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2013河南省物理竞赛试题

2013年全中学生物理竞赛河南省预赛试卷及答案

考试时间:2013年5月13日(星期日)下午14:00----16:00

一、选择题(本题10小题。每小题6分,其中第1—5小题为单选题,第6—10为多选题) 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 1.截面为直角三角形的木块A质M,放在倾角为?的斜面上,当??370时,木块恰能静止在斜面上。现将?改为300,在A与斜面间放一质量为m的光滑圆柱体B,如图乙,sin370?0.6cos370?0.8 A.A、B仍能静止于斜面上

B.若M?4m则受到斜面的摩擦力为5mg/2 C.若M?2m则受到斜面的摩擦力为3mg/2 D.以上说法都不对

2、我国于2010年10月1日成功发射了月球探测卫星“嫦娥2号”(CE-2),(CE-2),椭圆轨道近月点Q完成近月拍摄任务后,到达椭圆轨道的远月点P变轨成圆轨道。如图,忽略地球对(CE-2)的影响则:

A.在由椭圆轨道变成圆轨道的过程中机械能不变 B.在椭圆轨道上由Q点运动到P点,机械能减少

C.在Q点的线速度比沿圆轨道运动的P点的线速度度大

D.在圆轨道上的P点的加速度比沿椭圆轨道上的P点的加速度大

3.某机器内有两个围绕各自的固定轴匀速转动的铝盘A、B。A盘上有一信号发

射装置P,能发射击水平红外线,P到圆心的距离为28cm。B盘上有一个带窗口的线外线信号接受装置Q,Q到圆心的距离为16cm。P、Q转动的线速度相同,都是4?m/s。当P、Q正对是P发出的红外线恰好进入Q的接受窗口,如图所示,则Q接受到红外线信号周期是:

A.0.56s B.0.28s C.0.16s D.0.07s 4、在光滑的水平面内有一沿x轴的静电场,其电势?随x坐标值的变化图线如图所示,一质量为m带电荷量为q的带正民的小球(可视为质点)从O点以初速度v0沿轴正向移动。下列说法中正确的是:

A.若小能运动到x1处,则该过程中小球所受到的电场力逐渐增大 B.若带电小球从x1处运动到x3的过程中,电势能先减少后增大 C.若该小球能运动到x4处,则初速v0至少为2??0/m

D.若v0为2??0/m,带电粒子在运动过程中的最大速度为6??0/m

5、在一个相对地球以速度u做匀速运动的火箭上,有人在做测量某粒子速度的实验。假如沿火箭运动方向发射了束速度v为的粒子,则粒子在此方向的长度为L的距离中测得粒子运动的时间为: A.

L B.u?vL(u?v)1?uc22 C.

L D.vLu1?uc22

6、如图所示为一理想变压器,原、副线圈的匝数比为n。原线圈接电

压为u?U0sint的正弦交流电,输出端接有一个交流电流表和一个电动机,电动机的线圈电阻为R0,当输入端接通电源后,电动机带动一质量为m的重物匀速上升,此时电流表的示数为I,重力

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2013河南省物理竞赛试题

加速度为g,下列说法正确的是:

A.电动机两端的电压大IR B.电动机发热功率为U0I/2n C.原线圈的电流为I/n D.重物匀速上升的速度为

I(U0?2nIR

2nmg7、如图半圆形凹槽的半径为R,O点为圆心。在与O点等高的边缘A、B两点分别以速度v1、v2水平抛出两个小球,已知v1:v2?1:3,两小球恰落在弧面上的P点。则以下说法中正确的是: A.∠AOP?600

B.若要使两小球落在P点右侧的弧面上的同一点,则应使v1增大,v2减小 C.改变v1、v2,只要两小球落在弧面上的同一点,v1与v2之和就不变 D.若只增大v1,两小球不可能相遇

8、如图所示,光滑绝缘水平桌面上直立一个单匝矩形线框,线框边长LAB?0.3m,,总电阻R?0.1?。在直角坐标系xoy中,有界磁场区域的下边界与x轴重合,上边界满足曲线方程,

10?x(m),磁感应强度大小B?0.2T。线框在沿x轴正方向的拉力F作用,以速度3v?10m/s水平向右做匀速运动则下列判断正确的是: A.线框中的电流先沿逆时针方向再沿顺时针方向 B.线框中感应电动势的最大值为0.4V C.线框中感应电流的有效值为4A

D.线框穿过磁场区域的过程中外力做功为0.048J 9、霍尔式位移传感器的测量原理是:如图所示,有一个沿zz轴方向的磁场,磁感应强度B?B0?kz(B0、k均为常数),将传感器固定在物体上,保持通过霍尔元件的电流I不变(方向如图中箭头所示)。当物体沿z轴方向移动时,由于位置不同,霍尔元件在y轴方向上的上、下表面的电势差U也不同。则

