高中物理竞赛基础题训练

高中物理竞赛基础题训练例题A．在天文学上，太阳的半径、体积、质量、密度都是常用的物理量，利用小孔成像原理和万有引力定律结合，可以简洁地估算出太阳的密度。假设地球上某处对太阳的张角为θ（如图所示），地球绕太阳公转的周期为T，太阳的密度为ρ，半径为R，质量为M，该处距太阳中心的距离为r，由于R与r间存在着三角关系，地球上该处物体绕太阳公转由万有引力提供向心力，因此，在θ已知的情况下，可方便地估算出太阳的密度。取一个长l为80cm的圆筒，在其一端封上厚纸，中间扎直径为1mm的圆孔，另一端封上一张画有同心圆的薄白纸，相邻同心圆的半径相差0.5mm，当作测量尺度。把小孔对着太阳，筒壁与光线平行，另一端的薄白纸上可以看到一个圆光斑，这就是太阳的实像，光斑的半径为r0=3.7mm。为了使观察效果明显，可在圆筒的观测端蒙上遮光布，形成暗室。利用小孔成像原理和万有引力定律，估算太阳的密度。【解析】由万有引力公式、圆周运动公式、密度公式、相似三角形原理可得：【参考答案】1.4×103kg/m3例题B．天文学家根据天文观察宣布了下列研究成果：银河系中可能存在一个大“黑洞”，距“黑洞”60亿千米的星体以2000km/s的速度绕其旋转：接近“黑洞”的所有物质即使速度等于光速也逃脱不了其引力作用，试计算“黑洞”的最大半径。【解析】本题中的“黑洞”概念在中学教材中未出现过，是一个新情景，根据题意，星体能绕其旋转，它绕“黑洞”作圆周运动的向心力，显然是万有引力提供，据万有引力定律，可知“黑洞”是一个有质量的天体。设黑洞和转动星M和m，两者距离为R，利用万有引力定律和向心力公式列式：GMm/R2＝mV2/R，题中还告诉一个信息：即使是等于光速的物体也逃脱不出“黑洞”引力范围，据此信息，可以设想速度等于光速的物体恰好未被“黑洞”吸入，可类比近地卫星绕地球作圆周运动，设“黑洞”半径为r，用类比方法得到GM＝c2r（c为光速）。【参考答案】r＝2.7×108m例题C．目前的航天飞机的飞行轨道都是近地轨道，一般在地球上空300～700km飞行，绕地球飞行一周的时间为90min左右。这样，航天飞机里的宇航员在24h内可以见到日落日出的次数应为A0.38B1C2.7D16【解析】航天飞机绕行到地球向阳的区域，阳光能照射到它时为白昼，当飞到地球背阳的区域，阳光被地球挡住时就是黑夜。航天飞机昼夜周期长短不一，在其椭圆轨道离地球较远时，速率变慢，昼夜周期长；而离地球较近时速率变快，昼夜周期短。白昼黑夜的时间长短也是变化的，因航天飞机绕地球一周所需时间约为90min，而地球昼夜交替的周期是24×60min，所以，航天飞机里的宇航员在绕行一周的时间内，看到的日落日出的次数n＝24×60/90＝16。【参考答案】D例题D．飞行员从俯冲状态往上拉时，会发生黑视，第一次是因为血压降低，导致视网膜缺血，第二次是因为大脑缺血，问为了使飞行员适应这种情况，要在如右图所示的仪器中对飞行员进行训练，飞行员坐在一个垂直平面内作匀速圆周运动的舱内，要使飞行员受到的向心加速度a＝6g，则转速需为多少？（R＝20m）【解析】当飞行员往上加速时，处于超重状态，故血液视重增大，血压降低。飞行员所受加速度为v2/R，故可求得转速v。【参考答案】34.29m/s基本训练一．选择题1．宇航员在围绕地球作匀速圆周运动的航天飞机中，会处于完全失重状态，下列说法中正确的是A宇航员仍受重力作用B宇航员受力平衡C重力为向心力D宇航员不受任何力作用2．关于地球同步通讯卫星，下述说法正确的是A已知它的质量为1t，若增为2t，其同步轨道半径将变为原来的2倍B它的运行速度应为第一宇宙速度C它可以通过北京的正上方D地球同步通讯卫星的轨道是唯一的——赤道上方一定高度处3．宇宙飞船要与轨道空间站对接，飞船为了追上轨道空间站A只能从较低轨道上加速B只能从较高轨道上加速C只能从空间站同一高度轨道上加速D无论在什么轨道上，只要加速都行4．在宇宙飞船内的实验室里，不能使用的仪器有A比重计B水银气压计C天平D水银温度计5．