如圖所示，在光滑水平面上，放置著A、B兩個物體．A、B緊靠在一起．其質量分別為m_A=3kg，m_B=6kg，推力F_A作用于A上，拉力F_B作用于B上，F_A、F_B大小均隨時間而變化，其規(guī)律為：F_A=(12-2t)N，F_B=(6+2t)N．問從t=0開始，到A、B相互脫離為止，A、B的共同位移是多少？

如圖所示，在光滑水平面上，放置著A、B兩個物體．A、B緊靠在一起．其質量分別為m_A=3kg，m_B=6kg，推力F_A作用于A上，拉力F_B作用于B上，F_A、F_B大小均隨時間而變化，其規(guī)律為：F_A=(12-2t)N，F_B=(6+2t)N．問從t=0開始，到A、B相互脫離為止，A、B的共同位移是多少？

如圖所示，在光滑水平面上，放置著A、B兩個物體．A、B緊靠在一起，其質量分別為m_A=3kg、m_B=6kg，推力F_A作用于A上，拉力F_B作用于B上，F(xiàn)_A、F_B大小均隨時間而變化，其規(guī)律為：F_A=（12-2t）N，F(xiàn)_B=（6+2t）N，問從t=0開始，到A、B相互脫離為止，A、B的共同位移是________．

 如圖6所示，在光滑水平面上，放置著A、B兩個物體.A、B緊靠在一起，其質量分別為m_A=3kg，m_B=6kg，推力F_A作用于A上，拉力F_B作用于B上，F(xiàn)_A、F_B大小均隨時間而變化，其規(guī)律為F_A=（12-2t）N，F(xiàn)_B=（6+2t）N.問從t=0開始到A、B相互脫離為止，A、B的共同位移是多少？

A．選修3-3
（1）有以下說法：其中正確的是______．
A．“用油膜法估測分子的大小”實驗中油酸分子直徑等于純油酸體積除以相應油酸膜的面積
B．理想氣體在體積不變的情況下，壓強p與熱力學溫度T成正比
C．氣體分子的平均動能越大，氣體的壓強就越大
D．物理性質各向同性的一定是非晶體
E．液體的表面張力是由于液體分子間的相互作用引起的
F．控制液面上方飽和汽的體積不變，升高溫度，則達到動態(tài)平衡后該飽和汽的質量增大，密度增大，壓強也增大
G．讓一小球沿碗的圓弧型內壁來回滾動，小球的運動是可逆過程
（2）如圖甲所示，用面積為S的活塞在汽缸內封閉著一定質量的空氣，活塞上放一砝碼，活塞和砝碼的總質量為m，現(xiàn)對汽缸緩緩加熱使汽缸內的空氣溫度從T_I升高到T₂，且空氣柱的高度增加了△l，已知加熱時氣體吸收的熱量為Q，外界大氣壓強為p，問此過程中被封閉氣體的內能變化了多少？請在下面的圖乙的V-T圖上大致作出該過程的圖象（包括在圖象上標出過程的方向）．
（3）一只氣球內氣體的體積為2L，密度為3kg/m³，平均摩爾質量為15g/mol，阿伏加德羅常數(shù)N_A=6.02×10²³mol^-1，試估算這個氣球內氣體的分子個數(shù)．
B．（選修模塊3-4）
（1）下列說法中正確的是______
A．交通警通過發(fā)射超聲波測量車速，利用了波的干涉原理
B．電磁波的頻率越高，它所能攜帶的信息量就越大，所以激光可以比無線電波傳遞更多的信息
C．單縫衍射中，縫越寬，條紋越亮，衍射現(xiàn)象也越明顯
D．地面上測得靜止的直桿長為L，則在沿桿方向高速飛行火箭中的人測得桿長應小于L
（2）如圖所示，一彈簧振子在MN間沿光滑水平桿做簡諧運動，坐標原點O為平衡位置，MN=8cm．從小球經(jīng)過圖中N點時開始計時，到第一次經(jīng)過O點的時間為0.2s，則小球的振動周期為______s，振動方程的表達式為x=______cm；
（3）一列簡諧橫波在t=0時刻的波形如圖所示，質點P此時刻沿-y運動，經(jīng)過0.1s第一次到達平衡位置，波速為5m/s，那么：
①該波沿______（選填“+x”或“-x”）方向傳播；
②圖中Q點（坐標為x=7.5m的點）的振動方程y=______cm；
③P點的橫坐標為x=______m．
C．選修3-5
（1）下列說法中正確的是______
A．X射線是處于激發(fā)態(tài)的原子核輻射出的方向與線圈中電流流向相同k
B．一群處于n=3能級激發(fā)態(tài)的氫原子，自發(fā)躍遷時能發(fā)出3種不同頻率的光
C．放射性元素發(fā)生一次β衰變，原子序數(shù)增加1
D．²³⁵U的半衰期約為7億年，隨地球環(huán)境的變化，半衰期可能變短
（2）下列敘述中不符合物理學史的是______
A．麥克斯韋提出了光的電磁說
B．愛因斯坦為解釋光的干涉現(xiàn)象提出了光子說
C．湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，并首先提出原子的核式結構模型
D．貝克勒爾通過對天然放射性的研究，發(fā)現(xiàn)了放射性元素釙（Pa）和鐳（Ra）
（3）兩磁鐵各固定放在一輛小車上，小車能在水平面上無摩擦地沿同一直線運動．已知甲車和磁鐵的總質量為0.5kg，乙車和磁鐵的總質量為1.0kg．兩磁鐵的N極相對．推動一下，使兩車相向運動．某時刻甲的速率為2m/s，乙的速率為3m/s，方向與甲相反．兩車運動過程中始終未相碰，則兩車最近時，乙的速度為多大？

