第25届全国中学生物理竞赛预赛卷
一、选择题。本题共6小题，每小题6分。在每小题给出的4个选项中，有的小题只有一项是正确的，有的小题有多项是正确的。把正确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. 如图所示，两块固连在一起的物块a和b，质量分别为m a和m b，放在
水平的光滑桌面上。现同时施给它们方向如图所示的推力F a和拉力F b，
已知F a>F b，则a对b的作用力
A. 必为推力
B. 必为拉力
C. 可能为推力，也可能为拉力
D. 可能为零
2. 用光照射处在基态的氢原子，有可能使氢原子电离。下列说法中正确的是
A. 只要光的光强足够大，就一定可以使氢原子电离
B. 只要光的频率足够高，就一定可以使氢原子电离
C. 只要光子的能量足够大，就一定可以使氢原子电离
D. 只要光照的时间足够长，就一定可以使氢原子电离
3. 如图所示，一U形光滑导轨串有一电阻R，放置在匀强的外磁场中，
导轨平面与磁场方向垂直。一电阻可忽略不计但有一定质量的金属杆ab
跨接在导轨上，可沿导轨方向平移。现从静止开始对ab杆施以向右的恒
力F，若忽略杆和U形导轨的自感，则在杆运动过程中，下列哪种说法是
正确的？
A. 外磁场对载流杆ab的作用力对ab杆做功，但外磁场的能量是不变的
B. 外力F的功总是等于电阻R上消耗的功
C. 外磁场对载流杆ab作用力的功率与电阻R上消耗的功率两者的大小是相等的
D. 电阻R上消耗的功率存在最大值
4. 如图所示，放置在升降机地板上的盛有水的容器中，插有两根相对容器的位置
是固定的玻璃管a和b，管的上端都是封闭的，下端都是开口的。管内被水各封
有一定质量的气体。平衡时，a管内的水面比管外低，b管内的水面比管外高。现
令升降机从静止开始加速下降，已知在此过程中管内气体仍被封闭在管内，且经
历的过程可视为绝热过程，则在此过程中
A. a中气体内能将增加，b中气体内能将减少
B. a中气体内能将减少，b中气体内能将增加
C. a、b中气体内能都将增加
D. a、b中气体内能都将减少
5. 图示为由粗细均匀的细玻璃管弯曲成的“双U形管”，a、b、c、d为其四段竖
直的部分，其中a、d上端是开口的，处在大气中。管中的水银把一段气体柱密
封在b、c内，达到平衡时，管内水银面的位置如图所示。现缓慢地降低气柱中
气体的温度，若c中的水银面上升了一小段高度Δh，则
A. b中的水银面也上升Δh
B. b中的水银面也上升，但上升的高度小于Δh
C. 气柱中气体压强的减少量等于高为Δh的水银柱所产生的压强
D. 气柱中气体压强的减少量等于高为2Δh的水银柱所产生的压强
6. 图中L是绕在铁心上的线圈，它与电阻R、R0、电键和电池E可构成闭合回
路。线圈上的箭头表示线圈中电流的正方向，当电流的流向与箭头所示的方向
相同时，该电流为正，否则为负。电键K1和K2都处在断开状态。设在t=0时
刻，接通电键K1，经过一段时间，在t=t l时刻，再接通电键K2，则能较正确地表示L中的电流I随时间t变化的图线是下面给出的四个图中的哪个图？
A. 图l
B. 图2
C. 图3
D. 图4
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指定的地方。只要给出结果，不需写出求得结果的过程。
7. （8分）为了估算水库中水的体积，可取一瓶无毒的放射性同位素的水溶液，测得瓶内溶液每分钟衰变6×107次，已知这种同位素的半衰期为2天。现将这瓶溶液倒入水库，8天后可以认为溶液已均匀分布在水库中，这时取1.0m3水库中的水样，测得水样每分钟衰变20次。由此可知水库中水的体积约为________________m3。
8. （8分）在一条笔直的公路上依次设置三盏交通信号灯L1、L2和L3，L2与L1相距80m，L3与L1相距120m。每盏信号灯显示绿色的时间间隔都是20s，显示红色的时间间隔都是40s。L1与L3同时显示绿色，L2则在L1显示红色经历了10s时开始显示绿色。规定车辆通过三盏信号灯经历的时间不得超过150s。若有一辆匀速向前行驶的汽车通过L1的时刻正好是L1刚开始显示绿色的时刻，则此汽车能不停顿地通过三盏信号灯的最大速率______m/s。若一辆匀速向前行驶的自行车通过L1的时刻是L1显示绿色经历了10s的时刻，则此自行车能不停顿地通过三盏信号灯的最小速率是________________m/s。
9. （8分）位于水平光滑桌面上的n个完全相同的小物块，沿一条直线排列，相邻小物块间都存在一定的距离。自左向右起，第1个小物块标记为P1，第2个小物块标记为P2，第3个小物块标记为P3，……，最后一个小物块即最右边的小物块标记为P n。现设法同时给每个小物块一个方向都向右但大小各不相同的速度，其中最大的速度记作v1，最小的速度记作v n，介于最大速度和最小速度间的各速度由大到小依次记为v2、v3、…、v n?1。若当小物块发生碰撞时，碰撞都是弹性正碰，且碰撞时间极短，则最终小物块P1、P2、P3、…、P n。速度的大小依次为________________________________________________。
10. （11分）有两块无限大的均匀带电平面，一块带正电，一块带
负电，单位面积所带电荷量的数值相等。现把两带电平面正交放置
如图所示。图中直线A1B1和A2B2分别为带正电的平面和带负电的平
面与纸面正交的交线，O为两交线的交点。
(i)试根据每块无限大均匀带电平面产生的电场（场强和电势）具有
对称性的特点，并取O点作为电势的零点，在右面给的整个图上画
出电场（正、负电荷产生的总电场）中电势分别为0、1V、2V、3V、
?1V、?2V和?3V的等势面与纸面的交线的示意图，并标出每个等
势面的电势。
(ii)若每个带电平面单独产生的电场的场强是E0=1.0V/m，则可求出
（i）中相邻两等势面间的距离d=________________________________。
11. （10分）一列简谐横波在x轴上传播（振动位移沿y轴）。已知x=12cm处的质元的振动图线如
图1所示，x=18cm处的质元的振动图线如图2所示。根据这两条振动图线，可获得关于这列简谐横波的确定的和可能的信息（如频率、波速、波长等）是哪些？
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
12. （8分）一座平顶房屋，顶的面积S=40m2。第一次连续下了t=24小时的雨，雨滴沿竖直方向以v=5.0m/s的速度落到屋顶，假定雨滴撞击屋顶的时间极短且不反弹，并立即流走。第二次气温在摄氏零下若干度，而且是下冻雨，也下了24小时，全部冻雨落到屋顶便都结成冰并留在屋顶上，测得冰层的厚度d=25mm。已知两次下雨的雨量相等，冰的密度为9×102kg/m3。由以上数据可估算得第二次下的冻雨结成的冰对屋顶的压力为_______N，第一次下雨过程中，雨对屋顶的撞击使整个屋顶受到的压力为_______N。
13. （10分）在示波器的YY'偏转电极
上，加电压u1=U0sin2πνt，式中ν=50Hz。
同时在示波器的XX'偏转电极上加如
图1所示的锯齿波电压u2，试在图2
中画出荧光屏上显示出的图线。
如果由于某种原因，此图线很缓慢地向右移动，则其原因是
_____________________________________________________________
_____________________________________________________。
三、计算题。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。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
