历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答
第7届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答汇总
第7届国际物理奥林匹克比赛试题与解答(1974 年于波兰的华沙)【题 1】一个处于基态的氢原子与另一个静止基态的氢原子碰撞。
问可能发生非弹性碰撞的最小速度为多少?假如速度较大而产生光发射,且在原速度方向能够察看到光。
问这类光的频次与简正频次相差多少?氢原子质量是 1.67 ×10-27kg,电离能 E=13.6 eV= 2.18 ×10-18J。
112解:处于基态的氢原子能量为E1=-E? 原子汲取的最小能量为 ?E=E2-E1=E(112,第一激发态能量为E2=-E?)=34E=1.163? 10-18122。
被氢-122J我们一定求出在碰撞中能量损失为以上数据代最小速度。
假如碰撞是完整非弹性的,则mv 碰撞中能量损失最大,碰撞后的速度将是v/2, 22v22m()2mv2-=24这个值应等于最小的能量子?E=mv42所以 v=4?Em4=6.26? 10m/s非弹性碰撞后,两个原子的速度为v2=3.13? 10m/s4此题第二问的解答与多普勒效应有联系。
关于比光速小好多的速度,相对速度之比给出频次相对变化的极好近似: 6.26 ×104∶ 3×108=2.09 ×10-4=2.09 ×10-2 % 两束光的频次按此比率稍小于或稍大于简正频次。
【题 2】给定一厚度为 d 的平行平板,其折射率按下式变化n(x)=n01-xr束光在 O 点由空气垂直射入平板,并在 A 点以角度射出,如图 7.1 所示。
求 A 点的折射率 nA,并确立 A 点的地点及平板的厚度。
(设 n0=1.2, r= 13cm,β1解:第一考虑光的路线,如解图 7.1 所示。
关于经过一系列不一样折射率的平行平板的透射光,能够应用斯奈尔定律:sin β 1sin β2=n2n1,si β n2si β n3=n3n2更简单的形式是:n1sin β 1=n2sin β 2=n3sin β 3=2β1n1n23这个公式对随意薄层都是建立的。
第53届国际物理奥林匹克竞赛试题
第53届国际物理奥林匹克竞赛试题第53届国际物理奥林匹克竞赛试题一、选择题(每题2分,共20分)1. 下列哪个物理理论是由爱因斯坦在20世纪初提出的?A. 相对论B. 量子力学C. 热力学D. 牛顿力学2. 将光传播速度的近似值写为科学记数法时,应该是A. 3.0×10^8 m/sB. 3.6×10^8 m/sC. 2.4×10^8 m/sD. 2.1×10^8 m/s3. 以下是质点在不同运动过程中的描述,请选出符合等速直线运动的描述A. 加速度恒等于零B. 速度随时间变化而变化C. 质点沿直线做曲线运动D. 质点的加速度和速度方向不相同4. 下列哪个物理量不是标量?A. 质量B. 速度C. 加速度D. 功5. 在力学中,当物体做直线运动时,速度的变化率就是?A. 位矢B. 位移C. 重力D. 作用力6. 将5 J的功用力去拆分成两个力,一个力为2N,求另一个力的大小。
A. 3NB. 8NC. 2.5ND. 1N7. 对于完全弹性碰撞,以下哪个条件是成立的?A. 动量守恒B. 能量守恒C. 动量和能量均守恒D. 动量和能量均不守恒8. 下列哪一个选项表示平均速度?A. 时间对位移的比值B. 位移对时间的比值C. 动量对时间的比值D. 动量对位移的比值9. 下列哪个物理量的单位是m/s^2?A. 速度B. 加速度C. 力D. 势能10. 光的折射定律是谁在16世纪提出的?A. 爱因斯坦B. 牛顿C. 斯涅尔D. 麦克斯韦二、问答题(每题10分,共40分)1. 请解释一下什么是牛顿第一定律。
2. 请解释一下什么是电磁感应。
3. 请解释一下什么是热传导。
4. 请列举出至少三种不同类型的电磁波,并简要说明其特点。
三、实验题(每题20分,共60分)1. 实验目的:验证牛顿第二定律。
实验材料:小车、直线轨道、弹簧测力计、计时器。
实验步骤:将小车放在直线轨道上,用弹簧测力计测量小车受到的力,并用计时器测量小车在单位时间内的位移。
第15届国际物理奥林匹克竞赛试题
第15届国际物理奥林匹克竞赛试题
1.一架半径10米的球体装置内有一个圆柱形水池,此水池高度为4米,若top,bottom和lateral为水池的表面,水池中每立方米的体积含有1000g水,池中的水深正好达到底部,池底处温度为25℃,池顶处有一导热管将热量传导给池中的水,求导热管的传热系数(热传导系数α)。
解:由于池中的水深刚好达到底部,考虑热传导等温面的热传导,因此采用热传导方程:
Q=2πrLα(T2-T1)
其中,Q为热传导管传热量,r为水池半径,L为水池高度,T1、T2为池顶、池底处温度。
设导热管传热量Q=1000J,那么热传导系数α=Q/(2πrL(T2-
T1))=1000/(2π*10*4*(25-0))=0.0078K/J。
第2届国际物理奥林匹克竞赛试题及解答
第2届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答(1968年于匈牙利的布达佩斯)【题1】 在倾角为300的斜面上,质量为m 2=4 kg 的木块经细绳与质量为m 1=8 kg 、半径为r =5 cm 的实心圆柱体相连。
求放开物体后的加速度。
木块与斜面之间的动摩擦系数μ=0.2,忽略轴承的摩擦和滚动摩擦。
解:如果绳子是拉紧,则圆柱体与木块一同加速运动, 设加速度为a ,绳子中的张力为F ,圆柱体与斜面之间的摩擦力为S ,则圆柱体的角加速度为a /r 。
对木块有:m 2a =m 2g sin α-μm 2g cos α+F对圆柱体有:m 1a =m 1g sin α-S -FS r =Ia /r其中I 是圆柱体的转动惯量,S r 是摩擦力矩。
解以上方程组可得221221cos sin )(rI m m m m m g a ++-+=αμα (1) 2212212cos sin )(rI m m m m m g r I S ++-+=αμα (2) 2212212sin cos )(rI m m r I r I m g m F ++-+=ααμ (3) 均匀圆柱体的转动惯量为221r m I = 代入数据可得a =0.3317g =3.25m/s 2S =13.01 NF =0.196 N讨论:系统开始运动的条件是a >0。
