第30届全国中学生物理竞赛复赛模拟试卷及答案(大连理工)
30jie全国高中物理竞赛复赛moni试题
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但我可以为你提供一个模拟的30届全国高中物理竞赛复赛模拟试题的大致框架和一些可能的题目类型。
请注意，以下内容不是官方试题，仅供学习和参考使用。
# 30届全国高中物理竞赛复赛模拟试题第一部分：选择题（每题3分，共30分）1. 以下哪个选项是描述物体惯性的物理量？A. 质量B. 重力C. 动量D. 速度2. 在理想气体状态方程PV=nRT中，下列哪个变量与温度成正比？A. 压力（P）B. 体积（V）C. 物质的量（n）D. 温度（T）3. 根据麦克斯韦方程组，下列哪个方程描述了电磁波的传播？A. 高斯定律B. 法拉第电磁感应定律C. 安培环路定律D. 位移电流定律4. 以下哪个现象是由洛伦兹力引起的？A. 霍尔效应B. 光电效应C. 磁共振现象D. 电流的热效应5. 根据量子力学，下列哪个原理描述了粒子的波动性？A. 泡利不相容原理B. 海森堡不确定性原理C. 薛定谔方程D. 康普顿散射...第二部分：填空题（每空2分，共20分）6. 牛顿第二定律的表达式是：\[ F = ma \]，其中\( m \)代表______，\( a \)代表______。
7. 根据热力学第一定律，能量守恒的表达式是：\[ \Delta U = Q - W \]，其中\( \Delta U \)代表______，\( Q \)代表______，\( W \)代表______。
8. 在电磁学中，电场强度的定义式是：\[ E = \frac{F}{q} \]，其中\( F \)代表______，\( q \)代表______。
9. 根据相对论，时间膨胀的公式是：\[ t' = \frac{t}{\sqrt{1 -\frac{v^2}{c^2}}} \]，其中\( t \)代表______时间，\( t' \)代表______时间。
30届全国中学生物理竞赛(复赛)模拟试题(一)
30届全国中学生物理竞赛（复赛）模拟试题（一）第一题：（20分）光子火箭从地球起程时初始静止质量（包括燃料）为M0，向相距为R=1.8×1061.y.（光年）的远方仙女座星飞行。
要求火箭在25年（火箭时间）后到达目的地。
引力影响不计。
1）、忽略火箭加速和减速所需时间，试问火箭的速度应为多大？2）、设到达目的地时火箭静止质量为M0ˊ，试问M0/ M0ˊ的最小值是多少？第二题．（20分）有一个两端开口、粗细均匀的U型玻璃细管，放置在竖直平面内，处在压强为0p的大气中，两个竖直支管的高度均为h，水平管的长度为2h，玻璃细管的半径为r,r«h，今将水平管内灌满密度为ρ的水银，如图所示。
1．如将U型管两个竖直支管的开口分别封闭起来，使其管内空气压强均等于大气压强，问当U型管向右作匀加速移动时，加速度应多大才能使水平管内水银柱长度稳定为h35。
2．如将其中一个竖直支管的开口封闭起来，使其管内气体压强为1atm，问当U型管绕以另一个竖直支管（开口的）为轴作匀速转动时，转数n应为多大才能使水平管内水银柱长度稳定为h35。
（U型管作以上运动时，均不考虑管内水银液面的倾斜）（1）图所示为一凹球面镜，球心为C，内盛透明液体，已知C至液面高度CE为40.0cm，主轴CO上有一物A，物离液面高度AE恰好为30.0cm时，物A的实像和物处于同一高度。
实验时光圈直径很小，可以保证近轴光线成像。
试求该透明液体的折射率n。
（2）体温计横截面如图所示，已知细水银柱A离圆柱面顶点O的距离为2R，R为该圆柱面半径，C为圆柱面中心轴位置。
玻璃的折射率n=3/2，E代表人眼，求图示横截面上人眼所见水银柱像的位置、虚实、正倒和放大倍数。
第四题（25分）左图为一无限多立方“格子”的电阻丝网络电路，每两节点之间电阻丝的电阻均为R，其中A、B两节点位于网络中部。
右图电路中的电源电动势（内阻为0）均为 ，电阻均为r。
若其中的a、b两节点分别与左图所示的电路中的A、B两节点相连结，试求流入电阻丝无限网络的电流。
第30届-32届全国中学生物理竞赛预赛试卷及答案
第30届全国中学生物理竞赛预赛试卷本卷共16题，满分200分.一、选择题.本题共5小题，每小题6分.在每小题给出的4个选项中，有的小题只有一项符合题意，有的小题有多项符合题意.全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分.1.下列说法正确的是：A.一束单色光从真空射入玻璃时，在玻璃表面处发生折射现象，这与光在玻璃中的传播速度不同于在真空中的传播速度有关B.白纸上有两个非常靠近的小黑斑，实际上是分开的，没有重叠部分.但通过某一显微镜所成的象却是两个连在一起的没有分开的光斑，这与光的衍射现象有关C.雨后虹的形成与光的全反射现象有关D.老年人眼睛常变为远视眼，这时近处物体通过眼睛所成的像在视网膜的前方（瞳孔与视网膜之间），故看不清2.图中A、B是两块金属板，分别与高压直流电源的正负极相连.一个电荷量为q、质量为m的带正电的点电荷自贴近A板处静止释放（不计重力作用）.已知当A、B两板平行、两板的面积很大且两板间的距离较小时，它刚到达B板时的速度为u0，在下列情况下以u表示点电荷刚到达B板时的速度A.若A、B两板不平行，则u<u0B.若A板面积很小，B板面积很大，则u<u0C.