2022年高中物理竞赛预赛训练题（含答案）

2022物理竞赛预赛题训练题一、单选题1．图中A、B是两块金属板，分别与高压直流电源的正负极相连。一个电荷量为q、质量为m的带正电的点电荷自贴近A板处静止释放（不计重力作用）。已知当A、B两板平行、两板的面积很大且两板间的距离较小时，它刚到达B板时的速度为u0，在下列情况下以u表示点电荷刚到达B板时的速度（）A．若A、B两板不平行，则u<u0B．若A板面积很小，B板面积很大，则u<u0C．若A、B两板间的距离很大，则u<u0D．不论A、B两板是否平行、两板面积大小及两板间距离多少，u都等于u02．两块面积较大的金属薄板间距较小，面积均为S﹐金属薄板分别有电荷量和，则两者内部电荷间的相互作用力为（）A．B．C．D．E．以上均不是3．如图所示是盒式磁带录音机的磁带，某同学在听录音时发现：经过，带轴上带卷的半径变为原来的．则再经过多长时间，带轴上带卷的半径变为原来的？A． B． C． D．4．如图所示，荡秋千是一种往复运动，人在秋千上可以越荡越高，这时系统的机械能是增大的．为达到越荡越高的目的，下列做法中正确的是

（

）A．在秋千由最高点荡向最低点的过程中，人由站立缓缓下蹲，当秋千到最高点时，迅速由下蹲到站立B．在秋千由最高点荡向最低点的过程中，人由下蹲缓缓站立，当秋千到最高点时，迅速由站立到下蹲C．人一直保持站立姿势D．人一直保持下蹲姿势5．如图所示，有一个中央有圆孔的薄铝板和一个比圆孔直径稍大一点的圆球，在未给铝板加热时，圆球是不能通过圆孔的。现将铝板加热，可能发生的现象是（）A．铝板加热，圆球越难通过圆孔B．铝板达到某一温度时圆球能通过圆孔，但超过该温度后圆球不能通过圆孔C．铝板超过一定温度后，圆球就能通过圆孔D．缓慢加热铝板，圆球能通过圆孔，但迅速加热，圆球不能通过圆孔6．如图所示为LC电路产生电磁振荡的一个循环过程。从图中状态（a）开始，经过一个周期又回到初始态（e），则对于方框中三个状态在该周期中出现的先后顺序正确的是（）A．①②③ B．③②① C．③①② D．②①③二、多选题7．2015年诺贝尔奖颁发给了棍田隆章（TakaakiKajita）和阿瑟·B·麦克唐纳（ArthurB．MeDonald），奖励他们分别身为各自团队中的核心研究者，和同事一起发现了中微子振荡，在粒子物理领域开辟了新的疆土。一种常见的探测中微子的方法是在氢核（即质子）上俘获中微子，生成一个正电子和一个中子，称为反贝塔衰变反应（IBD）。下面说法中正确的有（）A．反应方程式可以写为，其中为反电子中微子B．中子和正电子的静质量之和大于质子静质量，中微子的静质量趋于0C．自由的中子也可以进行衰变，产生中微子，反应方程式为D．如果被反应前质子是静止的，则产生的正电子和中子的动量之和不等于08．5G通信即将推广普及，我国自主研发设计的5G通信技术走在了世界的前列5G信号的频率分为两种，一种是6GHz以下，这个和我们目前的2/3/4G差别不算太大，还有一种频率在24GHz以上，对于这样的信号，下面说法正确的有（）A．波长大约长1cm B．波长越短准直性越好，绕射能力越弱C．频率越高可能加载的信息密度也越高 D．这样频率的电磁波对人有致癌作用9．甲、乙两车在同一平直公路上以相同速度30m/s同向行驶，甲车在前，乙车在后，两车距离100m。从时起，甲、乙两车的加速度随时间变化如图所示。取运动方向为正方向，下面说法正确的是（）A．t=3s时刻两车距离最近B．t=9s时刻两车距离为100mC．3~9s内乙车做匀减速运动D．t=9s时刻乙车速度为零10．如图所示，一团理想气体经过了一个准静态过程的循环，A→B是等温过程，B→C是等容过程，C→A是绝热过程下面说法正确的有（）A．AB状态气体内能相等B．整个循环过程外界对气体做功为正C．CA过程体系内能增加，外界对体系做功为正D．若气体为单原子分子理想气体，则AC过程满足p为常数三、实验题11．如图a是用传感器研究通断电时电路中电流变化的电路图．图中L为电感线圈，用的是实验室中变压器原理说明器的原线圈，直流电阻为r；R为定值电阻；E为直流稳压电源．电流传感器量程都取0.2A（内阻约0.5Ω），电压传感器量程取20V（内阻大于1MΩ）．主要操作过程只有两步：接通开关S，经过一定时间再断开开关S．图b是该实验采集的数据输入计算机而得到的图象，其中图线2和3的右侧段（即CK和FK）关于水平轴对称．请把以下各问题的答案填在题中横线处：（1）图线1（即图中的AHIJK）是___________采集的图线；图线2（即图中的ABCK）是____________采集的图线；图线3（即图中的ADEFK）是____________采集的图线．