第七部分 熱學

熱學知識在奧賽中的要求不以深度見長，但知識點卻非常地多（考綱中羅列的知識點幾乎和整個力學——前五部分——的知識點數(shù)目相等）。而且，由于高考要求對熱學的要求逐年降低（本屆尤其低得“離譜”，連理想氣體狀態(tài)方程都沒有了），這就客觀上給奧賽培訓增加了負擔。因此，本部分只能采新授課的培訓模式，將知識點和例題講解及時地結合，爭取讓學員學一點，就領會一點、鞏固一點，然后再層疊式地往前推進。

一、分子動理論

1、物質是由大量分子組成的（注意分子體積和分子所占據(jù)空間的區(qū)別）

對于分子（單原子分子）間距的計算，氣體和液體可直接用，對固體，則與分子的空間排列（晶體的點陣）有關。

【例題1】如圖6-1所示，食鹽（N_aCl）的晶體是由鈉離子（圖中的白色圓點表示）和氯離子（圖中的黑色圓點表示）組成的，離子鍵兩兩垂直且鍵長相等。已知食鹽的摩爾質量為58.5×10^－3kg/mol，密度為2.2×10³kg/m³，阿伏加德羅常數(shù)為6.0×10²³mol^－1，求食鹽晶體中兩個距離最近的鈉離子中心之間的距離。

【解說】題意所求即圖中任意一個小立方塊的變長（設為a）的倍，所以求a成為本題的焦點。

由于一摩爾的氯化鈉含有N_A個氯化鈉分子，事實上也含有2N_A個鈉離子（或氯離子），所以每個鈉離子占據(jù)空間為 v = 

而由圖不難看出，一個離子占據(jù)的空間就是小立方體的體積a³ ，

即 a³ =  = ，最后，鄰近鈉離子之間的距離l = a

【答案】3.97×10^－10m 。

〖思考〗本題還有沒有其它思路？

〖答案〗每個離子都被八個小立方體均分，故一個小立方體含有×8個離子 = 分子，所以…（此法普遍適用于空間點陣比較復雜的晶體結構。）

2、物質內的分子永不停息地作無規(guī)則運動

固體分子在平衡位置附近做微小振動（振幅數(shù)量級為0.1），少數(shù)可以脫離平衡位置運動。液體分子的運動則可以用“長時間的定居（振動）和短時間的遷移”來概括，這是由于液體分子間距較固體大的結果。氣體分子基本“居無定所”，不停地遷移（常溫下，速率數(shù)量級為10²m/s）。

無論是振動還是遷移，都具備兩個特點：a、偶然無序（雜亂無章）和統(tǒng)計有序（分子數(shù)比率和速率對應一定的規(guī)律——如麥克斯韋速率分布函數(shù)，如圖6-2所示）；b、劇烈程度和溫度相關。

氣體分子的三種速率。最可幾速率v_P ：f(v) = （其中ΔN表示v到v +Δv內分子數(shù)，N表示分子總數(shù)）極大時的速率，v_P == ；平均速率：所有分子速率的算術平均值， ==；方均根速率：與分子平均動能密切相關的一個速率，==〔其中R為普適氣體恒量，R = 8.31J/(mol.K)。k為玻耳茲曼常量，k =  = 1.38×10^－23J/K 〕

【例題2】證明理想氣體的壓強P = n，其中n為分子數(shù)密度，為氣體分子平均動能。

【證明】氣體的壓強即單位面積容器壁所承受的分子的撞擊力，這里可以設理想氣體被封閉在一個邊長為a的立方體容器中，如圖6-3所示。

考查yoz平面的一個容器壁，P =            ①

設想在Δt時間內，有N_x個分子（設質量為m）沿x方向以恒定的速率v_x碰撞該容器壁，且碰后原速率彈回，則根據(jù)動量定理，容器壁承受的壓力

 F ==                            ②

在氣體的實際狀況中，如何尋求N_x和v_x呢？

考查某一個分子的運動，設它的速度為v ，它沿x、y、z三個方向分解后，滿足

v² =  +  + 

分子運動雖然是雜亂無章的，但仍具有“偶然無序和統(tǒng)計有序”的規(guī)律，即

 =  +  +  = 3                    ③

這就解決了v_x的問題。另外，從速度的分解不難理解，每一個分子都有機會均等的碰撞3個容器壁的可能。設Δt = ，則

 N_x = ·3N_總 = na³                         ④

注意，這里的是指有6個容器壁需要碰撞，而它們被碰的幾率是均等的。

結合①②③④式不難證明題設結論。

〖思考〗此題有沒有更簡便的處理方法？

〖答案〗有?！懊睢彼蟹肿右韵嗤乃俾蕍沿+x、?x、+y、?y、+z、?z這6個方向運動（這樣造成的宏觀效果和“雜亂無章”地運動時是一樣的），則 N_x =N_總 = na³ ；而且v_x = v

