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1、第七年全国高中应用物理知识竞赛北京赛区决赛试卷北京 171 中学杯本卷须知1、请在密封线内填写所在区县、学校、姓名和考号.2、本试卷共有9 个题，总分为150 分 .3、答卷时间：2018 年 4 月 22 日上午 9： 3011： 30题号123456789总分分数复核1. 10 分常见望远镜可分为伽利略望远镜、开普勒望远镜和牛顿式得 分评卷人望远镜 . 原始的开普勒望远镜由两个凸透镜分别作为目镜和物镜构成 . 这种结构所成像是倒立的，因此要在中间增加正像系统才能使看到的像符合观看适应 . 现在常见的前宽后窄的典型双筒望远镜多数属于开普勒望远镜，采纳了双直角棱镜正像系统图1-1 . 这种系统
2、的优点是在正目镜像的同时将光轴两次折叠，从而也减小了望远镜的长度和重量 . 1请画一个简图说明通过物镜后射到第一个全反射棱镜上的平行光如何传播 .物镜 2正像系统中的两个全反射棱镜应采纳图1-2 中的哪种放置方法？简述理由 .图 1-1图 1-22. 12 分目前比较流行的燃气灶熄灭保护方式是热电偶式. 当燃气得 分评卷人灶的火焰因某种缘故被熄灭时，气阀自动关闭，从而保证安全. 1什么原因点火时在旋转旋钮的同时需要按住它几秒钟才能松手？2请简述燃气灶热电偶式熄灭保护装置的工作原理，并画出简化的原理图 电路图 .得 分评卷人3. 12 分如图 3-1 所示是某型号的多用表的刻度面板，刻度面板上从
3、上向下的第三条刻度线是AC10V刻线细节见图 3-2 . 该刻度线的左边起始部分可明显看出是不均匀的. 图 3-3 是其交流电压挡的简化原理图 . 1请简要说明AC10V刻线不均匀的缘故 . 2图 3-3 中二极管 D1、D2 的作用分别是什么？得 分评卷人图 3-2图 3-1图 3-34. 12分科学技术社会辞典物理卷“飞行鸟害”条目中写道：“飞鸟与飞机高速撞击而给飞机带来损害和事故，称为飞行鸟害. 飞鸟的质量特别小，但在飞机高速运动时它相对飞机的速度极大 . 经测试可知，一只质量450g 的鸟，在撞击时速80 千米的飞机时，可产生1500 牛的冲击力， 假如撞在时速960 千米的飞行器上，
4、 可产生 21.5 万牛的冲击力 . 质量 7.2千克的大鸟假设撞在那个飞行器上，那么可产生 127 万牛的冲击力， 那个力足以使发动机遭到完全破坏 . ”请通过以上文字给出的信息，估算上述7.2 千克大鸟的身体长度 .5. 12 分图 5-1是一种简易的电烙铁调温装置的示意图. 这种装置得 分评卷人可有效地防止电烙铁因长时间通电过热而造成烙铁头“烧死”现象.图中 R为 20W的内热式电烙铁， 虚线框是附有调温装置的电烙铁支架.当电烙铁搁置在支架D上时，由于电烙铁的重力，支架下方的绝缘柄N推动开关 K，使开关处于断开状态；当电烙铁离开支架D时，开关 K 下方的弹簧L 推动开关使其闭合 . 图中
5、 P为半导体二极管. 描述二极管特性的有正向起始工作电压一般不超过0.7V ，额定正向工作电流，反向漏电电流( A 级，甚至更小 ) ，最高反向工作电压等 . 问： 1当电烙铁搁置在支架D 上时，电烙铁实际功图 5-1率约为多大？ 2选择图中二极管时，对其最高反向工作电压有什么要求？6. 18 分 代先 加速度 感器是以集成 路工 和微机械加工工得 分 卷人 基 ，在硅片上制造出来的微机 系 ，已被广泛 用于航空航天、汽 工 、自 化和机器人等 域. 某型号的三 加速度 感器体 特 小，呈薄片状. 当其固定于运 物体上 ，可 量物体三个方向上的加速度 . 感器的三个敏感 沿薄片 方体的三条棱，
6、当其“ TOP”面向上静止水平放置 ， 其 出 数 ： Ax=0,Ay=0,Az=1( 位 g，g 是当地重力加速度 ). 以其它方位静止放置 的 出 数 6-1 所示 . 当其“TOP”面向上沿其 Ax 敏感 正方向以加速度 a以g 位运 ，其 数 ：Ax=a,Ay=0,Az=1 ；当其自由下落 ，三个 数均 零. 将 图 6-1 感器“ TOP”面向上水平安装于 上即与 身底面平行，其 Ax 敏感 正方向指向 方向 . 当 沿某一斜坡向下运 ， 感器的三个 数分 Ax=-0.400,Ay=0,Az=0.866. 试求如今 沿斜面向下的加速度及斜面的坡度斜面的 角.得 分 卷人7. 20 分