若A、B两板间的距离很大，则u<u0D.不论A、B两板是否平行、两板面积大小及两板间距离多少，u都等于u03.α粒子和β粒子都沿垂直于磁场的方向射入同一均匀磁场中，发现这两种粒子沿相同半径的圆轨道运动.若α粒子的质量是m1，β粒子的质量是m2，则α粒子与β粒子的动能之比是A.m2m1B.m1m2C.m14m2D.4m2m14.由玻尔理论可知，当氢原子中的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时，有可能A.发射出光子，电子的动能减少，原子的势能减少B.发射出光子，电子的动能增加，原子的势能减少C.吸收光子，电子的动能减少，原子的势能增加D.吸收光子，电子的动能增加，原子的势能减少5.图示两条虚线之间为一光学元件所在处，AB为其主光轴.P是一点光源，其傍轴光线通过此光学元件成像于Q点.该光学元件可能是A.薄凸透镜B.薄凹透镜C.凸球面镜D.凹球面镜二、填空题和作图题.把答案填在题中横线上，或把图画在题中指定的地方。
第30届全国中学生物理竞赛复赛模拟试题第2套答案
0 1 Q k k Qkl Q F 2 dy y dy y 0 l /2 l / 2 2 2 4 l/2
（3 分）
（1） 由于上下电量相反， y 方向地强不变，故钉子 y 方向不受力。
（3 分）
（3 分）
故钉子压力为
（2 分）
（2 分） （2 分）
5
4 杆③
得到
8 mg ， N3 mg N1 10 10
杆④
由受力平衡 得到
N6
N6 N3 mg N1
3 mg 10
（2 分）
分析杆上提供力矩规律，发现极值只可能出现在受力点处，分析各受力点提供力矩大小，找 到最大值：
M2 8 mg 0.25m mg 0.2m 10 4 mg 0.5m mg 0.2m 10
2 1 3
（3 分）
（3 分）
在整个过程中角动量守恒，而未态 未 =未 故
I 0 mM gR2 3 0
得到 代入得
2
1 3
I 未 +mM gR 2 3 末
2
1 3
（5 分） （3 分） （3 分）
未 1.4 106 rad / s
a未 =5.8 108 m
同时 M 3
（7 分，两式只给出一个扣 3 分）
此值等于 M max 时，杆断。故 得
mg 0.2m 5N m m 2.5kg
（2 分）
题二、 （22 分）如图所示，在一个光滑的底面积为 S 1dm 高为 H 0.2m 的固定圆柱形容
2
器内，有一个可以自由上下滑动活塞（活塞下方于大气联通） ，活塞质量为 m0 1.0kg ，活 塞下方用一根劲度系数为 k 200N/m ，原长为 l0 0.3m 的轻质弹簧连接到容器底。初始 时刻活塞位于距离底面 h 0.1m 高的位置，上方盛满方有密度为 1 10 kg/m 的水，
第30届全国中学生物理竞赛复赛模拟试题第4套
两边温度可以在很长时间内维持不一样。
2S
S
2V0
V0
八、 介子一种可能的衰变模式为 e e 。 某个 介子在以 0.2c 的速度运动中
0
0
0
发生上述衰变。在和 介子前进方向夹角为 30 方向上接受到一个电子。求这个电子
0
速度大小的可能的范围。已知 m 0 135MeV ， me 0.511MeV ，普朗克常数
七、 如图两个底面积分别为 2S 和 S 的绝热圆筒，用一个细的绝热阀门连接。左右各有 一密闭的，绝热的，不记阻力不记重力的活塞，活塞上端通过一个理想的滑轮组连接。 大气压为 P0 。初态阀门关闭，左边充满体积为 2V0 温度为 T0 的理想气体，定体摩尔热 容量为 CV
3 R ，右边真空，体积为 V0 。 2
h 6.64 1034 J s
gT 2 。 2
三、
空间中有两个线圈电阻可以忽略的线圈 A 、 B ，分别接入可控电流源 I A 和 I B 。初
时 I A IB 0 。 （1） 保持 I B 不变，将 I A 缓慢的从 0 增加到 I1 ，然后保持 I A 不变，缓慢的将 I B 从 0 增加到 I 2 。此时线圈 A 和线圈 B 的磁通量分别为 A L11I1 L12 I 2 ，
2013 年物理竞赛复赛模拟试题-第四套
命题人 蔡子星 孙鹏
一、 我们想用一些匀质的光滑的长度为 l 的木条在桌角搭出一个尽量远的“露台” 。逐
层叠放并不一定是最好的方案。比如图(a)用三个木条拉出了 拉开了
l l l 的距离。而图(b) 2 4 6
l l 的距离。问题用四根木条，分别采用图(c)和图(d)的方式，可以用四个木 2 2
30届全国中学生物理竞赛(复赛)模拟试题(三)(黄爱国)
30届全国中学生物理竞赛（复赛）模拟试题（三）一．（20分）在用质子)(11P轰击固定锂)(73Li靶的核反应中，（1）计算放出α粒子的反应能。
（2）如果质子能量为1兆电子伏特，问在垂直质子束的方向观测到α粒子的能量大约有多大？有关原子核的质量如下：H11，1.007825；He42，4.002603；Li73，7.015999。
二．（20分）2mol初始温度为270C，初始体积为20L的氦气，先等压膨胀到体积加倍，然后是绝热膨胀回到初始温度。
（1）在P—V图上画出过程方程；（2）在这一过程中系统总吸收热量等于多少？（3）氦气对外界做的总功等于多少？其中绝热膨胀过程对外界做功是多少？三．（15分）观测者S 测得两个事件的空间和时间间隔分别为600m 和8×10-7s ，而观测者S 1测得这两个事件同时发生。
