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第1届“求学杯”全国高中应用物理知识竞赛题赏析


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Vl 0 1 . 2 8   No . 2   ( 2 0 0 7 )  







师 

第2 8卷第 2期 
20 0 7在  

PH YSI CS   TEA

CHER  

第  1届“   求学杯" 全国高 中应 用物 理知识竞 赛题 赏析 
潘 丹志  王  娟 
( 1 . 湖北钟祥一中 , 湖北 钟祥 4 3 1 9 0 0 ,  2 . 湖北钟祥 三中 , 湖北 钟祥
2 能 源 

4 3 1 9 0 0 )  

第 1 届( “ 求学杯 ” ) 全 国高 中应 用物理 知识竞赛试题 是 


份难得 的好试题 , 这些应用型 物理题大都 以人们生活息息 

题2 . 随着生活水平 的提 高 , 手 机 已成 为许 多人生 活 中  常用 的电子设备 , 近年来 国产手机在手机市场上 已经 占有 了 

相关 的热点问题和现代科 学 的经典 实例为背 景组织材 料并 

提 出问题 , 如能源卫生 、 航空航天、 交通运输 、 生态环保 、 体育  杂技、 生产生 活等 , 这类 题 目的信 息量 大 , 物理模 型 隐蔽 性  强, 题 目具有浓厚 的生 活气息 和时代感 , 要求我们 有较高 的 
综合分析能力. 下面笔者进行分类赏析.   1 生产  题 1 . 在建 筑工地上有时需要将 一些建筑材料 由高处送  到低处 , 为此工人们 设计 了一种如 图 1所示 的简易滑轨 : 两  根圆柱形木杆 A B和C D 相互 平行 , 斜靠 在竖 直墙 壁上 , 把 


相 当大 的市场 份额 . 如图 2所示是某型号 国产手机 电池外壳 
上的文字说 明, 由此你 可以知道 哪些与手 机有关 的物理 量?  

请说 出它们 的名称 和数值 ( 包括直接信息和 间接信息 )   解析 : 由图 2中 , 我们可 以获得 以下有关信息 .  
表1  
电动 势  电 池 容 量  3 . 7   V  7 0 0mA? h   待 机 电 流 最大 值   1 4 . 6mA   最 大充 电 电荷 量  2   5 2 0C  

摞瓦放在两木杆构成 的滑轨 上 , 瓦将 沿滑轨 滑到低处 . 在  防止瓦被损坏 , 下列措施 中可行 的是  ( A) 减少每次运送瓦的块数 .   ( B ) 增多每次运送瓦的块数 .   ( C) 减小两杆之间 的距离 .   ( D) 增大两杆 之间的距 离.  

充电限制电压  待 机 时 间 

4 . 2   V  4 8   h  

充满 电后储存 的电能  9   3 2 4   J  

实际操作 中发现瓦滑 到底 端时 速度较大 , 有可 能摔 破 , 为了  

其 中待 机电流最大值为 :  
J:  
f  

:— 7 0 0   mA- h
斗 o  n 

:1 4. 6   mA.  

最大充 电电荷量为 :  
Q =I t =7 0 0   mA? h=0 . 7   A×3   6 0 0   s =2   5 2 o   C.  

充满 电后储存 的电能 :  
W = UI t =U Q =3 . 7   V×2   5 2 0   C=9   3 2 4   J .  



铺  伞 
标准 型3 … 3 . 7   锂 子 电池  , 伏 u u I A n   充 电 限 电压 :J 1 . 2 伏 

点评 : 此题从考查的内容来 看 , 是人们 常用的手机 电池 ;  

从 考查 的方式来看 , 是考查 学生读取 铭牌 信息 的能力 ; 从考 
查 的 目的来看 , 是 考查 学生的发散性思维能力 ; 同时, 铭牌上 

垃圾桶 上的一把叉 , 也无意 中进行 了环保宣 传 , 告诫我们 不 

要 将废 旧电池随便遗弃在普通垃圾箱 中.  
3 娱 乐 

解析 : 要使 瓦滑到底 端的速 度相对减 小 , 应 当增大 瓦与  杆之间 的摩 擦力 , 由于它们 的粗糙 程度一定 , 故应增大 N1 、   N2 , 由图 1可知 , 只有增 大两杆之 间 的距离 , 才 能增大 N  、   N  , 故选( D) .   点评 : 这道题 的特点是 , 情景新颖 , 生活 、 生产气息浓厚 ,   贴近学生的生活实际 , 充分体现了“ 来 源于教材 , 不拘泥于教  材” 的命题原则 , 有 效地考查 了学 生关 注生 活、 生产的能力 .  

