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高中物理竞赛模拟试题及答案2


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高中物理竞赛模拟试卷(二)
说明:本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分,共 150 分,考试时间 120 分钟. 第Ⅰ卷(选择题 共 40 分) 一、本题共 10 小题,每小题 4 分,共 40 分,在每小题给出的 4 个选项中,有的小 题只有一个选项正确,有的小题有

多个选项正确,全部选对的得 4 分,选不全的得 2 分, 有错选或不答的得 0 分. 1.如图Ⅱ-1,完全相同的直角三角形滑块 A、B,按右图所示叠放,设 A、B 接触的斜面光滑,A 与桌面的动摩擦因数为μ ,现在 B 上作用一水 平推力 F,恰好使 A、B 一起在桌面上匀速运动,且 A、B 保持相对静止, 则 A 与桌面的动摩擦因数μ 跟斜面倾角θ 的关系为 A.μ =tanθ B.μ =tanθ /2 图Ⅱ-1 C.μ =2tanθ D.μ 与θ 无关 2.在光电效应实验中,下列哪种办法可以使光电流增大 A.增大入射光的频率 B.增大入射光的强度 C.增大照射时间 D.以上办法都可以使电流增大 3.下图Ⅱ-2 所示的 4 个图象中,能正确地表示家庭常用的白炽电灯在不同电压 U 下消 耗的电功率 P 与 U2 之间的函数关系的是

图Ⅱ-2 4.手握一个看书用的放大镜,观看较远处房间顶棚上的吊灯.第 1 次胳膊伸直,使放大镜 尽量远离眼睛,这时可以通过放大镜看到吊灯;第 2 次胳膊弯曲,使放大镜靠近眼睛,这时 也可以通过放大镜看到吊灯.下面的说法中正确的是 A.第 1 次看到的是吊灯的倒立像,第 2 次看到的是吊灯的正立像 B.第 1 次看到的是吊灯的放大像,第 2 次看到的是吊灯的缩小像 C.第 1 次看到的是吊灯通过放大镜所成的实像,第 2 次看到的是吊灯通过放大镜所成的 虚像 D.2 次看到的都是吊灯通过放大镜所成的虚像 5.处于基态的氢原子,要想从基态跃迁到能量较大的激发态,可以有 2 种方法.一种是用 光照射,氢原子从入射光子中吸收一定能量而跃迁到激发态;另一种是氢原子间相互碰撞, 基态氢原子从相互碰撞中得到一定的能量而发生跃迁.已知氢原子基态跃迁到某一个激发态 需要吸收的能量为 12.09 eV,下面哪种情况可以使一个原来静止并处于基态的氢原子跃迁到 该激发态? A.一个能量大于 12.09 eV 的光子照射到这个氢原子上
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B.一个能量等于 12.09 eV 的光子照射到这个氢原子上 C.动能等于 12.09 eV 的另一个氢原子与这个氢原子发生正碰 D.动能比 12.09 eV 大得足够多的另一个氢原子与这个氢原子发生正碰 6.如图Ⅱ-3 所示, 在光滑的水平面上有一个内外壁都光滑的气缸, 气缸的质量为 M,气缸内有一质量为 m(m<M)的活塞,密封一部 分理想气体,气缸处于静止状态.现用水平恒力 F 向左推活塞.当活塞 与气缸的加速度均为 a1 时,封闭气体的压强为 p1,体积为 V1;若用 同样大小的水平恒力 F 向右推气缸,当活塞与气缸的加速度均为 a1 时,封闭气体的压强为 p2,体积为 V2,设封闭气体的质量和温度均不变,则 图Ⅱ-3 A.p1>p2 B.p1<p2 C.V1>V2 D.V1<V2 7.2 个带同种电荷的带电质点,在运动过程中不受其他外力,只存在相互作用的斥力,下 面说法中正确的是 A.在运动过程中,一个质点的动量增加量一定等于另一个质点的动量减少量 B.在运动过程中,一个质点的动能增加量一定等于另一个质点的动能减少量 C.在运动过程中,2 个带电质点组成的系统的电势能的增量一定等于系统的动能减少量 D.在运动过程中,2 个带电质点组成的系统的动量守恒而机械能不守恒 8.边长为 L 的正方形线框,其电阻为 R,在磁感强度为 B 的匀强磁场中绕垂直于磁感线 的轴匀速转动,每秒转数为 n,当线框平面平行于磁感线时开始计时,则 A.线框中感应电动势的最大值为 BL2π n B.线框中感应电动势的瞬时值为 2BL2π ncos2π nt C.线框中感应电流的最大值为 2BL2π n/R D.线框中交流电频率为 1/n 9.如图Ⅱ-4 所示电路,电感线圈电阻不计,若从开关 S 断开瞬间计时,以下说法正确的 是 A.t = 0 时,电容器 C 上板带正电,下板带负电 B.t =
?
LC 2

