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1质心教育原创物理竞赛模拟题第四套满分160分命题人蔡子星第一题（20分）一个半径为r的圆环能在水平地面上做纯滚动，在圆环边缘固定有一个半径可以忽略的小滑轮，某时刻滑轮恰好处于水平位置。在距离滑轮r处有一墙高为2r的墙，一根不可伸长的绳子从墙根连出，绕过滑轮，从墙顶处绕出（由几何条件可以算出来绳子绕出的是等腰直角三角形的两条边），某人在墙顶处以速度v匀速拉绳子，为了让绳子即不拉断，也不松弛，则此刻①圆环的角速度为多少？②圆环中心相对地面加速度a为多少？vωar第二题（20分）一个长度为l的扁平的水槽与水平夹角为o30，水槽的质量为m，在两端用细线将水槽吊起来。在水槽最下端有一个质量为m的喷水机，从水槽中抽水，以速度0v将水沿着与水槽夹角为o30的方向喷出，水则刚好能喷到水槽上端，水落回水槽后受到水槽底部阻力的影响，匀速流到水槽底端，形成稳定的水流。①重力加速度为g，求出能将水刚好喷到水槽上端喷水机喷水的速度0v。②喷水出口的面积为S，水密度为，水槽中水下流速度为1u，为了保持平衡，两根绳上的拉力各为多少？（两根绳子保持竖直方向）θT2T1θ第三题（20分）在光滑平面上放有一个质量为m的匀质圆环，内径为r。从圆环的三个三等分点上各连出一根轻2质弹簧，原长几乎为0，劲度系数为k，三根弹簧连到一个质量为m的质点上。①用一个恒力F沿着x方向作用于圆环，稳定时质点与圆环保持相对静止，则质点m相对圆心位移为多少？②初态圆环和质点保持静止，沿着某根弹簧方向给圆环一个冲量，使其速度为02kvrm，求之后圆环和质点的运动方程。xmmy第四题（20分）如图一个绝缘的刚性的固定圆筒，沿着轴向有匀强磁场B。有一个电中性的粒子静止在圆筒中心，粒子突然衰变成为两个带电量为q的粒子，粒子出射方向在平面内，动量大小为P。粒子之间发生碰撞时交换动量，不考虑静电作用，电量各自保持不变。粒子与圆筒之间的碰撞是完全弹性的，圆筒的半径满足=PRBq①当衰变的两个粒子质量比为12:1:1mm时，求从初态到两个粒子的运动状态第一次还原到初态经历的时间，并画出粒子轨迹。②令12:1:2mm重做上一问。第五题（20分）非洲杀人湖3非洲有一个由火山口形成的湖泊，由于其特殊的地质结构而成为杀人湖。调查发现原因在于湖底溶有大量2CO，由于扰动2CO大量集中涌至湖面，造成人畜窒息。为了简单起见，假设温度恒定为0T时，2CO达到溶解平衡时气相中2CO的分压P与液相中2CO的摩尔浓度C满足=PC。其中P被称为2CO的饱和气压。湖的深度为H，水密度为。（溶解气体后密度几乎不变）①在湖底2CO浓度恒定为0C，大气压为0P，假设只要水中压强小于2CO的溶解平衡压强，就有2CO逸出，计算出开始有2CO逸出的深度h。（假设你算出的0Hh）②实际上在h的位置并不会有2CO逸出。由于涨落水中可能出现一些半径为r的小气泡，气泡中2CO与溶液保持溶解平衡。（水蒸气的饱和蒸汽压可以忽略）液体的表面张力为，若外压过大则气泡被压回水中，否则气泡进一步长大，形成2CO集中快速逸出，对人畜构成危险，计算出2CO快出逸出的最大深度'h（假设你算出的0'Hh）③某人插了一根管子到水底，不断向内鼓气，解决了杀人湖的问题，解释这个原理。第六题（20分）如图，用八根单位长度电阻为r的电阻线焊接成两个正方形（焊接点电阻为零）。大正方形边长为l。在正方形区域中有垂直于纸面向内随时间均匀变化的磁场Bkt。①求AC、AB导线上的电流②求AC两点电势差ACUU和AB两点电势差ABUU。BCA第七题（20分）井底之蛙在一个圆柱形的井底中心有一只青蛙。当水注满整个井的时候，青蛙刚好能看见全部天空，水的折射为1.33n。①若此时月亮位于天顶，则青蛙看见的月亮和此时地上的人看到的月亮对人眼的张角之比为多少？②当水漏掉一半的时候，青蛙看到的星星数目和此时地上的人看到的星星数目之比约为多少？（认为星星很多，均匀的分布在天空中）4③接上一问，青蛙的视野中，“天空”的边缘与“天空”的中心，星星的密度之比为多少？第八题（18分）两面平行放置的镜子A、B分别以0.6c和0.8c的速度相向运动，在地面参照系中某时刻两镜相距l，此时从A镜面向着B发出一束激光，在A镜参照系中，激光频率为0f，激光在两面镜子间来回反射。①在地面看来，当A、B间距变为8l时，激光走过的路程为多少？②从A镜为参照系，从激光发出到第一次被A镜面反射，经过了多长时间？③以A镜为参照系，激光先被B反射，之后第一次被A镜面反射后的频率为多少？0.8cBAl0.6c