题 3 . 春天在广场上有许多人 放风筝 . 会 放风 筝的人 , 可 

使风筝 静止在空中 . 图 3中的 4幅图 中, MN 代表风筝截面 ,   O L代表风筝 线 , 风 向水平 . 在图 3所示 的 4种情 况上 , 风 筝 
可 能处 于 静 止 状 态 的 是 

向 
L  L 

向  
向   向  

、  

( A)  

( B )  

( C )  
图 3  

执行标准 : C , B / T 1 8 2 8 7 — 2 0 0 0  

解析 : 风斜 吹到风 筝上 , 空气 分子撞  击 风筝表面 , 由动量定 理可 知, 风 对风 筝  的压力 垂直于风 筝表面 , 由图 4可知 , 只 

有( B ) 图才能保证风筝受力平衡 .  
4 交 通  题4 . 为 了 测 量 列 车 运 行 的速 度 和 加 
图2  

速度 大小 , 可采用如图 5 所示 的装置 , 它由一块安装在列 车车  头底部 的强磁体和埋设在地面的一组线圈及 电流测量记录仪 



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第2 8 卷第 2 期 
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PHY SI CS   TEACHER 

( 2 o o y )  

组成 ( 测量记录仪未画出) . 当列车经过线圈上方 时, 线圈 中产 
生 的电流被记录下来 , 就能求 出列 车的速度和加速度 .  
磁 铁 

( 2 ) 假 设列 车做匀加速运动 , 根据列 车从 线圈 I通过 , 到  n  O  O  n  n 
吕  I 0  ∞  m  刚通过线圈 Ⅱ, 运动的位移即两线圈 间距离 S =1 0 0   I T I .  

由运动学公式 :  2   一  】  :2 a s ,  

解 得  :  . 二  : 0 . 4 1   m / S 2 .  
点评 : 本题对 阅读 能力和从图像及文字叙述 中获取有用  的物理信息 的能力要求较高 , 而根据题 给情景建立简化 的物 
接 测量 记录 仪 
图5  

理模 型是解题 的关键 , 我们 只需要视 线 圈相对 于火车运 动 ,   即可得到我们熟悉的线 框进入 匀强 磁场做切 割磁感 线运动  的模型 . 然后就 能利用 法拉 第 电磁感应定 律、 闭合 电路的 欧  姆定律以及牛顿第二律求解 .  
5 生{  

如 图 6 所 示 为 

铁轨 和列 车 的俯 视  图, 假设磁体端 部磁  感应强度 B=4 . 4 ×  
1 0 一  T, 且全部集 中  
图6  

题5 . 由于生态环境被破坏 , 地表 土裸露 , 大片土地 沙漠 
化, 加上干旱少雨 , 我 国北 方地 区春天会 出现扬 尘天 气甚至  沙尘暴 . 据环保部 门测定 , 在北京地 区出现严重沙尘暴 时, 最  大风速可达到 1 2   m/ s , 同时 由于 大量微粒 在空 中悬浮 , 天空  呈橙黄色 , 能见度只有 5 0   I T I 左 右.   ( 1 ) 根据光的散射规 律可 知 , 当空 中悬浮 的微粒 直径 d   与入射光 的波长入 之 比  ≈0 . 1时 , 该波 长 的光散 射最强 .   在空气洁净时 , 主要是 大气 中的气体 分子在 散射 日光 , 其 中  蓝光被散射得最强 , 所 以天空呈 蓝色 . 发生 沙尘暴 时 由于 悬 

在端面范围内 , 与端面 垂直 , 磁体沿 铁轨方 向 的宽 度与 线圈  宽度相同 , 线圈 的 匝数  =5 , 垂 直 于铁 轨 方 向长 Z =0 . 2 0  

r r l , 电阻 r=0 . 4 0   n( 包括引 出线 的电阻) , 测量记 录仪 自身 电 
阻 R=4 . 0n, 其记 录下来 的 电流 一位 置关系 图 , 即 i —S图 
如 图 7所 示 .  

( 1 ) 试计 算列车通过线圈 I和线圈 Ⅱ时 的速度  1 和" V 2  
的 大小 .  

( 2 ) 假设 列车做 的是匀 加速直 线运 动 , 求 列车 在两个 线 
圈之 间 的加 速 度 的大 小 .  
f , A 

浮微粒对光 的散射 , 使得 天空 呈橙黄 色 , 已知橙黄 色光波 的  平均波长 为 6 . 1 ×1 0 一I T I , 请计算悬 浮微粒 的平均直径 为多 
大.  