A.磁感应强度越大,上、下表面的电势差越大 B.k越大,传感器的灵敏度?U/?z越高

C.若图中霍尔元件是电子导电,则下表面的电势高 D.电流I的取值越大,上、下表面的电势差越小

10、若原子的某内层电子被电离形成空位,其它层的电子跃迁到该空位上时,会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来,此电磁辐射是原子的特X射线。内层空位的产生有多种机制,其中一种称为内转换,即原子中处于激发态的核跃迁回基态时,将跃迁时释入的能量交给某内层电子,使此内层电子电离而形成空位(被电离的电子称为内转换电子)。214P0的原子核从某一激发态回到基态时,可将能量E0?1.416MeV交给内层电子(如K、L、M层电子,K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离,实验测得从214P0原了的K、L、M层电离出的电子动能分别为EK?1.323MeVEL?1.399MeVEM?1.412MeV。则可能发生射的特征X射线的能量为:

二、填空与实验题(本题4小题。共26分,11、12每小题5分,13、14每小题8分) 11、如图所示的电路是个单边线型无限网络,每个电阻的阻值y?0.2sin都是R,则A、B间的等效电阻RAB? 。

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2013河南省物理竞赛试题

12、某非理想气体发生绝热膨胀后,经等容过程回到初温状态,接着经等温过程回到初始状态,则绝热膨胀过程中气体所做的功W1= 。(假设在等容过程中气体吸收热量,在

1等温过程中气体做功W,非理想气体内能U和压强P有如下关系U?p(T)V和p?p(T),式中

3) P(T)仅是温度的函数,V是气体的体积。

13、频率为?的一束光以入射角i照射在平面镜上并完全反射,设光束单位体积中的光子数为

n,则每一个光子的能量为 ,每一个光子的动量为 ,每一个光子的静质量

为 ,光束以坪面镜的光压(压强)为 。

14、某些固体材料受到外力作用后,除了产生形变,其电阻率也会发生变化,这种现象称为“压阻效应”。现用如图甲所示的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应。已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧,所用电源的电动势为3V。除甲图的器材外,实验室还提供了如下器材可供选择。 电压表V(量程15V,内阻约为20k?,其读数用U表示) 电流表A1(量程0.6A,内阻约为6?,其读数用I1表示) 电流表A2(量程0.6A,内阻约为6?,其读数用I2表示)

⑴ 请完成电路图中虚线框内的部分,并用相应的符号标注元件;

⑵ 在电阻Rx上加一个砝码,闭合开关S,记下电表读数可得Rx= (用题目中的字母表示)

⑶改变砝码的个数,测得不同的Rx值,再用弹簧测力计测出砝码的重量,绘成图象如图乙所示,可得Rx与所受压力F的关系是Rx= 。

三、综合应用题(本题共4小题,计64分) 15、(12分)如图所示,木板与水平地面间的夹角?可以随意改变,当??300时,可视为质点的一小木块恰好能沿木着木板匀速下滑。若让该小木块从木板的底端以大小恒定的初速率v0沿木板向上运动,随着?的改变,小物块沿木板滑行的距离x将发生变化,重力加速度为g。求:

⑴ 小物块与木板间的动摩擦因数

⑵ 当?角满足什么条件时,小物块沿木板滑行的距离最小,并求出此最小值。

16、(12分)如图所示是一皮带传输装载机械示意图,井下挖掘工将矿物无初速放置于沿图示方向运行的传送带A端,被传输到末端B处,再沿一圆形轨道到轨道的最高点C处,然后水平抛到货台上。已知半径R?0.4m的圆形轨道与转送带在B点相切,O点为半半圆的圆心,BO、CO分别为圆形轨道的半径,矿物m可视为质点,传送带与水平面之间的夹角??370,矿物与传送带之间的动摩擦因数??0.8,传送带匀速运行时的速度v0?8m/s,传送带AB点间的长度为xAB?45m,若矿物落点D处离最高点C的水平距离xCD?2m,竖直距离为hCD?1.25m,矿物质量m?50kg,sin370?0.6cos370?0.8计空气阻力。求:

⑴ 矿物到达B点时速度的大小

⑵ 矿物到达C点时对轨道的压力的大小

⑶ 矿物由B点到达C点的过程中,克服阻力所做的功

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2013河南省物理竞赛试题

17、(18分)如图所示,在xoy平面的第Ⅱ象限内有半径为R的圆分别与x轴、y轴相切于P、Q两点,圆内存在垂直于xoy面向外的匀强磁场。在第Ⅰ象限内存在沿轴y负方向的匀强电场,电场强度为E,一带正电的粒子(不计重力)以速率v0从P点射入磁场后恰好垂直y轴进入电场,最后从M(8R/3,0)点射出电场,出射方向与x轴正向夹角为?,且满足tan??4/5求:

⑴ 带电粒子的比荷

⑵ 磁场磁感应强度B的大小

⑶ 若粒子从P点入射方向与x轴负方向的夹角为?,则cos?之值为多少?

