1、競賽試卷第三屆全國高中應(yīng)用物理知識競賽北京賽區(qū) 決賽試卷（同方創(chuàng)新杯 ）注意事項：1請在密封線內(nèi)填寫所在區(qū)縣、學(xué)校、姓名和考號。2本試卷共有十個題，總分為150 分。3答卷時間： 2008 年 4 月 27 日（星期日）上午9： 3011： 30。題號12345678910總分分數(shù)復(fù)核人得 分評卷人1（9 分）如圖1 所示為大學(xué)教室里常見的兩塊可上下拉動的活動黑板，兩塊黑板的形狀和質(zhì)量均相同，通過兩只定滑輪用繩索相連 . 某同學(xué)要把前面的黑板向下移動， 他有兩種方法，一是勻速向下拉前面的黑板， 二是勻速向上推后面的黑板 . 如果兩次移動黑板的速度大小都相等，那么這兩種方法中，哪種方法人做功的功

2、率較圖 1大？為什么？得分評卷人2（ 9 分）用玻璃制作的平面鏡要鍍一層反射膜，反射鏡這層膜鍍在玻璃前表面的稱為“正面鏡 ”，鍍在后表面的則稱為 “背面鏡 ”.正面鏡的工藝、成本和價格都遠高于背面鏡，一般生活中用的穿衣鏡等都用背面鏡，而如圖 2 所示的投影器的反射鏡卻一定要用正面鏡，否則不能保持成像質(zhì)量.（1）如果投影器的反射鏡用背面鏡，成像質(zhì)量不能滿足要求，這是圖 2為什么？（ 2）為什么一般生活中用的穿衣鏡用背面鏡而不用正面鏡？競賽試卷得 分評卷人3（ 12 分）把一個功率為 100W 的 “熱得快 ”（即一種直接插入容器的水中燒開水的電熱器）插到一個裝有一升水的金屬容器中（“熱得快 ”完

3、全浸沒水中） ，開始一段時間，水的溫度升高較快，后來溫度的升高就越來越慢，當溫度升高到約70后，溫度就不再上升 .（1）是什么原因造成 “熱得快 ”繼續(xù)通電而水的溫度不再升高？（ 2）如果在溫度達到最高約70后關(guān)閉電源并把“熱得快 ”從水中取出來， 水的溫度將下降，求它下降 1大約需要多長時間？已知水的比熱為4.2 10 3J/（ kg K) .得 分評卷人4（ 15 分）圖 3a、圖 3b 是伏安法測電阻的實驗電路圖，被測電阻 Rx1約 1k，Rx2 約 100，供電電路（虛線框內(nèi)的部分）分別是分壓電路和限流電路，電源電動勢 E12. 現(xiàn)有最大阻值分別為 R1=10 ，=8V ， E =3V

4、 . 兩圖中電壓表和電流表都滿足測量要求2=100 ，R3=200 ， R4=1000 的四種變阻器（這四種變阻器不是我們中學(xué)實驗室常用的滑動變阻R器，而是如圖 4 所示的電位器，它的 a、b、c 三個接線頭分別對應(yīng)著滑動變阻器的a、 b、c 三點），這四個變阻器的最大阻值不同，但調(diào)節(jié)旋鈕最大旋轉(zhuǎn)角度都相同，而且調(diào)節(jié)旋鈕時電阻的變化都是均勻變化（即線性變化）的.要求在兩個電路中分別增加一個變阻器，使每個供電電路有兩個變阻器，可以對輸出電壓（或電流）進行粗調(diào)和細調(diào)，粗細比為10 1（即要使第一個電路中的輸出電壓或第二個電路中的輸出電流變化某一數(shù)值，只調(diào)節(jié)粗調(diào)變阻器或只調(diào)節(jié)細調(diào)變阻器，二者旋鈕轉(zhuǎn)動