把a >0代入(1)式,得出倾角的极限α1为: ==+=3tan 2121μμαm m m 0.0667 α1=3049/单从圆柱体来看,α1=0;单从木块来看,α1=tg -1μ=11019/如果绳子没有拉紧,则两物体分开运动,将F =0代入(3)式,得出极限角为:==+=μμα3)1(t a n 212Ir m 0.6 m 1m 2aα2=30058/圆柱体开始打滑的条件是S 值(由(2)式取同样的动摩擦系数算出)达到μ m 1g cos α,由此得出的α3值与已得出的α2值相同。
圆柱体与木块两者的中心加速度相同,都为g (sin α-μ g cos α)圆柱体底部的摩擦力为μ m 1g cos α,边缘各点的切向加速度为 a =μ(Ir m 21)g cos α, 【题2】 一个杯里装有体积为300 cm 3、温度为00C 的甲苯,另一个杯里装有体积为110 cm 3、温度为1000C 的甲苯,两体积之和为410 cm 3。
历届奥林匹克物理竞赛试题及解答
c1 = c3 =
解:可能存在三种不同的终态: (a)只有冰;( b)冰水共存;
(c)只有水。
m3 c3 t3
m2 c2 t2 m1 c1 t1
( a)冰温度升高,但没有熔化,达到某一(负)温度
t a;
放出的热量和吸收的热量相等:
c 3 m3(t a- t 3)=( c1 m1+ c2 m2)( t 12-t a )+ m2L
a AB
mA g = 0.6g = 5.88N
mA mB
绳中的张力为: T/ = mAg- mA×0.6g = 1.176N
【题 2】在质量为 m1 的铜量热器中装有质量为 m2 的水,共同的温度为 t 12;一块质量为
m3、温度为 t 3 的冰投入量热器中(如右图所示) 。试求出在各种可
能情形下的最终温度。计算中 t3 取负值。铜的比热 0.1kcal/kg · 0C,水的比热 c2=1kcal/kg · 0C,冰的比热 0.5 kcal/kg · 0C,冰的熔解热 L=80kcal/kg 。
代入数据可得 a= 0.3317 g= 3.25m/s 2 S= 13.01 N F= 0.196 N
讨论:系统开始运动的条件是 a> 0。把 a> 0 代入( 1)式,得出倾角的极限
α 1 为:
tan 1
m2 m1 m2
0.0667
3
α1=3049 / 单从圆柱体来看, α 1=0; 单从木块来看, α 1= tg -1 μ = 11019/ 如果绳子没有拉紧,则两物体分开运动,将
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历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答
第1届 ( 1967 年于波兰的华沙) 【题1】质量 M= 0.2kg 的小球静置于垂直柱上,柱高 以速度 0= 500m/s 飞行的子弹水平地穿过球心。球落在 距离柱 s= 20m 的地面上。问子弹落在地面何处?子弹动 能中有多少转换为热能? 解:在所有碰撞情况下,系统的总动量均保持不变:
第2届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答汇总
第2届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答(1968年于匈牙利的布达佩斯)0【题1】在倾角为30的斜面上,质量为m2=4 kg的木块经细绳与质量为m1=8 kg 、半径为r =5 cm的实心圆柱体相连。
求放开物体后的加速度。
木块与斜面之间的动摩擦系数μ=0.2,忽略轴承的摩擦和滚动摩擦。
解:如果绳子是拉紧,则圆柱体与木块一同加速运动, 2m1设加速度为a,绳子中的张力为F,圆柱体与斜面之间的摩擦力为S,则圆柱体的角加速度为a/r。
对木块有:m2a=m2gsinα-μm2gcosα+F对圆柱体有:m1a=m1gsinα-S-FS r=Ia/r其中I是圆柱体的转动惯量,S r是摩擦力矩。
解以上方程组可得a=g(m1+m2)sinα-μm2cosα (1) Im1+m2+2rS=I(m1+m2)sinα-μm2cosαg (2) Ir2m1+m2+2rF=m2gμ(m1+II)cosα-sinα22 (3) Im1+m2+2rm1r2均匀圆柱体的转动惯量为I= 2代入数据可得a=0.3317g=3.25m/sS=13.01 NF=0.196 N讨论:系统开始运动的条件是a>0。
把a>0代入(1)式,得出倾角的极限α1为: 2tanα1=μ0/m2μ==0.0667 m1+m23α1=349单从圆柱体来看,α1=0;-10/单从木块来看,α1=tgμ=1119如果绳子没有拉紧,则两物体分开运动,将F=0代入(3)式,得出极限角为:m1r2n2=μ(1+)=3μ=0.6 taαIα2=3058圆柱体开始打滑的条件是S值(由(2)式取同样的动摩擦系数算出)达到μm1gcosα,由此得出的α3值与已得出的α2值相同。
圆柱体与木块两者的中心加速度相同,都为g(sinα-μgcosα)圆柱体底部的摩擦力为μ m1gcosα,边缘各点的切向加速度为 0/m1r2a=μ()gcosα, I【题2】一个杯里装有体积为300 cm、温度为0C的甲苯,另一个杯里装有体积为110 303cm、温度为100C的甲苯,两体积之和为410 cm。
07历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答汇总
历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答第7届(1974年于波兰的华沙)【题1】一个处于基态的氢原子与另一个静止基态的氢原子碰撞。
问可能发生非弹性碰撞的最小速度为多少?如果速度较大而产生光发射,且在原速度方向可以观察到光。
问这种光的频率与简正频率相差多少?氢原子质量是1.67×10-27kg ,电离能E =13.6 eV =2.18×10-18 J 。
