第十六届全国高中生物理竞赛复赛试题及答案.
高中生物理竞赛复赛试题及答案
全国中学生物理竞赛复赛试题全卷共六题，总分为140分。
一、（20分）一汽缸的初始体积为0V ，其中盛有2mol 的空气和少量的水（水的体积可以忽略）。
平衡时气体的总压强是3.0atm ，经做等温膨胀后使其体积加倍，在膨胀结束时，其中的水刚好全部消失，此时的总压强为2.0atm 。
若让其继续作等温膨胀，使体积再次加倍。
试计算此时：1.汽缸中气体的温度；2.汽缸中水蒸气的摩尔数；3.汽缸中气体的总压强。
假定空气和水蒸气均可以当作理想气体处理。
二、（25分）两个焦距分别是1f 和2f 的薄透镜1L 和2L ，相距为d ，被共轴地安置在光具座上。
1. 若要求入射光线和与之对应的出射光线相互平行，问该入射光线应满足什么条件？2. 根据所得结果，分别画出各种可能条件下的光路示意图。
三、（25分）用直径为1mm 的超导材料制成的导线做成一个半径为5cm 的圆环。
圆环处于超导状态，环内电流为100A 。
经过一年，经检测发现，圆环内电流的变化量小于610A －。
试估算该超导材料电阻率数量级的上限。
提示：半径为r 的圆环中通以电流I 后,圆环中心的磁感应强度为02I B rμ= ,式中B 、I 、r 各量均用国际单位，720410N A μπ=⨯⋅－－。
四、（20分）经过用天文望远镜长期观测，人们在宇宙中已经发现了许多双星系统，通过对它们的研究，使我们对宇宙中物质的存在形势和分布情况有了较深刻的认识。
双星系统由两个星体构成，其中每个星体的线度都远小于两星体之间的距离。
一般双星系统距离其他星体很远，可以当作孤立系统处理。
现根据对某一双星系统的光度学测量确定，该双星系统中每个星体的质量都是M ，两者相距L 。
他们正绕两者连线的中点作圆周运动。
1. 试计算该双星系统的运动周期T 计算。
2. 若实验上观测到的运动周期为T 观测，且:1:1)T T N =>观测计算。
为了解释T 观测与T 计算的不同，目前有一种流行的理论认为，在宇宙中可能存在一种望远镜观测不到的暗物质。
第16届全国中学生物理竞赛复赛试题与答案1999年
第十六届全国中学生物理竞赛复赛试题全卷共六题，总分为140分。
（16届复赛）一、（20分）一汽缸的初始体积为0V ，其中盛有2mol 的空气和少量的水（水的体积可以忽略）。
平衡时气体的总压强是3.0atm ，经做等温膨胀后使其体积加倍，在膨胀结束时，其中的水刚好全部消失，此时的总压强为2.0atm 。
若让其继续作等温膨胀，使体积再次加倍。
试计算此时：1.汽缸中气体的温度；2.汽缸中水蒸气的摩尔数；3.汽缸中气体的总压强。
假定空气和水蒸气均可以当作理想气体处理。
一、参考解答1 只要有液态水存在，平衡时汽缸中气体的总压强就等于空气压强与饱和水蒸气压强之和： 3.0atm p p p =+=总空饱00 （1）第一次膨胀后 102V V =2.0atm p p p =+=总空饱11 （2）由于第一次膨胀是等温过程，所以0102p V p V p V ==空空空011 （3） 解（1）、（2）、（3）三式，得1.0atm p =饱 （4）2.0atm p =空0 （5） 1.0atm p =空1 （6）由于 1.0atm p =饱，可知汽缸中气体的温度0373K T = （7）根据题意，经两次膨胀，气体温度未改变。
2 设水蒸气为mol γ水．经第一次膨胀，水全部变成水蒸气，水蒸气的压强仍为p 饱，这时对于水蒸气和空气分别有10p V RT γ=饱水 （8） 1002p V RT RT γ==空1空 （9）由此二式及（5）、（6）式可得2mol γ=水 （10） 3. 在第二次膨胀过程中，混合气体可按理想气体处理，有21p V p V =总2总1 （11）1999年由题意知，204V V =，102V V =，再将（2）式代入，得1.0atm p =总2 （12）（16届复赛）二、（25分）两个焦距分别是1f 和2f 的薄透镜1L 和2L ，相距为d ，被共轴地安置在光具座上。
1. 若要求入射光线和与之对应的出射光线相互平行，问该入射光线应满足什么条件？ 2. 根据所得结果，分别画出各种可能条件下的光路示意图。
第16届全国中学生物理竞赛复赛试题(含解析)
第十六届全国中学生物理竞赛复赛试题全卷共六题，总分为140分。
一、（20分）一汽缸的初始体积为0V ，其中盛有2mol 的空气和少量的水（水的体积可以忽略）。
平衡时气体的总压强是3.0atm ，经做等温膨胀后使其体积加倍，在膨胀结束时，其中的水刚好全部消失，此时的总压强为2.0atm 。
若让其继续作等温膨胀，使体积再次加倍。
试计算此时：1.汽缸中气体的温度；2.汽缸中水蒸气的摩尔数；3.汽缸中气体的总压强。
假定空气和水蒸气均可以当作理想气体处理。
二、（25分）两个焦距分别是1f 和2f 的薄透镜1L 和2L ，相距为d ，被共轴地安置在光具座上。
1. 若要求入射光线和与之对应的出射光线相互平行，问该入射光线应满足什么条件？2. 根据所得结果，分别画出各种可能条件下的光路示意图。
三、（25分）用直径为1mm 的超导材料制成的导线做成一个半径为5cm 的圆环。
圆环处于超导状态，环内电流为100A 。
经过一年，经检测发现，圆环内电流的变化量小于610A －。
试估算该超导材料电阻率数量级的上限。
提示：半径为r 的圆环中通以电流I 后,圆环中心的磁感应强度为02IB r μ= ,式中B 、I 、r 各量均用国际单位，720410N A μπ=⨯⋅－－。
四、（20分）经过用天文望远镜长期观测，人们在宇宙中已经发现了许多双星系统，通过对它们的研究，使我们对宇宙中物质的存在形势和分布情况有了较深刻的认识。
双星系统由两个星体构成，其中每个星体的线度都远小于两星体之间的距离。
一般双星系统距离其他星体很远，可以当作孤立系统处理。
现根据对某一双星系统的光度学测量确定，该双星系统中每个星体的质量都是M ，两者相距L 。
他们正绕两者连线的中点作圆周运动。
1. 试计算该双星系统的运动周期T 计算。
2. 若实验上观测到的运动周期为T 观测，且:1:1)T T N =>观测计算。
为了解释T 观测与T 计算的不同，目前有一种流行的理论认为，在宇宙中可能存在一种望远镜观测不到的暗物质。
第16届全国中学生物理竞赛预赛题参考解答
第16届全国中学生物理竞赛预赛题参考解答一、参考解答1. 五，杨振宁、李政道、丁肇中、朱棣文、崔琦2. 反物质3. 月球，月球、火星二、参考解答1. 物块放到小车内以后，由于摩擦力的作用，当以地面为参考系时，物块将从静止开始加速运动，而小车将做减速运动，若物块到达小车顶后缘时的速度恰好等于小车现在的速度，则物块就刚好不脱落。
