第二届全国高中应用物理知识竞赛北京决赛试题印刷Word格式.docx
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复核人
1.(9分)普通的量角器测量角度一般只能读出1°
,专用的角度尺则可借助游标实现精密测量.从图1(a)可以看出:
这种角度尺上,与游标尺的一个分度所对应的主尺上的角度值为,因此借助游标能够读出的最小角度值为.测量某个角度时游标的位置如图1(b),则所测的角度值为.
图1
2.(15分)交流电的测量中,常使用电流互感器来扩大交流电流表的量程,使用电压互感器来扩大交流电压表的量程,并且可以将被测量的高压电路隔离,以保证操作人员的安全,如图2所示.在这种特定的情况下,互感器都可以看作理想的变压器.为了制造的标准化,规定电流互感器的副线圈一律连接量程为0~5A的电流表,电压互感器副线圈一律连接量程为0~100V的电压表.
请回答下面的问题:
(1)图中互感器T1、T2的工作原理都遵守同一个基本的电学规律,即
定律.
(2)图中电表M1应为[];
M2应为[].(在下面4个选项中选择正确的,将对应的字母填入方括号内)
A.直流电流表B.交流电流表C.直流电压表D.交流电压表
(3)设图中互感器T1的两个线圈的匝数比n1:
n2=40:
1,当它所连接的电表读数恰好为
量程时,则被测电路中的被测物理量的数值是.
(4)设图中互感器T2的两个线圈的匝数比n1:
n2=1:
50,当它所连接的电表读数恰好为
量程时,则被测电路中的被测物理量的数值是.
3.(12分)某公司要在地铁隧道黑暗的墙壁上安装广告牌.为使高速运行中的列车上的乘客能看清广告内容,需要特殊的设计.在两地铁站中间的列车匀速行驶路段布置一系列同样大小的广告牌,它们水平排列,高度一样.画面均由许多发光二极管组成,并由专门的电子电路控制.每个广告牌高0.60m、宽0.90m,相邻两广告牌的间距都是0.21m,当列车在上述路段行驶的速度是60km/h时,车上的乘客可看清隧道墙壁上播放的广告动画(当然也可以是静止的画面).
(1)简述产生上述视觉效果的原理.
(2)计算发光二极管应按照怎样的规律发光.
4.(9分)图3所示是多用表内交流电压挡的实际电路.共有5挡量程:
2.5V、10V、50V、250V、500V,G是直流微安表头.请回答下列问题:
(1)由图可知滑动键K与触点“2”接触时,选用的是量程为的交流电压挡.
(2)二极管D1起的作用是.
(3)用该表测量正弦交流电时,通过表头G的电流图象应为图4所示的A、B、C、D中的图.
图4
5.(15分)用热敏电阻制作的一种热敏温度计电路如图5所示.图中RT为热敏电阻(其阻值随温度的升高而减小,并且不是线性关系),R1、R2为定值电阻,R3、R4为可调电阻,E为干电池,μA为指针式直流电流表(量程0~200μA,其内阻与R1、R2、R3、RT都在同一数量级).用电流表显示由热敏电阻所测量的温度值,设定测量范围为10℃~90℃.要借助一支标准的水银温度计,通过实验对这个热敏温度计进行校准(标定),用电流表上的0μA显示10℃,200μA显示90℃.
(1)校准10℃的操作是:
将热敏电阻和标准温度计同时放入水中,并调节水的温度,当标准温度计指示10℃时,接通开关S,调节电路中的元件(填入某个元件的字母符号),使得.
(2)校准90℃的操作是:
将热敏电阻和标准温度计同时放入水中,并调节水的温度,当标准温度计指示90℃时,接通开关S,调节电路中的元件(填入某个元件的字母符号),使得.
(3)上述第1项操作起的作用是[];
第2项操作起的作用是[].
(在下面4个选项中选择正确的,将对应的字母填入方括号内)
A.改变A、C两点间的电压UAC,从而改变通过电流表的电流.
B.改变RT与R3这两个电阻的比值,从而使B、D两点间的电压UBD=0.
C.使流过支路ABC和支路ADC中的电流大小相等.
D.使R3与RT阻值相等.
(4)上述两项操作,必须先进行第项,并且在进行另一项时,必须保持元件
的阻值不变.
(5)电流表两个接线端的极性,必须是P为、Q为,理由是:
.
6.(15分)一种观测电容器电容充、放电实验的电路如图6所示.图中A、V分别为电流、电压传感器,滑动变阻器R1规格为50Ω,电阻箱R2取值4000Ω.实验中,用电流传感器、电压传感器、数据采集器、计算机自动测量、记录电容器充、放电过程中一系列时刻的电流、电压值,并由计算机描绘出电流I、电压U随时间t变化的图象.实验时,单刀双掷开关S原来与触点b接触.开始采集数据后,先将S与触点a接触几十秒,然后改为与b接触几十秒.图7(a)、图7(b)所示是测量某电容器所得到图象的一部分.当电压和电流的方向与传感器的极性一致时,数据点位于图象坐标纵轴的正方向.
