届全国部分地区大学生物理竞赛试卷及答案
大学生物理竞赛试题
大学生物理竞赛试题一、选择题1. 以下关于牛顿第二定律的表述，哪一项是正确的？A. 力是物体运动状态改变的原因。
B. 力的大小等于物体质量与加速度的乘积。
C. 力的作用效果与物体的初始速度有关。
D. 力的作用效果与物体的密度有关。
2. 光在真空中的传播速度是多少？A. 2.99792×10^8 m/sB. 3.00×10^8 m/sC. 2.5×10^8 m/sD. 3.14×10^8 m/s3. 一个质量为0.5kg的物体，受到一个1N的恒定力作用，经过5秒后，它的速度将变为：A. 1 m/sB. 2 m/sC. 3 m/sD. 4 m/s4. 电磁波的波长与频率的关系是：A. 波长与频率成正比。
B. 波长与频率成反比。
C. 波长与频率无关。
D. 波长与频率的关系不确定。
5. 一个电路中，电阻R1为10Ω，电阻R2为20Ω，当它们串联后接到电压为30V的电源上，电路中的电流强度是多少？A. 1AB. 1.5AC. 2AD. 3A二、填空题1. 根据能量守恒定律，一个物体的动能和势能的总和在没有外力作用下保持__________。
2. 理想气体状态方程为 \(pV = \) ________，在标准大气压下，氧气的摩尔体积为__________ m³/mol。
3. 电磁感应定律表明，穿过电路的磁通量变化率与感应电动势成正比，其数学表达式为 ________。
4. 光的折射定律，即斯涅尔定律，表述为光从一种介质进入另一种介质时，入射角与折射角的正弦值之比等于两种介质的折射率之比，数学表达式为 \( \sin(\theta_1) / \sin(\theta_2) = n_2 / \)________。
三、计算题1. 一个质量为2kg的物体，受到一个与时间成正比的力F(t) = 3t N的作用，求在时间t=4s时物体的速度和位移。
2. 一个电路由一个电阻R = 30Ω和电容器C = 200μF组成，电源电压为50V。
27届全国部分地区大学生物理竞赛试卷及答案
8. 一折射率为 n 1.5 的透明薄膜， 厚度为 d 6.0 104 cm ,将此薄膜放置在杨氏双缝干涉 装置的一条狭缝之后，若取正入射，光源波长为 5000 A ，则从两狭缝到接受屏中央点
的光程差为 干涉条纹移动了
cm，与未放置薄膜前的干涉条纹相比，接收屏上的 条。
9.高空遥测用照相机离地面 L 40.0km ，刚好能分辨地面相距 l 20.0cm 的两点，据此可 知照相机物镜的直径 d = cm； 假如照相机的焦距 f 50cm ， 为了充分利用照
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考生类别 第 27 届全国部分地区大学生物理竞赛试卷
北京物理学会编印 2010.12.12 北京物理学会对本试卷享有版权，未经允许，不得翻印出版或发生商业行为，违者必究。
4
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12.（15 分）n 摩尔单原子分子理想气体所经循环 过程 ABCA 和相关状态量如图所示，其中 AB 是 斜直线，BC 是等温线，CA 是等压线。 （1）计算三段过程的每一段过程中，系统对外作 功量； （2）计算每一段过程中，系统内能的增加量； （3）计算每一段过程中，系统的吸热量； （4）计算此循环过程的效率。 （注：如需要可参考下列数据：
所在学校
(dr ) 2 ( rd ) 2
a 2 x 2 dx
26届全国部分地区大学生物理竞赛试卷及答案
考场
姓名
准考证号
所在学校
5
K J K j = E ρ ，其中 ρ 为导体电阻率。取一块电阻率为常量 ρ 的长方形导体块，静止放置，开始 JK E0 时处处无净电荷。 JK J K E （1）t = 0 开始，沿导体块长度方向建立匀强电场 E 0 ，
导体内即产生传导电流，左、右两端面便会积累电荷， 电荷面密度分别记为-σ、σ，如右图所示。试求 σ 随 t -σ
2π
λ
x) 、 ξ 2 =A 0 cos(ωt −
2π
λ
x+
π
2
) 和
,
考场
ξ3 = 2A 0 cos(ωt +
x=
2π
λ
x+
π
4
合成的驻波可表述成 ξ =ξ1 + ξ 2 + ξ3 = )，
处均为驻波的波腹点。
1
