2018年度全国高中物理应用知识竞赛试题

1、2018年度全国高中应用物理竞赛试卷注意事项:1 .请在密封线内填写所在地区、学校、姓名和考号。2 .用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。3 .答卷过程中可以使用普通型计算器。4 .本试卷共有三个大题，总分为150分。5 .答卷时间：2018年4月7日（星期六）上午9:30?11:30。噩号一一二总分12341234分数复核人一、本题包括11小题，考生只需做10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。请把符合题目要求的选项的序号填入题后的（）内。全选对的得5分，选不全的得3分，有选错或不选的得分。得分评卷人1 .如图1所示，消防队员在进

2、行训练时有一项爬绳练习，如果队员用双手握住竖直的绳索匀速攀上和匀速下滑时，绳索对他的摩擦力分别为F上和F下，那么关于F上和F下的下列说法中正确的是（）A. F上向上F下向下，F上与F下等大B. F上向下F下向上，F上大于F下C. F上向上F下向上，F上与F下等大D. F上向上F下向下，F上大于F下2.由乎地磁场的作用，可有效地减少来自宇宙射线中的高能带电粒子对地球的侵袭”。若宇宙射线中一颗带负电的粒子从太空沿指向地心方向射向地面,近时的实际运动方向可能是（）则哲它在接近地球附A.竖直向下Bo偏西斜向下Co偏东斜向下D.偏北斜向下3。电铃的结构原理如图2所示，如果在使角过程中发现这个、电铃小锤敲

3、击铃的频率过，现要将敲击频率调高一些,则下列措施中一定可行的是（）Ao适当提高电的电压B.增大小锤的质量Co换用更软一点的簧片D.将电源改用交流电来供电4.由青岛大学学生自主设计研发的墙壁清洁机器人，利用8只爪子”上的吸盘吸附在接触面上，通过这8只爪子”的交替伸缩吸附，就能在竖直墙壁和玻璃上行走并完成清洁任务。如图3所示，假设这个机器人在竖直玻璃墙面上由A点沿直线爬行”到右上方B点，在这一过程中，若此机器人8只爪子”所受玻璃墙对它的摩擦力的合力为F,则下列受力分析图中可能正确的是（）BCD5。天宫一号”目标飞行器于2011年9月9日发射升空，2013年9月已圆满完成了各项预定的任务，并超期服役

4、到2016年3月16日正式终止数据服务，全面完成里其历史使命，预计2018年受控”坠落，坠落过程中由于受轨道上稀薄空气的影响，轨道高度会逐渐降低，最终其主体部分会在大气层中完全烧毁，天宫一号”在进入稠密大气成燃烧前，随着运行轨道的降低，其（）A。重力势能逐渐减少，动能逐渐增加B。动能逐渐增加，机械能减少Co动能、重力势能和机械能均逐渐减少D.绕地球运行一周所用的时间越来越少6。小明在公园如围墙处避雨时，他观察到由于围墙的挡风作用，雨滴从墙檐土滴落几乎是竖直向下的，当下落的雨滴经过围墙上的窗口时，有从窗P吹出的风使雨滴的下落方向发生变化，下图中描述了沿平行于墙壁从西向东方向观察时雨滴的下落轨迹，

5、其中最接真实情况的是（）7。如图7所示为一种延时开关的电路原理图，当S1同合时，电磁铁F将衔铁D吸下，通过触点C线路被接通，当S1断开时，衔铁D并不是立即被弹簧拉起来，而是延迟一段时间，才被弹簧拉起来，从而触点分离切断C线路，对于这个延时开关的工作情况，下列说法中正确的是（）A.由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用B.由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用C.如果断开开关S2,无延时作用D.如果断开开关S2,延时将变长8.物理课上，老师作了一个奇妙的跳环实验”，如图8所示，她把带有铁芯的线圈L直立在水平桌面上，并将其与开关S和电源用导线连接起来后，把一铝制套环置于线圈L上

6、，且使铁芯穿过套环。闭合开关s的瞬间，套环立刻向上跳起.若铁芯足够长，则（）A.若保持开关闭合，套球的位置会不断升高B.若保持开关闭合，套环最终会停留在某一高度上C.若保持开关闭合，套环跳起到某一高度后将回落D.套环处于静止后再断开开关，则套环将重新向上跳起9 .冰上表演刚开始时，甲、乙两人都静止不动，随着优美的音乐响起，他们在相互猛推一下对方后分别向相反方向运动，用录像记录两人的运动情况，截取录像中的两帧画面的情况如图9所示。假定两人的冰鞋与冰面的动摩擦因数相同则下列说法中正确的是（）A.在推的过程中，甲推乙的力小于乙推甲的力B.在推的过程中，甲推乙的时间等于乙推甲的时间C.两人刚分开时，甲

