24屆全國中學生物理競賽決賽試卷及解答

2021-12-23 00:07:22 字數 5084 閱讀 2469

1樓:

我這裡有;

理論試題;

一、三個小球在光滑水平面上,質量均為m,相鄰兩個之間用長為l的細線相連。建立xoy系,如圖;http://hi.

另有一個質量m的小球,沿圖示方向以速度v0運動,與中間那個球發生彈性碰撞。

在碰撞結束的一瞬間,兩條繩均斷。問碰撞後多長時間第四個球球與另三個球的質心間距最小?

二、發射一以橢圓軌道繞太陽執行的攜帶探測器的宇宙飛船,要求軌道的近日點到太陽的距離為百分之一au(au表示太陽和地球之間的平均距離,1au=1.495*10 e12m),並與地球具有相同的繞日執行週期,設地球以圓軌道繞太陽運動。應從地球表面以多大發射速度u發射?

三、如圖;http://hi.baidu.

缸壁無摩擦,勁度係數分別為k1和k2的輕質彈簧串聯。活塞上方為真空,下方充有一定質量的理想氣體[等容摩爾熱容為3r/2]。

活塞的高度與兩彈簧總共的壓縮量均為h1=h/4。用電爐絲對氣體加熱,使活塞上升,停止加熱後平衡時,活塞的高度為h2=3h/4.求氣體吸收的熱量δq。

四、在輸電線路上建造鐵塔,把若干絕緣子連成串,其上端掛在鐵塔的橫臂上,高壓輸電線懸掛在其下端。絕緣子在半徑為r1的導體球外緊抱有耐高壓的半球形陶瓷絕緣介質。介質外是一內半徑為r2的導體球殼。

1.已知絕緣子導體球殼的內半徑r2=4.6cm,陶瓷介質的擊穿強度為ek=135kv/cm,為使絕緣子所能承受的電壓為最大,導體球的半徑r1應取什麼值?

此時對應的交流電壓的峰值是多少?

2.一個鐵塔下掛有四個絕緣子組成的絕緣子串,每個絕緣子的兩極間有電容c0,每一絕緣子的導體球對地有分佈電容c1,每個絕緣子的導體球殼相對於高壓輸電線有分佈電容c2,試計算系統所能承受的最大電壓。

3.若c0=70pf=7×10-11f,c1=5pf,c2=1pf,試計算系統所能承受的最大電壓有效值。

五、有一豎直放置的細長玻璃管,以其底端o為原點,建立一直角座標系oxy,在x軸上與原點距離為d處固定放置一帶電量為q的正點電荷a,一個電荷量為q(q>0)的粒子p位於關內,可沿y軸無摩擦地運動。設兩電荷間的庫侖相互作用力不受玻璃管的影響。

1.求放在管內的帶電粒子p的質量m滿足什麼條件時,可以在y>0的區域記憶體在平衡位置。

2.上述平衡狀態可以是穩定的,也可能是不穩定的,它依賴於粒子的質量m。以y(m)表示質量為m的帶電粒子p處於平衡位置時的y座標。

當粒子p處於穩定平衡狀態時,求y(m)的取值區間,當粒子p處於不穩定平衡狀態時,求y(m)的取值區間。

3.已知質量為m的粒子p處於穩定平衡狀態,粒子的y座標為y1。現給p沿y軸一微小擾動,試證明以後的運動為簡諧運動,並求此簡諧運動的週期。

4.已知質量為m的粒子p的不穩定平衡位置的y座標為y2,先設想把p放在座標y3處,然後由靜止開始釋放p,求釋放後p能夠到達玻璃管底部的所有可能的y3。(只要列出y3滿足的關係式,不需要求解)

六、如圖;http://hi.baidu.

透明球體置於n0=1的空氣中,其球心位於圖中光軸的o處,左右球面與光軸的交點為o1與o2,球體右半球面為一球面反射鏡,組成球形反射器。光軸上o1左側有一發光物點p,p到球面頂點o1的距離為s,由p發出的光線滿足傍軸條件。

不考慮其他球面上的反射。

1.問發光物點p經此反射器後,最後的像點位於何處?

