제25회 전국중학생물리경진대회 예선
1. 객관식 문제. 이 질문에는 6개의 질문이 있습니다. 각 질문은 6점의 가치가 있습니다. 각 질문에 주어진 네 가지 선택지 중 일부 질문에서는 하나만 정답입니다. 일부 질문에는 두 개 이상의 항목이 맞습니다. 각 질문 뒤의 대괄호 안의 올바른 보기 앞에 영문자를 적어주세요. 모든 올바른 선택은 6점의 가치가 있습니다. 정확하지만 불완전한 선택에는 3점이 부여됩니다. 오답을 선택하거나 답변을 하지 않은 분은 O점을 받으실 수 있습니다.
1． 그림에서 볼 수 있듯이 질량이 각각 ma와 mb인 두 개의 연결된 블록 a와 b가 매끄러운 수평 테이블 위에 놓여 있습니다. 이제 그림에 표시된 방향으로 미는 힘 Fa와 당기는 힘 Fb가 동시에 적용됩니다. Fa>Fb이면 힘 a가 b
A에 가해지는 것으로 알려져 있습니다. B를 밀어내야 합니다. 당기는 힘이 있어야 합니다
C. 미는 힘일 수도 있고 당기는 힘일 수도 있습니다. D. 아마도 0 [ ]
2입니다. 바닥 상태의 수소 원자에 빛을 조사하면 수소 원자가 이온화될 수 있습니다. 다음 중 올바른 설명은 무엇인가요
A. 빛의 강도가 충분히 강하다면 확실히 수소 원자를 이온화할 것입니다
B. 빛의 주파수가 충분히 높으면 수소 원자를 확실히 이온화할 수 있습니다
C. 광자의 에너지가 충분히 크면 확실히 수소 원자를 이온화할 것입니다
D. 조명 시간이 충분히 길면 수소 원자가 이온화될 수 있습니다
3. 그림에 표시된 것처럼 U자형 매끄러운 가이드 레일은 저항기 R이 직렬로 있고 균일한 외부 자기장에 배치됩니다. 가이드 레일 평면은 자기장의 방향에 수직입니다. 저항은 무시할 수 있지만 특정 질량을 갖는 금속 막대 ab가 가이드 레일을 가로질러 연결되어 가이드 레일을 따라 이동할 수 있습니다.
이제 정지 상태에서 시작하여 막대 a의 오른쪽에 일정한 힘 F가 가해집니다. 막대와 U자형 가이드 레일의 자체 유도를 무시하면 막대가 움직이는 동안 다음 설명 중 올바른 것은 무엇입니까?
아. 외부 자기장이 전류가 흐르는 막대 ab에 가하는 힘은 막대 ab에 작용하지만 외부 자기장의 에너지는 변하지 않습니다
B. 외력 F의 일은 항상 저항기 R
C에서 소비되는 일과 같습니다. 외부 자기장에 의해 전류가 흐르는 막대 ab에 가해지는 전력은 저항기 R
D에서 소비되는 전력과 같습니다. 저항 R
4에서 소비되는 전력에는 최대값이 있습니다. 그림과 같이 엘리베이터 바닥에 놓인 물이 채워진 용기에는 두 개의 유리관 a, b가 용기를 기준으로 고정된 위치에 삽입되어 있으며, 관의 상단은 닫혀 있고 하단은 열려 있습니다. 튜브에는 물로 밀봉된 일정량의 가스가 있습니다. 평형 상태에서 튜브 A 내부의 수위는 튜브 외부보다 낮고, 튜브 B 내부의 수위는 튜브 외부보다 높습니다. 이제 엘리베이터가 정지 상태에서 하강을 가속하게 하세요. 이 과정에서 튜브 안의 가스가 여전히 튜브 안에 갇혀 있는 것으로 알려져 있으며, 이 과정은 단열 과정으로 간주될 수 있습니다. 그러면 이 과정에서
A. a에 있는 기체의 내부 에너지는 증가하고 b에 있는 기체의 내부 에너지는 감소합니다
B. a에 있는 기체의 내부 에너지는 감소하고 b에 있는 기체의 내부 에너지는 증가합니다
