第26届全国中学生物理竞赛预复赛试卷及答案.docx

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1、第26届全国中学生物理竞赛预赛试卷一、选择题本题共5小题，每小题7分在每小题给出的4个选项中，有的小题只有一项是正确的，有的小题有多项是正确的把正确选项前面的英文字母写在每小题后面的方括号内全部选对的得7分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分1图中a、b和c、d分别是两个平行板电容器的极扳，E为电池，彼此相距较远用导线将E的正极与a、 c相连，将E的负极与b、d相连，待电容器充电后，去掉导线这时已知a带的电荷量大于c带的电荷量，称此状态为原始状态现设想用两根导线分别都从原始状态动身，进展以下两次连接：第一次用一根导线将a、c相连，用另一根导线将b、d相连；第二次用一根导线将a、d相连，用另

2、一根导线将b、c相连，每次连接后都随即移去导线下面哪种说法是正确的？A经过第一次连接，a、b间的电压下降，c、d间的电压上升B经过第一次连接，a、b间和c、d间的电压都不变C经过第二次连接，a、b间的电压和c、d间的电压中有一个上升，一个下降D经过第二次连接，a、b间的电压和c、d间的电压都下降 2两根不同金属导体制成的长度相等、横截面积一样的圆柱形杆，串联后接在某始终流电源两端，如图所示已知杆a的质量小于杆b的质量，杆a金属的摩尔质量小于杆b金属的摩尔质量，杆a的电阻大于杆b的电阻，假设每种金属的每个原子都供应一样数目的自由电子（载流子）当电流到达稳恒时，若a、 b内存在电场，则该电场可视为

3、匀称电场下面结论中正确的是 A两杆内的电场强度都等于零B两杆内的电场强度都不等于零，且a内的场强大于b内的场强C两杆内载流子定向运动的速度肯定相等Da内载流子定向运动的速度肯定大于b内载流子定向运动的速度 3一根内径匀称、两端开口的瘦长玻璃管，竖直插在水中，管的一局部在水面上现用手指封住管的上端，把肯定量的空气密封在玻璃管中，以V0表示其体积；然后把玻璃管沿竖直方向提出水面，设此时封在玻璃管中的气体体积为V1；最终把玻璃管在竖直平面内转过900，使玻璃管处于程度位置，设此时封在玻璃管中的气体体积为V2则有AV1V0=V2 BV1V0V2 CV1=V2V0 DV1V0，V2V0 ht 4一块足够

4、长的白板，位于程度桌面上，处于静止状态一石墨块（可视为质点）静止在白板上石墨块与白板间有摩擦，滑动摩擦系数为突然，使白板以恒定的速度v0做匀速直线运动，石墨块将在板上划下黑色痕迹经过某一时间t，令白板突然停下，以后不再运动在最终石墨块也不再运动时，白板上黑色痕迹的长度可能是（已知重力加速度为g，不计石墨与板摩擦划痕过程中损失的质量）A B C D 5如图1所示，一个电容为C的志向电容器与两个阻值皆为R的电阻串联后通过电键K连接在电动势为 E的直流电源的两端，电源的内电阻忽视不计，电键K是断开的，在t=0时刻，闭合电键K，接通电路，在图2中给出了六种电压V随时间t变更的图线a、b、c、d、e、f

5、，现从其中选出三种图线用来表示图l所示电路上1、2、3、4四点中某两点间的电压随时间t的变更，下面四个选项中正确的是Aa、b、f Ba、e、f Cb、d、e Dc、d、e :/hf 二、填空题和作图题把答案填在题中的横线上或把图画在题中指定的地方只要给出结果，不需写出求得结果的过程得分阅卷复核 :/ :/ :/6（8分）传统的雷达天线依靠转动天线来搜寻空中各个方向的目的，这严峻影响了搜寻的速度现代的“雷达”是“相位限制阵列雷达”，它是由数以万计的只有几厘米或更小的小天线按肯定的依次排列成的天线阵，小天线发出相干的电磁波，其初相位可通过电子计算机调整，从而可变更空间干预极强的方位，这就起了快速扫

6、描搜寻空中各个方向目的的作用对下面的简洁模型的探讨，有助于理解变更相干波的初相位差对空间干预极强方位的影响图中a、b为相邻两个小天线，间距为d，发出波长为的相干电磁波Ox轴通过a、b的中点且垂直于a、b的连线若已知当a、b发出的电磁波在a、b处的初相位一样即相位差为O时，将在与x轴成角（很小）方向的远处形成干预极强，现设法变更a、b发出的电磁波的初相位，使b的初相位比a的落后一个小量，结果，原来相干极强的方向将从变为，则等于 得分阅卷复核 :/ :/ :/7（8分）He一Ne激光器产生的波长为6.3310-7m的谱线是Ne原子从激发态能级（用E1表示）向能量较低的激发态能级（用E2表示）跃迁时