7、的速度比乙的速度小Do两人分开后，甲的加速度比乙的加速度小请考生注意：下面的第10、11两个小题中，只选择一个题做答。若两个小题均做答，则只按第10两题的解答情况给分10 .医院有一种先进的检测技术-一彩超,就是向病人体内发射一定频率的超声波，超声波，就可知道血液的流卜歹U措施经血液反射后被专用仪器接收，测出反射波相对发射波的频率变化速。这一技术利用了下列哪个物理学原理（）A。偏振规象B。波的衍射，Co波的干涉D.多普勒效应11 .如图10所示为一种简易温度计构造示意图，左右两根内径粗细均匀的竖直玻玻璃管下端通过软管相连接，在管中灌入某种液体后环境的温度。重复上述操作，便可在左管上方标注出不同

8、的温度亥L将左管上端通过橡皮塞插入小烧瓶中。调节右管的高度，使左右两管的液面相平，在左管液面位置标上相应的温度刻度。多次改变烧瓶所在度，为了增大这个温度计在相同温度变化时液面变化的高度,中可行的是（）A。增大液体的密度B。增大烧瓶的体积Co减小左管的内径D.减小右管的内径、本题包括5小题，考生只需做4小题，共40分，请按题目的要求做简要的回答。得分评卷人1. （10分）音涂喷泉在水泵作用下随着音东的节律坚直向上喷出水柱，粗细、高低不同的水柱形成美妙的景观。实际上，当我们仔细观察时，会发现在喷口流量相同且无风的情况下，喷出的水柱在空中上升阶段并不是粗细均匀的，而是在竖直方向上一头粗、一头细。请你

9、说明上升阶段的水柱是上端较粗还是下端较粗，并说明水柱呈现该形态的原因。得分评卷人2. （10分）在化工厂、制药厂、医学检验等工作中经常需要将在液体中的微小颗粒沉淀析出，为此苛将待分离液体静置一段较长的时间，这种方法称内重力沉淀”法，也可以使用离心分离器（如图12所示）在较短时间内将液体中的微小颗粒沉淀析出，称为离心沉淀”法，试分析这种离心沉淀”为什么比重力沉淀”快？得分评卷人3. （10分）电磁轨道炮是利用磁场对通电导体的作用使炮弹加速的，其原理示意图如图12所示，图中直流电源电动势为巳电容器的电容为C,两根固定的平行金属导轨间距为d.长度为1,导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大少为B的匀

10、强磁场（图中未画出），炮弹可视为质量为m,电阻为R的金属棒MN,垂直放在两导轨间的最左端并处于静止状态，开关S接1,使电容器完全充电，然后将开关S接至2,MN开始向右加速运动。在MN沿导轨运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，请说明:（1）开关S接至2后的发射炮弹过程中，电容器中原来储存的电能将转化为哪些能量?（2）在电源电动势E一定的条件下要想提高炮弹射出时的速度，可以采取哪些措施?请考生注意：下面的第4、S两个小题中，只选择一个题做答，若两个小题均做答，即只按第4小题的解答情况给分4. （10分）在我国北方的冬天，即便气温很低，一些较深的河流、湖泊、池塘里的水一般也得分评卷人不会冻结到底，鱼

11、类还可以在水面结冰的情况下安全过冬，试解释水不会冻结到底的原因？5. （10分）小明到九寨沟游览后在整理照片时发现，许多风景照片都有这样的共性：如图14所示，池水清澈见底，近处水面下的景物都看得很清楚，而远处水面下的景物却看不清楚，在远离岸边的水面上只能看到山和树木的倒影，且这些倒影明显没有真实景物那样明亮.请说明上述两种现象形成的原因。三、本题包括5小题，考生只需做4小题，每小题15分，共60分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步H聚。只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中得分评卷人必须明确写出数值和单位。1. （15分）由于卫星发射场地点不在赤道上，因此在发射地球同步

