2018年度全国高中物理应用知识竞赛试题

1 11 注意事项 1 请在密封线内填写所在地区 学校 姓名和考号 2 用蓝色或黑色钢笔 圆珠笔书写 3 答卷过程中可以使用普通型计算器 4 本试卷共有三个大题 总分为 150 分 5 答卷时间 2018 年 4 月 7 日 星期六 上午 9 30 11 30 得分 评卷人 2018 年度全国高中应用物理竞赛试卷 二 三题号 一 1 2 3 4 1 2 3 4 总分 分数 复核人 一 本题包括 11 小题 考生只需做 10 小题 每小题 5 分 共 50 分 在每小题给出的四个选项中 有的小题只有一个选项正确 有的小 题 有多个选项正确 请把符合题目要求的选项的序号填入题后的 内 全选对的得 5 分 选 不全的得 3 分 有选错或不选的得分 1 如图 1 所示 消防队员在进行训练时有一项爬绳练习 如果队 员用双手握住竖直的绳索匀速攀上和勻速下滑时 绳索对他 的摩擦力分别为 F 上 和 F 下 那么关于 F 上 和 F 下 的下列说法 中正确的是 A F 上 向上 F 下 向下 F 上 与 F 下 等大 B F 上 向下 F 下 向上 F 上 大于 F 下 C F 上 向上 F 下 向上 F 上 与 F 下 等大 D F 上 向上 F 下 向下 F 上 大于 F 下 2 由乎地磁场的作用 可有效地减少来自宇宙射线中的高能带电粒子对地球的 侵袭 若 宇宙射线中一颗带负电的粒子从太空沿指向地心方向射向地面 则哲它在接近地球附 近时的实际运动方向可能是 A 竖直向下 B 偏西斜向下 C 偏东斜向下 D 偏北斜向下 3 电铃的结构原理如图 2 所示 如果在使角过程中发现这个 电铃小锤敲击铃的频率过 现要将敲击频率调高一些 则 下列措施中一定可行的是 A 适当提高电的电压 B 增大小锤的质量 C 换用更软一点的簧片 D 将电源改用交流电来供电 4 由青岛大学学生自主设计研发的墙壁清洁机器人 利用 8 只 爪 子 上的吸盘吸附在接触面上 通过这 8 只 爪子 的交替伸缩吸 附 就能在竖直墙壁和玻璃上行走并完成清洁任务 如图 3 所 示 假设这个机器人在竖直玻璃墙面上由 A 点沿直线 爬行 到 右上方 B 点 在这一过程中 若此机器人 8 只 爪子 所受玻璃 2 11 墙对它的摩擦力的合力为 F 则下列 受力分析图中可能正确的是 5 天宫一号 目标飞行器于 2011 年 9 月 9 日发射升空 2013 年 9 月已圆满完成了各项预定 的任务 并超期服役 到 2016 年 3 月 16 日正式终止数据服务 全面完成里其历史使命 预计 2018 年 受控 坠落 坠落过程中由于受轨道上稀薄空气的影响 轨道高度会逐渐 降低 最终其主体部分会在大气层中完全烧毁 天宫一号 在进入稠密大气成燃烧前 随着运行轨道的降低 其 A 重力势能逐渐减少 动能逐渐 增加 B 动能逐渐增加 机械能减少 C 动能 重力势能和机械能均逐渐减少 D 绕地球运行一周所用的时间越来越少 6 小明在公园如围墙处避雨时 他观察到由于围墙的挡风作用 雨滴从墙檐土滴落几乎是 竖直向下的 当下落的雨滴经过围墙上的窗口时 有从窗 P 吹出的风使兩滴的下落方 向发生变化 下图中描述了沿平行于墙壁从西向东方向观察时雨滴的下落轨迹 其中 最接真实情况的是 7 如图 7 所示为一种延时开关的电路原理图 当 S1 同合时 电磁铁 F 将衔铁 D 吸下 通 过触点 C 线路被接通 当 S1 断开时 衔铁 D 并不是立即被弹簧拉起来 而是延迟一 段时间 才被弹簧拉起来 从而触点分离切断 C 线路 对于这个延时 开关的工作情况 下列说法中正确的是 A 由于 A 线圈 的电磁感应作用 才产生延时释放 D 的作用 B 由于 B 线圈 的电磁感应作用 才产生延时释放 D 的作用 C 如果断开开关 S2 无延时作用 D 如果断开开关 S2 延时将变长 8 物理课上 老师作了一个奇妙的 跳环实验 如图 8 所示 她把带有铁芯的线圈 L 直 立在水平桌面上 并将其与开关 S 和电源用导线连接起来后 把一 铝制套环置于线圈 L 上 且使铁芯穿过套环 闭合开关 s 的瞬间 套环立刻向上跳起 若铁芯足够长 则 A 若保持开关闭合 套球的位置会不断 升高 B 若保持开关闭合 套环最终会停留在某一高度上 3 11 得分 评卷人 C 若保持开关闭合 套环跳起到某一高度后将回落 D 套环处于静止后再断开开关 则套环将重新向上跳起 9 冰上表演刚开始时 甲 