文档介绍：第21届全国中学生物理竞赛预赛参考解答
一、 -10
-15
×10-27
10-19
×1019
,:反射时光频率n 不变,这表明每个光子能量hν不变.
评分标准:
,,其中结论占2分,理由占3分.
m1g
m2g
a
N1
T1
T1
二、第一次,小物块受力情况如图所示,设T1为绳中张力,a1为两物块加速度的大小, l为斜面长,则有
(1)
(2)
(3)
第二次,,两物块加速度的大小为a2,则有
(4)
(5)
(6)
由(1)、(2) 式注意到a =30°得
(7)
由(4)、(5) 式注意到a =30°得
(8)
由(3)、(6) 式得
(9)
由(7)、(8)、(9) 式可解得
(10)
评分标准
本题15分,(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)式各2分,求得(10)式再给3分
三、设电子刚进入平行板电容器极板间区域时的速度为v0,因为速度方向平行于电容器的极板,通过长度为l的极板区域所需的时间
(1)
当两极板之间加上电压时,设两极板间的场强为E,作用于电子的静电力的大小为qE方向垂直于极板由C指向D,电子的加速度
(2)
而
(3)
因电子在垂直于极板方向的初速度为0,因而在时间t1内垂直于极板方向的位移
(4)
电子离开极板区域时,沿垂直于极板方向的末速度
(5)
设电子离开极板区域后,电子到达荧光屏上P点所需时间为t2
(6)
在t2时间内,电子作匀速直线运动,在垂直于极板方向的位移
(7)
P点离开O点的距离等于电子在垂直于极板方向的总位移
(8)
由以上各式得电子的荷质比为
(9)
加上磁场B后,荧光屏上的光点重新回到O点,表示在电子通过平行板电容器的过程中电子所受电场力与磁场力相等,即
(10)
注意到(3) 式,可得电子射入平行板电容器的速度
(11)
代入(9)式得
(12)
代入有关数据求得
(13)
评分标准
本题15分.(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)式各1分,(10)式3分,(12)、(13)式各2分.
q
R
R0
O
S
四、如图所示,圆为地球赤道,S为卫星所在处,、牛顿运动定律和卫星周期T(亦即地球自转周期)可得
(1)
式中M为地球质量,G为引力常量,m为卫星质量.
另有
(2)
由图可知
(3)
由以上各式,可解得
(4)
取T = 23小时56分4秒(或近似取T = 24小时),代入数值,可得
(5)
由此可知,卫星的定位范围在东经到之间的上空.
评分标准
本题15分.(1)、(2)、(3)式各2分,(4) 、(5)式共2分,得出最后结论再给7分.
五、用E和I分别表示abdc回路的感应电动势和感应电流的大小,根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律可知
(1)
(2)
令F表示磁场对每根杆的安培力的大小,则
(3)
令a1和a2分别表示ab杆、cd杆和物体M加速度的大小,T表示绳中张力的大小,由牛顿定律可知
(4) (5)
(6)
由以上各式解得
(7)
(8)
评分标准
本题15分.(1)式3分,(2)式2分,(3)式3分,(4)、(5)、(6)式各1分,(7)、(8)式各2分.
O
i
θ
C
A
β
α
P
r
P΄
n1
n0=1
图1
六、把酒杯放平,分析成像问题.
图预解7-1
,杯底凸球面的两侧介质的折射率分别为n1和n0=,P为画片中心,由P发出经过球心C的光线PO经过顶点不变方向进入空气中;由P发出的与PO成a ,折射角为r,半径CA与PO的夹角为q ,由折射定律和几何关系可得
(1)
(2)
在△PAC中,由正弦定理,有
(3)
考虑近轴光线成像,a、i、r都是小角度,则有
(4)
(5)
由(2)、(4)、(5) 式、n0、n1、R的数值及,可得
(6)
(7)
由(6)、(7)式有
(8)
由上式及图1可知,折射线将与PO延长线相交于,.
在△CA P'中,由正弦定理有
(9)
又有(10)
考虑到是近轴光线,由(9))、(10)式可得
(11)
又有
(12)
由以上各式并