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芜湖县第二中学2016届高二物理竞赛选拔试题


芜湖县第二中学 2016 届高二物理竞赛选拔试题
命题人:谢自成 满分 150 分,时间 120 分钟 一、单项选择题(本题共 10 小题,每题 4 分,满分 40 分。每题所给的选项中有的只有一个是正确 的。每题 4 分)

密 1.在粗糙水平地面上与墙平行放着一个截面为半圆的柱状物体 A,A 与竖直墙之间
放一光滑圆球 B,整个装置处于

平衡状态。现对 B 加一竖直向下的力 F,F 的作用线 通过球心,设墙对 B 的作用力为 F1,B 对 A 的作用力为 F2,地面对 A 的作用力为 F3。 若 F 缓慢增大而整个装置仍保持静止,截面如图所示,在此过程中( ) B A F

封 A.F1 保持不变,F3 缓慢增大
C.F2 缓慢增大,F3 缓慢增大

B. F1 缓慢增大,F3 保持不变 D. F2 缓慢增大,F3 保持不变

2.如图, 一固定斜面上两个质量相同的小物块 A 和 B 紧挨着匀速下滑, A 与 B 的接触面光滑. 已知

线 A 与斜面之间的动摩擦因数是 B 与斜面之间动摩擦因数的 2 倍, 斜面倾角为 α . B 与斜面之间的动 摩擦因数是( )



A.

2 tan? 3

B.

2 cot? 3

C. tan?

D. cot?

3.如图所示,弹簧秤外壳质量为 m,弹簧及挂钩的质量忽略不计,

不 挂钩上吊一重物。现用一竖直向上的外力拉弹簧秤,当弹簧秤向上做匀速直线运
动时,示数为 F1;若让弹簧秤以加速度 a 向上做匀加速直线运动,则弹簧秤的示 数为(重力加速度为 g,不计空气阻力) ( )



A. mg C. F1 ? ma

B. F1 ? mg D. (1 ?

a ) F1 g


4、已知地球半径为 R,地面处的重力加速度为 g,一颗距离地面高度为 2R 的人造地球卫星 绕地球做匀速圆周运动,下列说法正确的组合是 ①卫星的加速度大小为 ( )

1 g g ②卫星的角速度为 4 27R
R g



③卫星的线速度大小为 gR ④卫星的周期为 6? 3 A.①② B.②③ C.①③ D.③④

5、如图所示,实线为不知方向的三条电场线,从电场中 M 点以相同速度飞出 a、b 两个带电粒子, 仅在电场力作用下的运动轨迹如图中虚线所示。则 A.a 一定带正电,b 一定带负电 B.a 的速度将减小,b 的速度将增加 ( )

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C.a 的加速度将减小,b 的加速度将增加 D.两个粒子的电势能一个增加一个减小 6.多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇,过去是用变压器来实现上述调节的,缺点是成本高、 体积大、效率低且不能任意调节灯的亮度或风扇的转速.现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅 电子元件来实现调节的.如图所示为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压 ,即在 1 1 正弦式电 流的每一个 周期中,前面的 被截去,从而改变了电灯上的电压.那么现在电灯上的电压为 2 4 ( ) A. Um 2 B. Um 2 C .Um Um D. 4

7.人体受到下列哪种射线照射时,可以明显感觉到热( ) A.无线电波 B.红外线 C.γ 射线 D.X 射线 8.一般的曲线运动可以分成很多小段,每小段都可以看成圆 周运动的一部分,即把 整条曲线用一 系列不同半径的小圆弧来代替。如图(a)所示,曲线上 A 点的曲率圆定义为:通过 A 点和曲线上 紧邻 A 点两侧的两点作一圆,在极限情况下,这个圆就叫做 A 点的曲率圆,其半径ρ 叫做 A 点的曲 率半径。现将一物体沿与水平面成α 角的方向以速度 v0 抛出,如图(b)所示,则在其轨迹最高点 P 处的曲率半径是( ) A.
2 v0 g 2 v0 cos 2 ? g

B.

2 v0 sin 2 ? g 2 v0 cos 2 ? g sin ?

C.

D.

9.引力做功与引力势能的变化同重力做功和重力势能的 体在引力场中具有的能叫做引力势能(定义为 E p ? ?

