全国高中物理竞赛历年试题与详解答案汇编———广东省鹤山市纪元中学 2014年5月全国中学生物理竞赛提要编者按：按照中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会第九次全体会议的建议，由中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会常务委员会根据《全国中学生物理竞赛章程》中关于命题原则的规定，结合我国目前中学生的实际情况，制定了《全国中学生物理竞赛内容提要》，作为今后物理竞赛预赛和决赛命题的依据，它包括理论基础、实验基础、其他方面等部分。

其中理论基础的绝大部分内容和国家教委制订的（全日制中学物理教学大纲》中的附录，即 1983年教育部发布的《高中物理教学纲要（草案）》的内容相同。

主要差别有两点：一是少数地方做了几点增补，二是去掉了教学纲要中的说明部分。

此外，在编排的次序上做了一些变动，内容表述上做了一些简化。

1991年2月20日经全国中学生物理竞赛委员会常务委员会扩大会议讨论通过并开始试行。

1991年9月11日在南宁由全国中学生物理竞赛委员会第10次全体会议正式通过，开始实施。

一、理论基础力学1、运动学参照系。

质点运动的位移和路程，速度，加速度。

相对速度。

矢量和标量。

矢量的合成和分解。

匀速及匀速直线运动及其图象。

运动的合成。

抛体运动。

圆周运动。

刚体的平动和绕定轴的转动。

2、牛顿运动定律力学中常见的几种力牛顿第一、二、三运动定律。

惯性参照系的概念。

摩擦力。

弹性力。

胡克定律。

万有引力定律。

均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式（不要求导出）。

开普勒定律。

行星和人造卫星的运动。

3、物体的平衡共点力作用下物体的平衡。

力矩。

刚体的平衡。

重心。

物体平衡的种类。

4、动量冲量。

动量。

动量定理。

动量守恒定律。

反冲运动及火箭。

5、机械能功和功率。

动能和动能定理。

重力势能。

引力势能。

质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式（不要求导出）。

弹簧的弹性势能。

功能原理。

机械能守恒定律。

碰撞。

6、流体静力学静止流体中的压强。

浮力。

7、振动简揩振动。

振幅。

频率和周期。

位相。

振动的图象。

参考圆。

振动的速度和加速度。

由动力学方程确定简谐振动的频率。

阻尼振动。

受迫振动和共振（定性了解）。

8、波和声横波和纵波。

波长、频率和波速的关系。

波的图象。

波的干涉和衍射（定性）。

声波。

声音的响度、音调和音品。

声音的共鸣。

乐音和噪声。

热学1、分子动理论原子和分子的量级。

分子的热运动。

布朗运动。

温度的微观意义。

分子力。

分子的动能和分子间的势能。

物体的内能。

2、热力学第一定律热力学第一定律。

3、气体的性质热力学温标。

理想气体状态方程。

普适气体恒量。

理想气体状态方程的微观解释（定性）。

理想气体的内能。

理想气体的等容、等压、等温和绝热过程（不要求用微积分运算）。

4、液体的性质流体分子运动的特点。

表面张力系数。

浸润现象和毛细现象（定性）。

5、固体的性质晶体和非晶体。

空间点阵。

固体分子运动的特点。

6、物态变化熔解和凝固。

熔点。

熔解热。

蒸发和凝结。

饱和汽压。

沸腾和沸点。

汽化热。

临界温度。

固体的升华。

空气的湿度和湿度计。

露点。

7、热传递的方式传导、对流和辐射。