7、发生的；波长为 3.3910-6m 的谱线是Ne原子从能级E1向能级较低的激发态能级（用E3表示）跃迁时发生的已知普朗克常量h与光速c的乘积hc=1.2410-6meV由此可知Ne的激发态能级E3与E2的能最差为 eV得分阅卷复核 :/ :/ :/8（8分）一列简谐横波沿x轴负方向传播，传播速度v=200m/s已知位于坐标原点（x=0）处的质元的振动图线如图1所示试在图2中画出，t=4Oms，时该简谐波的波形图线（不少于一个波长）得分阅卷复核 :/ :/ :/9（8分）图示为某一圆形水池的示意图（竖直截面）AB为池中水面的直径，MN为水池底面的直径，O为圆形池底的圆心已知ON为11.4m ,

8、AM、为斜坡，池中水深5.00m，水的折射率为4 / 3水的透亮度极好，不考虑水的汲取图中a、b、c、d为四个发光点，天空是蓝色的，水面是平的在池底中心处有一凹槽，一潜水员仰卧其中，他的眼睛位于O处，仰视水面的最大范围的直径为AB（i）潜水员仰视时所看到的蓝天图象对他的眼睛所张的视角为 （ii）四个发光点a、b、c、d中，其发出的光能通过全反射到达潜水员眼睛的是 三、计算题解容许写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最终结果的不能得分有数值计算的答案中必需明确写出数值和单位10（19分）试分析下面两个试验操作中的误差（或失误）对试验结果的影响得分阅卷复核 :/ :/ :/（i）用“

9、插针法”测量玻璃的折射率时，要先将透亮面平行的玻璃砖放置在铺平的白纸上，然后紧贴玻璃砖的两个透亮面，分别画出两条直线，在试验中便以这两条直线间的间隔 作为透亮面之间的间隔 假如由于操作中的误差，使所画的两条直线间的间隔 大于玻璃砖两透亮面间的实际间隔 ，问这样测得的折射率与实际值相比，是偏大，偏小，还是一样？试给出简要论证（ii）在用单摆测量重力加速度g时，由于操作失误，致使摆球不在同一竖直平面内运动，而是在一个程度面内作圆周运动，如图所示这时假如测出摆球作这种运动的周期，仍用单摆的周期公式求出重力加速度，问这样求出的重力加速度与重力加速度的实际值相比，哪个大？试定量比拟得分阅卷复核 :/ :

10、/ :/11（18分）现有以下器材：电流表一只（量程适当内阻可忽视不计带有按钮开关K1，按下按钮，电流表与电路接通，有电流通过电流表，电流表显出肯定的读数），阻值己知为R的固定电阻一个，阻值未知的待测电阻Rx一个，直流电源一个（电动势和内阻r待测），单刀双掷开关K一个，接线用的导线若干 试设计一个试验电路，用它既能测量直流电源的电动势和内阻r，又能测量待测电阻的阻值Rx（留意：此电路接好后，在测量过程中不许再拆开，只许操作开关，读取数据）详细要求：（i）画出所设计的电路图（ii）写出测量、r和Rx主要的试验步骤 （iii）导出用已知量和试验中测量出的量表示的、r和Rx的表达式得分阅卷复核 :/

11、 :/ :/12（18分）一静止的原子核A发生衰变后变成原子核B，已知原子核A、原子核B和粒子的质量分别为mA、mB，和m，光速为c（不考虑质量与速度有关的相对论效应）, 求衰变后原子核B和粒子的动能得分阅卷复核 :/ :/ :/13（18分）近代的材料生长和微加工技术，可制造出一种使电子的运动限制在半导体的一个平面内（二维）的微构造器件，且可做到电子在器件中像子弹一样飞行，不受杂质原子射散的影响这种特点可望有新的应用价值图l 所示为四端十字形二维电子气半导体，当电流从l端进人时，通过限制磁场的作用，可使电流从 2, 3，或4端流出对下面摸拟构造的探讨，有助于理解电流在上述四端十字形导体中的流

12、淌在图 2 中， a、b、c、d为四根半径都为R的圆柱体的横截面，彼此靠得很近，形成四个宽度极窄的狭缝1、2、3、4，在这些狭缝和四个圆柱所包围的空间（设为真空）存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面指向纸里以B表示磁感应强度的大小一个质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，在纸面内以速度v0沿与a、b都相切的方向由缝1射人磁场内，设粒子与圆柱外表只发生一次碰撞，碰撞是弹性的，碰撞时间极短，且碰撞不变更粒子的电荷量，也不受摩擦力作用试求B为何值时，该粒子能从缝2处且沿与b、c都相切的方向射出得分阅卷复核 :/ :/ :/14（20分）如图所示，M1N1N2M2是位于光滑程度桌面上的刚性U型金属导轨，导轨