变化类似。物

GMm ) ,G 为引力常量,M 为地球的质量, r

m 为物体的质量,r 为物体到地球中心的距离,物理学中经常把无穷远处定义为引力势能的零势能 点。若一颗质量为 m 的人造地球卫星沿圆形轨道环绕地球飞行,由于受空气阻力的作用,当卫星 的轨道半径 r1 减小到 r2,空气阻力做的功为 Wf。在下面给出的 Wf 的表达式中,有一个是合理的。 关于此过程中空气阻力做的功 Wf 你可能不会求解,但是你可以通过一定的物理分析,对下列表达 式的合理性做出判断。根据你的判断,Wf 的合理表达式应为( ) A. W f ? ?GMm ?

?1 1? ? ? ? r1 r2 ?

B. W f ? ?

2GMm ? 1 1 ? ? ? ? 3 ? r1 r2 ? GMm ? 1 1 ? ? ? ? 2 ? r1 r2 ?

C. W f ? ?

GMm ? 1 1 ? ? ? ? 3 ? r1 r2 ?

D. W f ? ?

10、如图所示,一带负电 Q 的油滴,从 A 点以速度 v0 与水平方向成θ 角射入沿水 平方向的匀强电场中,如测得油滴在电场中达到最高点 B 时,它的速度大小恰 为 v0,则 B 点的位置: ( ) A、在 A 点的正上方 B、在 A 点的左上方 C、在 A 点的右上方 D、无法判断

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二、填空题(本题共 6 小题,每题 4 分,满分 24 分。将正确的、完整的答案填入相应的横线中, 不要求写出解题过程) 11.风能是一种环保能源。风力发电是将风的动能转化为电能的过程,设空气的密度为?,水平风 速为 v,风力发电机有 3 个叶片,每个叶片迎风垂直面积为 S。设风能转化为电能的效率为?, 那么该风力发电机的电功率 P= 。

12.迄今为止,获得诺贝尔物理奖的华人共有 人,他们的姓名是 , 第一位获得诺贝尔奖的日本人是
13. 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______. 14.下图 A 是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图, 测速仪发出并接收超声波脉冲信号. 根据发出和接收到的信号间的时间差,测出被测物体的速度。下图 B 中 p1、p2 是测速仪发出的超 声波信号,n1、n2 分别是 p1、p2 由汽车反射回来的信号.设测速仪匀速扫描,p1、p2 之间的时间间 隔△t=1.0s, 超声波在空气中传播的速度是 v=340m/s, 若汽车是匀速运动的, 则根据图可知, 汽 车在接收到 p1、p2 两个信号之间的时间内前进的距离是_ ▲ _m,汽车的速度是_ ▲ _m/s.

图A

图B

15.一个质量为 m 电荷量为 q 的带电粒子从 x 轴上的 P(a,0)点以速度 v,沿与 x 正方向成 60°的方向 射入第一象限内的匀强磁场中,并恰好垂直于 y 轴射出第一象限。求匀 y 强 磁 场 的 磁 感 应 强 度 B= ,射出点的坐标 ( , ) 。 v B v a x

O/ o

16.如果用 1 N 的力能拉长弹簧 1 cm,那么为了将弹簧拉长 6 cm 需作功________J.
三、计算题(本题共 4 小题,满分 43 分。解题时要求写出重要的物理规律、必要的文字说明, 答题时要写出完整的数值和单位。过程不完整的不能得满分,只有结果而没有过程的不能得分) 17: (10 分)如图所示,倾斜传送带与水平方向的夹角为θ =37°,将一 小物块轻轻放在正在以速度 v=10m/s 匀速逆时针传动的传送带的上端, 物块和传送带之间的动摩擦因数为 ?=0.5 (设最大静摩擦力等于滑动摩 擦力的大小) ,传送带两皮带轮轴心间的距离为 L=29m,求将物块从顶 部传到传送带底部所需的时间为多少(g=10m/s2) ?

v





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18、 (10 分)如图所示,一块很大很厚的接地金属板,右侧相距 d 处放一电量为 q 的正点电荷,则 金属板右侧表面产生感应电荷, 在金属板内距右侧表面 d 处有一 P 点, 则感应电荷在 P 点产生 的电场强度大小为多少,感应电荷对正点电荷 q 的作用力的大小为多少。

19. (10 分)如图所示,滑块质量为 m,与水平地面间的动摩擦因数为 0.1,它以 v0 ? 3 gR 的初 速度由 A 点开始向 B 点滑行,AB=5R,并滑上光滑的半径为 R 的

1 圆弧 BC,在 C 点正上方有一 4

离 C 点高度也为 R 的旋转平台,沿平台直径方向开有两个离轴心距离相等的小孔 P、Q,旋转时两 孔均能达到 C 点的正上方。若滑块滑过 C 点后 P 孔,又恰能从 Q 孔落下,则平台转动的角速度 ω 应满足什么条件?