试求S 1相对S 的速度，以及S 1测得这两个事件的空间距离。
四．（20分）神奇的自聚焦透镜：自聚焦透镜依靠折射率的恰当变化对近轴光线成像。
该透镜呈圆柱状，截面半径为R ，长为l 。
其折射率在截面内延半径方向呈抛物线状连续变小，可表示为)211(22202r a n n r -=式中n 0为中心的折射率，a 为比1小得多的正数。
(1) 求从圆心入射与圆柱平面夹角为0θ的光线在自聚焦透镜内传播的轨迹方程。
(2) 平行于z 轴的平行入射光经过自聚焦透镜后交汇于一点，求自聚焦透镜的焦距。
五．（20分）如图所示，有二平行金属导轨，相距l ，位于同一水平面内（图中纸面），处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向竖直向下（垂直纸面向里）．质量均为m 的两金属杆ab 和cd 放在导轨上，与导轨垂直．初始时刻， 金属杆ab 和cd 分别位于x = x 0和x = 0处。
假设导轨及金属杆的电阻都为零，由两金属杆与导轨构成的回路的自感系数为L 。
今对金属杆cd 施以沿导轨向右的瞬时冲量，使它获得初速v 0．设导轨足够长，x 0也足够大，在运动过程中，两金属杆之间距离的变化远小于两金属杆的初始间距x 0，因而可以认为在杆运动过程中由两金属杆与导轨构成的回路的自感系数L 是恒定不变的。
第30届全国中学生物理竞赛预赛试卷及答案word解析版
第30届全国中学生物理竞赛预赛试卷与答案本卷共16题，满分200分.一、选择题.本题共5小题，每小题6分.在每小题给出的4个选项中，有的小题只有一项符合题意，有的小题有多项符合题意.全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分.1. 下列说法正确的是：A.一束单色光从真空射入 时，在玻璃表面处发生折射现象，这与光在玻璃中的传播速度不同于在真空中的传播速度有关B.白纸上有两个非常靠近的小黑斑，实际上是分开的，没有重叠部分.但通过某一显微镜所成的象却是两个连在一起的没有分开的光斑，这与光的衍射现象有关C.雨后虹的形成与光的全反射现象有关D.老年人眼睛常变为远视眼，这时近处物体通过眼睛所成的像在视网膜的前方（瞳孔与视网膜之间），故看不清2. 图中A 、B 是两块金属板，分别与高压直流电源的正负极相连.一个电荷量为q 、质量为m 的带正电的点电荷自贴近A 板处静止释放（不计重力作用）.已知当A 、B 两板平行、两板的面积很大且两板间的距离较小时，它刚到达B 板时的速度为u 0，在下列情况下以u 表示点电荷刚到达B 板时的速度A. 若A 、B 两板不平行，则u< u 0B.若A 板面积很小，B 板面积很大，则u< u 0C.若A 、B 两板间的距离很大，则u< u 0D.不论A 、B 两板是否平行、两板面积大小及两板间距离多少，u 都等于 u 03. α粒子和β粒子都沿垂直于磁场的方向射入同一均匀磁场中，发现这两种粒子沿相同半径的圆轨道运动.若α粒子的质量是m 1，β粒子的质量是m2，则α粒子与β粒子的动能之比是A. m 2m 1B. m 1m 2C. m 14m 2D. 4m 2m 14. 由玻尔理论可知，当氢原子中的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时，有可能A. 发射出光子，电子的动能减少，原子的势能减少B. 发射出光子，电子的动能增加，原子的势能减少C. 吸收光子，电子的动能减少，原子的势能增加D. 吸收光子，电子的动能增加，原子的势能减少5. 图示两条虚线之间为一光学元件所在处，AB 为其主光轴.P 是一点光源，其傍轴光线通过此光学元件成像于Q 点.该光学元件可能是A.薄凸透镜B.薄凹透镜C.凸球面镜D.凹球面镜二、填空题和作图题.只要给出结果，不需写出求得结果的过程.6. （8分）国际上已规定133Cs 原子的频率f=9192631770Hz （没有误差）.这样，秒的定义________________.国际上已规定一个公认的光速值c=299792458m/s （没有误差）.长度单位由时间单位导出，则米定义为_____________________________.7.（8分）质量为m1的小滑块，沿一倾角为θ的光滑斜面滑下，斜面质量为m2，置于光滑的水平桌面上.设重力加速度为g，斜面在水平桌面上运动的加速度的大小为_____________________________8.（8分）一线光源，已知它发出的光包含三种不同频率的可见光，若要使它通过三棱镜分光，最后能在屏上看到这三种不同频率的光的谱线，则除了光源、三棱镜和屏外，必须的器件至少还应有______________.其中一个的位置应在______________和______________之间，另一个的位置应在______________和______________之间.9.（12分）如图所示，A为放在水平光滑桌面上的长方形物块，在它上面放有物块B和C.A、B、C的质量分别为m、5m、m.B、C与A之间的静摩擦系数和滑动摩擦系数皆为0.10，K为轻滑轮，绕过轻滑轮连接B和C的轻细绳都处于水平位置.现用水平方向的恒定外力F拉滑轮，使A的加速度等于0.20g，g为重力加速度.在这种情况时，B、A之间沿水平方向的作用力的大小等于_____________，C、A之间沿水平方向的作用力的大小等于_____________，外力F的大小等于_______________.10.