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2014年全俄物理奥林匹克理论部分(附答案)


2014 年全俄物理奥林匹克(理论部分)
九年级
问题 9-1 极速赛车

赛车在赛道的直路段上沿同一方向匀加速行驶,平均速度为 v 。求赛车在路 段中点处的速度的最大值 vmax 与最小值 vmin 。 问题 9-2 在阳台上

实验员格鲁克从 17 楼的阳台上将质量为 m 的乒乓球以速度 v0 竖直向上抛出。 小球在

飞行的过程中所受到的阻力与速度成正比。在落到地面之前,小球以速度
v 2 匀速下落。求小球的运动过程中动能变化最快的时刻的速度 vmax 。

问题 9-3

水下工作

潜水罩形如无底圆柱,放在水下,里面有一部分空气。为了使得罩不会浮起 来,用缆绳绑在水底。用一根细绳将重物系在罩上,如图 1 所示。罩的横截面积 S=4m2,里面空气的体积 V=8m3,压强 p=1.5×105Pa。将罩里的重物拉出水面后 ① ,空气压强增加了 Δp=250Pa,缆绳仍然处于拉伸状态。求细绳和缆绳中张力的 变化量。水的密度 ρ=103kg/m3,重力加速度 g=10m/s2,罩里的空气符合波义耳 定律 pV=常数,其中 p 为压强,V 为罩里空气的体积。

图1

图2



译者注:指的是用细绳往上拉重物, “细绳中张力的变化量”指的是下面绷紧的那段。

问题 9-4

细绳上的冰柱

圆柱形冰柱的竖直轴的位置有细孔,从里面穿过细绳,另一头系有热传导率 非常高的小球。实验的一开始,将小球加热到温度 T1 ,冰柱的温度等于室温 T0=0℃ 。 随着冰的融化, 冰柱下落, 如图 2 所示, 以温度为 T0 的水滴的形式滴下。 2 球的后面留下圆柱形的通道,横截面积 S=2cm 。 ⑴ 如果冰柱停止下落时,被小球融化的通道长度 H=10cm,求小球一开始的 温度 T1; 2H ⑵ 如果冰柱下落 时的速度 v2 ? 0.1mm/s,求一开始下落的速度 v0。 3 设热传导的功率与小球和冰之间的温度差成正比,热量全部用来使冰融化。 小球的热容量 C=59.4J/℃ ,冰的熔解热 λ=330kJ/(kg· ℃ ),冰的密度 ρ=900kg/m3。 问题 9-5 电路中的计算机

实验员格鲁克用电流源组建了电路,可以输出可变的电压。在电路中设置有 微型计算机, 可以显示流过它的总电荷量和平均电流(即流过它的总电荷量与经 过的总时间之比) 。格鲁克将电流源与电阻连接,并开始调整电压。结果,他可 以使得经过电阻的平均电流不再取决于时间,如图 3 所示。 (实际考试中,会发 给你一张 A4 纸作为放大了的图 3。 ) 在实验过程中,计算机出了故障,电荷量与时间的关系丢失了。 ⑴还原总电荷量 q(t)与时间的关系,并画在图上; ⑵求电阻器的阻值 R,如果已知在点 A 处的功率 PA=0.16W; ⑶求实验过程中电阻器的最大功率。

图3

十年级
问题 10-1 投石车

玩具投石车一次可以发射两个小球,初速度的数值均为 v0,但与水平面夹角 不同。其中一个小球的发射方向,你可以任意调整。根据投石车的建造,另一个 小球的发射方向也会跟着改变, 使得两个小球发射后落地的位置重合。经过多次 试验后,发现两个小球在空中的距离的最大可能值为 Lmax=19m。求小球的初速 度 v0。重力加速度 g=10m/s2。 问题 10-2 线圈上的绳

如图 4 所示,轻绳缠在圆柱形线圈上,线圈套在水平木棒上。为了使得线圈 在木棒上匀速旋转,需要用竖直向下的力 F1 拉绳,或者沿线圈下端的水平切线 用力 F2 拉绳。线圈的质量 m 等于多少?

图4 问题 10-3 氦气冷却

将 1 摩尔氦气从初始温度 T0 冷却到末温度 Tx,在过程中热容量 C 与温度 T 成正比,气体做功等于 0。在冷却过程开始时,气体的压强与体积成正比。求气 体在这个过程中所做的正功的量,以及比值
Tx 。 T0

问题 10-4

稳定电流源

稳定电流源无论接入什么样的负载,都能输出稳定电流 I0。如图 5 所示,将 稳定电流源接入电路。 电路中的所有元件都是理想的,各物理量在图中用字母表 示。在闭合开关之前,电容器不带电。在某一时刻,将开关闭合。此后,电阻 R 上放出的总热量 Q 等于多少?

