2012年第七届全国高中应用物理竞赛决赛试题

第七届全国高中应用物理知识竞赛北京赛区决赛试卷

（北京171中学杯）

注意事项：

1．请在密封线内填写所在区县、学校、姓名和考号. 2．本试卷共有9个题，总分为150分.

1.（10分）常见望远镜可分为伽利略望远镜、开普勒望远镜和牛顿式望远镜. 原始的开普勒望远镜由两个凸透镜（分别作为目镜和物镜）构成.这种结构所成像是倒立的，所以要在中间增加正像系统才

能使看到的像符合观看习惯. 现在常见的前宽后窄的典型双筒望远镜多数属于开普勒望远镜，采用了双直角棱镜正像系统（图1-1）.这种系统的优

目镜

点是在正像的同时将光轴两次折叠，从而也减小了望远镜的长度和重量.

（1）请画一个简图说明经过物镜后射到第一个全反射棱

镜上的平行光如何传播.

（2）正像系统中的两个全反射棱镜应采用图1-2中的哪种放置方法？简述理由. 图1-1

图1-2

2.（12分）目前比较流行的燃气灶熄灭保护方式是热电偶式.当燃

气灶的火焰因某种原因被熄灭时，气阀自动关闭，从而保证安全. （1）为什么点火时在旋转旋钮的同时需要按住它几秒钟才能松

手？（2）请简述燃气灶热电偶式熄灭保护装置的工作原理，并画出简化的原理图（电路图）.

3.（

12分）如图3-1所示是某型号的多用表的刻度面板，刻度面板上从上向下的第三条刻度线是

AC10V刻线（细节见图3-2）.该刻度线的左边起始部分可明显看出是不均匀的.图3-3是其交流电压

挡的简化原理图.

（1）请简要说明AC10V刻线不均匀的原因.

（2）图3-3中二极管D1、D2的作用分别是什么？

图3-2

图3-1

图3-3

4.（12分）《科学技术社会辞典》物理卷“飞行鸟害”条目中写道：“飞鸟与飞机高速撞击而给飞机带来损害和事故，称为飞行鸟害.飞鸟的质量很小，但在飞机高速运动时它相对飞机的速度极大.经测

试可知，一只质量450g的鸟，在撞击时速80千米的飞机时，可产生1500牛的冲击力，如果撞在时速960千米的飞行器上，可产生21.5万牛的冲击力. 质量7.2千克的大鸟若撞在这个飞行器上，则可产生127万牛的冲击力，这个力足以使发动机遭到彻底破坏.”请通过以上文字给出的信息，估算上述7.2千克大鸟的身体长度.

5.（12分）图5-1是一种简易的电烙铁调温装置的示意图. 这种装置可有效地防止电烙铁因长时间通电过热而造成烙铁头“烧死”现象. 图中R为20W的内热式电烙铁，虚线框是附有调温装置的电

烙铁支架. 当电烙铁搁置在支架D上时，由于电烙铁的重力，支架下方的绝缘柄N推动开关K，使开关处于断开状态；当电烙铁离开支架D时，开关K下方的弹簧L推动开关使其闭合.图中P为半导体二极管. 描述二极管特性的有正向起始工作电压（一般不超过 0.7V），额定正向工作电流，反向漏电电流(μA级，甚至更小)，最高反向工作电压等.问：

（1）当电烙铁搁置在支架D上时，电烙铁实际功率约为多大？

图5-1

（2）选择图中二极管时，对其最高反向工作电压有什么要求？

6.（18分）现代先进加速度传感器是以集成电路工艺和微机械加工

工艺为基础，在硅片上制造出来的微机电系统，已被广泛应用于航空航天、汽车工业、自动化和机器人等领域.某型号的三轴加速度传

感器体积非常小，呈薄片状.当其固定于运动物体上时，可测量物体三个方向上的加速度值.传感器的三个敏感轴沿薄片长方体的三条棱，当其“TOP”面向上静止水平放置时，其输出读数为：Ax=0,Ay=0,Az=1(单位为g，g是当地重力加速度) .以其它方位静止放置时的输出读数见图6-1所示. 当其“TOP”面向上沿其Ax敏感轴正方向以加速度a（以g

图6-1

为单位）运动时，其读数为：Ax=a,Ay=0,Az=1；当其自由下落时，三个读数均为零.将该传感器“TOP”面向上水平安装于车上（即与车身底面平行），其Ax敏感轴正方向指向车头方向.当车沿某一斜坡向下运动时，传感器的三个读数分别为Ax=-0.400,Ay=0,Az=0.866.试求此时车沿斜面向下的加速度及斜面的坡度（斜面的倾角）. .