令v 表示现在的速度，在那个过程中，若以物块和小车为系统，因为水平方向未受外力，因此此方向上动量守恒，即0()Mv m M v =+ （1） 从能量来看，在上述过程中，物块动能的增量等于摩擦力对物块所做的功，即 2112mv mg s μ= （2） 其中1s 为物块移动的距离。
小车动能的增量等于摩擦力对小车所做的功，即 22021122Mv mv mgs μ-=- （3） 其中2s 为小车移动的距离。
用l 表示车顶的最小长度，则21l s s =- （4） 由以上四式，可解得202()Mv l g m M μ=+ （5） 即车顶的长度至少应为202()Mv l g m M μ=+。
2．由功能关系可知，摩擦力所做的功等于系统动量的增量，即 22011()22W m M v Mv =+- （6） 由（1）、（6）式可得 202()mMv W m M =-+ （7）三、参考解答设容器的截面积为A ，封闭在容器中的气体为ν摩尔，阀门打开前，气体的压强为0p 。
由理想气体状态方程有00p AH RT ν= （1）打开阀门后，气体通过细管进入右边容器，活塞缓慢向下移动，气体作用于活塞的压强仍为0p 。
活塞对气体的压强也是0p 。
设达到平稳时活塞的高度为x ，气体的温度为T ，则有0()p H x A RT ν+= （2）依照热力学第一定律，活塞对气体所做的功等于气体内能的增量，即 003()()2p H x A R T T ν-=- （3）由（1）、（2）、（3）式解得 25x H =（4） 075T T = （5）四、参考解答 设线框的dc 边刚到达磁场区域上边界'PP 时的速度为1v ，则有 2112mv mgh = （1） dc 边进入磁场后，按题意线框尽管受安培力阻力作用，但依旧加速下落．设dc 边下落到离'PP 的距离为1h ∆时，速度达到最大值，以0v 表示那个最大速度，这时线框中的感应电动势为10Bl v =E线框中的电流 10Bl v I R R==E 作用于线框的安培力为 22101B l F Bl I Rv == （2） 速度达到最大的条件是安培力F mg =由此得 0221mgR v B l = （3） 在dc 边向下运动距离1h ∆的过程中，重力做功1G W mg h =∆，安培力做功F W ，由动能定理得 22011122F G W W mv mv +=-将（1）、（3）式代入得安培力做的功 32214412F m g R W mg h mgh B l =-∆+- （4） 线框速度达到0v 后，做匀速运动．当dc 边匀速向下运动的距离为221h l h ∆=-∆时，ab 边到达磁场的边界'PP ，整个线框进入磁场．在线框dc 边向下移动2h ∆的过程中，重力做功G W '，安培力做功F W '，但线框速度未变化，由动能定理0F G W W ''+=221()F G W W mg h mg l h ''=-=-∆=--∆ （5）整个线框进入磁场后，直至dc 边到达磁场区的下边界'QQ ，作用于整个线框的安培力为零，安培力做的功也为零，线框只在重力作用下做加速运动。
第十六届全国中学生物理竞赛参考解答-推荐下载
v1 0 ，由 u2
2-3．
三、参考解答
f2 f1
v1 可知， u2
0 ，又由 u2 v2
根据题中所给的条件，当圆环内通过电流 I 时，圆环中心的磁感应强度 B 0 1
2r
穿过圆环的磁通量可近似为 BS 0 Ir 2
根据法拉第电磁感应定律，电流变化产生的感生电动势的大小 E 0 r I t 2 t
是通过该点射向 L1 的入射光线都和对应的出射光线相互平行．
2．由所得结果（5）式可以看出，当 d f1 f2 时， u1 0 ，此情况下的光路图就是图复解16-2-1．
当 d f1 f2 时， u1 ， 0 ，此时入射光线和出射光线均平行于主轴，光路如图复解16-2-
2．
当 d f1 f2 时， u1 0 ，这表明 P 点在 L1 的右方，对 L1 来说，它是虚物．由（1）式可知，此时
AB 经透镜 L1 折射后沿 BC 射向 L2 ，经 L2 折射后沿 CD 出射． AB 、 BC 、 CD 与透镜主轴的交点分别 为 P 、 P 和 P ，如果 P 为物点，因由 P 沿主轴射向 O1 的光线方向不变，由透镜性质可知， P 为 P 经过 L1 所成的像， P 为 P 经 L2 所成的像，因而图中所 示的 u1 、 v1 、 u2 、 v2 之间有下列关系：
v1 u2
全国中学生物理竞赛复赛试题 第 2 页
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电通，力1根保过据护管生高线产中0不工资仅艺料可高试以中卷解资配决料置吊试技顶卷术层要是配求指置，机不对组规电在范气进高设行中备继资进电料行保试空护卷载高问与中题带资2负料2，荷试而下卷且高总可中体保资配障料置各试时类卷，管调需路控要习试在题验最到；大位对限。设度在备内管进来路行确敷调保设整机过使组程其高1在中正资，常料要工试加况卷强下安看与全22过，22度并22工且22作尽22下可护都能1关可地于以缩管正小路常故高工障中作高资；中料对资试于料卷继试连电卷接保破管护坏口进范处行围理整，高核或中对者资定对料值某试，些卷审异弯核常扁与高度校中固对资定图料盒纸试位，卷置编工.写况保复进护杂行层设自防备动腐与处跨装理接置，地高尤线中其弯资要曲料避半试免径卷错标调误高试高等方中，案资要，料求编试技5写、卷术重电保交要气护底设设装。备备置管4高调、动线中试电作敷资高气，设料中课并技3试资件且、术卷料中拒管试试调绝路包验卷试动敷含方技作设线案术，技槽以来术、及避管系免架统不等启必多动要项方高方案中式；资，对料为整试解套卷决启突高动然中过停语程机文中。电高因气中此课资，件料电中试力管卷高壁电中薄气资、设料接备试口进卷不行保严调护等试装问工置题作调，并试合且技理进术利行，用过要管关求线运电敷行力设高保技中护术资装。料置线试做缆卷到敷技准设术确原指灵则导活：。。在对对分于于线调差盒试动处过保，程护当中装不高置同中高电资中压料资回试料路卷试交技卷叉术调时问试，题技应，术采作是用为指金调发属试电隔人机板员一进，变行需压隔要器开在组处事在理前发；掌生同握内一图部线纸故槽资障内料时，、，强设需电备要回制进路造行须厂外同家部时出电切具源断高高习中中题资资电料料源试试，卷卷线试切缆验除敷报从设告而完与采毕相用，关高要技中进术资行资料检料试查，卷和并主检且要测了保处解护理现装。场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
第16届复赛答案