所以，P =  = ==nm = n

3、分子間存在相互作用力（注意分子斥力和氣體分子碰撞作用力的區(qū)別），而且引力和斥力同時存在，宏觀上感受到的是其合效果。

分子力是保守力，分子間距改變時，分子力做的功可以用分子勢能的變化表示，分子勢能E_P隨分子間距的變化關系如圖6-4所示。

分子勢能和動能的總和稱為物體的內能。

二、熱現(xiàn)象和基本熱力學定律

1、平衡態(tài)、狀態(tài)參量

a、凡是與溫度有關的現(xiàn)象均稱為熱現(xiàn)象，熱學是研究熱現(xiàn)象的科學。熱學研究的對象都是有大量分子組成的宏觀物體，通稱為熱力學系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)）。當系統(tǒng)的宏觀性質不再隨時間變化時，這樣的狀態(tài)稱為平衡態(tài)。

b、系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，所有宏觀量都具有確定的值，這些確定的值稱為狀態(tài)參量（描述氣體的狀態(tài)參量就是P、V和T）。

c、熱力學第零定律（溫度存在定律）：若兩個熱力學系統(tǒng)中的任何一個系統(tǒng)都和第三個熱力學系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，那么，這兩個熱力學系統(tǒng)也必定處于熱平衡。這個定律反映出：處在同一熱平衡狀態(tài)的所有的熱力學系統(tǒng)都具有一個共同的宏觀特征，這一特征是由這些互為熱平衡系統(tǒng)的狀態(tài)所決定的一個數(shù)值相等的狀態(tài)函數(shù)，這個狀態(tài)函數(shù)被定義為溫度。

2、溫度

a、溫度即物體的冷熱程度，溫度的數(shù)值表示法稱為溫標。典型的溫標有攝氏溫標t、華氏溫標F（F = t + 32）和熱力學溫標T（T = t + 273.15）。

b、（理想）氣體溫度的微觀解釋： = kT （i為分子的自由度 = 平動自由度t + 轉動自由度r + 振動自由度s 。對單原子分子i = 3 ，“剛性”〈忽略振動，s = 0，但r = 2〉雙原子分子i = 5 。對于三個或三個以上的多原子分子，i = 6 。能量按自由度是均分的），所以說溫度是物質分子平均動能的標志。

c、熱力學第三定律：熱力學零度不可能達到。（結合分子動理論的觀點2和溫度的微觀解釋很好理解。）

3、熱力學過程

a、熱傳遞。熱傳遞有三種方式：傳導（對長L、橫截面積S的柱體，Q = KSΔ

 【選做題】請從A、B和C三小題中選定兩小題作答，并在答題卡上把所選題目對應字母后的方框涂滿涂黑．如都作答，則按A、B兩小題評分．

A.（選修模塊3-3）（12分）

⑴下列說法正確的是(       )

A.在一定條件下，物體的溫度可以降到0K；

B.物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功；

C.任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減??；

D.系統(tǒng)對外做功16J，向外放熱12J，則系統(tǒng)內能減少4J。

⑵ 對于一定質量的理想氣體，下列說法中正確的是(        )

A、保持壓強不變，同時升高溫度并減小體積；

B、保持溫度不變，同時增加體積并減小壓強；

C、保持體積不變，同時增加壓強并降低溫度；

D、保持體積和壓強不變，降低溫度；

 

⑶某地區(qū)強風速為14m/s，空氣的密度為1.3kg/m³，若通過截面積為400m²的風能全部用于使風力發(fā)電機轉動，且風能的20%轉化為電能，求該風力發(fā)電機的電功率（結果保留兩位有效數(shù)字）。

 

B.（選修模塊3-4）（12分）

（1）下列說法中正確的是(        )

A.兩列機械波發(fā)生干涉現(xiàn)象，振動加強的點位移總是最大；

B.產(chǎn)生多普勒效應的原因是觀察者和波源之間發(fā)生了相對運動；

C．如圖為一列沿x軸正方向傳播的簡諧波在t=0時刻的波形圖，已知波速為10m/s，則圖中x=4m處的P質點振動方程為；

D．狹義相對論認為真空中的光速在不同的慣性參考系中總是相同的。

 

(2)已知某玻璃對藍光的折射率比對紅光的折射率大，則兩種光(       )

 A.在該玻璃中傳播時，藍光的速度較大；

 B.以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中，藍光折射角較?。?/p>

 C.從該玻璃射向空氣發(fā)生全反射時，紅光臨界角較大；

 D.用同一裝置進行雙縫干涉實驗，藍光的相鄰條紋間距較大。

 

⑶一棱鏡的截面為直角三角形ABC，∠A=30^o，斜邊AB＝a。棱鏡材料的折射率為n=。在此截面所在的平面內，一條光線以45^o的入射角從AC邊的中點M射入棱鏡，求射出點的位置（不考慮光線沿原來路返回的情況）。

 

 

C．（選修模塊3-5）（12分）

⑴下列物理實驗中，能說明粒子具有波動性的是            

A．通過研究金屬的遏止電壓與入射光頻率的關系，證明了愛因斯坦方程的正確性

B．通過測試多種物質對X射線的散射，發(fā)現(xiàn)散射射線中有波長變大的成分

C．通過電子雙縫實驗，發(fā)現(xiàn)電子的干涉現(xiàn)象

D．利用晶體做電子束衍射實驗，證實了電子的波動性

⑵氫原子的能級如圖所示．有一群處于n=4能級的氫原子，

這群氫原子能發(fā)出       種譜線，發(fā)出的光子照射某金

屬能產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象，則該金屬的逸出功應小于

     eV．

⑶近年來，國際熱核聚變實驗堆計劃取得了重大進展，它

利用的核反應方程是→．若和

迎面碰撞，初速度大小分別為v₁、v₂，、、He、的質量分別為m₁、m₂、m₃、m₄，反應后He的速度大小為v₃，方向與的運動方向相同，求中子的速度

(選取m的運動方向為正方向，不計釋放的光子的動量，不考慮相對論效應)．

 

 【選做題】請從A、B和C三小題中選定兩小題作答，并在答題卡上把所選題目對應字母后的方框涂滿涂黑．如都作答，則按A、B兩小題評分．

A.（選修模塊3-3）（12分）

⑴下列說法正確的是(        )