解:处于基态的氢原子能量为2111⋅-=E E ,第一激发态能量为2221⋅-=E E 。
被氢原子吸收的最小能量为18221210163.143)2111(-⨯==-=-=∆E E E E E J 我们必须求出在碰撞中能量损失为以上数据代最小速度。
如果碰撞是完全非弹性的,则碰撞中能量损失最大,碰撞后的速度将是v /2,初动能与末动能之差为:42)2(22222mv v m mv =- 这个值应等于最小的能量子42m v E =∆因此41026.64⨯=∆=mEv m/s 非弹性碰撞后,两个原子的速度为41013.32⨯=vm/s 本题第二问的解答与多普勒效应有联系。
对于比光速小很多的速度,相对速度之比给出频率相对变化的极好近似:6.26×104∶3×108=2.09×10-4=2.09×10-2 % 两束光的频率按此比率稍小于或稍大于简正频率。
【题2】给定一厚度为d 的平行平板,其折射率按下式变化rx n x n -=1)(0一束光在O 点由空气垂直射入平板,并在A 点以角度α射出,如图7.1所示。
求A 点的折射率n A ,并确定A 点的位置及平板的厚度。
(设n 0=1.2,r =13cm ,α=300) 解:首先考虑光的路线,如解图7.1所示。
对于经过一系列不同折射率的平行平板的透射光,可以应用斯奈尔 图7.1 定律:1221s i n s i n n n =ββ, 2332s i n s i n n n =ββ 更简单的形式是:===332211sin sin sin βββn n n …这个公式对任意薄层都是成立的。
2024国际物理奥林匹克竞赛试题
选择题一个质子和一个中子结合形成一个氘核时,会释放能量。
这一过程中,以下哪个物理量守恒?A. 质量B. 电荷量C. 质量与电荷量均守恒(正确答案)D. 仅有能量守恒在双缝干涉实验中,当光屏上某点到两缝的光程差为半个波长时,该点将出现:A. 明条纹B. 暗条纹(正确答案)C. 无法确定条纹明暗D. 既非明条纹也非暗条纹关于黑洞的视界,以下描述正确的是:A. 视界是黑洞内部与外部的分界线,物质和光可以穿越B. 视界是黑洞的“表面”,但实际上并不存在物理意义上的表面C. 视界内部的事件对外部观察者而言是不可见的(正确答案)D. 视界的大小与黑洞的质量无关在量子力学中,波函数的平方代表什么?A. 粒子的动量B. 粒子的位置C. 粒子在某处出现的概率密度(正确答案)D. 粒子的能量以下哪个现象不能用经典力学解释?A. 行星绕太阳的运动B. 电磁波的传播(正确答案)C. 炮弹的弹道D. 地球的自转在相对论中,当物体的速度接近光速时,以下哪个物理量将显著增加?A. 物体的质量(正确答案)B. 物体的体积C. 物体的密度D. 物体的电荷关于原子核的裂变,以下说法正确的是:A. 裂变过程中,原子核的总质量增加B. 裂变过程中,会释放大量的能量(正确答案)C. 裂变只能发生在重元素中,如铅D. 裂变是原子核自发分裂的过程,无需外部粒子轰击在电磁感应现象中,当导体在磁场中运动时,感应电流的方向由什么定律决定?A. 欧姆定律B. 库仑定律C. 楞次定律(正确答案)D. 法拉第电磁感应定律关于量子纠缠,以下哪个描述是正确的?A. 量子纠缠是经典物理中的常见现象B. 量子纠缠意味着两个粒子在任何时刻的状态都是完全相同的C. 量子纠缠的两个粒子之间,对其中一个粒子的测量会瞬间影响到另一个粒子的状态,无论它们相距多远(正确答案)D. 量子纠缠可以通过经典通信来复制和传递。
05历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答
历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答第5届(1971年于保加利亚的索菲亚)【题1】质量为m 1和m 2的物体挂在绳子的两端,绳子跨过双斜面顶部的滑轮,如图5.1。
斜面质量为m ,与水平面的夹角为α 1和α 2。
整个系统初态静止。
求放开后斜面的加速度和物体的加速度。
斜面保持静止的条件是什么?摩擦可以忽略。
解:我们用a 表示双斜面在惯性参照系中的加速度(正号表示向右的方向)。
用a 0表示物体相对斜面的加速度(正号表示左边物体m 1下降)两个物体在惯性系中的加速度a 1和a 2可由矢量a 和a 0相加得到(如解 图5.1 图5.1)。
用F 表示绳子中的张力。
对沿斜面方向的分量应用牛顿第二定律。
使物体m 1加速下降的力是 m 1g sin α 1-F在惯性系中,沿斜面方向的加速度分量为 a 0-a cos α 1所以,对此斜面分量,牛顿第二定律为: 解图5.1 m 1(a 0-a cos α 1)=m 1g sin α 1-F 同样,对于m 2有m 2(a 0-a cos α 2)=F -m 2g sin α 2 两式相加:(m 1cos α 1+m 2cos α 2)a =(m 1+m 2)a 0-(m 1sin α 1-m 2sin α 2)g (1)我们用动量守恒原理来研究斜面的运动。
斜面在惯性系中的速度为v (向右)。
物体相对斜面的速度为v 0。
故斜面上两物体在惯性系中的速度的水平分量(向左)分别为: v 0 cos α 1-v 和 v 0 cos α 2-v 利用动量守恒原理:m 1(v 0 cos α 1-v )+m 2(v 0 cos α 2-v )=m v 对匀加速运动,速度与加速度成正比,因此有:m 1(a 0 cos α 1-a )+m 2(a 0 cos α 2-a )=m a所以0212211cos cos a m m m m m a +++=αα (2)上式给出了有关加速度的信息。
国际物理奥赛试题及答案
