第十届全国中学生物理竞赛预赛试题

第十届全国中学生物理竞赛预赛试题一、将正确的答案前面的字母填在横线上方（16分，每小题8分）１．由于大气中CO2含量增多，导致全球气温增高，这被称为温室效应，是环境保护面临的一个重大问题。CO2对地面附近气温产生影响，主要是因为CO2气。A．对射来的太阳光中的红外线有强烈的吸收作用，这就足以使全球气温增高。B．在一昼夜中对射来的太阳光中吸收的热大于它向地球外四周辐射的热，这就使CO2的温度升高，导致全球气温增高。C．对由地面向外辐射的红外线有强烈的吸收作用，是这些被吸收的热三大气温度升高。D．强烈吸收由地面向外辐射的红外线，又向各方向辐射红外线，其中约一半向地面辐射，从而地面附近气温增高。E．对由地面向外辐射的红外线有强烈的反射作用，使这些能量返回地面，从而地面附近气温增高。２．十九世纪末到二十世纪初，标志近代物理学诞生的两项最重要的科学成就是下列诸项中的和。A、.晶体管的发明B、麦克斯韦电磁场理论的建立C、.狭义相对论的建立D、.原子的核式结构的确定E、.赫兹实验证实电磁波的存在F、世界上第一台激光器研制成功G、电子的发现H、量子论的提出I、放射性元素的发现J、超导电性的发现二、（16分，每小题8分）１．图10-1中纵坐标为光电效应实验中所加电压（U），横坐标为光子的频率（v0），若某金属的极限频率为v0，普朗克恒量为h，电子电量为e，试在图中画出能产生光电流的区域（用斜线表示）。OvU图10-1２．一光学系统如图10-2所示，A为物平面，垂直于光轴，L为会聚透镜，M为与光轴成45°角的平面镜。P为像面，垂直于经平面镜反射后的光轴。图10-3为同一光学系统的透视图。设物为A面上的一个“上”字（如图10-3），试在图10-3中实像面P上画出像的形状。三、半径为R、质量为M1的均匀圆球与一质量为M2的重物分别用细绳AD和ACE悬挂于同一点A，并处于平衡，如图10-4所示。已知悬点A到球心O的距离为L，不考虑绳的质量和绳与球心的摩擦，试求悬挂圆球的绳AD与竖直方向AB的夹角θ。图10-3ALPMALMP图10-2图10-4θADBOCE四、磁流体发电机的示意图如图10-5所示，横截面为矩形的管道长为l，宽为α，高为b，上下两个侧面是绝缘体，相距为a的两个侧面是电阻可忽略的导体，此两导体侧面与一负载电阻RL相联。整个管道放在一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向垂直于上下侧面向上。现有电离气体（正、负带电粒子）持续稳定地流经管道，为了使问题简化，设横截面上各点流速相同。已知流速与电离气体所受的摩擦阻力成正比；且无论有无磁场存在时，都维持管两端电离气体的压强差皆为p。设无磁场存在时电离气体的流速为v0，求有磁场存在时此流体发电机的电动势的大小ε。已知电离气体的平均电阻率为ρ。图10-5blvBR1五、图10-6中所示ad为一平行板电容器的两个极板，bc是一块长宽都与a板相同的厚导体板，平行地插在ａ、ｄ之间，导体板的厚度ｂｃ＝ａｂ＝ｃｄ。极板ａ、ｄ与内阻可忽略的电动势为ε的蓄电池以及电阻R相联如图，已知在没有导体板ｂｃ时电容器ａ、ｄ的电容为C。现将导体板ｂｃ抽走，设已知抽走过程中所做的功为A，求这过程中电阻R上消耗的电能。图10-6Rεabcd六、晶体三极管的基极B、反射极E和集电极C的电势分别用UB、UE和UC表示。理想的硅NPN开关三极管的性能如下：当UB较UE高0.6V或更高，即UB-UE≥0.6V时，三极管完全导通，即发射极E与集电极C之间相当于用导线直接接通。当UB-UE0.6V时，三极管关断。即发射极E与集电极C之间完全不通。开关三极管只有完全导通与关断两个状态。图10-7所示是一个有实际用途的电路，Ⅰ和Ⅱ都是理想的硅NPN开关三极管。要求1．在图10-8中画出输出电压U2随输入电压U1变化的图线。2．举出此电路一个可能的应用。图10-7U1BECⅠBECⅡU2+-12V4kΩ20kΩ2kΩ10kΩ510Ω图10-824861012013452U1（V）U2（V）七、一圆锥透镜如图10-9所示，S、S’为锥面，M为底面；通过锥顶A垂直于底面的直线为光轴。平行光垂直入射于底面。现在把一垂直于光轴的平面屏P从透镜顶点A向右方移动。设不计光的干涉与衍射。1．用示意图画出在屏上看到的图像。当屏远移时图像怎样变化？2．设圆锥底面半径为R，锥面母线与底面的夹角为β（3°—5°），透镜材料的折射率为n。令屏离锥顶A的距离为x，求出为描述图像变化需给出的屏的几个特殊位置。图10-9PSS＇AM八、10个同样的扁长木块一个紧挨一个地放在水平底面上，如图10-10所示，每个木块的质量m=0.40千克，长l=0.50米，它们与底面间的静摩擦和滑动摩擦系数均为μ2=0.10。原来木块处于静止状态。左方第一个木块的左端上方放一质量为M=1.0千克的小铅块，它与木块间的静摩擦和滑动摩擦系数均为μ1=0.20。现突然给铅块一向右的初速度V0=4.3米/秒，使其在大木块上滑行。试确定铅块最后的位置在何处（落在地上还是停在哪块木块上）。取重力加速度g=10米/秒２。设铅块的线度与l相比可以忽略。图10-10lV0九、图10-11所示为一放在支架上的直立汽缸，其上部园筒的体积为Vm，内有一质量为2m、截面积为2S的很薄的活塞A。下部园筒足够长，内有一质量为m、截面积为S的活塞B。两园筒由一细而短的管道连通。活塞均可在各自的园筒内无摩擦地上下滑动。活塞A的上方盛有１摩尔的理想气体，活塞A、B之间盛有２摩尔的同种理想气体。达到平衡时，A上方气体的温度为T0，A、B之间的气体的体积大于Vm。该理想气体每摩尔的内能U可用U=cT来表示，c为恒量，T为热力学温度。设活塞、汽缸壁、管道都是不导热的，活塞B处的大气压强为p0今通过上园筒顶部的电热丝L对A上方气体缓慢加热，若在整个过程中传递给A上方气体的热量为Q0,问1．在达到平衡时，A上方气体的温度Tf等于多少？2．在加热过程中，活塞B对大气所做的功W等于多少？图10-11AB大气L