4. 将 0ºC 时空气中氧分子热运动平均速率记为 υ0，则 27ºC 时空气中氧分子热运动平均速 率为 υ0，27ºC 时空气中氢分子热运动平均速率为 υ0。
考场
姓名
准考证号
所在学校
3
12. （15 分）右图所在平面为某惯性系中无重力的空间平 面，O 处固定着一个带负电的点电荷，空间有垂直于图平面 朝外的匀强磁场 B 。荷质比为 γ 的带正电粒子 P，恰好能以 速度 υ0 沿着逆时针方向绕着 O 点作半径为 R 的匀速圆周运 动。 （1）将 O 处负电荷电量记为-Q，试求 Q； （2）将磁场 B 撤去，P 将绕 O 作椭圆运动，设在图示位置 的初速度也为 υ0，试求 P 在椭圆四个顶点处的速度大 小。 （本小问最后答案不可出现 Q 量。 ）
− Pdx ⎞ ∫ Pdx 的通解为 y ( x ) = e ∫ ⎛ ⎜ ∫ Qe dx + C ⎟ ⎝ ⎠
第21-25届全国部分地区大学生物理竞赛试题及解答
GM 2R
（v 为新星速度）
（1 分） （1 分）
v
2 2 1 GM 3 2R
新星的能量
E 1 GM (3m) 4 2 9 GM (3m) GM (3m) (3m)v 2 2 2R 18 2R 2 5.4 R
（1 分） （1 分）
根据 E 0 ，轨迹为椭圆 又根据能量 E 和椭圆半长轴 a 的关系
14．受迫振动的稳定状态由下式给出
2 (0 2 ) 2 4 2 2 H dx 其中 h ，而 H cos(t ) 为胁迫力，2= , 其中 是阻尼力。有一偏车轮的汽车上 m m dt 有两个弹簧测力计，其中一条的固有振动角频率为 0 39.2727 s-1，另外一条的固有振动
_______________________________；(2)若先绝热降温，再等压膨胀到（1）中所达到 的终态，则吸收热量为 ___________________。
4． 我们可以用热机和热泵（逆循环热机）构成一个供暖系统：燃烧燃料为锅炉供热， 令热机工作于锅炉与暖气水之间；用热机输出的功作为热泵的动力，热泵从室外天然水 池取热， 向暖气水供热. 设向锅炉供热量为 Q0 ， 锅炉、 暖气水、 天然水池温度分别为 227 o C 、 1
6．空气介质平行板电容器的极板面积为 S ，开始时两极板的距离为 d ，两极板与电压 为 V0 的电池相连接。现用外力把两极板的距离拉开为 2d 。求在外力把两极板距离拉开 的过程中，电容器能量增加量为_______________________，外力所做功为 _______________________。
57 o C 和 7 o C ，则热机输出的功和暖气水所获的热量的理想值为 _____________________
物理竞赛-第24届大学生试卷答案
(1 分)
可能产生的光谱线中波长最短的应为 λ41 ,
由
hν 41
=
E4
−
E1
=
− 15 16
E1
⇒
λ41
=c ν 41
= 16 ( hc ), 15 − E1
hc − E1
=
15 16
λ41
⇒ λ41
D
= 972 A
(1 分)
其他可能产生的光谱线波长如下：
4－2：hν 42
=
E4
− E2
=
−
3 16
(1) t = 0 时刻接通 K，导出 R、C 支路中的电流 ic 和 R、L 支路中的电流 iL 随时间 t 的变化关系；
(2)设经过一段时间后， ic 、 iL 同时达到各自最大值的二分之一，据 此确定 R、L、C 之间的关系；
第 24 届全国部分地区大学生物理竞赛试卷答案
答题说明：前 16 题是必做题，满分是 100 分；文科经管类组只做必做题；非物理 B 组限做 17 题， 满分 110 分；非物理 A 组限做 17、18 题，满分 120 分；物理组限做 17、19 题，满分 120 分。请同 学们自觉填上与准考证上一致的考生类别，若两者不符，按废卷处理，请各组考生按上述要求做题， 多做者不加分，少做者按规定扣分。 一.填空题（必做，共 12 题，每题 2 空，每空 2 分，共 48 分）
子 A 位于 xy 平面上的 P 处，粒子 B 也在 xy 平面上，如 图所示。
（1）S 系认定再过 ∆t = 5s ,A 和 B 会相碰，试问 A 认为 还需经过多长时间 ∆t A 才与 B 相碰？ （2）A 认为自己位于 S 系 P 处时，质点 B 与其相距 l ， 试求 l 。
第35届全国部分地区大学生物理竞赛考题和答案