乙两人都静止不动 随着优美的音 乐响起 他们在相互猛推一下对方后分别向相反方向运动 用录像记录两人的运动情况 截取录像中的两帧画面的情 况如图 9 所示 假定两人的冰鞋与冰面的动摩擦因数相同 则下列说法中正确的是 A 在推的过程中 甲推乙的力小于乙推甲的力 B 在推的过程中 甲推乙的时间等于乙推甲的时间 C 两人刚分开时 甲的速度比乙的速度小 D 两人分开后 甲的加速度比乙的加速度小 请考生注意 下面的第 10 11 两个小题中 只选择 个题做答 若两个小题均做 答 则只按第 10 两题的解答情况给分 10 医院有一种先进的检测技术 彩超 就是向病人体内发射一定频率的超声波 超声 波经血液反射后被专用仪器接收 测出反射波相对发射波的频率变化 就可知道血液 的流速 这一技术利用了下列哪个物理学原理 A 偏振规象 B 波的衍射 C 波的干涉 D 多普勒效应 11 如图 10 所示为一种简易温度计构造示意图 左右两根内径粗细均 匀的竖直玻玻璃管下端通过软管相连接 在管中灌入某种液体后 环境的温度 重复上述操作 便可在左管上方标注出不同的温度 刻 将左管上端通过橡皮塞插入小烧瓶中 调节右管的高度 使 左右两管的液面相平 在左管液面位置标上相应的温度刻度 多 次改变烧瓶所在度 为了增大这个温度计在相同温度变化时液面变化的髙度 下列措 施中可行的是 A 增大液体的密度 B 增大烧瓶 的体积 C 减小左管的内径 D 减小右管的内径 二 本题包括 5 小题 考生只需做 4 小题 共 40 分 请按题目的要求 做简要的回答 1 10 分 音涂喷泉在水泵作用下随着音东的节律坚直向上喷出 水柱 粗细 高低不同的水柱形成美妙的景观 实际上 当我们仔细观察时 会发现在喷口流量 相同且无风的情况下 喷出的水柱在空中上升阶段并不是粗细 均匀的 而是在竖直方向上一头粗 一头细 请你说明上升阶 段的水柱是上端较粗还是下端较粗 并说明水柱呈现该形态的 原因 4 11 得分 评卷人 得分 评卷人 得分 评卷人 2 10 分 在化工厂 制药厂 医学检验等 工作中经常需要将在液体中的 微小颗粒沉淀析出 为此苛将待分离液体静置一段较长的时间 这种方法 称内 重力沉淀 法 也可以使用离心分离器 如图 12 所示 在较短时间内将液体中的微小颗粒沉淀析出 称为 离心沉淀 法 试分析 这种 离心沉淀 为什么比 重力沉淀 快 3 10 分 电磁轨道炮是利用磁场对通电导体的作用使炮弹加速的 其原 理示意图如图 12 所示 图中直流电源电动势为 E 电容器的电容为 C 两 根固定的平行金属导轨间距为 d 长度为 l 导轨间存在垂直于导轨平面 磁感应强度大少 为 B 的匀强磁场 图中未画出 炮弹可视为质量为 m 电阻为 R 的金属棒 MN 垂直放 在两导轨间的最左端并处于静止状态 开关 S 接 1 使电容器完全充电 然后将开关 S 接 至 2 MN 开始向右加速运动 在 MN 沿导轨运动过程中始终与导轨垂直且接触良好 请 说明 1 开关 S 接至 2 后的发射炮弹过程中 电容器中原来储存的电能将转化为哪些能量 2 在电源电动势 E 一定的条件下要想提高炮弹射出时的速度 可以采取哪些措施 请考生注意 下面的第 4 S 两个小题中 只选择一个题做答 若两个小题均做答 則只 按第 4 小题的解答情况给分 4 10 分 在我国北方的冬天 即便气温很低 一些较深的河 流 湖泊 池塘里的水一 般也不会冻结到底 鱼类还可以在水面结冰的情况下安全过冬 试解释 水不会冻结到底的原因 5 11 得分 评卷人 5 10 分 小明到九寨沟游览后在整理照片时发现 许多风景照片 都有这样的共性 如图 14 所示 池水淸澈见底 近处水面下的景 物都看得很淸楚 而远处水面下的景物却看不清楚 在远离岸边 的水面上只能看到山和树木的倒影 且这些倒影明显 没有真实景物那样明亮 请说明上述两种现象形成的 原因 三 本题包括 5 小题 考生只需做 4 小题 每小题 15 分 共 60 分 解答时应写出 必要的 文字说明 方程式和重要演算步驟 只写出最后答案的不能得分 有数值计算的 题 答案 中必须明确写出数值和单位 1 15 分 由于卫星发射场地点不在赤道上 因此在发射地球同步静止 轨道卫星时 需要先将卫星发射到与赤道平面有一定夹角的转移轨道上 然后再经过调整使卫星进入地球同步静止轨道 卫星在转移轨道上的远地点时恰通过赤道 上空 并且离地面高度恰等于地球同步静止轨道的高度 此时通过发动机暂短时间点火 