Preguntas y respuestas preliminares del XXVI Concurso Nacional de Física.

1. Preguntas de opción múltiple. Hay ***5 preguntas en esta pregunta, cada pregunta vale 7 puntos. Entre las cuatro opciones dadas en cada pregunta, algunas preguntas tienen solo una correcta y otras tienen múltiples opciones correctas. Después de cada pregunta, escriba la letra de la respuesta correcta entre corchetes. Se otorgan 7 puntos por todas las respuestas correctas, 3 puntos por respuestas correctas pero incompletas y 0 puntos por respuestas incorrectas o ninguna respuesta.

1. En la imagen, A, B, C y D son las placas de dos condensadores de placas paralelas, y E es la batería, que está muy separada. Conecte el terminal positivo de E a A y C, y el terminal negativo de E a B y D. Una vez cargado el condensador, retire el cable. En este momento, se sabe que la carga de A es mayor que la carga de C. Este estado se llama estado original. Ahora supongamos que dos cables están conectados dos veces desde el estado original de la siguiente manera: la primera vez, A y C están conectados con un cable, y B y D están conectados con otro cable, la segunda vez, A y D están conectados con un cable, y otro cable está conectado. Un cable conecta B y C. Retire inmediatamente los cables después de cada conexión. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta? [ ]

A. Después de la primera conexión, el voltaje entre a y b cae, y el voltaje entre cy d aumenta.

B. Después de la primera conexión, el voltaje entre A y B y entre C y D permanece sin cambios.

C. Después de la segunda conexión, uno de los voltajes entre A y B y entre C y D sube y el otro baja.

D. Después de la segunda conexión, el voltaje entre A y B y el voltaje entre C y D cayeron.

2. Como se muestra en la figura, dos varillas cilíndricas hechas de diferentes conductores metálicos con la misma longitud y área de sección transversal están conectadas en serie en ambos extremos de una fuente de alimentación de CC. Se sabe que la masa de la varilla A es menor que la masa de la varilla B, la masa molar del metal de la varilla A es menor que la masa molar de la varilla B y la resistencia de la varilla A es mayor que la resistencia de la varilla B, suponiendo que cada átomo de cada metal proporciona el mismo número de electrones libres (portadores). Cuando la corriente alcanza un estado estacionario, si hay un campo eléctrico en A y B, se puede considerar como un campo eléctrico uniforme. La conclusión correcta a continuación es []

A. La intensidad del campo eléctrico en ambas varillas es igual a cero.

B. La intensidad del campo eléctrico en las dos varillas no es igual a cero, y la intensidad del campo eléctrico en A es mayor que la intensidad del campo eléctrico en b.

La velocidad de movimiento direccional del transportador en las dos varillas debe ser igual.

La velocidad del movimiento direccional de los transportistas en D.A debe ser mayor que la velocidad en b.

3. Inserte un tubo de vidrio delgado con un diámetro interior uniforme y extremos huecos en el agua verticalmente, con parte del tubo por encima del agua. Ahora selle el extremo superior del tubo con los dedos, selle una cierta cantidad de aire en el tubo de vidrio, su volumen está representado por V0, luego levante el tubo de vidrio verticalmente lejos de la superficie del agua, en este momento el volumen de gas sellado; en el tubo de vidrio es V1 finalmente, levante el tubo de vidrio. El tubo se gira 900 grados en el plano vertical para que el tubo de vidrio quede en posición horizontal y el volumen de gas encerrado en el tubo de vidrio sea V2; Luego

A.V1>V0≥V2B .V2C .V1=V2>V0D .V1>V0, V2>V0

4 Una pizarra lo suficientemente larga ubicada sobre una mesa horizontal en. estado estático. Se coloca un bloque de grafito (que puede considerarse como una partícula) en la pizarra. Hay fricción entre el bloque de grafito y la pizarra, y el coeficiente de fricción por deslizamiento es μ. De repente, haga que la pizarra se mueva en línea recta a una velocidad constante y el bloque de grafito dibujará trazos negros en la pizarra. Después de un cierto período de tiempo t, la pizarra se detiene repentinamente y ya no se mueve. Cuando el bloque de grafito finalmente deja de moverse, la longitud de la marca negra en el tablero blanco puede ser (se sabe que la aceleración de la gravedad es g, excluyendo la masa perdida durante la fricción y el rayado entre el grafito y el tablero). [ ]

A.B. v0 t

C.v0 t— μgt2 D .

