1、第二屆全國高中應用物理知識競賽（同方創新杯）北京賽區決賽試卷注意事項：1請在密封線內填寫所在區縣、學校、姓名和考號。2用藍色或黑色鋼筆、圓珠筆書寫。3答卷過程中可以使用普通型計算器。4本試卷共有十個題，總分為150分。5答卷時間：2007年4月22日（星期日）上午9：3011：30。題號12345678910總分分數復核人得分評卷人1（9分）普通的量角器測量角度一般只能讀出1，專用的角度尺則可借助游標實現精密測量。從圖1(a)可以看出：這種角度尺上，與游標尺的一個分度所對應的主尺上的角度值為 ，因此借助游標能夠讀出的最小角度值為 。測量某個角度時游標的位置如圖1(b)，則所測的角度值為 。圖

2、1得分評卷人圖 12（15分）交流電的測量中，常使用電流互感器來擴大交流電流表的量程，使用電壓互感器來擴大交流電壓表的量程，并且可以將被測量的高壓電路隔離，以保證操作人員的安全，如圖2所示。在這種特定的情況下，互感器都可以看作理想的變壓器。為了制造的標準化，規定電流互感器的副線圈一律連接量程為0 5A的電流表，電壓互感器副線圈一律連接量程為0 100V的電壓表。T2n1n2n2n1T1請回答下面的問題：（1）圖中互感器T1 、T2的工作原理都遵守同一個基本的電學規律，即 定律。（2）圖中電表M1應為 ；M2應為 。（在下面4個答案中選擇正確的，將對應的字母填入方括號內）A直流電流表， B交流電

3、流表， C直流電壓表， D交流電壓表。（3）設圖中互感器T1的兩個線圈的匝數比n1 : n2 = 40 : 1，當它所連接的電表讀數恰好為1/2量程時，則被測電路中的被測物理量的數值是 。（4）設圖中互感器T2的兩個線圈的匝數比n1: n2 = 1: 50 ，當它所連接的電表讀數恰好為1/2量程時，則被測電路中的被測物理量的數值是 。 得分評卷人3（12分）某公司要在地鐵隧道黑暗的墻壁上安裝廣告牌。為使高速運行中的列車上的乘客能看清廣告內容，需要特殊的設計。在兩地鐵站中間的列車勻速行駛路段布置一系列同樣大小的廣告牌，它們水平排列，高度一樣，畫面均由許多發光二極管組成，并由專門的電子電路控制。每

4、個廣告牌 高0.60m、寬0.90m，相鄰兩廣告牌的間距都是0.21m，當列車在上述路段行駛的速度是60km/h時，車上的乘客可看清隧道墻壁上播放的廣告動畫（當然也可以是靜止的畫面）。（1）簡述產生上述視覺效果的原理。（2）計算發光二極管應按照怎樣的規律發光。得分評卷人R2D1D2R3R4R5R1GiittttiiABCD0000K圖 34（9分）圖3所示是多用表內交流電壓擋的實際電路。共有5擋量程：2.5V、10V、50V、250V、500V，G是直流微安表頭。請回答下面的問題：圖 4（1）由圖可知滑動鍵K與觸點“2”接觸時，選用的是量程為 的交流電壓擋。（2）二極管D1起的作用是 。（3）

5、用該表測量正弦交流電時，通過表頭G的電流圖象應為圖4所示的A、B、C、D中的 圖。圖 4得分評卷人圖5RTR1R2R3PQUACR4ABDBCBAEBSB5（15分）用熱敏電阻制作的一種熱敏溫度計電路如圖5所示。圖中RT為熱敏電阻（其阻值隨溫度的升高而減小，并且不是線性關系），R1、R2為定值電阻， R3、R4為可調電阻， E為干電池，A為指針式直流電流表（量程0 200A ，其內阻與R1、R2、R3、RT都在同一數量級）。用電流表顯示由熱敏電阻所測量的溫度值，設定測量范圍為10 90。要借助一支標準的水銀溫度計，通過實驗對這個熱敏溫度計進行校準（標定），用電流表上的0A顯示10，200A 顯

