高二物理竞赛试题(附解答过程).doc

饶平县第二中学高二级物理竞赛试卷饶平二中高二物理竞赛试卷班级 姓名 座号 评分 一、（18分）填空：a.在标准状态下，1cm3气体中的分子数约为 2.7×1019（阿伏伽德罗常量 NA＝ 6.02×1023 mol－1）（4分）b.保温瓶中盛有0.5kg25℃的水，一个学生想用上下摇晃的方法使冷水变为开水，设每摇晃一次水的落差为15cm，每分钟摇晃30次，不计所有热散失，他约需___5___天，可以把水“摇开”？（℃）（6分）c．如图所示，一个均匀的带电圆环，带电量为+Q，半径为R，放在绝缘水平桌面上圆心为O点，过O点做一竖直线，在此线上取一点A，使A到O点的距离为R，在A点放一检验电荷+q，则+q在A点所受的电场力为,方向 向上 静电力恒量为k） （6分，2分） 二、(18分)在工厂的流水线上安装有水平传送带，用水平传送带传送工件，可大大提高工作效率水平传送带以恒定速率v=2m/s运送质量为m=0.5kg的工件，工件都是以v0=1m/s的初速从A位置滑上传送带工件与传送带之间的动摩擦因数为μ=0.2，每当前一个工件在传送带上停止相对滑动时，后一个工件立即滑上传送带．取g=10m/s2．求：vAv0(1)工件经多长时间停止相对滑动；(2)在正常运行状态下传送带上相邻工件间的距离；(3)摩擦力对每个工件做的功；(4)每个工件与传送带之间因摩擦而产生的热量。

解:（1）工件在传送带上匀加速：加速度a=μg，相对传送带运动的时间t ===0.5s．（3分）（2）相邻工件间的距离s =（+vt）－=vt=1m．（4分）（3）摩擦力对每个工件做的功为W=－=0.75J．（5分）（4）每个工件与传送带之间因摩擦而产生的热量Q=f s相对=μmg×（vt－）=0.25J．（6分）三、（20分）如图所示，电源电动势E0=8 V，内阻R0=4 Ω.电阻R1=R2=4 Ω，AB是一根长l=1 m，电阻值R=10 Ω的电阻丝，电容C=10 μF，滑动变阻器滑片处于A端，试求： （1）开关S闭合后通过电阻R1的电流. （2）若滑片P以4 m/s的速度从A端向B端匀速滑动时，电流表A的示数为多大？解：（1）R1，2==2 Ω（2分）I=A=0.5 A （2分） 故电阻R1上电流I1==0.25 A. （3分） （2）AB两端电压UR=IR=0.5×10 V=5 V（1分）AB上单位长度的电压为UR/l，在Δt时间内电容器C两极板的电压增加量为ΔUC=·vΔt ①（3分）在Δt时间内电容器电荷的增加量为ΔQ=CΔUC ② （3分）电流表示数IA= ③（3分）由①②③式解得IA=C··v=10×10-6××4 A=200 μA.（3分）四、（22分）设地球的质量为M，人造卫星的质量为m，地球的半径为R0，人造卫星环绕地球做圆周运动的半径为r。

试证明：从地面上将卫星发射至运行轨道，发射速度 ，并用该式求出这个发射速度的最小值和最大值取R0=6.4×106m），设大气层对卫星的阻力忽略不计，地面的重力加速度为g）解析：由能量守恒定律，卫星在地球的引力场中运动时总机械能为一常量设卫星从地面发射的速度为，卫星发射时具有的机械能为 ①（3分） 进入轨道后卫星的机械能为 ②（3分） 由E1=E2，并代入解得发射速度为 ③（4分） 又因为在地面上万有引力等于重力，即：④（3分） 把④式代入③式即得： （4分）（1）如果r=R0，即当卫星贴近地球表面做匀速圆周运动时，所需发射速度最小为.（2分）（2）如果，所需发射速度最大（第二宇宙速度）为 （3分）五、（20分）如图所示，两条平行的长直金属细导轨KL、PQ固定于同一水平面内，它们之间的距离为l，电阻可忽略不计；ab和cd是两根质量皆为m的金属细杆，杆与导轨垂直，且与导轨良好接触，并可沿导轨无摩擦地滑动．两杆的电阻皆为R．杆cd的中点系一轻绳，绳的另一端绕过轻的定滑轮悬挂一质量为M的物体，滑轮与转轴之间的摩擦不计，滑轮与杆cd之间的轻绳处于水平伸直状态并与导轨平行．导轨和金属细杆都处于匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨所在平面向上，磁感应强度的大小为B．现两杆及悬物都从静止开始运动，当ab杆及cd杆的速度分别达到v1和v2时，两杆加速度的大小各为多少？dMabcBBKLPQ解：用E和I分别表示abdc回路的感应电动势和感应电流的大小，根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律可知： (1) (2)令F表示磁场对每根杆的安培力的大小，则 (3)令a1和a2分别表示ab杆、cd杆和物体M加速度的大小，T表示绳中张力的大小，由牛顿定律可知 (4) (5) (5)由以上各式解得 (6) (7)评分标准本题20分．（1）、（2）各3分，（3）、（4）、（5）式各2分，、（6）、（7）式各4分．六、（20分）如图所示，一质量为m的人，从长为l、质量为M的铁板的一端匀加速跑向另一端，并在另一端骤然停止。