8、热膨胀热膨胀和膨胀系数。

电学1、静电场库仑定律。

电荷守恒定律。

电场强度。

电场线。

点电荷的场强，场强叠加原理。

均匀带电球壳壳内的场强和壳外的场强公式（不要求导出）。

匀强电场。

电场中的导体。

静电屏蔽。

电势和电势差。

等势面。

点电荷电场的电势公式（不要求导出）。

电势叠加原理。

均匀带电球壳壳内和壳外的电势公式（不要求导出）。

电容。

电容器的连接。

平行板电容器的电容公式（不要求导出）。

电容器充电后的电能。

电介质的极化。

介电常数。

2、恒定电流欧姆定律。

电阻率和温度的关系。

电功和电功率。

电阻的串、并联。

电动势。

闭合电路的欧姆定律。

一段含源电路的欧姆定律。

电流表。

电压表。

欧姆表。

惠斯通电桥，补偿电路。

3、物质的导电性金属中的电流。

欧姆定律的微观解释。

液体中的电流。

法拉第电解定律。

气体中的电流。

被激放电和自激放电（定性）。

真空中的电流。

示波器。

半导体的导电特性。

Ｐ型半导体和Ｎ型半导体。

晶体二极管的单向导电性。

三极管的放大作用（不要求机理）。

超导现象。

4、磁场电流的磁场。

磁感应强度。

磁感线。

匀强磁场。

安培力。

洛仑兹力。

电子荷质比的测定。

质谱仪。

回旋加速器。

5、电磁感应法拉第电磁感应定律。

楞次定律。

自感系数。

互感和变压器。

6、交流电交流发电机原理。

交流电的最大值和有效值。

纯电阻、纯电感、纯电容电路。

整流和滤波。

三相交流电及其连接法。

感应电动机原理。

7、电磁振荡和电磁波电磁振荡。

振荡电路及振荡频率。

电磁场和电磁波。

电磁波的波速，赫兹实验。

电磁波的发射和调制。

电磁波的接收、调谐，检波。

光学1、几何光学光的直进、反射、折射。

全反射。

光的色散。

折射率与光速的关系。

平面镜成像。

球面镜成像公式及作图法。

薄透镜成像公式及作图法。

眼睛。

放大镜。

显微镜。

望远镜。

2、波动光学光的干涉和衍射（定性）光谱和光谱分析。

电磁波谱。

3、光的本性光的学说的历史发展。

光电效应。

爱因斯坦方程。

波粒二象性。

原子和原子核1、原子结构卢瑟福实验。

原子的核式结构。

玻尔模型。

用玻尔模型解释氢光谱。

玻尔模型的局限性。

原子的受激辐射。

激光。

2、原子核原子核的量级。

天然放射现象。

放射线的探测。

质子的发现。

中子的发现。

原子核的组成。

核反应方程。

质能方程。

裂变和聚变。

基本粒子。

数学基础1、中学阶段全部初等数学（包括解析几何）。

2、矢量的合成和分解。

极限、无限大和无限小的初步概念。

3、不要求用微积分进行推导或运算。

二、实验基础1、要求掌握国家教委制订的《全日制中学物理教学大纲》中的全部学生实验。

2、要求能正确地使用（有的包括选用）下列仪器和用具：米尺。

游标卡尺。

螺旋测微器。

天平。

停表。

温度计。

量热器。

电流表。

电压表。

欧姆表。

万用电表。

电池。

电阻箱。

变阻器。

电容器。

变压器。

电键。

二极管。

光具座（包括平面镜、球面镜、棱镜、透镜等光学元件在内）。

3、有些没有见过的仪器。

要求能按给定的使用说明书正确使用仪器。

例如：电桥、电势差计、示波器、稳压电源、信号发生器等。

4、除了国家教委制订的《全日制中学物理教学大纲》中规定的学生实验外，还可安排其它的实验来考查学生的实验能力，但这些实验所涉及到的原理和方法不应超过本提要第一部分（理论基础），而所用仪器就在上述第2、3指出的范围内。