7、光 是一种常 的信息 体，其 构可分 五 ， 即基板、 、 反射 、 保 、 印刷 . 光 的信息 在密集分布于其上的光道上 . 光道上布 了一个个 短不一的“凹坑”如 7-1. 由于反射 的作用，光 局部地看相当于一种一 反射光 . 利用那个光 ，能 作某些 量. 在 出以下器材： 色激光笔一支，CD光 一 ，白色光屏一个， 卷尺1把. 量装置如 7-2 所示，将光 D和白屏 P平行 立， 激光器 L 位于两者之 ， 光束接近垂直于 面射到 上，那么屏上会出 衍射条 . 中央最亮的光点 0 k=0条 ，两 称分布的是1 k=1、2 k=2、等衍射条 ，各 条 的衍射角不同 . 衍射公式d s
8、ink ，式中 d 光 常数，即光 上相 光道 的距离. 假 激光的波 ，便可通 上述 定d 值 . 1假如要 定 d， 中需要 定哪些物理量？在 中画出示意 表示 些物理量. 2用 出的物理量写出刻 之 的距离d 的表达式 .8. 24 分小 同学 了探究 性球与其他物体碰撞的情况，他先从得 分 卷人v2tv1te网上 取如下信息：通常用恢复系数e 表示两物体一 碰撞机械能 失的情况. 它等于碰撞后两球的分离速度 v2tv ，与碰撞前两球的接近速度vv之比，即：恢复系数由碰撞1t1020两物体的材料性 决定 .小 的探究 如下： 量 10.75g ，直径 26mm的塑料 性球从80cm 高
9、自由下落，碰到地面的瓷 后 起；再下落，再 起；再下落，再 起；，当塑料 性球与瓷 碰撞10 次后， 能 起8cm.假如不 空气阻力，并假定 性球始 在同一 直 上运动. 1 依照以上 数据求 性球与瓷 碰撞的恢复系数e. 2 用 e 表示出 性球每次碰撞 程中机械能的 失与碰撞前的机械能之比.9. 30 分地球同步通信 星是相关于地面静止的人造 星. 它定点得 分 卷人在赤道上空某一确定的高度，与地球自 周期相同. 它的 道是正 形，称 “静止 道” . 在 星上的不同位置分 安置有小型燃气 机，可依照需要在某一 刻短 点燃 机向某个方向 出气体，以 整 星的姿 及 道. 机运行的 相关于
10、星的周期来 是特 小的，因此 种 整可看作是瞬 完成的. 在一堂物理 上老 提出了一个 ：如何把一个原来位于 90o 静止 道上的地球同步通信 星 移到90ox x 5o ，要求开 机的次数最少. 某同学 漂移轨道 相关 料后 出了一个方案，先 星 入 形的“漂移 道” ，再 其回到静止 道 . 图 9-1 是他地球卫星 出的方案的示意 ，其中正 形的 表示静止 道， 形的虚 “漂移 道”. 回答：静止轨道 1按他的方案， 星将漂向 方依旧西方？ 2按他的方案， 星完成 次 移需要至少点燃 机几次？ 几次各是向哪个方向 出气体？图 9-1各次点火的 机如何掌握？ 3假 地球 量 M=5.98
11、1024kg ， 星 量包括内部的 器 及 的燃料 =200kg，万有引力恒量 =6.67 10-11 m3kg-1 s-2 ，要求 星只在漂移 道上 一圈，mG且 移量x 恰好等于 5o. 点燃 机 程中消耗的燃料相比 星 量特 小，能 忽略 .漂移 道的 地点比静止 道高出的数量h 等于多少？ 星从静止 道 移到漂移 道需要增加的机械能E 等于多少？两个 量分 m1和 m2 的均匀的球体，以相距无 能零点，那么它 的距离 r 的引力 能Gm1m2Epr第七届全国高中应用物理知识竞赛北京赛区决赛试题答案与评分参考2018 年 4 月 22 日 号123456789 分分数1012121212
12、18202430150望远镜热电偶万用表飞鸟电烙铁加速度光盘弹性球卫星传感器1. 10 分 1如下图。 5 分 2用 B种放置方法。其中第一个棱镜把光束左右颠倒，第二个棱镜把光束上下颠倒，看到的像就可不能发生倒置的情况了。 5 分2. 12 分 1刚点火时，热电偶感应端温度不高，电磁阀线圈中没有足够的电流开启电磁阀， 因此需要按住旋钮手动开启阀门。 当火焰加热， 热电偶感应端到一定温度，热电偶中有足够的热电动势， 使得电磁阀线圈中的电流足够大而使气阀打开， 就能够松手了。 4 分 2热电偶式熄灭保护装置的工作原理是：当按旋钮，小火点燃时，热电偶受到火焰加热，产生热电动势 . 由于热电偶通过导线
13、与电磁线圈相连组成闭合回路，线圈中有了电流 ,产生磁场使电磁阀吸合， 燃气阀开启，燃烧通路打开，维持其正常燃烧，一旦遇到大风或汤水等溢出， 扑灭火焰，热电偶的热电动势特别快下降到零，线圈中电流消逝，电磁阀失去磁性，在弹簧作用下迅速复位，阀门关闭燃气通路，终止供气，从而保证安全。 4 分原理图差不多正确即可，不究细节4 分3. 12 分 1多用表的交流挡是用半导体二极管半波整流成为脉动直流，通过直流表头来显示，刻度是通过转换后对应的交流电压数值。而二极管的导通有一定的门限电压，一般使用硅二极管，其门限电压为0.6 0.7V ，因此，用二极管整流后的交流电压是有一定损失的。见答图 3-1 所示学生