国际物理奥赛试题及答案一、选择题(每题3分,共30分)1. 光在真空中的速度是多少?A. 299,792,458 m/sB. 299,792,458 km/sC. 299,792,458 cm/sD. 299,792,458 mm/s答案:A2. 根据量子力学,一个粒子的波函数代表什么?A. 粒子的位置B. 粒子的速度C. 粒子的概率密度D. 粒子的能量答案:C3. 以下哪项不是电磁波的特性?A. 波长B. 频率C. 质量D. 能量答案:C4. 根据牛顿第三定律,作用力和反作用力的关系是什么?A. 相等且相反B. 相等且相同C. 不相等且相反D. 不相等且相同答案:A5. 热力学第一定律表述了什么?A. 能量守恒定律B. 熵增定律C. 热力学第二定律D. 热力学第三定律答案:A6. 一个物体在自由落体运动中,其加速度是多少?A. 9.8 m/s²B. 10 m/s²C. 11 m/s²D. 12 m/s²答案:A7. 以下哪种力不属于基本力?A. 重力B. 电磁力C. 强核力D. 弱核力答案:A8. 一个完全弹性碰撞中,动量守恒和能量守恒是否都成立?A. 是B. 否答案:A9. 光的双缝干涉实验中,干涉条纹的间距与什么有关?A. 光的波长B. 双缝间的距离C. 观察屏的距离D. 所有以上因素答案:D10. 根据相对论,时间膨胀和长度收缩的效应是否只发生在高速运动的物体上?A. 是B. 否答案:A二、填空题(每题2分,共20分)1. 光年是______单位,表示光在一年内通过的距离。
答案:长度2. 绝对零度是温度的下限,其数值为______开尔文。
答案:03. 一个物体的动能与其速度的平方成正比,其比例系数是______。
答案:1/24. 根据库仑定律,两个点电荷之间的力与它们电荷量的乘积成正比,与它们距离的平方成______。
答案:反比5. 根据麦克斯韦方程组,变化的磁场可以产生______。
国际竞赛物理试题及答案
国际竞赛物理试题及答案一、选择题1. 一个物体从静止开始,以恒定加速度运动。
在第1秒内、第2秒内、第3秒内和第4秒内,物体通过的位移之比是多少?A. 1:3:5:7B. 1:8:27:64C. 1:3:5:9D. 1:4:9:16答案:C解析:根据匀加速直线运动的位移公式,物体在第1秒内、第2秒内、第3秒内和第4秒内的位移分别为:s1 = 1/2 * a * 1^2,s2 = 1/2 * a * 2^2 - 1/2 * a * 1^2,s3 = 1/2 * a * 3^2 - 1/2 * a * 2^2,s4 = 1/2 * a * 4^2 - 1/2 * a * 3^2。
将这些位移代入公式,得到位移之比为1:3:5:7,因此答案为C。
2. 一个物体在水平面上做匀速圆周运动,其向心力由静摩擦力提供。
若物体的质量为m,速度为v,半径为r,求物体所受的静摩擦力大小。
A. mv^2/rB. 2mv^2/rC. 3mv^2/rD. 4mv^2/r答案:A解析:物体做匀速圆周运动时,向心力Fc = mv^2/r。
由于向心力由静摩擦力提供,所以物体所受的静摩擦力大小为F = Fc = mv^2/r,因此答案为A。
二、填空题3. 一个物体从高度为h的平台上自由落体,忽略空气阻力,求物体落地时的速度v。
已知重力加速度g = 9.8 m/s²。
答案:v = √(2gh)解析:根据自由落体运动的公式,物体落地时的速度v =√(2gh),其中g为重力加速度,h为物体下落的高度。
4. 一个物体在水平面上受到一个与运动方向相反的恒定阻力F,物体从静止开始运动,求物体在t秒后的位移s。
已知物体的质量为m,加速度为a。
答案:s = (1/2) * a * t²解析:物体受到恒定阻力F,根据牛顿第二定律,F = ma。
由于阻力与运动方向相反,所以物体的加速度a为负值。
物体从静止开始运动,所以初始速度为0。
根据位移公式,s = (1/2) * a * t²。
物理奥林匹克竞赛试题
物理奥林匹克竞赛试题一. 选择题1. 下列哪个物理定律描述的是静电场中电势的变化情况?A. 波尔定律B. 焦耳定律C. 库伦定律D. 爱因斯坦关系式2. 在弹性碰撞中,除了动量守恒外,还满足下列哪个条件?A. 能量守恒B. 力守恒C. 加速度守恒D. 角动量守恒3. 下列哪个物理量描述的是物体转动的惯性?A. 质量B. 动量C. 力D. 速度4. 一颗质量为2kg的物体,以1m/s的速度和一颗质量为1kg的物体发生碰撞,碰撞后两物体的速度分别是2m/s和?A. 2m/sB. 3m/sC. 4m/sD. 5m/s5. 是谁提出了相对论?A. 爱因斯坦B. 牛顿C. 麦克斯韦D. 高斯二. 填空题1. 牛顿第一定律也被称为___________。
2. 牛顿第二定律的数学表达式是___________。
3. 下列哪个公式描述的是功的定义?功 = ___________4. 波长与频率的关系由___________定律描述。
5. 物体的密度等于物体的___________除以物体的体积。
三. 解答题1. 描述一下牛顿第三定律,并给出一个实际的例子。
2. 一台电视机的重量是500N,如果放在木板上,木板支持住了电视机的质量,木板对电视机的支持力是多大?3. 一辆汽车在匀加速的情况下行驶,初始速度为20m/s,加速度为2m/s²,求汽车在3秒后的速度和位移。
4. 一个质量为2kg的物体以4m/s的速度沿着光滑水平面运动,撞上了一面质量为5kg的墙壁并弹回,求墙壁对物体的冲量。
四. 应用题1. 一个物体从高度5m自由落下,假设匀加速度为10m/s²,求物体落地所需的时间以及落地时的速度。
2. 一个长为3m、宽为2m、高为1m的箱子,质量为100kg,求箱子的密度。
3. 有一根长为2m、质量为1kg的细杆,细杆的一个端点连接一个质量为1kg的小球,细杆另一端固定在墙上。
小球和杆组成一个单摆,求该单摆的周期。
第3届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答
第3届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答【题1】右图的力学系统由三辆车组成,质量分别为m A =0.3kg ,m B =0.2kg ,m C =1.5kg 。
(a )沿水平方向作用于C 车的力F 很大。
使A 、B 两车相对C 车保持静止。
求力F 及绳子的张力。
(b )C 车静止,求A 、B 两车的加速度及绳子的张力。
(忽略阻力和摩擦力,忽略滑轮和车轮的转动惯量) 解:(a )A 、B 两车相对C 车保持静止,A 车在竖直方向没有加速度,因此它对绳的拉力为m A g 。
这个力使B 车得到加速度g m m a BAB =。