（14分）i.在做“把电流表改装成电压表”的实验中，必须测出电流表的内阻和用标准电压表对改装成的电压表进行校准.某同学对图示的器材进行了连线，使所连成的电路只要控制单刀双掷开关的刀位和调节电阻箱及变阻器，不需改动连线，就能：（1）在与电阻箱断路的条件下测出电流表的内阻；（2）对改装成的电压表所有的刻度进行校准.试在图中画出该同学的全部连线.ii.有一块横截面为矩形的长板，长度在81cm与82cm之间，宽度在5cm与6cm之间，厚度在1cm与2cm之间.现用直尺（最小刻度为mm）、卡尺（游标为50分度）和千分尺（螺旋测微器）去测量此板的长度、宽度和厚度，要求测出后的最后一位有效数字是估读的.试设想一组可能的数据天灾下面的空格处.板的长度_______________cm，板的宽度_______________cm，板的厚度_______________cm，三、计算题.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.有数值计算的，答案中必须明确写出数值和单位.11.（20分）在水平地面某处，以相同的速率v0用不同的抛射角分别抛射两个小球A和B，它们的射程相同.已知小球A在空中运行的时间为T A，求小球B在空中运行的时间T B.重力加速度大小为g，不考虑空气阻力.12.（20分）从地球上看太阳时，对太阳直径的张角θ=53°.取地球表面上纬度为1°的长度l=110km，地球表面处的重力加速度g=10m/s2，地球公转的周期T=365天.试仅用以上数据计算地球和太阳密度之比.假设太阳和地球都是质量均匀分布的球体.13. （16分）一个用电阻丝绕成的线圈，浸没在量热器所盛的油中，油的温度为0℃.当线圈两端加上一定的电压后，油温渐渐上升.0℃时温度升高的速率为5.0K ·min -1，持续一段时间后，油温上升到30℃，此时温度升高的速率变为4.5K ·min -1，这是因为线圈的电阻与温度有关.设温度为θ℃时线圈的电阻为R θ，温度为0℃时线圈的电阻为R 0，则有R θ= R 0 (1+αθ)，α称为电阻的温度系数.试求此线圈电阻的温度系数.假设量热器及其中的油以及线圈所构成的系统温度升高的速率与该系统吸收热量的速率（即单位时间内吸收的热量）成正比；对油加热过程中加在线圈两端的电压恒定不变；系统损失的热量可忽略不计.14. （18分）如图所示，一摩尔理想气体，由压强与体积关系的p-V 图中的状态A 出发，经过一缓慢的直线过程到达状态B ，已知状态B 的压强与状态A 的压强之比为12，若要使整个过程的最终结果是气体从外界吸收了热量，则状态B 与状态A 的体积之比应满足什么条件？已知此理想气体每摩尔的内能为32RT ，R 为普适气体常量，T 为热力学温度.15. （23分）如图所示，匝数为N 1的原线圈和在数为N 2的副线圈绕在同一闭合的铁心上，副线圈两端与电阻R 相联，原线圈两端与平行金属导轨相联.两轨之间的距离为L ，其电阻可不计.在虚线的左侧，存在方向与导轨所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B . pq 是一质量为m 电阻为r 与导轨垂直放置的金属杆，它可在导轨上沿与导轨平行的方向无摩擦地滑动.假设在任何同一时刻通过线圈每一匝的磁通都相同，两个线圈的电阻、铁心中包括涡流在内的各种损耗都忽略不计，且变压器中的电磁场完全限制在变压器铁心中.现于t=0时开始施一外力，使杆从静止出发以恒定的加速度a 向左运动.不考虑连接导线的自感.若已知在某时刻t 时原线圈中电流的大小I 1，i.求此时刻外力的功率ii.此功率转化为哪些其他形式的功率或能量变化率？试分别求出它们的大小.16. （23分）如图所示，一质量为m 半径为R 的由绝缘材料制成的薄球壳，均匀带正电，电荷量为Q ，球壳下面有与球壳固连的底座，底座静止在光滑水平面上.球壳内部有一劲度系数为η的轻弹簧（质量不计），弹簧始终处于水平位置，其一端与球壳内壁固连，另一端恰位于球心处，球壳上开有一小孔C ，小孔位于过球心的水平线上.在此水平线上离球壳很远的O 处有一质量也为m 电荷量也为Q 的带正电的点电荷P ，它以足够大的初速v 0沿水平的OC 方向开始运动.并知P 能通过小孔C 进入球壳内，不考虑重力和底座的影响.已知静电力常量k .求P 刚进入C 孔到刚再由C 孔出来所经历的时间.17.18.19.20.21.22.。
第30届全国中学生物理竞赛复赛试题及参考答案
第30届全国中学生物理竞赛复赛考试试题一、（15分）一半径为R 、内侧光滑的半球面固定在地面上，开口水平且朝上. 一小滑块在半球面内侧最高点处获得沿球面的水平速度，其大小为0v (00≠v ). 求滑块在整个运动过程中可能达到的最大速率. 重力加速度大小为g .二、（20分）一长为2l 的轻质刚性细杆位于水平的光滑桌面上，杆的两端分别固定一质量为m 的小物块D 和一质量为m α（α为常数）的小物块B ，杆可绕通过小物块B 所在端的竖直固定转轴无摩擦地转动. 一质量为m 的小环C 套在细杆上（C 与杆密接），可沿杆滑动，环C 与杆之间的摩擦可忽略. 一轻质弹簧原长为l ，劲度系数为k ，两端分别与小环C 和物块B 相连. 一质量为m 的小滑块A 在桌面上以垂直于杆的速度飞向物块D ，并与之发生完全弹性正碰，碰撞时间极短. 