12、静止轨道卫星时，需要先将卫星发射到与赤道平面有一定夹角的转移轨道上，然后再经过调整使卫星进入地球同步静止轨道.卫星在转移轨道上的远地点时恰通过赤道上空，并且离地面高度恰等于地球同步静止轨道的高度，此时通过发动机暂短时间点火，给卫星一个附加的速度，使卫星恰好能沿地球同步静止轨道运行。如果卫星的质量为1。此处数可以改一下），此时4t,其飞经赤道上空时的速度为1。5103m/s（为计算方便，转移轨道平面£同步轨道 平面卫星的高度与同步轨道的高度相同，飞行的轨道平面与赤道曾 平面赤道平面之间的夹角为30,如图15所示若不计大气阻力和卫星质量的变化，己知地球半径为6。4103m,结果保留1位有

13、效数字.求：（1）为完成这次调整发动机至少需要做多少功（2）调整过程中发动机对卫星所施的冲量评卷人2. （15分）在研究跳水运动员在水中所受阻力的情况以及设计跳水场地水池深度时，可以用金属和橡胶制作一个运动员模型，在它头部携带有压力传感器，模型入水后传感器可通过计算机显示出水对模型的等效阻力f的量值随其入水的深度y变化的函数曲线.己知这个模型的总质量m=60kg,并可将其视为长度1=1。65m、直径d=0。25m的圆柱体.这个模型头向下从高于水面H=10m的跳台自由落下入水后，计算机上显示出的f-y变化曲线如图16所示。通过用计算机拟合图线可知，该曲线可近似看作椭圆的一部分，该椭圆的长、短轴y

14、分别与坐标轴Oy和Of办重合。椭圆与y轴相交于y=h处，与f轴交于？?=等如。为了确保运动员跳水时的安、,全，估算水池中水的深度h至少应等于多少？°"3. （15分）在研究某种未知气体时，有时需要分析气体原子的组成.如图17所示，让某种中性气体分子进入电离室A,在那里被电离成等离子体（等离子体就处在高温下电离的气体，其中包含有带正电和带负电的粒子，中性气体电离后带负电的粒子是电子，带正电的是正离子）。这些粒子从电离室缝S1飘出（飘出速度可视为0）,随即进入S1与S2之间的加速电场被加速，然后粒子从缝S2垂直进处入匀强磁场，当双刀双掷开关的触刀掷向1、2时，粒子经过半个圆周期

15、后打在底片上的p点，己知缝0与p之间的et国F距离为d1=2。0cm。当双刀双掷开关的触刀掷向3、4时，粒子打在底片上的Q点，己知缝&与Q点间在平行S2P方向上距离：为d2=6。4cm.磁场宽度d=30cm。假设种子的质量mn=mp,且约为华：*一二电子质量me的1800倍，即mn=mp=1800me。试确定这种气体原一子的质子数和中子数。请考生注意：下面的第4、5两个小题中，只选择一个题做答。若两个小题均做答，则只按得分评卷人第4小题的解答情情况给分。4。（15分）潜水艇的贮气筒与水箱相连后，水箱便排出水，使潜水艇浮起。某潜水艇贮气简的容积是,当贮气筒中的空气压入水箱2m3,其上的气

16、压表显示内部贮有压强为2Xl07Pa的压缩空气，在一次潜到海底作业后的上浮操作中利用简内的压缩空气将水箱中体积为10m3水排出了潜水艇的水箱，此时气压表显示筒内剩余空气的压强是9。5Xl06pa,设在排水过程中压缩空气的温度不变，试估算此潜水艇所在海底位置的深度。5.（15分）小明在参观科技馆时，发现了一张地震波波速与地球内部构造的关系图，如图18所示。其中A和B分别表示两列不同的地震波其速度大小随在地下深度的变化，右侧为地球内部结构随深度的分布情况.在地表下平均33km处（大陆部5000分）（或海洋面下7km）,纵横波的传播速度都明显增加，这一不连续面叫莫霍界面。在地下2900km深处，纵横

17、两列地震波中有一列波速度突然下降，另一列波则完全消失，这一不连续面叫古登堡界面。由于莫霍界面上下物质都是固态，其力学性质区别不大，所以将地壳和软流圈以上的地幔统称为岩石圈.地球的中心为地核，半径为3473km左右。地核又可分为外核和内核.根据上图回答下列问题：（1）图中的A、B两列波，哪一列是横波？并说明判断的依据。（2）中国地震台网正式测定：2018年2月12日18时31分在河北廊坊市永清县（北纬39.37度，东经116。67度）发生4。3级地震，震源深度20kmo请问当时处于廊坊市永清县的人感到大地是先上下颠簸后左右摇摆，还是先左右摇摆后上下颠？iSH Jul s 1因地震会同时产生图中的