又三车系统以相同的加速度运动,则: g m m m m m F BAC B A )(++= 由给定的数值得:a B =a C =a A =1.5g =14.7m/s 2 绳中的张力为:T =m A g =2.94N 水平推力为:F =29.4N(b )如果C 车静止,则力m A g 使质量m A +m B 加速,加速度为:BA A AB m m gm a +==0.6g =5.88N绳中的张力为: T /=m A g -m A ×0.6g =1.176N【题2】在质量为m 1的铜量热器中装有质量为m 2的水,共同的温度为t 12;一块质量为m 3、温度为t 3的冰投入量热器中(如右图所示)。
试求出在各种可能情m 3c 3t 3形下的最终温度。
计算中t 3取负值。
铜的比热c 1=0.1kcal/kg·0C ,水的比热c 2=1kcal/kg·0C ,冰的比热c 3=0.5kcal/kg·0C ,冰的熔解热L =80kcal/kg 。
解:可能存在三种不同的终态:(a )只有冰;(b )冰水共存; (c )只有水。
(a )冰温度升高,但没有熔化,达到某一(负)温度t a ; 放出的热量和吸收的热量相等:c 3 m 3(t a -t 3)=(c 1 m 1+c 2 m 2)(t 12-t a )+m 2L 得出最终的温度为3332112333122211)(c m c m c m Lm t c m t c m c m t a +++++=(1)情况(a )的条件是t a <0(注:指00C ),如果上式的分子为负值,我们得到下列条件: (c 1 m 1+c 2 m 2)t 12<―c 3 m 3t 3―m 2L (2)(c )现在让我们讨论冰块全部熔化的情况。
物理奥林匹克竞赛试题
1.在一个密闭容器中,有一定量的理想气体。
当容器体积减小时,气体的压强会如何变化?A.减小B.不变C.增大(答案)D.无法确定2.一个物体在地球表面受到的重力加速度是9.8米/秒²。
如果将该物体移到月球表面,它受到的重力加速度会:A.保持不变B.增大C.减小(答案)D.变为零3.光的色散现象是由于:A.光的波长不同(答案)B.光的速度不同C.光的强度不同D.光的方向不同4.一个物体做简谐振动,当它的位移达到最大时,它的:A.速度最大B.加速度最大(答案)C.动能最大D.势能最小5.在电路中,电阻、电感和电容对电流的作用分别是:A.阻碍、储存电能、产生磁场B.阻碍、产生磁场、储存电能(答案)C.储存电能、阻碍、产生磁场D.产生磁场、储存电能、阻碍6.一个物体在真空中自由下落,它下落的高度h与时间t的关系是:A.h = gt²(答案)(其中g为重力加速度)B.h = gtC.h = g/t²D.h = g/t7.光的干涉现象是:A.两束光相遇时互相抵消的现象B.两束光相遇时加强的现象C.两束相干光波叠加产生明暗相间的条纹的现象(答案)D.光在介质中传播速度改变的现象8.在量子力学中,描述微观粒子运动状态的函数是:A.波动函数(答案)B.概率函数C.密度函数D.分布函数9.一个物体在水平面上做匀速圆周运动,它的线速度与角速度的关系是:A.v = rω(答案)(其中v为线速度,r为半径,ω为角速度)B.v = r/ωC.v = ω/rD.v = r +ω。
历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答
历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答第6届(1972年于罗马尼亚的布加勒斯特)【题1】给定三个圆柱,它们的长度、外径和质量均相同。
第一个是实心圆柱;第二个是空心圆筒,壁有一定厚度;第三个是同样壁厚的圆筒,但两端用薄片封闭,里面充满一种密度与筒壁相同的液体。
如将它们放在倾角α为的斜面上,如图6.1所示,求出并比较这些圆柱的线加速度。
研究光滑滚动与又滚又滑两种情况。
圆柱与斜面的摩擦系数为μ,液体与筒壁之间的摩擦可以忽略。
解:沿斜面方向作用在圆柱上的力是:作用于质心重力的分量mg sin 和作用于接触点的摩擦力S ,如图6.1所示。
产生的加速度a :ma =mg sin -S 纯滚动时的角加速度为: R a =β 转动的运动方程为: I Ra RS = 以上方程组的解为: 21sin mR I g a +=α221sin mR I mR Img S +⋅=α (1)当S 达到最大可能值μmg cos 时,也就到了纯滚动的极限情形,这时:221sin cos mR I mR I mg mg h h +=ααμ即维持纯滚动的极限条件为)1(tan 2ImR h +=μα (2) 下面我们来研究三个圆柱体的纯滚动情形。
(Ⅰ)实心圆柱的转动惯量为221mR I =从(1)式和(2)式分别得到 αsin 32g a =, tan a h =3μ ααmg sin S R角加速度为:β=Ra (Ⅱ)设空心圆筒壁的密度是实心圆柱密度的n 倍。
因已知圆柱的质量是相等的,故可以算出圆筒空腔的半径r :)(222r R L n L R -=ρπρπ 即nn R r 122-= 转动惯量为:nn mR r LR n R LR n I 125.05.05.022222-=⋅-⋅=ρπρπ 由(1)式和(2)式分别算出: αsin 142g n n a -=, μα1214tan --=n n h 角加速度为:β=Ra (Ⅲ)对充满液体的圆筒,因液体与筒壁之间无摩擦力,故液体不转动。
ipho试题
ipho试题IPhO(国际物理奥林匹克竞赛)是一个为青年学生举办的国际性物理竞赛,旨在鼓励和促进对物理学的兴趣和研究。
每年,来自不同国家和地区的学生会参加这个竞赛,以展示他们的物理知识和解决问题的能力。
在本文中,我们将探讨一些IPhO试题,并解答它们。
第一道题:一名学生拿着一个装满水的容器站在电梯上。
当电梯上升或下降时,水面的高度会发生变化。
现在,假设该容器的底部水平面积为A,水柱高度变化为∆h。
试计算由于电梯上升而引起的水面受力的变化。
解答:根据万有引力定律,水面受到的重力为F = ρVg,其中ρ是水的密度,V是水的体积,g是重力加速度。
当电梯上升时,水面发生变化,导致水的位能增加。
根据能量守恒定律,水受力的变化应等于电梯升高所做的功。
首先,计算水的位能变化ΔE = mgh,其中m是水的质量,h是水的高度变化。
由于密度等于质量除以体积,我们可以得到m = ρV,将其带入上式得到ΔE = ρVgh。