时刻,线圈 L 的感应电动势最大

C.t =

?

LC 2

时刻,流过线圈 L 的电流最大,方向在图中

图Ⅱ-4

为自下而上通过线圈 L D.t =
?
LC 2

时刻;电容器 C 两极间电压最大

10.设地球的半径为 R0,质量为 m 的卫星在距地面 R0 高处做匀速圆周运动,地面的重力 加速度为 g,则 A.卫星的线速度为
2 gR 2
0

B.卫星的角速度为

g 8R0

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C. 卫星的加速度为

g 2

D.卫星的周期为 2π

8R0 g

第Ⅱ卷(非选择题,共 110 分) 二、本题共 3 小题,每小题 5 分,共 15 分. 11.全国著名发明家邹德俊,发明一种“吸盘式”挂衣钩如图 Ⅱ-5 所示,将它紧压在平整、清洁的竖直瓷砖墙面上时,可挂上 衣、帽等物品.如果挂衣钩的吸盘压紧时,它的圆面直径为
10 1

?

图Ⅱ-5

m 吸盘圆面压在墙上有

4 5

的面积跟墙面积完全接触,中间

1 5

未接触部分间无空气.已知吸盘

面与墙面间的动摩擦因数为 0.5,则这种挂钩最多能挂_______N 的物体.(大气压强 p0=1.0 ?105Pa) 12.天体中质量相差不太大的 2 个恒星组成双星系统,双星系统内两星间距离保持不变, 每一个恒星都绕它们连线上的一点做匀速圆周运动.从地面上看去, 双星系统两星之间的距离 呈周期性的变化.如果某双星系统 2 个星的质量分别是 m1 和 m2,它们之间的距离为 l,引 力常量为 G,则地球上的人看到这 2 个星间距离变化的周期为______. 13.如图Ⅱ-6 所示一个带负电的小球从 P 点自由下落,P 距场区边 界高为 h,边界 MN 下方有竖直向下、场强为 E 的匀强电场,同时有匀 强磁场,小球从边界 a 点进入电场与磁场的复合场后,恰能做匀速圆 周运动,并从边界上 b 点穿出,已知 ab = L ,则该匀强磁场的磁感强 度的大小是______,方向是_____;小球从 P 经 a 至 b 时,共需时间为 ______. 图Ⅱ-6 三、本题共 3 小题,共 20 分.把答案填在题中的横线上或按题目要 求作图. 14.(6 分)如图Ⅱ-7 所示的器材是:木质轨道(其倾斜 部分倾角较大,水平部分足够长) 、小铁块、两枚图钉、一 根细线、一个量角器.只用上述器材测定小铁块与木质轨道 间的动摩擦因数. 实验步骤是: (1)将小铁块从________; (2)用图钉把 细线______; (3)用量角器测量________.那么,动摩擦因 图Ⅱ-7 数可表示为 μ = _________. 15.(6 分)某同学利用多频率电火花计时仪研究自由落体运动,他把重锤固定在纸带下 端,让纸带穿过电火花计时仪,然后把纸带的上端用铁夹子固定在铁架台上.先调整电火花计 时仪的放电频率为 50 Hz,再接通电源,使它工作起来,然后释放纸带.重锤带动纸带自由下 落,纸带上被电火花打出一系列点迹,如下图Ⅱ-8 所示,其中 A、B、C、D、E 是连续打出 的几个点,下面标注的数字是相邻两点间的距离,单位是 cm.

