面的高度差i h ．然后打开H ，放出少量气体，当瓶内外压强相等时，即刻关闭H . 等待瓶内外温度又相等时，记录此时U 形管液面的高度差f h ．试由这两次记录的实验数据i h 和f h ，导出瓶内气体的摩尔热容比γ的表达式．（提示：放气过程时间很短，可视为无热量交换；且U 形管很细，可忽略由高差变化引起的瓶内气体在状态变化前后的体积变化）三、（20分）如图所示，一质量为m 、底边AB 长为b 、等腰边长为a 、质量均匀分布的等腰三角形平板，可绕过光滑铰链支点A 和B 的水平轴x 自由转动；图中原点O 位于AB 的中点，y 轴垂直于板面斜向上，z 轴在板面上从原点O 指向三角形顶点C . 今在平板上任一给定点000M (,0,)x z 加一垂直于板面的拉力Q .（1）若平衡时平板与竖直方向成的角度为ϕ，求拉力Q 以及铰链支点对三角形板的作用力N A 和N B ；（2）若在三角形平板上缓慢改变拉力Q 的作用点M 的位置，使平衡时平板与竖直方向成的角度仍保持为ϕ，则改变的作用点M 形成的轨迹满足什么条件时，可使铰链支点A 或B 对板作用力的垂直平板的分量在M 变动中保持不变？四、（24分）如图所示，半径为R 、质量为m 0的光滑均匀圆环，套在光滑竖直细轴OO '上，可沿OO '轴滑动或绕OO '轴旋转．圆环上串着两个质量均为m 的小球. 开始时让圆环以某一角速度绕OO '轴转动，两小球自圆环顶端同时从静止开始释放．（1）设开始时圆环绕OO '轴转动的角速度为ω0，在两小球从环顶下滑过程中，应满足什么条件，圆环才有可能沿OO '轴上滑？（2）若小球下滑至30θ=︒（θ是过小球的圆环半径与OO '轴的夹角）时，圆环就开始沿OO '轴上滑，求开始时圆环绕OO '轴转动的角速度ω0、在30θ=︒时圆环绕OO '轴转动的角速度ω和小球相对于圆环滑动的速率v .五、（20分）如图所示，现有一圆盘状发光体，其半径为5cm ，放置在一焦距为10cm 、半径为15cm 的凸透镜前，圆盘与凸透镜的距离为20cm ，透镜后放置一半径大小可调的圆形光阑和一个接收圆盘像的光屏．图中所有光学元件相对于光轴对称放置．请在几何光学近轴范围内考虑下列问题，并忽略像差和衍射效应．（1）未放置圆形光阑时, 给出圆盘像的位置、大小、形状；（2）若将圆形光阑放置于凸透镜后方6cm 处. 当圆形光阑的半径逐渐减小时，圆盘的像会有什么变化？是否存在某一光阑半径a r ，会使得此时圆盘像的半径变为（1）中圆盘像的半径的一半？若存在，请给出a r 的数值.（3）若将圆形光阑移至凸透镜后方18cm 处，回答（2）中的问题； （4）圆形光阑放置在哪些位置时，圆盘像的大小将与圆形光阑的半径有关？ （5）若将图中的圆形光阑移至凸透镜前方6cm 处，回答（2）中的问题.六、（22分）如图所示，一电容器由固定在共同导电底座上的N +1片对顶双扇形薄金属板和固定在可旋转的导电对称轴上的N 片对顶双扇形薄金属板组成，所有顶点共轴，轴线与所有板面垂直，两组板面各自在垂直于轴线的平面上的投影重合，板面扇形半径均为R ，圆心角均为0θ（02πθπ≤<）；固定金属板和可旋转的金属板相间排列，两相邻金属板之间距离均为s ．此电容器的电容C 值与可旋转金属板的转角θ有关．已知静电力常量为k ． （1）开始时两组金属板在垂直于轴线的平面上的投影重合，忽略边缘效应，求可旋转金属板的转角为θ（00θθθ-≤≤）时电容器的电容()C θ；（2）当电容器电容接近最大时，与电动势为E 的电源接通充电（充电过程中保持可旋转金属板的转角不变），稳定后断开电源，求此时电容器极板所带电荷量和驱动可旋转金属板的力矩； （3）假设02πθ=，考虑边缘效应后，第（1）问中的()C θ可视为在其最大值和最小值之间光滑变化的函数max min max min 11()()()cos222C C C C C θθ=++- 式中，max C 可由第（1）问的结果估算，而min C 是因边缘效应计入的，它与max C 的比值λ是已知的．若转轴以角速度m ω匀速转动，且m t θω=，在极板间加一交流电压0cos V V t ω=．试计算电容器在交流电压作用下能量在一个变化周期内的平均值，并给出该平均值取最大值时所对应的m ω．七、（26分）Z-箍缩作为惯性约束核聚变的一种可能方式，近年来受到特别重视，其原理如图所示．图中，长20 mm 、直径为5m μ的钨丝组成的两个共轴的圆柱面阵列，瞬间通以超强电流，钨丝阵列在安培力的作用下以极大的加速度向内运动, 即所谓自箍缩效应；钨丝的巨大动量转移到处于阵列中心的直径为毫米量级的氘氚靶球上，可以使靶球压缩后达到高温高密度状态，实现核聚变．设内圈有N 根钨丝（可视为长直导线）均匀地分布在半径为r 的圆周上，通有总电流7210A =⨯内I ；外圈有M 根钨丝，均匀地分布在半径为R 的圆周上，每根钨丝所通过的电流同内圈钨丝．已知通有电流i 的长直导线在距其r 处产生的磁感应强度大小为m ik r，式中比例常量772210T m/A 210N /A m k --=⨯⋅=⨯．（1）若不考虑外圈钨丝，计算内圈某一根通电钨丝中间长为L ∆的一小段钨丝所受到的安培力；（2）若不考虑外圈钨丝，内圈钨丝阵列熔化后形成了圆柱面，且箍缩为半径0.25cm r =的圆柱面时，求柱面上单位面积所受到的安培力，这相当于多少个大气压？（3）证明沿柱轴方向通有均匀电流的长圆柱面，圆柱面内磁场为零，即通有均匀电流外圈钨丝的存在不改变前述两小题的结果；（4）当1N >>时, 则通有均匀电流的内圈钨丝在外圈钨丝处的磁感应强度大小为m Ik R内，若要求外圈钨丝柱面每单位面积所受到的安培力大于内圈钨丝柱面每单位面积所受到的安培力，求外圈钨丝圆柱面的半径R 应满足的条件；（5）由安培环路定理可得沿柱轴方向通有均匀电流的长圆柱面外的磁场等于该圆柱面上所有电流移至圆柱轴后产生的磁场，请用其他方法证明此结论. （计算中可不考虑图中支架的影响）八、（20分）天文观测表明，远处的星系均离我们而去．著名的哈勃定律指出，星系离开我们的速度大小v =HD ，其中D 为星系与我们之间的距离，该距离通常以百万秒差距（Mpc ）为单位；H 为哈勃常数，最新的测量结果为H =67.80km/(s ⋅Mpc)．当星系离开我们远去时，它发出的光谱线的波长会变长（称为红移）．红移量z 被定义为λλλ'-=z ，其中λ'是我们观测到的星系中某恒星发出的谱线的波长，而λ是实验室中测得的同种原子发出的相应的谱线的波长，该红移可用多普勒效应解释．绝大部分星系的红移量z 远小于1，即星系退行的速度远小于光速．在一次天文观测中发现从天鹰座的一个星系中射来的氢原子光谱中有两条谱线，它们的频率ν'分别为4.549⨯1014Hz 和6.141⨯1014Hz ．由于这两条谱线处于可见光频率区间，可假设它们属于氢原子的巴尔末系，即为由n > 2的能级向k =2的能级跃迁而产生的光谱．（已知氢原子的基态能量013.60 eV =-E ，真空中光速82.99810m/s =⨯c ，普朗克常量346.62610J s -=⨯⋅h ，电子电荷量19 1.60210C -=⨯e ）（1）该星系发出的光谱线对应于实验室中测出的氢原子的哪两条谱线？它们在实验室中的波长分别是多少？（2）求该星系发出的光谱线的红移量z 和该星系远离我们的速度大小v ； （3）求该星系与我们的距离D ．第31届全国中学生物理竞赛复赛理论考试试题解答2014年9月20日一、（12分） （1）球形（2）液滴的半径r 、密度ρ和表面张力系数σ（或液滴的质量m 和表面张力系数σ） （3）解法一假设液滴振动频率与上述物理量的关系式为αβγρσ=f k r ①式中，比例系数k 是一个待定常数. 任一物理量a 可写成在某一单位制中的单位[]a 和相应的数值{}a 的乘积{}[]=a a a . 