9512.net
甜梦文库
当前位置:首页 >> 学科竞赛 >>

高中应用物理知识竞赛决赛试卷



高中应用物理知识竞赛决赛试卷
注意事项: 1.请在密封线内填写所在区县、学校、姓名和考号. 2.本试卷共有 9 个题,总分为 150 分. 3.答卷时间:2012 年 4 月 22 日上午 9:30~11:30 题号 分数 复核 1.(10 分)常见望远镜可分为伽利略望远镜、开普勒望远镜和牛顿 式望远镜. 原始的开普勒望远镜由两个凸透镜(分别作为目镜和物 镜)构成.这种

结构所成像是倒立的,所以要在中间增加正像系统才 能使看到的像符合观看习惯. 现在常见的前宽后窄的典型双筒望远镜多数属于开普勒望 远镜,采用了双直角棱镜正像系统(图 1-1).这种系统的优 目镜 点是在正像的同时将光轴两次折叠, 从而也减小了望远镜的长 度和重量. (1)请画一个简图说明经过物镜后射到第一个全反射棱 物镜 镜上的平行光如何传播. (2)正像系统中的两个全反射棱镜应采用图 1-2 中的哪 种放置方法?简述理由. 图 1-1 得 分 评卷人 1 2 3 4 5 6 7 8 9 总分

图 1-2

2.(12 分)目前比较流行的燃气灶熄灭保护方式是热电偶式.当燃 气灶的火焰因某种原因被熄灭时,气阀自动关闭,从而保证安全. (1) 为什么点火时在旋转旋钮的同时需要按住它几秒钟才能松手? (2)请简述燃气灶热电偶式熄灭保护装置的工作原理,并画出简化的原理图(电路图). 得 分 评卷人

得 分

评卷人

3.(12 分)如图 3-1 所示是某型号的多用表的刻度面板,刻度面板 上从上向下的第三条刻度线是 AC10V 刻线(细节见图 3-2).该刻

度线的左边起始部分可明显看出是不均匀的.图 3-3 是其交流电压挡的简化原理图. (1)请简要说明 AC10V 刻线不均匀的原因. (2)图 3-3 中二极管 D1、D2 的作用分别是什么?

图 3-2 图 3-1

图 3-3

得 分

评卷人

4.(12 分) 《科学技术社会辞典》物理卷“飞行鸟害”条目中写道: “飞鸟与飞机高速撞击而给飞机带来损害和事故,称为飞行鸟害. 飞鸟的质量很小,但在飞机高速运动时它相对飞机的速度极大.经

测试可知, 一只质量 450g 的鸟, 在撞击时速 80 千米的飞机时, 可产生 1500 牛的冲击力, 如果撞在时速 960 千米的飞行器上,可产生 21.5 万牛的冲击力. 质量 7.2 千克的大鸟若 撞在这个飞行器上,则可产生 127 万牛的冲击力,这个力足以使发动机遭到彻底破坏.” 请通过以上文字给出的信息,估算上述 7.2 千克大鸟的身体长度.

得 分

评卷人

5.(12 分)图 5-1 是一种简易的电烙铁调温装置的示意图. 这种装 置可有效地防止电烙铁因长时间通电过热而造成烙铁头“烧死”现

象. 图中 R 为 20W 的内热式电烙铁,虚线框是附有调 温装置的电烙铁支架. 当电烙铁搁置在支架 D 上时, 由 于电烙铁的重力,支架下方的绝缘柄 N 推动开关 K,使 开关处于断开状态;当电烙铁离开支架 D 时,开关 K

图 5-1

下方的弹簧 L 推动开关使其闭合.图中 P 为半导体二极管. 描述二极管特性的有正向起始 工作电压(一般不超过 0.7V) ,额定正向工作电流,反向漏电电流(μ A 级,甚至更小), 最高反向工作电压等.问: (1)当电烙铁搁置在支架 D 上时,电烙铁实际功率约为多大? (2)选择图中二极管时,对其最高反向工作电压有什么要求?