14. （14分）一电流表，其内阻R g=10.0Ω，如果将它与一阻值R0=44990Ω的定值电阻串联，便可成为一量程U0=50V的电压表。现把此电流表改装成一块双量程的电压表，两个量程分别为U01=5V和U02=10V。当用此电压表的5V挡去测量一直流电源两端的电压时，电压表的示数为4.50V；当用此电压表的10V挡去测量该电源两端的电压时，电压表的示数为4.80V。问此电源的电动势为多少？
15. （12分）为训练宇航员能在失重状态下工作和生活，需要创造一种失重的环境。在地球表面附近，当飞机模拟某些在重力作用下的运动时，就可以在飞机座舱内实现短时间的完全失重状态。现要求一架飞机在速率为v1=500m/s时进入失重状态试验，在速率为v2=1000m/s时退出失重状态试验。重力加速度g=10m/s2。试问：
（i）在上述给定的速率要求下，该飞机需要模拟何种运动，方可在一定范围内任意选择失重时间的长短？试定量讨论影响失重时间长短的因素。
（ii）飞机模拟这种运动时，可选择的失重状态的时间范围是多少？
16. （12分）假定月球绕地球作圆周运动，地球绕太阳也作圆周运动，且轨道都在同一平面内。已知地球表面处的重力加速度g=9.80m/s2，地球半径R0=6.37×106m，月球质量m m=7.3×1022kg，月球半径R m=1.7×106m，引力恒量G=6.67×10?11N·m2/kg2，月心地心间的距离约为r em=3.84×108m
(i)月球的球心绕地球的球心运动一周需多少天？
(ii)地球上的观察者相继两次看到满月需多少天？
(iii)若忽略月球绕地球的运动，设想从地球表面发射一枚火箭直接射向月球，试估算火箭到达月球表面时的速度至少为多少（结果要求两位数字）？
17. （12分）如图所示，1和2是放在水平地面上的两个小物块（可
视为质点），与地面的滑动摩擦系数相同，两物块间的距离
d=170.00m，它们的质量分别为m1=2.00kg、m2=3.00kg。现令它们
分别以初速度v1=10.00m/s和v2=2.00m/s迎向运动，经过时间
t =20.0s ，两物块相碰，碰撞时间极短，碰后两者粘在一起运动。求从刚碰后到停止运动过程中损失的机械能。
18. （11分）磅秤由底座、载物平台Q 、杠杆系统及硅码组成，图示为其等效的在竖直平面内的截面图。Q 是一块水平放置的铁板，通过两侧的竖直铁板H 和K 压在E 、B 处的刀口上。杠杆系统由横杆DEF 、ABCP 和竖杆CF 、MP 以及横梁MON 组成，另有两个位于A 、D 处的刀口分别压在磅秤的底座上（Q 、K 、H 、E 、B 、A 、D 沿垂直于纸面的方向都有一定的长度，图中为其断面）。C 、F 、M 、N 、O 、P 都是转轴，其中O 被位于顶部并与磅秤底座固连的支架OL 吊住，所以转轴O 不能发生移动，磅秤设计时，已做到当载物平台上不放任何待秤物品、游码S 位于左侧零刻度处、砝码挂钩上砝码为零时，横梁MON 处于水平状态，这时横杆DEF 、ABCP 亦是水平的，而竖杆CF 、MP 则是竖直的。
当重为W 的待秤物品放在载物平台Q 上时，用W 1表示B 处刀口增加的压力，W 2表示E 处刀口增加的压力，由于杠杆系统的调节，横梁MON 失去平衡，偏离水平位置。适当增加砝码G 或移动游码S 的位置，可使横梁MON 恢复平衡，回到水平位置。待秤物品的重量（质量）可由砝码数值及游码的位置确定。为了保证待秤物品放在载物台上不同位置时磅秤都能显示出相同的结果，在设计时，AB 、DE 、AC 、DF 之间应满足怎样的关系？
19. （11分）如图所示，一细长的圆柱形均匀玻璃棒，其一个端面是平面（垂直于轴线），另一个端面是球面，球心位于轴线上。现有一很细的光束沿平行于轴线方向且很靠近轴线入射。当光从平端面射入棒内时，光线从另一端面射出后与轴线的交点到球面的距离为a ；当光线从球形端面射入棒内时，光线在棒内与轴线的交点到球面的距离为b 。试近似地求出玻璃的折射率n 。
20. （13分）光子不仅具有能量，而且还具有动量，频率为ν的光子的能量为hν，动量
c
h ν，式中h
为普朗克常量，c 为光速。光子射到物体表面时将产生压力作用，这就是光压。设想有一宇宙尘埃，可视为一半径R =10.0cm 的小球，其材料与地球的相同，它到太阳的距离与地球到太阳的距离相等。试计算太阳辐射对此尘埃作用力的大小与太阳对它万有引力大小的比值。假定太阳辐射射到尘埃时被尘埃全部吸收。已知：地球绕太阳的运动可视为圆周运动，太阳辐射在单位时间内射到位于地球轨道处的、垂直于太阳光线方向的单位面积上的辐射能S =1.37×103W/m 2，地球到太阳中心的距离r se =1.5×1011m ，地球表面附近的重力加速度g =10m/s 2，地球半径R e =6.4×106m ，引力恒量G =6.67×10?11N·m 2/kg 2。
21. （16分）设空间存在三个相互垂直的已知场：电场强度为E 的匀强电场，磁感应强度为B 的匀强磁场和重力加速度为g 的重力场。一质量为m 、电荷量为q 的带正电的质点在此空间运动，已知在运动过程中，质点速度的大小恒定不变。
(i)试通过论证，说明此质点作何种运动（不必求出运动的轨迹方程）。
(ii)若在某一时刻，电场和磁场突然全部消失，已知此后该质点在运动过程中的最小动能为其初始动能（即电场和磁场刚要消失时的动能）的一半，试求在电场、磁场刚要消失时刻该质点的速度在三个场方向的分量。
第25届全国中学生物理竞赛预赛卷
参考解答与评分标准
一、选择题（36分）答案： 1. CD 2. BC 3. ACD 4. B 5. AD 6. A
评分标准：每小题6分。全都选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分。
二、填空题及作图题答案及评分标准
7. 1.9×105
（8分） 8. 2（4分）、
13
12（4分）
9. v n 、v n ?1、…、v 3、v 2、v 1。（8分） 10. （i ）如图所示（8分） （ii ）
m 2
2（3分）
11. （1）振幅A =4cm （2分） （2）周期T =12s ，或频率1
s
121-=
ν（2分）
（3）若波沿正x 方向传播，则此波可能的最大的传播速度s /cm 3
2m =
v ，其他可能的传播速度为
s /cm 432n n
v +=
，
n =1，2，3，…；此波可能的最大波长为λ=8cm ，其他可能的波长为cm 4324n n
λ+=，
n =1，2，3，…（3分）
（4）若波沿负x 方向传播，则此波可能的最大的传播速度v m =2cm/s ，其他可能的传播速度为
s /cm 412
n n
v +=，
n =1，2，3，…；此波可能的最大波长为λ=24cm ，其他可能的波长为cm 4124n n λ+=，n =1，2，3，…（3分） 12. 9×103（2分）0.058（6分） 13. 如图（6分）
锯齿波的周期不正好等于正弦波周期的2倍，而是稍小一点。（4分）
三、计算题
14. 参考解答：
设电流表的量程为I g ，当电流表与定值电阻R 0串联改装成电压表时，此电压表的内阻 R'0=R g +R 0 (1) 由于此电压表的量程U 0=50V ，故有I g R'0=U 0 (2)
由(1)、(2)两式得A 1011.1A 4499010503
0g 0g -?=+=+=R R U I (3)
即电流表的量程为1mA 。
电流表改装成的双量程电压表的电路如图所示，图中R 1和R 2
是为把电流表改装成双量程电压表必须串联的电阻，其值待
求。用R'1表示电压表量程U 01=5V 档的内阻，则有R'1=R g +R 1 (4) 而I g R'1=U 01
(5) 由(3)、(5)式得Ω105Ω1053
3g 011?===-I U R' (6)
同理得电压表量程U 02=10V 档的内阻
Ω100.1Ω10
104
3
g
0221g 2?==
=
++=-I U R R R R'
(7)
设电源的电动势为E ，内阻为r ，当用电压表的5V 档测电源两端的电压时，电压表的示数为U 1，已知U 1=4.50V ，设此时通过电压表的电流为I 1，有U 1+I 1r=E (8) U 1=I 1R'1 (9)