按照这一约定，①式在同一单位制中可写成 {}[]{}{}{}{}[][][]αβγαβγρσρσ=f f k r r由于取同一单位制，上述等式可分解为相互独立的数值等式和单位等式，因而 [][][][]αβγρσ=f r ② 力学的基本物理量有三个：质量m 、长度l 和时间t ，按照前述约定，在该单位制中有 {}[]=m m m ，{}[]=l l l ，{}[]=t t t 于是[][]-=f t 1 ③ [][]=r l ④ [][][]ρ-=m l 3 ⑤ [][][]σ-=m t 2 ⑥ 将③④⑤⑥式代入②式得[][]([][])([][])αβγ---=t l m l m t 132 即[][][][]αββγγ--+-=t l m t 132 ⑦ 由于在力学中[]m 、[]l 和[]t 三者之间的相互独立性，有30αβ-=， ⑧ 0βγ+=， ⑨ 21γ= ⑩ 解为311,,222αβγ=-=-= ⑪将⑪式代入①式得=f ⑫ 解法二假设液滴振动频率与上述物理量的关系式为αβγρσ=f k r ①式中，比例系数k 是一个待定常数. 任一物理量a 可写成在某一单位制中的单位[]a 和相应的数值{}a 的乘积{}[]=a a a . 在同一单位制中，①式两边的物理量的单位的乘积必须相等[][][][]αβγρσ=f r ②力学的基本物理量有三个：质量M 、长度L 和时间T ，对应的国际单位分别为千克（kg ）、米（m ）、秒（s ）. 在国际单位制中，振动频率f 的单位[]f 为s -1，半径r 的单位[]r 为m ，密度ρ的单位[]ρ为3kg m -⋅，表面张力系数σ的单位[]σ为1212N m =kg (m s )m kg s ----⋅⋅⋅⋅=⋅，即有[]s -=f 1 ③ []m =r ④ []kg m ρ-=⋅3 ⑤ []kg s σ-=⋅2 ⑥ 若要使①式成立，必须满足()()s m kg m kg s (kg)m s βγαβγαβγ---+--=⋅⋅=⋅⋅13232 ⑦由于在力学中质量M 、长度L 和时间T 的单位三者之间的相互独立性，有 30αβ-=， ⑧ 0βγ+=， ⑨ 21γ= ⑩ 解为311,,222αβγ=-=-= ⑪将⑪式代入①式得f = ⑫评分标准：本题12分. 第（1）问2分，答案正确2分；第（2）问3分，答案正确3分；第（3）问7分，⑦式2分，⑪式3分，⑫式2分（答案为f 、f =f 的，也给这2分）.二、(16分)解法一：瓶内理想气体经历如下两个气体过程：000000(,,,)(,,,)(,,,)−−−−−−−→−−−−−→i i f f f p V T N p V T N p V T N 放气(绝热膨胀)等容升温其中，000000(,,,),(,,,,,,)i i f f f p V T N p V T N p V T N )和(分别是瓶内气体在初态、中间态与末态的压强、体积、温度和摩尔数．根据理想气体方程pV NkT =，考虑到由于气体初、末态的体积和温度相等，有f f iip N p N =①另一方面，设V '是初态气体在保持其摩尔数不变的条件下绝热膨胀到压强为0p 时的体积，即000(,,,)(,,,)i i i p V T N p V T N '−−−−→绝热膨胀此绝热过程满足1/00i V p V p γ⎛⎫= ⎪'⎝⎭②由状态方程有0i p V N kT '=和00f p V N kT =，所以 0f iN V N V ='③联立①②③式得1/0fi i p p p p γ⎛⎫= ⎪⎝⎭④ 此即lnln i i fp p p p γ= ⑤由力学平衡条件有0i i p p gh ρ=+ ⑥0f f p p gh ρ=+ ⑦式中，00p gh ρ=为瓶外的大气压强，ρ是U 形管中液体的密度，g 是重力加速度的大小.由⑤⑥⑦式得00ln(1)ln(1)ln(1)if i h h h hh h γ+=+-+⑧利用近似关系式：1, ln(1)x x x +≈ 当，以及 00/1, /1i f h h h h ，有000///i ii f i fh h h h h h h h h γ==--⑨评分标准：本题16分．①②③⑤⑥⑦⑧⑨式各2分．解法二：若仅考虑留在容器内的气体：它首先经历了一个绝热膨胀过程ab ，再通过等容升温过程bc 达到末态100000(,,)(,,)(,,)−−−−−→−−−−−→i f p V T p V T p V T 绝热膨胀ab 等容升温bc其中，100000(,,),(,,,,)i f p V T p V T p V T )和(分别是留在瓶内的气体在初态、中间态和末态的压强、体积与温度．留在瓶内的气体先后满足绝热方程和等容过程方程1100ab: γγγγ----=i p T p T①00bc://=f p T p T② 由①②式得1/0fi i p p p p γ⎛⎫= ⎪⎝⎭③ 此即lnln i i fp p p p γ=④由力学平衡条件有0i i p p gh ρ=+⑤0f f p p gh ρ=+ ⑥式中，00p gh ρ=为瓶外的大气压强，ρ是U 形管中液体的密度，g 是重力加速度的大小．由④⑤⑥式得00ln(1)ln(1)ln(1)if i h h h hh h γ+=+-+⑦利用近似关系式：1, ln(1)x x x +≈ 当，以及 00/1, /1i f h h h h ，有000///i ii f i fh h h h h h h h h γ==--⑧评分标准：本题16分．①②式各3分，④⑤⑥⑦⑧式各2分．三、（20分）（1）平板受到重力C P 、拉力0M Q 、铰链对三角形板的作用力N A 和N B ，各力及其作用点的坐标分别为：C (0,sin ,cos )ϕϕ=--mg mg P ，(0,0,)h ；0M (0,,0)Q =Q ， 00(,0,)x z ；A A A A (,,)x y z N N N =N ， (,0,0)2b；B B B B (,,)x y z N N N =N ，(,0,0)2b- 式中h =是平板质心到x 轴的距离.平板所受力和（对O 点的）力矩的平衡方程为A B x 0=+=∑xx FN N①A B sin 0ϕ=++-=∑yyyF Q N N mg② A B cos 0ϕ=+-=∑zzzF N N mg③ 0sin 0xM mgh Q z ϕ=-⋅=∑④ B A 022=-=∑y zz b bM N N⑤0A B 022zyy b bMQ x N N =⋅+-=∑⑥联立以上各式解得sin mgh Q z ϕ=， A B x x N N =-，000sin 21()2Ay mg h b x N b z z ϕ⎡⎤=-+⎢⎥⎣⎦，000sin 21()2By mg h b x N b z z ϕ⎡⎤=--⎢⎥⎣⎦A B 1cos 2z zN N mg ϕ==即0M 0sin (0,,0)mgh z ϕ=Q ，⑦0A A 002sin 1(,1(),cos )22x x mg h b N mg b z z ϕϕ⎡⎤=-+⎢⎥⎣⎦N ，⑧0B A 002sin 1(,1(),cos )22x x mg h b N mg b z z ϕϕ⎡⎤=---⎢⎥⎣⎦N⑨（2）如果希望在M(,0,)x z 点的位置从点000M (,0,)x z 缓慢改变的过程中，可以使铰链支点对板的作用力By N 保持不变，则需 sin 21()2By mg h b x N b z z ϕ⎡⎤=--=⎢⎥⎣⎦常量 ⑩M 点移动的起始位置为0M ，由⑩式得00022-=-b x b x z z z z⑪ 或00022b x b x z z z ⎛⎫-=- ⎪⎝⎭ ⑫这是过A(,0,0)2b点的直线. (*)因此，当力M Q 的作用点M 的位置沿通过A 点任一条射线(不包含A 点)在平板上缓慢改变时，铰链支点B 对板的作用力By N 保持不变. 同理，当力M Q 的作用点M 沿通过B 点任一条射线在平板上缓慢改变时，铰链支点A 对板的作用力Ay N 保持不变.评分标准：本题20分．第（1）问14分，①式1分，②③④⑤⑥式各2分，⑦⑧⑨式各1分；第（2）问6分，⑩⑫式各1分，(*) 2分，结论正确2分.四、（24分）（1）考虑小球沿径向的合加速度. 如图，设小球下滑至θ 角位置时，小球相对于圆环的速率为v ，圆环绕轴转动的角速度为ω ．