13、中接有阻值为R的电阻，它们的质量为m0导轨的两条轨道间的间隔 为l，PQ是质量为m的金属杆，可在轨道上滑动，滑动时保持与轨道垂直，杆与轨道的接触是粗糙的，杆与导轨的电阻均不计初始时，杆PQ于图中的虚线处，虚线的右侧为一匀强磁场区域，磁场方向垂直于桌面，磁感应强度的大小为B现有一位于导轨平面内的与轨道平行的恒力F作用于PQ上，使之从静止开场在轨道上向右作加速运动已知经过时间t , PQ分开虚线的间隔 为x，此时通过电阻的电流为I0，导轨向右挪动的间隔 为x0（导轨的N1N2局部尚未进人磁场区域）求在此过程中电阻所消耗的能量不考虑回路的自感得分阅卷复核 :/ :/ :/15（20分）图中M1和M2

14、是绝热气缸中的两个活塞，用轻质刚性细杆连结，活塞与气缸壁的接触是光滑的、不漏气的，M1是导热的，M2是绝热的，且M2的横截面积是M1的2倍M1把肯定质量的气体封闭在气缸的L1局部，M1和M2把肯定质量的气体封闭在气缸的L2局部，M2的右侧为大气，大气的压强P0是恒定的 K 是加热L2中气体用的电热丝初始时，两个活塞和气体都处在平衡状态，分别以V10和V20表示L1和L2中气体的体积现通过K对气体缓慢加热一段时间后停顿加热，让气体重新到达平衡态，这时，活塞未被气缸壁拦住加热后与加热前比， L1和L2中气体的压强是增大了、减小了还是未变？要求进展定量论证得分阅卷复核 :/ :/ :/16（20分）

15、一个质量为m1的废弃人造地球卫星在离地面h=800km高空作圆周运动，在某处和一个质量为m2m1/9的太空碎片发生迎头正碰，碰撞时间极短，碰后二者结合成一个物体并作椭圆运动碰撞前太空碎片作椭圆运动，椭圆轨道的半长轴为7500km，其轨道和卫星轨道在同一平面内已知质量为m的物体绕地球作椭圆运动时，其总能量即动能与引力势能之和 ，式中G是引力常量，M是地球的质量，a为椭圆轨道的半长轴设地球是半径R=6371km的质量匀称分布的球体，不计空气阻力（i）试定量论证碰后二者结合成的物体会不会落到地球上（ii）假如此事务是发生在北级上空（地心和北极的连线方向上），碰后二者结合成的物体与地球相碰处的纬度是多

16、少？第26届全国中学生物理竞赛预赛试卷参考解答与评分标准一、选择题（共35分）答案： 1B , D 2B 3A 4A , C 5A , B 评分标准：每小题7分在每小题给出的4个选项中，有的小题只有一项是正确的，有的小题有多项是正确的全部选对的得7分选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分二、填空题和作图题共32分，每小题8分按各小题的答案和评分标准给分6答案与评分标准：（8分）7答案与评分标准： 1.59（8分） 8答案：评分标准：8分有任何错误都给0分9答案与评分标准：（i）97.20 ( 4 分） （ii）c、d（两个都对得 4 分，只填一个且正确得2分，有填错的得0分）10参考解答：（

17、i）以两条实线代表在白纸上所画出的直线，以两条虚线代表玻璃砖的两个透亮面，依据题意，实线间的间隔 大于虚线间的间隔 ，如图所示依据实线位置定出的折射角为，按实际的玻璃砖两透亮面的位置即虚线定出的折射角为，由图知 ( l ) 由折射定律 sini=nsin (2 ) 令入射角i 相等，当折射角偏大时，测出的折射率将偏小（ii）以l表示摆长，表示摆线与竖直方向的夹角，m表示摆球的质量，F表示摆线对摆球的拉力，T表示摆球作题图所示运动的周期有 ( l ) ( 2 ) 由（l）、（2）式得 ( 3 ) 而单摆的周期公式为 即使在单摆试验中，摆角很小， 50，但cos 0 .若V 0，即加热后，活塞是向

18、左挪动的，则大气将对封闭在气缸中的气体做功，电热丝又对气体加热，依据热力学第肯定律，气体的内能增加，温度将上升，而体积是减小的，故L1和L2中气体的压强p1和p2都将增大，这违背力学平衡条件（5）式 于是有 V1=V10+V （9） V2=V20+V （10）由（6）、（7）、（9）、（10）四式得 （11）由（11）式可知，若加热前V10=V20，则p1p10，即加热后p1不变，由（5）式知p2亦不变；若加热前 V10V20，则p1 p10，即加热后p1必增大，由（5）式知p2必减小评分标准：本题 20 分得到（5）式得3分，得到（8）式得3分，得到（11）式得8分，最终结论得6分解法二设加