飞船进入正常轨道后，因特殊情况而降低了轨道高度，那么飞船的线速度和周期分别将A增大、减小B减小、增大C增大、增大D减小、减小6．如果飞船内搭载有一条金鱼，金鱼被盛放在一有水和空气的密闭容器中，当助推火箭点火启动，航天飞机开始竖直升空经时间t，速度达到v。设小鱼的质量为m，在这过程中容器里的小鱼A将被挤在容器底部或一侧B仍能悬浮在水中任何位置C受到容器的压力为mv/tD受到容器的压力为m(v/t＋g)7．如果飞船内搭载有一条金鱼，金鱼被盛放在一有水和空气的密闭容器中，当飞船进入轨道绕地球正常运行时，原来悬浮在水中的金鱼将A失去原来的平衡无目的的旋转B将漂浮在水面C将下沉到容器底部D仍能悬浮在水中任何位置8．飞船进入正常轨道运行以后，因受各种射线和激光照射，飞船上各种农作物及蔬菜种子可能发生A基因重组B基因突变C染色体变异D不变异9．风云二号卫星发送回地面的红外云图是由卫星上设置的具有接收云层辐射的红外线的感应器完成的。云图上的黑白程度由辐射红外线的云层的温度高低决定。这是利用了红外线的A不可见性B穿透性C热效应D化学效应10．宇宙飞船到了月球上空后以速度v绕月球作圆周运动，如右图所示，为了使飞船落在月球的B点，在轨道的A点火箭发动器作出短时间发动，向外喷射高温燃气。喷气的方向A与v的方向一致B与v的方向相反C垂直v的方向向右D垂直v的方向向左第11～13题是有关地球卫星的问题11．关于人造卫星的轨道，以下说法正确的是A人造卫星的轨道是以地球中心为一个焦点的椭圆B在空间中，人造卫星的轨道平面是固定的，不随地球一起转动C人造卫星的轨道不可能通过地球南极与北极的上空D人造卫星的轨道平面可以和任何一个纬线所决定的平面重合12．关于地球的同步卫星，以下说法正确的是A同步卫星轨道只有一个，它距地面的高度、卫星运行速率和周期是一定的B同步卫星可以作为中继站，传送低频的无线电信号，向地球进行电视转播C只要三颗同步卫星就可以实现向全世界（包括南、北极）的电视转播D同步卫星轨道是属于全人类的有限资源，不能变成发达国家垄断的地方13．一颗人造地球卫星正在某轨道上运行，从卫星中向运动方向弹射出一个物体，当卫星重新稳定飞行时（设卫星稳定飞行时的运动为匀速圆周运动），则A卫星仍在原轨道上运动，但速率变小，周期变大B卫星距地面的高度增大，速率变小，周期变大C卫星距地面的高度减小，速率变大，周期变小D卫星距地面的高度减小，速率变小，周期变小1999年11月20日6时30分，我国第一艘载人航天试验飞船“神舟号”由酒泉卫星发射中心发射升空，绕地球运行14周后于11月21日3时41分在内蒙古中部平稳着陆。完成14～17题。14．由上述信息可知，“神舟号”飞船绕地球运行周期约为A3hB24hC90minD40min15．“神舟号”飞船轨道距地面高度约为A几百千米B几千千米C几千米D几万千米16．“神舟号”飞船表面镌贴有特制的陶瓷片。其主要目的是A增加飞船的强度，防止流星及太空垃圾撞击而损坏飞船B将太阳能转化成电能供飞船使用C便于雷达跟踪，接受地面指挥中心的指令D在飞船返回进入大气层时，陶瓷片耐高温隔热，能有效地保护飞船平安返回地面二．太阳大爆发的周期约11y，每次大爆发使太阳磁极发生一次逆转，由此引起的太阳风约需4d到达地球表面（光从太阳到达地球约需500s）。1989年发生的逆转使在地球高纬度地区可看到强烈的极光现象，甚至造成了加拿大魁北克市（约北纬47º）大面积的停电事故。试分析造成电网跳闸的可能原因。三．已经证明，一秒钟内进入眼睛瞳孔的波长为556nm的光子数为57个时，我们就能感到有光（眼睛对于这个波长的绿光最灵敏）。设太阳向四周辐射的能量约有45%是可见光，若全部可见光光子的平均波长为556nm，在传播过程中没有能量损失，瞳孔直径为4mm，那么距太阳多少光年的距离仍能看到太阳？已知：太阳向空间辐射的总功率为3.8×1026W四．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。