C. a와 b에 있는 기체의 내부 에너지는 모두 증가합니다
D. a와 b에 있는 기체의 내부 에너지는 감소합니다
5. 그림은 균일한 두께의 얇은 유리관에서 구부러진 "이중 U자형 관"을 보여줍니다. a, b, c, d는 a와 d의 상단이 열려 있고 대기 중에 있습니다. 튜브의 수은은 b와 c의 가스 기둥 부분을 밀봉합니다. 평형에 도달하면 튜브의 수은 표면 위치는 그림에 표시된 것과 같습니다. 이제 가스 기둥의 가스 온도를 천천히 낮추십시오. c의 수은 수준이 작은 높이 Δh만큼 상승하면
A. b의 수은 수준도 △h
B만큼 증가합니다. b의 수은 수준도 상승하지만 상승 높이는 △h
C보다 작습니다. 가스 기둥의 가스 압력 감소는 높이가 △h
D인 수은 기둥에 의해 생성된 압력과 동일합니다. 가스 기둥의 가스 압력 감소는 높이가 2Δh
6인 수은 기둥에서 생성되는 압력과 같습니다. 그림에서 L은 철심에 감긴 코일이며 저항 R, R0, 전기 키 및 배터리 E와 함께 폐루프를 형성할 수 있습니다. 코일의 화살표는 코일 전류의 양의 방향을 나타냅니다. 전류가 화살표와 같은 방향으로 흐르면 전류는 양이고 그렇지 않으면 음입니다. 전기 키 K1과 K2는 모두 꺼진 상태입니다. 시간 t=0에서 전기키 K1이 켜졌다고 가정하고 일정 시간 후, 시간 t=tl에서 전기키 K2가 다시 켜진다고 가정하면 전류의 변화를 더 정확하게 나타낼 수 있다. 시간 t의 L에 있는 I가 아래에 표시되어 있습니다.
아. 그림 1B. 그림 2C. 그림 3D. 그림 4
2. 빈칸을 채우고 동그라미를 치세요. 질문에 있는 줄에 답을 입력하거나 질문에 지정된 위치에 그림을 넣으십시오. 결과만 알려주세요. 결과를 얻기까지의 과정을 적을 필요는 없습니다.
7． (8점) 저수지에 담긴 물의 양을 추정하기 위해서는 무독성 방사성 동위원소 수용액 한 병을 가져다가 병 속의 용액이 분당 6×107회 붕괴하는 것을 측정하면 알 수 있다. 이 동위원소의 반감기는 2일이다. 이제 이 용액 병을 저장소에 붓습니다. 8일이 지나면 용액이 저장소에 고르게 분포된 것으로 간주할 수 있습니다. 이때 저장소에서 1.0m3의 물 샘플을 채취하여 물 샘플이 부패하는지 측정합니다. 분당 회. 저수지의 물의 양은 약 m3입니다.
8． (8점) 직선 도로에 신호등 L1, L2, L3 3개가 차례로 설치되어 있으며, L2와 L1 사이의 거리는 80m, L3과 L1 사이의 거리는 120m입니다. 각 신호등이 녹색으로 표시되는 시간 간격은 20초이고, 빨간색으로 표시되는 시간 간격은 40초입니다. L1과 L3이 동시에 녹색으로 표시되고, L1이 10초 동안 빨간색으로 표시되면 L2가 녹색으로 표시되기 시작한다고 규정되어 있습니다. 차량은 3개의 신호등을 통과해야 합니다. 시간은 150초를 초과해서는 안 됩니다. 일정한 속도로 전진하는 자동차가 L1이 처음 녹색으로 표시되는 순간 L1을 통과한다면 이 자동차가 정지하지 않고 신호등 3개를 통과할 수 있는 최대 속도는 m/s입니다.
일정한 속도로 전진하는 자전거가 L1이 10초 동안 녹색으로 표시될 때 L1을 통과할 경우 자전거가 정지하지 않고 3개의 신호등을 통과할 수 있는 최소 속도는 m/s입니다.