A.在一定條件下，物體的溫度可以降到0K；

B.物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功；

C.任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減?。?/p>

D.系統(tǒng)對外做功16J，向外放熱12J，則系統(tǒng)內能減少4J。

⑵ 對于一定質量的理想氣體，下列說法中正確的是(         )

A、保持壓強不變，同時升高溫度并減小體積；

B、保持溫度不變，同時增加體積并減小壓強；

C、保持體積不變，同時增加壓強并降低溫度；

D、保持體積和壓強不變，降低溫度；

 

⑶某地區(qū)強風速為14m/s，空氣的密度為1.3kg/m³，若通過截面積為400m²的風能全部用于使風力發(fā)電機轉動，且風能的20%轉化為電能，求該風力發(fā)電機的電功率（結果保留兩位有效數(shù)字）。

 

B.（選修模塊3-4）（12分）

（1）下列說法中正確的是(        )

A.兩列機械波發(fā)生干涉現(xiàn)象，振動加強的點位移總是最大；

B.產(chǎn)生多普勒效應的原因是觀察者和波源之間發(fā)生了相對運動；

C．如圖為一列沿x軸正方向傳播的簡諧波在t=0時刻的波形圖，已知波速為10m/s，則圖中x=4m處的P質點振動方程為；

D．狹義相對論認為真空中的光速在不同的慣性參考系中總是相同的。

 

(2)已知某玻璃對藍光的折射率比對紅光的折射率大，則兩種光(        )

 A.在該玻璃中傳播時，藍光的速度較大；

 B.以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中，藍光折射角較?。?/p>

 C.從該玻璃射向空氣發(fā)生全反射時，紅光臨界角較大；

 D.用同一裝置進行雙縫干涉實驗，藍光的相鄰條紋間距較大。

 

⑶一棱鏡的截面為直角三角形ABC，∠A=30^o，斜邊AB＝a。棱鏡材料的折射率為n=。在此截面所在的平面內，一條光線以45^o的入射角從AC邊的中點M射入棱鏡，求射出點的位置（不考慮光線沿原來路返回的情況）。

 

 

C．（選修模塊3-5）（12分）

⑴下列物理實驗中，能說明粒子具有波動性的是            

A．通過研究金屬的遏止電壓與入射光頻率的關系，證明了愛因斯坦方程的正確性

B．通過測試多種物質對X射線的散射，發(fā)現(xiàn)散射射線中有波長變大的成分

C．通過電子雙縫實驗，發(fā)現(xiàn)電子的干涉現(xiàn)象

D．利用晶體做電子束衍射實驗，證實了電子的波動性

⑵氫原子的能級如圖所示．有一群處于n=4能級的氫原子，

這群氫原子能發(fā)出       種譜線，發(fā)出的光子照射某金

屬能產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象，則該金屬的逸出功應小于

     eV．

⑶近年來，國際熱核聚變實驗堆計劃取得了重大進展，它

利用的核反應方程是→．若和

迎面碰撞，初速度大小分別為v₁、v₂，、、He、的質量分別為m₁、m₂、m₃、m₄，反應后He的速度大小為v₃，方向與的運動方向相同，求中子的速度

(選取m的運動方向為正方向，不計釋放的光子的動量，不考慮相對論效應)．

 

第十四屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題

一、(14分)1998年某地區(qū)遭受特大洪澇災害。為了抗洪搶險，急需在20h內從甲地調運65t鋼材到乙地?，F(xiàn)僅剩下一艘滿載時排水量為80t的貨船，船身(包括船員)質量約17t，已知甲、乙兩地的水路距離為80km，船行駛的平均速度為lOkm/h(不計水流速度)。

    (1)請你設計一個完成此項任務的可行性方案；

    (2)通過分析、計算，找出最佳方案。(鋼材的密度為7.9×10³kg/m³)

    

二、(18分)圖l為一種電磁爐的原理示意圖。它是利用高頻電流在電磁爐內部線圈中產(chǎn)生磁場，磁化鐵磁材料制成的烹飪鍋，在鍋體形成無數(shù)小的渦流(感應電流)而產(chǎn)生焦耳熱。同時，被磁化的鐵磁材料分子因摩擦、碰撞而發(fā)熱。從而使鍋體自身發(fā)熱達到加熱食物的目的。

  (1)使用電磁爐加熱食物時，不產(chǎn)生明火，無煙塵，無廢氣，清潔、安全、高效、節(jié)能。請寫出電磁爐在使用中可能涉及的物理知識(只寫名稱不寫內容，不少于10個可得滿分)。

(2)在使用電磁爐時，爐和鍋之間的熱是由_______傳

遞給_______的。電磁爐加熱食物的過程中消耗______

____能轉化為__________能；若用該電磁爐1次蒸熟

5個饅頭需用時間25min，那么，1次只蒸熟1個同樣

大小的饅頭大約需要________min。

(3)某款電磁爐性能參數(shù)如下表所示：

型號	額定電壓	額定功率	功率調節(jié)范圍	溫度調節(jié)范圍	熱效率
SC---16	220V50Hz	1600W	450W--1600W	70℃--2400℃	(大于)90％

    根據(jù)上表數(shù)據(jù)，若電磁爐在功率調節(jié)和溫度調節(jié)的范圍內，加熱溫度隨功率調節(jié)的變化圖象是一直線，電磁爐工作電壓正常，在1個標準大氣壓下，燒開一鍋質量為3kg、溫度為22℃的水最多需要多少時間(不計鍋吸熱及熱散失)?