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图Ⅱ-8 (1) 有些同学做这个实验时不用铁架台和铁夹子固定纸带上端, 而是用手拿着纸带上端, 使它保持静止.这 2 种方法哪个更好?为什么? 答:___________________________________________. (2)由纸带上给出的几个数据判断,该运动是不是匀变速直线运动?根据是什么? 答:________________________________________. (3)根据这几个数据测出的重力加速度 g 的数值是_______m?s-2(保留 3 位有效数字) 16.(8 分)为了测定和描绘“220 V 40 W”白炽电灯灯丝伏安特性曲线,可以利用调压 变压器供电.调压变压器是一种自耦变压器,它只有一组线圈 L,绕在闭合的环形铁芯上,输 入端接在 220 V 交流电源的火线与零线间,输出端有一个滑动触头 P ,移动它的位置,就 可以使输出电压在 0~250 V 之间连续变化, 图甲中画出的是调压变压器的电路图符号.实验室 内备有交流电压表、交流电流表、滑动变阻器、开关、导线等实验器材. (1)在图Ⅱ-9 甲中完成实验电路图. (2)说明按你的实验电路图进行测量,在电压较高段与电压较低段进行比较,哪段的误 差更大?为什么? (3)如果根据测量结果作出的伏安特性曲线如图Ⅱ-9 乙所示,试根据图线确定,把 2 只完全相同的“220 V 40 W”白炽电灯串联在 220 V 交流电源的火线与零线间时,2 只电灯 消耗的总电功率是多大?

图Ⅱ-9 四、本题共 6 小题,共 75 分,解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤, 只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位. 17.(10 分)静止的钚核 239Pu,放出α 粒子以后衰变成铀核 235U,同时放出波长为 1.38 ?10-11 m 的光子. (1)写出这一过程的核衰变方程; (2)若不计光子动量.求α 粒子的动能为多少?(钚核的质量 238.999655u,铀核质量 234.993470u, 粒子质量 4.001509, 相当于 931.5 MeV, 普朗克恒量 h = 6.63?10-34 J? s) α 1u . 18.(10 分)质量为 M=2 kg 的木板若固定在光滑的水平地 面上,质量为 m=0.04 kg 的子弹以速度 v1=500 m/s 射入, 射出时 子弹速度 v2=300 m/s,如图Ⅱ-10 所示,今将钉子拔掉,子弹射 图Ⅱ-10 入后速度多大? 19.(12 分)山区盘山公路的路面上一般都等间距地镶嵌一些玻 璃球,当夜间行驶的汽车的车灯照上后显得非常醒目,以提醒司机