5、对数据处理，除计算外，还要求会用作图法。

关于误差只要求：直读示数时的有效数字和误差；计算结果的有效数字（不做严格的要求）；主要系统误差来源的分析。

三、其它方面物理竞赛的内容有一部分要扩及到课外获得的知识。

主要包括以下三方面：1、物理知识在各方面的应用。

对自然界、生产和日常生活中一些物理现象的解释。

2、近代物理的一些重大成果和现代的一些重大信息。

3、一些有重要贡献的物理学家的姓名和他们的主要贡献。

参考资料：1、全国中学生物理竞赛委员会办公室主编的历届《全国中学生物理竞赛参考资料》。

2、人民教育出版社主编的《高级中学课本（试用）物理（甲种本）》。

第30届全国中学生物理竞赛预赛试卷与答案本卷共16题，满分200分.一、选择题.本题共5小题，每小题6分.在每小题给出的4个选项中，有的小题只有一项符合题意，有的小题有多项符合题意.全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分.1. 下列说法正确的是：A.一束单色光从真空射入 时，在玻璃表面处发生折射现象，这与光在玻璃中的传播速度不同于在真空中的传播速度有关B.白纸上有两个非常靠近的小黑斑，实际上是分开的，没有重叠部分.但通过某一显微镜所成的象却是两个连在一起的没有分开的光斑，这与光的衍射现象有关C.雨后虹的形成与光的全反射现象有关D.老年人眼睛常变为远视眼，这时近处物体通过眼睛所成的像在视网膜的前方（瞳孔与视网膜之间），故看不清2. 图中A 、B 是两块金属板，分别与高压直流电源的正负极相连.一个电荷量为q 、质量为m 的带正电的点电荷自贴近A 板处静止释放（不计重力作用）.已知当A 、B 两板平行、两板的面积很大且两板间的距离较小时，它刚到达B 板时的速度为u 0，在下列情况下以u 表示点电荷刚到达B 板时的速度A. 若A 、B 两板不平行，则u< u 0B.若A 板面积很小，B 板面积很大，则u< u 0C.若A 、B 两板间的距离很大，则u< u 0D.不论A 、B 两板是否平行、两板面积大小及两板间距离多少，u 都等于 u 03. α粒子和β粒子都沿垂直于磁场的方向射入同一均匀磁场中，发现这两种粒子沿相同半径的圆轨道运动.若α粒子的质量是m 1，β粒子的质量是m2，则α粒子与β粒子的动能之比是A. m 2m 1B. m 1m 2C. m 14m 2D. 4m 2m 14. 由玻尔理论可知，当氢原子中的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时，有可能A. 发射出光子，电子的动能减少，原子的势能减少B. 发射出光子，电子的动能增加，原子的势能减少C. 吸收光子，电子的动能减少，原子的势能增加D. 吸收光子，电子的动能增加，原子的势能减少5. 图示两条虚线之间为一光学元件所在处，AB 为其主光轴.P 是一点光源，其傍轴光线通过此光学元件成像于Q 点.该光学元件可能是A.薄凸透镜B.薄凹透镜C.凸球面镜D.凹球面镜二、填空题和作图题.只要给出结果，不需写出求得结果的过程.6.（8分）国际上已规定133Cs原子的频率f=9192631770Hz（没有误差）.这样，秒的定义______________________________.国际上已规定一个公认的光速值c=299792458m/s（没有误差）.长度单位由时间单位导出，则米定义为______________________________.7.（8分）质量为m1的小滑块，沿一倾角为θ的光滑斜面滑下，斜面质量为m2，置于光滑的水平桌面上.设重力加速度为g，斜面在水平桌面上运动的加速度的大小为______________________________8.（8分）一线光源，已知它发出的光包含三种不同频率的可见光，若要使它通过三棱镜分光，最后能在屏上看到这三种不同频率的光的谱线，则除了光源、三棱镜和屏外，必须的器件至少还应有______________.其中一个的位置应在______________和______________之间，另一个的位置应在______________和______________之间.9.