大同中学高中物理竞赛选拔赛试题（含详细答案）

大同中学高中物理竞赛选拔赛试题（含详细答案）考试时长：120分钟满分：150分适用年级：高中二年级考试说明：1.本试卷共四大题，22小题；2.答题需写出完整解题步骤，计算题无步骤仅写答案不得满分；3.重力加速度g取10m/s²，常量π取3.14。一、单项选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分。每小题只有一个正确选项）1.某物体从静止开始做匀加速直线运动，第3s内的位移为10m，则物体的加速度大小为（）A.2m/s²B.4m/s²C.5m/s²D.10m/s²2.质量为m的物块静止在倾角为θ的粗糙斜面上，现对物块施加一个竖直向上的恒力F（F＜mg），物块仍保持静止。与施加力之前相比，物块受到的摩擦力、支持力的变化情况是（）A.摩擦力减小，支持力减小B.摩擦力增大，支持力增大C.摩擦力不变，支持力减小D.摩擦力、支持力均不变3.一颗人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，若卫星的轨道半径增大为原来的2倍，不计空气阻力，则卫星的（）A.线速度变为原来的1/2B.角速度变为原来的√2/2倍C.周期变为原来的2√2倍D.向心加速度变为原来的1/24.质量为2kg的物体，在水平恒力F作用下沿水平面运动，速度随时间变化的图像如图所示（无图，已知0~2s匀加速，2~4s匀减速至静止），已知物体与水平面间的动摩擦因数为0.2，则恒力F的大小为（）A.6NB.8NC.10ND.12N5.关于电场和磁场，下列说法正确的是（）A.电场线和磁感线都是闭合的曲线B.电场强度为零的位置，电势一定为零C.通电导线在磁场中一定受到安培力作用D.负电荷在电场中受力方向与电场强度方向相反6.理想变压器原线圈接220V交流电源，原、副线圈匝数比为11:2，副线圈接阻值为4Ω的纯电阻负载，不计线圈电阻，则副线圈的输出功率为（）A.16WB.32WC.64WD.128W7.一束单色光从空气斜射入水中，下列物理量保持不变的是（）A.光速B.波长C.频率D.折射角8.一定质量的理想气体，保持体积不变，温度从27℃升高到127℃，则气体的压强变为原来的（）A.4/3倍B.3/4倍C.10/9倍D.9/10倍9.下列关于动量和机械能的说法，正确的是（）A.物体动量不变，机械能一定不变B.物体机械能不变，动量一定不变C.合外力做功为零，物体动量一定不变D.合外力冲量为零，物体机械能一定不变10.单摆摆长为L，摆球质量为m，在最低点获得初速度v，摆动过程中最大摆角小于5°，若仅将摆球质量增大为2m，则（）A.单摆周期变大B.单摆周期不变C.最大摆角变大D.最大摆角不变二、填空题（本题共6小题，每小题5分，共30分）11.自由下落的物体，落地前最后1s内的位移为45m，则物体下落的总高度为________m。12.质量为1kg的小球以4m/s的速度水平撞击竖直墙壁，反弹后速度大小为2m/s，撞击时间0.1s，则小球受到墙壁的平均作用力大小为________N。13.阻值为R的两个电阻并联后再与阻值为2R的电阻串联，总电阻为________。14.一辆汽车以恒定功率行驶，从静止开始加速，达到最大速度20m/s时，汽车受到的阻力为2000N，则汽车的功率为________W。15.标准状况下，1mol理想气体的体积为22.4L，分子数约为6.0×10²³个，则气体分子的平均间距约为________m（保留1位有效数字）。16.竖直上抛运动中，物体上升过程与下落过程经过同一位置时，速度大小________、机械能________（填“相等”或“不等”，不计空气阻力）。三、实验题（本题共2小题，共20分）17.