此时与速率v 对应的指向中心C 的小球加速度大小为21a R =v ①同时，对应于圆环角速度ω，指向OO '轴的小球加速度大小为2(sin )sin R a R ωωθθ= ②该加速度的指向中心C 的分量为22(sin )sin R a a R ωωθθ== ③该加速度的沿环面且与半径垂直的分量为23(sin )cos cot R a a Rωωθθθ== ④由①③式和加速度合成法则得小球下滑至θ 角位置时，其指向中心C 的合加速度大小为2212(sin )v ωθ=+=+R R a a a R R⑤在小球下滑至θ 角位置时，将圆环对小球的正压力分解成指向环心的方向的分量N 、垂直于环面的方向的分量T . 值得指出的是：由于不存在摩擦，圆环对小球的正压力沿环的切向的分量为零. 在运动过程中小球受到的作用力是N 、T 和mg . 这些力可分成相互垂直的三个方向上的分量：在径向的分量不改变小球速度的大小，亦不改变小球对转轴的角动量；沿环切向的分量即sin θmg 要改变小球速度的大小；在垂直于环面方向的分量即T 要改变小球对转轴的角动量，其反作用力将改变环对转轴的角动量，但与大圆环沿'OO 轴的竖直运动无关. 在指向环心的方向，由牛顿第二定律有22(sin )cos R R N mg ma mRωθθ++==v ⑥ 合外力矩为零，系统角动量守恒，有202(sin )L L m R θω=+ ⑦式中L 0和L 分别为圆环以角速度ω0和ω转动时的角动量．如图，考虑右半圆环相对于轴的角动量，在θ角位置处取角度增量∆θ， 圆心角∆θ所对圆弧l ∆的质量为m l λ∆=∆（02m Rλπ≡），其角动量为 2sin L m r l rR Rr z R S ωλωθλωλω∆=∆=∆=∆=∆ ⑧式中r 是圆环上θ 角位置到竖直轴OO '的距离，S ∆为两虚线间窄条的面积．⑧式说明，圆弧l ∆的角动量与S ∆成正比. 整个圆环（两个半圆环）的角动量为2200122222m R L L R m R R πωωπ=∆=⨯=∑ ⑨[或：由转动惯量的定义可知圆环绕竖直轴OO '的转动惯量J 等于其绕过垂直于圆环平面的对称轴的转动惯量的一半，即2012J m R = ⑧则角动量L 为2012L J m R ωω== ⑨ ]同理有200012L m R ω= ⑩力N 及其反作用力不做功；而T 及其反作用力的作用点无相对移动，做功之和为零；系统机械能守恒. 故22012(1cos )2[(sin )]2k k E E mgR m R θωθ-+⨯-=⨯+v ⑪式中0k E 和k E 分别为圆环以角速度0ω和ω转动时的动能．圆弧l ∆的动能为222111()sin 222k E m r l rR R S ωλωθλω∆=∆=∆=∆整个圆环（两个半圆环）的动能为22220011222224k k m R E E R m R R πωωπ=∆=⋅⋅⋅⋅=∑ ⑫ [或：圆环的转动动能为22201124k E J m R ωω== ⑫ ]同理有2200014k E m R ω= ⑬根据牛顿第三定律，圆环受到小球的竖直向上作用力大小为2cos N θ，当02cos N m g θ≥ ⑭时，圆环才能沿轴上滑．由⑥⑦⑨⑩⑪⑫ ⑬式可知，⑭式可写成2220000220cos 6cos 4cos 102(4sin )ωθθθθ⎡⎤-+--≤⎢⎥+⎣⎦m R m m m m gm m ⑮式中，g 是重力加速度的大小.（2）此时由题给条件可知当=30θ︒时，⑮式中等号成立，即有20020912()m m m m m ⎤⎛-+=- ⎥+⎝⎣⎦或00(m m ω=+ ⑯由⑦⑨⑩⑯式和题给条件得0000200+4sin +m m m m m m ωωωθ=== ⑰ 由⑪⑫⑬⑯⑰式和题给条件得v ⑱评分标准：本题24分．第（1）问18分，①②③④⑤式各1分，⑥⑦式各2分，⑨⑩式各1分，⑪式2分，⑫⑬式各1分，⑭式2分，⑮式1分；第（2）问6分，⑯⑰⑱式各2分．五、（20分）（1）设圆盘像到薄凸透镜的距离为v . 由题意知：20cm u =, 10cm f =，代入透镜成像公式111u f+=v ① 得像距为20cm =v ② 其横向放大率为1uβ=-=-v③ 可知圆盘像在凸透镜右边20cm ，半径为5cm ，为圆盘状，圆盘与其像大小一样. （2）如下图所示，连接A 、B 两点，连线AB 与光轴交点为C 点，由两个相似三角形AOC ∆与BB'C ∆的关系可求得C 点距离透镜为15cm. 1分若将圆形光阑放置于凸透镜后方6cm 处，此时圆形光阑在C 点左侧. 1分 当圆形光阑半径逐渐减小时，均应有光线能通过圆形光阑在B 点成像，因而圆盘像的形状及大小不变，而亮度变暗. 2分此时不存在圆形光阑半径a r 使得圆盘像大小的半径变为（1）中圆盘像大小的半径的一半．1分（3）若将圆形光阑移至凸透镜后方18cm 处，此时圆形光阑在C 点（距离透镜为15cm ）的右侧. 由下图所示，此时有:CB'=BB'=5cm, R'B'=2cm, 利用两个相似三角形CRR'∆与CBB'∆的关系，得 CR'52RR'=BB'=5cm 3cm CB'5r -=⨯⨯= ④ 可见当圆盘半径3cm r =（光阑边缘与AB 相交）时，圆盘刚好能成完整像，但其亮度变暗． 4分若进一步减少光阑半径，圆盘像就会减小．当透镜上任何一点发出的光都无法透过光阑照在原先像的一半高度处时，圆盘像的半径就会减小为一半，如下图所示．此时光阑边缘与AE相交，AE 与光轴的交点为D ，由几何关系算得D 与像的轴上距离为207cm. 此时有 620D R '=c m , D E '=c m , E E '=2.5c m ,77利用两个相似三角形DRR'∆与DEE'∆的关系，得D R '20/72R R '=E E '= 2.5c m 0.75c m D E '20/7a r -=⨯⨯= ⑤ 可见当圆形光阑半径a r =0.75cm ，圆盘像大小的半径的确变为（1）中圆盘像大小的半径的一半． 3分（4）只要圆形光阑放在C 点（距离透镜为15cm ）和光屏之间，圆盘像的大小便与圆形光阑半径有关． 2分（5）若将图中的圆形光阑移至凸透镜前方6cm 处，则当圆形光阑半径逐渐减小时，圆盘像的形状及大小不变，亮度变暗； 2分同时不存在圆形光阑半径使得圆盘像大小的半径变为（1）中圆盘像大小的半径的一半． 1分评分标准：第（1）问3分，正确给出圆盘像的位置、大小、形状，各1分；第（2）问5分，4个给分点分别为1、1、2、1分； 第（3）问7分，2个给分点分别为2、3分； 第（4）问2分，1个给分点为2分；第（5）问3分，2个给分点分别为2、1分．六、（22分）（1）整个电容器相当于2N 个相同的电容器并联，可旋转金属板的转角为θ时1()2()C NC θθ=①式中1()C θ为两相邻正、负极板之间的电容1()()4A C ksθθπ=②这里，()A θ是两相邻正负极板之间相互重迭的面积，有2000200200200012(2), 212(), 02()12(), 0212(2), 2R R A R R θπθθθπθθθπθθθθθπθθππθθθ⎧⨯--≤≤-⎪⎪⎪⨯+-≤≤⎪=⎨⎪⨯-≤≤-⎪⎪⎪⨯--<<⎩当当当当③由②③式得2000200120020001(2), 41(), 04()1(), 041(2), 4R ks R ksC R ks R ksθπθθθππθθθπθπθθθθπθπθππθθθπ⎧--≤≤-⎪⎪⎪+-≤≤⎪=⎨⎪-≤≤-⎪⎪⎪--<<⎩当当当当④由①④式得20002002002000(2), 2(), 02()(), 02(2), 2N R ks N R ks C N R ks N R ksθπθθθππθθθπθπθθθθπθπθππθθθπ⎧--≤≤-⎪⎪⎪+-≤≤⎪=⎨⎪-≤≤-⎪⎪⎪--<<⎩当当当当⑤（2）当电容器两极板加上直流电势差E 后，电容器所带电荷为()()θθ=Q C E⑥当0θ=时，电容器电容达到最大值max C ，由⑤式得20max2NR C ksθπ=⑦充电稳定后电容器所带电荷也达到最大值max