( 2 ) 若某 次 沙尘暴 使空 气 中悬 浮微 粒 的最高 浓度 达 到 
5 . 8×1 0 ~k g / m 3 , 已知 单个 悬 浮 微 粒 的密 度 为 2 . 0×1 0 0   k g / m3 , 这时 1 . 0   c m3的空气 约含 多少 颗悬浮微粒?   ( 3 ) 在一般扬尘天气 , 风力发 电机 还可以正常工作. 已知  风力发电机将 空气 的动能 转化 为 电能 的效 率 为 2 0 %, 空 气  密度 为 1 . 2 9   k g / m3 , 某 风力 发 电机 风 车 的有 效受 风 面积 为 
4 . 0   m2 此风力发电机 在风速 为


1 0   m/ s 时 的输 出电功率 为 

多大?  

解析 : ( 1 ) 因为  ≈0 . 1时 , 该 波 长 的光散射 最强 , 所 以 
图 7  

解析 : 列车 以某一速 度经过 线圈 正上方 时 , 线 圈 以相 等 

沙尘 的 平 均 直 径 d=0 . 1  =6 . 0×1 0 一I T I .  

速率反 向切割磁感线产生感应 电动势 , 在 回路 中有 了感应 电 
流, 被 电流测量记 录仪记录 了电流的大小及方 向.   由题给电流 一位置图像可知 :   线圈 I位置坐标 为 3 0   r r l , 线 圈 Ⅱ位 置坐 标为 1 3 0   r r l , 两  线圈间距离 s =1 0 0   r r 1 .   强磁场经过线圈 I和线圈 Ⅱ时 , 线 圈中感 应电流大小分  别为 i 】 =0 . 1 2A, i 2 =0 . 1 5   A.  

( 2 ) 沙尘暴天气 时, 1   m0 的扬尘 空气 中所 含悬浮 微粒 的  总体积为 :  
y:   =   m3 =2 9 ̄1 0- 9 m3
. . 

每一个悬 浮微粒的平均体积 为:  
Vo =  =1 . 1× 1 0 — 2 2m3
. 

1   m3 的空气中所含悬浮微粒 的数量 为 
N-   V

( 1 ) 由闭合电路欧姆 定律 , 线 圈 工和线 圈 Ⅱ中产生 的感 
应电动势 :  

=  

_2 . 6x1 0 1 3 个

. 

E1 =i 1 ( R+r ) =0 . 5 3   V, E2 =i 2 ( R+r ) =0 . 6 6   V.  
而线圈 I、 Ⅱ中产生感 应电动势 : E1 =n B / v l ,   E, =n B / v , , 所 以列 车通过线 圈 I、 Ⅱ时的速度 为 :  
1 =   =1 2m / s ,   2=   =1 5   m/ s .  

所以 1 . 0  
个.  

的空气中所含悬浮微粒 的数 量为  =2 . 6X   1 0  

( 3 ) 1   s内吹到 风车上 的空 气 的体 积为 : V=期 , 这些 空 
气所具有 的动能为 :  


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( 2 0 0 7 )  

PHY SI CS  TE ACHE R 



道 竞 赛题 的又 一 解 法 
鲍献 明   朱 安妃 
( 浙 江武义第一 中学 , 浙江 武义 3 2 1 2 0 0 )  
的 过程 中 , 棒 两 端 的 电动 势 等 于 扫 过 的 面积 的磁 通 量 的变 化   率. 取棒上 的一段微元 d r , 则 d r在一周内扫过的磁通量 
d   = B? 2z r r d r=2 ̄ r k r 2 d r
. 

题 目: ( 第2 2届全 国中学生 物理竞赛 预赛第 9题) 如 图 
1 所示 , 水平放置 的金属 细圆 环半径 为 a, 竖 直放置 的金属 

细柱 ( 其半径 比 a小得 多) 的端 面与 金属 圆环 的上表 面在 同 
平面内 , 圆柱 的细 轴通过 圆环 的中心 O, 一 质量 为 m, 电  阻为 R 的均匀导体细棒 被圆环 和细 圆柱 端面 支撑 , 棒 的一 


对棒绕 1 周 扫过 的面积的磁通量有 :  


端有- -d , 孔套在 细轴 0 上 , 另一 端 A 可绕轴线 沿圆环作 圆   周运动 , 棒与 圆环的摩擦 因数为  . 圆环处 于磁感应 强度 大 
小为 B=k r , 方 向竖 直向上 的恒 定磁 场 中, 式 中 k为大 于 0   的常量 , r为场点到 轴线 的距 离 , 金属 细 圆柱 与 圆环用导 线  连线, 不计棒与轴 及细 圆柱 端面 的摩 擦 , 也不计 细圆柱 、   圆环及导线 的电阻和感应 电流产生 的磁场 . 问沿垂直 于棒 的 

f a 2   r   d r : 罟  3 .  
2   . ,  

所 以棒两端 的电动势 :  

E = 芋 =   = 号  
根据全 电路欧姆定律 , O A 中的电流 :  
J: 百 E

方向以多大 的水平外力作用于棒 的 A 端才能使 棒 以角速 度 
匀速转动 .  