铁板和水平面间摩擦因数为，人和铁板间摩擦因数为，且>>这样，人能使铁板朝其跑动方向移动的最大距离L是多少？解：人骤然停止奔跑后，其原有动量转化为与铁板一起向前冲的动量，此后，地面对载人铁板的阻力是地面对铁板的摩擦力f，其加速度3分） 由于铁板移动的距离越大，L越大是人与铁板一起开始地运动的速度，因此人应以不会引起铁板运动的最大加速度奔跑4分） 人在铁板上奔跑但铁板没有移动时，人若达到最大加速度，则地面与铁板之间的摩擦力达到最大静摩擦，根据系统的牛顿第二定律得： （3分）所以 ①（2分）设、分别是人奔跑结束及人和铁板一起运动时的速度因为 ②（3分） 且 （2分） 并将、代入②式解得铁板移动的最大距离 （3分） m1m2a七、（22分）质量分别为m1和m2的两个小物块用轻绳连结，绳跨过位于倾角a ＝30°的光滑斜面顶端的轻滑轮，滑轮与转轴之间的摩擦不计，斜面固定在水平桌面上，如图所示．第一次，m1悬空，m2放在斜面上，用t表示m2自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间．第二次，将m1和m2位置互换，使m2悬空，m1放在斜面上，发现m1自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间为．求m1与m2之比．解：第一次，小物块受力情况如图所示，设T1为绳中张力，a1为两物块加速度的大小， l为斜面长，则有 (1) (2) (3)第二次，m1与m2交换位置．设绳中张力为T2，两物块加速度的大小为a2，则有m1gm2gaN1T1T1 (4) (5) (6)由 (1)、(2) 式注意到a =30°得 (7)由 (4)、(5) 式注意到a =30°得 (8)由 (3)、(6) 式得 (9)由 (7)、(8)、(9) 式可解得 (10)评分标准本题22分，（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）式各3分，求得（10）式再给4分八、（23分）测定电子荷质比（电荷q与质量m之比q /m）的实验装置如图所示．真空玻璃管内，阴极K发出的电子，经阳极A与阴极K之间的高电压加速后，形成一束很细的电子流，电子流以平行于平板电容器极板的速度进入两极板C、D间的区域．若两极板C、D间无电压，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的O点；若在两极板间加上电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间加一方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则打到荧光屏上的电子产生的光点又回到O点．现已知极板的长度l = 5.00cm， C、D间的距离d = 1.50cm，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L = 12.50 cm，U = 200V，P点到O点的距离， B = 6.3×10-4T．试求电子的荷质比．（不计重力影响）．ODPA＋C＋K－－M解：设电子刚进入平行板电容器极板间区域时的速度为v0，因为速度方向平行于电容器的极板，通过长度为l的极板区域所需的时间： (1)当两极板之间加上电压时，设两极板间的场强为E，作用于电子的静电力的大小为qE方向垂直于极板由C指向D，电子的加速度 (2) 而 (3) 因电子在垂直于极板方向的初速度为0，因而在时间t1内垂直于极板方向的位移 (4)电子离开极板区域时，沿垂直于极板方向的末速度 (5) 设电子离开极板区域后，电子到达荧光屏上P点所需时间为t2 (6)在t2时间内，电子作匀速直线运动，在垂直于极板方向的位移 (7) P点离开O点的距离等于电子在垂直于极板方向的总位移 (8) 由以上各式得电子的荷质比为： (9)加上磁场B后，荧光屏上的光点重新回到O点，表示在电子通过平行板电容器的过程中电子所受电场力与磁场力相等，即 (10)注意到 (3) 式，可得电子射入平行板电容器的速度 (11)代入(9)式得 (12)代入有关数据求得 (13)评分标准（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）（12）、（13）式各2分，（10）式3分．1。