6.(18 分)现代先进加速度传感器是以集成电路工艺和微机械加工 得 分 评卷人 工艺为基础,在硅片上制造出来的微机电系统,已被广泛应用于航 空航天、 汽车工业、 自动化和机器人等领域.某型号的三轴加速度传 感器体积非常小,呈薄片状.当其固定于运动物体上时,可测量物体三个方向上的加速度 值.传感器的三个敏感轴沿薄片长方体的三条棱,当其“TOP”面向上静止水平放置时, 其输出读数为:Ax=0,Ay=0,Az=1(单位为 g,g 是当地重力加速度) .以其它方位静止放置 时的输出读数见图 6-1 所示. 当其“TOP”面向上沿其 Ax 敏感轴正方向以加速度 a(以 g

图 6-1

为单位)运动时,其读数为:Ax=a,Ay=0,Az=1;当其自由下落时,三个读数均为零.将该 传感器“TOP”面向上水平安装于车上(即与车身底面平行) ,其 Ax 敏感轴正方向指向 车头方向.当车沿某一斜坡向下运动时,传感器的三个读数分别为 Ax=-0.400,Ay=0,Az=0.866.试求此时车沿斜面向下的加速度及斜面的坡度(斜面的倾角).

7.(20 分)光盘是一种常见的信息载体,其结构可分为五层,即基 板、记录层、反射层、保护层、印刷层.光盘的信息记录在密集分布 于其上的光道上.光道上布满了一个个长短不一的 “凹坑”如图 7-1) ( . 由于反射层的作用,光盘(局部地看)相当于一种一维反射光栅.利用这个光栅,可以作 某些测量.现在给出下列器材:红色激光笔一支,CD 光盘一张,白色光屏一个,钢卷尺 1 把.测量装置如图 7-2 所示,将光盘 D 和白屏 P 平行竖立,让激光器 L 位于两者之间,光 束接近垂直于盘面射到盘上, 则屏上会出现衍射条纹.中央最亮的光点为 0 级 (k=0) 条纹, 两侧对称分布的是 1 级(k=1) 级(k=2) 、2 、??等衍射条纹,各级条纹的衍射角θ 不同. 得 分 评卷人 已知衍射公式 d sin ? ? k ? ,式中 d 为光栅常数,即光盘上相邻光道间的距离.若激光的 波长λ 已知,便可通过上述实验测定 d 值. (1)如果要测定 d,实验中需要测定哪些物理量?在图中画出示意图表示这些物理 量. (2)用测出的物理量写出刻纹之间的距离 d 的表达式.

图 7-1

图 7-2

得 分

评卷人

8.(24 分)小华同学为了探究弹性球与其他物体碰撞的情况,他先 从网上获取如下信息:通常用恢复系数 e 表示两物体一维碰撞机械 能损失的情况.它等于碰撞后两球的分离速度 v 2t ? v 1t , 与碰撞前两
? ?

? ? v 2t ? v 1t ? ? e ? ? 球的接近速度 v 10 ? v 20 之比,即: ? v 10 ? v 20

恢复系数由碰撞两物体的材料性质决

定. 小华的探究实验如下:让质量为 10.75g,直径为 26mm 的塑料弹性球从 80cm 高处自 由下落,碰到地面的瓷砖后弹起;再下落,再弹起;再下落,再弹起;??,当塑料弹性 球与瓷砖碰撞 10 次后,还能弹起 8cm. 如果不计空气阻力,并假定弹性球始终在同一竖 直线上运动.

(1)请根据以上实验数据求弹性球与瓷砖碰撞的恢复系数 e. (2)请用 e 表示出弹性球每次碰撞过程中机械能的损失与碰撞前的机械能之比.

得 分

评卷人

9. (30 分)地球同步通信卫星是相对于地面静止的人造卫星.它定 点在赤道上空某一确定的高度, 与地球自转周期相同.它的轨道是正 圆形,称为“静止轨道”.在卫星上的不同位置分别安置有小型燃气