碰撞 时滑块C 恰好静止在距轴为r （r >l ）处.1. 若碰前滑块A 的速度为0v ，求碰撞过程中轴受到的作用力的冲量；2. 若碰后物块D 、C 和杆刚好做匀速转动，求碰前滑块A 的速度0v 应满足的条件.三、（25分）一质量为m 、长为L 的匀质细杆，可绕过其一端的光滑水平轴O 在竖直平面内自由转动. 杆在水平状态由静止开始下摆， 1. 令mLλ=表示细杆质量线密度. 当杆以角速度ω绕过其一端的光滑水平轴O 在竖直平面内转动时，其转动动能可表示为k E k L αβγλω=式中，k 为待定的没有单位的纯常数. 已知在同一单位制下，两物理量当且仅当其数值和单位都相等时才相等. 由此求出α、β和γ的值.2. 已知系统的动能等于系统的质量全部集中在质心时随质心一起运动的动能和系统在质心系（随质心平动的参考系）中的动能之和，求常数k 的值.3. 试求当杆摆至与水平方向成θ角时在杆上距O 点为r 处的横截面两侧部分的相互作用力. 重力加速度大小为g .提示：如果)(t X 是t 的函数，而))((t X Y 是)(t X 的函数，则))((t X Y 对t 的导数为d (())d d d d d Y X t Y Xt X t=例如，函数cos ()t θ对自变量t 的导数为dcos ()dcos d d d d t t tθθθθ=四、（20分）图中所示的静电机由一个半径为R 、与环境绝缘的开口（朝上）金属球壳形的容器和一个带电液滴产生器G 组成. 质量为m 、带电量为q 的球形液滴从G 缓慢地自由掉下（所谓缓慢，意指在G 和容器口之间总是只有一滴液滴）. 液滴开始下落时相对于地面的高度为h . 设液滴很小，容器足够大，容器在达到最高电势之前进入容器的液体尚未充满容器. 忽略G 的电荷对正在下落的液滴的影响.重力加速度大小为g . 若容器初始电势为零，求容器可达到的最高电势max V .五、（25分）平行板电容器两极板分别位于2dz =±的平面内，电容器起初未被充电. 整个装置处于均匀磁场中，磁感应强度大小为B ，方向沿x 轴负方向，如图所示.1. 在电容器参考系S 中只存在磁场；而在以沿y 轴正方向的恒定速度(0,,0)v （这里(0,,0)v 表示为沿x 、y 、z 轴正方向的速度分量分别为0、v 、0，以下类似）相对于电容器运动的参考系S '中，可能既有电场(,,)xy z E E E '''又有磁场(,,)x y z B B B '''. 试在非相对论情形下，从伽利略速度变换，求出在参考系S '中电场(,,)xy z E E E '''和磁场(,,)x y z B B B '''的表达式. 已知电荷量和作用在物体上的合力在伽利略变换下不变.2. 现在让介电常数为ε的电中性液体（绝缘体）在平行板电容器两极板之间匀速流动，流速大小为v ，方向沿y 轴正方向. 在相对液体静止的参考系（即相对于电容器运动的参考系）S '中，由于液体处在第1问所述的电场(,,)xy z E E E '''中，其正负电荷会因电场力作用而发生相对移动（即所谓极化效应），使得液体中出现附加的静电感应电场，因而液体中总电场强度不再是(,,)xy z E E E '''，而是0(,,)x y zE E E εε'''，这里0ε是真空的介电常数. 这将导致在电容器参考系S 中电场不再为零. 试求电容器参考系S 中电场的强度以及电容器上、下极板之间的电势差. （结果用0ε、ε、v 、B 或（和）d 表出. ）六、（15分）温度开关用厚度均为0.20 mm 的钢片和青铜片作感温元件；在温度为20C ︒时，将它们紧贴，两端焊接在一起，成为等长的平直双金属片. 若钢和青铜的线膨胀系数分别为51.010-⨯/度和52.010-⨯/度. 当温度升高到120C ︒时，双金属片将自动弯成圆弧形，如图所示. 试求双金属片弯曲的曲率半径. (忽略加热时金属片厚度的变化. )七、（20分）一斜劈形透明介质劈尖，尖角为θ，高为h . 今以尖角顶点为坐标原点，建立坐标系如图(a)所示；劈尖斜面实际上是由一系列微小台阶组成的，在图(a)中看来，每一个小台阶的前侧面与xz 平面平行，上表面与yz 平面平行. 劈尖介质的折射率n 随x 而变化，()1n x bx =+，其中常数0b >. 一束波长为λ的单色平行光沿x 轴正方向照射劈尖；劈尖后放置一薄凸透镜，在劈尖与薄凸透镜之间放一档板，在档板上刻有一系列与z 方向平行、沿y 方向排列的透光狭缝，如图(b)所示. 入射光的波面（即与平行入射光线垂直的平面）、劈尖底面、档板平面都与x 轴垂直，透镜主光轴为x 轴. 要求通过各狭缝的透射光彼此在透镜焦点处得到加强而形成亮纹. 已知第一条狭缝位于y =0处；物和像之间各光线的光程相等.1. 求其余各狭缝的y 坐标；2. 试说明各狭缝彼此等距排列能否仍然满足上述要求.图(a) 图(b)x八、（20分）光子被电子散射时，如果初态电子具有足够的动能，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射. 当低能光子与高能电子发生对头碰撞时，就会出现逆康普顿散射. 已知电子静止质量为e m ，真空中的光速为 c . 若能量为e E 的电子与能量为E γ的光子相向对碰，1. 求散射后光子的能量；2. 求逆康普顿散射能够发生的条件；3. 如果入射光子能量为2.00 eV ，电子能量为 1.00´109 eV ，求散射后光子的能量. 