（12分）如图所示，A为放在水平光滑桌面上的长方形物块，在它上面放有物块B 和C.A、B、C的质量分别为m、5m、m.B、C与A之间的静摩擦系数和滑动摩擦系数皆为0.10，K为轻滑轮，绕过轻滑轮连接B和C的轻细绳都处于水平位置.现用水平方向的恒定外力F拉滑轮，使A的加速度等于0.20g，g为重力加速度.在这种情况时，B、A之间沿水平方向的作用力的大小等于_____________，C、A之间沿水平方向的作用力的大小等于_____________，外力F的大小等于_______________.10.（14分）i.在做“把电流表改装成电压表”的实验中，必须测出电流表的内阻和用标准电压表对改装成的电压表进行校准.某同学对图示的器材进行了连线，使所连成的电路只要控制单刀双掷开关的刀位和调节电阻箱及变阻器，不需改动连线，就能：（1）在与电阻箱断路的条件下测出电流表的内阻；（2）对改装成的电压表所有的刻度进行校准.试在图中画出该同学的全部连线.ii.有一块横截面为矩形的长板，长度在81cm与82cm之间，宽度在5cm与6cm之间，厚度在1cm与2cm之间.现用直尺（最小刻度为mm）、卡尺（游标为50分度）和千分尺（螺旋测微器）去测量此板的长度、宽度和厚度，要求测出后的最后一位有效数字是估读的.试设想一组可能的数据天灾下面的空格处.板的长度_______________cm，板的宽度_______________cm，板的厚度_______________cm，三、计算题.计算题的解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后结果的不能得分.有数值计算的，答案中必须明确写出数值和单位.11.（20分）在水平地面某处，以相同的速率v0用不同的抛射角分别抛射两个小球A和B，它们的射程相同.已知小球A在空中运行的时间为T A，求小球B在空中运行的时间T B.重力加速度大小为g，不考虑空气阻力.12.（20分）从地球上看太阳时，对太阳直径的张角θ=53°.取地球表面上纬度为1°的长度l=110km，地球表面处的重力加速度g=10m/s2，地球公转的周期T=365天.试仅用以上数据计算地球和太阳密度之比.假设太阳和地球都是质量均匀分布的球体.13. （16分）一个用电阻丝绕成的线圈，浸没在量热器所盛的油中，油的温度为0℃.当线圈两端加上一定的电压后，油温渐渐上升.0℃时温度升高的速率为5.0K ·min -1，持续一段时间后，油温上升到30℃，此时温度升高的速率变为4.5K ·min -1，这是因为线圈的电阻与温度有关.设温度为θ℃时线圈的电阻为R θ，温度为0℃时线圈的电阻为R 0，则有R θ= R 0 (1+αθ)，α称为电阻的温度系数.试求此线圈电阻的温度系数.假设量热器及其中的油以及线圈所构成的系统温度升高的速率与该系统吸收热量的速率（即单位时间内吸收的热量）成正比；对油加热过程中加在线圈两端的电压恒定不变；系统损失的热量可忽略不计.14. （18分）如图所示，一摩尔理想气体，由压强与体积关系的p-V 图中的状态A 出发，经过一缓慢的直线过程到达状态B ，已知状态B 的压强与状态A 的压强之比为12 ，若要使整个过程的最终结果是气体从外界吸收了热量，则状态B 与状态A 的体积之比应满足什么条件？已知此理想气体每摩尔的内能为32RT ，R 为普适气体常量，T 为热力学温度.15.（23分）如图所示，匝数为N1的原线圈和在数为N2的副线圈绕在同一闭合的铁心上，副线圈两端与电阻R相联，原线圈两端与平行金属导轨相联.两轨之间的距离为L，其电阻可不计.在虚线的左侧，存在方向与导轨所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B. pq是一质量为m电阻为r与导轨垂直放置的金属杆，它可在导轨上沿与导轨平行的方向无摩擦地滑动.假设在任何同一时刻通过线圈每一匝的磁通都相同，两个线圈的电阻、铁心中包括涡流在内的各种损耗都忽略不计，且变压器中的电磁场完全限制在变压器铁心中.现于t=0时开始施一外力，使杆从静止出发以恒定的加速度a向左运动.不考虑连接导线的自感.若已知在某时刻t时原线圈中电流的大小I1，i.