发动机, 可根据需要在某一时刻短时间点燃发动机向某个方向喷出气体, 以调整卫星的姿 态及轨道.发动机运行的时间相对于卫星的周期来说是很小的,所以这种调整可看作是瞬 间完成的.在一堂物理课上老师提出了一个问题: 如何 把一个原来位于东经 90? 处静止轨道上的地球同步通 漂移轨道 信卫星转移到 90?±Δ x(Δ x≤5?)处,要求开动发动 机的次数最少.某同学查阅相关资料后给出了一个方 案,先让卫星进入椭圆形的“漂移轨道” ,再让其回到 静止轨道.图 9-1 是他给出的方案的示意图, 其中正圆 形的实线表示静止轨道, 椭圆形的虚线为 “漂移轨道” . 请回答: (1)按他的方案,该卫星将漂向东方还是西方? (2)按他的方案,该卫星完成这次转移需要至少点燃发动机几次?这几次各是向哪 个方向喷出气体?各次点火的时机如何掌握? (3)若已知地球质量为 M=5.98× 24kg,卫星总质量(包括内部的仪器设备及储备 10 的燃料)为 m=200kg,万有引力恒量为 G = 6.67× -11 m3 kg-1s-2,要求卫星只在漂移轨道 10 上转一圈, 且转移量Δ x 恰好等于 5?.点燃发动机过程中消耗的燃料相比卫星总质量很小, 可以忽略. ①漂移轨道的远地点比静止轨道高出的数量Δ h 等于多少? ②卫星从静止轨道转移到漂移轨道需要增加的机械能Δ E 等于多少? (两个质量分别为 m1 和 m2 的均匀的球体,以相距无穷远为势能零点,则它们的距离为 r 时的引力势能 E p ? ?
Gm 1 m 2 r
图 9-1 地球 卫星 静止轨道



试题答案与评分参考
2012 年 4 月 22 日 题号 分数 1 10
望远镜

2 12
热电偶

3 12
万用表

4 12
飞鸟

5 12
电烙铁

6 18
加速度

7 20
光盘

8 24
弹性球

9 30
卫星

总分 150

传感器

1.(10 分) (1)如图所示。 (5 分) (2)用(B)种放置方法。其中第一个棱镜把光束左右颠倒,第二 个棱镜把光束上下颠倒,看到的像就不会发生倒置的情况了。 分) (5 2.(12 分) (1) 刚点火时, 热电偶感应端温度不高, 电磁阀线圈中没有足够的电流开启电磁阀, 所以需要按住旋钮手动开启阀门。当火焰加热,热电偶感应端到一定温度,热电偶中有足 够的热电动势,使得电磁阀线圈中的电流足够大而使气阀打开,就可以松手了。 (4 分) (2)热电偶式熄灭保护装置的工作原理是:当按旋钮,小火点燃时,热电偶受到火 焰加热,产生热电动势.由于热电偶通过导线与电磁线圈相连组成闭合回路,线圈中有了 电流, 产生磁场使电磁阀吸合,燃气阀开启,燃烧通路打开,维持其正常燃烧,一旦遇到 大风或汤水等溢出,扑灭火焰,热电偶的热电动势很快下降到零,线圈中电流消失,电磁 阀失去磁性,在弹簧作用下迅速复位,阀门关闭燃气通路,终止供气,从而保证安全。 (4 分)

(原理图基本正确即可,不究细节) 3. (12 分) (1) 多用表的交流挡是用半导体二极管半波整 流成为脉动直流,通过直流表头来显示,刻度是经 过转换后对应的交流电压数值。而二极管的导通有 一定的门限电压,一般使用硅二极管,其门限电压 为 0.6~0.7V,因此,用二极管整流后的交流电压是 有一定损失的。见答图 3-1 所示(学生答案不要求 画出该图) 。一般测量电压峰值超过 10V,导通电压 答图 3-1 降低造成的影响不大,所以非线性部分主要表现在 低电压端,高电压端表现不明显。 分) (6 注:答出要点即可,不究文字。要点是:二极管有门限电压。 (2) 二极管 D1 即为整流管, 为表头保护二极管。 D2 4.(12 分)

(4 分)

(6 分)

设飞鸟质量为 m,长度为 l,飞机速度为 v,鸟撞击飞机的作用时间为Δ t . 因鸟的速度相对于飞机很小,可以忽略. 飞机速度为: v = 960
? 10
3

m/s=267 m/s

(1 分) (3 分) (2 分)

3600

根据动量定理,F· t=Δ (mv)=mv, Δ 而 Δ t=l/v, 则 l=Δ t· v=
mv F
mv F

?v ?

mv F
2

2

(3 分)

对于质量为 7.2kg 的大鸟, l ?

?