9 ． (8점) 수평으로 매끄러운 탁상 위에 위치한 n개의 동일한 작은 물체 블록은 직선을 따라 배열되어 있으며 인접한 작은 물체 블록 사이에는 일정한 거리가 있습니다. 왼쪽에서 오른쪽으로 첫 번째 작은 블록은 P 1로 표시되고, 두 번째 작은 블록은 P 2로 표시되고, 세 번째 작은 블록은 P 3으로 표시되고, ... ..., 마지막 작은 블록은 가장 오른쪽의 작은 블록입니다. 이제 각각의 작은 물체에 오른쪽 방향을 가지지만 동시에 다른 크기의 속도를 부여해 보십시오. 최대 속도는 v1으로 기록되고, 최소 속도는 vn으로 기록되며, 최대 속도 사이의 각 속도는 다음과 같습니다. 최소 속도는 다음과 같습니다. 큰 것부터 작은 것까지의 속도는 v2, v3,..., vn-1로 기록됩니다. 작은 물체가 충돌할 때 충돌이 탄성 전방 충돌이고 충돌 시간이 매우 짧은 경우 최종 작은 물체 P 1, P 2, P 3,...,Pn. 속도의 크기는
10입니다. (11점) 무한히 큰 균일 전하 평면이 두 개 있는데, 하나는 양전하이고 다른 하나는 음전하입니다. 단위 면적당 전하는 동일합니다. 이제 그림과 같이 두 개의 충전 평면을 직각으로 배치합니다. 그림에서 직선 A1B1과 A2B2는 각각 양으로 대전된 평면과 음으로 대전된 평면과 종이 표면의 직교 교차점이며, O는 두 교차선의 교차점입니다.
(i) 무한히 큰 각 균일 전하 평면에서 발생하는 전기장(전계 강도 및 전위)이 대칭 특성을 갖는다는 사실에 기초하여 점 O를 전기의 영점으로 삼습니다. 전위, 오른쪽에 주어진 전체 그림에서 전기장의 전위(양전하와 음전하로 생성된 전체 전기장)가 0, 1V인 곳에서 등전위면과 종이 표면 사이의 교차선의 개략도를 그리십시오. 2V, 3V, -1V, -2V, -3V를 각각 표시하고 등전위면의 전위를 각각 표시합니다.
(ii) 각 전하면에 의해 생성된 전기장의 전계 강도가 E0 =1.0V/m이면 (i)에서 인접한 두 등전위면 사이의 거리 d =를 찾을 수 있습니다.
11. (10점) 일련의 단순 조화 횡파가 두 축(y축을 따른 진동 변위)으로 전파됩니다. x=12cm에서의 질량 요소의 진동 다이어그램은 그림 1에 표시되고 x=18cm에서의 질량 요소의 진동 다이어그램은 그림 2에 표시되는 것으로 알려져 있습니다. 이 두 가지 진동 그래프를 기반으로 이 일련의 단순 조화 횡파에 대해 어떤 확실하고 가능한 정보(예: 주파수, 파동 속도, 파장 등)를 얻을 수 있습니까?
12. (8점) 평지붕 주택의 지붕 면적은 S = 40m2입니다. 처음으로 t=24시간 동안 비가 내렸다. 빗방울은 v=5.0m/s의 속도로 수직방향으로 아주 짧은 시간 동안 지붕에 떨어진 것으로 추정된다. 반동하지 않고 즉시 흘러 나갑니다. 두 번째로 기온은 영하 몇도에 이르렀고, 24시간 동안 비가 내렸습니다. 얼어붙은 비가 모두 지붕에 떨어져 얼음층에 머물렀습니다. d=25mm로 측정된 결과, 비의 양이 같다면 얼음의 밀도는 9×102kg/m3인 것으로 알려져 있다. 위의 데이터로부터 2차 결빙비에 의해 지붕에 형성된 얼음의 압력은 N로 추정할 수 있다. 첫 번째 비 동안 지붕에 내리는 비가 충격으로 인해 지붕 전체에 작용하는 압력은 N으로 추정된다. .
13. (10점) 오실로스코프의 YY/편향 전극에 전압 u1=U0sin2πνt를 적용합니다(여기서 ν=50Hz).
동시에 그림 1과 같이 톱니파 전압 u2를 오실로스코프의 XX/편향 전극에 추가하고 그림 2의 형광 스크린에 표시되는 그래프를 그려보십시오.
어떤 이유로 그래프가 천천히 오른쪽으로 이동하는 경우 그 이유는
3. 솔루션에는 필요한 텍스트 설명, 방정식 및 중요한 계산 단계가 포함되어야 합니다. 최종 결과만 기재하는 경우에는 점수가 부여되지 않습니다. 수치 계산 문제가 있습니다. 답변에는 값과 단위가 명확하게 명시되어 있어야 합니다.