5、的角度之比是1 10） .要求分別畫出兩個新電路圖，注明你選用的變阻器的代號（兩個電路可選擇同一種變阻器）；指出哪個變阻器是粗調(diào)，哪個變阻器是細調(diào)；分別說明工作時如何使用這兩個變阻器把電壓（或電流）的輸出值精確調(diào)整到要求的數(shù)值.V 1V 2A 1Rx1A 2乙Rx2bFcRaR bcaabE 1SE 2Sc圖 3a圖 3b圖 4競賽試卷得分評卷人5（ 15 分）圖 5 所示，是收藏在半坡博物館的一件中國五千至六千年前仰韶文化時期的文物， 是一種盛放禮儀、 祭祀用酒的容器， 尖底瓶高多在 (3040)cm左右，所以它剛好適合于被原始人雙手抱在胸前，是最早的“欹（音 qi）器 ”原型 . 圖 6

6、是清代欹器的實物照片，圖 7 是剖面示意圖， AB 為沿水平方向的轉(zhuǎn)動軸. 該容器的質(zhì)量分布不以縱軸對稱，而且內(nèi)部容積部分也不以縱軸對稱. 在沒有裝水或少裝水時就會傾斜（虛而欹），水裝得適中不多不少的時候會是端正的（中而正），里面的水裝得過多或裝滿了它會翻倒（滿而覆）. 后人把它總結(jié)為 “謙受益， 滿招損 ”，作為人生的格言 . 請分析它的這三個過程的物理原理，可以在欹器的示意圖 7中用字母標注說明，或畫草圖說明：圖 5圖 7圖 6競賽試卷1）沒有裝水或少裝水時就會傾斜；2）水裝得適中不多不少的時候就會是端正的；3）里面的水裝得過多或裝滿了它會翻倒.得 分評卷人6（ 15 分）陳思同學(xué)因為感冒

7、，到醫(yī)院看病，護士給他測量體溫. 護士看了一眼體溫表，又甩了幾下，再讓陳思將體溫表夾在腋下，5min 后取出，護士告訴陳思體溫為37.8 .陳思接過體溫表，但是看不到水銀柱，護士告訴他將體溫表略微旋轉(zhuǎn)一下，就可以看到 .陳思按護士的方法略微轉(zhuǎn)了一個角度，立刻看到相當寬的水銀柱.陳思同學(xué)回家后查閱了體溫表的有關(guān)資料，并且仔細觀察了體溫表的結(jié)構(gòu)，他發(fā)現(xiàn)小小的一支體溫表竟然應(yīng)用了很多物理知識 . 如圖 8 所示是他畫出的體溫表的結(jié)構(gòu)圖，甲是外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，乙是橫截面.圖 8請回答陳思所考慮的幾個問題：1）體溫表的最低溫度刻度和最高溫度刻度分別是多少？2）為什么要將體溫表 “略微旋轉(zhuǎn) ”，才能看清表內(nèi)

8、的水銀柱？競賽試卷3）護士在給陳思量體溫之前為什么要甩幾下？4）如果測量時間大大超過預(yù)定的5min，體溫表的示數(shù)是否會超過人的體溫？為什么？5）體溫表中不選擇酒精而選擇水銀作為測量溫度的工作介質(zhì)的主要原因是什么？得分評卷人7（ 15分）常用的給電池充電的裝置(充電器 )中，是利用晶體二極管把交流電變成直流電的 . 最簡單的實驗電路如圖9 甲所示，其中 D 為整流用的硅二極管，E 為低壓正弦交流電源，其頻率f = 50Hz . 圖 9 乙為已經(jīng)調(diào)節(jié)好工作狀態(tài)的示波器，在它的“Y輸入 ”和 “地 ”兩個接線柱之間無信號輸入時，屏幕上的水平掃描線mn 剛好與坐標的橫軸 xx重合 . 當“Y輸入 ”的

9、電勢高于 “地 ”時，示波管中的電子束向上偏轉(zhuǎn)，Y 軸的靈敏度為 5.0V/ 格.丙圖 9（ 1）用示波器對實驗電路中不同的部位進行測試，會顯示圖9 丙所示的某一種穩(wěn)定的波形，他們都是在同一掃描頻率下得到的.請在表格中填寫出“Y輸入 ”和 “地”按照下面表格中所列出的每一種連接時，所顯示波形的代碼（字母）.“Y輸入 ”連接baea“地”連接eebb顯示的波形競賽試卷2）由圖 9 丙 A 可知：此時示波器的掃描電壓的頻率和電源輸出的正弦交流電壓的有效值分別是多少？加在電阻 R 兩端的電壓有效值是多少？得分評卷人8（ 18 分）為了保證家庭用電的安全，近年來各種在危險情況下能自動斷電的保護裝置進入