6、示90。請回答下面的問題：(1) 校準10的操作是：將熱敏電阻和標準溫度計同時放入水中，并調節水的溫度，當標準溫度計指示10時，接通開關S，調節電路中的元件 （填入某個元件的字母符號），使得 。(2) 校準90的操作是：將熱敏電阻和標準溫度計同時放入水中，并調節水的溫度，當標準溫度計指示90時，接通開關S，調節電路中的元件 （填入某個元件的字母符號），使得 。(3)上述第1項操作起的作用是 ；第2項操作起的作用是 。（在下面4個答案中選擇正確的，將對應的字母填入方括號內）A改變A、C兩點間的電壓UAC，從而改變通過電流表的電流。B改變RT與R3這兩個電阻的比值，從而使B、D兩點間的電壓UBD

7、= 0。C使流過支路ABC和支路ADC中的電流大小相等。D使R3 與RT阻值相等。(4)上述兩項操作，必須先進行第 項 ，并且在進行另一項時，必須保持元件 的阻值不變。(5)電流表兩個接線端的極性，必須是P為 、Q為 ，理由是： 。a+bSAVCR2R1E-+圖 6+得分評卷人6（15分）一種觀測電容器充、放電實驗的電路如圖6所示。圖中A、V分別為電流、電壓傳感器，滑動變阻器R1 規格為50，電阻箱R2 取值4000。實驗中，用電流傳感器、電壓傳感器、數據采集器、計算機自動測量、記錄電容器充、放電過程中一系列時刻的電流、電壓值，并由計算機描繪出電流I、電壓U隨時間t變化的圖象。實驗時，單刀雙擲

8、開關S 原來與觸點b接觸。開始采集數據后，先將S與觸點a接觸幾十秒，然后改為與b接觸幾十秒。圖7(a)、圖7(b)所示是測量某電容器所得到圖象的一部分。當電壓和電流的方向與傳感器的極性一致時，數據點位于圖象坐標縱軸的正方向。請回答下面的問題：圖 7(a)圖 7(b)0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 t/s0 5 10 15 20 25 30 35 t/sI/mAU/V1.51.0-1.00-0.5-1.50.564-40-2-6 2 (1) 圖7(a)是 過程的圖象（填：充電或放電），圖7(b)是 過程的圖象（填：充電或放電）。（2）由題中給出的圖線估算實驗所測量的電容器

9、的電容量。寫出必要的過程，并說明計算的依據。得分評卷人 a 初始平衡時 b 附身飲水時 圖9圖87（15分）“飲水鳥”是一種有趣的玩具，相傳是我國古代人發明的，外形像一只鳥（圖8是一個現代仿制品）。它的神奇之處在于，它會不停地前后擺動身體，并且每過一段時間就俯下身去喝一次面前放的一杯水。現在制造的“飲水鳥”的內部結構如圖9（a）所示。鳥主體由兩個空心薄壁玻璃球和連通兩球的玻璃管構成，他們是密封的。上部的球是鳥的頭。它的嘴是一根細管，內部填有棉線，棉線與包裹著頭部的棉布相連。下部的球是鳥的身體，其腔內充入一些易揮發的液體（如乙醚）和它的飽和汽。連接頭和身體的管延伸到下部球的腔內，液體浸過了管的末

10、端。鳥身上合適的位置安裝水平的細軸來支承，可以自由轉動。當它不工作而處于平衡狀態時如圖9（a）所示，鳥身略為向前傾斜。初始時，用手讓鳥低頭飲一次水（即讓鳥嘴碰到水面吸些水，如圖9（b）所示），釋放后，鳥會立起身來做小幅度的擺動，經過片刻，鳥便會自行俯下身去再次飲水，此后又重復上述過程，很像是一臺“永動機”。已知液體的飽和汽的壓強是隨溫度的升高而增大的，與汽的體積無關。請用此和其他相關的知識解釋“飲水鳥”的工作原理，并說明它為什么不是第一類永動機。得分評卷人圖10R2R1CADYEBK8（22分）圖10是一個簡單的自動延時電路。IC為一個具有“非”邏輯功能的集成電路，其功能是：相對于地（B點），