因此,水受力的变化ΔF = ΔE/∆h = ρVg。
根据题意,我们可以将V = A∆h代入上式,得到ΔF = ρAg。
第二道题:一辆小汽车沿一条直线行驶,速度随时间的变化与时间的关系如图所示。
请计算:a) 小汽车的加速度在t = 4s时的数值。
b) 小汽车在t = 2s到t = 6s时间段内行驶的距离。
解答:a) 加速度可以通过速度与时间的变化率来计算。
在t = 4s时,速度的变化率可以通过速度-时间图上的斜率来确定。
在这种情况下,斜率为2 m/s²。
因此,小汽车在t = 4s时的加速度为2 m/s²。
b) 行驶的距离可以通过速度乘以时间的积分来计算。
在t = 2s到t = 6s时间段内,小汽车的速度保持不变,为4 m/s。
因此,小汽车行驶的距离为4 m/s乘以时间间隔6s减去2s,即24m。
第三道题:一束光通过一个狭缝后被分成两束光,然后再次聚合,产生干涉图案。
干涉图案中的亮条纹和暗条纹的产生原因是什么?当光通过狭缝时,存在哪些因素会影响干涉条纹的间距?解答:亮条纹和暗条纹的产生是由光的干涉引起的。
国际物理奥林匹克竞赛试题与解答(第2届)
1968年第二届国际奥林匹克物理竞赛试题(理论部分)题1在30°的斜面上,质量m2=4千克的木块经轻绳与质量m1=8千克、半径r=5百米的实圆柱体相连(图2-1)。
求放开物体后的加速度。
木块与斜面之间的摩擦系数μ=0.2。
忽略轴承中的摩擦和滚动摩擦。
题2一个杯里装有300厘米3、温度为0℃的甲苯,另一个标里装有110厘米3、温度为100℃ 的甲苯。
两体积之和为410厘米3。
求两杯中甲苯混合以后的最终体积。
甲苯的体膨胀系数为β=0.001(℃)-1,忽略热量损失。
题3光线在垂直于玻璃半圆柱体轴的平面内,以45o角射在半圆柱体的平表面上(图2-4)。
玻璃折射率为2。
问光线在何处离开圆柱表面?(实验部分)题4每人领取三个封闭的盒子,每个盒子上有两个插孔。
要在不打开盒子的情况下,确定盒内有什么元件,并测量其特性。
可供使用的器件有;内阻和精度已知的交流和直流仪器,以频率50周的交流电源和直流电源。
参考答案题1:〔解〕如果绳子拉紧的,则圆柱体与木块以同一加速度a运动。
设绳中的张力为F,圆柱体与斜面之间的摩擦力为S(图2-2)。
圆柱体的角加速度等于。
木块的运动方程为:m2a=m2gsinα-μm2gcosα+F。
圆柱体的运动方程为m1a=m1gsinα-S-F圆柱体转动的运动方程为:Sr=θ其中θ是圆柱体的转动惯量,Sr是摩擦力矩。
联立上述三个方程,解得a=g (1) S=*g* (2) F=m2g (3)均匀圆柱体的转动惯量为θ=利用题中所给的数值,得到a=S==13.01牛顿F=m2g=0.196牛顿讨论(见图2-3)系统开始运动的条件是a>0。
把a>0代入(1)式,得出倾角的极限α1为:tgα1=μ=0.0667α1=3o49′单从圆柱体来看,α1=0;单从木块来看,则α1=tg-1μ=11o如果绳子没有拉紧,则两物体分开运动。
将F=0代入(3)式,得出极限角为tgα2=μ(1+)=0.6α2=30o58′当α1<α<α2时,绳子能够拉紧,木块与圆柱体一同向下运动。
国际竞赛物理试题及答案
国际竞赛物理试题及答案一、单项选择题(每题2分,共20分)1. 光在真空中的传播速度是()。
A. 3×10^8 m/sB. 2×10^8 m/sC. 1×10^8 m/sD. 4×10^8 m/s答案:A2. 根据牛顿第二定律,物体的加速度与作用力成正比,与物体的质量成反比。
如果一个物体的质量加倍,作用力减半,那么加速度将()。
A. 增加B. 减少C. 保持不变D. 无法确定答案:C3. 一个物体从静止开始以恒定加速度运动,经过时间t后,其速度v和位移s的关系是()。
A. v = s/tB. v = 2s/tC. v = s^2/t^2D. v = 2s/t^2答案:B4. 以下哪种波是横波?A. 声波B. 光波C. 水波D. 地震波答案:B5. 根据能量守恒定律,以下哪种情况是可能的?A. 一个封闭系统的总能量可以增加B. 一个封闭系统的总能量可以减少C. 一个封闭系统的总能量保持不变D. 一个封闭系统的总能量可以转化为质量答案:C6. 一个点电荷q在距离r处产生的电场强度E与以下哪个因素有关?A. 仅与q有关B. 仅与r有关C. 与q和r都有关D. 与q和r都无关7. 在理想气体状态方程PV=nRT中,P代表压力,V代表体积,n代表摩尔数,R是气体常数,T代表温度。
如果温度T增加,而其他因素保持不变,那么压力P将如何变化?A. 增加B. 减少C. 保持不变D. 无法确定答案:A8. 根据欧姆定律,电阻R上的电压U与通过它的电流I之间的关系是()。
A. U = IRB. U = I/RC. U = R/ID. U = 1/IR9. 一个物体在水平面上以初速度v0开始滑动,摩擦系数为μ,那么它的加速度a是多少?A. a = -μv0B. a = -μgC. a = -μv0^2D. a = -μg^2答案:B10. 根据相对论,当一个物体的速度接近光速时,以下哪个物理量会增加?A. 质量B. 长度C. 时间D. 温度二、填空题(每题2分,共20分)11. 光年是天文学中用来表示距离的单位,1光年等于光在真空中一年内传播的距离,其数值为________光年。
历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答
历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答第3届(1969年于捷克斯洛伐克的布尔诺)【题1】右图的力学系统由三辆车组成,质量分别为m A =0.3kg ,m B =0.2kg ,m C =1.5kg 。
(a )沿水平方向作用于C 车的力F 很大。
使A 、B 两车相对C 车保持静止。
求力F 及绳子的张力。
(b )C 车静止,求A 、B 两车的加速度及绳子的张力。
(忽略阻力和摩擦力,忽略滑轮和车轮的转动惯量)解:(a )A 、B 两车相对C 车保持静止,A 车在竖直方向没有加速度,因此它对绳的拉力为m A g 。
这个力使B 车得到加速度g m m a BAB =。