（10分）探究匀变速直线运动速度与时间的关系实验（1）实验中需要用到的器材有________（填序号）。①打点计时器②天平③刻度尺④秒表⑤低压交流电源（2）实验中打出的纸带，相邻计数点时间间隔为0.1s，测得x₁=1.2cm，x₂=3.2cm，x₃=5.2cm，则物体的加速度大小为________m/s²。（3）打下第2个计数点时，物体的瞬时速度为________m/s。18.（10分）测定电源的电动势和内阻实验（1）实验原理为________（写公式）。（2）实验中采用滑动变阻器________（填“限流接法”或“分压接法”）即可满足实验要求。（3）多次测量记录电压U、电流I数据，绘制U-I图像，图像纵轴截距表示________，图像斜率绝对值表示________。四、计算题（本题共4小题，共60分。解答需写出必要文字说明、公式和演算步骤）19.（12分）一个质量为5kg的物体，从倾角为37°的光滑斜面顶端由静止滑下，斜面长度为10m，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求：（1）物体沿斜面下滑的加速度大小；（2）物体滑到斜面底端的速度大小；（3）物体下滑的总时间。20.（14分）如图，水平面上有一质量为M=4kg的木板，木板上静置一质量m=1kg的物块，物块与木板间的动摩擦因数μ₁=0.4，木板与地面间的动摩擦因数μ₂=0.1。现用一水平恒力F=12N拉动木板，求：（1）物块和木板的加速度大小；（2）拉动2s时，物块与木板的相对位移。21.（16分）如图所示电路，电源电动势E=12V，内阻r=1Ω，定值电阻R₁=3Ω，R₂=6Ω，滑动变阻器R₃最大阻值为12Ω。求：（1）R₁、R₂并联后的总电阻；（2）滑动变阻器接入电路阻值为6Ω时，电路的总电流；（3）滑动变阻器接入阻值多大时，电源输出功率最大，最大输出功率为多少。22.（18分）质量为M=3kg的光滑凹槽静止在光滑水平地面上，凹槽内有一质量m=1kg的小球，以v₀=8m/s的水平速度向左运动，与凹槽左侧挡板发生弹性碰撞，不计一切摩擦。求：（1）第一次碰撞后小球和凹槽的速度大小和方向；（2）第一次碰撞后，小球向右运动、凹槽向左运动，二者再次相遇的时间；（3）系统最终的运动状态及机械能损失总量。参考答案及详细解析一、单项选择题（每小题4分，共40分）1.答案：B解析：初速度为零的匀加速直线运动，第n秒内位移公式：xₙ=½a[n²-(n-1)²]。代入n=3，x₃=10m，得10=½a(9-4)，解得a=4m/s²。2.答案：A解析：未施加F时，支持力N=mgcosθ，摩擦力f=mgsinθ。施加竖直向上的F后，等效重力变为mg-F，支持力N'=(mg-F)cosθ，摩擦力f'=(mg-F)sinθ，故摩擦力、支持力均减小。3.答案：C解析：卫星万有引力提供向心力，GMm/r²=mv²/r=mω²r=m(4π²/T²)r=ma。推导得v∝1/√r，ω∝1/r√r，T∝√r³，a∝1/r²。r变为2倍，T变为2√2倍。4.答案：A解析：由v-t图像规律，0~2s加速、2~4s减速，加速、减速时间相等，加速度大小相等。设加速加速度为a，减速阶段仅受摩擦力，μmg=ma₂，a₂=2m/s²，故a₁=2m/s²。加速阶段F-μmg=ma₁，代入数据得F=6N。5.答案：D解析：电场线不闭合，A错误；电势零点人为规定，场强为零电势不一定为零，B错误；通电导线与磁场平行时不受安培力，C错误；负电荷受力方向与场强方向相反，D正确。6.答案：B解析：变压器电压比U₁/U₂=n₁/n₂，代入得U₂=40V。输出功率P=U₂²/R=1600/4=32W。7.答案：C解析：光的频率由光源决定，传播过程中频率不变；光从空气入水，光速减小，波长减小，折射角小于入射角。8.