11、當其輸入端A的電勢UA上升到1.6V時，輸出端Y的電勢UY會突然下降到0.2V；而當UA下降到0.8V時，UY則會突然上升到 3.4V 。LED為紅色發光二極管，當加給它的正向電壓 1.8V時才會發光，正常發光時通過的額定電流為10mA。K為按鈕開關，用手按下時開關接通，放手后則自動斷開。C為100F的電解電容器，R1為20k的定值電阻。請回答下面的問題：（1）簡要說明電路的“延時”工作原理。（取E = 5.0V。分析時，忽略通過集成電路輸入端A的電流 ）。先說明初始K斷開時電路的狀態（即電容器中的電荷、UA、UY、LED是否發光等），再說明按下K時電路狀態的變化，然后說明斷開K后電路狀態的變

12、化和最終的狀態。最后指出自動延長的是哪一段時間。 （2）若要加長“延時”的時間，應當改變電路中哪個或哪幾個元件的參數？ 怎樣改變？ （3）估算與發光二極管串聯的限流電阻R2應取的阻值。（4）你設想這種電路可能有什么應用（舉出一個例子即可）。得分評卷人9（15分）液體溫度計是常見的測溫儀器，多用水銀和酒精作為測溫液體。有一本書中寫道：“由于水銀的比熱容遠小于酒精的比熱容，因此在其他條件相同的情況下，使用水銀作測溫液體，測量溫度時從被測物體處吸收的熱量比較少，即對被測物體的影響較小，因此測量較準確。”張成同學對此產生了疑問，他查找了有關水銀和酒精的有關資料，列在下面表格中：顏色沸點/熔點/比熱容/

13、kJkg-1K-1體脹系數/10-3-1粘度/10-4Pas表面張力/10-3 Nm-1密度/103kgm-3水銀銀白356-38.80.140.18215.646513.6酒精無色78. 5-117.32.431.1012.022.80.791（1）請你幫他通過計算說明上述說法是否正確。（2）請根據上述資料以及其他有關的知識，分析水銀溫度計和酒精溫度計各有哪些優點和缺點？得分評卷人lACsv0hCB圖1110（23分） 圖11所示為某運動員用背越式跳高的示意圖（為簡化問題起見，可不考慮運動員沿橫桿方向上的分運動）。他經過助跑后的起跳點為圖中的A點，A點與橫桿B間的水平距離為s。運動員身高為l

14、，身體的質心C點假設恰位于身體的正中位置。他背對橫桿起跳離地的瞬間，身體可看作一條直線，與地面成角，此時腳端的速度方向與身體在一直線上，而質心C點的速度大小為v0, 方向與地面成角（角小于角）。在他的身體到達最高點時，質心C點恰位于橫桿的正上方，離地高度為h，且此時身體可看成為一條水平直線（把運動員身體在跳起后在空中運動的過程中當作剛體處理），如圖所示。（1）試說明質心C點離地后的運動軌跡為什么與斜拋物體的運動軌跡相同。（2）若身高為1.90m的運動員要躍過2.00m的橫桿，也就是使身體的質心最高升高到約h=2.20m的高度，起跳點A與橫桿B間的水平距離s應為多少？實際跳高中，很接近90，為了

15、簡化，計算時可以把取為90來近似計算。第二屆全國高中應用物理知識競賽北京賽區決賽答案與評分標準20074221. （本題9分）角度游標：155 （3分） 5 （3分） 720（3分）2. （本題15分）（1） 法拉第電磁感應 。（3分）（2） M1應為D（3分）；M1應為B （3分）。（3） 2000 V。（3分）（4） 125 A。（3分）3（本題12分）答案：（1）利用人眼睛的視覺暫留現象。電路控制畫面使其按一定頻率閃亮。每次閃亮時，所有畫面都同時顯示同樣的內容。當列車車廂內靜止的乘客經過其中一個廣告牌時，畫面閃亮一次，而當他經過下一個廣告牌時，恰好又閃亮一次。如此繼續下去，乘客就會感覺到