14. (14점) 전류계는 내부저항 Rg=10.0Ω을 가지며 저항 R0=44990Ω의 고정값 저항과 직렬로 연결하면 U0=50V 범위의 전압계가 될 수 있다. 이제 이 전류계를 이중 범위 전압계로 변환하십시오. 두 범위는 Uo1=5V 및 Uo2=10V입니다. 이 전압계의 5V 블록을 사용하여 DC 전원 공급 장치의 양쪽 끝에서 전압을 측정할 때 전압계의 표시는 4.50V입니다. 이 전압계의 10V 블록을 사용하여 전원 공급 장치의 양쪽 끝에서 전압을 측정하는 경우 전압계 표시는 4.80V입니다. 이 전원 공급 장치의 기전력은 얼마입니까?
15. (12점) 우주비행사가 무중력 상태에서 일하고 생활할 수 있도록 훈련시키기 위해서는 무중력 환경을 조성하는 것이 필요하다. 지구 표면 근처에서 항공기가 중력의 영향을 받아 특정 움직임을 시뮬레이션하면 항공기 조종석에서 단기적으로 완전한 무중력 상태를 달성할 수 있습니다. 이제 항공기는 속도가 v1=500m/s일 때 무중력 상태 테스트에 들어가고 속도가 v2=1000m/s일 때 무중력 상태 테스트를 종료해야 합니다. 중력 가속도 g =10m/s2. 질문:
(i) 위에 주어진 속도 요구 사항에서 특정 범위 내에서 무중력 시간 길이를 임의로 선택하려면 항공기가 어떤 종류의 동작을 시뮬레이션해야 합니까? 체중 감량 기간에 영향을 미치는 요인에 대해 정량적으로 논의해 보세요.
(ii) 항공기가 이러한 종류의 동작을 시뮬레이션할 때 선택할 수 있는 무중력 상태의 시간 범위는 얼마나 됩니까?
16． (12점) 달은 지구 주위를 원을 그리며 움직이고, 지구는 태양 주위를 도는 원을 그리며 그 궤도가 같은 평면에 있다고 가정합니다. 지구 표면의 중력 가속도 g = 9.80m/s2, 지구의 반경 R0 = 6.37×106m, 달의 질량 m=7.3×1022kg, 달의 반경 Rm=1.7×106m, 중력 상수 G로 알려져 있다 =6.67×10-11N?m2 /kg2, 달 중심과 지구 중심 사이의 거리는 약 r0m=3.84×108m
(i) 달 중심과 지구 중심 사이의 거리는 몇 일이 걸립니까? 달의 중심이 지구 중심을 중심으로 돈다는 말인가?
(ii)지구의 관찰자가 보름달을 두 번 연속으로 보는 데 며칠이 걸립니까?
(iii) 지구 주위를 도는 달의 움직임을 무시한다면 로켓이 지구 표면에서 달까지 직접 발사되는 것을 상상해 보십시오. 로켓이 달에 도달할 때의 최소 속도를 추정해 보십시오. 달 표면 (결과는 두 자리 숫자 필요) ?
17． (12개 점) 그림에서 볼 수 있듯이 1과 2는 수평 지면에 놓인 두 개의 작은 블록(입자로 간주할 수 있음)입니다. 지면과의 미끄럼 마찰 계수는 두 블록 사이의 거리가 d=입니다. 170.00m 질량은 각각 m1=2.00kg, m2=3.00kg입니다. 이제 초기 속도 v1=10m/s 및 v2=2m/s로 서로를 향해 이동합니다. 시간 t=20.0s 후에 두 블록이 충돌합니다. 충돌 후 두 블록이 달라붙습니다. 함께 움직여요. 충격 순간부터 운동이 정지될 때까지 손실된 기계적 에너지를 구합니다.
18． (11점) 스케일은 베이스, 로딩 플랫폼 Q, 레버 시스템 및 실리콘 코드로 구성됩니다. 다이어그램은 수직 평면의 등가 단면을 보여줍니다. Q는 수평 철판으로 양쪽의 수직 철판 H와 K에 의해 E와 B의 칼날에 밀착됩니다. 레버 시스템은 수평 바 DEF, ABCP, 수직 바 CF, MP 및 크로스 빔 MON으로 구성됩니다. 또한 A와 D에 각각 스케일 베이스에 눌려진 두 개의 나이프 에지가 있습니다(Q, K, H, E, B). , A, D는 종이 표면에 수직인 방향을 따라 일정한 길이를 가지며 그 단면은 그림에 표시되어 있습니다.) C, F, M, N, O, P는 모두 회전축이며 그 중 O가 위치합니다. 저울 베이스의 브라켓 OL에 고정적으로 연결되어 회전축 O가 움직이지 않도록 저울 설계시 적재대에 계량물이 없을 때 추 S는 왼쪽의 영점에 위치하며 추 고리에 있는 추는 영(0)이고, 빔 MON은 수평 상태에 있으며, 이때 수평 막대 DEF와 ABCP도 수평이고 수직 막대 CF도 수평이다. MP는 수직입니다.