7 . 2 ? 267 127 ? 10

2 4

m=0.40m

(3 分)

5. (12 分) (1)因为在交流电的每个周期中,只有半个周期通电,另半个周期不通电,所以, 电烙铁的实际功率为 20/2=10W 。 (6 分) (2) 二极管的额定正向工作电流应该大于 20W/220V=0.091A;二极管最高反向工作电 压应该大于 2 ? 2 2 0V ? 3 1 2V 。 6.(18 分) 设加速度为 ag,斜面倾角为θ .则有 -g sinθ +ag= -0.4g (1) g cosθ =0.866g (2) 解得:a=0.1g, θ =30°. 另一解 a= -0.9g,代入(1),得 sinθ =1.3(舍去) 7. (20 分) (1) 分)还需要知道的物理量已 (8 标示在答图上,即要测出光盘到白屏水 平距离 a 取 k =1,第 1 级条纹和 0 级条 纹的水平距离 b ,以及第一级条纹到激 光入射点的距离 c. (2)已知所用红色激光的波长λ 可 算出: 分) (6
sin ? ? b c ? a
2

(6 分)

(6 分) (6 分) (6 分)

b ?b
2

答图

d ?

k? sin ?

= a

k? b
2

?
2

k?

a

2

?b

2

b

?b

(6 分)

8. (24 分) (1) (14 分)以塑料弹性球与地球为系统,由于地球的质量巨大,所以,碰前、碰 后地球的速度都可认为是零。这样,第一次碰撞的恢复系数即为
? ? v1 t e ? ? v1 0

(1)

(2 分)

假设塑料弹性球的质量为 m,第一次碰撞的前后,下落高度为 h1,弹起高度为 h2,并 以竖直向下为正方向。 根据机械能守恒定律,有:
m g h1 ? m g h2 ? 1 2 1 2 m v1 0 m v1 t
2 2

(2)

(2 分) (2 分) (2 分)

(3) 由(1)(2)(3)式,并注意到正方向的规定,有: 、 、 h2 (4) 2
e ? h1

第二次的砰撞的前后,乒乓球下落高度为 h2,弹起高度为 h3。同理有:
e ?
2

h3 h2

(5)

同理,第三次、第四次?? 第十次碰撞的前后,有:
e ?
2

h1 1 h1 0

(6)

(2 分)

将十次碰撞的恢复系数的表达式相乘,有:
e
20

?

h1 1 h1

e ?

20

h1 1 h1

(7)

(2 分)

代入数据,有:
e?
20

0 .1 ? 0 .8 9
hn ?1 hn

(2 分)
e ?
2

(2) (10 分) 由每次碰撞的表达式: 可推导出
1? e ? 1?
2

; n ? 10

(2 分)

hn ?1 hn

?

m g hn ? m g hn ?1 m g hn

; n ? 10

(4 分)
1 m vn0 ?
2

1 2
2

2 由 于 不 计 空 气 阻 力 , 所 以 有 ; 1-e ? 2

m v nt

2

1 2

; n ? 10

m vn 0

(2 分)

因此,1-e2 表示每次破撞过程中,机械能损失的比例。 (2 分) 9. (30 分) (1)漂向西方 (5 分) (2)至少需要点燃发动机两次。第一次向西方喷气(答向后方也可) ,第二次向东方 喷气(向前方也可) 。两次点火时间相差沿漂移轨道运动的周期的整数倍。 (5 分) (3)设地球同步卫星轨道半径为 R,卫星在静止轨道上运行周期为 T, 由
1 2
1/3

m(

2? T

)R ? G
2

Mm R
2

(2 分)
2 3 ) ? 6.67 ? 10 ( -11 1

( ( 得 R= GM ) ?

T 2?



2/3

? (

24 ? 3600 2?

? 5.9 8 ? 10

24

3 ) =4.23×10 m

7

(2 分) ①设卫星在静止轨道上运行周期为 T1,在漂移轨道上运行的周期为 T2,根据题目要 求,有 分) 根据开普勒第三定律,有 (
T1 T2 ) ? (
2

T1 T2

?

360 365

?

72 73



(2

R 2R ? ?h 2

)

3



(2 分)

解①、 ②两式, 得

? h ? 2 R[3 (

73 72

)

2

? 1 ] ? 0 . 0185 R = 7.83×10 m

5

(2 分)

②设卫星在漂移轨道的近地点时的速度为 v1,远地点时的速度为 v2, 根据机械能守恒,有 根据开普勒第二定律, 有
1 2 mv 1 ?
2

1 2

mv 2 ? G
2

Mm R

?