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图Ⅱ-11

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注意. 若小玻璃球的半径为 R,折射率是 3 ,如图Ⅱ-11 所示,今有一束平行光沿直径 AB 方向照在小玻璃球上,试求离 AB 多远的入射光经折射—反射—折射再射出后沿原方向返回 即实现“逆向反射”. 20.(13 分)如右图Ⅱ-12 所示,一个用柔软的细导线制成的闭合圆形的 线圈半径为 r、电阻为 R,位于匀强磁场内,磁感应强度大小为 B,方向垂 直于线圈平面向里,现用两手分别拉着线圈的两端,在时间 t 内把它拉成一 条线.由以上条件,可能以求出哪些物理量?把它们求出来. 图Ⅱ-12 21.(15 分)光子具有动量,每个光子的动量 p=h/λ (式中 h 为普朗克 常量,λ 为光子的波长).当光照射到物体表面上时,不论光被物体吸收或 是被物体表面反射, 光子的动量都会发生改变, 从而对物体表面产生一种压 力,称为光压.右图Ⅱ-13 是列别捷夫设计的测量光压的仪器.图中 a、b 是一 对用悬丝挂着的极轻的翼片, 它们的形状和质量都完全相同, 只是 a 是涂黑 的而 b 是光亮的, 光线照射到 a 上可以认为光子全部被吸收, 照射到 b 上则 可认为光子全部被反射.分别用光线照射在 a 或 b 上,由于光压的作用,都 可以引起悬丝的旋转,旋转的角度可借助于和悬丝一起旋转的小平面镜 M 进行观察. 图Ⅱ-13 (1)如果用一束强光同时照射 a、b 两翼片,光线的入射方向与翼片表 面垂直,悬丝将向哪个方向偏转?为什么? (2)已知 a、b 两翼片的受光面都是圆形,半径为 r,两翼片圆心间的距离是 d.现用频 率为ν 的激光束同时照射 a、b 两翼片,设入射光与翼片表面垂直,单位时间内垂直于光传播 方向的单位面积上流过的光子数为 n,光速为 c.求由于光压而产生的对中心转轴的力矩. 22.(15 分)如图Ⅱ-14 是静电分选器原理示意图,将磷酸盐和石英的混合颗粒由传送带 送至两个竖直的带电平行板上方,颗粒经漏斗从电场区域中央处 开始下落,经分选后的颗粒分别装入 A、B 桶中.混合颗粒离开漏 斗进入电场时磷酸盐颗粒带正电,石英颗粒带负电,所有颗粒所 带的电量与质量之比均为 10-5 C/kg.若已知两板间的距离为 10 cm, 两板的竖直高度为 50 cm.设颗粒进入电场时的初速度为零,颗粒 间相互作用不计.如果要求两种颗粒离开两极板间的电场区域时有 最大的偏转量且又恰好不接触到极板. 图Ⅱ-14 (1)两极板间所加的电压应多大? (2) 若带电平行板的下端距 A、 桶底的高度为 H=1.3 m,求颗粒落至桶底时速度的大小. B 模拟试卷(二) 一、 (40 分)1.B 2.B 3.C 4.AC 5.BD 6.AD 7.CD 8.BC 9.BD 10.ABD 二、(15 分)11.125 12.2π
l
3

G (m 1 ? m 2 )

13.

2E

2 gh qL

(2 分);垂直纸面向外(1 分) ;

(4h ? ?L ) 4 gh

2 gh

(2 分)

三、14.(6 分)(1)从某点由静止释放,最后停在水平面上(1 分)(2)固定在铁块运动 ; 的起止点(1 分)(3)细线与水平面间的夹角θ (1 分) =tanθ (3 分) ; ;μ 15.(6 分)(1)用铁架台固定更好.(1 分)用手拿着释放时不能保证初速度为 0,从而不 能保证是自由落体运动(1 分).
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(2)是匀加速直线运动(1 分).因为①纸带上各点迹都在同一直线上.②相邻两点间的 距离之差在误差范围内都相等,即
ED - DC

= DC

- CB

= CB

= BA ≈0.39 cm.(1 分)

(3)9.75(或 9.68).(利用 g=Δ s/t2 即可求出) 分) (2 16.(8 分) (1)如右图Ⅱ-1′所示.(3 分)(开关应放在火线 一边,否则应适当扣分;火线与公共端相连的可不扣分;电流表 外接与内接都可以.) (2)如果采用电流表外接,电压较高段误差较大,因为电压 越高,灯丝电阻越大,由于电压表分流而造成的误差越大;如果 采用电流表内接,电压较低段误差较大,因为电压越小,灯丝电 阻越小,由于电流表分压造成的误差越大.(3 分) (3)47 W±1 W(2 分) 四、17.(10 分) (1)衰变方程为
239 94 239

图Ⅱ-1′

Pu→ 92 U + 2 He +ν (2 分)
4

(2)由 E= hν ① v = c/λ ② -34 8 -11 -19 得:E = hc/λ = 6.63?10 ?3?10 /(1.38?10 1.6?10 ) MeV = 0.99 MeV(2 分)③ 核反应过程中释放的能量由爱因斯坦质能方程有Δ E = Δ mc2 = (mPu -mu -mα )c2 ④ = (238.999655 - 234.993470 - 4.001509)uc2 =0.004676 uc2 = 4.36 MeV(2 分) ⑤ 又核反应过程满足动量守恒,在不计光子的动量的条件下有 MuVu = mα vα (2 分)⑥ 根据能量守恒有 Eu + Eα = Δ E - E = 4.27 MeV(1 分) ⑦ 联立⑥⑦解得 Eα = 4.21 MeV(1 分) ⑧ 18.(10 分)设子弹刚好射出,其射入时速度为 v0,以 m 和 M 组成系统为研究对象,系统 在水平方向动量守恒,根据动量守恒列方程: mv0 = (M + m)v(1 分) ① 系统摩擦力所做的功 Wf Wf =
1 2 1 2

mv02 -

1 2 1 2

(M + m)v2(2 分)