图5

图6

问题 10-5

是否分散

两个质点的质量分别为 m 和 M(M>>m) ,带相等的正电 q,距离为 l,位于 均匀磁场 E 内,方向从 m 指向 M,如图 6 所示。两个质点的初速度均为 0。求 它们在后续运动中距离的最大值。假设质点一直沿直线运动。

十一年级
问题 11-1 弹簧的伸长量

轻质细弹簧一开始的伸长量为 Δl1,两端固定在桌面上的 A 和 B 两点。在弹 簧的中间放置小球,将其进行小幅横波振动(图 7)和小幅纵波振动(图 8) ,周 期之比为 n1=4。将弹簧的伸长量增加 Δx=3.5cm,周期之比变为 n2=3。求弹簧的 初始长度 l0, 第一种情况下的伸长量 Δl1 和第二种情况下的伸长量 Δl2。 设实验中 弹簧满足胡克定律。

图7 问题 11-2 纳米锡的熔化

图8

一大块锡的熔点 T0=232℃。直径为 d=20nm 的微小颗粒锡的熔点比它低了 25℃,等于 Td=207℃。这所谓的“尺寸效应”指的是,物质的熔点不但取决于 大小,还取决于形状。那么,厚度 h=d 的锡箔的熔点等于多少度? 位于锡的表层上只有两三个原子间距的位置上的锡原子比内部的锡原子的 能量高一些,每个锡原子的熔解热 λ 与物质中每个锡原子的平均键能 U,以及物 态变化(熔化)的绝对温度 T 成正比:λ~U~T。 锡的摩尔质量 μ=119g/mol,密度 ρ=7.31g/cm3。 问题 11-3 开尔文男爵的 8 字形

在开尔文男爵的档案中找到了用未知量 ν 的氮气进行循环过程的图。 在(C,T) 坐标图中,C 为气体的热容量,T 为温度,循环过程由四条线段 abefcbeda 组成, 如图 9 所示。不幸的是,图中的原点看不见了。图旁的解释说明 Cd=1.000J/K, Ca=0.715J/K,且 Tc ? Tb ? 2(Tb ? Ta ) ? 200 K,
pc Vc ? 。 pa Va

⑴ 求一个循环中气体所做的功 W,以及能量转换效率 η; ⑵ 求温度 Ta,Tb,Tc; ⑶ 画出(p,V)坐标图,并求出气体物质的量 ν。

注:热容量保持常值 C 不变的过程是多方的,满足关系 pVn=常数,其中 n 为多方指数。

图9 问题 11-4 电击

图 10

将两根长度为 l=1m 的细金属线挂在不导电的天花板上,距离 d=10cm,挂着 两个相同的钢球,半径 r=5mm,质量 m=4g,如图 10 所示。一开始,球不带电 且静止。重力加速度 g=9.8m/s2,介电常数 ε=8.85× 10-12F/m。 ⑴ 求小球小幅自由振动的周期 T; ⑵ 在两根金属线的顶端施加内阻很高( R ? 1015 Ω)的电源 U。为了能使两个 小球过一段时间能够发生碰撞,U 的最小值 Umin 等于多少? ⑶ 当 U=U0=1.0×106V 时,求使得两个小球之间的电势差达到 Umin 时所需要 的时间 t0。 问题 11-5 斯涅尔的档案

我们在斯涅尔的档案里发现了一张光学系统图,其中含有透镜、点光源 S0 和它的像 S1。随着时间的经过,墨水褪色了,图中只能看到透镜的主光轴、点光 源 S0、像 S1 和一个焦点 F,如图 11 所示。请用圆规和没有刻度的直尺还原透镜 可能的位置。

图 11

2014 年全俄物理奥林匹克(理论部分)答案
9-1. vmax ? 2 v , vmin ? v 。

9-2. 当 v0 ? vk ?

mg ( 2 ? 1)mg 时, vmax ? v0 ;当 v0 ? vk 时, vmax ? ; 2? 2?

当 v0 ? vk 时,两者并列。 9-3. 细绳中张力的变化 ΔT=1133N,缆绳中张力的变化 ΔF=133N。 9-4. ⑴ T1=100℃;⑵v0 ? 0.3 mm/s。 9-5. ⑴

⑵ R=4.44kΩ;⑶ Wmax=0.3025W。 10-1. v0 ? 18 m/s。

10-2. m ?

2F1F22 。 g ( F12 ? F22 )

10-3. W ? ?

RT0 T 1 , x ? 。 16 T0 2

10-4. Q ?

CRI 0 2 r 2 。 2(r ? R)

? kq ; ?l , l≥ E1 M ?m ? 10-5. 最大距离为 ? ,其中 E1 ? E 。 M ? m kq kq ? ,l ? ? lE E1 ? 1

11-1. l0 ? 60 cm,Δ l1 ? 4 cm,Δ l2 ? 7.5 cm。

11-2. Th ? 223.7 ℃。 11-3. ⑴W=28.5J,? ? 0.105 ;⑵Ta=100K,Tb=200K,Tc=400K;⑶ν=34.4mmol。

11-4. ⑴ T=2.0s;⑵Umin ? 64.6 kV;⑶t0=18s。 11-5.

翻译:东北师范大学附属中学 申强 邮箱:irreplaceability@126.com QQ:42247799 若有错误之处,请大家指出,多谢! 2009~2013 年全俄物理奥林匹克理论部分见此: http://wenku.baidu.com/view/11ba27290740be1e650e9ae3.html


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