5. Como se muestra en la Figura 1, se conecta un capacitor ideal con capacitancia c. en serie Ambas resistencias son R, y luego se conectan a ambos extremos de la fuente de alimentación de CC con fuerza electromotriz e a través de la llave eléctrica K. Se ignora la resistencia interna de la fuente de alimentación y se apaga la llave eléctrica K. En t=0, la llave K se cierra para completar el circuito. En la Figura 2, se dan seis gráficos A, B, C, D, E y F del voltaje V que cambia con el tiempo t. Ahora, seleccione tres gráficas para representar el voltaje entre dos puntos en función del tiempo t en los circuitos 1, 2, 3 y 4 que se muestran en la Figura 1.

La correcta de las siguientes cuatro opciones es [].

A, B, C y D. Árabe, inglés, francés. b, D, e, D. C, D, E

En segundo lugar, completa los espacios en blanco y dibuja las preguntas. Escriba su respuesta en la línea de la pregunta o coloque la imagen en el lugar designado en la pregunta. Mientras se proporcione el resultado, no es necesario escribir el proceso para obtener el resultado.

6. (8 puntos) Las antenas de radar tradicionales se basan en antenas giratorias para buscar objetivos en todas direcciones en el aire, lo que afecta gravemente a la velocidad de búsqueda. El "radar" moderno es un "radar de matriz en fase", que es un conjunto de antenas compuesto por decenas de miles de pequeñas antenas de sólo unos pocos centímetros o menos. La pequeña antena emite ondas electromagnéticas coherentes y su fase inicial se puede ajustar mediante una computadora, cambiando así la dirección de una fuerte interferencia espacial, desempeñando el papel de escanear y buscar rápidamente objetivos en todas las direcciones en el aire y ayudar a comprender el efecto de cambiar la diferencia de fase inicial de ondas coherentes en la dirección de la fuerte influencia de los niveles de interferencia espacial.

En la figura, A y B son dos pequeñas antenas adyacentes con una distancia de d, que emiten ondas electromagnéticas coherentes con una longitud de onda de λ. El eje Ox pasa por el punto medio de A y B y es perpendicular a la línea que conecta A y B. Si se sabe que las fases iniciales de las ondas electromagnéticas emitidas por A y B en A y B son las mismas, es decir, la diferencia de fase es 0, entonces a una distancia en la dirección del ángulo θ (θ es muy pequeño), el nivel de interferencia será muy fuerte. Ahora intentamos cambiar la fase inicial de las ondas electromagnéticas emitidas por A y B. , de modo que la fase inicial de B es un poco posterior a la de A. De esta manera, la dirección original de coherencia fuerte cambiará de θ a θ, y θ-θ es igual a _ _ _ _.

7. (8 puntos) La longitud de onda producida por el láser de helio-neón es 6. Cuando un átomo ne pasa de un nivel de energía en estado excitado (representado por E1) a un nivel de energía en estado excitado de menor energía (representado por E2), aparece una línea espectral de 33 × 10-7 m. La longitud de onda es 3. Cuando un átomo ne pasa del nivel de energía E1 a un nivel de excitación de energía más bajo (representado por E3), aparece una línea espectral de 39 × 10-6 m. Se sabe que el producto hc de la constante h de Planck y la velocidad de la luz c = 1. Bicicleta eléctrica de 24 × 10-6 metros. Se puede observar que la diferencia de energía entre los niveles de energía de excitación E3 y E2 de Ne es _ _. _ _ _ _ _ _ _ _ _ ev.

8. (8 puntos) Una serie de ondas de corte armónicas simples se propagan en la dirección negativa del El diagrama de vibración se muestra en la Figura 1. Intente dibujar el diagrama de forma de onda de esta onda armónica simple (no menos de una longitud de onda) cuando t=40 ms en la Figura 2.

9. (8 puntos) La imagen muestra un diagrama esquemático de una piscina circular (sección longitudinal). AB es el diámetro de la superficie del agua de la piscina, MN es el diámetro del fondo de la piscina y O es el centro del fondo circular de la piscina. Se sabe que ON tiene 11,4 m, AM y BN son pendientes y que la profundidad del agua en la piscina es 5. El índice de refracción del agua a 200 m es 4/3. La claridad del agua es excelente, independientemente de su absorbencia. En la imagen, A, B, C y D son cuatro puntos luminosos. El cielo es azul y el agua es plana. Hay una ranura en el centro del fondo de la piscina, en la que un buzo se acuesta boca arriba, con los ojos en O, y el diámetro máximo de la superficie del agua cuando mira hacia arriba es AB.