求此时刻外力的功率ii.此功率转化为哪些其他形式的功率或能量变化率？试分别求出它们的大小.16.（23分）如图所示，一质量为m半径为R的由绝缘材料制成的薄球壳，均匀带正电，电荷量为Q，球壳下面有与球壳固连的底座，底座静止在光滑水平面上.球壳内部有一劲度系数为η的轻弹簧（质量不计），弹簧始终处于水平位置，其一端与球壳内壁固连，另一端恰位于球心处，球壳上开有一小孔C，小孔位于过球心的水平线上.在此水平线上离球壳很远的O处有一质量也为m电荷量也为Q的带正电的点电荷P，它以足够大的初速v0沿水平的OC方向开始运动.并知P能通过小孔C进入球壳内，不考虑重力和底座的影响.已知静电力常量k.求P刚进入C孔到刚再由C孔出来所经历的时间.第29届全国中学生物理竞赛预赛试题一、选择题．本题共5小题，每小题6分．在每小题给出的4个选项中，有的小题只有一项符合题意，有的小题有多项符合题意．把符合题意的选项前面的英文字母写在每小题后面的方括号内．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分．1．下列说法中正确的是A．水在0℃时密度最大B．一个绝热容器中盛有气体，假设把气体中分子速率很大的如大于Av的分子全部取走，则气体的温度会下降，此后气体中不再存在速率大于Av的分子．C．杜瓦瓶的器壁是由两层玻璃制成的，两层玻璃之间抽成真空，抽成真空的主要作用是既可降低热传导，又可降低热辐射．D．图示为一绝热容器，中间有一隔板，隔板左边盛有温度为T的理想气体，右边为真空．现抽掉隔板，则气体的最终温度仍为T．答案：D2．如图，一半径为R电荷量为Q的带电金属球，球心位置O固定，为球外一点．几位同学在讨论P点的场强时，有下列一些说法，其中哪些说法是正确的？A．若P点无限靠近球表面，因为球表面带电，根据库仑定律可推知，P点的场强趋于无穷大．B．因为在球内场强处处为0，若P点无限靠近球表面，则P点的场强趋于0C．若Q不变，P点的位置也不变，而令R变小，则P点的场强不变．D．若保持Q不变，而令R变大，同时始终保持P点极靠近球表面处，则P点的场强不变．答案：C3．图中L为一薄凸透镜，ab为一发光圆面，二者共轴，S为与L平行放置的屏，已知这时ab可在屏上成清晰的像．现将透镜切除一半，只保留主轴以上的一半透镜，这时ab在S上的像A．尺寸不变，亮度不变．B．尺寸不变，亮度降低．C．只剩半个圆，亮度不变．D．只剩半个圆，亮度降低．答案：B4．一轻质弹簧，一端固定在墙上，另一端连一小物块，小物块放在摩擦系数为μ的水平面上，弹簧处在自然状态，小物块位于O处．现用手将小物块向右移到a处，然后从静止释放小物块，发现小物块开始向左移动．A．小物块可能停在O点．B．小物块停止以后所受的摩擦力必不为0C．小物块无论停在O点的左边还是右边，停前所受的摩擦力的方向和停后所受摩擦力的方向两者既可能相同，也可能相反．D．小物块在通过O点后向右运动直到最远处的过程中，速度的大小总是减小；小物块在由右边最远处回到O点的过程中，速度的大小总是增大．答案：AC5．如图所示，一内壁光滑的圆锥面，轴线OO’是竖直的，顶点O在下方，锥角为2α，若有两个相同的小珠（均视为质点）在圆锥的内壁上沿不同的圆轨道运动，则有：A．它们的动能相同．B．它们运动的周期相同．2αO' OC ．锥壁对它们的支撑力相同．D ．它们的动能与势能之比相同，设O 点为势能零点． 答案：CD二、填空题和作图题．把答案填在题中的横线上或把图画在题中指定的地方．只要给出结果，不需写出求得结果的过程．6．（6分）铀238（92 U ）是放射性元素，若衰变时依次放出α，β，β，α，α，α，α，α，β，β，α，β，β，α粒子，最终形成稳定的核Pb YX ，则其中 X ＝ ， Y ＝ ．答案：82，206(各3分)7．（10分）在寒冷地区，为了防止汽车挡风玻璃窗结霜，可用通电电阻加热．图示为10根阻值皆为3Ω的电阻条，和一个内阻为0.5Ω的直流电源，现在要使整个电路中电阻条上消耗的功率最大，i ．应选用_________根电阻条． ii ．在图中画出电路连线．答案：i ．当外电路与内电路电阻值相等时电源的输出功率最大，电阻条上消耗的功率也最大，因此需用6根电阻条并联。