当用电压表的10V 档测量该电源两端的电压时，电压表的示数为U 2，已知U 2=4.80V ，设此时通过电压表的电流为I 2，有U 2+I 2r=E (10) U 2=I 2R'2 (11) 解(8)、(9)、(10)、(11)式，并注意到(6)、(7)式得E =5.14V (12)
评分标准：本题14分。(3)式3分，(6)式2分，(7)式2分，(8)式、(9)式、(10)式、(11)式共4分，(12)式3分。
15. 参考解答：
(i)当飞机作加速度的大小为重力加速度g ，加速度的方向竖直向下的运动时，座舱内的试验者便处于完全失重状态。这种运动可以是飞机模拟无阻力下的自由落体运动或竖直上抛运动，也可以是斜抛运动。当进入试验的速率和退出试验的速率确定后，飞机模拟前两种运动时，失重时间的长短都是一定的、不可选择的。当飞机模拟无阻力作用下的斜抛运动时，失重时间的长短与抛射角有关，可在一定范围内进行选择。
考察飞机模拟无阻力作用下的斜抛运动。设开始试验时飞机的初速度的大小为v 1，方向与水平方向成θ角，起始位置为A 点，经做抛物线运动在B 点退出试验，如图所示。以t 表示试验经历的时间，在退出试验时的速率为v 2，则有v 2x =v 1cos θ (1) v 2y =v 1sin θ?gt (2)
而2
22222y x v v v += (3)
由(1)、(2)、(3)式得0sin 22221122=-+-v v θgt v t g
(4) 解(4)式得g v v θv θv t )
(sin sin 2
1222211-++=
(5)
由(5)式可知，当进入试验时飞机的速度v 1和退出试验时飞机的速度v 2确定以后，失重时间的长短可通过角θ来调节。 (ii)当θ=90°时失重时间最长，由(5)式可求得最长失重时间t max =150s (6) 当θ=?90°时，失重时间最短，由(5)式可求得最短失重时间t min =50s (7) 失重时间的调节范围在150s 到50s 之间。
评分标准：本题12分。第(i)小问8分。指明斜抛运动得2分，求得(5)式并指出失重时间的长短可通过角θ来调节得6分。第(ii)小问4分。求得(6)式得2分，求得(7)式得2分。 16. 参考解答：
(i)月球在地球引力作用下绕地心作圆周运动，设地球的质量为m e ，月球绕地心作圆周运动的角速度
为ωm ，由万有引力定律和牛顿定律有2
m em m 2em
m e ωr m r m m G = (1)
另有g R m G
=2
e
e
(2)
月球绕地球一周的时间m
m 2ωπT =
(3)
解(1)、(2)、(3)三式得2
e
3
em m 2gR r π
T = (4) 代入有关数据得T m =2.37×106s=27.4天
(5)
(ii)满月是当月球、地球、太阳成一条直线时才有的，此时地
球在月球和太阳之间，即图中A 的位置。当第二个满月时，由于地球绕太阳的运动，地球的位置已运动到A'。若以T'm 表示相继两次满月经历的时间，ωe 表示地球绕太阳运动的角速度，由于ωe 和ωm 的方向相同，故有ωm T'm =2π+ωe T'm (6) 而m
m 2T πω=
(7) e
e 2T πω=
(8)
式中T e 为地球绕太阳运动的周期，T e =365天。由(6)、(7)、(8)三式得
m
e m e m T T T T T'-=
(9)
注意到(5)式，得T'm =29.6天 (10)
(iii)从地面射向月球的火箭一方面受到地球的引力作用，另一方面也受到月球引力的作用。当火箭离地球较近时，地球的引力大于月球的引力；当离月球较近时，月球的引力大于地球的引力。作地心和月心的连线，设在地月间某一点O 处，地球作用于火箭的引力的大小正好等于月球作用于火箭的引力大小。以r 表示O 点到月球中心的距离，则有
2
m 2
em e )
(r
m m G
r r m m G
=-
(11) 式中m 是火箭的质量。由(11)式得02)1(
2
em em 2
m
e =-+-r r r r m m
(12)
解(12)式，注意到(2)式，代入有关数据，得r=3.8×107
m (13)
从地球表面发射直接射向月球的火箭只要能到达O 点，则过O 点后，因月球引力大于地球引力，它便能在月球引力作用下到达月球，这样发射时火箭离开地面时的速度最小，它到达月球时的速度也最小。设火箭刚到达月球时的最小速度为v ，则由机械能守恒定律有
2
m
m m
em e m em e 21mv R m m G
R r m m G
r
m m G
r
r m m G
+---=---
(14) 解得)11(
2)11(
2m
m em m
em e r
R Gm r
r R r Gm v -
+--
-=
(15)
注意到(2)式，代入有关数据得v=2.3×103m/s (16)
评分标准：第(i)小问3分。求得(4)式得2分，求得(5)式得1分。第(ii)小问3分。求得(9)式得2分，求得(10)式得1分。第(iii)小问6分。(11)式2分，(14)式得2分，(16)式2分。
17. 参考解答：
因两物块与地面间的滑动摩擦系数相同，故它们在摩擦力作用下加速度的大小是相同的，以a 表示此加速度的大小。先假定在时间t 内，两物块始终作减速运动，都未停下。现分别以s 1和s 2表示它们走的路程，则有2
112
1at t v s -
=
(1) 2
2221at t v s -
=
(2)
而s 1+s 2=d (3)
解(1)、(2)、(3)三式并代入有关数据得a =0.175m/s 2
(4) 经过时间t ，两物块的速度分别为v'1=v 1?at (5) v'2=v 2?at (6) 代入有关数据得v'1=6.5m/s (7) v'2=?1.5m/s (8)
v'2为负值是不合理的，因为物块是在摩擦力作用下作减速运动，当速度减少至零时，摩擦力消失，
加速度不复存在，v'2不可为负。v'2为负，表明物块2经历的时间小于t 时已经停止运动，(2)式从而(4)、(6)、(7)、(8)式都不成立。在时间t 内，物块2停止运动前滑行的路程应是a v s 22
2
2= (9)
解(1)、(9)、(3)式，代入有关数据得a =0.20m/s 2
(10) 由(5)、(10)式求得刚要发生碰撞时物块1的速度v'1=6.0m/s (11) 而物块2的速度v'2=0
(12) 设V 为两物块碰撞后的速度，由动量守恒定律有m 1v'1=(m 1+m 2)V (13)
刚碰后到停止运动过程中损失的机械能2
21)(2
1ΔV m m E +=
(14) 由(13)、(14)得2
12
1
2
121Δm m v'm E +=
(15)
代入有关数据得ΔE =14.4J (16)
评分标准：本题12分。通过定量论证得到(9)式共4分，求得(11)式得4分，(13)式1分，(14)式1分，(15)式1分，(16)式1分。
18. 参考解答：
根据题意，通过增加砝码和调节游码的位置使磅秤恢复平衡，这时横梁MON 、横杆ABCP 、DEF 以及载物台Q 都是水平的，竖杆MP 、CF 都是竖直的。B 、E 处的刀口增加的压力分别为W 1和W 2，它们与待秤量物体的重量W 的关系为W=W 1+W 2 (1)
W 1与W 2之和是确定的，但W 1、W 2的大小与物品放置在载物台上的位置有关。对于横杆DEF ，它在E 点受到向下作用力（为了叙述简单，下面所说的作用力皆指载物后增加的作用力）的大小W 2，设在F 点受到向上作用力的大小为W'2，平衡时有 W 2·DE=W'2·DF (2)
对横杆ABCP ，在B 点受到向下作用力的大小为W 1，在C 点受到向下的作用力的大小为W'2，设在P 点受到向上的作用力的大小为W 3，平衡时有W 3·AP=W 1·AB+W'2·AC (3) 由以上三式得)(13DF
DE AC
AB W DF
DE AC W AP W -?+?
?=?