Q ，由⑥式得20max2NR Q E ksθπ= ⑧断开电源，在转角θ取0θ=附近的任意值时，由⑤⑧式得，电容器内所储存的能量为2222max 0000() 2()4()θθθθπθθπθθ==-≤≤--Q NR E U C ks 当⑨设可旋转金属板所受力矩为()T θ（它是由若干作用在可旋转金属板上外力i F 产生的，不失普遍性，可认为i F 的方向垂直于转轴，其作用点到旋转轴的距离为i r ，其值i F 的正负与可旋转金属板所受力矩的正负一致），当金属板旋转θ∆（即从θ变为θθ+∆）后，电容器内所储存的能量增加U ∆，则由功能原理有()()()θθθθ∆=∆=∆=∆∑∑i i i i T Fr F l U⑩式中，由⑨⑩式得22200020()() 4()θθθθθπθθπθθ∆==-≤≤-∆-NR E U T ks 当⑪当电容器电容最大时，充电后转动可旋转金属板的力矩为2204θθπ=∆⎛⎫== ⎪∆⎝⎭U NR E T ks ⑫（3）当0cos V V t ω=，则其电容器所储存能量为 []222max min max min 02max min max min 020max min max min max min max min 2012111()()cos2cos 222111()()cos2(1cos2)422()()cos2()cos2()cos2cos28{(8m m m m U CV C C C C t V t C C C C t V t V C C C C t C C t C C t t V ωωωωωωωω=⎡⎤=++-⎢⎥⎣⎦⎡⎤=++-+⎢⎥⎣⎦=++++-+-=max min max min max min max min )()cos2()cos21()[cos2()cos2()]}2m m m C C C C t C C t C C t t ωωωωωω++++-+-++-⑬由于边缘效应引起的附加电容远小于max C ，因而可用⑦式估算max C ．如果m ωω≠，利用⑦式和题设条件以及周期平均值公式cos2=0 cos2=0, cos2()=0, cos2()=0m m m t t t t ωωωωωω+-,⑭可得电容器所储存能量的周期平均值为2221max min 001(1)()832NR U C C V V ksλ+=+=⑮如果m ωω=，⑭式中第4式右端不是零，而是1．利用⑦式和题设条件以及周期平均值公式的前3式得电容器所储存能量的周期平均值为222222max min 0max min 0max min 00111(3)()()(3)8161664NR U C C V C C V C C V V ks λ+=++-=+= ⑯由于边缘效应引起的附加电容与忽略边缘效应的电容是并联的，因而max C 应比用⑦式估计max C 大；这一效应同样使得min 0C >；可假设实际的max min ()C C -近似等于用⑦式估计max C ．如果m ωω≠，利用⑦式和题设条件以及周期平均值公式cos2=0 cos2=0, cos2()=0, cos2()=0m m m t t t t +-,⑰可得电容器所储存能量的周期平均值为2221max min 001(12)()832NR U C C V V ksλ+=+=⑱[如果m ωω=，⑭中第4式右端不是零，而是1．利用⑦式和题设条件以及周期平均值公式⑭的前3式得电容器所储存能量的周期平均值为 222222max min 0max min 0max min 00111(34)()()(3)8161664NR U C C V C C V C C V V ksλ+=++-=+= ⑲]212 U U U >因为，则最大值为，所对应的m ω为m ωω=⑳评分标准：本题22分．第（1）问6分，①②式各1分，③⑤式各2分；第（2）问9分，⑥⑦⑧⑨⑩式各1分（⑩式中没有求和号的，也同样给分；没有力的符号，也给分），⑪⑫式各2分；第（3）问7分，⑬⑭式各2分，⑮⑯⑳式各1分．七、（26分）（1）通有电流i 的钨丝（长直导线）在距其r 处产生的磁感应强度的大小为m iB k r=① 由右手螺旋定则可知，相应的磁感线是在垂直于钨丝的平面上以钨丝为对称轴的圆，磁感应强度的方向沿圆弧在该点的切向，它与电流i 的方向成右手螺旋．两根相距为d 的载流钨丝（如图（a ））间的安培力是相互吸引力，大小为2m k Li F B Li d∆=∆=② 考虑某根载流钨丝所受到的所有其他载流钨丝对它施加的安培力的合力．由系统的对称性可知，每根钨丝受到的合力方向都指向轴心；我们只要将其他钨丝对它的吸引力在径向的分量叠加即可．如图，设两根载流钨丝到轴心连线间的夹角为ϕ，则它们间的距离为2sin2d r ϕ=③由②③式可知，两根载流钨丝之间的安培力在径向的分量为22sin 2sin(/2)22m m r k Li k Li F r rϕϕ∆∆== ④它与ϕ无关，也就是说虽然处于圆周不同位置的载流钨丝对某根载流钨丝的安培力大小和方向均不同，但在径向方向上的分量大小却是一样的；而垂直于径向方向的力相互抵消．因此，某根载流钨丝所受到的所有其他载流钨丝对它施加的安培力的合力为222(1)(1)22-∆-∆==m m N k L I N k Li F r rN 内⑤其方向指向轴心． （2）由系统的对称性可知，所考虑的圆柱面上各处单位面积所受的安培力的合力大小相等，方向与柱轴垂直，且指向柱轴．所考虑的圆柱面，可视为由很多钨丝排布而成，N 很大，但总电流不变．圆柱面上ϕ∆角对应的柱面面积为s r L ϕ=∆∆⑥圆柱面上单位面积所受的安培力的合力为22(1)24m N N k Li N F P s r Lϕππ-∆∆==∆ ⑦由于1N ，有22(1)-=N N i I 内⑧ 由⑦⑧式得224π=m k I P r 内⑨ 代入题给数据得1221.0210N/m P =⨯ ⑩ 一个大气压约为5210N/m ，所以710atm P ≈⑪即相当于一千万大气压．（3）考虑均匀通电的长直圆柱面内任意一点A 的磁场强度. 根据对称性可知，其磁场如果不为零，方向一定在过A 点且平行于通电圆柱的横截面. 在A 点所在的通电圆柱的横截面（纸面上的圆）内，过A 点作两条相互间夹角为微小角度θ∆的直线，在圆上截取两段微小圆弧L 1和L 2，如图（b ）所示. 由几何关系以及钨丝在圆周上排布的均匀性，通过L 1和L 2段的电流之比/I I 12等于它们到A 点的距离之比/l l 12：111222==I L l I L l ⑫ 式中，因此有1212=m m I I k k l l ⑬ 即通过两段微小圆弧在A 点产生的磁场大小相同，方向相反，相互抵消．整个圆周可以分为许多“对”这样的圆弧段，因此通电的外圈钨丝圆柱面在其内部产生的磁场为零，所以通电外圈钨丝的存在，不改变前述两小题的结果．（4）由题中给出的已知规律，内圈电流在外圈钨丝所在处的磁场为=m IB k R内 ⑭方向在外圈钨丝阵列与其横截面的交点构成的圆周的切线方向，由右手螺旋法则确定．外圈钨丝的任一根载流钨丝所受到的所有其他载流钨丝对它施加的安培力的合力为222(1)(2)+ 22-∆∆+=∆=m m m M k L I I k I k L I I I F L RM M R RM外外内外内外外 ⑮式中第一个等号右边的第一项可直接由⑤式类比而得到，第二项由⑭式和安培力公式得到.因此圆柱面上单位面积所受的安培力的合力为22(2)24ϕπϕπ+∆==∆∆外外内外外m F k I I I M P R L R ⑯ 若要求2222244ππ+>外内外内（）m m k I I I k I R r ⑰ 只需满足<R r ⑱（5）考虑均匀通电的长直圆柱面外任意一点C 的磁场强度. 根据对称性可知，长直圆柱面上的均匀电流在该点的磁场方向一定在过C 点且平行于通电圆柱的横截面（纸面上的圆），与圆的径向垂直，满足右手螺旋法则. 在C 点所在的通电圆柱的横截面内，过C 点作两条相互间夹角为微小角度θ∆的直线，在圆上截取两段微小圆弧3L 和4L ，如图（c ）所示. 由几何关系以及电流在圆周上排布的均匀性，穿过3L 和4L 段的电流之比34/I I 等于它们到C 点。