GMm R ? ?h

③ ④

(2 分) (2 分)

v1R=v2(R+Δh)

(在很短时间 Δt 内的位移分别为 v1· =v2· Δt Δt,它们扫过的面积相等, v1· R/2=v2· (R+Δh)/2) Δt Δt 解③、 ④两式, 得
1 2 mv 1 ? GMm
2

R ? ?h R (2 R ? ?h)



(2 分)

又,设卫星在静止轨道上运行时的速度为 v0,根据万有引力定律和向心力公式, 有
G Mm R
2

?

mv 0 R

2

, 解出

1 2

mv 0 ? G
2

Mm 2R



(2 分)

则转移轨道时需增加的机械能 ? E ?

1 2

mv 1 ?
2

1 2

mv 0 ?
2

GMm ? ? h 2 R (2 R ? ?h)
5 7

= 6.67 ? 10

-11

? 5.9 8 ? 10

24

? 200 ?

7 .8 3 ? 10
7

2 ? 4 .2 3 ? 10 ? 2 ? 4 .2 3 ? 10 (

? 7 .8 3 ? 10 )
5

=8.65× (J) 106

(2 分)



更多相关文章:
第04届全国高中应用物理知识竞赛北京赛区决赛试卷(印刷版)
第04届全国高中应用物理知识竞赛北京赛区决赛试卷(印刷版)_学科竞赛_高中教育_教育专区。第四届全国高中应用物理知识竞赛北京赛区决赛试卷(北京 171 中学杯)注意事项...
第01届全国高中应用物理知识竞赛北京赛区决赛试卷
第01届全国高中应用物理知识竞赛北京赛区决赛试卷_学科竞赛_高中教育_教育专区。北京市高中应用物理知识竞赛复赛题(三稿)竞赛时间:2006 年 5 月 14 日 9:00~11...
第七届全国高中应用物理知识竞赛(北京赛区)决赛试题及参考答案
第七届全国高中应用物理知识竞赛(北京赛区)决赛试题及参考答案_学科竞赛_高中教育_教育专区。今日推荐 157份文档 2015国家公务员考试备战攻略 ...
2014年全国高中生应用物理知识竞赛试题
2014年全国高中应用物理知识竞赛试题_高二理化生_理化生_高中教育_教育专区。2014年全国高中应用物理知识竞赛试题 文档贡献者 果果木落水 贡献于2015-01-15 ...
第七届全国高中应用物理知识竞赛(北京赛区)决赛试题及参考答案
第七届全国高中应用物理知识竞赛北京赛区决赛试卷 届全国高中应用物理知识竞赛 决赛试卷(北京 171 中学杯) )注意事项: 1.请在密封线内填写所在区县、学校、姓名和...
2016年第十一届全国高中应用物理竞赛决赛试卷及答案
2016年第十一届全国高中应用物理竞赛决赛试卷及答案_学科竞赛_高中教育_教育专区。物理竞赛试卷 2016 年第十一届全国高中应用物理竞赛决赛试卷及答案 ...
2016年全国应用物理知识竞赛试题
2016年全国应用物理知识竞赛试题_初三理化生_理化生_初中教育_教育专区 暂无评价|0人阅读|0次下载|举报文档2016年全国应用物理知识竞赛试题_初三理化生_理化生_初中...
全国高中应用物理知识竞赛试题
全国高中应用物理知识竞赛试题_学科竞赛_高中教育_教育专区。全国高中应用物理知识竞赛试题第二届(《求学杯》)全国高中应用物理知识竞赛试题注意事项: 注意事项: 请在...
第10届全国高中应用物理竞赛试题2015年(答案)
第10届全国高中应用物理竞赛试题2015年(答案)_学科竞赛_高中教育_教育专区。第10届全国高中应用物理竞赛试题2015年(答案)文档贡献者 supercoyote 贡献于2015-04-13...
2015年全国初中应用物理知识竞赛试卷和答案
2015年全国初中应用物理知识竞赛试卷答案_学科竞赛_初中教育_教育专区。一、本题 10 小题每小题 2 分,共 20 分。以下各小题给出的四个选项中只有一个是...
更多相关标签:
33届物理竞赛决赛    33届物理竞赛决赛试题    物理竞赛决赛    第33届物理竞赛决赛    32届物理竞赛决赛试题    2016全国物理竞赛决赛    33届物理竞赛决赛成绩    2016物理竞赛决赛    

All rights reserved Powered by 甜梦文库 9512.net

copyright ©right 2010-2021。
甜梦文库内容来自网络,如有侵犯请联系客服。zhit325@126.com|网站地图