19、热前L1和L2中气体的压强和体积分别为p10、p20和V10、V20，以pl、p2和V1、V2分别表示加热后L1和L2中气体的压强和体积，由于M1是导热的，加热前L1和L2中气体的温度是相等的，设为T0，加热后L1和L2中气体的温度也相等，设为T因加热前、后两个活塞和轻杆构成的系统都处在力学平衡状态，留意到S2=2S1，力学平衡条件分别为 p10+p20=2p0 （1） p1+p2=2p0 （2）由（l）、（2）两式得 p1p10= (p2p20) （3）依据志向气体状态方程，对L1中的气体有 （4）对 L ：中的气体有 （5）由（4）、（5）两式得 （6）（6）式可改写成 （7）因连结两活塞

20、的杆是刚性的，活塞M2的横截面积是M1的2倍，故有 V1V10=V2V20 （8）把（3）、（8）式代入（7）式得 （9）若V10=V20，则由（9）式得p1=p10，即若加热前，L1中气体的体积等于L2中气体的体积，则加热后L1中气体的压强不变，由（2）式可知加热后L2中气体的压强亦不变若V10V20，则由（9）式得p1V20，则由（9）式得p1 p10，即若加热前， L1中气体的体积大于L2中气体的体积，则加热后 L1中气体的压强必增大，由（2）式可知加热后L2中气体的压强必减小评分标准：本题 20 分得到（l）式和（2）式或得到（3）得3分，得到（8）式得3分，得到（9）式得8分，最终结

21、论得6 分16参考解答： （i）图1为卫星和碎片运行轨道的示意图以v1表示碰撞前卫星作圆周运动的速度，以M表示地球E的质量，依据万有引力定律和牛顿定律有 （1）式中G是引力常量由（l）式得 （2）以v2表示刚要碰撞时太空碎片的速度，因为与卫星发生碰撞时，碎片到地心的间隔 等于卫星到地心的间隔 ，依据题意，太空碎片作椭圆运动的总能量 （3）式中a为椭圆轨道的半长轴由（3）式得 （4）卫星和碎片碰撞过程中动量守恒，有 m1v1m2v2=(m1+m2)v （5）这里v是碰后二者结合成的物体（简称结合物）的速度由（5）式得 （6）由（2）、（4）、（6）三式并代人有关数据得 （7）结合物能否撞上地球，

22、要看其轨道（椭圆）的近地点到地心的间隔 rmin，假如rminR，则结合物就撞上地球为此我们先来求结合物轨道的半长轴a 结合物的总能量 （8）代人有关数据得 a =5259km （9）结合物轨道的近地点到地心的间隔 rmin=2 a （R+h）=3347kmR （10）据此可以推断，结合物最终要撞上地球（ii）解法一在极坐标中探讨取极坐标，坐标原点在地心处，极轴由北极指向南极，如图2所示碰撞点在北极上空，是椭圆轨道的远地点，结合物轨道的椭圆方程 （11）式中e是偏心率，p是椭圆的半正焦弦，远地点到地心的间隔 rmax=R+h （12）由解析几何有 （13）在轨道的近地点，r=rmin，=0，由

23、（11）式得 p=rmin(1+e)(=4563km) （14）或有 p=rmax (1e) （15）在结合物撞击地球处；r= R，由（11）式有 （16）或 （17）代人有关数据可得 cos=0.7807 （18） =141.320 （19）这是在北纬51.320 评分标准：本题20分第（i）小题12分（1）或（2）、（3）或（4）、（5）或（6）式各2 分，（8）式3分，（10）式3分第（ii）小题8分（11）、（12）、（13）、（14）或（15）、（16）或（17）式各l分，（19）式2分（答案在1410到1420之间的都给2分），正确指出纬度给l分解法二在直角坐标中探讨取直角坐标系，

24、以椭圆的对称中心为坐标原点O, x轴通过近地点和远地点并由远地点指向近地点，如图3所示结合物轨道的椭圆方程是 （20）式中a、b分别为结合物椭圆轨道的半长轴和半短轴远地点到地心的间隔 rmax=R+h （21）依据解析几何，若c为地心与坐标原点间的间隔 ， c= rmaxa(=1912km) （22）而 （23）留意到a由（9）式给出，得 b=4899km （24）结合物撞击地面处是结合物的椭圆轨道与地面的交点，设该处的坐标为xp和yp，则有 xp=Rcos+c （25） yp=Rsin （26）式中为从地心指向撞击点的矢经与x方向的夹角因撞击点在结合物的轨道上，将（24）、（25）式代入轨道方程（20）式，经整理得 （27）引人以下符号并代人有关数据得 ht 代入（27）式得