第四届全国中学生数理化学科能力竞赛初赛物理高二试题.pdf

第四届全国中学生数理化学科能力展示活动 高二物理解题技能展示试题 A卷 总 分 考生须知 1 请在密封线内填写所在地区 学校 姓 名和考号 2 本试卷共有3道大题 1 6道小题 满分1 5 0分 3 考试时间为1 2 0分钟 4 成绩查询 2 0 1 1年1 2月3 0日起 考生可通过活动官方网站 理科 学科能力评价网 www x k s l h c o m 查询自己的分数及获奖情况 本题得分评 卷 人 一 选择题 每小题6分 共4 8分 每小题 至少有一个选项正确 选不全的得3分 错选 或不选得0分 1 2 0 1 1年1 1月1 3日在法国巴黎举行的2 0 1 1年世 界举重锦标赛女子7 5公斤以上级的比赛中 中国选 手周璐璐以1 8 2公斤和3 2 8公斤的成绩获得挺举和 总成绩两枚金牌 并打破总成绩世界纪录 如图所 示 设周璐璐所举杠铃的总重为G 杠铃平衡时每只 手臂与竖直线所成的夹角为3 0 则她每只手臂承受 的张力为 A G 2 B 3 3G C 3G 2 D G 2 我国发射的 天宫一号 空间实验室顺利发射升 空后 在离地面3 4 3k m的圆轨道上运行 运动中需要多次 轨道维持 所谓 轨道维持 就是通过控制 天宫一号 上发动机的点火时间和推力的大小和方 向 使 天宫一号 能保持在预定轨道上稳定运行 如不进行 轨道维持 由于 天宫一号 受轨道上稀薄空气的影响 轨道高度会逐渐降低 在这种情况下 天宫一号 的动能 重力势能和机械能的变化情况将会是 A 动能 重力势能和机械能逐渐减小 B 重力势能逐渐减小 C 动能逐渐增大 D 机械能逐渐减小 3 下图是一半导体指纹传感器制作的密码锁 其原理为 在一块半导体基板上 阵列了1 0万金属颗粒 传感器阵列的每一点是一个金属电极 充当电容器的 一极 其外面是绝缘的表面 手指贴在其上与其构成了电容器的另一极 由于 手指指纹深浅不同 嵴和峪与半导体电容感应颗粒形成的电容值大小不同 其 工作过程是通过对电容感应颗粒预先充电到某一参考电压 然后对每个电容 高二物理试卷 共8页 第1页 的放电电流进行测量 设备将采集到不同的数值汇总 也就完成了指纹 的采集 则 A 指纹的嵴处与半导体基板上对应的金属颗粒距离近 电容小 B 指纹的峪处与半导体基板上对应的金属颗粒距离远 电容小 C 对每个电容感应颗粒都充电至某参考电压时 当手指靠近 各金 属电极电量减小 D 对每个电容感应颗粒都充电至某参考电压时 当手指远离 各金属电极均处于充电状态 4 现在城市的滑板运动非常流行 在水平地面上一名滑板运动员双脚站在滑板上以一定速度 向前滑行 在横杆前起跳并越过杆 从而使人与滑板分别从杆的上下通过 假设人和滑板运动 过程中受到的各种阻力忽略不计 运动员能顺利完成该动作 最终仍落在滑板原来的位置上 要使这个表演成功 运动员除了跳起的高度足够外 在起跳时双脚对滑板作用力的合力方向应 该 A 竖直向上 B 竖直向下 C 向下适当偏后 D 向上适当偏前 5 如右图所示 小雪通过静电感应使两个小球A和B带上等量异种电 荷 她把小球A固定在光滑的水平绝缘桌面上 在距小球A为r处的 桌面上放置小球B 现给小球B一个垂直A B连线方向的速度v0 使其 在水平桌面上运动 已知两球所带有电荷量均为q 质量为m 则下列说 法错误的是 A 当v0 q k r m 时小球B做匀速圆周运动 B 当v0 q k r m 时小球B做加速度和速度都变小的离心运动 C 当v0 q k r m 时小球B做加速度不断增大 速度增大的向心运动 D 若小球做匀速圆周运动则其加速度恒定不变 6 如右图所示 一台理想变压器的原副线圈匝数比为2 1 原 线圈电路中串联了一只灯泡A 