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第28届全国中学生物理竞赛预赛试卷及答案

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15.(20分)图中坐标原点O (0, 0)处有一带电粒子源,向y≥0

得分 阅卷 复核 一侧沿Oxy平面内的各个不同方向发射带正电的粒子,粒子 的速率都是v,质量均为m,电荷量均为q.有人设计了一方

向垂直于Oxy平面,磁感应强度的大小为 B 的均匀磁场区域,

使上述所有带电粒子从该磁场区域的边界射出时,均能沿x轴正方向运动.试求出此边界线的方程,并画出此边界线的示意图.

得分 阅卷 复核 16.(20分)在海面上有三艘轮船,船A以速度u向正东方向航行,船B以速度2u 向正北方向航行,船C以速度22u 向东偏北450方向航行.在某一时刻,船B和C恰好同时经

过船A的航线并位于船A的前方,船B到船A的距离为a,船C到船A的距离为2a.若以此时刻作为计算时间的零点,求在t时刻B、C两船间距离的中点M到船A的连线MA绕M 点转动的角速度.

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第28届全国中学生物理竞赛预赛试卷

参考解答与评分标准

一、选择题.

答案:

1.C 2.C 3.BC 4.A 5.D 评分标准:

本题共5小题,每小题6分.全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错或

不答的得0分. 二、填空题

答案与评分标准: 6.2.5m ( 6分) 7.

3s(10 分) 5ke28. ( 6分) 2.0×10-9 (2分)

Ek?ECl9.9 ( 10 分) 10.

i.如图所示.( 8分)(图错不给分,图不准确酌情评分.)

ii.并联电阻两端的电压U0=2.3V (2分),通过电阻1的电流I10=1.2A (3分),通过电阻2的电流I20= 2.2A ( 3分)(读数第一位必须正确,第二位与答案不同,可酌情评分.)

iii.2.5 W ( 2 分), 4 .9W ( 2 分)

11.参考解答:

i.设空间站离地面的高度为H, 因为同步卫星的周期和地球自转周期相同,根据开普勒第三定律以及题意有

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(R?H)3T2?2 (1) 3(R?H0)T0即 H?(R?H0)(T2/3 (2) )?RT0代人数据得 H= 376km (3) 卫星的高度 h =H一l =356km (4)

卫星在细绳的拉力 F 和地球引力作用下跟随空间站一起绕地球作周期为 T 的圆周运动,有

GMm2?2?F?m()(R?h) (5) 2(R?h)T式中G为万有引力常量, M为地球质量.空间站在地球引力作用下绕地球作周期为 T 的圆周运动 故有 GMm?2?2??m()(R?h) (6) 2(R?h)T式中m’为空间站的质量.由(5)、(6)两式得

2?2(R?H)2F?m()(R?h)[?1] (7) 2T(R?h)将(3)、(4)式及其他有关数据代人(7)式得 F=38.2N (8)

ii.细绳脱落后,卫星在地球引力作用下绕地球运动的轨道为一椭圆.在脱落的瞬间,卫星的速度垂直于卫星与地心的连线,所以脱落点必是远地点(或近地点),由( 4)式可知,此点到地面的高度

h =356km (9) 设卫星在近地点(或远地点)的高度为h',速度为v',根据开普勒第二定律,有 (R?h?)v??根据机械能守恒,有

2?(R?h)2 (10) T1Mm12?Mmmv?2?G?m()2(R?h)2?G (11) 2R?h?2TR?h联立(10)、(11)两式并利用(6)式得

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(R?h)4 h?? (12)

2(R?H)3?(R?h)3代人有关数据有 h ' = 238km (13 ) 由(9)、(13)两式可知,远地点到地面的高度为356km,近地点到地面的高度为238km .

设卫星的周期为T ',根据开普勒第三定律,卫星的周期 T??(2R?h?h?3/2)T (14)

2R?2H代人数据得T '= 90 . 4min (15) 评分标准:本题 17 分.

第i小题9分. ( l)式2分, ( 5)式3分, ( 6)式2分, (8)式2分.

第ii小题8分. (9)、(10)式各l分, (11)式 2 分, (12)、(13)、(14)、(15)式各1分.

12.参考解答: 解法一

因为下坡时自行车匀速行驶,可知阻力大小

f=mgsinθ (1)

由题意,自行车沿斜坡匀速向上行驶时,轮盘的角速度 ??2?N (2) t设轮盘边缘的线速度为v1,由线速度的定义有

v1=ωR1 (3)

设飞轮边缘的线速度为v2,后车轮边缘的线速度为v3,因为轮盘与飞轮之间用链条连结,它们边缘上的线速度相同,即 v1=v2 (4) 因飞轮与后车轮的转动角速度相同,故有

v2R2? (5) v3R3因车轮与坡面接触处无滑动,在车后轮绕其中心轴转动一周的时间T内,车后轮中心轴前进的路程

?s?2?R3 (6 )

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而 T?2?R3 (7) v3车后轮的中心轴前进的速度即自行车行驶速度的大小

V?由以上有关各式得 V??s (8) T2?NR1R3 (9) R2t人骑自行车上坡的功率为克服阻力f 的功率加上克服重力沿斜面分力的功率,即 P=fV+mgVsinθ (10) 由(l)、(9)、(10)式

P?4mg?NR1R3sin? (11)

R2t评分标准:本题 17 分.

( l)式 3 分,求得(9 式共 8 分, (10)式5分, (11)式1分. 解法二

因下坡时自行车匀速行驶,若自行车出发点的高度为h,则克服阻力所做的功Wf等于势能的减少,有

Wf=mgh (1) 用s表示自行车行驶的路程,有

h =ssinθ (2 )

自行车沿斜坡匀速向上行驶时,骑车者所做的功W,等于克服阻力的功Wf与势能增量mgh之和,即

W=Wf+mgh (3) 设骑车者蹬踩踏板N圈到达下坡时的出发点,因踏板转N圈可使后轮转NR1/R2圈,所以自行车行驶的距离s为 s?由(1)到(4)式,得

NR1?2?R (4) R2W?4?NR1R3?mgsin? (5) R2t

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第28届全国中学生物理竞赛预赛试卷及答案

15.(20分)图中坐标原点O(0,0)处有一带电粒子源,向y≥0得分阅卷复核一侧沿Oxy平面内的各个不同方向发射带正电的粒子,粒子的速率都是v,质量均为m,电荷量均为q.有人设计了一方向垂直于Oxy平面,磁感应强度的大小为B的均匀磁场区域,使上述所有带电粒子从该磁场区域的边界射出时,均能沿x轴正方向运动.试求出此
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