夹角为
。
9.设想将地球挤压成半径为 ������0 的小球体，光子在小球体的万有引力作用下，恰好能沿着球 体表面作匀速圆周运动，地球便成为一个“黑洞”。已知地球真实半径 ������ = 6.4 × 106 m ，地
面重力加速度 ������ = 9.8 m/s2，真空光速 ������ = 3.0 × 108 m⁄s 。地球成为“黑洞”的半径 ������0 =
线，其中 ������ 的单位取为 ������������������ 。
（2）计算循环效率 ������ 。
������
������ ������
������
������
������
4 / 10
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������
������0
=
√3 4
������0
������(������) = ������������0√1���6������20���2 + 5
������
其中 ������0 为 ������ = ������0 处介质的折射率，试 求 ������ 值和在 ������ > 0 区域内的光线方程 ������~������ 。
������
摩擦。假设 ������ 端可以沿地面朝右滑动，但因受约束，不
会离开地面；������ 端可以沿着墙面朝下滑动，但不受相应
������
的约束，故可以离开墙面。试问在 ������ 端未达墙的底端 ������
������
25届全国部分地区大学生物理竞赛试卷及解答
一、填空题（必做，共 12 题，每题 2 空，每空 2 分，共 48 分）
1. 沿x轴运动的质点，速度υ = αx，α > 0。t = 0 时刻，质点位于x0 > 0 处，而后的运动过程中，
质点加速度与所到位置x之间的函数关系为a =
，加速度与时刻t之间的函数
关系为a =
。
2. 质量可忽略的圆台形薄壁容器内，盛满均匀液体。
。将其厚度增加一倍，波
长为λ的线偏振光通过这一新波片后将成为
偏振光。（填：“线”、“圆”或“椭圆”。）
11. 核潜艇中U238核的半衰期为 4.5×109年，衰变中有 0.7%的概率成为U234核，同时放出一
个高能光子，这些光子中的 93%被潜艇钢板吸收。1981 年，前苏联编号U137 的核潜艇
透射到艇外的高能光子被距核源（处理为点状）1.5m处的探测仪测得。仪器正入射面积
为 22cm2，效率为 0.25%（每 400 个入射光子可产生一个脉冲讯号），每小时测得 125 个
讯号。据上所述，可知U238核的平均寿命τ =
年（ln2=0.693），该核潜艇中U238
的质量m =
kg（给出 2 位数字）。
12. 惯性系S、S' 间的相对运动关系如图所示，相对
y y'
速度大小为υ。一块匀质平板开始时静止地放在
一个内半径为R2、外半径为R3本不带电的导体球壳，两者
间有一个电量为q、与球心相距r（R2 > r > R1）的固定点电
荷。静电平衡后，导体球电势U球 =
，
导体球壳电势U壳 =
。
Qr
R2
q
R3 R1
2
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届全国部分地区大学生物理竞赛试卷及答案
，
v|| ＝
。
２.如图所示，由三根相同的均匀细杆连成的等边
三角形刚体框架每边长a,总质量M。将框架相对于过框边上任意一点
P且垂直于框架平面的转轴的转动惯量记为 IP ，所有 IP 中最小者
I min 所对应的P点必定在
,所有 IP 中最大者
I max 与 I min 之间的差值为
。
准考证号
姓名
考场
1
附注：（1）如果你在 S 系中直接运用费马原理 求解，本题最高得分为 20 分； （2）如果你运用相对论知识结合静态抛物线光 学聚焦知识求解，本题最高得分只能为 6 分。
10
第 28 届全国部分地区大学生物理竞赛试卷
参考答案
1. v v0 ,
v|| 2v0 cot ;
2.各边中点，
1 Ma 2 ；
3.
k
,
ma0 ;
4
mk
4. n0e mgh kT , p0emgh kT ;
5. 1 , 13
1; 12
6. mv0 sin , 2mv0 cos ;
qB
qB
7.
0 IR2
2( R 2
x2
3
)2
,
0r 2 R 2
2(R2
x
2
)
3 2
;
8.