18、A、B两列波，估算当地居民感受到A、B这两列列波的时间差大约多少秒？并简要说明估算的过程程，结果只要求保留1位有效数字。201X年度全国高中应用物理竞赛参考解答和评分标准说明H块阻上提伊的本考鼾答除选样碟外不一定都是哪通通的"对,那些与此用答不阿的正确赭答同fTlTT,加缶七¥分标液只拈伯特思路LJj法哈出的*在HI卷过程中会出现善冲小时情况，可按触本评分惊准的希杵定出真体处理办法，但不霎与本狎分析舞南投大偏高.机时用通是按照分步方法幻分的，片与生井未写出这个式,而在文字表达嗯以后的解班过程中反唳丁这一步轼向杵用分没有写出任何式于理文字说明.只第出搞后结枭的,不游得分.4-

19、参考解答中的数字靖果是按演有效的字的运罚要求哈出的.但对考牛不限要求.不要因为有效数字的信误而扣分.5.在后定奖时*如果得分相同的人数超过联箕名霞，从而疏于选拔，可对待选试卷遵行加分评刊,加分评判的基本依朋昆：方法简便.应加分；提出考种正确解法.应加分：试卷衣达旗布，条理清幽.循充分利用敷学工n,应掘分.U）所用方泣或总理不是课本所胪的.具有创新性，应加分：卜述整理的执行鄢需由竟要领导小加敝出现定省统一分配文励名馥的由省决定，地、市分配奖励名喉的由地.市初定）*一，*H共10小明，般小K3分.共50分*】C2.B3.A4-ADS.ARD6.C7,BC乱B9.BC10,D【*睦二、*母包括5小度

20、，考，只需4小题一共4Q分.1. ci。身）从事口*出的水的流量o-w是定册，即水喷出的初速度相同*5BS在竖直方向上.索运动2分触位时间出里的根的体根小受随看水向上运初.附在不断变小时.横赦面积£在不断增大一因此上升翰期的水柱呈现的形态是上端较粗二苏二二、2. 门。分下设告内装有费度为例的液体，内有密度为尸体积为公的懑小颗敕时于“力沉淀”法f痕孙木.门由方11网景力t重力（？口以摩，浮力Fi：上3窗，（因下沉速度很小，可驾鼎帖那国力M由牛第二定律利事整卜执的加速度为：/=喳物方，均=口_包）g村寓海er汛，与离心分离孤品新试管式曲淖席皿高淳旋转时，两试管几乎处于水平状左，国分离的n

21、勒鼻集中到送管的虐.，n为防化同，只分析得水平方向空方情况，也中，个号打一相距人佛根为也的小谦清，则其记功用宿的向心力为：jfIit向4力JtJW15*"x.T.».».d-.«.-.*.-*.-.H*-rl-封若在该批不是4V的小催it面代上收在藏体中的体枳为占产的独,则此他随离心分离等旋转所需的向心力为工朽片MWw1，;、1;J分而周蹲的凝悻篇矍供的向心力只需斤内A*，二，分由于户K，所以冉，即*轴用国液体时它产生的他用力小于它所需的向心力，硬粒便向管底，下沉”（周忽略谓体时的粘母力不算下沉加速度为12分快.,高心沉淀”法可以通过人为F；川喟太阳，便

22、皿。旦，从而实现“离心玩淀”比"重力沉踪"更+,.U*）分I一上,.3 .门0分）炮弹的动能,炮弹与导轨摩擦产生的内哈悒弹对空气的摩泉嗯登寺盟电流通过导轨和垠弹产生的竹耳热；电路中电流变北向外辐射的电阻腿.（其他正确的说注同样第I页共4页得分.每项I分，共，分）tDM小E城大队常大山懵大&增大灯等，。【他正确的说法同片用分，用顶1分，共5分）4 （I0分）由于水的特姆内部玷均，从4c列09,体积地温出的肾低而增大，达到口£后开始结2分入秋冬季啰,叮治开始卜降，河流、热泊，池雌也的水的先受冷，需度变大而沉到水底，形成对流，到达4匕时气温如果再降低上层水反而陈