20. (12 分)如图所示,有一个带电粒子﹣q,初速度为 0,进入加速电场,经电压 U1 加速后,进 入两块间距为 d、电压为 U2 的平行金属板间,若电荷从两板正中间垂直电场方向射入,且恰好能 从下板边缘穿出电场。不计带电粒子重力,求: (1)金属板 AB 的长度 L; + A (2)电子穿出电场时的动能。 d U1

B +

U2

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21: (6 分)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。
A r r B r r r r r r

22. (12 分)如图所示,厚度为 h、宽度为 d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为 B 的匀强磁场 中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面 A 和下侧面 A′之间会产生电势差,这种现象称为霍尔 效应.实验表明,当磁场不太强时,电势差 U、 电流 I 和 B 的关系为 U=k
IB .式中的比例系数 k 称为霍 d

尔系数.霍尔效应可解释如下:外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧,在导体板的 另一侧会出现多余的正电荷,从而形成横向电场.横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电 力.当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差.设电流 I 是由电 子的定向流动形成的,电子的平均定向速度为 v,电荷量为 e,

回答下列问题: (1)达到稳定状态时,导体板上侧面 A 的电势 于”或“等于” ); (2)电子所受的洛伦兹力的大小为 ; ; 下侧面 A′的电势(填“高于” “低

(3)当导体板上下两侧之间的电势差为 U 时,电子所受静电力的大小为 (4)由静电力和洛伦兹力平衡的条件,证明霍尔系数为 k= 的个数.

1 ,其中 n 代表导体板单位体积中电子 ne

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23. (12 分) 正电子发射计算机断层(PET)是分子水平上的人体功能显像的国 际领先技术,它为临床诊断和治疗提供全新的手段。PET 所用回旋加速 器示意如图 9,其中置于高真空中的两金属 D 形盒的半径为 R,两盒间 距很小,质子在两盒间加速时间可忽略不计。在左侧 D1 盒圆心处放有 D1 粒子源 S 不断产生质子,匀强磁场的磁感应强度为 B,方向如图所示。 质子质量为 m,电荷量为 q。假设质子从粒子源 S 进入加速电场时的初 速度不计,加速电压为 U,保证质子每次经过电场都被加速。 (1)求第 1 次被加速后质子的速度大小 v1; (2)经多次加速后,质子最终从出口处射出 D 形盒,求质子射出 时的动能 Ekm 和在回旋加速器中运动的总时间 t 总; (3)若质子束从回旋加速器射出时的平均功率为 P,求射出时质子束的等效电流 I。
U
交流电源

出口 B S

D2

图9

24. (14 分)如图所示,两足够长的平行光滑的金属导轨 MN、PQ 相距为 L=1m,导轨平面与水 平面夹角 α=30° ,导轨电阻不计。磁感应强度为 B1=2T 的匀强磁场垂直导轨平面向上,质量 为 m1=2kg、电阻为 R1=1Ω 的金属棒 ab 垂直于 MN、PQ 放置在导轨上,且始终与导轨接触良 好。两金属导轨的上端连接右侧电路,电路中通过导线接一对水平放置的平行金属板,两板间 的距离和板长均为 d=0.5m,定值电阻为 R2=3Ω,现闭合开关 S 并将金属棒由静止释放,取 g=10m/s2,求: (1)金属棒下滑的最大速度为多大? (2)当金属棒下滑达到稳定状态时,整个电路消耗的电功率 P 为多少? (3)当金属棒稳定匀速下滑时,在水平放置的平行金属板间加一垂直于纸面向里的匀强磁场 B2= - 3T,在下板的右端且非常靠近下板的位置处有一质量为 m2=3× 10 4kg、所带电荷量为 q=- - 1× 10 4C 的液滴以初速度 v 水平向左射入两板间,该液滴可视为质点。要使带电粒子能从金 属板间射出,初速度 v 应满足什么条件?

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