已知m e =0.511´106 eV /c 2. 计算中有必要时可利用近似：如果1x <<»1-12x .第30届全国中学生物理竞赛复赛考试试题答案1参考解答：以滑块和地球为系统，它在整个运动过程中机械能守恒. 滑块沿半球面内侧运动时，可将其速度v 分解成纬线切向 (水平方向)分量ϕv 及经线切向分量θv . 设滑块质量为m ，在某中间状态时，滑块位于半球面内侧P 处，P 和球心O 的连线与水平方向的夹角为θ. 由机械能守恒得2220111sin 222m mgR m m ϕθθ=-++v v v (1) 这里已取球心O 处为重力势能零点. 以过O 的竖直线为轴. 球面对滑块的支持力通过该轴，力矩为零；重力相对于该轴的力矩也为零. 所以在整个运动过程中，滑块相对于轴的角动量守恒，故0cos m R m R ϕθ=v v .(2)由 (1) 式，最大速率应与θ的最大值相对应max max ()θ=v v . (3)而由 (2) 式，q 不可能达到π2. 由(1)和(2)式，q 的最大值应与0θ=v 相对应，即max ()0θθ=v . (4) [(4)式也可用下述方法得到：由 (1)、(2) 式得22202sin tan 0gR θθθ-=≥v v .若sin 0θ≠，由上式得22sin 2cos gRθθ≤v .实际上，sin =0θ也满足上式。
第30届全国中学生物理竞赛复赛模拟试卷及答案(大连理工)
第30届全国中学生物理竞赛复赛模拟试卷(全国中学生物理竞赛委员会及大连理工大学物理系)本卷共八题，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、填空题．（本题共4小题，共25分)1．图1所示的电阻丝网络，每一小段电阻同为r ，两个端点A 、B 间等效电阻R 1= 。
若在图1网络中再引入3段斜电阻丝，每一段电阻也为r ，如图2 所示,此时A 、B 间等效电阻R 2= 。
2．右图为开尔文滴水起电机示意图。
从三通管左右两管口形成的水滴分别穿过铝筒A 1、A 2后滴进铝杯B 1、B 2，当滴了一段时间后,原均不带电的两铝杯间会有几千伏的电势差.试分析其原理。
图中铝筒A 1用导线与铝杯B 2相连；铝筒A 2用导线与B 1相连。
3．受迫振动的稳定状态由下式给出,，。
其中，而为胁迫力,,其中是阻尼力。
有一偏车轮的汽车上有两个弹簧测力计，其中一条的固有振动角频率为，另外一条的固有振动角频率为，在汽车运行的过程中，司机看到两条弹簧的振动幅度之比为7。
设为小量，计算中可以略去，已知汽车轮子的直径为1m ，则汽车的运行速度为 。
4．核潜艇中核的半衰期为年,衰变中有0.7%的概率成为核，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22cm 2，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，可知核的平均寿命= 年（）,该核潜艇中的质量m = kg （保留两位有效数字). 二、（20分）如图所示，一内半径为R 的圆筒（图中2R 为其内直径）位于水平地面上.筒内放一矩形物.矩形物中的A 、B 是两根长度相等、质量皆为m 的细圆棍，它们平行地固连在一质量可以忽略不计的,长为的矩形薄片的两端。
第30届全国中学生物理竞赛复赛考试试题解答和评分标准
第30届全国中学生物理竞赛复赛考试试题解答与评分标准一、（15分）一半径为R 、内侧光滑的半球面固定在地面上，开口水平且朝上。
一小滑块在半球面内侧最高点处获得沿球面的水平速度，其大小为v 0（v 0≠0）。
求滑块在整个运动过程中可能达到的最大速率。
重力加速度大小为g 。
参考解答：以滑块和地球为系统，它在整个运动过程中机械能守恒. 滑块沿半球面内侧运动时，可将其速度v 分解成纬线切向 （水平方向）分量ϕv 及经线切向分量θv . 设滑块质量为m ，在某中间状态时，滑块位于半球面内侧P 处，P 和球心O 的连线与水平方向的夹角为θ. 由机械能守恒得2220111sin 222m mgR m m ϕθθ=-++v v v （1） 这里已取球心O 处为重力势能零点. 以过O 的竖直线为轴. 球面对滑块的支持力通过该轴，力矩为零；重力相对于该轴的力矩也为零. 所以在整个运动过程中，滑块相对于轴的角动量守恒，故0cos m R m R ϕθ=v v . （2）由 （1） 式，最大速率应与θ的最大值相对应max max ()θ=v v . （3）而由 （2） 式，q 不可能达到π2. 由（1）和（2）式，q 的最大值应与0θ=v 相对应，即 max ()0θθ=v .（4） [（4）式也可用下述方法得到：由 （1）、（2） 式得22202sin tan 0gR θθθ-=≥v v .若sin 0θ≠，由上式得22sin 2cos gRθθ≤v .实际上，sin =0θ也满足上式。