1.22 .
d
3.36 104 ;
线，它的旋转半径（注意：并非螺旋线的曲率半径） R
，
螺距 H
。
7.半径 R ，电流 I 的大圆环，在其中央轴距环心 x 处的
磁感应强度大小为 B(x)
。
有一半径为 r R 的小圆环，环心位于 x 点，环平面与
大学物理竞赛选拔试卷及答案
A BDl 0v大学物理竞赛选拔试卷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v0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=10kg、长l=40cm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m1=10kg的物体，如图所示．t=0时,系统从静止开始运动,这时l1=l2=20cm<l3．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m1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?．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T1和T2（T1>T2）．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，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T1/T2=4，卡诺正逆循环曲线所包围面积大小之比为S1/S2=2．求循环的效率?．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?．AB为波的反射平面，反射时无相位突变?．O点位于A点的正上方，hAO=．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=7.20N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?=2.0g/m，弦线上的质点离开其平衡位置的最大位移为4cm．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=2.1m．试求：(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?R在0.63─0.76?m范围内，蓝谱线波长?B在0.43─0.49?m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?=632.8nm(1nm=10-9m)的单色点光源S照射厚度为e=1.00×10-5m、折射率为n2=1.50、半径为R=10.0cm的圆形薄膜F，点光源S与薄膜F的垂直距离为d=10.0cm，薄膜放在空气（折射率n1=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nm550.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ha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(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 ?t ，求线圈电压U 的大小．16.（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1.37×103W/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1.5×108km ，太阳的半径为6.76×105km ，?=5.67×10-8W/(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．(?0=8.85×10-12C 2·N -1·m -2，h =6.626×10-34J ·s ，m e =9.11×10-31kg ，e =1.6×10-19C)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?，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。
24届全国部分地区大学生物理竞赛试卷及答案
3. 自然光从折射率为 n1 的介质入射到折射率为 n2 的介质表面上，当入射角取为布儒斯特角
θB =
时，反射光为线偏振光，其振动方向与入射面
(填
“平行”或“垂直”)。
考场
1
4. 匀质圆柱体， t = 0 开始在倾角为θ 的斜面上从静止释放，如图所示。如果圆柱体与斜面间 摩擦因数 µ = 0 ,圆柱体平动下滑，t > 0 时刻下滑速度记
1. 2g = 19.6m(g = 9.8m / s 2 ) ； 2 = 1.414m / s .