[辅助参考]第13届全国中学生物理竞赛复赛详解
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2
方向沿着两心连线指向右。
五、 有一个用伸缩性极小且不漏气的布料制作的气球 （布的质量可以忽略不计） ， 直径为 d=2.0 米。球内充有压强 p0=1.005×105 帕的气体。该布料所能承受的最大不被撕破的力为 fm=8.5 ×103 牛顿/米（即对于一块展平的 1 米宽的布料，沿布面而垂直于布料宽度方向所施加的力 超过 8.5×103 牛顿时，布料将被撕破） 。开始时，气球被置于地面上，该处的大气压强为 pa0=1.000×105 帕，温度 T0=293 开。假设空气的压强和温度均随高度而线性地变化，压强的 变化为αp=-9.0 帕/米，温度的变化为αT=-3.0×10-3 开/米，问气球上升到多高时将破裂？假 设气球上升很缓慢， 可以认为球内温度随时与周围空气的温度保持一致。 在考虑气球破裂时， 可忽略气球周围各处和底部之间空气压强的差别。 解：将气球分为两个半球面，由受力平衡可得
U A U B I1r1 1
2
8
3 2 ka 32
解法二：设 AB 弦的电动势为 2 ，AB 弧的电动势为 1 ，由楞次定律可知电动势方向为 A 指 向 B 的方向（顺时针） 。由对称性和法拉第电磁感应定律可得
31
3 2
d dB 1 S B a 2 ka 2 1 ka 2 dt dt 3
、 I 2 ，则由带电源的欧姆定律可得 I2
31 ka2 2I1r1 I1r1
2r2 3 2 3 3ka 2 / 4 2 I 2 r2 I 2
1 I1r1 I 2 r2 2 0
I2 ，代入上述式子并考虑 2r1 3r2 ，可得 81 2 8I1r1 ，故 由电荷守恒知 I1 I 2 I1
第13届全国中学生物理竞赛(含参考答案)
第十三届全国物理竞赛复赛试题解答一、在各段电路上，感应电流的大小和方向如图复解13 - 1所示电流的分布，已考虑到电路的对称性，根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律，对半径为α的圆电路，可得 π2a k = 21r 1I + 1r 1I ' 对等边三角形三个边组成的电路，可得332a k / 4 = 22r 2I + 22r 2I '对由弦AB 和弧AB 构成的回路，可得（π2a -332a / 4）k / 3 = 1r 1I - 2r 2I考虑到，流进B 点的电流之和等于流出B 点电流之和，有1I + 2I =1I ' + 2I ' 由含源电路欧姆定律可得A U -B U = π2a k /3 - 1I 1r由以上各式及题给出的 2r = 21r / 3可解得A U -B U = - 32a k / 32二、解法一：1、分析和等效处理根据棱镜玻璃的折射率，棱镜斜面上的全反射临界角为c α= arcsin ( 1 / n ) ≈ 42 注意到物长为4mm ，由光路可估算，进入棱镜的近轴光线在斜面上的入射角大多在 45左右，大于临界角，发生全反射。
所以对这些光线而言，棱镜斜面可看成是反射镜。
本题光路可按反射镜成像的考虑方法，把光路“拉直”如图复解13 – 2 - 1所示。
现在，问题转化为正立物体经过一块垂直于光轴、厚度为6cm 的平玻璃板及其后的会聚透镜、发散透镜成像的问题。
2、求像的位置；厚平玻璃板将使物的近轴光线产生一个向右侧移动一定距离的像，它成为光学系统后面部分光路的物，故可称为侧移的物。
利用沿光轴的光线和与光轴成α角的光线来讨论就可求出这个移动的距离。
设轴上的物点为B 。
由于厚平玻璃板的作用（即侧移的物点）为B ′（如图复解13 – 2 - 2所示）。
画出厚平玻图复解13 - 111I图复解13 - 2 - 2图复解13 - 2 - 1璃板对光线的折射，由图可知 Δl = d （ctg α） 而 d = D （tg α- tg β） 所以 Δl = D （1 – tg α/ tg β） 当α为小角度时 tg β/ tg α≈sin β/ sin α= 1/n 故得 Δl = D （1 – 1 / n ）= 2 cm这也就是物AB 与它通过厚玻璃板所成的像之间的距离。
2013年全国中学生物理竞赛模拟试题第三套-答案
（1） 初态三个 ABC 静止释放，求释放瞬间绳 AC 上的张力。
（2） 初态三个物体静止，给 C 一个向下的冲量 J ，使得 C 的速度变为 v0 。
求 J ，并求此后瞬间绳子拉力 T 。
O
A
B
C
【解答】
（1）由几何关系，可知 AOC, BOC 为等边三角形，各内角均为 60 （1 分）
O
A
【解答】
极板之间电场强度为
EU l
故
（1 分）
E
U l2
l
（3 分）
由于小球做圆周运动，由牛顿第二定律
Eq tan m v2 h sin
（4 分）
假设摆角发生了变化 ，则小球位移 l ，电场力做功为
W Eqh sin
（8 分）
联系我们： 010-52926976 （办公时间） cpho@
arctan 30 （2 分）
由于球是力矩平衡的，所以支持力摩擦力合力、重力、杆对球的支持力三力交与一点。
这样 AB 的于过 O 点的重力所在的线的交点只能位于左图中红色阴影区域。（3 分） 情景一 交点在下端点处。由平面几何可知这时候 A 恰好位于重力线和支持力摩擦力合力所
在直线的交点处（因为 HOA 中恰好 OHA HOA 30 ，这样使得 OA 3 r ） 3
（1 分）
（3 分）
a 3V02 g
解得
l4
a' 3V02 g
l4
T 3 mg 6mV02
2
l
（3 分）
题三、（26 分）如图所示的平板电容（不考虑边界效应）其中，横截面积为 S ，极板间距为 l ，接在恒压电源U0 两极，上极板为正电。一个质量为 m ，电量为 q 的粒子被一根长度 为 h 的绝缘的轻绳连在电容器顶端（重力可以忽略）。初态电荷在水平面内做圆周运动，绳 与竖直方向夹角为 。当电容器下极板缓慢向下拉开一小段距离 l 时，假设电荷一直保持 圆周运动（这样电场力可以做功，不考虑角动量的问题），求绳子与竖直的夹角变化 。 提示：高中课内的求导公式： y xn; y ' nxn1 其中 n 1。 y cos x; y ' sin x
历届全国初中物理竞赛(光现象)
最近十年初中应用物理知识竞赛题分类解析专题4--光现象一．选择题1．（2013全国初中应用物理知识竞赛）验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发光；家用电器的遥控器发出的“光”，能用来控制电风扇、电视机、空调器等电器的开启与关闭。
对于它们发出的“光”，下列说法中正确的是( )A.验钞机和遥控器发出的“光”都是紫外线B.验钞机和遥控器发出的“光”都是红外线C.验钞机发出的“光”是紫外线，遥控器发出的“光”是红外线D.验钞机发出的“光”是红外线，遥控器发出的“光”是紫外线答案：C解析：验钞机是利用紫外线的荧光效应来鉴别钞票真伪，所以验钞机发出的“光”是紫外线。
遥控器利用红外线传递信号来遥控的，所以遥控器发出的“光”是红外线，选项C正确。
2．（2008株洲物理竞赛题）下列哪个情景中的“影”是由于光的折射产生的（）A．立竿见影B．毕业合影C．湖光倒影D．树影婆娑2．答案：B解析：立竿见影是光的直线传播，毕业合影是光通过凸透镜折射在底片上所成的实像，湖光倒影是光的反射所成的虚像，树影婆娑是光的直线传播。
3.（2007株洲物理竞赛题）电视机的开启关闭及频道选择可以通过遥控器实现. 遥控器用来控制电视机的是A.红光B.红外线C.紫光D.紫外线3.答案：B 解析：红外线可以用来遥控，遥控器用来控制电视机的是红外线。
4.（2002年全国初中应用物理知识竞赛题）小明的写字台上有一盏台灯。
晚上在灯前学习时，铺在台面上的玻璃“发出”刺眼的亮光，影响阅读。