23、服，密度变小，对流停止，“漂浮”在水面上，形成个“董子”.而下面的水*热也导他央内晡但由广水是热的不良导仆这祥疏M是比粒慢的，八八1f*一3分及面水的温度先于下面的水肾至0匕.开始纳冰.冰的密度比水小所以一直浮在水而上而不下沉.冰卜面的水,从_1_到卜温度为0匕到4C,如果再降混，就会从上到下逐渐结冰2分由于通过热传导g向上散热出较慢,丹旦有地她由候下向上传导，因此冻结的速度是次慢的*只要气潮不太低或低温时间不长.加上湖泊、池塘中的水较深，水是不会被陈透的，冰就不会门给到水底.-二,.一,3分5 .（10分）水面下景物反射出来的光.在水与空气的界面发生反射和折射水下用岸边越远的疑物反射出来的光

24、射向岸边观察者时的入射角越大，折射出水面的光质强度（能量）越的（少）因此与离岸边较近的景物比，看起来会觉得暗一些.反映到照片上也就不太清16了3分另外,由于拍照时视场的大部分范围被实际景物和水面下近疗景物所占据，所以相机鼻允时就根据这些景物的亮度进行了调盥,这就使得水而下远离岸边的景物的用光用显得千足，因此产生了更暗.甚至看不到的感觉:&.,2分对面岸上景物在水面上所成倒影的过程，是景物应时的尤射到水面上再反射后进入相机成像的给果”：*2分景物反射的光直接注入相机成像.比经水面反射后再进入和机成像的光的强度要强一些，所以照片中实际景物比反射后成像的“景物-要显得明亮一些.$分三、本题包

25、括S小IL考生只需做4小题，每小.15分，共60分1.35分）（1）设地球同步卫星的康埴为描、轨道隼柱为入运动速率为M地球质量为时、半径为大自转周期为T，根据万有引力定律加向心力公式则有亦又因GMm/R2-mg.u_,联立解得r-4.3*10Tm.4，；二二二3分收=2口”=3,1乂10'm/s工:2分根挺动能定理可知，从初速度所1.5区1伊向，变为末速度331xl伊m/s,发动机需要做的功W="m（3-炉V2=5*1TJ二3力（2）初速度田I.5kI伊Wji沿东偏北N00介L与所求的附加速度丫合成后达宏、一一的合速度为正乐方向的wTlxKPm/寄,然后根据这一抽物出的模型画

26、出图11次再所示的矢量图，便可根据余弦定理进行计算；,图Av - yjv1 + - 2vovf cos 3（f =1.9*10Ws： 根据动量定理可知，所施冲大小小厢4片3#的密曲53分rim运畸员刚接触水血到全身浸入水中，受重力冲（恒力，做正功），阻力/（变力，做负功）和浮力R（受力，做负功）的件用.所殳阻力和浮力都岫着人体入水深度的指加而变化C1D运动员全Q浸入水中到刚接触水池底而，受重:力，依恒力，做正功），阻力/（嗅:力做负功），浮力F1（恒力，做负功）的作用.依矗意，为保证运动员庙安全,水池中水的小深度为力，意为坦动员接触水池底面时速度为零，即vdO*根据上面分析，对运动员运动的整个

27、-8CU过程，由动能定理得：BV%.J%H仍限分其中,%;为重力的功；评右占m式H4A）*”2分口片为浮力B的功：J=-pgSL/t-L）=xd'pgL（h-L）.：；2ib必!为浮力K的功，的为阻力/"的功浮力用和用力/均为交力,它们的功可orT-|-用图象法求w*-卜T对用-C过程，以运动员入水时的位置为零点，解面向下为正方向隹立"坐标L一'-C如图2。所示.当人体入水深度为V时.尸严.*为圆柱体裁面积浮力向y题运动员入水深度y的变化关系如图23所示.图22心做功的最假等于图2-3曲线下的面积"-1-r''d工Wn=一陷望，=jfI?腐二vfpgL23分,JFi2248同理，由图象法求得；町=-ngmgA = jpng/j * 联立上述方程.并代入数据将:?分 【分.1分3.U5分）当双刀双掷开关加触刀掷向1、2时，M所在板板接电源货极,S所在极板按电源正极，因此只有负离子（即电子）从电离室缝8进入加速电场被加速，之后以缝&亚宜进入匀强破场.依左手定则判断出电