10、家庭.家庭用自動斷電保護裝置有很多種，其中有些含有多種功能 . 如圖 10 所示的甲、 乙、丙三幅圖分別是三種不同功能的自動斷電保護裝置的原理示意圖：甲、乙兩圖都有一個電磁鐵，當電磁鐵線圈中的電流達到一定值時（這個電流的值可以調(diào)節(jié)），會吸引連桿上的銜鐵，使連桿向下移動，并使脫扣開關(guān)（脫扣開關(guān)本身及連桿與脫扣開關(guān)間的機械裝置圖中都未畫出）斷開，從而切斷電源，保證安全.兩圖不同之處是甲圖把火線與零線并在一起，采用雙線繞法， 而乙圖則只把火線繞在電磁鐵上. 丙圖則沒有電磁鐵線圈， 而是讓火線通過一個雙金屬片，當電流超過某一定值時（這個電流值也可以調(diào)節(jié)），雙金屬片向下彎曲代替連桿，同樣使脫扣開關(guān)切斷

11、.火線連桿連桿雙金屬片接電源火線火線零線接電源零線接電源接用戶接用戶零線接用戶甲乙丙圖 10這三種功能分別是：過載保護：當電流超過額定電流值不是很多時，電路不立即被切斷，而是要經(jīng)過一段時間，如果電流仍沒有減小，再切斷電源；短路保護：當電路中發(fā)生短路現(xiàn)象時，競賽試卷立即自動切斷電路，避免災(zāi)害發(fā)生；漏電保護：當家庭中火線絕緣皮破損而與導(dǎo)體接觸，并且導(dǎo)體與地連接，造成漏電，這時要自動切斷電源.請指出甲、乙、丙三圖各是哪種功能？并簡單說明其工作原理.得分評卷人9（ 18 分） 2007 年 10 月 24 日我國發(fā)射了第一顆探月衛(wèi)星嫦娥一號，經(jīng)過幾次變軌和修正， 11 月 5日到達月球捕獲點，經(jīng)有效制

12、動進入周期為6T 的月球極軌橢圓軌道I，后又經(jīng)過兩次制動進入周期為T 的月球極軌圓形軌道III ，從而開始了正式的探月工作，如圖11所示 .地月轉(zhuǎn)移軌道已知月球的質(zhì)量為M，月球的半徑為 R，萬有引力常量為捕獲點G，還已知衛(wèi)星繞月飛行遵守開普勒行星運動定律，即衛(wèi)星軌月道半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等. 求III軌道 III 的半徑及軌道I 的近月點及遠月點離月球表面的高度各III是多少 .圖 11競賽試卷得分評卷人10（ 24 分） 2008 年 8 月，北京將舉辦第29 屆奧運會，實現(xiàn)新中國幾代人的夢想 . 在奧運會的三大球項目中， 女排是最有可能爭奪冠軍的隊伍，她們曾有著五

13、連冠的輝煌，又是上屆雅典奧運會的冠軍，全國人民都對她們寄予厚望.排球的標準場地長18m、寬 9m，女排網(wǎng)高2.24m，每半場都畫有一條3m 線，從而把場地分為前場和后場， 如圖 12甲所示 . 圖中 A 點為對方場地 3m 線與邊線的交點， 假設(shè)對方某運動員于 A 點處豎直起跳，沿水平方向擊球，擊球點離地高度為h=3.00m ，不考慮球的旋轉(zhuǎn)與空氣阻力，把球看作質(zhì)點， 已知重力加速度 g= 10m/s2. B 點為該邊線正上方網(wǎng)口上的一點，以 B 點為坐標原點， 沿網(wǎng)水平向右為 x 軸、豎直向上為 y 軸，建立平面直角坐標系，如圖12 乙所示 . 我方攔網(wǎng)的運動員只要把哪個區(qū)域封死，就能保證對