14、答案不要求画出该图。一般测量电压峰值超过10V，导通电压降低造成的妨碍不大，因此非线性部分要紧表现在低电压端，高电压端表现不明显。6 分注：答出要点即可，不究文字。要点是：二极管有门限电压。 2二极管 D1 即为整流管， D2 为表头保护二极管。 6 分4. 12 分设飞鸟质量为m，长度为 l ，飞机速度为v，鸟撞击飞机的作用时间为t .因鸟的速度相关于飞机特别小，能够忽略.飞机速度为：v= 960103 m/s=267m/s 1 分3600依照动量定理，F t ( mv) =mv, 3 分而 t l /v ， 2 分那么 l t vmv vmv2 3 分FF关于质量为7.2kg 的大鸟，mv
15、27.2267 2 m=0.40m 3 分l12710 4F5. 12 分 1因为在交流电的每个周期中，只有半个周期通电，另半个周期不通电，因此，电烙铁的实际功率为 20/2=10W。 6 分 2二极管的额定正向工作电流应该大于20W/220V=0.091A; 二极管最高反向工作电压应该大于2220V312V 。 6 分6. 18 分设加速度为ag，斜面倾角为 . 那么有- gsin +ag=-0.4 g1 6 分gcos =0.866 g 2 6 分解得： a=0.1 g, =30 .另一解 a=-0.9 g，代入 (1) ，得 sin =1.3( 舍去 ) 6 分7. 20 分 1 8 分
16、还需要明白的物理量已标示在答图上，即要测出光盘到白屏水平距离 a 取 k=1，第 1 级条纹和 0 级条纹的水平距离 b，以及第一级条纹到激光入射点的距离 c. 2所用红色激光的波长 可算出：6 分bbsina 22cb答图kkk a 2b 2dbbsina 2b 26 分8. 24 分 1 14 分以塑料弹性球与地球为系统，由于地球的质量巨大，因此，碰前、碰后地球的速度都可认为是零。如此，第一次碰撞的恢复系数即为 1 2 分v1tev10假设塑料弹性球的质量为 m，第一次碰撞的前后，下落高度为 h1，弹起高度为 h2，并以竖直向下为正方向。依照机械能守恒定律，有： 2 2 分12mgh11m
17、v10 3 2 分2mgh22 mv1t2由 1、 2、 3式，并注意到正方向的规定，有： 4 2 分e2 h2h1第二次的砰撞的前后， 球下落高度 h2， 起高度 h3。同理有： 5e2h3h2同理，第三次、第四次第十次碰撞的前后，有：2h11 6 2 分eh10将十次碰撞的恢复系数的表达式相乘，有：e20h11h1 7 2 分代入数据，有：h11e20e20 0.1h10.89 2 分 2 10 分e2 hn 1 ； n 10由每次碰撞的表达式： 2 分可推 出hnhn 1mghnmghn 1 ； n1e2110 4 分hnmghn2 分21 mvn201 mvnt2因此，1- e表示每次
18、破撞 程中，机械能 失的比例。22 2 分10由于不计空气阻力，所以有；1-e2； n9. (30 分 )5 分1 mvn20 1漂向西方2 2至少需要点燃 机两次。第一次向西方 气答向后方也可，第二次向 方 气向前方也可 。两次点火 相差沿漂移 道运 的周期的整数倍。 5 分 3 地球同步 星 道半径 R， 星在静止 道上运行周期 T，由 122Mm 2 分m（）R G2TR2得 R=T21 =4.23 107m1/32/ 3（24 3600 3-115.98243（ GM） （2）2） （6.67 1010） 2 分 星在静止 道上运行周期 T1，在漂移 道上运行的周期 T2，依照 目要求
19、，有 T136072 2 分T236573依照开普勒第三定律，有 2 分( T1 )2(R)3T22Rh2解、两式，得5分73) 2=7.83 10 m2h 2R 3 (10.0185R72设卫星在漂移轨道的近地点时的速度为v1，远地点时的速度为v2，依照机械能守恒，有1212MmGMm 2 分mv1mv2GRRh22依照开普勒第二定律，有 v1R=v2( R+h) 2 分在特别短时间t内的位移分别为1t=v2t，它们扫过的面积相等，vv tR/2 =v t ( R+h)/2 12解、两式，得1 mv12GMmRh 2 分2R( 2Rh)又，设卫星在静止轨道上运行时的速度为v0，依照万有引力定律和向心力公式，有 G Mmmv02 ，解出 1mv02G Mm 2 分R2R22R那么转移轨道时需增加的机械能1 mv121 mv02GMmhE222R(2Rh）=7.83 1056.67 10-11 5.98102420024.231077.83 105）107 （2 4.23=8.65 106J 2 分