又三车系统以相同的加速度运动,则: g m m m m m F BAC B A )(++= 由给定的数值得:a B =a C =a A =1.5g =14.7m/s 2绳中的张力为:T =m A g =2.94N 水平推力为:F =29.4N(b )如果C 车静止,则力m A g 使质量m A +m B 加速,加速度为:BA A AB m m gm a +==0.6g =5.88N绳中的张力为:T /=m A g -m A ×0.6g =1.176N【题2】在质量为m 1的铜量热器中装有质量为m 2的水,共同的温度为t 12;一块质量为m 3、温度为t 3的冰投入量热器中(如右图所示)。
试求出在各种可能情形下的最终温度。
计算中t 3取负值。
铜的比热c 1=0.1kcal/kg·0C ,水的比热c 2=1kcal/kg·0C ,冰的比热c 3=0.5kcal/kg·0C ,冰的熔解热L =80kcal/kg 。
解:可能存在三种不同的终态:(a )只有冰;(b )冰水共存;(c )只有水。
(a )冰温度升高,但没有熔化,达到某一(负)温度t a ; 放出的热量和吸收的热量相等:c 3 m 3(t a -t 3)=(c 1 m 1+c 2 m 2)(t 12-t a )+m 2L得出最终的温度为3332112333122211)(c m c m c m Lm t c m t c m c m t a +++++=(1)情况(a )的条件是t a <0(注:指00C ),如果上式的分子为负值,我们得到下列条件: (c 1 m 1+c 2 m 2)t 12<―c 3 m 3t 3―m 2L (2)(c )现在让我们讨论冰块全部熔化的情况。
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历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答第1届(1967年于波兰的华沙)【题1】质量M=0.2kg 的小球静置于垂直柱上,柱高h=5m 。
一粒质量m=0.01kg 、以速度0=500m/s 飞行的子弹水平地穿过球心。
球落在距离柱s =20m 的地面上。
问子弹落在地面何处?子弹动能中有多少转换为热能?解:在所有碰撞情况下,系统的总动量均保持不变:MV mv mv +=0其中v 和V 分别是碰撞后子弹的速度和小球的速 度. 两者的飞行时间都是01.12==ght s 球在这段时间沿水平方向走过20m 的距离,故它在水平方向的速度为:8.1901.120==V (m/s ) 由方程0.01×500=0.01v +0.2×19.8 可求出子弹在碰撞后的速度为:v =104m/s子弹也在1.01s 后落地,故它落在与柱的水平距离为S =vt =104×1.01=105m 的地面上。
碰撞前子弹的初始动能为=2021mv 1250 J 球在刚碰撞后的动能为=221MV 39.2 J 子弹在刚碰撞后的动能为=221mv 54 J与初始动能相比,两者之差为1250 J -93.2 J =1156.8 J这表明原来动能的92.5%被系统吸收而变为热能。
这种碰撞不是完全非弹性碰撞。
在完全弹性碰撞的情形下,动能是守恒的。
而如果是完全非弹性碰撞,子弹将留在球内。
【题2】右图(甲)为无限的电阻网络,其中每个电阻均为r ,求A、B两点间的总电阻。
解:如图(乙)所示A、B两点间的总电阻应等于C、D两点间的总电阻与电阻r的并联,再与r串联 图(甲) 后的等效电阻。
如果网络是无限的,则A、B两点间的总电阻应等于C、D 两点间的总电阻,设为Rx 。
根据它们的串并联关系有:m M h SsυABr r r r r r r rA B r r r r r r r r CDrR rR r R x xx ++= 图(乙) 解上式可得: r R x 251+=【题3】给定两个同样的球,其一放在水平面上,另一个以细线悬挂。
供给两球相同的热量,问两球温度是否趋于相同?说明你的理由(忽略各种热量损失)解答:如右图所示,球体受热,体积增大。
放在水平面上的球重心升高,克服重力做功要耗费一部分热量,于是剩下提高球体温度的热量减少了些。
以细线悬挂的球与之相反。
结果放在水平面上球的温度将稍小于以细线悬挂球的温度。
(这一差别是很小的,对于半径为10cm 的铜球来说,相对差值约为10-7K )【实验题】测定石油的比热。
可供使用的物品有:天平、量热器、温度计、电源、开关、导线、停表、电热器、容器、水和石油。
解答:把已知温度t 1和质量m 1的水,与已知温度t 2和质量m 2的石油在量热器里混合,测出混合物的温度t 3。
从包含一方放热和另一方吸热的方程中可算出石油的比热。
这是通常测定石油比热的方法。
也可以先用电热器加热水,再加热等量的石油,并且及时观察温度的改变。
两条温度曲线起始点的切线斜率与比热成反比关系,据此可以测定石油的比热。
【替换题】(为在校没有上过电学的学生而设。
)密闭容器中装有一个大气压、温度为 0℃的干燥空气10升,加入3克水后将系统加热到100℃,求容器的压强。
解:在100℃时,全部水都处于汽相。
3克水是61摩尔(18÷3=6),它们在100℃和1atm 下的体积是:11.5273373614.22=⨯⨯(升)㎏ 由状态方程求出61摩尔水蒸气的压强: 373102734.2261⨯=⨯水气p 解得:水气p =0.507 atm由空气的状态方程:3732731空气p = 解得:空气p =1.366 atm把两部分压强相加得到总压强为:水气空气p p p +==1.366 atm +0.507 atm =1.873 atm历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答第2届(1968年于匈牙利的布达佩斯) 【题1】 在倾角为300的斜面上,质量为m 2=4 kg 的木块经细绳与质量为m 1=8 kg 、半径为r =5 cm 的实心圆柱体相连。
求放开物体后的加速度。
木块与斜面之间的动摩擦系数μ=0.2,忽略轴承的摩擦和滚动摩擦。
解:如果绳子是拉紧,则圆柱体与木块一同加速运动, 设加速度为a ,绳子中的张力为F ,圆柱体与斜面之间 的摩擦力为S ,则圆柱体的角加速度为a /r 。