2. v水平＝ 2 gh sinφ = 0.62m / s ； a = a切2 ＋a心2 ＝ （g cosφ)2 + (v水2 平 R)2 = 12.94m / s2
（其中： sin φ =
2πR
= 0.994 , cosφ =
6
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所在学校
准考证号
16.（必做）
(1)试用玻尔氢原子理论中电子绕核运动轨道角动量量子化条件，导出高能态能量 En 与基态能 量 E1 间的关系式。 （2）已知 E1 = −13.6eV ,用动能为12.9eV 的电子使处于基态的氢原子激发，而后可能产生
光线方位，则从组合棱镜第一次出射到空气的光线相对
原入射光线的偏向角α ' =
。
12. 微波探测器 P 位于湖岸水面上方 h 处，发射波长为 λ
电磁波的射电星位于地平线上方φ 角时，图中所示的直射波线 1 与反射波线 2 之间的波程差
∆=
物理竞赛全国试题及答案
物理竞赛全国试题及答案一、选择题（每题3分，共30分）1. 光在真空中的传播速度是：A. 3×10^8 m/sB. 3×10^5 m/sC. 3×10^7 m/sD. 3×10^6 m/s答案：A2. 根据牛顿第二定律，力和加速度的关系是：A. F = maB. F = ma^2C. F = m/aD. F = a/m答案：A3. 一个物体从静止开始做匀加速直线运动，经过时间t，其位移s与时间t的关系是：A. s = 1/2at^2B. s = atC. s = a^2tD. s = 2at^2答案：A4. 两个完全相同的金属球，当它们相互接触后，再分开，它们的电荷量将：A. 相等B. 增加D. 不变答案：A5. 一个物体在水平面上受到一个恒定的力作用，若该力的方向与物体运动方向相反，则物体将：A. 做匀速直线运动B. 做匀加速直线运动C. 做匀减速直线运动D. 静止不动答案：C6. 根据热力学第二定律，下列说法正确的是：A. 热量不能自发地从低温物体传向高温物体B. 热量可以自发地从低温物体传向高温物体C. 热量不能自发地从高温物体传向低温物体D. 热量可以自发地从高温物体传向低温物体答案：A7. 一个理想气体在等温过程中，其压强P与体积V的关系是：A. P ∝ VB. P ∝ 1/VC. P ∝ V^2D. P ∝ 1/V^2答案：B8. 根据电磁感应定律，当一个闭合电路中的磁通量发生变化时，电路中将产生：A. 电流B. 电压C. 电阻答案：B9. 一个物体在竖直方向上受到两个力的作用，一个是重力，另一个是向上的拉力，若拉力大于重力，则物体将：A. 静止B. 向下加速运动C. 向上加速运动D. 匀速直线运动答案：C10. 在光的干涉现象中，两束相干光波相遇时，若它们的相位差为0，则在干涉区域将出现：A. 暗条纹B. 明条纹C. 无干涉现象D. 无法确定答案：B二、填空题（每题4分，共20分）1. 根据能量守恒定律，一个物体的动能和势能之和在没有外力作用的情况下______。
届全国部分地区大学生物理竞赛试卷及答案
ll
金属大平板，左右并排紧靠在一起，左侧空气温度恒为
T1
T3
T1，右侧空气温度恒为 T3 < T1。若两侧空气压强相同，分子数密度分别记为 n1 和 n3，
则 n1：n3 ＝ 接触面上的温度 T2＝。设 K1=2K2，在热来自导已达稳定状态时，则两块金属板 。
K1 K2
p
B1
B2
2p0
p0 A
B3
５.单原子分子理想气体经历的三个准静态过程 AB1、AB2、AB3 如
9
姓名
考场
16. （20 分，非物理 A 组必做，其他组不做）
（1）场强
（1.1）场强为 E0 的匀强电场中，放入半径为 R 的导体球。若导体球原本不带电，静电平
衡后导体球表面电荷分布称为分布 I，若导体球原
本带电量为 Q ，静电平衡后导体球表面电荷分布称
Q
r
为分布 II，请说出分布 II 与分布 I 之间的关系。
H
H
=_____________D 0。若将介质块向上平移 高度，静电平衡后留在电容器内 高度
4
4
的介质层中电位移矢量大小记为
Dr ，则
Dr 与 D r 之间大小关系为
Dr
D _________
r．
空气 H/2
（本空填“大于”、“等于”或“小于”）
7.稳恒磁场的毕奥-沙伐尔定律为 dB
。如图所示，三
一、填空题（必做，共 10 题，每题 2 空，每空 3 分，共 60 分）
1. 如图所示的斜抛运动中，保持初速度大小 v0 不变，
y
抛射角取为 1 30 时，测得水平射程为 S1 。抛射角改
y
v0
为 2 60 时 ， 水 平 射 程 将 为 S2 ＝
29届全国部分地区大学生物理竞赛试卷及答案
考生类别 第 29 届全国部分地区大学生物理竞赛试卷
北京物理学会编印 2012 年 12 月 9 日 北京物理学会对本试卷享有版权，未经允许，不得翻印出版或发生商业行为，违者必究。
个半径为 R 、电流强度同为 I 的电流线圈，两两正交地放在半径为 R 的球面上，球 心 O 处磁感应强度的大小 B 。