무게 W로 계량할 물건을 짐 위에 올려놓았을 때
플랫폼 Q가 켜져 있을 때 W1은 B의 칼날에 대한 증가된 압력을 나타내고 W2는 E의 칼날에 대한 증가된 압력을 나타냅니다. 레버 시스템의 조정으로 인해 빔 MON은 균형을 잃고 플랫폼에서 벗어납니다. 수평 위치. 적절하게 추를 늘리거나 프리 웨이트(S)의 위치를 이동시키면 빔(MON)의 균형을 회복하여 수평 위치로 되돌릴 수 있다. 계량할 물건의 무게(질량)는 무게의 값과 무게추의 위치에 따라 결정될 수 있습니다. 계량물이 스테이지의 다른 위치에 배치되었을 때 저울이 동일한 결과를 표시할 수 있으려면 설계 시 AB, DE, AC, DF 간에 어떤 관계가 충족되어야 합니까?
19. (11점) 그림과 같이 가느다란 원통형의 균일한 유리막대는 편평한 끝면(축에 수직)과 구의 중심이 축에 위치하는 구형 끝면을 갖고 있다. 매우 얇은 광선이 축에 평행하고 축에 매우 가까운 방향으로 방출됩니다. 편평한 끝면에서 막대에 빛을 주입할 때 광선이 막대에 주입될 때 광선이 축과 교차하는 지점에서 다른 쪽 끝 표면에서 방출된 후 구면까지의 거리가 a입니다. 구형 끝면에서 광선과 막대 축의 교차점에서 구형 표면까지의 거리는 b입니다. 유리의 굴절률 n
20을 대략적으로 구해 보세요. (13점) 광자는 에너지뿐만 아니라 운동량도 가지고 있습니다. 주파수가 ν인 광자의 에너지는 hν이고 운동량은 hν/c입니다. 여기서 h는 플랑크 상수이고 c는 빛의 속도입니다. 광자가 물체의 표면에 부딪히면 가벼운 압력인 압력 효과가 생성됩니다. 반경 R = 10.0 cm의 작은 공으로 간주할 수 있는 우주 먼지가 있다고 상상해 보십시오. 그 물질은 지구와 같습니다. 태양으로부터의 거리가 지구에서 태양까지의 거리와 같습니다. . 먼지에 가해지는 태양 복사력과 먼지에 가해지는 태양 중력의 비율을 계산해 보세요. 태양 복사열이 먼지에 닿으면 먼지에 완전히 흡수되는 것으로 가정됩니다. 태양 주위를 도는 지구의 움직임은 단위 시간당 지구 궤도에서 태양 광선 방향에 수직인 단위 면적에 방출되는 태양 복사의 복사 에너지가 S=1.37인 것으로 알려져 있다. ×103W?m-2.지구 태양 중심까지의 거리 r0c=1.5×1011m, 지구 표면 근처의 중력 가속도 g=10m?s-2, 지구의 반경 R0=6.4×106rn 중력상수 G=6.67×10-11N?m2?kg-2
21. (16점) 공간에 서로 수직으로 알려진 3개의 필드가 있다고 가정합니다. 전기장 강도 E를 갖는 균일한 전기장, 자기 유도 강도 B를 갖는 균일한 자기장, 중력 가속도 g - 질량 m 및 전하를 갖는 중력장 q. 양전하를 띤 입자는 이 공간에서 움직입니다. 이동하는 동안 입자의 속도는 일정하다는 것이 알려져 있습니다.
(i) 이 입자가 어떤 종류의 운동을 하는지 논증을 통해 설명하십시오(운동의 궤적 방정식을 찾을 필요는 없습니다)
(ii) 특정 순간, 전기장과 자기장은 갑자기 모두 사라진다. 운동하는 과정에서 입자의 최소 운동에너지는 초기 운동에너지(즉, 전기장과 자기장이 서로 같을 때의 운동에너지)의 절반인 것으로 알려져 있다. 전기장과 자기장이 사라지려고 하는 순간의 입자 속도를 구해 보세요.
사진이 없는 것 같아요