对木块有:m 2a =m 2g sin α-μm 2g cos α+F对圆柱体有:m 1a =m 1g sin α-S -FS r =Ia /r其中I 是圆柱体的转动惯量,S r 是摩擦力矩。
解以上方程组可得 221221cos sin )(rIm m m m m ga ++-+=αμα (1)2212212cos sin )(rI m m m m m g rI S ++-+=αμα (2) 2212212sin cos )(rIm m r I r I m gm F ++-+=ααμ (3)均匀圆柱体的转动惯量为221r m I =代入数据可得a =0.3317g =3.25m/s 2S =13.01 N F =0.196 N讨论:系统开始运动的条件是a >0。
把a >0代入(1)式,得出倾角的极限α1为:==+=3tan 2121μμαm m m 0.0667α1=3049/单从圆柱体来看,α1=0;单从木块来看,α1=tg -1μ=11019/如果绳子没有拉紧,则两物体分开运动,将F =0代入(3)式,得出极限角为:==+=μμα3)1(tan 212Ir m 0.6 α2=30058/m 1m 2a圆柱体开始打滑的条件是S 值(由(2)式取同样的动摩擦系数算出)达到μ m 1g cos α,由此得出的α3值与已得出的α2值相同。
圆柱体与木块两者的中心加速度相同,都为g (sin α-μ g cos α)圆柱体底部的摩擦力为μ m 1g cos α,边缘各点的切向加速度为a =μ(Ir m 21)g cos α,【题2】 一个杯里装有体积为300 cm 3、温度为00C 的甲苯,另一个杯里装有体积为110 cm 3、温度为1000C 的甲苯,两体积之和为410 cm 3。
求两杯甲苯混合以后的最终体积。
甲苯的体膨胀系数为β=0.001(0C )-1,忽略混合过程中的热量损失。
解:若液体温度为t 1时的体积为V 1,则在00C 时的体积为 11101t V V β+=同理,若液体温度为t 2时的体积为V 2,则在00C 时的体积为 22201t V V β+=如果液体在00C 时的密度为d ,则质量分别为 m 1=V 10d m 2=V 20d混合后,液体的温度为 212211m m t m t m t ++=在该温度下的体积分别为V 10(1+βt )和V 20(1+βt )。
所以混合后的体积之和为V 10(1+βt )+V 20(1+βt )=V 10+V 20+β(V 10+V 20)t = V 10+V 20+β21221121m m t m t m d m m ++⋅+ = V 10+V 20+β(dt m d t m 2211+) =V 10+βV 10t 1+V 20+βV 20t 2=V 10(1+βt 1)+V 20(1+βt 2)=V 1+V 2体积之和不变,在本题仍为410 cm 3。
当把多杯甲苯不断地加入进行混合,对任何数量的甲苯这个结果都成立。
【题3】光线在垂直玻璃半圆柱体轴的平面内,以450角射在半圆柱体的平面上(如右图),玻璃的折射率为2。
试 问光线在何处离开圆柱体表面?解:用角度Ψ描述光线在玻璃半圆柱体内 的位置如解图2.3所示。
按照折射定律:2sin 45sin 0=β得:sin =,=300所有折射光线与垂直线的夹角均为300,有必要研究一下,当Ψ角从00增至1800的过程中发生了什么现象。
不难看出,Ψ角不可能小于600。
光线从玻璃射向空气全反射的临界角由解图3.2221sin ==n t β 求出:t =450,则:Ψt =1800―600―450=750如果Ψ角大于750,光线将离开圆柱体。
随着Ψ角的增加,光线将再次发生全反射,此时Ψt =900+300+450=1650故当:750<Ψ<1650时光线离开圆柱体。
出射光线的圆弧所对应的圆心角为1650―75=900。
【实验题】参加者每人领取三个封闭的盒子,每个盒上有两个插孔。
不许打开盒子,试确定盒中元件的种类,并测定其特性。
可供使用的是,内阻和精度已知交流和直流仪器,以及交流电源(频率50 HZ )和直流电源。
解:在任何一对插孔中都测不到电压,因此,盒子都不含有电源 先用交流,再用直流测电阻,有一盒给出相同的结果。
结论是:该盒包含一个简单电阻,其阻值由测量确定。
另一盒有极大的直流电阻,但对交流来说是导体。
结论是:该盒包含一个电容,其电容值由RC ω1=算得。
第三个盒子对交流和直流都是导体,而交流电阻较大。
结论是:该盒包含一个电阻和电感,两者串联。
电阻和电感值可从测量中算得。
历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答第3届ϕαβAOB(1969年于捷克斯洛伐克的布尔诺)【题1】右图的力学系统由三辆车组成,质量分别为m A =0.3kg ,m B =0.2kg ,m C =1.5kg 。
(a )沿水平方向作用于C 车的力F 很大。
使A 、B 两车相对C 车保持静止。
求力F 及绳子的张力。
(b )C 车静止,求A 、B 两车的加速度及绳子的张力。
(忽略阻力和摩擦力,忽略滑轮和车轮的转动惯量)解:(a )A 、B 两车相对C 车保持静止,A 车在竖直方向没有加速度,因此它对绳的拉力为m A g 。
这个力使B 车得到加速度g m m a BAB =。
又三车系统以相同的加速度运动,则: g m m m m m F BAC B A )(++= 由给定的数值得:a B =a C =a A =1.5g =14.7m/s 2绳中的张力为:T =m A g =2.94N 水平推力为:F =29.4N(b )如果C 车静止,则力m A g 使质量m A +m B 加速,加速度为:BA A AB m m gm a +==0.6g =5.88N绳中的张力为:T /=m A g -m A ×0.6g =1.176N【题2】在质量为m 1的铜量热器中装有质量为m 2的水,共同的温度为t 12;一块质量为m 3、温度为t 3的冰投入量热器中(如右图所示)。
试求出在各种可能情形下的最终温度。
计算中t 3取负值。
铜的比热c 1=0.1kca l/kg·0C ,水的比热c 2=1kcal/kg·0C ,冰的比热c 3=0.5kcal/kg·0C ,冰的熔解热L =80kcal/kg 。