    

三、(18分)有人在夏季用簡易曬水箱給水加熱用來淋浴，這不僅能節(jié)省能源，而且很方便。李明和張華想利用這樣的裝置估測太陽光對地球表面輻射的強度的大小。也就是說，太陽光垂直照射地球表面時，地球表面單位時間單位面積所獲得的能量是多少。實驗裝置如圖2所示，曬水箱內部是被涂黑的，箱體外加了保溫層，上面開口并蓋有透明玻璃板。

    在估測之前要首先弄清，透過玻璃板的太陽光能量究竟占太陽輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?李明和張華各拿一塊實驗用的玻璃板，把陽光反射到墻上的同一個地方，他們發(fā)現(xiàn)，兩塊反射光斑重疊處的強度，和太陽光直接射到地上的強度差不多。

    (1)透過玻璃板的太陽光能量占太陽輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?你在得出這個結論時做了什么假設?假設的根據(jù)是什么?

    (2)請你幫助他們設計實驗方案，并寫出具體的實驗步驟。

    (3)請你對這個實驗方案的可行性做出評價。

    

四、(18分)用電流表和電壓表測電流和電壓時，通常并不考慮儀表本身電阻對待測電路的影響，而將其視為“理想儀表”，即認為電流表的內電阻為零，電壓表的內電阻為無限大。實際上，電流表和電壓表都有一定電阻值，因而我們可以把電流表看成一個能顯示通過自身電流大小的其阻值很小的電阻；可以把電壓表看成一個能顯示自身兩端電壓大小的其阻值很大的電阻。所以，把電流表或電壓表接入待測電路時，就相當于在待測電路中串聯(lián)一個電阻，或并聯(lián)一個電阻。這樣，電流表兩端就要有一定的電壓，電壓表中就要通過一定的電流，因此實際上很難同時精確地測出待測電阻兩端的電壓和通過待測電阻的電流。

    1．現(xiàn)有一個量程為0．6A，內電阻為0．13Ω的電流表，能否用它測量某電路兩端的電壓?若不能，請說明理由。若能，請說明用它能測量的最大電壓值。

    2．現(xiàn)要精確測量一個阻值約為8Ω的電阻Rx，實驗室提供下列器材。

    ·電流表A₁：量程100mA，內電阻r₁=4Ω

    ·電流表A₂：量程500mA，內電阻r₂=750Ω

    ·電壓表V：量程10V，內電阻r₃=10kΩ

    ·變阻器R₀：阻值約10Ω·定值電阻R1：阻值為10kΩ

    ·電池E：兩端電壓約l.5V

    ·開關s、導線若干個

(1)選出你測量時所需的適當器材，并在虛線方框中畫出電路圖。

(2)需要測量哪些物理量?根據(jù)所測物理量，寫出被測電阻Rx的表達式。

    

五、(16分)圖3甲是使用汽車打撈水下重物的示意圖。汽車通過定滑輪牽引水下一個圓柱形重物，在整個打撈過程中，汽車以恒定的速度v=0．2m/s向右運動。圖3乙是此過程中汽車拉動重物的功率P隨時間t變化的圖象。設t=0時汽車開始提升重物，忽略水的阻力和滑輪的摩擦，g取10N/kg。求：

    (1)圓柱形重物的質量；(2)圓柱形重物的密度；(3)打撈前，圓柱形重物上表面所受的水的壓力。

    

六、(16分)圖4為一種電飯煲的工作原理圖。下面是王寧同學對電飯煲工作原理的研究，請你也參與共同探討。

  按下、扳起電飯煲的開關，有一種“粘連”“吸引”的感覺，取出飯鍋，發(fā)現(xiàn)電飯煲的底部有一個凸起物．它可以上下彈動，能被磁鐵吸引。王寧同學通過用

這個電飯煲做米飯和燒水來研究它的工作情況，請回答他在使用過程中發(fā)現(xiàn)的如下問題。

    (1)圖4中只有兩根外接導線，這樣的用電器有什么危害?應當怎樣加以完善?

    (2)將三腳插頭插入電源插座，不用按開關，指示燈就發(fā)亮，按下開關后，指示燈亮度不變。此時為什么開關對指示燈的亮度沒有影響?

    (3)電飯煲工作了15min，會出現(xiàn)大量“白氣”，這些“白氣”是怎樣形成的?

    (4)電飯煲工作了25min，聽到“啪”的一聲，指示燈不亮了。以此推測，感溫軟磁體的磁性可能受什么因素影響?怎樣影響?

    (5)聽到“啪”的一聲后又過了l0min，指示燈又發(fā)光，一會兒指示燈又熄滅了。分析在相同條件下，不同種類金屬的熱脹冷縮程度是否一樣?

    (6)要想獲得恒溫的溫水，你可以怎樣做?

    (7)電飯煲使用較長一段時間后，常常在飯未完全熟透時就“跳閘”，這樣就會出現(xiàn)“夾生飯”，請問這種情況電飯煲可能在什么地方出現(xiàn)了故障?為什么?