(I) Cuando un buzo mira hacia arriba, se abre ante sus ojos una imagen del cielo azul en un ángulo de _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _.

(ii) Entre los cuatro puntos luminosos A, B, C y D, _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _.

En tercer lugar, el problema de cálculo. La solución debe escribir la descripción del texto necesario y los pasos de cálculo importantes de la ecuación. Aquellos que sólo escriban la puntuación final no obtendrán puntos. Si hay cálculos numéricos, se deben indicar claramente los valores y unidades en la respuesta.

10. (9 puntos) Intenta analizar el impacto de los errores (o equivocaciones) en las siguientes dos operaciones experimentales sobre los resultados experimentales.

(1) Al medir el índice de refracción del vidrio utilizando el "método de la aguja", coloque un ladrillo de vidrio con superficies transparentes paralelas sobre un papel blanco liso y luego dibuje dos líneas rectas cerca de las dos superficies transparentes. del ladrillo de vidrio. La distancia entre las dos líneas rectas se toma como la distancia entre las superficies transparentes en el experimento. Si la distancia entre las dos líneas rectas dibujadas es mayor que la distancia real entre las dos superficies transparentes del ladrillo de vidrio debido a errores operativos, ¿el índice de refracción medido es mayor, menor o igual que el valor real? Intenta dar un breve argumento.

(2) Al medir la aceleración de la gravedad g con un péndulo simple, la bola del péndulo no se mueve en el mismo plano vertical, sino que realiza un movimiento circular en el plano horizontal, como se muestra en la figura. En este momento, si la bola del péndulo hace este movimiento sin un período, la aceleración debida a la gravedad aún se calcula usando la fórmula del período de un péndulo simple. ¿Cuál es mayor que el valor real de la aceleración debida a la gravedad? Pruebe una comparación cuantitativa.

11. (8 puntos) El siguiente equipo está disponible: amperímetro (el rango es adecuado. La resistencia interna se puede ignorar. Use el interruptor de botón k1, presione el botón, el amperímetro está conectado al circuito , y hay corriente fluyendo a través del amperímetro, mostrará una lectura determinada), una resistencia fija con un valor de resistencia conocido R, una resistencia Rx con un valor de resistencia desconocido para medir, una fuente de alimentación de CC (fuerza electromotriz a medir y resistencia interna R), un interruptor unipolar de doble tiro K y varias conexiones de cableado.

Intente diseñar un circuito experimental que no solo pueda medir la fuerza electromotriz y la resistencia interna R de la fuente de alimentación de CC, sino que también mida el valor de resistencia Rx de la resistencia bajo prueba (Nota: después de que el circuito esté conectado, no se permite desmontarlo durante la medición. Solo se puede operar el interruptor para leer datos). Requisitos específicos:

() Dibujar el diagrama del circuito diseñado.

()Escribe los principales pasos experimentales de medición, r y Rx.

() Derive las expresiones de r y Rx expresadas por cantidades conocidas y cantidades medidas experimentalmente.

12 (18 minutos) - Un núcleo A estacionario se convierte en núcleo B después de la desintegración alfa. Se sabe que las masas del núcleo A, del núcleo B y de las partículas α son mA, mB y mα respectivamente, y que la velocidad de la luz es C (no se consideran los efectos relativistas relacionados con la masa y la velocidad). Encuentre la energía cinética del núcleo B y de la partícula alfa después de la desintegración.

13. (18 puntos) La tecnología moderna de crecimiento de materiales y micromecanizado puede crear un dispositivo microestructurado que puede confinar el movimiento de los electrones dentro de un plano (dos dimensiones) del semiconductor. Permite que los electrones vuelen como balas dentro. el dispositivo sin verse afectado por la dispersión de átomos de impurezas. Se espera que esta característica tenga un nuevo valor de aplicación. La Figura 1 muestra un semiconductor de gas electrónico bidimensional en forma de cruz de cuatro terminales. Cuando la corriente ingresa desde el terminal 1, al controlar el campo magnético, la corriente puede salir desde los terminales 2, 3 o 4.