第十六届复赛答案一、参考答案1．因为泵的总扬程=吸水扬程+压水扬程,离心式水泵的吸水扬程是由大气压决定的，当大气压为标准大气压时，吸水扬程实际不会超过10m 。
所以泵不能放在B 处，只能放在A 处。
2．不考虑水的动能，①增加的势能按13.8m 计算:已知t =30min 、h =13.8m 、V =120m 3、η=0.6。
则W 有= mgh =1.656×107J 。
因为η=总有W W ，所以J 1076.27⨯==η有总W W 。
即应购置水泵的功率为kW 3.15==t W P 总总。
②增加的势能按15m 计算，应购置水泵的功率为P 总=16.7kW 。
综上所述可知，所提供的水泵满足要求。
3．不可行。
若离心泵至水面段用橡皮管，由于大气压作用可能将橡皮管压扁而影响正常工作。
建议离心泵至水面段用硬质管，为节约起见，泵以上水管可用软橡皮管。
二、参考答案1．用细线悬挂直木棍作支点；2．用细线栓好矿石挂在支点左侧，在支点的右侧挂一块石头，移动矿石和石块悬挂的位置直到木棍水平平衡；3．用皮尺分别量出悬挂矿石和石块的点到支点的距离分别为l1、l2，如答图1所示；4．将矿石浸没在水中，移动挂石块的位置直到木棍再次水平平衡；5．用皮尺量出悬挂石块的点到支点的距离为l3，如图2所示；6．推导计算矿石密度的表达式：由杠杆平衡条件，解得322l l l -=水矿ρρ。
三、参考答案1．A 管的作用一是排气，二是溢水。
因为汽油桶改做水箱后，如果不安装A 管排气的话，,上水时会把一些空气密闭在里面，就不易将水注满；而且，,上方的空气还影响箱内水温升高。
2．阀门Ⅰ控制进入水箱的冷水；阀门Ⅱ控制进入淋浴喷头的热水；阀门Ⅲ控制进入淋浴喷头的冷水。
通过阀门Ⅱ、阀门Ⅲ调节进入淋浴喷头的冷热水的多少可以改变淋浴喷头喷出的水的温度。
3．给热水器上水时，阀门Ⅰ应打开,阀门Ⅱ、阀门Ⅲ应关闭。
洗澡时,阀门Ⅰ应关闭，阀门Ⅱ、阀门Ⅲ应打开。
第十六届全国中学生物理竞赛参考解答
第十六届全国中学生物理竞赛参考解答一、参考解答1 只要有液态水存在，平衡时汽缸中气体的总压强就等于空气压强与饱和水蒸气压强之和：3.0atm p p p =+=总空饱00〔1〕第一次膨胀后102V V =2.0atm p p p =+=总空饱11〔2〕由于第一次膨胀是等温过程，所以 0102p V p V p V ==空空空011〔3〕解〔1〕、〔2〕、〔3〕三式，得 1.0atm p =饱〔4〕 2.0atm p =空0〔5〕 1.0atm p =空1〔6〕由于1.0atm p =饱，可知汽缸中气体的温度0373K T =〔7〕根据题意，经两次膨胀，气体温度未改变。
2.设水蒸气为mol γ水．经第一次膨胀，水全部变成水蒸气，水蒸气的压强仍为p 饱，这时对于水蒸气和空气分别有10p V RT γ=饱水〔8〕1002p V RT RT γ==空1空〔9〕由此二式与〔5〕、〔6〕式可得2mol γ=水〔10〕3. 在第二次膨胀过程中，混合气体可按理想气体处理，有21p V p V =总2总1〔11〕由题意知，204V V =，102V V =，再将〔2〕式代入，得 1.0atm p =总2〔12〕二、参考解答l ．在所示的光路图〔图复解16-2-1〕中，人射光AB 经透镜1L 折射后沿BC 射向2L ，经2L 折射后沿CD 出射．AB 、BC 、CD 与透镜主轴的交点分别为P 、P '和P ''，如果P 为物点，因由P 沿主轴射向1O 的光线方向不变，由透镜性质可知，P '为P 经过1L 所成的像，P ''为P '经2L 所成的像，因而图中所示的1u 、1v 、2u 、2v 之间有以下关系：111111u v f +=〔1〕222111u v f +=〔2〕 21d u v =+〔3〕当入射光线PB 与出射光线平行时，图中的αα'=，利用相似三角形关系可求得21v h h u '=, 21uh h v '=从而求得2211v u u v =〔4〕联立方程〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕，消去1v 、2u 和2v ，可得：1112()f du d f f =-+〔5〕由于d 、1f 、2f 均已给定，所以1u 为一确定值，这说明：如果入射光线与出射光线平行，那么此入射光线必须通过主轴上一确定的点，它在1L 的左方与1L 相距1112()f du d f f =-+处，又由于1u 与α无关，但凡通过该点射向1L 的入射光线都和对应的出射光线相互平行．2．由所得结果〔5〕式可以看出，当12d f f >+时，10u >，此情况下的光路图就是图复解16-2-1．当12df f =+时，1u →∞，0α=，此时入射光线和出射光线均平行于主轴，光路如图复解16-2-2．当12df f <+时，10u <，这说明P 点在1L 的右方，对1L 来说，它是虚物．由〔1〕式可知，此时10v >，由2211f u v f =可知，20u >，又由21220u vv u =<可知，20v <，所以此时的光路图如图复解16-2-3． 三、参考解答根据题中所给的条件，当圆环内通过电流I 时，圆环中心的磁感应强度012B r μ=穿过圆环的磁通量可近似为02BS Ir μφπ≈=〔1〕根据法拉第电磁感应定律，电流变化产生的感生电动势的大小02Ir t tμφπ∆∆==∆∆E〔2〕圆环的电阻02r IR I I tμπ∆==∆E 〔3〕 根据题设条件0.05m r =，720410N A μπ=⨯⋅－－，100A I =，61410A/s 310A/s It∆≤≈⨯∆－－,代入〔3〕式得23310R ≤⨯Ω－〔4〕 由电阻与电阻率ρ、导线截面积S 、长度L 的关系LR S ρ=与导线的直径1mm d =，环半径5cm r =，得电阻率2297.510m 8S d R RL rρ===⨯Ω⋅－〔5〕 四、参考解答1．双星均绕它们的连线的中点做圆周运动，设运动速率为v ，向心加速度满足下面的方程：222/2v GM M L L =〔1〕v =2〕周期：2(/2)L Tv ππ=计算＝3〕 2．根据观测结果，星体的运动周期TT <观察计算计算〔4〕 这说明双星系统中受到的向心力大于本身的引力，故它一定还受到其他指向中心的作用力，按题意这一作用来源于均匀分布的暗物质，均匀分布在球体内的暗物质对双星系统的作用与一质量等于球内暗物质的总质量M '位于中点处的质量点一样．考虑暗物质作用后双星的速度即为观察到的速度v 观，那么有2222(/2)v GM MM M G L L L '=+观/2〔5〕v 观6〕 因为在轨道一定时，周期和速度成反比，由〔4〕式得：1v 观1＝7〕 把〔2〕、〔6〕式代入〔7〕式得14N M M -'=〔8〕 设所求暗物质的密度为ρ，那么有341324L N M πρ-⎛⎫=⎪⎝⎭ 故33(1)2N ML ρπ-=〔9〕五、参考解答解法一：1．〔1〕电阻图变形．此题连好的线路的平面图如图预解16-5-1所示．现将电阻环改画成三角形，1、3、5三点为顶点，2、4、6三点为三边中点，如图预解1—5-2与图预解16-5-3所示．整个连好的线路相当于把n D 的三个顶点分别接到1n D -的三个中点上，图预解16-5-1变为图预解16-5-4．这样第1问归结为求图预解16-5-4中最外层三角环任意两顶点间的等效电阻。