副线圈电路中并联了三只灯泡 B C和D 这四只灯泡完全相同 且电阻保持恒定 则下列选项 中正确的是 A 若A正常发光且消耗功率为P 则B消耗的功率一定为4P 9 B 若A正常发光且两端的电压为U 则交流电表 V的示数为7U 3 C 若A正常发光 B C和D也一定正常发光 D 若A正常发光 B C和D一定比A亮 7 右图是一个质量为m 电荷量为q的粒子以速度v垂直射入磁感 应强度为B的匀强磁场中 磁场宽度为d 长度足够长 r表示轨道半 径 表示偏转角 l表示偏移量 则下列说法正确的是 A 带电粒子在磁场中运动时的轨道半径为r m v q B 高二物理试卷 共8页 第2页 B 粒子在磁场中做完整圆周运动时周期为T 2 m q B C 带电粒子在磁场中运动时的轨道半径为r l 2 d 2 2l D 带电粒子在磁场中做匀速运动 8 如右图所示 在风能和太阳能共同作用下为太阳能路灯提供能量 研 究表明多晶硅转换效率为1 0 其中L E D灯是一种能够将电能转化为 可见光的固态的半导体器件 它可以直接把电转化为光 下面为某型号 风光互补路灯的参数 2块7 0W多晶硅太阳能板 2 0 0W风力发电机 2个1 2V 1 0 0A h胶体电池 5 0W L E D灯泡 2 4V 2 0A控制器 使用环境温度 4 0 5 0 表面经热锌镀加工9m灯杆 充满电后可以用5个阴雨天 每天8小时 则下列说法正确的是 A 风力发电机可以把吹动叶片的全部风能转化为电能 B L E D灯泡每天消耗的电能为1 4 4 1 0 6J C 2块电池充满电需要太阳能7 2 1 0 7J D L E D灯和白炽灯的发光原理是相同的 本题得分评 卷 人 二 填空与实验题 9 8分 在半导体器件中 常把纳米级厚度的导电材料沉积 到芯片上形成导电薄膜 在研究这些薄膜的导电性能 时 就需要使用薄膜电阻这一概念 设导电材料的电阻 率为 薄膜的长 宽和厚度分别为a b c 如右图所示 如果形式上将薄膜A B间的电阻表示为RA B sa b 则比例系数 s和材料电阻率 间的关系为 s 1 0 1 0分 小亮家住的是上世纪8 0年代建的老房子 装修房屋改造家庭电路 时 装修队只买来两种颜色的导线 小亮的爷爷问 为什么只买两种颜色 不买 三种颜色 装修负责人答 零线就是地线 地线就是零线 两种导线就够了 不 用三种颜色 听到这样的回答 教物理的爷爷立即为装修队所有的人做了一个实验 他用试电笔接触 三孔插座 如右图所示 A B两孔 结果试电笔的氖泡一亮 一灭 爷爷 说 亮的是火线 不亮的是零线 爷爷还用试电笔接触C孔 试电笔不亮 说明它是地线 接着 爷爷只做了很简单的一件事 又用试电笔接触A B两孔 结果两孔试电笔都亮 爷 爷说 零线变成火线了 再用试电笔接触C孔 试电笔仍不亮 说明它仍是地线 爷爷说 如果将零线当地线使用 接在电冰箱的外壳上 当零线变成火线时 就要出大事 故 只有地线才能起到真正的保护作用 根据上述事例 请回答 1 上述中 爷爷只做了很简单的一件事 这是什么事 高二物理试卷 共8页 第3页 2 要让零线变火线 除了小亮爷爷所做的事之外 还需要具备什么条件 1 1 1 6分 某研究性学习小组设计了以下方法来测量物体的带电 量 如右图所示的小球是一个外表面镀有金属膜的空心塑料球 用 绝缘丝线悬挂于O点 O点固定一个可测量丝线偏离竖直方向角度 的量角器 M N是两块相同的 正对着平行放置的金属板 加上电 压后其内部电场可看作匀强电场 另外还要用到的器材有天平 刻 度尺 电压表 直流电流表 开关 滑动变阻器及导线若干 该小组的 实验步骤如下 请你帮助该小组完成 1 用天平测出小球的质量m 按上图所示进行器材的安装 并 用刻度尺测出M