Un estudio de la siguiente estructura simulada ayudará a comprender el flujo de corriente en el conductor cruzado de cuatro terminales descrito anteriormente. En la Figura 2, A, B, C y D son las secciones transversales de cuatro cilindros de radio R, que están próximos entre sí, formando cuatro rendijas 1, 2 y 34 con anchos extremadamente estrechos. Hay un campo magnético uniforme en el espacio rodeado por la rendija y los cuatro cilindros (configurados como un vacío). La dirección del campo magnético es perpendicular a la superficie del papel y apunta hacia la superficie del papel. b representa la magnitud de la intensidad de la inducción magnética. Una partícula cargada positivamente con masa m y carga q se inyecta en un campo magnético desde la ranura 1 con una velocidad v0 a lo largo de la dirección tangente de A y B. Suponga que la partícula solo choca con la superficie cilíndrica una vez. La colisión es elástica y el tiempo de colisión es extremadamente corto. La colisión no cambia la carga de la partícula y no se ve afectada por la fricción. Al intentar encontrar el valor de b, se pueden emitir partículas desde la costura 2 y en una dirección tangente a b y c.

14. (20 puntos) Como se muestra en la figura, M1N1N2M2 es un riel guía de metal rígido en forma de U, ubicado sobre una mesa horizontal lisa. Una resistencia con una resistencia de R está conectada al riel guía. , y su masa es m0 . La distancia entre los dos rieles del riel guía es l. PQ es una varilla de metal con masa m que puede deslizarse sobre los rieles y permanecer perpendicular a los rieles al deslizarse. El contacto entre la varilla y la vía es rugoso y la resistencia entre la varilla y el riel guía es insignificante. Inicialmente, el polo magnético PQ está ubicado en la línea de puntos de la figura. El lado derecho de la línea de puntos es el área del campo magnético uniforme. La dirección del campo magnético es perpendicular a la superficie de la mesa y la intensidad de la inducción magnética es b. Actualmente, una fuerza constante F ubicada en el plano del riel guía y paralela al riel actúa sobre PQ, provocando que se acelere hacia la derecha desde la órbita estacionaria. Cuando se conoce el tiempo t transcurrido, la distancia de PQ desde la línea de puntos es x, la corriente que fluye a través de la resistencia en este momento es I0 y la distancia que el riel guía se mueve hacia la derecha es x0 (la parte N1N2 de la guía el carril aún no ha entrado en la zona del campo magnético). Encuentre la energía consumida por la resistencia en este proceso. Independientemente del coeficiente de autoinductancia del bucle.

15. (20 puntos) En la figura, M1 y M2 son dos pistones en un cilindro adiabático, conectados por una varilla delgada, rígida y liviana. El contacto entre el pistón y la pared del cilindro es suave y hermético. M1 es térmicamente conductor, M2 es térmicamente aislante y el área de la sección transversal de M2 ​​es el doble que la de M1.

M1 sella una cierta masa de gas en la parte del cilindro L1. M1 y M2 sellan una cierta masa de gas en la parte del cilindro L2. El lado derecho de M2 ​​es la atmósfera y la presión p0 de la atmósfera permanece sin cambios. k es el cable calefactor eléctrico que calienta el gas L2. Al principio, tanto el pistón como el gas están en equilibrio, y los volúmenes de gas en L1 y L2 están representados por V10 y V20 respectivamente. Ahora el gas se calienta lentamente con K durante un período de tiempo y luego deja de calentarse, lo que permite que el gas recupere el equilibrio. En este momento, el pistón no está bloqueado por la pared del cilindro. Después del calentamiento, ¿la presión del gas en L1 y L2 aumenta, disminuye o permanece sin cambios? Se requiere demostración cuantitativa.

16. (20) Un satélite terrestre artificial abandonado con masa m1 se mueve en círculo a una altura de h=800 km desde el suelo, y en algún lugar se encuentra cara a cara con una basura espacial con masa m2. = m1. Colisión, el tiempo de colisión es muy corto. Después de la colisión, los dos satélites se fusionaron en un solo objeto y se movieron en un movimiento elíptico. Antes de la colisión, los desechos espaciales se movían en una elipse. El semieje mayor de la órbita elíptica era de 7.500 km y su órbita estaba en el mismo plano que la órbita del satélite. Cuando se sabe que un objeto con masa m se mueve elípticamente alrededor de la Tierra, su energía total es la suma de la energía cinética y la energía potencial gravitacional, e = -g, donde g es la constante gravitacional, m es la masa de la Tierra y a es el semieje mayor de la órbita elíptica. Supongamos que la Tierra es una esfera con un radio R=6371 km y una distribución de masa uniforme, excluyendo la resistencia del aire.

() Intenta demostrar cuantitativamente si el objeto formado por la combinación de los dos caerá a la tierra después de la colisión.

() Si este evento ocurre sobre el Polo Norte (la dirección que conecta el centro de la Tierra y el Polo Norte), ¿a qué latitud el objeto combinado chocará con la Tierra después de la colisión?

Examen preliminar de la 26ª Olimpiada de Física de China.