2.當p沿光軸方向以大小為v的速度由左向右移動時,試問最後的像點將以怎樣的速度運動?並說明當玻璃折射率n股取何值時,像點亦作勻速運動。

七、已知鈉原子從激發態(記作p3/2)躍遷到基態(記作s1/2),發出的光譜線的波長λ0=588.9965nm。現有一團鈉原子氣,其中的鈉原子作無規則的熱運動(鈉原子的運動不必考慮相對論效應),被一束沿z軸負方向傳播的波長為588.

0080nm的鐳射照射。以θ表示鈉原子的運動方向與z軸正向之間的夾角(如圖所示)。問在30o<θ<45o的角度區間內的鈉原子中速率u在什麼範圍內能產生共振吸收,從s(1/2)態激發到p(3/2)?

並求共振吸收前後鈉原子速度(向量)變化的大小。(已知鈉原子質量為m=3.79×10-26kg,普朗克常量h=6.

626069×10-34j•s,真空中的光速c=2.997925×108m•s-1)

實驗試題;

一、黑匣子問題[具體的題目不記得了,反正很難]

二、用分光計測量光的波長[好象是什麼汞燈,有兩種波長的光]

2樓:匿名使用者

一、(本題25分)

質量均為m的三個小球a,b,c處於光滑水平面上。a和b,b和c之間分別用長為l的細線相連。ab的延長線與bc的夾角α=π/3。

在平面內建立xoy系,其中o點與b球重合。x軸和y軸的方向如圖所示。今有一質量同為m的小球d,沿y軸負方向以速度v0向b球運動。

在碰撞結束的一瞬間,兩條繩均斷。問在此之後,經多長時間d球與abc三球的質心間距最小?

二、(本題20分)

為了近距離探測太陽並讓探測器能回到地球附近,可發射一艘以橢圓軌道繞太陽執行的攜帶探測器的宇宙飛船,要求其軌道與地球繞太陽的運動軌道在同一平面內,軌道的近日點到太陽的距離為百分之一au(au為距離的天文單位,表示太陽和地球之間的平均距離,1au=1.495*10 e12m),並與地球具有相同的繞日執行週期(為簡單計算,設地球以圓軌道繞太陽運動)。試問從地球表面應以多大的相對於地球的發射速度u(發射速度是指在關閉火箭發動機,停止對飛船加速時飛船的速度)發射此飛船,才能使飛船在克服地球引力作用後,仍在地球繞太陽執行軌道附近(也就是說克服了地球引力作用的飛船仍可看作在地球軌道上)進入符合要求的橢圓軌道繞日執行?

已知地球半徑r=6.37*10e6m,地面處的重力加速度g=9.80m/s2,不考慮空氣阻力。

三、(本題10分)

如圖所示,在一個封閉的高為h的桶中,內橫截面積為s的絕熱氣缸中,有一個質量為m的活塞a把氣缸分成上下兩部分,活塞可在缸內貼著缸壁無摩擦地上下滑動。氣缸頂部與a之間串聯著勁度係數分別為k1和k2的輕質彈簧。a的上方為真空,下方充有一定質量的理想氣體。

已知體系處於平衡狀態,a所在處的高度(其下表面距氣缸地面的距離)與兩彈簧總共的壓縮量相等,皆為h1=h/4。獻給電爐絲r通以電流對氣體加熱,使a從高度h1處開始上升,停止加熱後系統達到平衡時,活塞的高度為h2=3h/4.求此過程中氣體吸收的熱量δq。

已知當體積不變時,每摩爾該氣體溫度每升高1k吸收的熱量為3r/2。r為普適氣體常量。在整個過程中假設彈簧始終服從胡克定律。

四、(本題25分)

為了減少線路的輸電損耗,電力的遠距離輸送一般採用高電壓的交流電傳輸方式。在傳輸線路上建造一系列接地的鐵塔,把若干絕緣子連成串(稱為絕緣子串,如圖1)。其上端a掛在鐵塔的橫臂上,高壓輸電線懸掛在其下端b。