高中生物理竞赛复赛试题及答案
全国中学生物理竞赛复赛试题全卷共六题，总分为140分。
一、（20分）一汽缸的初始体积为0V ，其中盛有2mol 的空气和少量的水（水的体积可以忽略）。
平衡时气体的总压强是3.0atm ，经做等温膨胀后使其体积加倍，在膨胀结束时，其中的水刚好全部消失，此时的总压强为2.0atm 。
若让其继续作等温膨胀，使体积再次加倍。
试计算此时：1.汽缸中气体的温度；2.汽缸中水蒸气的摩尔数；3.汽缸中气体的总压强。
假定空气和水蒸气均可以当作理想气体处理。
二、（25分）两个焦距分别是1f 和2f 的薄透镜1L 和2L ，相距为d ，被共轴地安置在光具座上。
1. 若要求入射光线和与之对应的出射光线相互平行，问该入射光线应满足什么条件？2. 根据所得结果，分别画出各种可能条件下的光路示意图。
三、（25分）用直径为1mm 的超导材料制成的导线做成一个半径为5cm 的圆环。
圆环处于超导状态，环内电流为100A 。
经过一年，经检测发现，圆环内电流的变化量小于610A －。
试估算该超导材料电阻率数量级的上限。
提示：半径为r 的圆环中通以电流I 后,圆环中心的磁感应强度为02I B rμ= ,式中B 、I 、r 各量均用国际单位，720410N A μπ=⨯⋅－－。
四、（20分）经过用天文望远镜长期观测，人们在宇宙中已经发现了许多双星系统，通过对它们的研究，使我们对宇宙中物质的存在形势和分布情况有了较深刻的认识。
双星系统由两个星体构成，其中每个星体的线度都远小于两星体之间的距离。
一般双星系统距离其他星体很远，可以当作孤立系统处理。
现根据对某一双星系统的光度学测量确定，该双星系统中每个星体的质量都是M ，两者相距L 。
他们正绕两者连线的中点作圆周运动。
1. 试计算该双星系统的运动周期T 计算。
2. 若实验上观测到的运动周期为T 观测，且:1:1)T T N =>观测计算。
为了解释T 观测与T 计算的不同，目前有一种流行的理论认为，在宇宙中可能存在一种望远镜观测不到的暗物质。
【精品】高中物理竞赛选拔综合经典习题(Word版含详细答案)
高中物理竞赛复赛经典练习题1. （本题6分）一长度为l 的轻质细杆，两端各固结一个小球A 、B （见图），它们平放在光滑水平面上。
另有一小球D ，以垂直于杆身的初速度v 0与杆端的Α球作弹性碰撞．设三球质量同为m ，求：碰后（球Α和Β）以及D 球的运动情况．2. （本题6分）质量m =10 kg 、长l =40 cm 的链条，放在光滑的水平桌面上，其一端系一细绳，通过滑轮悬挂着质量为m 1 =10 kg 的物体，如图所示．t = 0时,系统从静止开始运动, 这时l 1 = l 2 =20 cm< l 3．设绳不伸长，轮、绳的质量和轮轴及桌沿的摩擦不计，求当链条刚刚全部滑到桌面上时，物体m 1速度和加速度的大小．3. （本题6分） 长为l 的匀质细杆，可绕过杆的一端O 点的水平光滑固定轴转动，开始时静止于竖直位置．紧挨O 点悬一单摆，轻质摆线的长度也是l ，摆球质量为m ．若单摆从水平位置由静止开始自由摆下，且摆球与细杆作完全弹性碰撞，碰撞后摆球正好静止．求： (1) 细杆的质量．(2) 细杆摆起的最大角度θ．4. （本题6分）质量和材料都相同的两个固态物体，其热容量为C ．开始时两物体的温度分别为T 1和T 2（T 1 > T 2）．今有一热机以这两个物体为高温和低温热源，经若干次循环后，两个物体达到相同的温度，求热机能输出的最大功A max ．5. （本题6分）如图所示，123415641 为某种一定量的理想气体进行的一个循环过程，它是由一个卡诺正循环12341 和一个卡诺逆循环15641 组成．已知等温线温度比T 1 / T 2 = 4，卡诺正逆循环曲线所包围面积大小之比为S 1 / S 2 = 2．求循环123415641的效率η．6. （本题6分）将热机与热泵组合在一起的暖气设备称为动力暖气设备，其中带动热泵的动力由热机燃烧燃料对外界做功来提供.热泵从天然蓄水池或从地下水取出热量，向温度较高的暖气系统的水供热.同时，暖气系统的水又作为热机的冷却水.若燃烧1kg 燃料，锅炉能获得的热量为H ，锅炉、地下水、暖气系统的水的温度分别为210℃，15℃，60℃.设热机及热泵均是可逆卡诺机.试问每燃烧1kg 燃料，暖气系统所获得热量的理想数值（不考虑各种实际损失）是多少？7. （本题5分） 如图所示，原点O 是波源，振动方向垂直于纸面，波长是λ ．AB 为波的反射平面，反射时无相位突变π．O 点位于A 点的正上方，h AO =．Ox 轴平行于AB ．求Ox 轴上干涉加强点的坐标（限于x ≥ 0）．8. （本题6分）一弦线的左端系于音叉的一臂的A 点上，右端固定在B 点，并用T = 7.20 N 的水平拉力将弦线拉直，音叉在垂直于弦线长度的方向上作每秒50次的简谐振动（如图）．这样，在弦线上产生了入射波和反射波，并形成了驻波．弦的线密度η = 2.0 g/m ， 弦线上的质点离开其平衡位置的最大位移为4 cm ．在t = 0时，O 点处的质点经过其平衡位置向下运动，O 、B 之间的距离为L = 2.1 m ．试求：12T 1 6543 VpOT 2A(1) 入射波和反射波的表达式； (2) 驻波的表达式．9. （本题6分）用每毫米300条刻痕的衍射光栅来检验仅含有属于红和蓝的两种单色成分的光谱．已知红谱线波长λR 在 0.63─0.76μm 范围内，蓝谱线波长λB 在0.43─0.49 μm 范围内．当光垂直入射到光栅时，发现在衍射角为24.46°处，红蓝两谱线同时出现． (1) 在什么角度下红蓝两谱线还会同时出现？(2) 在什么角度下只有红谱线出现？10. （本题6分）如图所示，用波长为λ= 632.8 nm (1 nm = 10-9 m)的单色点光源S 照射厚度为e = 1.00×10-5 m 、折射率为n 2 = 1.50、半径为R = 10.0 cm 的圆形薄膜F ，点光源S 与薄膜F 的垂直距离为d = 10.0 cm ，薄膜放在空气（折射率n 1 = 1.00）中，观察透射光的等倾干涉条纹．问最多能看到几个亮纹？（注：亮斑和亮环都是亮纹）．