（2）在开关S接通后图线2表示的电流有一个逐渐上升的过程，这是因为_______．（3）电感线圈L的电阻r约为_________Ω．（4）请说明为什么图线2和3的右侧段（即CK和FK）关于水平轴对称？_______其表示的物理意义是什么？__________________________________．（5）如果将电阻R的阻值改为原来的两倍，重复上面的实验，得到的图像将会有所变化，请在图c中定性画出三个传感器采集的3条图线并如题中给出的图b那样标注1、2、3．（假定操作过程中接通开关S，再断开开关S的时间也控制得与上面一样）_______12．学过单摆的周期公式以后，物理兴趣小组的同学们对钟摆产生了兴趣，老师建议他们先研究用厚度和质量分布均匀的方木板（如一把米尺）做成的摆（这种摆被称为复摆），如图所示．让其在竖直平面内做小角度摆动，C点为重心，板长为L，周期用T表示．甲同学猜想：复摆的摆长应该是悬点到重心的距离．乙同学猜想：复摆的摆长应该大于．为了研究以上猜想是否正确，同学们进行了下面的实验探究：用T0表示板长为L的复摆看成摆长为单摆的周期计算值（），用T表示板长为L复摆的实际周期测量值．计算与测量的数据如下表：板长L/cm255080100120150周期计算值T0/s0.701.001.271.411.551.73周期测量值T/s0.811.161.471.641.802.01由上表可知，复摆的等效摆长_____（选填“大于”、“小于”或“等于”）．同学们对数据进行处理，进一步定量研究可得复摆的等效摆长L等＝_____L（结果保留二位有效数字）．四、解答题13．1964年制成了世界上第一盏用海浪发电的航标灯，它的气室示意图如图所示，利用海浪上下起伏的力量，空气能被吸进来，压缩后再推入工作室，推动涡轮机带动发电机发电，当海水下降时，阀门关闭，打开，设每次吸入压强为帕、温度为7℃的空气0.233米（空气可视为理想气体），当海水上升时，关闭，海水推动活塞绝热压缩空气，空气压强达到帕时，阀门才打开，打开后，活塞继续推动空气，直到气体全部被推入工作室为止，同时工作室的空气推动涡轮机工作，设打开后，活塞附近的压强近似保持不变，活塞的质量及活塞与筒壁间的摩擦忽略不计。问海水每次上升时所做功是多少？已知空气从压强为、体积为的状态绝热地改变到压强为，体积为的状态过程中，近似遵循关系式，1摩尔理想气体温度升高时，内能改变为（焦耳/摩尔·升）。14．有5个质量相同、其大小可不计的小木块1、2、3、4、5等距离地依次放在倾角的斜面上（如图）。斜面在木块2以上的部分是光滑的，以下部分是粗糙的，5个木块与斜面粗糙部分之间的静摩擦因数和动摩擦因数都是。开始时用手扶着木块1，其余各木块都静止在斜面上。现在放手，使木块1自然下滑并与木块2发生碰撞，接着陆续发生其他碰撞。假设各木块间的碰撞都是完全非弹性的。求取何值时木块4能被撞而5不能被撞。15．把地球简化为一个质量均匀的球体，现有一个质量为m的卫星绕地球做匀速圆周运动，证明如果选择无穷远处引力势能为0，该卫星的引力势能为，其中M为地球质量，r为卫星到地心的距离，G为万有引力常数。16．激光干沙引力波天文台（LIGO）2015年首次探测到了十亿光年外双黑洞并合产生的引力波，证实了爱因斯坦理论关于存在引力波和黑洞的预言。黑洞并合过程分为三个阶段：第一阶段（旋近阶段），两黑洞围绕系统质心在同一平面内做近似圆周的运动（见图），损失的机械能转化为引力辐射能，两者螺旋式逐渐靠近；第二阶段（并合阶段），双黑洞并合为一个黑洞；最后阶段（衰荡阶段），并合的黑洞弛豫至平衡状态，成为一个稳定的旋转黑洞。在旋近阶段，若忽略黑洞的自转和大小，则双黑洞均可视为质量分别恒为M与m的质点。它们之间距离I。随时间而逐渐减小。假定系统除了辐射引力波外无其它能量耗散，不考虑引力辐射的反作用，可用牛顿引力理论进行近似处理。(1)引力波辐射功率除了与引力常量G成正比之外，还可能与两黑洞的质量M与m、两黑洞之间的距离L、以及系统绕质心的转动惯量I、转动角速度和辐射引力波的传播速度（其大小等于真空中的光速c）有关，试选取描述转动体系辐射的三个物理量与G一起导出引力波辐射功率的表达式（假设其中可能待定的无量纲比例常数为）；(2)若在初始时刻t=0时两黑洞之间的距离为L0，且引力波辐射功率表达式中的无量纲比例常数是已知的，求两黑洞从t=0时开始绕系统质心旋转360°所需要的时间；(3)当两黑洞从t=0时开始绕系统质心旋转多少度时，它们间的距离恰好是其初始距离的一半？参考答案12345678910DACADCABDABCCDAC11