絕緣子的圖示如圖2所示。在半徑為r1的導體球外緊抱有耐高壓的半球形陶瓷絕緣介質。介質外是一內半徑為r2的導體球殼。

已知導體球與導體球殼之間的電壓為u時,介質中離球心距離為r處的場強為e=r1r2u/[(r1-r2)r2],場強方向沿徑向。

1.已知絕緣子導體球殼的內半徑r2=4.6cm,陶瓷介質的擊穿強度為ek=135kv/cm,當介質內任一點的場強e>ek時,介質即被擊穿,失去絕緣效能。

為使絕緣子所能承受的電壓(即加在絕緣子的導體球和導體球殼間的電壓)為最大,導體球的半徑r1應取什麼值?此時對應的交流電壓的峰值是多少?

2.一個鐵塔下掛有四個絕緣子組成的絕緣子串(如圖1),每個絕緣子的兩極間有電容c0,每一絕緣子的下部導體(即導體球)對於鐵塔(即對地)有分佈電容c1(導體球與鐵塔相當於電容器的兩個極板,它們之間有一定的電容,這種電容稱為分佈電容),每個絕緣子的上部導體(即導體球殼)相對於高壓輸電線有分佈電容c2,若高壓輸電線對地電壓有效值??,試計算系統所能承受的最大電壓。

3.若c0=70pf=7×10-11f,c1=5pf,c2=1pf,試計算系統所能承受的最大電壓(指有效值)。

五、(本題25分)

如圖所示,g為一豎直放置的細長玻璃管,以其底端o為原點,建立一直角座標系oxy,y與玻璃管的軸線重合。在x軸上與原點距離為d處固定放置一帶電量為q的正點電荷a,一個電荷量為q(q>0)的粒子p位於關內,可沿y軸無摩擦地運動。設兩電荷間的庫侖相互作用力不受玻璃管的影響。

1.求放在管內的帶電粒子p的質量m滿足什麼條件時,可以在y>0的區域記憶體在平衡位置。

2.上述平衡狀態可以是穩定的,也可能是不穩定的,它依賴於粒子的質量m。以y(m)表示質量為m的帶電粒子p處於平衡位置時的y座標。

當粒子p處於穩定平衡狀態時,y(m)的取值區間是 ;當粒子p處於不穩定平衡狀態時,y(m)的取值區間是 。

3.已知質量為m的粒子p處於穩定平衡狀態,粒子的y座標為y1。現給p沿y軸一微小擾動,試證明以後的運動為簡諧運動,並求此簡諧運動的週期。

4.已知質量為m的粒子p的不穩定平衡位置的y座標為y2,先設想把p放在座標y3處,然後由靜止開始釋放p,求釋放後p能夠到達玻璃管底部的所有可能的y3。(只要列出y3滿足的關係式,不需要求解)

六、(本題20分)

透明球體置於n0=1的空氣中,其球心位於圖中光軸的o處,左右球面與光軸的交點為o1與o2,球體右半球面為一球面反射鏡,組成球形反射器。光軸上o1左側有一發光物點p,p到球面頂點o1的距離為s,由p發出的光線滿足傍軸條件。不考慮其他球面上的反射。

1.問發光物點p經此反射器後,最後的像點位於何處?

2.當p沿光軸方向以大小為v的速度由左向右移動時,試問最後的像點將以怎樣的速度運動?並說明當玻璃折射率n股取何值時,像點亦作勻速運動。

七、(本題15分)

已知鈉原子從激發態(記作p3/2)躍遷到基態(記作s1/2),發出的光譜線的波長λ0=588.9965nm。現有一團鈉原子氣,其中的鈉原子作無規則的熱運動(鈉原子的運動不必考慮相對論效應),被一束沿z軸負方向傳播的波長為588.

0080nm的鐳射照射。以θ表示鈉原子的運動方向與z軸正向之間的夾角(如圖所示)。問在30o<θ<45o的角度區間內的鈉原子中速率u在什麼範圍內能產生共振吸收,從s(1/2)態激發到p(3/2)?

並求共振吸收前後鈉原子速度(向量)變化的大小。(已知鈉原子質量為m=3.79×10-26kg,普朗克常量h=6.

626069×10-34j•s,真空中的光速c=2.997925×108m•s-1)

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