11. （本题6分）507⨯双筒望远镜的放大倍数为7，物镜直径为50mm .据瑞利判据，这种望远镜的角分辨率多大？设入射光波长为nm 550.已知眼睛瞳孔的最大直径为7.0mm .求出眼睛对上述入射光的分辨率.用得数除以7，和望远镜的角分辨率对比，然后判断用这种望远镜观察时实际起分辨作用的是眼睛还是望远镜.12. （本题6分）一种利用电容器控制绝缘油液面的装置示意如图. 平行板电容器的极板插入油中，极板与电源以及测量用电子仪器相连，当液面高度变化时，电容器的电容值发生改变，使电容器产生充放电，从而控制电路工作. 已知极板的高度为a ，油的相对电容率为εr ，试求此电容器等效相对电容率与液面高度h 的关系.13. （本题6分）在平面螺旋线中，流过一强度为I 的电流，求在螺旋线中点的磁感强度的大小．螺旋线被限制在半径为R 1和R 2的两圆之间，共n 圈．[提示：螺旋线的极坐标方程为b a r +=θ，其中a ，b 为待定系数]14. （本题6分）一边长为a 的正方形线圈，在t = 0 时正好从如图所示的均匀磁场的区域上方由静止开始下落，设磁场的磁感强度为B ϖ(如图)，线圈的自感为L ，质量为m ，电阻可忽略．求线圈的上边进入磁场前，线圈的速度与时间的关系．15. （本题6分）如图所示，有一圆形平行板空气电容器，板间距为b ，极板间放一与板绝缘的矩形线圈．线圈高为h ，长为l ，线圈平面与极板垂直，一边与极板中心轴重合，另一边沿极板半径放置．若电容器极板电压为U 12 = U m cos ω t ，求线圈电压U 的大小．Bϖ16. （本题6分）在实验室中测得电子的速度是0.8c ，c 为真空中的光速．假设一观察者相对实验室以0.6c 的速率运动，其方向与电子运动方向相同，试求该观察者测出的电子的动能和动量是多少？（电子的静止质量m e ＝9.11×10-31kg ）17. （本题6分）已知垂直射到地球表面每单位面积的日光功率（称太阳常数）等于1.37×103 W/m 2．(1) 求太阳辐射的总功率． (2) 把太阳看作黑体，试计算太阳表面的温度．（地球与太阳的平均距离为1.5×108 km ，太阳的半径为6.76×105 km ，σ = 5.67×10-8 W/(m 2·K 4)）18. （本题6分））已知氢原子的核外电子在1s 态时其定态波函数为 a r a /3100e π1-=ψ，式中 220em h a e π=ε ．试求沿径向找到电子的概率为最大时的位置坐标值．( ε0 = 8.85×10-12 C 2·N -1·m -2 ，h = 6.626×10-34 J ·s ， m e = 9.11×10-31 kg ， e = 1.6 ×10-19 C )参考答案1. （本题6分）解：设碰后刚体质心的速度为v C ，刚体绕通过质心的轴的转动的角速度为ω，球D 碰后的速度为v '，设它们的方向如图所示．因水平无外力，系统动量守恒：C m m m v v v )2(0+'= 得：(1)20C v v v ='- 1分 弹性碰撞，没有能量损耗，系统动能不变；222220])2(2[21)2(212121ωl m m m m C ++'=v v v ，得 (2)22222220l C ω+='-v v v 2分 系统对任一定点的角动量守恒,选择与A 球位置重合的定点计算．A 和D 碰撞前后角动量均为零，B 球只有碰后有角动量，有])2([0C B l ml ml v v -==ω，得(3)2lC ω=v 2分(1)、(2)、(3)各式联立解出 lC 00;2;0vv v v ==='ω。
第16届全国中学生物理竞赛预复赛试卷及答案
1999年第十六届全国中学生物理竞赛预、复赛试题及答案目录第十六届全国中学生物理竞赛预赛试卷 (1)第十六届全国中学生物理竞赛预赛题参考解答 (4)第十六届全国中学生物理竞赛复赛试题 (12)第十六届全国中学生物理竞赛复赛题参考解答 (15)第十六届全国中学生物理竞赛预赛试卷全卷共九题，总分为140分。
一、（10分）1．到1998年底为止，获得诺贝尔物理学奖的华人共有_______人，他们的姓名是______ _______________________________________________________________________________。
2．1998年6月3日，美国发射的航天飞机“发现者”号搭载了一台α磁谱仪，其中一个关键部件是由中国科学院电工研究所设计制造的直径1200mm 、高800mm 、中心磁感强度为0.1340T 的永久磁体。
用这个α磁谱仪期望探测到宇宙中可能存在的_____________。
3．到1998年底为止，人类到达过的地球以外的星球有_______________，由地球上发射的探测器到达过的地球以外的星球有__________________。
二、（15分）一质量为M 的平顶小车，以速度0v 沿水平的光滑轨道作匀速直线运动。
现将一质量为m 的小物块无初速地放置在车顶前缘。
已知物块和车顶之间的动摩擦系数为μ。
1. 若要求物块不会从车顶后缘掉下，则该车顶最少要多长？2. 若车顶长度符合1问中的要求，整个过程中摩擦力共做了多少功？三、（15分）如图预16-3所示，两个截面相同的圆柱形容器，右边容器高为H ，上端封闭，左边容器上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的活塞。
两容器由装有阀门的极细管道相连通，容器、活塞和细管都是绝热的。
开始时，阀门关闭，左边容器中装有热力学温度为0T 的单原子理想气体，平衡时活塞到容器底的距离为H ，右边容器内为真空。
现将阀门缓慢打开，活塞便缓慢下降，直至系统达到平衡。
第16届全国中学生物理竞赛预赛题参考解答
第16届全国中学生物理竞赛预赛题参考解答一、参考解答1. 五，杨振宁、李政道、丁肇中、朱棣文、崔琦2. 反物质3. 月球，月球、火星二、参考解答1. 物块放到小车受骗前，由于摩擦力的作用，当以空中为参考系时，物块将从运动末尾减速运动，而小车将做减速运动，假定物块抵达小车顶后缘时的速度恰恰等于小车此时的速度，那么物块就刚好不零落。
令v 表示此时的速度，在这个进程中，假定以物块和小车为系统，由于水平方向未受外力，所以此方向上动量守恒，即0()Mv m M v =+ 〔1〕 从能量来看，在上述进程中，物块动能的增量等于摩擦力对物块所做的功，即 2112mv mg s μ= 〔2〕 其中1s 为物块移动的距离。
小车动能的增量等于摩擦力对小车所做的功，即 22021122Mv mv mgs μ-=- 〔3〕 其中2s 为小车移动的距离。