16、廣告牌好像是“靜止”的，從而能看清廣告畫面的內容了。若畫面隨時間一次次(一幀幀)播放的內容相同，則乘客會看到靜止的畫面；而若畫面一次次播放的內容隨時間逐漸改變，則乘客會看到動畫。 （6分）（2）列車勻速行駛的速度為v=60km/h=16.7m/s相鄰兩廣告牌上同一位置的距離s=(0.90+0.21)m=1.11m則發光二極管閃亮的頻率f=Hz =15Hz （6分）參考圖：討論：上述答案是在閃亮周期 T = 的情況下，有最佳的視覺效果。其實在T / = nT ，n = 2、3、4 （即 、 ）的條件下，也可以看到“靜止”的畫面，但閃爍感更厲害。4. （本題9分）（1）10V （3分） （2）整流

17、 （3分） （3）D （3分） 5. （本題15分）（1）R3（1分），微安表的示值為零 （2分） （2）R4（1分） ，微安表的示值達到滿量程（2分）（3）B（2分），A（2分） （4）1（1分）， R3（1分） （5）負，正（1分），在測量的溫度高于10時，電路中D點的電勢低于B點。（2分）6（本題15分）（1）充電（3分），放電（3分） （2） 由圖2中曲線與兩個坐標軸圍成的曲邊梯形面積可求出電容器充入的電量Q，由圖3可讀出開始放電時電容器上的電壓，即充電達到的電壓U。圖2中，每個小格對應的時間為2.5s ，電流為0.1mA ，數出代表Q值的圖形面積約為46小格，依據Q = It ，求出

18、總電量Q = 460.110 -32.5C = 0.0115C 。由圖3可知U = 6.0V。依據C=Q/U，求出C =(0.0115/6.0)F= 0.00192F = 1.9210 3F。 計算結果在1920300F 范圍內均正確。（9分）7（本題15分）解答：起初，小鳥“飲水”“時，水因毛細作用經棉芯細管到包裹鳥頭部的棉布，水份在布上蒸發吸熱，使頭部玻璃腔內的蒸氣變冷，從而使“頭”中的蒸汽壓減小，于是“腹”中的蒸汽壓迫液體流向頭部（圖9（a）。當小鳥整體的重心移到支點之上時，鳥失去平衡，于是就低頭“飲”水。當小鳥俯身“飲水”時，小鳥的身體接近水平狀態（圖9（b），“腹腔”內的蒸汽與頭部蒸

19、汽連通，頭部與”腹部”的蒸汽壓平衡。由于重力作用液體流回“腹腔”中，使小鳥起身。以后便反復上述過程。 （10分）鳥的動能是由周圍空氣的內能轉化的，因此不是第一類永動機。 （ 5分）8（本題22分）答案：（1）初始狀態下，電容器C中沒有儲存電荷，UA = 0 ，則UY = 3.4V 。那么DY兩點間的電壓只有5.0-3.4 = 1.6V，所以LED不發光。按下開關，K接通，則電容器C迅速被充電，UA變為5.0V，則UY 跳變為0.2V 。于是DY兩點間的電壓變為4.8V，LED就發光了。放手后，K斷開。于是電容器C通過電阻R1開始緩慢地放電過程，使UA 從5.0V緩慢地下降，當它降到0.8V之前，IC的狀態保持不變，LED繼續發光。當UA 降到0.8V時，則UY 就跳變為3.4V ，于是LED熄滅。這個電路的作用是，K斷開后LED 不會立即熄滅，自動延長了K斷開后LED繼續發光的時間。 （10分）（2）加大C的電容 ，或加大R1的電阻，也可兩者都加大。 （4分）（3）R2 =（5.0 0.2 - 1.8）/ 0.01= 300 。 （4分）（4）控制公共通道的照明燈，洗印照片時控制曝光時間，家用電器的定時工作控制或定時報警。其他合理的設想也可以。 （4分）9（本題15分）答案：（1）“其他條件相同” 應理解為使用同一個玻璃外殼制作的溫度計，內部使用水銀或酒精作測溫液體。設