答案：A解析：等容变化，查理定律p₁/T₁=p₂/T₂。热力学温度T₁=300K，T₂=400K，故p₂=4/3p₁。9.答案：A解析：动量不变则速度大小、方向均不变，物体动能、重力势能均不变，机械能一定不变，A正确；机械能不变可能是匀速圆周运动，动量方向变化，B错误；合外力做功为零，动能不变，但速度方向可能变化，动量变化，C错误；合外力冲量为零，动量不变，但机械能可能变化，D错误。10.答案：B解析：单摆周期公式T=2π√(L/g)，周期与摆球质量无关，质量改变周期不变；初速度不变，摆球初动能不变，质量增大，最大重力势能不变，最大摆角减小。二、填空题（每小题5分，共30分）11.125解析：设总下落时间为t，最后1s位移x=½gt²-½g(t-1)²=45m，解得t=5s，总高度H=½gt²=125m。12.60解析：取反弹速度方向为正方向，动量定理Ft=mv₂-mv₁，F×0.1=1×2-1×(-4)，解得F=60N。13.2.5R解析：两R并联电阻为R/2，串联2R后总电阻R总=2R+R/2=2.5R。14.4×10⁴解析：最大速度时牵引力等于阻力，P=Fv=fv=2000×20=4×10⁴W。15.3×10⁻⁹解析：单个分子占据体积V₀=V/Nₐ，分子间距d≈³√V₀，代入数据计算得d≈3×10⁻⁹m。16.相等；相等解析：不计空气阻力，竖直上抛运动为匀变速运动，同一位置动能相等、机械能守恒，速度大小相等、机械能相等。三、实验题（共20分）17.（10分）（1）①③⑤（4分）解析：实验无需测质量、无需秒表计时，打点计时器可计时，故选①③⑤。（2）2.0（3分）解析：逐差法Δx=aT²，Δx=2cm=0.02m，T=0.1s，解得a=2.0m/s²。（3）0.42（3分）解析：中间时刻瞬时速度等于平均速度，v₂=(x₁+x₂)/2T=(0.012+0.032)/0.2=0.42m/s。18.（10分）（1）E=U+Ir（2分）（2）限流接法（2分）解析：该实验只需测量多组U、I数据，限流接法可满足要求，操作更简便。（3）电源电动势；电源内阻（每空3分，共6分）四、计算题（共60分）19.（12分）解：（1）斜面光滑，物体仅受重力和支持力，沿斜面合力mgsin37°=ma代入数据得：a=gsin37°=6m/s²（4分）（2）由匀变速位移速度公式v²=2aL代入L=10m、a=6m/s²，得v=√120=2√30m/s≈10.95m/s（4分）（3）由L=½at²，得t=√(2L/a)=√(20/6)=√(10/3)≈1.83s（4分）20.（14分）解：（1）先判断物块与木板是否相对滑动物块最大加速度由最大静摩擦力提供：aₘ=μ₁g=4m/s²对木板受力分析：F-μ₁mg-μ₂(M+m)g=Ma₂代入数据：12-4-5=4a₂，解得a₂=0.75m/s²＜4m/s²故物块、木板无相对滑动，二者加速度相等，a=0.75m/s²（7分）（2）二者相对静止，相对位移为0（7分）21.（16分）解：（1）R₁、R₂并联总电阻：R₁₂=(R₁R₂)/(R₁+R₂)=(3×6)/9=2Ω（4分）（2）R₃=6Ω时，外电路总电阻R外=R₁₂+R₃=8Ω由闭合电路欧姆定律，总电流I=E/(R外+r)=12/9=4/3A≈1.33A（6分）（3）电源输出功率最大条件：外电阻等于内阻，即R外=r=1ΩR₁₂=2Ω固定，无法满足R外=1Ω，故滑动变阻器接入阻值越小，输出功率越大R₃=0时，R外=2Ω，最大输出功率Pₘ=I²R外=[12/(2+1)]²×2=32W（6分）22.（18分）解：（1）弹性碰撞，动量守恒、机械能守恒取向左为正方向，动量守恒：mv₀=mv₁+Mv₂机械能守恒：½mv₀²=½mv₁²+½Mv₂²代入数据解得：v₁=-4m/s（向右，大小4m/s），v₂