第十四屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題

一、(14分)1998年某地區(qū)遭受特大洪澇災害。為了抗洪搶險，急需在20h內從甲地調運65t鋼材到乙地。現(xiàn)僅剩下一艘滿載時排水量為80t的貨船，船身(包括船員)質量約17t，已知甲、乙兩地的水路距離為80km，船行駛的平均速度為lOkm/h(不計水流速度)。

    (1)請你設計一個完成此項任務的可行性方案；

    (2)通過分析、計算，找出最佳方案。(鋼材的密度為7.9×10³kg/m³)

    

二、(18分)圖l為一種電磁爐的原理示意圖。它是利用高頻電流在電磁爐內部線圈中產(chǎn)生磁場，磁化鐵磁材料制成的烹飪鍋，在鍋體形成無數(shù)小的渦流(感應電流)而產(chǎn)生焦耳熱。同時，被磁化的鐵磁材料分子因摩擦、碰撞而發(fā)熱。從而使鍋體自身發(fā)熱達到加熱食物的目的。

  (1)使用電磁爐加熱食物時，不產(chǎn)生明火，無煙塵，無廢氣，清潔、安全、高效、節(jié)能。請寫出電磁爐在使用中可能涉及的物理知識(只寫名稱不寫內容，不少于10個可得滿分)。

(2)在使用電磁爐時，爐和鍋之間的熱是由_______傳

遞給_______的。電磁爐加熱食物的過程中消耗______

____能轉化為__________能；若用該電磁爐1次蒸熟

5個饅頭需用時間25min，那么，1次只蒸熟1個同樣

大小的饅頭大約需要________min。

(3)某款電磁爐性能參數(shù)如下表所示：

型號	額定電壓	額定功率	功率調節(jié)范圍	溫度調節(jié)范圍	熱效率
SC---16	220V50Hz	1600W	450W--1600W	70℃--2400℃	(大于)90％

    根據(jù)上表數(shù)據(jù)，若電磁爐在功率調節(jié)和溫度調節(jié)的范圍內，加熱溫度隨功率調節(jié)的變化圖象是一直線，電磁爐工作電壓正常，在1個標準大氣壓下，燒開一鍋質量為3kg、溫度為22℃的水最多需要多少時間(不計鍋吸熱及熱散失)?

    

三、(18分)有人在夏季用簡易曬水箱給水加熱用來淋浴，這不僅能節(jié)省能源，而且很方便。李明和張華想利用這樣的裝置估測太陽光對地球表面輻射的強度的大小。也就是說，太陽光垂直照射地球表面時，地球表面單位時間單位面積所獲得的能量是多少。實驗裝置如圖2所示，曬水箱內部是被涂黑的，箱體外加了保溫層，上面開口并蓋有透明玻璃板。

    在估測之前要首先弄清，透過玻璃板的太陽光能量究竟占太陽輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?李明和張華各拿一塊實驗用的玻璃板，把陽光反射到墻上的同一個地方，他們發(fā)現(xiàn)，兩塊反射光斑重疊處的強度，和太陽光直接射到地上的強度差不多。

    (1)透過玻璃板的太陽光能量占太陽輻射到玻璃板上的能量的百分之幾?你在得出這個結論時做了什么假設?假設的根據(jù)是什么?

    (2)請你幫助他們設計實驗方案，并寫出具體的實驗步驟。

    (3)請你對這個實驗方案的可行性做出評價。

    

四、(18分)用電流表和電壓表測電流和電壓時，通常并不考慮儀表本身電阻對待測電路的影響，而將其視為“理想儀表”，即認為電流表的內電阻為零，電壓表的內電阻為無限大。實際上，電流表和電壓表都有一定電阻值，因而我們可以把電流表看成一個能顯示通過自身電流大小的其阻值很小的電阻；可以把電壓表看成一個能顯示自身兩端電壓大小的其阻值很大的電阻。所以，把電流表或電壓表接入待測電路時，就相當于在待測電路中串聯(lián)一個電阻，或并聯(lián)一個電阻。這樣，電流表兩端就要有一定的電壓，電壓表中就要通過一定的電流，因此實際上很難同時精確地測出待測電阻兩端的電壓和通過待測電阻的電流。

    1．現(xiàn)有一個量程為0．6A，內電阻為0．13Ω的電流表，能否用它測量某電路兩端的電壓?若不能，請說明理由。若能，請說明用它能測量的最大電壓值。

    2．現(xiàn)要精確測量一個阻值約為8Ω的電阻Rx，實驗室提供下列器材。

    ·電流表A₁：量程100mA，內電阻r₁=4Ω

    ·電流表A₂：量程500mA，內電阻r₂=750Ω

    ·電壓表V：量程10V，內電阻r₃=10kΩ

    ·變阻器R₀：阻值約10Ω·定值電阻R1：阻值為10kΩ

    ·電池E：兩端電壓約l.5V

    ·開關s、導線若干個

(1)選出你測量時所需的適當器材，并在虛線方框中畫出電路圖。

(2)需要測量哪些物理量?根據(jù)所測物理量，寫出被測電阻Rx的表達式。

    

五、(16分)圖3甲是使用汽車打撈水下重物的示意圖。汽車通過定滑輪牽引水下一個圓柱形重物，在整個打撈過程中，汽車以恒定的速度v=0．2m/s向右運動。圖3乙是此過程中汽車拉動重物的功率P隨時間t變化的圖象。設t=0時汽車開始提升重物，忽略水的阻力和滑輪的摩擦，g取10N/kg。求：

    (1)圓柱形重物的質量；(2)圓柱形重物的密度；(3)打撈前，圓柱形重物上表面所受的水的壓力。

    

六、(16分)圖4為一種電飯煲的工作原理圖。下面是王寧同學對電飯煲工作原理的研究，請你也參與共同探討。

  按下、扳起電飯煲的開關，有一種“粘連”“吸引”的感覺，取出飯鍋，發(fā)現(xiàn)電飯煲的底部有一個凸起物．它可以上下彈動，能被磁鐵吸引。王寧同學通過用

這個電飯煲做米飯和燒水來研究它的工作情況，請回答他在使用過程中發(fā)現(xiàn)的如下問題。

    (1)圖4中只有兩根外接導線，這樣的用電器有什么危害?應當怎樣加以完善?

    (2)將三腳插頭插入電源插座，不用按開關，指示燈就發(fā)亮，按下開關后，指示燈亮度不變。此時為什么開關對指示燈的亮度沒有影響?