已知：太阳向空间辐射的总功率为3.8×1026W，太阳的质量为2×1030kg。1．写出这个核反应方程。2．这核反应能释放出多少能量？3．计算每秒钟太阳的质量减少多少千克？4．若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续发生，计算太阳还能存在多少年？（mp＝1.0073u，mα＝4.0015u，me＝0.00055u）五．一个球形星体以角速度ω转动，如果阻止它离心瓦解的力是万有引力，这个星球的密度有一个最小值，写出这个最小值的表达式。蟹状星云的脉冲的周期是0.033s，则它是否可能是一种白矮星（白矮星的密度是106～108g/cm3）？六．材料一：科学探测表明，月球表面无大气层，也没有水，更没有任何生命存在的痕迹。月壤中富含氢和氦－3，其中氦－3总量可达100万吨～500万吨。月岩中现已发现有100多种矿石，其中月海玄武岩含钛铁矿FeTiO3可达25％（体积），甚至比我国攀枝花钒钛磁铁矿石更富含钛，且该钛铁矿可发生下列反应：FeTiO3＋H2Fe＋TiO2＋H2O。材料二：1998年“月球勘探者”无人驾驶飞船从月球上传回地球的数据表明月球上可能存在水。科学家是根据中子光谱仪探知的，这种仪器发现，中子的速度在月球尘土中某些部分出现了明显的下降，因而知道，水分中有大量的氢离子。1．由于月球上是没有空气的，所以在月球上生活会感受到另一幅情景：在月球上看到的天空是黑色的，这是因为，看到的星星是不会闪烁的，这是因为，白天和夜里的温差特别大，这是因为，近在咫尺的两个人说话要通过无线电传播，这是因为，人们都要穿宇宙服，这是因为。2．已知地球的半径R＝6.4×106m，地面的重力加速度g＝10m/s2，第一宇宙速度v＝7.9×103m/s，月球与地球相距r＝3.8×108m，月球绕地球一周T＝648h。为了快速估算地球同步卫星离地面的高度H，可选用上列的数据是（只填该数据物理量的符号），估算的关系式是H＝，H的大小为m。（结果只保留两位有效数字）3．试说明为什么中子速度明显下降，表明有氢离子存在，从而间接证明有可能存在着水。这跟物理学史上什么类似的著名实验可以联系起来？4．你认为人类开发和利用月壤中的3He有何积极意义？七．一个连同装备总质量为M＝100kg的宇航员，在距离飞船s＝45m处与飞船处于相对静止状态，宇航员背着装有质量为m0＝0.5kg氧气的贮气筒。筒有个可以使氧气以v＝50m/s的速度喷出的喷嘴，宇航员必须向着返回飞船的相反方向放出氧气，才能回到飞船，同时又必须保留一部分氧气供途中呼吸用。宇航员的耗氧率为Q＝2.5×10－4kg/s。不考虑喷出氧气对设备及宇航员总质量的影响，则：1．瞬时喷出多少氧气，宇航员才能安全返回飞船？2．为了使总耗氧量最低，应一次喷出多少氧气？返回时间又是多少？（提示：一艘飞船沿椭圆轨道运动，不是惯性参照系，但是，在一段很短的圆弧上，可以视为飞船做匀速直线运动，是惯性参照系。）3．已知超氧化钾（KO2）的性质与Na2O2相似，若该宇航员贮气筒的氧气由超氧化钾提供，则需用多少千克KO2？八．2000年10月31日凌晨0时2分、12月21日凌晨0时20分，两颗构成我国自主研制的“北斗导航系统”的导航定位卫星——北斗导航试验卫星，先后在西昌卫星发射中心发射升空，并准确进入预定轨道，标志着我国在全球定位系统（GlobalPositionSystem，简称GPS）技术领域进入了世界先进行列。GPS的原理是采用“三点定位法”来定位的。下面我们以二维平面为例，来说明三点定位的原理。假若你到了一个陌生的地方，你可以通过测量出你到某已知地点A的距离a，则你现在就处在以A为圆心、以a为半径的圆周上，如右图1所示，如果再测量出你到另一个已知地点B的距离b，则你也处在以B为圆心、以b为半径的圆周上，如图2所示。由图2可以看出，你现在的位置只可能是在两圆周的交点O1或O2上．若要惟一确定你的位置，就必须再通过测量出你到第三个已知地