在下面的解决方案中，最简单、效果最好的是A．把台灯换成吊灯B．把台灯放在正前方C．把台灯移到左臂外侧D．把台灯移到右臂外侧4.答案：C 解析：铺在台面上的玻璃“发出”刺眼的亮光一般是由于台灯可能正好在人的正前方，从而有较强的反射光朝人反射，如将台灯移到人的侧旁，即可避免这种现象。
通常人以右手写字，则应以台灯移到左臂外侧最好。
如果台灯移到右臂外侧时，右手的影子将落到纸上，影响看书写字。
2013年全国初中应用物理竞赛试题及答案
一、本题共10小题（每小题2分，共20分）( )1.验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发光；家用电器的遥控器发出的“光”，能用来控制电风扇、电视机、空调器等电器的开启与关闭。
对于它们发出的“光”，下列说法中正确的是A.验钞机和遥控器发出的“光”都是紫外线B.验钞机和遥控器发出的“光”都是红外线C.验钞机发出的“光”是紫外线，遥控器发出的“光”是红外线D.验钞机发出的“光”是红外线，遥控器发出的“光”是紫外线( )2.在严寒的冬季，小明到滑雪场滑雪，恰逢有一块空地正在进行人工造雪。
他发现造雪机在工作过程中，不断地将水吸入，并持续地从造雪机的前方喷出“白雾”，而在“白雾“下方，已经沉积了厚厚的一层“白雪”，如图1所示。
对于造雪机在造雪过程中，水这种物质发生的最主要的物态变化，下列说法中正确的是A.凝华B.凝固C.升华D.液化( )3.在有些地区，人们常在小河边洗衣服。
如图2所示，水里，然后提出来放在石板上，用木棒捶打，水花四溅……，被洗净为止。
这里，用木棒捶打的主要目的是A.把衣服上的灰尘打碎，以便于洗涤人们先把脏衣服浸泡在河如此反复多次，直到衣服B.增大木棒与灰尘之间的摩擦，将灰尘带走C.迫使湿衣服里面的水从衣服纤维之间的缝隙中高速喷出，利用高速水流将灰尘冲洗掉D.木棒捶打，使衣服突然运动起来，而衣服上的灰尘由于具有惯性仍然静止，从而使灰尘脱离衣服( )4.如图3所示，海北中学有一个跑道为400 m的操场，在操场的主席台和观众席上方一字形排列着A、B、C三个相同的音箱。
在一次运动会的开幕式上，站在操场中的所有同学都可以听到音箱发出的足够大的声音，但站在某些位置的同学却感觉听不清音箱中播放的内容，在图3的l、2、3三个位置中，位于哪个位置附近的同学应该是“感觉听不清”的？A.1B.2C.3D.在哪个位置都一样( )5.炒菜时如果发生油锅起火现象，下列做法中最不应该的是A.加一些冷油，降低温度B.立刻盖上锅盖C.立即向锅内倒入冷水来灭火D.将蔬菜倒入油锅内( )6.北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS)。
2013年下学期九年级物理竞赛试题.doc
2013年下学期九年级物理竞赛试题时间：60min 满分：100一、选择题（每小题3分，共30分）1、有A 、B 、C 三个由同种材料制成的金属球，它们的质量分别为128g 、400g 、60g ，体积分别为16cm 3、50 cm 3、12 cm 3，则（ ）A 、A 球一定是空心的B 、B 球一定是空心的C 、C 球一定是空心的D 、它们一定都是空心的2.把一蜡块放入盛满酒精的容器中，溢出酒精的质量是4克；若把该蜡块放入盛满水的容器中，已知ρ蜡＝0.9×103kg ／m 3，ρ酒精＝0.8×103kg ／m 3，则溢出水的的质量是（容器足够大）（ ） A ．4g B ．4.5g C ．5g D ．3.6g 3、如图所示，将两个轻质弹簧测力计的挂钩钩在一起，然后用两只手捏住外壳上的环水平地用力向两侧拉，当弹簧测力计静止时：（ ）A ．手对拉环的拉力F1、F2大小相等且若均为F ，则弹簧测力计的示数为2F 。
B ．手对拉环的拉力F1、F2大小相等且若均为F ，则弹簧测力计的示数为零。
C ．手对拉环的拉力F1、F2大小相等且若均为F ，则弹簧测力计的示数为F 。
D ．手对拉环的拉力F1、F2大小相等且若均为F ，则弹簧测力计的示数为F/2。
4、在图所示的电路中，闭合开关K 后，下列判断正确的是( ) A 、电流表A 1的示数和电流表A 2的示数都增大。
B 、电流表A 1的示数和电流表A 2的示数都不变。
C 、电流表A 1的示数不变，电流表A 2的示数增大。
D 、电流表A 1的示数减小，电流表A 2的示数不变5、了解社会，从了解自己开始，对于一名初中生来讲，下面的说法中错误的是（ ） A ．他的质量大约是50 kg B ．他的身高大约是160 cm C ．他的密度大约是0.5×103 kg/m 3 D ．他的正常体温大约是37 ℃6、白炽灯泡的灯丝常制成螺旋状，这样做的目的是( )A ．便于灯丝散热，防止灯丝熔断。
初中物理竞赛-初中应用2013年复赛解答
2013年上海市第二十七届初中物理竞赛（大同中学杯）复赛试题答案解析说明：1.本试卷共有五大题，答题时间为120分钟，试题满分为150分。
2.答案及解答过程均写在答题纸上。
其中第一、第二和第四大题只要写出答案，不写解答过程；第二、第五大题按题型要求写出完整的解答过程。
解答过程中可以使用计算器。
3.考试完毕后将试卷和答题纸一并交给监考人员。
4.本试卷中常数g取10牛／千克；水的密度为1.00×103干克／米3，水的比热容4.2×103焦／（千克·℃）；空气密度为1.29干克／米3；sin37°=0.6,cos37°=0.8。
一、选择题（以下每题只有一个选项符合题意，每小题4分，共32分）题号 1 2 3 4 5 6 7 8答案 B C C A D D B D1、据报道，我国载人空间站工程已正式启动实施，2020年前后将建成规模较大、长期有人参与的国家级太空实验室。
在太空实验室中可以正常使用的实验器具是（）A．天平、测力计、电磁炉、微波炉；B．测力计、液体温度计、微波炉、指针式电压表；C．机械式秒表、超声波测距仪、液体式气压计；D．测力计、滴（液）管、数字式电压表和电流表。
解析：载人空间站处于完全失重状态，一切与重力相关的仪器均不能使用。
在太空实验室中可以正常使用的实验器具是测力计、液体温度计、微波炉、指针式电压表、机械式秒表、超声波测距仪、数字式电压表和电流表、电磁炉。
而天平、液体式气压计、滴（液）管不能使用，选项B正确。
2、我国载人神舟飞船返回舱的表面有一层叫做“烧蚀层”的物质（如图1所示），可以在返回大气层时保护返回舱不因高温而烧毁。
烧蚀层能起这种作用，除了它的隔热性能外，还主要由于（）A.它能把热辐射到宇宙空间；B.它的硬度大，飞行时不易损坏；C.它在汽化时能吸收大量的热；D.它的表面非常光滑，能减少舱体与空气的摩擦。
图1 图2解析：“烧蚀层“的物质在遇到高温时会发生熔化和汽化现象，在熔化和汽化时能吸收大量的热，故可以保证飞船温度不至于太高；故选C．3、在蜻蜓翅膀末端的前缘，会看到有一块加厚而发暗的色素斑，生物学上它被称为“翅痣”,如图2所示，它的作用可能是（）A.吸收太阳的光能，产生飞行的动力；B.发出超声波，通过吸收反射波辨别方位，给蜻蜓的飞行导航；C.调整翅膀的振动，减弱飞行过程中翅膀上的有害振动；D.就像人的眼睛一样，通过吸收红外线，来获取外界的信息。
2013年第二十三届全国初中应用物理竞赛试题及答案
思诺尖子生决胜2014中考冲刺集训营选拔物理试题一、本题共10小题，每小题2分，共20分。
1.验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发光；家用电器的遥控器发出的“光”，能用来控制电风扇、电视机、空调器等电器的开启与关闭。
对于它们发出的“光”，下列说法中正确的是 ( )A.验钞机和遥控器发出的“光”都是紫外线B.验钞机发出的“光”是紫外线，遥控器发出的“光”是红外线C.验钞机和遥控器发出的“光”都是红外线D.验钞机发出的“光”是红外线，遥控器发出的“光”是紫外线2.在严寒的冬季，小明到滑雪场滑雪，恰逢有一块空地正在进行人工造雪。
他发现造雪机在工作过程中，不断地将水吸入，并持续地从造雪机的前方喷出“白雾”，而在“白雾“下方，已经沉积了厚厚的一层“白雪”，如图示。