用l 表示车顶的最小长度，那么21l s s =- 〔4〕 由以上四式，可解得202()Mv l g m M μ=+ 〔5〕 即车顶的长度至少应为202()Mv l g m M μ=+。
2．由功用关系可知，摩擦力所做的功等于系统动量的增量，即 22011()22W m M v Mv =+- 〔6〕 由〔1〕、〔6〕式可得 202()mMv W m M =-+ 〔7〕三、参考解答设容器的截面积为A ，封锁在容器中的气体为ν摩尔，阀门翻开前，气体的压强为0p 。
由理想气体形状方程有00p AH RT ν= 〔1〕翻开阀门后，气体经过细管进入左边容器，活塞缓慢向下移动，气体作用于活塞的压强仍为0p 。
活塞对气体的压强也是0p 。
设到达平衡时活塞的高度为x ，气体的温度为T ，那么有0()p H x A RT ν+= 〔2〕依据热力学第一定律，活塞对气体所做的功等于气体内能的增量，即 003()()2p H x A R T T ν-=- 〔3〕由〔1〕、〔2〕、〔3〕式解得 25x H =〔4〕 075T T = 〔5〕四、参考解答 设线框的dc 边刚抵达磁场区域上边界'PP 时的速度为1v ，那么有 2112mv mgh = 〔1〕 dc 边进入磁场后，按题意线框虽然受安培力阻力作用，但依然减速下落．设dc 边下落到离'PP 的距离为1h ∆时，速度到达最大值，以0v 表示这个最大速度，这时线框中的感应电动势为10Bl v =E线框中的电流 10Bl v I R R==E 作用于线框的安培力为 22101B l F Bl I Rv == 〔2〕 速度到达最大的条件是安培力F mg =由此得 0221mgR v B l = 〔3〕 在dc 边向下运动距离1h ∆的进程中，重力做功1G W mg h =∆，安培力做功F W ，由动能定理得22011122F G W W mv mv +=- 将〔1〕、〔3〕式代入得安培力做的功 32214412F m g R W mg h mgh B l =-∆+- 〔4〕 线框速度到达0v 后，做匀速运动．当dc 边匀速向下运动的距离为221h l h ∆=-∆时，ab 边抵达磁场的边界'PP ，整个线框进入磁场．在线框dc 边向下移动2h ∆的进程中，重力做功G W '，安培力做功F W '，但线框速度未变化，由动能定理0F G W W ''+=221()F G W W mg h mg l h ''=-=-∆=--∆ 〔5〕整个线框进入磁场后，直至dc 边抵达磁场区的下边界'QQ ，作用于整个线框的安培力为零，安培力做的功也为零，线框只在重力作用下做减速运动。
16全国中学生物理竞赛复赛试题及答案
第27 届全国中学生物理竞赛复赛试卷本卷共九题，满分160 分．计算题的解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤．只写出最后结果的不能得分．有数字计算的题．答案中必须明确写出数值和单位．填空题把答案填在题中的横线上，只要给出结果，不需写出求解的过程．一、（15 分）蛇形摆是一个用于演示单摆周期及摆长关系的实验仪器（见图）．若干个摆球位于同一高度并等间距地排成一条直线，它们的悬挂点在不同的高度上，摆长依次减小．设重力加速度g = 9 . 80 m/ s2 ,1 ．试设计一个包含十个单摆的蛇形摆（即求出每个摆的摆长），要求满足：( a ）每个摆的摆长不小于0 . 450m ，不大于1.00m ; ( b ）初始时将所有摆球由平衡点沿x 轴正方向移动相同的一个小位移xo ( xo <<0.45m ) ，然后同时释放，经过40s 后，所有的摆能够同时回到初始状态．2 ．在上述情形中，从所有的摆球开始摆动起，到它们的速率首次全部为零所经过的时间为________________________________________.二、（20 分）距离我们为L 处有一恒星，其质量为M ，观测发现其位置呈周期性摆动，周期为T ，摆动范围的最大张角为△θ．假设该星体的周期性摆动是由于有一颗围绕它作圆周运动的行星引起的，试给出这颗行星的质量m所满足的方程．若L=10 光年，T =10 年，△θ= 3 毫角秒，M = Ms （Ms为太阳质量），则此行星的质量和它运动的轨道半径r各为多少？分别用太阳质量Ms 和国际单位AU （平均日地距离）作为单位，只保留一位有效数字．已知1 毫角秒=11000角秒，1角秒=13600度，1AU=1.5×108km,光速 c = 3.0×105km/s.三、（22 分）如图，一质量均匀分布的刚性螺旋环质量为m，半径为R ，螺距H =πR ，可绕竖直的对称轴OO′，无摩擦地转动，连接螺旋环及转轴的两支撑杆的质量可忽略不计．一质量也为m 的小球穿在螺旋环上并可沿螺旋环无摩擦地滑动,首先扶住小球使其静止于螺旋环上的某一点A ，这时螺旋环也处于静止状态．然后放开小球，让小球沿螺旋环下滑，螺旋环便绕转轴O O′，转动．求当小球下滑到离其初始位置沿竖直方向的距离为h 时，螺旋环转动的角速度和小球对螺旋环作用力的大小．四、（ 12 分）如图所示，一质量为m、电荷量为 q ( q > 0 ）的粒子作角速度为ω、半径为 R 的匀速圆周运动.一长直细导线位于圆周所在的平面内，离圆心的距离为d ( d > R ) ，在导线上通有随时间变化的电流I, t= 0 时刻，粒子速度的方向及导线平行，离导线的距离为d+ R .若粒子做圆周运动的向心力等于电流 i ,的磁场对粒子的作用力，试求出电流 i 随时间的变化规律．不考虑变化的磁场产生的感生电场及重力的影响．长直导线电流产生的磁感应强度表示式中的比例系数 k 已知．五、（20分）如图所示，两个固定的均匀带电球面，所带电荷量分别为+Q和-Q (Q >0) ，半径分别为R和R/2，小球面及大球面内切于C点，两球面球心O和O’的连线MN沿竖直方在MN及两球面的交点B、0和C处各开有足够小的孔因小孔损失的电荷量忽略不计，有一质量为m，带电荷为q(q>0的质点自MN线上离B点距离为R的A点竖直上抛。
1999南京第16届全国中学生物理竞赛决赛试题及答案
第十六届全国中学生物理竞赛决 赛 试 题一、在如图决16-1所示的装置中，上下两个容器和连接它们的细长管都是用热容量很小的良导热体做成的，管长为l ，K 为阀门，整个装置与外界绝热。
开始时，阀门关闭，两容器中都盛有质量为m ，单位质量的热容量为C 的某种液体。
平衡时，温度都是T 0。
由于该液体的蒸气分子受到重力的作用，所以平衡时，在管内的气体分子并非均匀分布，而是上疏下密，已知其蒸气压强是按指数规律分布：0h mghP P e kT-= 式中h 是管内某点距下面容器中液面的高度，P h 是该点的蒸气的压强，P 0是下面容器中液面处（即h =0处）蒸气的压强，m 是一个蒸气分子的质量，T 是热力学温度，k 是一个常数。