(4)
要使重物在平台上的位置不影响的W 3大小，就必需要求W 3与W 1无关，即有
0=-DF
DE AC
AB
(5)
即AB 、DE 、AC 、DF 应满足的关系为
DF
DE AC
AB =
(6)
评分标准：本题11分。(1)式2分，(2)式2分，(3)式2分，(4)式3分，(5)式或(6)式2分。
19. 参考解答：
入射的两条光线如图所示。α1、β1是从平端入射的光线通过球形端面时的入射角和折射角；α2、β2是从球形端面入射的光线通过球面时的入射角和折射角。根据折射定律有 n sin α1=sin β1 (1) sin α2=n sin β2 (2) 由几何关系有β1=α1+δ1 (3) α2=β2+δ2 (4)
设球面的半径为R ，注意到α1、α2、δ1、δ2都是小角度，故有Rα1=aδ1 (5) Rα2=bδ2
(6) 根据题给的条件，(1)、(2)式可近似表示成nα1=β1 (7) α2=nβ2
(8) 由(3)式?(8)式得a
b n =
(9)
评分标准：本题11分。(1)式1分，(2)式1分，(3)式1分，(4)式1分，(5)式1分，(6)式1分，(7)式1分，(8)式1分，(9)式3分。
20. 参考解答：
设宇宙尘埃的质量为m ，太阳的质量为M ，则太阳作用于尘埃的万有引力
2
se
r Mm G
f =
(1) 设地球的密度为ρ，地球的质量为m e ，按题意有ρπR m 3
34=
(2) 3
e e 34πR m ρ=
(3)
另有g R m G =2e e (4) 和se 2
e 2se e
)2(
r T πm r
Mm G
=
(5)
式中T 为地球绕太阳作圆周运动的周期，T =365×24×60×60s=3.15×107
s 。由(1)、(2)、(3)、(4)、(5)式得se 2
e
3
)2(
r T
πGR gR
f =
(6)
太阳辐射中含有各种频率的光子，设单位时间内，射到尘埃所在处的与太阳辐射垂直的单位面积上频率为νi 的光子数为N i ，根据S 的定义有∑=
i
i
i
h ν
N S
(7) 光子不仅具有能量，还具有动量。由题意可知频率为νi 的光子动量c
h νp i i =
(8) 光子射到尘埃表面被尘埃吸收，故光子作用于尘埃的冲量ΔI i =p i (9) 单位时间内射到尘埃单位面积上的各种频率的光子对尘埃的总冲量 ∑∑=
=
i
i i
i
i
i
p N
I
N I ΔΔ
(10)
ΔI 也就是压强。由于尘埃的表面是球面，球面上各部分并不都与太阳辐射垂直，但射到球面上的光辐射与射到与太阳辐射相垂直的球的大圆面上的光辐射是相等的，故太阳辐射作用于尘埃的力F=πR 2ΔI (11)
由(7)式?(11)式得S c πR
F 2= (12) 由(6)式和(12)式得se
2
e 4πgRcr
ST GR f F =
(13) 带入有关数据得
6
100.1-?=f
F
(14)
评分标准：本题13分。求得(6)式得4分，求得(12)式得7分，求得(13)式得1分，求得(14)式得1
分。
21. 参考解答：
(i)在空间取如图所示的直角坐标Oxyz ，Ox 轴沿电场方向，Oy 轴沿磁场方向，Oz 轴与重力方向相反。因为磁场作用于质点的洛仑兹力与磁场方向垂直，即在Oxz 平面内；作用于质点的电场力和重力也在Oxz 平面内，故质点在y 方向不受力作用，其速度沿y 方向的分速度的大小和方向都是不变的。根据题意，质点速度的大小是恒定不变的，而磁场作用于质点的洛
仑兹力对质点不做功，故质点的速度沿垂直磁场方向的分速度的大小一定也是恒定不变的，故此分速度必须与电场力和重力的合力垂直。由于电场力和重力的合力的方向是不变的，故此分速度的方向也是不变的。由此可得到结论：质点速度的方向也是不变的，即质点在给定的场中做匀速直线运动，其轨迹是直线，在Oxz 平面内，与电场力和重力的合力垂直。
(ii)质点作匀速直线运动表明电场、磁场和重力场对质点作用力的合
力F 等于0。设存在电场、磁场时质点速度的大小为v 0，它在坐标系中的三个分量分别为v 0x 、v 0y 和v 0z ，这也就是在电场、磁场刚要消失时质点的速度在三个场方向的分量，以F x 、F y 和F z 分别表示F 在坐标标系中的分量，则有F x =qE?qv 0z B=0 (1) F y =0 (2) F z =?mg+qv 0x B=0 (3) 由(1)、(3)式得B
E v z =0 (4) qB
mg v x =
(5)
若知道了粒子的速率v 0，粒子速度的y 分量为2
02
02
02
0z x y v v v v --=
(6) 因为电场和磁场消失后，粒子仅在重力作用下运动，任何时刻t 质点的速度为 v x =v 0x (7) v y =v 0y (8) v z =v 0z ?gt
(9) 当v x 等于0时，粒子的动能最小，这最小动能)(2
12
020min k y x v v m E +=
(10) 根据题意有)2
1(2120min k mv E =
(11)
由(10)、(11)式得)(22
02
02
0y x v v v += (12) 由(4)、(5)、(6)、(12)各式得2
2
0)()(1mg qE qB
v y -=
(13)
评分标准：本题16分。第(i)小问4分。通过论证得到质点作匀速直线运动的结论得4分。第(ii)小问12分。(4)式3分，(5)式3分，求得(13)式6分。
第十四届全国中学生物理竞赛预赛试题 ( 全卷共九题，总分为 140 分） 一 .(10 分 ) 一质点沿χ轴作直线运动 , 其中ν随时间 t 的变化如图 1(a) 所示 , 设 t=0 时 , 质点位于坐标原点Ο处 . 试根据ν -t 图分别在图 1(b) 及图 1(c) 中尽可能准确的画出 : 1. 表示质点运动的加速度α随时间 t 变化关系的α -t 图 . 2. 表示质点运动的位移χ随时间 t 变化关系的χ -t 图 . 二 .(12 分 ) 三个质量相同的物块 A,B,C 用轻弹簧和一根轻线相连 ,, 挂在天花板上 , 处于平衡状态 , 如图 2 所示。现将 A,B 之间的轻线剪断 , 在刚剪断的瞬间 , 三个 ` 物体的加速度分别是 ( 加速度的方向以竖直向下为正 ):
A 的加速度是 ________; B 的加速度是 _________; C 的加速度是 _________; 三 (10 分 ) 测定患者的血沉 , 在医学上有助于医生对病情作出判断 , 设血液是由红血球和血浆组成的悬浮液 . 将次悬浮液放入竖直放置的血沉管内 , 红血球就会在血浆中匀速下沉 , 其下沉速率称为血沉 . 某人的血沉υ的值大约是 10毫米/小时. 如果把红血球近似看作是半 径为 R 的小球 , 且认为它在血浆中所受的粘滞阻力为f=6πηRυ . 在室温下η≈ 1.8 × 10-3帕. 秒 . 已知血浆的密度ρ0≈1.0 × 103千克 / 米3, 红血球的密度ρ≈1.3 × 103千克 / 米3 . 试由以上数据估算红血球半径的大小 ( 结果取一位有效数字 ). 四 .(12 分 ) 有一半径为 R 的不导电的半球薄壳 , 均匀带电 , 倒扣在χΟ y 平面上 , 如图 3 所示图中Ο为球心 ,ABCD 为球壳边缘 ,AOC 为直径 . 有一电量为 q 的点电荷位于 OC 上的 E 点 ,OE=r. 已知将此点电荷由 E 点缓慢移至球壳顶点 T 时 , 外力需要作功 W,W>0, 不计重力影响 . 1. 试求将次点电荷由 E 点缓慢移至 A 点外力需做功的正负大小 , 并说明理由 .