(1)图7(a)是过程的图象(填:
充电或放电),图7(b)是过程的图象(填:
充电或放电).
(2)由题中给出的图线估算实验所测量的电容器的电容量.写出必要的过程,并明计算的依据.
图8
7.(15分)“饮水鸟”是一种有趣的玩具,相传是我国古代人发明的,外形像一只鸟(图8是一个现代仿制品).它的神奇之处在于,它会不停地前后摆动身体,并且每过一段时间就俯下身去喝一次面前放的一杯水.现在制造的“饮水鸟”的内部结构如图9(a)所示.鸟主体由两个空心薄壁玻璃球和连通两球的玻璃管构成,他们是密封的.上部的球是鸟的头.它的嘴是一根细管,內部填有绵线,棉线与包裹着头部的棉布相连.下部的球是鸟的身体,其腔内充入一些易挥发的液体(如乙醚)和它的饱和汽.连接头和身体的管延伸到下部球的腔內,液体浸过了管的末端.鸟身上合适的位置安装水平的细轴来支承,可以自由转动.当它不工作而处于平衡状态时如图9(a)所示,鸟身略为向前倾斜.
a初始平衡时b俯身饮水时
图9
初始时,用手让鸟低头饮一次水(即让鸟嘴碰到水面吸些水,如图9(b)所示),释放后,鸟会立起身来做小幅度的摆动,经过片刻,鸟便会自行俯下身去再次饮水,此后又重复上述过程,很像是一台“永动机”.
已知液体的饱和汽的压强是随温度的升高而增大的,与汽的体积无关.请用此和其他相关的知识解释“饮水鸟”的工作原理,并说明它为什么不是第一类永动机.
8.(22分)图10是一个简单的自动延时电路.IC为一个具有“非”逻辑功能的集成电路,其功能是:
相对于地(B点),当其输入端A的电势UA上升到1.6V时,输出端Y的电势UY会突然下降到0.2V;
而当UA下降到0.8V时,UY则会突然上升到3.4V.LED为红色发光二极管,当加给它的正向电压≥1.8V时才会发光,正常发光时通过的额定电流为10mA.K为按钮开关,用手按下时开关接通,放手后则自动断开.C为100μF的电解电容器,R1为20kΩ的定值电阻.
(1)简要说明电路的“延时”工作原理(取E=5.0V.分析时,忽略通过集成电路输入端A的电流).先说明初始K断开时电路的状态(即电容器中的电荷、UA、UY、LED是否发光等),再说明按下K时电路状态的变化,然后说明断开K后电路状态的变化和最终的状态.最后指出自动延长的是哪一段时间.
(2)若要加长“延时”的时间,应当改变电路中哪个或哪几个元件的参数?
怎样改变?
(3)估算与发光二极管串联的限流电阻R2应取的阻值。
(4)你设想这种电路可能有什么应用(举出一个例子即可).
9.(15分)液体温度计是常见的测温仪器,多用水银和酒精作为测温液体.有一本书中写道:
“由于水银的比热容远小于酒精的比热容,因此在其他条件相同的情况下,使用水银作测温液体,测量温度时从被测物体处吸收的热量比较少,即对被测物体的影响较小,因此测量较准确.”张成同学对此产生了疑问,他查找了有关水银和酒精的有关资料,列在下面表格中:
颜色
沸点/℃
熔点/℃
比热容/kJ·
kg-1·
K-1
体胀系数/10-3℃-1
粘度/10-4Pa·
s
表面张力/10-3N·
m-1
密度/103kg·
m-3
水银
银白色
356
-38.8
0.14
0.182
15.6
465
13.6
酒精
无色
78.5
-117.3
2.43
1.10
12.0
22.8
0.791
(1)请你帮他通过计算说明上述说法是否正确.
(2)请根据上述资料以及其他有关的知识,分析水银温度计和酒精温度计各有哪些优点和缺点?
10.(23分)图11所示为某运动员用背跃式过杆跳高的示意图(为简化问题起见,可不考虑运动员沿横杆方向上的分运动).他经过助跑后的起跳点为图中的A点,A点与横杆B间的水平距离为s.运动员身高为l,身体的质心C点假设恰位于身体的正中位置.他背对横杆起跳离地的瞬间,身体可看作一条直线,与地面成β角,此时脚端的速度方向与身体在一直线上,而质心C点的速度大小为v0,方向与地面成α角(α角小于β角).在他的身体到达最高点时,质心C点恰位于横杆的正上方,离地高度为h,且此时身体可看成为一条水平直线(把运动员身体在跳起后在空中运动的过程中当作刚体处理),如图所示.
(1)试说明质心C点离地后的运动轨迹为什么与斜抛物体的运动轨迹相同.
(2)若身高为1.90m的运动员要跃过2.00m的横杆,也就是使身体的质心最高升高到约h=2.20m的高度,起跳点A与横杆B间的水平距离s应为多少?
实际跳高中,β很接近90º
,为了简化,计算时可以把β取为90º
来近似计算.
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