14、方的這次擊球不能直接得分？請通過計算后把這個區(qū)域標在乙圖的坐標系上，并注明邊界處幾個關(guān)鍵點的坐標.2.24m1.0y/mB9m3m0.5A18m0369 x /m甲乙圖 12第三屆全國高中應(yīng)用物理知識競賽北京決賽試題答案與評分標準（同方創(chuàng)新杯 ）2008 4 271、向下拉前面的黑板做功的功率較大. （ 3 分）由于兩塊黑板的重力相等，人在勻速移動黑板的過程中，所用的力只要等于受到的阻力即可.（2分）系統(tǒng)移動過程中受到的阻力主要為滑輪與滑輪軸間的摩擦力，該摩擦力大小與壓力成正比，向下拉時繩張力較大，因而對滑輪對滑軸軸的壓力較大，摩擦力較大.因此向下拉前面的黑板做功的功率較大 . （4 分）競賽

15、試卷2、（ 1）如果投影器的反射鏡用背面鏡，鏡面的前表面和后表面各自反射成像，從前表面反射所成的像強度較弱，從后表面反射回來所成的像要經(jīng)過兩次折射和一次反射，以及介質(zhì)的吸收，強度雖然減弱但仍大于從前表面反射而成的像，這兩個像錯開一點而重疊，因此很不清晰.（5分）（2）人在穿衣鏡前看自己的像時，光線基本上是垂直于鏡面入射（正入射），從前表面反射而成的像對從后表面反射所成的像的干擾不大.而且背面鏡的價線要便宜得多，清潔擦拭時不會傷到反射膜，因此一般對成像質(zhì)量要求不高的場合都使用背面鏡. （ 4分）3、（ 1）“熱得快 ”給水加熱的同時，水通過容器還要向外散熱. 而水與外界的溫度差越大，散熱也越快，

16、當單位時間內(nèi)容器向外散失的熱量與“熱得快 ”中電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的數(shù)量相等時，達到熱平衡，水的溫度不再升高. （4分）（ 2）在水的溫度下降很小的時間段內(nèi)，可以認為向外散熱的功率不變，即P= 100W 。（2 分）由于 Q=cm T=4.2 1031.0 1 J=4.2103J（3 分）Q4.2 103（3 分）所需時間 ts=42s.P1004、分壓電路變阻器選擇R1=10 ， R2=100 ，電路圖如下圖左邊所示.限流電路變阻器選擇R2=100 ， R4=1000 ，電路圖如右邊所示 . 兩個電路粗細調(diào)整方法相同，先調(diào)節(jié)粗調(diào)變阻器，基本調(diào)到所要求的電壓或電流附近，再調(diào)節(jié)細調(diào)變阻器，調(diào)到準確值.

17、可能要粗細配合，反復(fù)調(diào)整兩三次才能精確達到要求的數(shù)值 .電路圖每個 4 分，共 8 分 . 選對變阻器并且說明哪是粗調(diào)哪是細調(diào)的，每個 1分，共4分.說明如何調(diào)節(jié) 3分.VVAARxRx細乙R2R1 細R2 粗R4粗5、（ 1）這時欹器的質(zhì)量分布不是以中心縱軸對稱，圖（a），造成傾斜后重心落在靠近軸AB的下方，圖（ b），容器處于穩(wěn)定平衡；SS（5分）（ 2）這時重心恰好在中心縱軸上，并且在AB 的下方或在軸AB 上，圖 (c)或 (d)； （5 分）（ 3）這時的重心隨著水的增加而上升，當重心升高到軸AB上方時，如圖（ e），這時處于不穩(wěn)平衡狀態(tài)，再加上容器質(zhì)量及容積部分分布不均勻，就會傾倒

18、，造成水的流出. 水流出后重心逐漸降低，當重心低到AB 軸時，又恢復(fù)到（c）或（ d）直立的穩(wěn)定狀態(tài).（5分）競賽試卷6、（ 1） 35， 42（ 2 分）2）讓視線從乙圖上方垂直于乳白色涂層的方向看去， 就可以觀察到經(jīng)放大得到的較寬的水銀柱 . 這是因為圓柱面玻璃柱相當于凸透鏡 （但不是球面鏡而是柱面鏡） ，人通過它觀察能看到水銀柱生成橫向放大的虛像，并且后面是乳白色涂層的背景，能看得清楚.（3分）（ 3）這是因為體溫表內(nèi)靠近玻璃泡部分有一段“狹窄細管 ”，當體溫表離開人體后，水銀溫度下降，水銀剛一收縮，就從狹窄細管處斷開，從而能夠保證上面的水銀柱不會退回玻璃泡中，便于離開人體后讀數(shù).下一次