对于造雪机在造雪过程中，水这种物质发生的最主要的物态变化，下列说法中正确的是 ( )A.凝华B.凝固C.升华D.液化’3.在有些地区，人们常在小河边洗衣服。
如图示，人们先把脏衣服浸泡在河水里，然后提出来放在石板上，用木棒捶打，水花四溅……，如此反复多次，直到衣服被洗净为止。
这里，用木棒捶打的主要目的是( )A.把衣服上的灰尘打碎，以便于洗涤B.增大木棒与灰尘之间的摩擦，将灰尘带走C.迫使湿衣服里面的水从衣服纤维之间的缝隙中高速喷出，利用高速水流将灰尘冲洗掉D.木棒捶打，使衣服突然运动起来，而衣服上的灰尘由于具有惯性仍然静止，从而使灰尘脱离衣服4.如图示，海北中学有一个跑道为400 m的操场，在操场的主席台和观众席上方一字形排列着A、B、C三个相同的音箱。
在一次运动会的开幕式上，站在操场中的所有同学都可以听到音箱发出的足够大的声音，但站在某些位置的同学却感觉听不清音箱中播放的内容，在图中的l、2、3三个位置中，位于哪个位置附近的同学应该是“感觉听不清”的？ ( )A.1B.2C.3D.在哪个位置都一样5.炒菜时如果发生油锅起火现象，下列做法中最不应该的是 ( )A.加一些冷油，降低温度B.立刻盖上锅盖C.立即向锅内倒入冷水来灭火D.将蔬菜倒入油锅内6.北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS)。
2013年第二十三届全国初中应用物理竞赛复赛
2013 全国物理比赛年第二十三届初中应用)试题word1、验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发光；家用电器的遥控器发出的“光”，能用来控制电电扇、电视机、空调器等电器的开启与封闭。
对于它们发出的“光”，以下说法中正确的选项是( ) A.验钞机和遥控器发出的“光”都是紫外线 B .验钞机和遥控器发出的“光”都是红外线5、炒菜时假如发生油锅起火现象，以下做法中最不该当的是( ) C.验钞机发出的“光”是紫外线，遥控器发出的“光”是红外线A.加一些冷油，降低温度 B.马上盖上锅盖 D .验钞机发出的“光”是红外线，遥控器发出的“光”是紫外线 C .马上向锅内倒入冷水来灭火 D. 将蔬菜倒入油锅内2、在寒冷的冬天，小明到滑雪场滑雪，恰逢有一块空地正在进行人工造雪。
他发现造雪机在工作过程中，不停地6、北斗卫星导航系统是我国自行研制的全世界卫星定位与通讯系统(BDS)。
系统由空间端、地面端和用户端（导航仪）将水吸入，并持续地从造雪机的前面喷出“白雾”，而在“白雾“下方，已经堆积了厚厚的一层“白雪”，如图 1 所构成，所有建成后可在全世界范围内为各类用户供给高精度、高靠谱定位、导航、授时服务。
2012 年12 月27 日，北斗示。
对于造雪机在造雪过程中，水这类物质发生的最主要的物态变化，以下说法中正确的选项是( )导航业务正式对亚太地域供给无源定位、导航、授时服务。
对于“BDS的”工作过程，以下说法正确的选项是( ) A.凝华 B.凝结 C.升华 D.液化A.导航仪只好接收地面端的中心控制系统的信息而不可以接收导航卫星的信息 B.导航仪只能接收导航卫星的信息而不可以导游航卫星发送信息 C .导航卫星发射的电磁波不可以在真空中流传 D .导航仅与导航卫星之间是经过电磁波传达信息的7、小明学习了电路知识后，想利用发光二极管设计一个带开关指示灯的照明电路，晚间封闭照明灯后，利用二极管发出的光指示开关所在的地点。
初中物理竞赛辅导资料-分类详细解析附答案-专题15--电流与电路
最近十年初中应用物理知识竞赛题分类解析专题15--电流与电路一．选择题1.（2013全国初中应用物理知识竞赛题）小明学习了电路知识后，想利用发光二极管设计一个带开关指示灯的照明电路，晚间关闭照明灯后，利用二极管发出的光指示开关所在的位置。
他共设计了4个电路，如图4所示，其中L 为白炽灯，规格为(<220V 60W), D 为发光二级管，规格为(1.2V 0.01A)、S 为单刀双掷开关、R 为限流电阻。
图4中能够满足要求的电路是( )答案：A解析：能够满足要求的电路应该是：开关打开时，发光二极管接通发光；开关闭合时白炽灯接通发光，所以电路A 正确。
2．（2007上海初中物理竞赛题）现有两种智能开关。
一种是“光控开关”，其特点是天黑时开关自动闭合，天亮时开关自动断开。
另一种是“声控开关”，其特点是当有人走动发出声音时，开关自动闭合；无人走动时，开关自动断开。
利用上述开关来控制楼道里的照明灯，既能合理照明又能节约用电，则下列电路图中符合要求的是 ()2.答案：D解析：楼道里的照明灯应该天黑时“光控开关”自动闭合，有人走动发出声音时“声控开关”自动闭合，两开关串联可满足合理照明且节约用电，选项D 正确。
3．（湖州市第一届诺贝尔杯科学竞赛题）下图所示的各个电路中，开关都闭合后，小灯泡L 1、L2图4都能发光的是3．答案：C解析：图A和图B中开关都闭合后，小灯泡L2短路，小灯泡L1发光；图D中开关都闭合后，小灯泡L1短路，小灯泡L2发光；图C中开关都闭合后，小灯泡L1、L2都能发光，选项C正确。
4．（2004年第14界全国初中应用物理知识竞赛题）下图给出了小明设计的楼梯照明电灯的四种控制电路，其中S1、S2分别为楼上和楼下的开关（都是单刀双掷开关）。
要求拨动其中任一开关，都能改变电灯原来的发光或熄灭状态，在实际中应用最好的方案是（）4．答案：A解析：图A中两个开关都是控制火线，开关断开时，照明电灯不带电，在实际中应用最好，选项A 正确。
第13届全国中学生物理竞赛复赛试题
第十一届全国中学生物理竞赛预赛试卷(2002-11-18 14:28:04)班别________姓名_________1、有以固定的斜面，倾角为45°，斜面长为2米，在斜面下端有一与斜面垂直的挡板。
一质量为m的质点，从斜面的最高点沿斜面下滑，初速度为1米/秒。
质点沿斜面下滑到斜面最底端与挡板发生弹性碰撞。
已知质点与斜面间的滑动摩擦因数为0.20。
（1）试求此质点从开始运动到与挡板发生第10次碰撞的过程中的总路程。
（2）求质点从开始运动到最后停下来的过程中的总路程。
2．如图所示为两个横截面积均为S=100cm2的圆筒。
左筒内充满氧气，体积V左=22.4L，压强=760mmHg，温度T左=273K；右筒内有同种气体，质量M右=64g体积V右=22.4L，温度T右=273K，左筒筒壁绝热，右筒靠大热库维持恒定的00C的温度。
整个系统在真空中，放开左、右筒相联的活塞后，活塞移动了L=50cm后达到平衡而静止，设活塞与筒壁之间无摩擦。
求右筒内的气体吸收了多少热量？3．半径分别为r1和r2（r1：r2=5：1）的；两金属细齿轮互相吻合地装配在一起，如图所示，它们的转轴半径均为。
整个装置放在磁感应强度为B的均匀磁场中，磁场的方向平行于转轴。
两转轴通过金属支架互相连通。
当两齿轮互相接触时，量得两齿轮边缘之间的电阻为R。
现将一其质量为m的物体用轻绳绕在大齿轮的轴上，忽略摩擦损耗，求悬挂物体在重力作用下匀速下落的速度。
4、如图所示，一质量为M，长为l的长方形木板B，放在光滑的水平地面上，在其右端放一质量为m的小木块，且m<M。
现以地面为参照系，给A和B以大小相等，方向相反的初速度，使A开始向左运动，B开始向右运动，且最后A没有滑离木板B，求以地面为参照系时小木块A的最大位移是多少？摩擦力做的功为多大？5．为了用一个电压为U=5伏的大功率电源给电动势=12伏的蓄电池充电，用一只电感为L=1亨的电感线圈与一只二极管D和自动开关S组成的电路，如图所示。
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2013年第二十三届全国初中应用物理竞赛复赛试题
注意事项；
1．请在密封线内填写所在地区、学校、姓名和考号。
2．用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。
3．本试卷共有六个大题，满分为l00分.