8.太阳系外两颗恒星射来的波长同为 的光， 经过直径 D 的透镜所成两个爱里斑的 位置如下页图 1、图 2 或图 3 所示，其中 1 、 2 、3 分别为两细束入射光之间的可 能夹角。 对于大多数人来说， 这两颗恒星刚好能分辨的是图_______所示情况 （填 1、 2 或 3） ，对应的两细束入射光之间的夹角即为最小可分辨角，其值为
3 5
准考证号
二、计算题（必做，共 4 题，每题 15 分，共 60 分） 11. （15 分）将七根长度同为 a 、电阻同为 R 的导 体棒连接成的长方形闭合网络，如图所示。左右两 个正方形区域内分别有匀强磁场，左边磁场 B 垂直 于图平面朝外，右边磁场为 B 。设 B 随时间 t 的变 化率 d B k ，其中 k 为正的常量。
准考证号
y
y
v0
2 60
时 ， 水 平 射 程 将 为 S2 ＝
______________Fra bibliotek___ S1 。不同的抛射角对应的诸多水 平射程中最大者 S max =_______________ S1 。 （空白处 填数）
x
全国大学生物理竞赛历年考试习题(含答案)
全国大学生物理竞赛历年考试习题(含答案)一、选择题1. 下列哪个物理量是标量？A. 速度B. 加速度C. 力D. 质量答案：D解析：质量是标量，因为它只有大小，没有方向。
而速度、加速度和力都是矢量，它们既有大小，又有方向。
2. 下列哪个物理现象可以用牛顿第一定律解释？A. 摩擦力B. 重力C. 弹力D. 惯性答案：D解析：牛顿第一定律也被称为惯性定律，它指出一个物体如果不受外力作用，它将保持静止状态或匀速直线运动状态。
惯性是物体保持其运动状态的性质。
3. 下列哪个物理量是功的单位？A. 焦耳B. 牛顿C. 瓦特D. 库仑答案：A解析：焦耳是功和能量的单位，1焦耳等于1牛顿的力作用在物体上，使物体在力的方向上移动1米的距离所做的功。
4. 下列哪个物理现象可以用安培环路定理解释？A. 电流B. 电阻C. 磁场D. 电压答案：C解析：安培环路定理是电磁学中的一个重要定理，它描述了磁场与电流之间的关系。
该定理指出，通过一个闭合路径的磁场线积分等于该路径所包围的电流总和。
5. 下列哪个物理现象可以用波尔兹曼分布律解释？A. 热力学B. 统计力学C. 量子力学D. 相对论答案：B解析：波尔兹曼分布律是统计力学中的一个重要定律，它描述了在热力学平衡状态下，不同能量状态的粒子数目的分布。
该定律是统计力学的基础之一。
6. 下列哪个物理现象可以用薛定谔方程解释？A. 光的干涉B. 量子隧穿C. 原子光谱D. 相对论效应答案：B解析：薛定谔方程是量子力学中的一个基本方程，它描述了微观粒子在量子态下的行为。
量子隧穿是量子力学中的一个重要现象，它可以用薛定谔方程来解释。
7. 下列哪个物理现象可以用广义相对论解释？A. 光的折射B. 引力透镜C. 狭义相对论效应D. 光的干涉答案：B解析：广义相对论是爱因斯坦提出的一种引力理论，它描述了引力的本质和作用。
引力透镜是广义相对论的一个重要预言，它可以用广义相对论来解释。
8. 下列哪个物理现象可以用电磁感应定律解释？A. 法拉第电磁感应定律B. 安培环路定理C. 楞次定律D. 电磁感应答案：A解析：法拉第电磁感应定律是电磁学中的一个基本定律，它描述了磁场变化产生的感应电动势。
第28届全国部分地区大学生物理竞赛试卷参考答案
v2 。 Rr
解得
2 f mg sin( ) 7 1 10h N mg 17 cos( ) 10 cos 7 R r 2 f 10h 2 sin( ) 17 cos( ) 10 cos N R r (8分)
I 3 R3 I 2 R2
R1 R2 R2 R3 R3 R1 I 2 I C R1 R3 R R R2 R3 R3 R1 Q I 2 R2 1 2 Q I C R1 C CR2 R3 R R R2 R3 R3 R1 dQ dQ 1 2 IC Q R1 dt CR2 R3 dt
2 m0 R0 G
将（3）式代入（2）式，得
02 R04
R4
G
M 0 - M R3
R
2 4 0 R0
G ( M 0 - M)
( 4)
将（1）式代入（4）式，得
4 GM 0 R0 R0 R 3 GR0 ( M 0 - M) (1 M ) M0 M ) (5) R R0 (1 M0
( xC d ) 2 ( yC d ) 2 ( 2d ) 2 ( 2分）
轨迹：如题解图曲线段Ⅱ所示， 为圆心（-d，-d）,半径 2d 的四分之一圆弧。 第Ⅲ阶段：
,
3 2 x1 x2 x3 4d cos , x 4 0 y1 y 2 y 3 4d sin , y 4 4d
( F f ) dlC ( F f )dlC
由质心动能定理 即得
W合外力 E KC ，考虑到全过程应有 E KC 0
4qQd 0 mS
第31届全国部分地区大学生物理竞赛试题
较大。球 1 抛出后，落地前球心的一段
图2
运动轨道如图2 长方形内一段曲线所示，
试在该长方形区域内定性画出球2、球 3
