2023年第十七届全国中学生物理竞赛预赛试题

第十七届全国中学生物理竞赛预赛试卷全卷共八题，总分为140分。一、（10分）1（5分）1978年在湖北省发掘了一座战国初期（距今大约2400数年前）曾国国君的墓葬一一一曾侯乙墓，出土的众多墓葬品中被称为中国古代文明辉煌的象征的是一组青铜铸造的编钟乐器（共64件），敲击每个编钟时，能发出音域宽广、频率准确的不同音调。与铸造的普通圆钟不同，圆钟的横截面呈圆形，每个编钟的横截面均呈杏仁状。图1为圆钟截面的，图2为编钟的截面，分别敲击两个钟的A、B、C和D、E、F三个部位，则圆钟可发出个基频的音调，编钟可发出个基频的音调。2、我国在1999年11月20日用新型运载火箭成功地发射了一艘实验航天飞行器，它被命名为号，它的目的是为作准备。二、一半径为R1.00m的水平光滑圆桌面，圆心为O，有一竖直的立柱固定在桌面上的圆心附近，立柱与桌面的交线是一条凸的平滑的封闭曲线C，如图所示。一根不可伸长的柔软的细轻绳，一端固定在封闭曲线上的某一点，另一端系一质量为m7.5102Kg的小物块。将小物块放在桌面上并把绳拉直，再给小物块一个方向与绳垂直大小为v0=4.0ms-1的初速度。物块在桌面上运动时，绳将缠绕在立柱上。已知当绳的张力为T02.0N时，绳即断开，在绳断开前物块始终在桌面上运动 1问绳刚要断开时，绳的伸直部分的长度为多少? 2若绳刚要断开时，桌面圆心O到绳的伸直部分与封闭曲线的接触点的连线正好与绳的伸直部分垂直，问物块的落地点到桌面圆心O的水平距离为多少？已知桌面高度H0.80m物块在桌面上运动时未与立柱相碰取重力加速度大小为10m/s2 三、(15分)有一水平放置的平行平面玻璃板H，厚3.0cm，折射率n1.5。在其下表面下 2.0cm处有一小物S；在玻璃扳上方有一薄凸透镜L，其焦距f30cm，透镜的主轴与玻璃板面垂直；S位于透镜的主轴上，如题图17-3所示。若透镜上方的观测者顺着主轴方向观测到S的像就在S处，问透镜与玻璃板上表面的距离为多少? 四、(20分)某些非电磁量的测量是可以通过一些相应的装置转化为电磁量来测量的。一平板电容器的两个极扳竖直放置在光滑的水平平台上，极板的面积为S，极板间的距离为d。极板1固定不动，与周边绝缘；极板2接地，且可在水平平台上滑动并始终与极板1保持平行。极板2的两个侧边与劲度系数为k、自然长度为L的两个完全相同的弹簧相连，两弹簧的另一端固定图17-4-1是这一装置的俯视图先将电容器充电至电压U后即与电源断开，再在极板2的右侧的整个表面上施以均匀的向左的待测压强P；使两极板之间的距离发生微小的变化，如图17-4-2所示。测得此时电容器的电压改变量为U。设作用在电容器极板2上的静电作用力不致引起弹簧的可测量到的形变，试求待测压强P。 五、(20分)如图17-5-1所示，在正方形导线回路所围的区域A1A2A3A4内分布有方向垂直于回路平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间以恒定的变化率增大，回路中的感应电流为I1.0mA已知A1A2、A3A4两边的电阻皆为零； A4A1 边的电阻R13.0k，A2A3边的电阻R27.0k。 1试求A1A2两点间的电压U12、A2A3两点间的电压U23、A3A4两点间的电压U34、A4A1两点间的电压U41 2若一内阻可视为无限大的电压表V位于正方形导线回路所在的平面内，其正负端与连线位置分别如图17-5-2、图17-5-3和图17-5-4所示，求三种情况下电压表的读数V1、V2、V3六、 (20分)绝热容器A经一阀门与另一容积比A的容积大得很多的绝热容器B相连。开始时阀门关闭，两容器中盛有同种抱负气体，温度均为30C，B中气体的压强为A中的两倍。现将阀门缓慢打开，直至压强相等时关闭。问此时容器A中气体的温度为多少？假设在打开到关闭阀门的过程中处在A中的气体与处在B中的气体之间无热互换已知每摩尔该气体的内能为URT，式中R为普适气体恒量，T是绝对温度 七、 (20分)当质量为m的质点距离个质量为M、半径为R的质量均匀分布的致密天体中心的距离为r(rR)时，其引力势能为EpGMmr，其中G6.671011Nm 2Kg2为万有引力常量设致密天体是中子星，其半径R=10km，质量M=1.5M (1M=2.01030kg，为太阳的质量) 11Kg的物质从无限远处被吸引到中子星的表面时所释放的引力势能为多少? 2在氢核聚变反映中，若参与核反映的原料 的质量为m，则反映中的质量亏损为0.0072m，问1kg的原料通过核聚变提供的能量与第1问中所释放的引力势能之比是多少? 3天文学家认为：脉冲星是旋转的中子星，中子星的电磁辐射是连续的，沿其磁轴方向最强，磁轴与中子星的自转轴方向有一夹角(如图177所示)，在地球上的接受器所接受到的一连串周期出现的脉冲是脉冲星的电磁辐射。试由上述见解估算地球上接受到的两个脉冲之间的时间间隔的下限 八、 (20分)如图17-8所示，在水平桌面上放有长木板C，C上右端是固定挡板P，在C上左端和中点处各放有小物块A和B，A、B的尺寸以及P的厚度皆可忽略不计，A、B之间和B、P之间的距离皆为L.设木板C与桌面之间无摩擦，A、C之间和B、C之间的静摩擦系数及滑动摩擦系数均为；A、B、C(连同挡板P)的质量相同开始时，B和C静止，A以某一初速度向右运动试问下列情况是否能发生？规定定量求出能发生这些情况时物块A的初速度Vo应满足的条件，或定量说明不能发生的理由(1)物块，A与B发生碰撞；(2)物块A与B发生碰撞(设为弹性碰撞)后，物块B与挡板P发生碰撞；(3)物块B与挡板P发生碰撞(设为弹性碰撞)后，物块B与A在木板C上再发生碰撞；(4)物块A从木板C上掉下来；(5)物块B从木板C上掉下来