现在打开阀门，试论述该系统的状态将发生怎样的变化，并估算出变化最后的结果。
二、许多观察表明，自然界的周期性变化常会在地球上的动植物身上留下不同的痕迹。
鹦鹉螺是一种四亿多年前在地球上繁盛生长的软体动物，它的气室外壳上的波纹生长线数目随其生活的年代不同而不同。
1978年美国科学家卡姆和普姆庇在研究了不同地质年代的鹦鹉螺壳后，发现现存的9个当代鹦鹉螺个体的气室外壳上的生长线都是30条左右，而古代36例鹦鹉螺化石中，地质年代愈古老，生长线的数目愈少：距今29百万年的新生代渐新世的标本上有26条；距今100百万年的中生代白垩纪的标本上有22条；距今180百万年的中生代侏罗纪标本上有18条；距今320百万年的古生代石炭纪的标本上有15条；距今470百万年的古生代奥陶纪的标本上只有9条。
他们认为这些生长线记录着地球及其周围天体的演变历史，并根据上述数据作了一个大胆的假设：鹦鹉螺外壳上的生长线条数的变化是月球绕地球运动周期随年代变化的反映。
试问：由此假设你能得出关于月球运动的什么结论？试通过计算说明此结论。
注：假设从古至今，地球质量和自转周期以及月球质量都没有发生变化。
也不考虑物理常数的变化。
三、围绕地球周围的磁场是两极强，中间弱的空间分布。
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第十六届全国中学生物理竞赛复赛试题全卷共六题，总分为140分。
一、（20分）一汽缸的初始体积为0V ，其中盛有2mol 的空气和少量的水（水的体积可以忽略）。
平衡时气体的总压强是3.0atm ，经做等温膨胀后使其体积加倍，在膨胀结束时，其中的水刚好全部消失，此时的总压强为2.0atm 。
若让其继续作等温膨胀，使体积再次加倍。
试计算此时：1.汽缸中气体的温度；2.汽缸中水蒸气的摩尔数；3.汽缸中气体的总压强。
假定空气和水蒸气均可以当作理想气体处理。
二、（25分）两个焦距分别是1f 和2f 的薄透镜1L 和2L ，相距为d ，被共轴地安置在光具座上。
1. 若要求入射光线和与之对应的出射光线相互平行，问该入射光线应满足什么条件？2. 根据所得结果，分别画出各种可能条件下的光路示意图。
三、（25分）用直径为1mm 的超导材料制成的导线做成一个半径为5cm 的圆环。
圆环处于超导状态，环内电流为100A 。
经过一年，经检测发现，圆环内电流的变化量小于610A －。
试估算该超导材料电阻率数量级的上限。
提示：半径为r 的圆环中通以电流I 后,圆环中心的磁感应强度为02IB r μ= ,式中B 、I 、r 各量均用国际单位，720410N A μπ=⨯⋅－－。
四、（20分）经过用天文望远镜长期观测，人们在宇宙中已经发现了许多双星系统，通过对它们的研究，使我们对宇宙中物质的存在形势和分布情况有了较深刻的认识。
双星系统由两个星体构成，其中每个星体的线度都远小于两星体之间的距离。
一般双星系统距离其他星体很远，可以当作孤立系统处理。
现根据对某一双星系统的光度学测量确定，该双星系统中每个星体的质量都是M ，两者相距L 。
他们正绕两者连线的中点作圆周运动。
1. 试计算该双星系统的运动周期T 计算。
2. 若实验上观测到的运动周期为T 观测，且:1:1)T T N =>观测计算。
为了解释T 观测与T 计算的不同，目前有一种流行的理论认为，在宇宙中可能存在一种望远镜观测不到的暗物质。
作为一种简化模型，我们假定在这两个星体连线为直径的球体内均匀分布着这种暗物质，而不考虑其它暗物质的影响。
试根据这一模型和上述观测结果确定该星系间这种暗物质的密度。
五、（25分）六个相同的电阻（阻值均为R ）连成一个电阻环，六个接点依次为1、2、3、4、5和6，如图复16-5-1所示。
现有五个完全相同的这样的电阻环，分别称为1D 、2D 、┅5D 。
现将2D 的1、3、5三点分别与1D 的2、4、6三点用导线连接，如图复16-5-2所示。
然后将3D 的1、3、5三点分别与2D 的2、4、6三点用导线连接，┅ 依此类推。
最后将5D 的1、3、5三点分别连接到4D 的2、4、6三点上。
1．证明全部接好后，在1D 上的1、3两点间的等效电阻为724627R 。
2．求全部接好后，在5D 上的1、3两点间的等效电阻。
六、（25分）如图复16-6所示，z 轴竖直向上，xy 平面是一绝缘的、固定的、刚性平面。
在0(,0,0)A x 处放一带电量为(0)q q ->的小物块，该物块与一细线相连，细线的另一端B 穿过位于坐标原点O 的光滑小孔，可通过它牵引小物块。
现对该系统加一匀强电场，场强方向垂直与x 轴，与z 轴夹角为θ（如图复16-6所示）。
设小物块和绝缘平面间的摩擦系数为tan μθ=,且静摩擦系数和滑动摩擦系数相同。
不计重力作用。
现通过细线来牵引小物块，使之移动。
在牵引过程中，我们约定：细线的B 端只准沿z 轴向下缓慢移动，不得沿z 轴向上移动；小物块的移动非常缓慢，在任何时刻，都可近似认为小物块处在力平衡状态。
若已知小物块的移动轨迹是一条二次曲线，试求出此轨迹方程。
第十六届全国中学生物理竞赛复赛题参考解答一、参考解答1 只要有液态水存在，平衡时汽缸中气体的总压强就等于空气压强与饱和水蒸气压强之和：3.0atm p p p =+=总空饱00 （1）第一次膨胀后 102V V =2.0atm p p p =+=总空饱11 （2） 由于第一次膨胀是等温过程，所以0102p V p V p V ==空空空011 （3） 解（1）、（2）、（3）三式，得1.0atm p =饱 （4）2.0atm p =空0 （5） 1.0atm p =空1 （6） 由于 1.0atm p =饱，可知汽缸中气体的温度0373K T = （7） 根据题意，经两次膨胀，气体温度未改变。