4．答卷时间：2013年4月l4日（星期日）上午9：30～11：10。
一、（16分）图l甲所示的手动液压小吊车广泛适用于工厂、矿山、码头、建筑工地等场所，用来完成机器安装、货物装卸等任务。
起重臂由内外两根横截面均为长方形的铜管套在一起组成。
通过调节内管在外管中的长度可以改变起重臂的长度。
若起重臂处在图l丙所示的水平位置和长度的情况下，它最多能吊起800kg的重物而不会发生翻倒，且已知该手动液压小吊车的总质量为400kg。
问：
1．当保持起重臂的水平位置不变而将其长度调整为图1乙所示情况，通过计算说明该手动液压小吊车可否吊起500kg的重物？
2．该手动液压小吊车在图l丙所示状况下，，匀速吊起400kg重物的过程中，前后支撑轮的每个轮子对地面的压力多大？
二、(16分)有一种由电动机与水泵共轴安装组成的电动水泵，如图2所示。
它广泛用于工厂、矿山、农田等场所，担负排灌作业。
下表为某种型号的电动承泵的技术数据：
注：表格中的扬程为水泵进水管所在水面到水泵出水口之间的高度。
在该电动水泵正常工作时，请计算
1．水泵出水口处水的流速大小；
2．水泵的效率η。
（出水口处水流的动能可忽略不计，取g=10N／kg）
三、(16分)15岁的小明和爸爸妈妈一起去某古镇旅游时，发现了一处“酿洒作坊”，还在酿造某种当地特产的白酒。
作坊里的一些装置（如图3所示）引起了她的好奇心。
导游介绍说这个装置名为“木榨”，将事先经过浸泡、蒸煮、发酵的糯米和水的混合物（称为“酒醪”）装入绢袋，再放入右侧的榨箱内（榨箱下面铺有竹帘），盖上压板和砧木，将横梁的一端卡在右边立架的F点，用E点压住砧木，左端的D点被一根竖直的木条与下面的木架AC的B点连接起来，然后在本架左边的A处木板上放上沉重的石条来施加持续的压力，就可以将酒醪中的液体压榨出来。
他站在木榨侧面正对着木榨拍下了此照片，回到家后用刻度尺测量了照片上的一些尺寸，如图3（单位：mm）。
1．他当时用自己的手测测了旁边放置的石条，每块宽约l拃（1“柞”为尽力伸开手掌后，拇指尖到中指尖的距离），长约为2拃加一掌宽，厚约为一掌宽，他还查阅了石头的密度，发现各种石头的密度一般不同，就选了其中一种石头密度值ρ=2.7×l03kg/m3；根据这些数据估算每块石条的质量，进而估算当在A处增加5块石条时，砧木受到的压力的增加量。
2．在酒坊另一个角落，有两个用粗管连接的圆柱形容器．如图4甲所示，上面分别写着“蒸馏锅”和“冷却池”。
将压榨出的酒液放入蒸馏锅内，将上盖密封后，在底部用柴火加热；从冷却池的上方可以看到，池内的水中浸泡着一段螺旋状的管道，外壁分别接有两个水管和一个出酒管，如图4乙所示。
冷却池里的管道为什么要做成这种形状？
3.试分析冷水应该从冷却池的A、B那个口进入，为什么？
4.从冷却池出酒口流出的酒液和蒸馏锅内剩下的液体相比，哪个的密度大？为什么？
四、（16分）有一种由磁性开关控制的自动水位控制装置，其基本原理结构如图5所示：当储水槽内的水位降低到某一位置时，弹簧的弹力会克服水的压力将活塞向右推，当环形电磁铁到达干簧管2正下方时，由于磁化使得干簧管接通，送入电信号至控制电路，使水泵电动机与电源接通，水泵开始向储水槽内送水；当储水槽内的水位升高到某一位置时，水的压力克服弹簧弹力将活塞向左推，当环形电磁铁到达干簧管l正下方时，由于磁化使得干簧管接通，送入电信号至控制电路，使水泵电动机与电源断开，．水泵停止工作。
1．若弹簧的弹力F与压缩时的形变ΔL之闻的关系巍F＝kΔL，其中k=9N/cm，活塞的直径D ＝4cm，当环形电磁铁到达干簧管l正下方时，弹簧的形变为ΔL2＝4cm，此时储水槽内的水深为多少（不计活塞受到的摩擦力，圆周率取3）?
2．若希望储水槽内水位h1降低到0.15m时，水泵就开始向储水槽供水，则干簧管1和2的触点间隔L应为多少？
3．若储水槽为长方体，其底边的尺寸为l．5m×2m，水泵的流量为0.16m3/min，出水口始终开着，流量为0.01m3／min，求水泵每次向储水槽加水时，要工作多久才会停止？
五、(18分)图6甲是小明家的调温电熨斗，额定电压为220V，其电热丝的额定功率为800W，图6乙是其原理图。
l。
小明为了搞明白电熨斗的工作原理，专门查阅了相关资料，得知：(1)双金属片是把长和宽都相同的铜片和铁片紧紧地粘在一起做成的。
受热时，由于铜片膨胀得比铁片明显，双金属片便会向铁片一侧弯曲。
(2)调温电熨斗的双金属位于金属底板上方附近。
请回答：调温电熨斗在工作过程中是如何实现金属底板温度基本恒定的？如果想提高金属底板的设定温度，应将升降螺丝向上移动还是向下移动？
2．小明在使用电熨斗时发现，室温不变，设定温度越高，每1min电熨斗的工作指示灯亮的时间越长；进一步研究又发现，当设定温度不变，环境温度越低，每1min电熨斗的工作指示灯亮的时间越长。
小明查阅资料锝知，其他条件相同，两个物体间温度差不太大的情况下，散热速度与温度差成正比。
小明为了探究该电熨斗的散热速度和电熨斗底板与环境温度差的关系，在电熨斗底扳已然达到设定温度后将其竖直放置处于等待状态的情况下，通过实验得到如下数据：
假定电熨斗每1s散发的热量为Q，请你帮助小明写出Q与Δt的关系式。
3．利用第2问的结果回答：如果使用该电熨斗在温度为20℃的房间熨烫毛料西服，要求电熨斗表面温度约为180℃。
问该电熨斗表面温度已然达到要求，在竖直放置处于等待状态的情况下，电热丝每1min内将消耗多少电能？
六、(18分)目前市场上有一种热水器叫做“空调热水器”，又名“冷气热水器”，顾名思义，就是可同时提供空调制冷和热水供应的热水器。
其最大的好处是相比传统的电热水器和燃气热水器，这种热水器非常节能。
其原理与普通的空调相似，如图7所示。
1．根据图7简述这种热水器的工作原理。
2．以下为某种品牌的三种型号“空调热水器”的测定参数（在环境温度20℃，迸水温度20℃时测定）：
请根据上表数据计算或分析：
(1)根据型号A的热水产率，计算说明为什么这种“空调热水器”比传统的电热水器更节能[水的比热容c水=4.2×103J/ (kg℃)]；
(2)这种热水器有一种性能参数叫做“能效比”，其定义为：当水吸收Q的热量，电流所做的功为W时，能效比η=Q//W。
A型热水器的能效比为多少？
3．若B型与其他两种型号的能效比相同，而出水温度只要求达到45℃时，它的实际热水产率会是多少？
2013年第二十三届全国初中应用物理竞赛复赛试题
参考答案及评分标准
一、解：
二、解：
三、解：
四、解：
五、解：
六、解：。