    (3)電飯煲工作了15min，會出現(xiàn)大量“白氣”，這些“白氣”是怎樣形成的?

    (4)電飯煲工作了25min，聽到“啪”的一聲，指示燈不亮了。以此推測，感溫軟磁體的磁性可能受什么因素影響?怎樣影響?

    (5)聽到“啪”的一聲后又過了l0min，指示燈又發(fā)光，一會兒指示燈又熄滅了。分析在相同條件下，不同種類金屬的熱脹冷縮程度是否一樣?

    (6)要想獲得恒溫的溫水，你可以怎樣做?

    (7)電飯煲使用較長一段時間后，常常在飯未完全熟透時就“跳閘”，這樣就會出現(xiàn)“夾生飯”，請問這種情況電飯煲可能在什么地方出現(xiàn)了故障?為什么?

 【選做題】本題包括A、B、C三小題，請選定其中兩題，并在答題卡相應的答題區(qū)域內作答．若三題都做，則按A、B兩題評分．

A．(選修模塊3—3)（12分）

（1）利用油酸在水面上形成一單分子層油膜的實驗，估測分子直徑的大小．有以下的實驗步驟：

A、在邊長約40cm的淺盤里倒入自來水，深約2cm，將少許痱子粉均勻地輕輕撒在水面上；

B、將5mL的油酸倒入盛有酒精的玻璃杯中，蓋上蓋并搖動，使油酸均勻溶解形成油酸酒精溶液，讀出該溶液的體積為V(mL)

C、用滴管往盤中水面上滴1滴油酸酒精溶液．由于酒精溶于水而油酸不溶于水，于是該滴中的油酸就在水面上散開，形成油酸薄膜；

D、用滴管將油酸酒精溶液一滴一滴地滴人空量杯中，記下當杯中溶液達到1 mL時的總滴數(shù)n；

E、取下玻璃板放在方格紙上，量出該單分子層油酸膜的面積S(cm²)．

F、將平板玻璃放在淺方盤上，待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后可認為已形成單分子層油酸膜．用彩筆將該單分子層油酸膜的輪廓畫在玻璃板上．

   ①完成該實驗的實驗步驟順序應該是     ▲      ．

   ②在估算油酸分子直徑大小時，可將分子看成球形．用以上實驗步驟中的數(shù)據(jù)和符號表示，油酸分子直徑的大小約為d＝   ▲   cm．

（2）在油膜法測分子直徑的實驗中，用盆口直徑為0.4m的面盆盛水，要讓油酸滴在水面上散成單分子的油酸膜，那么油酸體積不能大于多少   ▲    m³，實驗中可以先把油酸稀釋成油酸溶液，再用特制滴管把這種油酸滴1滴到水面上.若測得1mL油酸溶液為120滴，那么1mL油酸至少應稀釋成

   ▲   mL的油酸溶液．

 

（3）質量為6.0kg、溫度為-20^oC的冰全部變成30^oC的水，后在常溫下（30^oC）全部蒸發(fā)為水蒸氣，整個過程需要吸收多少熱量？（設水在常溫下的汽化熱為L =2.4×10⁶J/kg，冰的比熱容為2.1×10³J/kg^oC，水的比熱容為4.2×10³J/kg^oC，冰的熔化熱為=3.34×10⁵J/kg）

B．(選修模塊3—4)（12分）

（1）在以下各種說法中，正確的是   ▲   

A．一單擺做簡諧運動，擺球的運動周期不隨擺角和擺球質量的改變而改變

B．光的偏振現(xiàn)象說明光具有波動性，實際上，所有波動形式都可以發(fā)生偏振現(xiàn)象．

C．橫波在傳播過程中，波峰上的質點運動到相鄰的波峰所用的時間為一個周期

D．變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場；變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場

E．在光的雙逢干涉實驗中，若僅將入射光由紅光改為綠光，則干涉條紋間距變窄

F．真空中光速在不同的慣性參考系中都是相同的，與光源、觀察者間的相對運動沒有關系

G．火車過橋要慢行，目的是使驅動力頻率遠小于橋梁的固有頻率，以免發(fā)生共振損壞橋梁

H．光導纖維有很多的用途，它由內芯和外套兩層組成，外套的折射率比內芯要大

（2）有兩個同學利用假期分別去參觀北大和南大的物理實驗室，各自在那里利用先進的DIS系統(tǒng)較準確地探究了“單擺的周期T與擺長L的關系”，他們通過校園網(wǎng)交換實驗數(shù)據(jù)，并由計算機繪制了T²～L圖像，如圖甲所示．去北大的同學所測實驗結果對應的圖線是 ▲   （選填“A”或“B”）．另外，在南大做探究的同學還利用計算機繪制了兩種單擺的振動圖像（如圖乙所示），由圖可知，兩單擺擺長之比   ▲    ．

 

 

 

 

 

 

 

（3）如圖所示，一截面為正三角形的棱鏡，其折射率為．今有一束單色光

射到它的一個側面，經(jīng)折射后與底邊平行，再射向另一側面后射出．試求 

出射光線相對于第一次射向棱鏡的入射光線偏離了多少角度？

C．(選修模塊3—5)（12分）

(1)下列說法正確的是   ▲ 

 A、太陽輻射的能量主要來自太陽內部的核裂變反應

 B、湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，表明原子具有核式結構

 C、一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，是因為該束光的波長太短

 D、按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，原子總能量增大

 E、E=mc²表明物體具有的能量與其質量成正比

 F、 β衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子所產(chǎn)生的

（2）在光滑的水平面上有甲、乙兩個物體發(fā)生正碰，已知甲的質量為1kg，乙的質量為3kg，碰前碰后的位移時間圖像如圖所示，碰后乙的圖像沒畫，則碰后乙的速度大小為  ▲  m/s，碰撞前后乙的速度方向   ▲  （填“變”、“不變”）