R   3 R’  
:  
. 

k a r l   3

( 1 )  

A端搭在金属环上, 其正 压力 F N = {m g , 所以 摩擦力:  

f = / x F / v = ÷  .  
做功之和 , 安培力做 的功全部转化为 电热 . 即:   Fg r " 2 z r a  J   R’   +f。 2 z r a.  
图1   图 2  

( 2 )  

根据功能原理 , 外力做 的功等于摩擦力做 的功与安培力 

( 3 )  

( 1 ) 、 ( 2 ) 、 ( 3 ) 式联立可 以解得作用在 A 端 的外力 -  
Fg r =百 k 2 w a 5

解析 : ( 积分 、 功能原理 ) 如图 2 , 棒 在绕 0 点绕一周 
Ek =  1   I D  

十   丢 / g n g   . ’   ( 收 稿日 桶   期 制 : 2 0 0 6 — 一 0 8 一 0 u 7   )  


质. 要求写 出分析 的依据和结论 .  
.  

( 2 ) 估算火箭点火最初 1 0   s 内它受到的平均推力的大小 .  

风力发电机的输出电功率为 :  

P =  k =' 7 寺p  

5 1 6   W.  

解析: ( 1 ) 根 据火箭长 度 5 8 . 3   m 和火箭在 照片上像 的长  度2 . 0   L T n , 可知在相邻两次拍照 过程 中, 火箭上升 的高度分 
别为 s l =1 3 . 4   m, s 2 =4 0 . 2   m, s 3 =6 7 . 2   m,   4 =9 4 . 0   m, s 5  
=1 2 0 . 4 m.  

点评 : 沙尘暴 问题 已成 为我 国社会 的一个 焦点 问题 , 据  报道 , 2 0世纪 6 0年代 我 国特 大沙尘暴 发生过 8次 , 7 0年代  发生过 1 3次 , 8 0年 代发生 过 1 4次 , 而 9 0年代 至今 已发 生 

由于 S 2 一S l =2 6 . 8   m, s 3 一s 2 =2 7 . 0   m, s 4 一s 3 =2 6 . 8  

过2 0多次 , 并且波及 范围越来越 广 , 危 害越来 越大 . 在试 题  中渗透环保 问题 , 无 疑会 使下一代更 加关 心地球 、 爱护地球 、   善待地球 , 因为我们毕竟只有一个 地球 .  
6 空 间技术  题6 . 在我 国用长征运载火箭成 功地发射 了“ 神 舟” 系列  试验 飞船 的某次实验过程 中, 一监 测系统采 用在 同一 张底 片  上多次曝光 的照相方 法 , 从火箭 点火 时刻开 始 , 每隔 2 . 0   s   曝光 1 次, 得 到了一 张记 录火箭在 开始运动最初 1 0   s 内 6个  不同位置 的照 片. 已知火 箭 的长度 为 5 8 . 3   m, 起 飞质 量 为  4 7 9   t , 当地的重力加速度为 9 . 8   m  . 用 刻度 尺测量 照片上 

m, s 5 一s   =2 6 . 4   m. 可见 , 连 续相邻 时间间 隔内火箭 的位移  之差近似相等 , 所 以火 箭在 最初 1 0   s内的运 动近 似为 匀加 
速直线运动 .   ( 2 ) 火箭在 最初 1 0   s 内的加速度为 
口 : 

二   :6 7 l   m  .  


4£ ‘  

设火箭在此过程 中所受 的推力为 F, 根据牛顿第二定律 
有 F一   =,  .  

解得

F=m( g+口 ) =7 . 9x1 0 6 N.   点评 : 本题物理 过程 简单 , 但得分率较低 , 从学生解答过 

的有关长度 , 结 果如 图 8所示 . 根 据上 述条 件 和图示 , 请 回 
答:   ’  

程来看 , 多数学生不会 进行数 据处理 , 主要 存在 以下几个 方  面的知识 障碍 : ①不 会从 火箭 的长 度 和火箭 在像 片 上 的长  度, 算出其缩小 的比例 . ② 没有仔细 观察 出火 箭最左 侧实 际 
上是两个火箭 的图片. ③ 不是都 从尾部算 火箭 上升 的高度 .   ④读数马虎 .  

图8  

此外 , 学生 对匀加速直线 运动 的模型不 熟悉 , 出现 了很 

( 1 ) 分析在火箭点火后 最初 的 1 0   s内, 火箭 的运动性 


多乱套公式 的现象 .  

( 收稿 日期 : 2 0 0 6 —0 5 —1 5 )  

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