固定木块时,系统摩擦力所做的功 Wf Wf = mv12mv22 (1 分) ③

由①②③解得 v0 = 400 m/s (1 分) 因为 v1>v0,所以将固定木块的钉子拔出后,子弹仍能射出木块, 分)则 (1 mv1 = MV + mv(1 分)
1 2

mv12 =Wf +

1 2

Mv2 +

1 2

mv2(2 分)

v = 298.5m/s (1 分) 19.(12 分)只有入射光经折射后射到 B 点的光线经反射再折射射 出后才能沿原方向返回即实现“逆向反射” ,光路如图Ⅱ-2′.(4 分)根
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据折射定律有

sin i sin r

= 3 (2 分)

① ② ③ 图Ⅱ-2′

由几何关系可知 i=2r(2 分) 将②代入①得 cosr=
3 2

(1 分)

得:r=30° ④ 所以:i=60°(1 分) ⑤ 设能沿原方向返回即实现“逆向反射”的入射光线距 AB 的距离为 h ,则由几何关系可 知 h=Rsini=
3R 2

(2 分)



20.(13 分)可以求出: (1)开始时穿过线圈的磁通量Φ =π Br2;(2 分) (2)磁通量的变化量Δ Φ =π Br2; 分) (2 (3)磁通量的变化率Δ Φ /Δ t=π Br2/t; 分) (2 (4)平均感应电动势 E =π Br2/t; 分) (2 (5)平均感应电流 I =π Br2/tR; 分) (2 (6)通过线圈截面的电量 q=π Br2/R.(3 分) (不能求外力做的功及产生的热,写能求的要扣分.) 21.(15 分) (1)a 向纸外而 b 向纸内转动(2 分) (或答俯视逆时针方向转动).这是因 为光照射到 a 上,光子全部被吸收,每个光子的动量都减为 0;照射到 b 上,光子全部被反 射,每个光子的动量都与原来大小相等而方向相反,动量的变化量是前者的 2 倍,因此对 b 的压力较大.(3 分) (2)单位时间内照射到每个翼片上的光子数为 N=nπ r2.(2 分) 照射到 a 翼片上的光子全被吸收,每个光子的动量变化量Δ pa=p.(1 分)单位时间内所 有光子的动量变化量有大小就等于光对 a 翼片的压力,即 Fa=nπ r2?p=π nr2?hν /c.(2 分) 照射到 b 翼片上的光子全被反射,每个光子的动量变化量大小Δ Pb = 2p(1 分) ,单 2 位时间内所有光子的动量变化量的大小就等于光对 b 翼片的压力,即 Fb =π nr ?2p =2 π nr2? hν d/2c.(2 分)合外力对中心转轴的力矩 M=(Fb-Fa) ?d/2=π nr2?hν d/2c.(2 分) 22.(15 分) (1)颗粒在电场中受重力和电场力的共同作用,在竖直方向上分运动为自由 落体运动,下落距离为极板高度 L.(1 分)由 L=
1 2

gt2(1 分) 得 t= 2 L / g .(1 分)颗粒沿水平

方向分运动为匀加速直线运动(1 分) ,加速度大小为 a=qU/md(1 分),离开电场时颗粒在水 平方向 的位移 为 d/2(1 分 ) ,由匀变速 运动规律 得 d/2=
1 qU 2 md

t2(2 分 ), 将 t 代 入得

U=md2g/2qL=104 V.(1 分) (2)在颗粒下落的整个过程中,根据功能关系:mv2/2=qU/2+mg(L+H)(3 分) v= qU / m ? 2 g ( L ? H ) (2 分) 代入数据得:v= 36 . 1 m/s(或 6.0 m/s)(1 分)

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