落地前各自球心的一段运动轨道。（球 2、球 3 球 心 在 图 2 中的初始位置，
可 不 受 图 1 所示位置限制。）
6 . 如图所示，在一个绝热的竖直气缸里存有一定量的理想气体，开始时绝热的活塞
第 3 1 届全国部分地区大学生物理竞赛试卷与解答
2014.12.07
1 . 将 地 球 半 径 /?、 自 转 周 期 7\地 面 重 力 加 速 度 g 取为己知量，则人造地球同步卫星的轨道半径:
g r 2/(4；r2/ ? 0 /?，轨道速度相对第一宇宙速度的比值: An2R l{T 2g )
at d t{ 2 2
)4
因对称，即得
£ab =-—31 8ABCA~
V3 , p2 KK
(6分）
( 2 ) 回路电压
u ABC JuJBC：—UCA= > UAB= 0
(3分）
( 3 ) 将^ = r0 、 r2 = 2r。、 r3 = 3rQ代入电流公式：
1 = h B C A = S ABCA / ( n + ^2 + ^3 ) = ^ -
3
导出该多方过程的摩尔热容量c m 。
解 ：（1)
「尸
pV = vRT '
^=>TVn-i =
二> tc^
(2) Cm^ dQ/(vdT)= (pdV + vCmVdT )/(vdT)= ^ ：+ CmV val
Vn~l = K2/T ^> {n -\)Vn-2dV = - K2dT/T2
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一、填空题（必做，共 10 题，每题 2 空，每空 3 分，共 60 分）
1.如图所示，小球从竖直平面的O点斜向上方抛出，抛射角为 ，速度大小为 v0 。在此竖
直平面内作OM射线与小球抛射方向垂直，小球 到达OM射线时的速度分解为图示中与OM射线
垂直方向上的分量 v 和沿OM射线方向上的分
量 v|| ，则 v ＝
为 p0 。假设阀门 K1 、 K2 打开和关闭时间均可略。
（1）在等温条件下，使活塞 A 从最高位置缓慢朝下 移动，直到最低位置 B 处，试求此时隔板 C 下方气体
的压强 p1 ；
（2）承（1）问，再将活塞 A 从 B 处缓慢朝上拉，拉 到距 C 的高度 h 达到什么值时，方能使 C 上方气体的
压强等于 p0 ?
*****************************密******************封*******************线****************************
所在学校
考生类别
第 28 届全国部分地区大学生物理竞赛试卷
北京物理学会编印
2011.12.11
北京物理学会对本试卷享有版权，未经允许，不得翻印出版或发生商业行为，违者必究。
02 R04 R4
G
M
0 - M R3
将（1）式代入（4）式，得
R
02 R04
(4)
G(M 0 - M)
R
GM 0 R04 GR03 (M 0 - M)
R0 (1 M
)
M0
即得
R
R0 (1
M M0
)
(5)
(4分）
将（5）式代入（3）式，得
0 R02
R02 1
M M0
2
0 1
M M0
2
即得
0
线，它的旋转半径（注意：并非螺旋线的曲率半径） R
，
螺距 H
。
7.半径 R ，电流 I 的大圆环，在其中央轴距环心 x 处的
磁感应强度大小为 B(x)
。
有一半径为 r R 的小圆环，环心位于 x 点，环平面与
x 轴垂直，如图所示，则小圆环与大圆环之间的互感系数
近似为 M
。
8.夫琅和费圆孔衍射形成的爱里斑，其半角宽度 与圆孔直径 d、单色光波长 之间的关
３.水平静止的车厢中，用一根劲度系数为k的 轻弹簧水平静止地连接质量为m的小滑块，滑 块与车厢底板间无摩擦。今如图示使车厢以恒
定的加速度 a0 水平朝右运动，小滑块将在车
厢内左右振动，振动角频率 ＝
，
振幅A＝
。
４.设大气温度处处同为T,分子平均质量为m，海平面处分子数密度为 n0 ,压强为 p0 。在距
图所示，其间相对速度大小为 v。S'
系的 O'-x'y'平面中有一根与 x'轴平
行的细杆 AB。杆长 l0 ，在 S'系中沿
y'方向匀速平动，速度大小也为 v。
S 系测得杆 AB 与 x' 轴夹角绝对值Leabharlann ，杆长 l 。
准考证号
姓名
考场
3
二、计算题（必做，共 4 题，每题 15 分，共 60 分）
11. （15 分）将现在太阳的质量记为 M 0 ，地球圆轨道半径记为 R0 ，角速度记为 0 。太阳 经过一年的辐射，质量损耗记为 M (M M 0 ) ，地球的轨道仍近似为圆，试求一年后 地球轨道半径 R 和角速度 ，答案中不可包含题文未给出的物理常量。
，
v|| ＝
。
２.如图所示，由三根相同的均匀细杆连成的等边
三角形刚体框架每边长a,总质量M。将框架相对于过框边上任意一点
P且垂直于框架平面的转轴的转动惯量记为 IP ，所有 IP 中最小者
I min 所对应的P点必定在
,所有 IP 中最大者
I max 与 I min 之间的差值为
。
准考证号
姓名