19、使用前，都要用力“甩幾下 ”，使狹窄細管以上的水銀柱縮回泡中（3 分）（4）不會 .當水銀從人體吸熱，溫度升高到與人體溫度相等時，即達到熱平衡狀態(tài)，此后，溫度表與人體間的熱傳遞就會停止.這個過程遵守熱力學(xué)第零定律.（3 分）5）酒精浸潤玻璃而水銀不浸潤玻璃， 當體溫計離開人體溫度下降時， 管內(nèi)的水銀會從狹窄細管處斷開，如果用酒精則不會從狹窄細管處斷開 . 此外水銀受熱膨脹其體積隨溫度變化的線性比較好，這樣刻度可以是均勻的 . （4 分）7、（1） D，A，E，C（4 分）2） 25Hz （ 3 分）， 7.1V （ 4 分）， 5.0V （ 4 分）8、甲圖是漏電保護：沒有發(fā)生漏電事故時，火線

20、與零線中的電流方向總是相反的，而且大小相等，電磁鐵線圈沒有磁性，當發(fā)生漏電事故時，經(jīng)過導(dǎo)體直接流入地下的電流不通過零線，只通過火線，電磁鐵將產(chǎn)生磁性，從而吸引銜鐵而斷電.（判斷正確3 分，解釋正確再得3 分，共 6 分）乙圖是短路保護：正常工作時，電流雖通過線圈，但不足以使銜鐵移動，發(fā)生短路時，電流瞬時變得很大，會使電磁鐵磁性突然變大而吸引銜鐵，切斷電源.（判斷正確3 分，解釋正確再得3分，共 6分）丙圖是過載保護：正常通電時， 電流的熱效應(yīng)不足以使雙金屬片克服彈簧的拉力而向下彎曲，當電流超過額定電流時但超過不是很多時，電源不會立即被切斷，經(jīng)過一段時間，通過雙金屬片所生熱量積累到一定程度，雙金

21、屬片向下彎曲，產(chǎn)生的力能克服彈簧彈力而觸動脫扣開關(guān)，切斷電源.（判斷正確3 分，解釋正確再得3 分，共 6 分）9、設(shè)軌道 III 的半徑為 r,根據(jù)萬有引力定律及向心力公式 , GMmm4 2r2T2 r （3 分）得r3GMT 2（3 分）42設(shè)軌道 I 的半長軸為 l ，有l(wèi) 3(6T)2（3 分）r 3T 2則l336GMT 2（3 分）24競賽試卷它的近月點距離月球表面的高度為h1=r-R= 3GMT 2R（3 分）42它的遠月點距離月球表面的高度為h2=2l-r-R= 3 GMT 2 (23 361)R（ 3分）4210、設(shè)球的初速v0 方向與網(wǎng)垂直，當落地點恰在邊線與底線的交點C

22、 處時，球經(jīng)過網(wǎng)口時的位置為 a. 由于水平分運動中 AB=AC/ 4，說明球在 AB 間的運動時間是在AC 間運動時間的 1/4，這段時間下落的高度為l =h/16=0.19m, 即距離網(wǎng)口的高度為ya=(3.00-0.19-2.24)m=0.57m .a 點的坐標為（ 0， 0.57m） .（6分）球速度最小時經(jīng)過網(wǎng)口的最低位置即為B 點，坐標2.24m為（ 0，0），這種通過 B 點剛好不擦網(wǎng)而過的球?qū)⒙湓谂cA 點關(guān)9mBED于中線對稱的 F 點. （3 分）3mCCAC如果球斜向擊出，落地點恰為圖中的D 點，球經(jīng)過18mF網(wǎng)口時的位置為 d. 球在網(wǎng)前飛行的時間仍為整個飛行時間的1/4，因此到達網(wǎng)口時下落的高度仍為0.19m,即距離網(wǎng)口的高度為yd=0.57