由上式可知max 22max 0sin 2cos gRθθ=v .由（3）式有222max max 0max ()2sin tan 0gR θθθθ=-=v v . （4’） ]将max ()0θθ=v 代入式（1），并与式（2）联立，得()2220max max max sin 2sin 1sin 0gR θθθ--=v .（5）以max sin θ为未知量，方程（5）的一个根是sin q =0，即q =0，这表示初态，其速率为最小值，不是所求的解. 于是max sin 0θ≠. 约去max sin θ，方程（5）变为 22max 0max 2sin sin 20gR gR θθ+-=v .（6）其解为20max sin 14gR θ⎫=⎪⎪⎭v . （7）注意到本题中sin 0θ≥，方程（6）的另一解不合题意，舍去. 将（7）式代入（1）式得，当max θθ=时，(22012ϕ=v v , （8）考虑到（4）式有max ==v （9）评分标准：本题15分。
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从一系列的卫食的观测可以精确地求出卫食周期， 而该周期 T 的观察值大小依赖与地球
在以连线 SJ 作为一根坐标轴的参照
系中的相对位置。卫星绕木星转动
一周的平均周期为 T0=42 小时 28 分
16 秒，周期的最大观测值为 T0+15
秒。
设观测者（在地球上） 处在 k 位
置时，看到卫星 M 从木星的阴影中
' 0
78.5454 s 1，在汽车运行
的过程中，司机看到两条弹簧的振动幅度之比为
7。设 为小量，计算中可以略去，已知汽
车轮子的直径为 1m ，则汽车的运行速度为
。
4．核潜艇中 U 238 核的半衰期为 4.5 109 年，衰变中有 0.7%的概率成为 U 234 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
4 ，其中
E m0c 2 ， E 为电子总能量，
m0c2 为电子的静
止能量。）
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全面质量管理的思想基础和方法依据
第 30 届全国中学生物理竞赛复赛模拟试卷
参考解答与评分标准
（全国中学生物理竞赛委员会及大连理工大学物理系）
一、参考解答：
1．
153 r
，
2r
209 3
2．本装置的几何结构尽管十分对称，但由于空气中离子分布及宇宙射线等因素的不确
pV a 恒量；
筒内气体的摩尔内能与温度的关系为
RT
Um
，式中 T 为气体的热力学温度， R 为摩尔
a1
气体常量。求当左气室吸热为 Q=1000J 时，左、 右两室气体的温度和压强。 设活塞与筒壁的
摩擦可忽略不计，且不漏气。计算过程各量均取三位有效数字。
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全面质量管理的思想基础和方法依据
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 U 238 核的平均寿命 =
年（ ln 2 0. 693），该核潜艇中 U 238 的质量 m =
下：环内电子能量 E 3.50GeV ，电子束团流强 I 300mA，周长 L=432m，单元数（装
有偏转磁铁的弯道数量） N=20，偏转磁铁磁场的磁感应强度 B=1.27T。使计算该设备平均每 个光口的辐射总功率 P0。
（在电子接近光速时，若动量不变，牛顿第二定律仍然成立，但拉莫尔公式不再适用，
e2 a2 相应的公式变化为 P 6 c3 0
一、填空题．（本题共 4 小题，共 25 分）
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1．图 1 所示的电阻丝网络，每一小段电阻同为 r，两个端点 A、
分卷核
B 间等效电阻 R1=
。若在图 1 网络中再引入 3 段斜电阻丝，每
一段电阻也为 r ，如图 2 所示，此时 A、B 间等效电阻 R2=
。
2．右图为开尔文滴水起电机示意图。 从三通管左右两管口形 成的水滴分别穿过铝筒 A1、A2后滴进铝杯 B1、 B2，当滴了一段时间 后，原均不带电的两铝杯间会有几千伏的电势差。 试分析其原理。 图中铝筒 A1用导线与铝杯 B2相连；铝筒 A2用导线与 B1相连。
位于水平位置且处于静止状态， A、B 皆与圆筒内表面接触， 已知 A、B 与圆筒内表面间的静 摩擦系数 都等于 1。
现令圆筒绕其中心轴线非常缓慢地转动，使
A 逐渐升高。
1．矩形物转过多大角度后，它开始与圆筒之间不再能保持相对静止？
答：
（只要求写出数值，不要求写出推导过程）
2．如果矩形物与圆筒之间刚不能保持相对静止时，立 即令圆筒停止转动。 令 表示 A 的中点和 B 的中点的连线与
八、（ 20 分）氢原子模型的拓展
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1．在经典的氢原子模型中，电子围绕原子核做圆周运动，电子
分卷核
的向心力来自于核电场的作用。可是，经典的电磁理论表明电子做
加速运动会发射电磁波，其发射功率可表示为（拉莫尔公式）：
P
e2 a2
6
c3
，其中
0
a
为电子的加速度，
c 为真空光速，
0
1 4k
8.854
12
磁场的磁感应强度 B。设电子的电量 e 和质量 m 为已知。
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全面质量管理的思想基础和方法依据
四、（ 20 分）一男孩通过交替蹲下和站起的方式来荡秋千。如
得
阅
复 图所示的是在摆动过程中男孩的质心轨迹。 当男孩处于站立姿势时，
分卷核
设秋千转轴到男孩质心的距离为 r u ；而当男孩处于下蹲姿势时，秋