18、(22分)如图所示,两平行光滑MN、PQ的金属导轨固定在水平面上,相距为L,处于竖直向下的确磁场中,整个磁场由n个宽度皆为x0的条形匀强磁场区域1、2、3、、、n组成,从左向右依次排列,磁感强度的大小分别为1B、2B、3B、4B、、、nB,两导轨左端间接入电阻R,一质量为m的金属棒ab垂直于MN、PQ放在水平导轨上,与导轨接触良好,不计导轨和金属棒的电阻。

⑴ 对导体棒ab施加水平向右的力,使其从图示位置开始运动并穿过n个磁场区,求导体棒穿越磁场区1的过程中通过电阻的电量q

⑵ 对导体棒ab施加水平向右的恒力F0,让它从磁场区1的左边界开始运动,当向右运动距离x0/2时做匀速运动,求棒通磁场区1所用的时间t

⑶ 对导体棒ab加水平向右的力,让它从距离磁场区1左侧x?x0的位置由静止开始做匀加速运动,当ab进入磁场区1时开始做匀速运动。此后在不同的磁场区施加不同的拉力,使棒ab保持匀速运动通过整个磁场区域,求棒ab通过第i区域时水平拉力Fi和ab在穿过整个磁场区域所产生的电热Q。

2013年全中学生物理竞赛河南省预赛试题参考答案及评分标准

一、选择题 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B C A C C ACD ABC ABD AB AC 二、填空题

h?11、(1?3)R 12、3W?Q 13、h?;;0;2mh?cosi

c14、⑴如图所示(3分)⑵

I1r1 (2分) ⑶ 18?2F(3分) I2?I1第 4 页 共 6 页

2013河南省物理竞赛试题

15、⑴当??300 mgsin???FN FN?mgcos??0 ??3/3 (4分)

⑵ 当变化时木块的加速度为a mgsin???mgcos??ma (2分)

2v0 v?2ax x? (2分)

2g(sin???cos?)20223v0v0cos?0令tan??? x? 当????90时x最小,xmix? (4分)

4g2gsin(???)

1216、⑴设矿物始终加速 (?mgcos??mgsin?)SAB?mvB vB?6m/s

2假设成立到达B处速度为vB?6m/s

⑵ SCD?vCt hCDvc212?gt vc?4m/s F??mg?m F?F??1500N

R21212J ⑶ ?mgR(1?cos370)?Wf?mvB?mvc Wf??14022

2q15v017、⑴ 在M处vy?v0tan? qE?ma vy?at 8R/3?v0t ?

m32RE⑵ 粒了运动轨迹如图所示,设为o1磁场圆心,o2为粒子轨迹圆心, P?为粒子射出磁场的位置,依题意可知,粒子垂直y轴进入电场, 则P?O2∥PO1,显然

?O1O2P?≌?O1O2P,

∠PO2D=∠O1P?O2=∠O1PO2=∠P?O1H=?,

2v0即粒子轨道半径为: r?R Bqv0?m

rB?32E 15v0⑶ 粒子从N点进入电场,ON的长度y

2?2ay y?5R/3 满足:vy由几何关系:y?R?Rcos? cos??2/3 18(22分) ⑴ 电路中产生的感应电动势 E??? ?t第 5 页 共 6 页

2013河南省物理竞赛试题

通过电阻的电量 q?I?t?E?t Rx0 R导体棒穿过1区过程???BLx0 解得:q?BL⑵ 设导体匀速运动的速度为v0 则 I0?BLv0 RF0R导体棒受到水平力F0平衡 F0?BLv0 v0?2 2BL设棒通过磁场区1在时间?t内,速度的变化为?v,对应的位移为?x 则: F0B2L2F0B2L2?v ?v??t?v?t??t??x F0?BIL?mmmRmmR?tF0B2L2??v?m??t?mR??x B2L2x0mR?22 解得: t?F0RBL⑶ 设进入磁场时拉力为F1,速度为v则

B2L2v12?0 有 F1x0?mv F1?R22B4L4x02B2L2x0解得:F1? v? 2mRmR(iB)2L22i2B4L4?进入第i区时的拉力:Fi? RmR2导体棒以后通过每区都以v做匀速运动,则有:

Q?F1?F2x2?F3x0?.......?Fnx0

2442x0BL2(1?22?32?......?n2) 解得:Q?mR第 6 页 共 6 页