N板之间的距离d 使小球带上一定的电量 2 连接电路 请在图中的虚线框中画出实验所用的电路图 电源 开关已经画出 3 闭合开关 调节滑动变阻器滑片的位置 读出多组相应的电压表的示数和丝线的偏转 角度 4 以电压U为纵坐标 以 为横坐标作出过原点的直线 求出直线的斜率 k 5 小球的带电量q 用m d k等物理量表示 1 2 1 0分 在开展研究性学习的过程中 某同学设计了一个利 用线圈测量转轮转速的装置 如右图所示 在轮子的边缘贴上 小磁体 将小线圈靠近轮边放置 接上数据采集器和电脑 即 D I S实验器材 如果小线圈的面积为S 圈数为N匝 小磁体 附近的磁感应强度最大值为B 回路的总电阻为R 实验发现 轮子转过 角 小线圈的磁感应强度由最大值变为零 因此 他 说 只要测得此时感应电流的平均值I 就可以测出转轮转速的大小 试证明该同学结论的正 确性 高二物理试卷 共8页 第4页 本题得分评 卷 人 三 计算论述题 1 3 1 2分 一辆小车以速度v0做匀速直线运动 已知大轮的 直径为1 2 5m 小轮的直径为0 8m 两轮轴心相距2m 某 时刻物体A以相对小车v0的速度从小轮顶端飞出并且 落在P点 t 0 2s过后 物体B也以相对小车v0的速 度从大轮顶端飞出并且也落在P点 求v 0的大小 高二物理试卷 共8页 第5页 1 4 1 5分 儿童滑梯可以看成是由斜槽A B和水平槽C D组 成 中间用很短的光滑圆弧槽B C连接 如图所示 质量为m 的儿童从斜槽的顶点A由静止开始沿斜槽A B滑下 再进入 水平槽C D 最后停在水平槽上的E点 由A到E的水平距离 设为L 假设儿童可以看作质点 已知儿童的质量为m 他与斜槽和水平槽间的动摩擦因数都 为 A点与水平槽C D的高度差为h 1 求儿童从A点滑到E点的过程中 重力做的功和克服摩擦力做的功 2 试分析说明 儿童沿滑梯滑下通过的水平距离L与斜槽A B跟水平面的夹角无关 3 要使儿童沿滑梯滑下过程中的最大速度不超过v 斜槽与水平面的夹角不能超过多 少 可用反三角函数表示 高二物理试卷 共8页 第6页 1 5 1 5分 右图所示为某超级电容器公交电车停靠在车站正在 充电 所谓超级电容器是指电容量达到上千法拉甚至达到十万法 拉数量级的大容量电容器 是储能技术一个革命性成果 超级电容器与蓄电池都是储能设备 都可以做为电源使 用 你认为二者的最主要不同是什么 你知道的超级电容器与蓄 电池相比的优点有哪些 答出其中的三项即可 据介绍 该法拉级的超级电容器年产量已达几百万只 批 量应用于各种数据贮存系统和低功耗无电源器具 大容量级的超 级电容器已在高尔夫车和公交车等交通工具上进行应用试验 4 8V的高尔夫车使用8 0只5 万法拉的双电层电容器 每2只并联后再串联 工作电流为3 0A 电容器组的体积与4 8V1 8 0 A h的蓄电池相近 7 0A充电1 0分钟 可行驶2 0千米 已知两个电容都是C的电容器并联时总电容C并 2C 两个电容都是C的电容器串联时 总电容C串 C 2 电容器两极间电压是U 带电荷量为Q时储存的电场能E 1 2Q U 请计算 1 把 8 0只5万法拉的电容器 每2只并联后再串联 组成电容器组 给它充 电 充电电流恒定为7 0A 充电时间是1 0m i n 这次充电使这个电容器组的电压升高多少 2 如果充电完毕时刻该电容器组两端的电压是4 8 V 那么这次充电过程中 电容器组储 存了多少能量 高二物理试卷 共8页 第7页 1 6 1 6分 如右图所示为磁流体发电机结 构示意图 利用燃烧室加热气体使之离解成 为由电子和离子实组成的等离子体 等离子 体以高速注入两侧有磁极的发电通道 通道 上下两侧面为电极 等离子体中的正负电荷受磁场的作用 分别向上下两侧 偏转