考场
1
的 推。力对木F 块。木1 块施加1 被方推向动始后终，沿相着继圆与环木切块线方2、向3，、大4 小发不生变完
全非弹性碰撞，，最后恰好一起停在木块 1 的初始位置，全 过程中木块 1 绕行圆环一周。 （1）将四个木块构成的系统的质心记为 C，木块 1、2、3、 4 和 C 的初始位置已在图 2 所示的 o-xy 坐标平面上给出。 通过分析，请在此坐标平面上准确画出 从木块 1 开始运动到最后停下的全过 程中 C 的运动轨迹； （2）试求推力 F； （3）以环心为参考点，试求全过程中
p0h
p1
L 2
得
h 5 L 4L 3
(4分）
附注：（1）如果你在 S 系中直接运用费马原理 求解，本题最高得分为 20 分； （2）如果你运用相对论知识结合静态抛物线光 学聚焦知识求解，本题最高得分只能为 6 分。
10
第 28 届全国部分地区大学生物理竞赛试卷
参考答案
1. v v0 ,
v|| 2v0 cot ;
2.各边中点，
1 Ma 2 ；
8
*****************************密******************封*******************线****************************
所在学校
16. （20 分，非物理 A 组必做，其他组不做） 如图所示，半径为 4d 的圆环固定在水平桌面上，内侧四个 对称位置上静放着质量同为 m 的小木块 1、2、3、4，小木 块与环内壁间没有摩擦，小木块与桌面间的摩擦因数同为
2
10. arctan
,
1 2
1 2 4 l0
11.解：由牛顿第二定律和角动量守恒，得
m02 R0
G
M 0m R02
02
G
M0 R03
(1) (3分）
m 2 R
G
(M0
- M)m R2
2
G
(M 0 - M) R3
(2)
(2分）
mR2 m0R02
0
R02 R2
(3)
(3分）
将（3）式代入（2）式，得
4
*****************************密******************封*******************线****************************
所在学校
准考证号
12.（15 分）如图所示，在内壁光滑固定直立的圆筒形气缸内，有一个质量可略的活塞 A 紧
一
二
题号
1 ~ 10
11
12
13
14
分数
阅卷人
三 题号
15
16
17
总分
分数
阅卷人
答题说明：前 14 题是必做题，满分是 120 分；文管组和农林医组只做必做题；除必做题 外，非物理 B 组限做 15 题，满分 140 分；非物理 A 组限做 15、16 题，满分 160 分；物理 组限做 15、17 题，满分 160 分。请同学们自觉填上与准考证上一致的考生类别，若两者 不符，按废卷处理，请各组考生按上述要求做题，多做者不加分，少做者按规定扣分。
系统曾经有过的角动量最大值 Lmax 以
及系统质心 C 曾经有过的角动量最大
值 LC,max 。
9
准考证号
姓名
考场
17 . （20 分，物理组必做，其他组不做） 如图所示，在惯性系 S 中，一个以 x 轴为对称轴的数学旋转曲面沿 x 轴以匀速度 v 高速运动。
t 时刻，曲面在 o-xy 平面上的投影曲线方程为 y2 2 p( x vt)
9.常规的杨氏双孔干涉的实验装置和相关参量如图 1 所示，屏幕上中央区域（O 点附近）相
邻两条亮纹的间距为
。用开孔的直角挡板和直线“屏幕”构成的双孔干涉
实验装置，以及 45 方向入射的平行光束，如图 2 所示。图中还给出了相关的几何参量。x
轴上 O 点附近相邻两个亮点的间距近似为
。
10.惯性系 S、S'间的相对运动关系如
6
*****************************密******************封*******************线****************************
所在学校
14.（15 分）图中所示倾角为
的斜面，相切地接上一段半径 为 R 的圆弧曲面，后者又与水
平地面相切。半径 r R 匀质小
1
2M M0
(3分）
1
12. 解：（1）A 第一次朝下移动时，气缸内的气体压强增大，使 K1 关闭， K2 打开。A 到
达 B 处时，由
p1
3 2
L
p0
5L
得
p1
10 3
p0
(5分）
（2）A 从 B 处朝上拉时，C 上方气体体积增大，压强减小，K2 即关闭。C 下方气体压强 p1
不变，上方气体压强继续减小，直到 A 距 C 高为 h 时压强降到 p0 ，由
3.
k
,
ma0 ;
4
mk
4. n0e mgh kT , p0emgh kT ;
5. 1 , 13
1; 12
6. mv0 sin , 2mv0 cos ;
qB
qB
7.
0 IR2
2( R 2
x2
3
)2
,
0r 2 R 2
2(R2
x
2
)
3 2
;
8.
1.22 .
d
3.36 104 ;
9. D , a
2 b； a
海平面高度h处，大气分子数密度 n(h) ＝