第35届全国中学生物理竞赛决赛理论考试试题（上海交大） 1、（35分） 如图，半径为R 、质量为M 的半球静置于光滑水平桌面上，在半球顶点上有一质量为m 、半径为r 的匀质小 球。某时刻，小球收到微扰由静止开始沿半球表面运动。在运动过 程中，小球相对半球的位置由角位置θ描述，θ为两球心连线与竖直线的夹角。己知小球绕其对称轴的转动惯量为225 mr ，小球与半球间的动摩擦因数为μ，假定最大静摩擦力等于滑动摩擦力。重力加 速度大小为g 。 （1）（15分）小球开始运动后在一段时间内做纯滚动，求在此过程中，当小球的角位置为θ1时，半球运动的速度大小1()M V θ和加速度大小1()M a θ； （2）（15分）当小球纯滚动到角位置θ2时开始相对于半球滑动，求θ2所满足的方程（用半球速度大小2()M V θ和加速度大小2()M a θ以及题给条件表示）； （3）（5分）当小球刚好运动到角位置θ3时脱离半球，求此时小球质心相对于半球运动速度的大小3()m v θ 2、（35分） 平行板电容器极板1和2的面积均为S ，水平固定放置，它们之间的距离为 d ，接入如图所示的电路中，电源的电动势记为U 。不带电的导体薄平板3（厚 度忽略不计）的质量为m 、尺寸与电容器极板相同。平板3平放在极板2的 正上方，且与极板2有良好的电接触。整个系统置于真空室内，真空的介电 常量为0ε。合电键K 后，平板3与极板1和2相继碰撞，上下往复运动。假设导体板间的电场均可视为匀强电场；导线电阻和电源内阻足够小，充放电时间可忽略不计；平板3与极板1或2碰撞后立即在极短时间内达到静电干衡；所有碰撞都是完全非弹性的。重力加速度大小为g 。 （1）（17分）电源电动势U 至少为多大？ （2）（18分）求平板3运动的周期（用U 和题给条件表示）。 已知积分公式 ( 2ax b C =+++，其中a >0，C 为积分常数。
全国中学生物理竞赛集锦（光学） 第21届预赛2004.9.5 一、（15分）填空 1．d ．一个可见光光子的能量的数量级为_________J 。 2．已知某个平面镜反射的光能量为入射光能量的80％。试判断下列说法是否正确，并简述理由。 a ． 反射光子数为入射光子数的80％； b ．每个反射光子的能量是入射光子能量的80％。 六、（15分）有一种高脚酒杯，如图所示。杯内底面为一凸起的球面，球心在顶点O 下方玻璃中的C 点，球面的半径R ＝1.50cm ，O 到杯口平面的距离为8.0cm 。在杯脚底中心处P 点紧贴一张画片，P 点距O 点6.3cm 。这种酒杯未斟酒时，若在杯口处向杯底方向观看，看不出画片上的景物，但如果斟了酒，再在杯口处向杯底方向观看，将看到画片上的景物。已知玻璃的折射率n 1＝1.56，酒的折射率n 2＝1.34。试通过分析计算与论证解释这一现象。 第21届复赛 四、(20分)目前，大功率半导体激光器的主要结构形式是由许多发光区等距离地排列在一条直线上的长条状，通常称为激光二极管条．但这样的半导体激光器发 出的是很多束发散光束，光能分布很不集中，不利于传输和应用．为了解决这个问题，需要根据具体应用的要求，对光束进行必需的变换（或称整形）．如果能把一个半导体激光二极管条发出的光变换成一束很细的平行光束，对半导体激光的传输和应用将是非常有意义的．为此，有人提出了先把多束发散光会聚到一点，再变换为平行光的方案，其基本原理可通过如下所述的简化了的情况来说明． 如图，S 1、S 2、S 3 是等距离（h ）地排列在一直线上的三个点光源，各自向垂直于它们的连线的同一方向发出半顶角为α =arctan ()41的圆锥形光束．请使用三个完全相同的、焦距为f = 1.50h 、半径为r =0.75 h 的圆形薄凸透镜，经加工、 组装成一个三者在同一平面内的组合透镜，使三束光都能全部投射到这个组合透镜上，且经透镜折射后的光线能全部会聚于z 轴（以S 2为起点，垂直于三个点光源连线，与光束中心线方向相同的射线）上距离S 2为 L = 12.0 h 处的P 点．（加工时可对透镜进行外形的改变，但不能改变透镜焦距．） 1．求出组合透镜中每个透镜光心的位置． 2．说明对三个透镜应如何加工和组装，并求出有关数据． 第20届预赛 一、（20分）两个薄透镜L 1和L 2共轴放置，如图所示．已知L 1的焦距f 1=f , L 2的焦距f 2=—f ，两透镜间距离也是f ．小物体位于物面P 上，物距u 1 ＝3f ．
第25届全国中学生物理竞赛预赛卷 一、选择题。本题共 6小题，每小题6分。在每小题给出的 4个选项中，有的小题只有一项是正确 的，有的小题有多项是正确的。把正确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. 如图所示，两块固连在一起的物块 a 和b ，质量分别为 m a 和m b ，放 在水平的光滑桌面上。现同时施给它们方向如图所示的推力 F a 和拉力 F b ,已知F a >F b ,贝y a 对b 的作用力 A. 必为推力 B.必为拉力 C.可能为推力，也可能为拉力 D.可能为零 2. 用光照射处在基态的氢原子，有可能使氢原子电离。下列说法中正确的是 A. 只要光的光强足够大，就一定可以使氢原子电离 B. 只要光的频率足够高，就一定可以使氢原子电离 C. 只要光子的能量足够大，就一定可以使氢原子电离 D. 只要光照的时间足够长，就一定可以使氢原子电离 3?如图所示，一 U 形光滑导轨串有一电阻 R ,放置在匀强的外磁 导轨平面与磁场方向垂直。一电阻可忽略不计但有一定质量的金 ab 跨接在导轨上，可沿导轨方向平移。现从静止开始对 ab 杆施 的恒力F ，若忽略杆和 U 形导轨的自感，则在杆运动过程中，下 说法是正确的 A. 外磁场对载流杆ab 的作用力对ab 杆做功，但外磁场的能量是不变的 B. 外力F 的功总是等于电阻 R 上消耗的功 C. 外磁场对载流杆ab 作用力的功率与电阻 R 上消耗的功率两者的大小是相等的 D. 电阻R 上消耗的功率存在最大值 4. 如图所示，放置在升降机地板上的盛有水的容器中，插有两根相对容器的位置是固定的玻璃管 和b ，管的上端都是封闭的，下端都是开口的。管内被水各封有一定质量 体。平衡时，a 管内的水面比管外低，b 管内的水面比管外高。现令升降 止开始加速下降，已知在此过程中管内气体仍被封闭在管内， 且经历的过 为绝热过程，则在此过程中 A. a 中气体内能将增加，b 中气体内能将减少 B. a 中气体内能将减少， b 中气体内能将增加 C. a 、b 中气体内能都将增加 D. a 、b 中气体内能都将减少 5. 图示为由粗细均匀的细玻璃管弯曲成的 双 U 形管” a 、b 、c 、d 为其四段竖直的部分，其中 a 、 d 上端是开口的，处在大气中。管中的水银把一段气体柱密封在 b 、 c 内, 平衡时，管内水银面的位置如图所示。现缓慢地降低气柱中气体的温度， 的水银面上升了一小段高度 A h ，则 A. b 中的水银面也上升 A h B. b 中的水银面也上升，但上升的高度小于 A h C. 气柱中气体压强的减少量等于高为 A h 的水银柱所产生的压强 场中， 属杆 以向右 列哪种 的气 机从静 程可视