7.（20分）光盘是一种常见的信息载体，其结构可分为五层，即基板、记录层、反射层、保护层、印刷层.光盘的信息记录在密集分布于其上的光道上.光道上布满了一个个长短不一的“凹坑”（如图7-1）.

由于反射层的作用，光盘（局部地看）相当于一种一维反射光栅.利用这个光栅，可以作某些测量.现在给出下列器材：红色激光笔一支，CD光盘一张，白色光屏一个，钢卷尺1把.测量装置如图7-2所示，将光盘D和白屏P平行竖立，让激光器L位于两者之间，光束接近垂直于盘面射到盘上，则屏上会出现衍射条纹.中央最亮的光点为0级（k=0）条纹，两侧对称分布的是1级（k=1）、2级（k=2）、 等衍射条纹，各级条纹的衍射角θ不同.已知衍射公式 dsin k ，式中d为光栅常数，即光盘上相邻光道间的距离.若激光的波长λ已知，便可通过上述实验测定d值.

（1）如果要测定d，实验中需要测定哪些物理量？在图中画出示意图表示这些物理量.

（2）用测出的物理量写出刻纹之间的距离d的表达式.

图7-1 图7-2

8.（24分）小华同学为了探究弹性球与其他物体碰撞的情况，他先从网上获取如下信息：通常用恢复系数e表示两物体一维碰撞机械能损失的情况.它等于碰撞后两球的分离速度v2t v1t，与碰撞前两

v2t v1t

球的接近速度v10 v20之比，即： e 恢复系数由碰撞两物体的材料性质决

v10 v20

定.

小华的探究实验如下：让质量为10.75g，直径为26mm的塑料弹性球从80cm高处自由下落，碰到地面的瓷砖后弹起；再下落，再弹起；再下落，再弹起； ，当塑料弹性球与瓷砖碰撞10次后，还能弹起8cm. 如果不计空气阻力，并假定弹性球始终在同一竖直线上运动.

（1）请根据以上实验数据求弹性球与瓷砖碰撞的恢复系数e.

（2）请用e表示出弹性球每次碰撞过程中机械能的损失与碰撞前的机械能之比.

9. （30分）地球同步通信卫星是相对于地面静止的人造卫星.它定点在赤道上空某一确定的高度，与地球自转周期相同.它的轨道是正圆形，称为“静止轨道”.在卫星上的不同位置分别安置有小型燃气

发动机，可根据需要在某一时刻短时间点燃发动机向某个方向喷出气体，以调整卫星的姿态及轨道.发动机运行的时间相对于卫星的周期来说是很小的，所以这种调整可看作是瞬间完成的.在一堂物理课上老师提出了一个问题：如何

把一个原来位于东经90º处静止轨道上的地球同步通信卫星转移到90º±Δx（Δx≤5º）处，要求开动发动机的次数最少.某同学查阅相关资料后给出了一个方案，先让卫星进入椭圆形的“漂移轨道”，再让其回到静止轨道.图9-1是他给出的方案的示意图，其中正圆形的实线表示静止轨道，椭圆形的虚线为“漂移轨道”.请回答：

（1）按他的方案，该卫星将漂向东方还是西方？

图9-1 卫星

（2）按他的方案，该卫星完成这次转移需要至少点燃发动机几次？这几次各是向哪个方向喷出气体？各次点火的时机如何掌握？

（3）若已知地球质量为M=5.98×1024kg，卫星总质量（包括内部的仪器设备及储备的燃料）为m=200kg，万有引力恒量为G = 6.67×10-11 m3 kg-1s-2，要求卫星只在漂移轨道上转一圈，且转移量Δx恰好等于5º.点燃发动机过 …… 此处隐藏：4632字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……