给卫星一个附加的速度 使卫星恰好能沿地球同步静止轨道运行 如果卫星的质量为 1 4t 其飞经赤道上空时的速度为 1 5 103m s 为计算方便 此处数可以改一下 此 时卫星 的高度与同步轨道的高度相同 飞行的轨道平面 与赤道平面之间的夹角为 30 如图 15 所示若不计大气阻 力 和卫星质量的变化 己知地球半径为 6 4 103m 结果 保留 1 位有效数字 求 1 为完成这次调整发动机至少需要做多少功 2 调整过程中发动机对卫星所施的冲量 6 11 得分 评卷人 得分 评卷人 2 15 分 在研究跳水运动员 在水中所受阻力的情况以及设计跳水场地 水池深度时 可以用金属和橡胶制作一个运动员模型 在它头部携带有 压力传感器 模型入水后传感器可通过计算机显示出水对模型的等效阻 力 f 的量值随其入水的深度 y 变化的函数曲线 己知这个模型的总质量 m 60kg 并可将其 视为长度 l 1 65m 直径 d 0 25m 的圆柱体 这个模型头向下从高于水面 H 10m 的跳台自 由落下入水后 计算机上显示出的 f y 变化曲线如图 16 所示 通过用计算机拟合图线可知 该曲线可近似看作椭圆的一部分 该椭圆的长 短轴分别 与坐标轴 Oy 和 Of 办重合 椭圆与 y 轴相交于 y h 处 与 f 轴交于 处 为了确保运动员跳水时的 安全 估算 5 2 水池中水的深度 h 至少应等于多少 3 15 分 在研究某种未知气体时 有时需要分析气体原子的组成 如 图 17 所示 让某种中性气体分子进入电离室 A 在那里被电离成等离 子体 等离子体就处在高温下电离的气体 其中包含有带正电和带负电 的粒子 中性气体电离后带负电的粒子是电子 带正电的是正离子 这些粒子从电离室缝 S1 飘出 飘出速度可视为 0 随即进入 S1 与 S2 之间的加速电场被加速 然后粒子从 缝 S2 垂直 进处入匀强磁场 当双刀双掷开关的触刀掷向 1 2 时 粒子经过半个圆周期后打在底片上的 P 点 己知缝 S2 与 P 之间 的距离为 d1 2 0cm 当双刀双掷开关的触刀掷向 3 4 时 粒子 打在底片上的 Q 点 己知缝 S2 与 Q 点间在平行 S2P 方向上 距离 为 d2 6 4cm 磁场宽度 d 30cm 假设种子的质量 mn mp 且约 为电子质量 me 的 1800 倍 即 mn mp 1800me 试确定这种气体 原子的质子数和中子数 7 11 得分 评卷人 请考生注意 下面的第 4 5 两个小题中 只选择一个题做答 若两个小 题均做答 则只按第 4 小题的解答情情况给分 4 15 分 潜水艇的贮气筒与水箱相连 当贮气筒中的空气压入水箱后 水箱便排出水 使潜水艇浮起 某潜水艇贮气简的容积是 2m3 其上的气压表显示内部贮 有压强为 2 107Pa 的压缩空气 在一次潜到海底作业后的上浮操作中利用简内的压缩空气 将水箱中体积为 10m3水排出了潜水艇的水箱 此时气压表显示筒内剩余空气的压强是 9 5 106pa 设在排水过程中压缩空气的温度不变 试估算此潜水艇所在海底位置的深度 5 15 分 小明在参观科技馆时 发现了一张地震波波速与地球内部构造的关系图 如图 18 所示 其中 A 和 B 分别表示两列不同的地震波其速度大小随在地下深度的变化 右侧为 地球内部结构随深度的分布情况 在地表下平均 33km 处 大陆部 5000 分 或海洋面下 7km 纵横波的传播速度都明显增 加 这一不连续面叫莫霍界面 在地下 2900km 深处 纵横两列地震波中有一列波速度突然 下降 另一列波则完全消失 这一不连续面叫古登堡界面 由于莫霍界面上下物质都是固 态 其力学性质区别不大 所以将地壳和软流圈以上的地幔统称为岩石圈 地球的中心为 地核 半径为 3473km 左右 地核又可分为外核和内核 根据上图回答下列问题 1 图中的 A B 两列波 哪一列是横波 并说明判断的依据 2 中国地震台网正式测定 2018 年 2 月 12 日 18 时 31 分在河北廊坊市永清县 北纬 39 37 度 东经 116 67 度 发生 4 3 级地震 震源深度 20km 请问当时处于廊坊市永清县的人感到大地是先上下颠簸后左右摇摆 还是先左右摇摆后 上下颠 因地震会同时产生图中的 A B 两列波 估算当地居民感受到 A B 这两列列波的时 间差大约多少秒 并简要说明估算的过程程 结果只要求保留 1 位有效数字 8 11 9 11 10 11 11 11