.电压传感器；

电流传感器1；

电流传感器2

线圈中电流的变化将产生自感电动势，它阻碍线圈中电流的增加，因此线圈中的电流只能从零逐渐增大．

45±4Ω．

12.

大于

0.6713．【解】海水作功可分为两个阶段来讨论1.绝热压缩阶段根据热力学第一定律，在绝热过程中海水对气体所作功等于气体内能的增量，即由于在绝热过程中，压强和体积的变化遵循关系式以及理想气体状态方程得到所以而可得2.根据题设把空气推入工作室时活塞附近压力不变，故其中为活塞面积，为活塞由气体体积是时之位置移到筒之上端的距离，而则所以海水作总功为14．或【详解】此题从动能的角度来讨论比较简捷。什么时候由于完全非弹性碰撞而结成一体的木块的动能变成零，木块即停止在斜面上。先求出质量为、速率为的质点与质量为的静止质点做完全非弹性碰撞而结成一体后剩余的动能。设为结成一体后的速率，根据动量守恒定律

①碰撞后体系剩余的动能为

②令表示原来的动能，则上式可写成

③现在讨论本题中木块碰撞后结合体的动能。在木块下滑时，势能的减少使其动能增加，而摩擦损耗又使动能减少。设各木块相距为（木块的大小不计），则木块1与2相碰之前，其动能为两者刚碰上结成一体后，动能为

④1、2结合体与木块3相碰之前，动能为其中。相碰之后动能为

⑤依次可得1、2、3结合体与木块4相碰之前动能为若此结合体与木块4能相碰（即木块4能被撞），必须符合条件：

⑥在这种情况下，两者刚相碰之后的1、2、3、4结合体的动能为

⑦若要这结合体不能与木块5相碰（即木块5不能被撞），必须符合条件：

⑧由条件⑥与⑧式可得，即

⑨，即

⑩⑨、⑩式可合写成但故必须满足的条件为或此题有一定复杂程度，但原理上无很大困难，问题在于（1）能够选用便于计算的方法（即使是用运动学公式，也是直接讨论速度平方比讨论速度便于计算些，从能量角度讨论自然要更简捷些）；（2）能够确定条件⑥与⑧式。学生有时想不到此题需要两个条件来确定值的范围。此题解法需要的技巧较高。15.设卫星从距地心r位置运动到无穷远的过程