第27届全国中学生物理竞赛决赛试题及答案 一、（25分）填空题 1．一个粗细均匀的细圆环形橡皮圈，其质量为M，劲度系数为k，无形变时半径为R。现将它用力抛向空中，忽略重力的影响，设稳定时其形状仍然保持为圆形，且在平动的同时以角速度ω绕通过圆心垂直于圆面的轴线匀速旋转，这时它的半径应为。 2．鸽哨的频率是f。如果鸽子飞行的最大速度是u，由于多普勒效应，观察者可能观测到的频率范围是从到。（设声速为V。） 3．如图所示，在一个质量为M、内部横截面积为A 的竖直放置的绝热气缸中，用活塞封闭了一定量温 度度为 T的理想气体。活塞也是绝热的，活塞质量 以及活塞和气缸之间的摩擦力都可忽略不计。已知 大气压强为 p，重力加速度为g，现将活塞缓慢上提，当活塞到达气 缸开口处时，气缸刚好离开地面。已知理想气体在缓慢变化的绝热过程中pVγ保持不变，其中p是气体的压强，V是气体的体积，γ是一常数。根据以上所述，可求得活塞到达气缸开口处时气体的温度为。
4．（本题答案保留两位有效数字）在电子显微镜中，电子束取代了光束被用来“照射”被观测物。要想分辨101.010m -?（即原子尺度）的结构，则电子的物质波波长不能大于此尺度。据此推测电子的速度至少需被加速到 。如果要想进一步分辨121.010m -?尺度的结构，则电子的速度至少需被加速到 ，且为使电子达到这一速度，所需的加速电压为 。 已知电子的静止质量 319.110kg e m -=?，电子的电量 191.610C e -=-?，普朗克常量346.710J s h -=??，光速813.010m s c -=??。
二、（20分）图示为一利用传输带输送货物的装置，物块（视为质点）自平台经斜面滑到一以恒定速度v运动的水平长传输带上，再由传输带输送到远处目的地，已知斜面高 2.0m h=，水平边长 4.0m L=，传输带宽 2.0m d=，传输带的运动速度 3.0m/s v=。物块与斜面间的摩擦系数 10.30 μ=。物块自斜面顶端下滑的初速度为零。沿斜面下滑的速度方向与传输带运动方向垂直。设斜面与传输带接触处为非常小的一段圆弧，使得物块通过斜面与传输带交界处时其速度的大小不变，重力加速度2 10m/s g=。 1．为使物块滑到传输带上后不会从传输边缘脱离，物块与传输带之 间的摩擦系数 2 μ至少为多少？ 2．假设传输带由一带有稳速装置的直流电机驱动，与电机连接的电源的电动势200V E=，内阻可忽略；电机的内阻10 R=Ω，传输带空载（无 输送货物）时工作电流 02.0A I=，求当货物的平均流量（单位时间内输送货物的质量），稳定在640kg/s 9 η=时，电机的平均工作电流等于多少？假设除了货物与传输带之间的摩擦损耗和电机的内阻热损耗外，其它部分的能量损耗与传输带上的货物量无关。
第28届全国中学生物理竞赛决赛 实验试题一试卷及答卷 直流电源特性的研究 一、 题目： 一直流待测电源x E ，开路电压小于2V 。 （1） 利用所给仪器，自组电压表、并测量待测电源x E 的开路电压； （2） 利用所给仪器，测量待测电源x E 的短路电流。 二、 仪器： 直流待测电源x E ，六位电阻箱二台，标称值350欧姆的滑线变阻器一台，标称值3V 直流电压源E 一台，准确度等级0.5级指针式100微安直流电流表1A 一台，准确度等级0.5级指针式多量程直流电流表 2A 一台，准确度等级1.5级指针式检流计G 一台，开关、导线若干。 三、 说明： 1、 待测电源x E 具有非线性内阻，不适合用U I -曲线外推法测量； 2、 测量中需要的电压表用100微安指针式直流电流表1A 和电阻箱自组； 3、 标称值3V 直流电压源E 由两节1号干电池、15欧姆保护电阻串联构成； 4、 所画测量电路中的待测电源x E 、3V 直流电压源E 、电流表1A 、电流表2A 需用“+”和“-”标明其正负极性； 5、 检流计G 两接线端子上并联两个保护二级管，作为平衡指示器使用时，可以不使用串联保护电阻。 如果测试中需要用检流计G 判断电流是否为0时，应说明检流计G 指示为0的判断方法或者判断过程。 四、 要求： 1、 （7分）利用所给器材，测量100微安电流表内阻，并将100微安电流表改装成2.00V 量程的电压表。 要求画出测量内阻的电路图，简述测量原理，给出测量结果；画出自组电压表的示意图，并标明元件的数值。 2.1（5分）画出测量待测电源x E 的开路电压的电路图，简述测量待测电源x E 开路电压的原理和步骤。 2.2（6分）连接电路、测量并记录必要的数据，标明待测电源x E 开路电压的测量值。 3.1（5分）画出测量待测电源x E 短路电流的电路图，并简述测量待测电源x E 短路电流的原理和步聚。 3.2（7分）连接电路、测量并记录必要的数据，写出待测电源x E 短路电流的测量值。 实验试题一答题纸： 1（7分）利用所给器材，测量100微安电流表内阻，并将100微安电流表改装成2.00V 量程的电压表。要 求画出测量内阻的电路图，简述测量原理，给出测量结果；画出自组电压表的示意图，并标明元件的
《全国中学生物理竞赛大纲2020版》 (2020年4月修订，2020年开始实行) 2011年对《全国中学生物理竞赛内容提要》进行了修订，修订稿经全国中学生物理竞赛委员会第30次全体会议通过，并决定从2020年开始实行。修订后的“内容提要”中，凡用※号标出的内容，仅限于复赛和决赛。 力学 1.运动学 参考系 坐标系直角坐标系 ※平面极坐标※自然坐标系 矢量和标量 质点运动的位移和路程速度加速度 匀速及匀变速直线运动及其图像 运动的合成与分解抛体运动圆周运动 圆周运动中的切向加速度和法向加速度 曲率半径角速度和※角加速度 相对运动伽里略速度变换 2．动力学 重力弹性力摩擦力惯性参考系 牛顿第一、二、三运动定律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) ※非惯性参考系※平动加速参考系中的惯性力 ※匀速转动参考系惯性离心力、视重 ☆科里奥利力 3．物体的平衡 共点力作用下物体的平衡 力矩刚体的平衡条件 ☆虚功原理 4．动量 冲量动量质点与质点组的动量定理动量守恒定律※质心 ※质心运动定理 ※质心参考系 反冲运动 ※变质量体系的运动 5．机械能 功和功率
动能和动能定理※质心动能定理 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 弹性碰撞与非弹性碰撞恢复系数 6．※角动量 冲量矩角动量 质点和质点组的角动量定理和转动定理 角动量守恒定律 7．有心运动 在万有引力和库仑力作用下物体的运动 开普勒定律 行星和人造天体的圆轨道和椭圆轨道运动 8．※刚体 刚体的平动刚体的定轴转动 绕轴的转动惯量 平行轴定理正交轴定理 刚体定轴转动的角动量定理刚体的平面平行运动9．流体力学 静止流体中的压强 浮力 ☆连续性方程☆伯努利方程 10．振动 简谐振动振幅频率和周期相位 振动的图像 参考圆简谐振动的速度 （线性）恢复力由动力学方程确定简谐振动的频率简谐振动的能量同方向同频率简谐振动的合成 阻尼振动受迫振动和共振(定性了解) 11．波动 横波和纵波 波长频率和波速的关系 波的图像 ※平面简谐波的表示式 波的干涉※驻波波的衍射(定性) 声波 声音的响度、音调和音品声音的共鸣乐音和噪声