（3）從某金屬表面逸出光電子的最大初動能與入射光的頻率的圖像如下圖所示，則這種金屬的截止頻率是____▲____H_Z；普朗克常量是 _▲___Js．

 

 【選做題】本題包括A、B、C三小題，請選定其中兩題，并在答題卡相應的答題區(qū)域內作答．若三題都做，則按A、B兩題評分．

A．(選修模塊3—3)（12分）

（1）利用油酸在水面上形成一單分子層油膜的實驗，估測分子直徑的大?。幸韵碌膶嶒灢襟E：

A、在邊長約40cm的淺盤里倒入自來水，深約2cm，將少許痱子粉均勻地輕輕撒在水面上；

B、將5mL的油酸倒入盛有酒精的玻璃杯中，蓋上蓋并搖動，使油酸均勻溶解形成油酸酒精溶液，讀出該溶液的體積為V(mL)

C、用滴管往盤中水面上滴1滴油酸酒精溶液．由于酒精溶于水而油酸不溶于水，于是該滴中的油酸就在水面上散開，形成油酸薄膜；

D、用滴管將油酸酒精溶液一滴一滴地滴人空量杯中，記下當杯中溶液達到1 mL時的總滴數(shù)n；

E、取下玻璃板放在方格紙上，量出該單分子層油酸膜的面積S(cm²)．

F、將平板玻璃放在淺方盤上，待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后可認為已形成單分子層油酸膜．用彩筆將該單分子層油酸膜的輪廓畫在玻璃板上．

   ①完成該實驗的實驗步驟順序應該是      ▲      ．

   ②在估算油酸分子直徑大小時，可將分子看成球形．用以上實驗步驟中的數(shù)據(jù)和符號表示，油酸分子直徑的大小約為d＝   ▲   cm．

（2）在油膜法測分子直徑的實驗中，用盆口直徑為0.4m的面盆盛水，要讓油酸滴在水面上散成單分子的油酸膜，那么油酸體積不能大于多少   ▲    m³，實驗中可以先把油酸稀釋成油酸溶液，再用特制滴管把這種油酸滴1滴到水面上.若測得1mL油酸溶液為120滴，那么1mL油酸至少應稀釋成

   ▲   mL的油酸溶液．

 

（3）質量為6.0kg、溫度為-20^oC的冰全部變成30^oC的水，后在常溫下（30^oC）全部蒸發(fā)為水蒸氣，整個過程需要吸收多少熱量？（設水在常溫下的汽化熱為L =2.4×10⁶J/kg，冰的比熱容為2.1×10³J/kg^oC，水的比熱容為4.2×10³J/kg^oC，冰的熔化熱為=3.34×10⁵J/kg）

B．(選修模塊3—4)（12分）

（1）在以下各種說法中，正確的是    ▲   

A．一單擺做簡諧運動，擺球的運動周期不隨擺角和擺球質量的改變而改變

B．光的偏振現(xiàn)象說明光具有波動性，實際上，所有波動形式都可以發(fā)生偏振現(xiàn)象．

C．橫波在傳播過程中，波峰上的質點運動到相鄰的波峰所用的時間為一個周期

D．變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場；變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場

E．在光的雙逢干涉實驗中，若僅將入射光由紅光改為綠光，則干涉條紋間距變窄

F．真空中光速在不同的慣性參考系中都是相同的，與光源、觀察者間的相對運動沒有關系

G．火車過橋要慢行，目的是使驅動力頻率遠小于橋梁的固有頻率，以免發(fā)生共振損壞橋梁

H．光導纖維有很多的用途，它由內芯和外套兩層組成，外套的折射率比內芯要大

（2）有兩個同學利用假期分別去參觀北大和南大的物理實驗室，各自在那里利用先進的DIS系統(tǒng)較準確地探究了“單擺的周期T與擺長L的關系”，他們通過校園網(wǎng)交換實驗數(shù)據(jù)，并由計算機繪制了T²～L圖像，如圖甲所示．去北大的同學所測實驗結果對應的圖線是  ▲   （選填“A”或“B”）．另外，在南大做探究的同學還利用計算機繪制了兩種單擺的振動圖像（如圖乙所示），由圖可知，兩單擺擺長之比    ▲    ．

 

 

 

 

 

 

 

（3）如圖所示，一截面為正三角形的棱鏡，其折射率為．今有一束單色光

射到它的一個側面，經(jīng)折射后與底邊平行，再射向另一側面后射出．試求 

出射光線相對于第一次射向棱鏡的入射光線偏離了多少角度？

C．(選修模塊3—5)（12分）

(1)下列說法正確的是   ▲ 

 A、太陽輻射的能量主要來自太陽內部的核裂變反應

 B、湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，表明原子具有核式結構

 C、一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，是因為該束光的波長太短

 D、按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，原子總能量增大

 E、E=mc²表明物體具有的能量與其質量成正比

 F、 β衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子所產(chǎn)生的

（2）在光滑的水平面上有甲、乙兩個物體發(fā)生正碰，已知甲的質量為1kg，乙的質量為3kg，碰前碰后的位移時間圖像如圖所示，碰后乙的圖像沒畫，則碰后乙的速度大小為  ▲  m/s，碰撞前后乙的速度方向   ▲  （填“變”、“不變”）

（3）從某金屬表面逸出光電子的最大初動能與入射光的頻率的圖像如下圖所示，則這種金屬的截止頻率是____▲____H_Z；普朗克常量是  _▲___Js．