2 设水蒸气为mol γ水．经第一次膨胀，水全部变成水蒸气，水蒸气的压强仍为p 饱，这时对于水蒸气和空气分别有10p V RT γ=饱水 （8）1002p V RT RT γ==空1空 （9）由此二式及（5）、（6）式可得2mol γ=水 （10）3. 在第二次膨胀过程中，混合气体可按理想气体处理，有21p V p V =总2总1 （11）由题意知，204V V =，102V V =，再将（2）式代入，得1.0atm p =总2 （12）二、参考解答l ．在所示的光路图（图复解16-2-1）中，人射光AB 经透镜1L 折射后沿BC 射向2L ，经2L 折射后沿CD 出射．AB 、BC 、CD 与透镜主轴的交点分别为P 、P '和P ''，如果P 为物点，因由P 沿主轴射向1O 的光线方向不变，由透镜性质可知，P '为P 经过1L 所成的像，P ''为P '经2L 所成的像，因而图中所示的1u 、1v 、2u 、2v 之间有下列关系：111111u v f += （1） 222111u v f += （2）21d u v =+ （3）当入射光线PB 与出射光线平行时，图中的αα'=，利用相似三角形关系可求得 21v h h u '=, 21u h h v '= 从而求得2211v u u v = （4） 联立方程（1）、（2）、（3）、（4），消去1v 、2u 和2v ，可得1112()f d u d f f =-+ （5） 由于d 、1f 、2f 均已给定，所以1u 为一确定值，这表明：如果入射光线与出射光线平行，则此入射光线必须通过主轴上一确定的点，它在1L 的左方与1L 相距1112()f d u d f f =-+处，又由于1u 与α无关，凡是通过该点射向1L 的入射光线都和对应的出射光线相互平行．2．由所得结果（5）式可以看出，当12d f f >+时，10u >，此情况下的光路图就是图复解16-2-1．当12d f f =+时，1u →∞，0α=，此时入射光线和出射光线均平行于主轴，光路如图复解16-2-2．当12d f f <+时，10u <，这表明P 点在1L 的右方，对1L 来说，它是虚物．由（1）式可知，此时10v >，由2211f u v f =可知，20u >，又由21220u v v u =<可知，20v <，所以此时的光路图如图复解16-2-3．三、参考解答根据题中所给的条件，当圆环内通过电流I 时，圆环中心的磁感应强度 012B rμ= 穿过圆环的磁通量可近似为 02BS Ir μφπ≈= （1） 根据法拉第电磁感应定律，电流变化产生的感生电动势的大小 02I r t tμφπ∆∆==∆∆E （2） 圆环的电阻 02r I R I I tμπ∆==∆E （3） 根据题设条件 0.05m r =，720410N A μπ=⨯⋅－－，100A I =， 61410A/s 310A/s I t∆≤≈⨯∆－－,代入（3）式得 23310R ≤⨯Ω－ （4）由电阻与电阻率ρ、导线截面积S 、长度L 的关系 L R Sρ= 及已知导线的直径1mm d =，环半径5cm r =，得电阻率 2297.510m 8S d R R L rρ===⨯Ω⋅－ （5）四、参考解答1．双星均绕它们的连线的中点做圆周运动，设运动速率为v ，向心加速度满足下面的方程： 222/2v GM M L L= （1）v =（2） 周期2(/2)L T v ππ=计算＝（3） 2．根据观测结果，星体的运动周期 T T<观察计算计算（4） 这说明双星系统中受到的向心力大于本身的引力，故它一定还受到其他指向中心的作用力，按题意这一作用来源于均匀分布的暗物质，均匀分布在球体内的暗物质对双星系统的作用与一质量等于球内暗物质的总质量M '位于中点处的质量点相同．考虑暗物质作用后双星的速度即为观察到的速度v 观，则有2222(/2)v GM MM M G L L L '=+观/2 （5）v 观（6） 因为在轨道一定时，周期和速度成反比，由（4）式得 1v 观1＝ （7） 把（2）、（6）式代入（7）式得 14N M M -'= （8） 设所求暗物质的密度为ρ，则有 341324L N M πρ-⎛⎫= ⎪⎝⎭ 故 33(1)2N M Lρπ-= （9）五、参考解答解法一：1．（1）电阻图变形．此题连好的线路的平面图如图预解16-5-1所示．现将电阻环改画成三角形，1、3、5三点为顶点，2、4、6三点为三边中点，如图预解1—5-2与图预解16-5-3所示．整个连好的线路相当于把n D 的三个顶点分别接到1n D -的三个中点上，图预解16-5-1变为图预解16-5-4．这样第1问归结为求图预解16-5-4中最外层三角环任意两顶点间的等效电阻。
（2）递推公式．为使图形简化，讨论如何将接好的两个电阻环化简成为一个单环。
由六个阻值为r 的电阻构成一个三角环，将其顶点接在另一由六个阻值为R 的电阻构成的三角环的中点上（如图预解16-5-5所示）。
图预解16-5-6是由六个阻值为R '的电阻构成的三角环。
若图预解16-5-5顶点1、3间的电阻与图预解16-5-6顶点l 、3间的电阻阻值相等，我们称图预解16-5-6中的R '为等效单环电阻．用符号“//”表示电阻的并联，如 1//(1/)(1/)B A B A R R R R =+由图预解16-5-5中的对称性可知l 、3两顶点间的电阻1,3R 等于图预解16-5-7中1、0间的电阻1,0R 的2倍，即131,0222{[////(2)]}//12//1112432//231433R R R r r R RR R R r r rR R R r Rr R R r R=+⎡⎤+⎢⎥=++⎢⎥⎣⎦+=++=+，= 1//3R r R =+ （1） 同理，图预解16-5-6中1、3两顶点间的电阻1,3R 为1,342[(2)//]3R R R R '''== （2） 由（1）、（2）式得等效单环电阻R '为31//44R R r R '=+ （3） 2. 第一问现在考虑把1D 、2D 、3D 、4D 、5D 按相反的次序，由内向外依次连接的情况．首先将4D 接在5D 外面，求双环54D D -的等效单环电阻(2)R 〔即（3）式中的R '〕．这时r R =．由（3）式得到(2)R 为 (2)317//448R R R R R =+= 其次，在双环54D D -外面接上3D ，这时(2)r R =．三环534D D D --的等效单环电阻(3)R 为 (3)(2)3131713////4444815R R R R R R R R ⎛⎫=+=+= ⎪⎝⎭ 由此可得一般公式，(1)s +环的等效单环电阻1()s R+可由s R ()求出 1()31//44s s RR R R +=+() （4） 于是 131543313197////4444112R R R R R R R R =⎛⎫=+= ⎪⎝⎭()()＋ 97112543131181////4444209R R R R R R R R =⎛⎫=+= ⎪⎝⎭()()＋ 由（2）式1,3(4/3)R R '=得出由一个环（5D ）、两个环（54D D -）直至五个环（54321D D D D D ----）构成的线路1、3点间的电阻为(1)1,344'33R R R == (2)1,3477386R R R ⎛⎫== ⎪⎝⎭ (3)1,34135231545R R R ⎛⎫== ⎪⎝⎭ (4)1,349797311284R R R ⎛⎫== ⎪⎝⎭ (5)1,341817243209627R R R ⎛⎫== ⎪⎝⎭ 答：所求的五个环的1与3间的等效电阻确为724627R ．证毕。