第32届全国中学生物理竞赛预赛试卷 本卷共l6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。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． 1.2014年3月8日凌晨2点40分，马来西亚航空公司一架波音777-200飞机与管制中心失去联系．2014年3月24日晚，初步确定失事地点位于南纬31o52′、东经115o52′的澳大利亚西南城市珀斯附近的海域．有一颗绕地球做匀速圆周运动的卫星，每天上午同一时刻在该区域正上方对海面拍照，则 A.该卫星一定是地球同步卫星 B.该卫星轨道平面与南纬31o52′所确定的平面共面 C.该卫星运行周期一定是地球自转周期的整数倍 D.地球自转周期一定是该卫星运行周期的整数倍 2.23892U（铀核）衰变为22288Rn（氡核）要经过 A.8次α衰变，16次β衰变 B.3次α衰变，4次β衰变 C.4次α衰变，16次β衰变 D.4次α衰变，4次β衰变 3．如图，一半径为R的固定的光滑绝缘圆环，位于竖直平面内；环上有两个相同的带电小球a和b(可视为质点)，只能在环上移动，静止时两小球之间的距离为R。现用外力缓慢推左球a使其到达圆环最低点c，然后撤除外力．下列说法正确的是
A.在左球a 到达c 点的过程中，圆环对b 球的支持力变大 B ．在左球a 到达c 点的过程中，外力做正功，电势能增加。 C.在左球a 到达c 点的过程中，a 、b 两球的重力势能之和不变 D.撤除外力后，a 、b 两球在轨道上运动过程中系统的能量守恒 4．如图，O 点是小球平抛运动抛出点；在O 点有一个频闪点光源，闪光频率为30Hz ；在抛出点的正前方，竖直放置一块毛玻璃，小球初速度与毛玻璃平面垂直．在小球抛出时点光源开始闪光．当点光源闪光时，在毛玻璃上有小球的一个投影点．已知图中O 点与毛玻璃水平距离L =1．20 m ，测得第一、二个投影点之间的距离为0.05 m ．取重力加速度g =10m/s 2．下列说法正确的是 A.小球平抛运动的初速度为4m/s B ．小球平抛运动过程中，在相等时间内的动量变化不相等 C ．小球投影点的速度在相等时间内的变化量越来越大 D.小球第二、三个投影点之间的距离0．15m 5．某同学用电荷量计(能测出一段时间内通过导体横截面的电荷量)测量地磁场强度，完成了如下实验：如图，将面积为S ，电阻为"的矩形导线框abcd 沿图示方位水平 放置于地面上某处，将其从图示位置绕东西轴转 180o ，测得通过线框的电荷量为Q 1；将其从图示位置绕东西轴转90o ，测得通过线框的电荷量为Q 2。该处地磁场的磁感应强度大小应为 A.22 214 Q Q S R + B.2221Q Q S R + C.2 2 21212 Q Q Q Q S R ++ D.222121Q Q Q Q S R ++ 二、填空题．把答案填在题中的横线上．只要给出结果，不需写出求得结果的过程． 6．(10分)水平力F 方向确定，大小随时间的变化如图a 所示；用力F 拉静止在水平
第28届全国中学生物理竞赛决赛试题 一、（15分）在竖直面将一半圆形光滑导轨固定在A 、B 两点，导轨直径AB =2R ，AB 与竖直方向间的夹角为60°，在导轨上套一质量为m 的光滑小圆环，一劲度系数为k 的轻而细的光滑弹性绳穿过圆环，其两端系与A 、B 两点，如 图28决—1所示。当圆环位于A 点正下方C 点时，弹性绳刚好为原长。现将圆环从C 点无初速度释放，圆环在时刻t 运动到C'点，C'O 与半径OB 的夹角为θ，重力加速度为g .试求分别对下述两种情形，求导轨对圆环的作用力的大小：（1） θ=90°（2）θ=30° 二、（15分）如图28决—2所示，在水平地面上有一质量为M 、长度为L 的小车，车两端靠近底部处分别固定两个弹簧，两弹簧位于同一直线上，其原长分别为l 1和 l 2，劲度系数分别为k 1和k 2；两弹簧的另一端分别放着 一质量为m 1、m 2的小球，弹簧与小球都不相连。开始时，小球1压缩弹簧1并保持整个系统处于静止状态，小球2被锁定在车底板上，小球2与小车右端的距离等于弹簧2的原长。现无初速释放小球1，当弹簧1的长度等于其原长时，立即解除对小球2的锁定；小球1与小球2碰撞后合为一体，碰撞时间极短。已知所有解除都是光滑的；从释放小球1到弹簧2达到最大压缩量时，小车移动力距离l 3.试求开始时弹簧1的长度l 和后来弹簧2所达到的最大压缩量Δl 2 . 图28决—2
三、（20分）某空间站A 绕地球作圆周运动，轨道半径为 r A =6.73×106m.一人造地球卫星B 在同一轨道平面作圆周运 动，轨道半径为r B =3r A /2，A 和B 均沿逆时针方向运行。现从空间站上发射一飞船（对空间站无反冲）前去回收该卫星， 为了节省燃料，除了短暂的加速或减速变轨过程外，飞船在往返过程中均采用同样形状的逆时针椭圆转移轨道，作无动力飞行。往返两过程的椭圆轨道均位于空间站和卫星的圆轨道平面，且近地点和远地点都分别位于空间站和卫星的轨道上，如图28决—3所示。已知地球半径为R e =6.38×106m ，地球表面重力加速度为g =9.80m/s 2.试求： （1）飞船离开空间站A 进入椭圆转移轨道所必须的速度增量Δv A ，若飞船在远地点恰好与卫星B 相遇，为了实现无相对运动的捕获，飞船所需的速度增量Δv B . （2）按上述方式回收卫星，飞船从发射到返回空间站至少需要的时间，空间站 A 至少需要绕地球转过的角度。 图28决—3
全国初中物理竞赛精选题及答案 初中物理知识要点一览与初中物理基本概念概要 （一）初中物理知识要点一览 速度：V（m/S）?v=?S：路程/t：时间? 重力G?（N）?G=mg（?m：质量；?g：9.8N或者10N?） 密度：ρ?（kg/m3）?ρ=?m?（m：质量；?V：体积?） 合力：F合?（N）?方向相同：F合=F1+F2?；?方向相反：F合=F1—F2?方向相反时,F1>F2? 浮力：F浮?(N)?F浮=G物—G视?（G视：物体在液体的重力?） 浮力：F浮?(N)?F浮=G物?（此公式只适用?物体漂浮或悬浮?） 浮力：F浮?(N)?F浮=G排=m排g=ρ液gV排?（G排：排开液体的重力?；m排：排开液体的质量?；ρ液：液体的密度?；?V排：排开液体的体积?(即浸入液体中的体积)?） 杠杆的平衡条件：?F1L1=?F2L2?（?F1：动力?；L1：动力臂；F2：阻力；?L2：阻力臂?） 定滑轮：?F=G物?S=h?（F：绳子自由端受到的拉力；?G物：物体的重力；?S：绳子自由端移动的距离；?h：物体升高的距离） 动滑轮：?F=?（G物+G轮)/2?S=2?h?（G物：物体的重力；?G轮：动滑轮的重力） 滑轮组：?F=?（G物+G轮）?S=n?h?（n：通过动滑轮绳子的段数）机械功：W?（J）?W=Fs?（F：力；?s：在力的方向上移动的距离?）有用功：W有?=G物h? 总功：W总?W总=Fs?适用滑轮组竖直放置时? 机械效率:?η=W有/W总?×100%?