千转轴到男孩质心的距离为
r d 。设比值 rd ru
1
210 1.072 ，即男孩站立与下蹲两种姿势时质
心相对于秋千转轴到男孩质心的平均距离只变化大约
7%。
为了使问题简化， 假定秋千质量可以忽略， 秋千的摆幅很小，男孩的质量总是集中在其
质心上；同时还假定男孩每次从下蹲到站立或者站立到下蹲的过程（即
A 到 B， E 到 F）与
分卷核
该圆柱以一定角加速度绕轴旋转时，线圈中会有电流流过。
设有许多匝线圈，每匝线圈的半径为 r，每匝线圈均用电阻为 R
的细金属导线绕成， 线圈均匀地绕在一很长的玻璃圆柱上， 圆柱的内部为真空。 每匝线圈的
位置用粘胶固定在圆柱上， 单位长度的线圈匝数为 n，包含每匝线圈的平面与圆柱的轴垂直。
从某一时刻开始， 圆柱以角加速度 绕其轴旋转。 经过足够长时间后， 求圆柱中心处的
10 F
m 1,
电子电荷量绝对值 e=1.602 10-19C。若不考虑相对论效应，试估计在经典模型中氢原子的寿
命 。（实验测得氢原子的结合能是 EH 13.6eV ，电子的静止质量 m0 9.109 10 31kg ）
2．带点粒子加速后发射的电磁波也有重要的应用价值。当代科学研究中应用广泛的同 步辐射即是由以接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动改变运动方向时所产生的电磁辐 射，电子存储环是同步辐射光源装置的核心， 存储环中的电子束团通过偏转磁铁等装置产生 高性能的同步辐射光。 上海光源是近年来建成的第三代同步辐射光源， 它的部分工作参数如
齐明点。
2．齐明点概念常用于显微镜的物镜中，以增大显微镜入射光的孔径角。设某显微镜的
接物镜（接物镜前方有光射入）是折射率为
n1=1.5，半径为 R1=3mm 的半球，其平底面与物
同浸在折射率与物镜材料相同的油中，物即位于一个齐明点上。
试设计物镜组第二个月牙形透镜（在接物镜后）的两球面的半径
R2 和 R3 及其构形（可
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远在科学家能精确测量光速之前，丹麦天文学家欧罗梅尔
分卷核
（ O.Romer ）就研究了木星卫星的星食时间。他通过观测木星的卫
星绕木星运动的周期来确定光的速率。图
1 表示地球 E 绕太阳 S 的
运动轨道和木星的一个卫星 M 绕木星 J 的运动轨道。他观测木星的卫星 M 相继两次从木星
的太阳阴影中出现的时间间隔。卫星处在行星的太阳阴影中，称为卫星食，简称卫食。
秋千摆动本身相比进行得足够快，因此可以认为从下蹲到站立或者站立到下蹲是瞬间完成
的。与此类似，另外两个下蹲过程（从 C到 D，从 G 到 H）也被假定是瞬间过程。
需要求解的问题是：男孩要将秋千摆动幅度增加一倍，
或者说最大角速度增加一倍 （即
摆动幅度为初始幅度的两倍，或最大角速度为原来的两倍），
需要进行多少次（可以用分数
出现。当他处在 k 1 位置时，看到
卫星下一次从木星阴影中出现，其
中 k=1，2，3， …从以上的观测结果中他得到卫星绕木星公转的表观周期
T（ t k）依赖于观测
时刻 t k。他认为这种表现周期因观测时间而发生的变化，
是观测过程中地球相对于木星的距
离 d 发生变化造成的。请你从以上材料推断估算光速，并计算相对误差大小。
表示）摆动才行。
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全面质量管理的思想基础和方法依据
五、（ 20 分）关于齐明点的讨论
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1．半径为 R 的透明球体， 折射率为 n，
分卷核
P 为主轴上一点，位于球心左方
R 处，如 n
图所示。求证：从 P 点向右发出的任一条光线（不限于近轴光线）
经球面折射后，将聚焦于一点，并求出该点 Q 的位置。 P、Q 称为
整直线之间的夹角，求此后 等于多少度时， B 相对于圆筒 开始滑动。 （要求写出必要的推导过程。最后用计算器对方 程式进行数值求解，最终结果要求保留三位数字）
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三、（ 17分）斯泰瓦 — 托尔曼（ Stewart-Tolman ）效应
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1917年，斯泰瓦和托尔曼发现，一绕在圆柱上的闭合线圈，当
定性，使铝筒 A1、 A2 的电势会略有不同。譬如， A1 的电势比 A2 高，由于静电感应，使 A1
上方的水滴带负电， A2 上方的水滴带正电，带电水滴分别滴入下方的铝杯后，使
B1 杯带负
电，由于 B1与 A2 用导线相连，又使 A2 电势进一步降低，同理 A1电势则进一步升高，这又
使 A1上方的水滴带更多的负电， A2 上方的水滴带更多的正电，如此下去，使铝杯
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第 30 届全国中学生物理竞赛复赛模拟试卷
（ 全国中学生物理竞赛委员会及 大 连理工大学物理系 ）
本卷共八题，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