功率:P?（w）?P=?w/t?(W：功;?t：时间) 压强p?（Pa）?P=?F/s?(F：压力;?S：受力面积） 液体压强：p?（Pa）?P=ρgh?（ρ：液体的密度；?h：深度【从液面到所求点的竖直距离】?） 热量：Q?（J）?Q=cm△t?（c：物质的比热容；?m：质量?；△t：温度的变化值?） 燃料燃烧放出的热量：Q（J）?Q=mq?（m：质量；?q：热值）? 串联电路?电流I（A）?I=I1=I2=……?电流处处相等? 串联电路?电压U（V）?U=U1+U2+……?串联电路起分压作用? 串联电路?电阻R（Ω）?R=R1+R2+……? 并联电路?电流I（A）?I=I1+I2+……?干路电流等于各支路电流之和（分流）? 并联电路?电压U（V）?U=U1=U2=……? 并联电路?电阻R（Ω）1/R?=1/R1?+1/R2?+……? 欧姆定律：?I=?U/I? 电路中的电流与电压成正比,与电阻成反比? 电流定义式?I=?Q/t?（Q：电荷量（库仑）；t：时间（S）?） 电功：W?（J）?W=UIt=Pt?（U：电压；?I：电流；?t：时间；?P：电功率?） 电功率：?P=UI=I2R=U2/R?（U:电压；?I：电流；?R：电阻?） 电磁波波速与波?长、频率的关系：?C=λν?（C：波速（电磁波的波速是不变的,等于3×108m/s）；?λ：波长；?ν：频率?） （二）初中物理基本概念概要 一、测量
2014第31届全国中学生物理竞赛预赛试题及参考答案与评分标准 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． 1．一线膨胀系数为α的正立方体物块，当膨胀量较小时，其体膨胀系数等于 A．αB．α1/3 C．α3D．3α 2．按如下原理制作一杆可直接测量液体密度的秤，称为密度秤，其外形和普通的杆秤差不多，装秤钩的地方吊着一体积为lcm3的较重的合金块，杆上有表示液体密度数值的刻度．当秤砣放在Q点处时秤杆恰好平衡，如图所示，当合金块完全浸没在待测密度的液体中时，移动秤砣的悬挂点，直至秤杆恰好重新平衡，便可直接在杆秤上读出液体的密度．下列说法中错误的是 A．密度秤的零点刻度在Q点 B．秤杆上密度读数较大的刻度在较小的刻度的左边 C．密度秤的刻度都在Q点的右侧 D．密度秤的刻度都在Q点的左侧 3．一列简谐横波在均匀的介质中沿z轴正向传播，两质点P1和P2的平衡位置在x轴上，它们相距60cm，当P1质点在平衡位置处向上运动时，P2质点处在波谷位置，若波的传播速度为24 m/s，则该波的频率可能为 A．50Hz B．60Hz C．400Hz D．410Hz 4．电磁驱动是与炮弹发射、航空母舰上飞机弹射起飞有关的一种新型驱动方式，电磁驱动的原理如图所示，当直流电流突然加到一固定线圈上，可以将置于线圈上的环弹射出去．现在同一个固定线圈上，先后置有分别用钢、铝和硅制成的形状、大小和横截面积均相同的三种环；当电流突然接通时，它们所受到的推力分别为F1、F2和F3．若环的重力可忽略，下列说法正确的是 A．F1>F2>F3B．F2>F3 >F1 C．F3 >F2> F1D．F1=F2=F3 5．质量为m A的A球，以某一速度沿光滑水平面向静止的B球运动，并与B球发生弹性正碰．假设B球的质量m B可选取为不同的值，则 A．当m B=m A时，碰后B球的速度最大 B．当m B=m A时，碰后B球的动能最大 C．在保持m B>m A的条件下，m B越小，碰后B球的速度越大
第34届全国中学生物理竞赛决赛理论考试试题(2017) 一、(35分)如图,质量分别为 、 的小球 、 放置在光滑绝缘水平面上,两球之间用一原长为 , 劲度系数为 .的绝缘轻弹簧连接. (1) 时,弹簧处于原长,小球 有一沿两球连线向右的初速度 ,小球 静止.若运动过程中弹簧始终处于弹性形变范围内,求两球在任一时刻 的速度. (2)若让两小球带等量同号电荷,系统平衡时弹簧长度为 ,记静电力常量为 .求小球所带电荷量和两球与弹簧构成的系统做微振动的频率(极化电荷的影响可忽略). 二、(35分)双星系统是一类重要的天文观测对象.假设某两星体均可视为质点,其质量分别为 和 ,一 起围绕它们的质心做圆周运动,构成一双星系统,观 测到该系统的转动周期为 .在某一时刻, 星突然 发生爆炸而失去质量 .假设爆炸是瞬时的、相对 于 星是各向同性的,因而爆炸后 星的残余体 星的瞬间速度与爆炸前瞬间 星 的速度相同,且爆炸过程和抛射物质 都对 星没 有影响.已知引力常量为 ,不考虑相对论效应. (1)求爆炸前 星和 星之间的距离 ; (2)若爆炸后 星和 星仍然做周期运动,求该运动的周期 ; (3)若爆炸后 星和 星最终能永远分开,求 和 三者应满足的条件. 三、(35分)熟练的荡秋千的人能够通过在秋千板上适时站起和蹲下使秋千越荡越高.一质量 为 的人荡一架底板和摆杆均为刚性的秋千, 底板和摆杆的质量均可忽略,假定人的质量集 中在其质心.人在秋千上每次完全站起时起质 心距悬点 的距离为 ,完全蹲下时此距离变为 .实际上,人在秋千上站起和蹲下过程都是在一段时间内完成的.作为一个简单的模型,假设人在第一个最高点 点从完全站立的姿 势迅速完全下蹲,然后荡至最低点 , 与 的高度差为 ;随后他在 点迅速完全站l 0 a b 爆炸前瞬间 爆炸后瞬间
说明： 1、2016版和2013版相比较，新增了一些内容，比如☆科里奥利力，※质心参考系☆虚功原理，☆连续性方程☆伯努利方程☆熵、熵增。另一方面，也略有删减，比如※矢量的标积和矢积，※平行力的合成重心，物体平衡的种类。有的说法更严谨，比如反冲运动及火箭改为反冲运动※变质量体系的运动，※质点和质点组的角动量定理(不引入转动惯量) 改为质点和质点组的角动量定理和转动定理，并且删去了对不引入转动惯量的限制，声音的响度、音调和音品声音的共鸣乐音和噪声增加限制（前3项均不要求定量计算）。 2、知识点顺序有调整。比如刚体的平动和绕定轴的转动2013版在一、运动学的最后，2016版独立为一个新单元，---很早以前的版本也如此。 3、2013年开始实行的“内容提要”中，凡用※号标出的内容，仅限于复赛和决赛。2016年开始实行的进一步细化，其中标☆仅为决赛内容，※为复赛和决赛内容，如不说明，一般要求考查定量分析能力。 全国中学生物理竞赛内容提要 (2015年4月修订，2016年开始实行) 说明：按照中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会第9次全体会议(1990年)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、复赛和决赛命题的依据。它包括理论基础、实验、其他方面等部分。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日在南宁经全国中学生物理竞赛委员会第10次全体会议通过，开始实施。 经2000年全国中学生物理竞赛委员会第19次全体会议原则同意，对《全国中学生物理竞赛内容提要》做适当的调整和补充。考虑到适当控制预赛试题难度的精神，《内容提要》中新补充的内容用“※”符号标出，作为复赛题和决赛题增补的内容，预赛试题仍沿用原规定的《内容提要》，不增加修改补充后的内容。 2005年，中国物理学会常务理事会对《全国中学生物理竞赛章程》进行了修订。依据修订后的章程，决定由全国中学生物理竞赛委员会常务委员会组织编写《全国中学生物理竞赛实验指导书》，作为复赛实验考试题目的命题范围。 2011年对《全国中学生物理竞赛内容提要》进行了修订，修订稿经全国中学生物理竞赛委员会第30次全体会议通过，并决定从2013年开始实行。修订后的“内容提要”中，凡用※号标出的内容，仅限于复赛和决赛。 2015年对《全国中学生物理竞赛内容提要》进行了修订，其中标☆仅为决赛内容，※为复赛和决赛内容，如不说明，一般要求考查定量分析能力。 力学 1. 运动学 参考系 坐标系直角坐标系 ※平面极坐标※自然坐标系 矢量和标量 质点运动的位移和路程速度加速度 匀速及匀变速直线运动及其图像 运动的合成与分解抛体运动圆周运动 圆周运动中的切向加速度和法向加速度
第28 届全国中学生物理竞赛预赛试卷 1-5678总分 9101112 13141516 16 200 一、选择题．本题共 5 小题，每小题 6 分．在每小题给出的 得分阅卷复核 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．常用示波器中的扫描电压u 随时间t 变化的图线是（）2．下面列出的一些说法中正确的是（） A．在温度为200C 和压强为 1 个大气压时，一定量的水蒸发为同温度的水蒸气，在此过程中，它所吸收的热量等于其内能的增量． B．有人用水银和酒精制成两种温度计，他都把水的冰点定为0 度，水的沸点定为100度，并都把0 刻度与100 刻度之间均匀等分成同数量的刻度，若用这两种温度计去测量同一环境的温度（大于0 度小于100 度）时，两者测得的温度数值必定相同． C ．一定量的理想气体分别经过不同的过程后，压强都减小了，体积都增大了，则从每个 过程中气体与外界交换的总热量看，在有的过程中气体可能是吸收了热量，在有的过程中气体可能是放出了热量，在有的过程中气体与外界交换的热量为0 . D ．地球表面一平方米所受的大气的压力，其大小等于这一平方米表面单位时间内受 上方作热运动的空气分子对它碰撞的冲量，加上这一平方米以上的大气的重量． 3．把以空气为介质的两个平行板电容器a和b串联，再与电 阻R 和电动势为 E 的直流电源如图连接．平衡后，若把一块玻 璃板插人电容器 a 中，则再达到平衡时，（）A．与玻璃板插 人前比，电容器 a 两极间的电压增大了B．与玻璃板插人前比， 电容器 a 两极间的电压减小了C．与玻璃板插入前比，电容器 b 贮存的电能增大了 D．玻璃板插人过程中电源所做的功等于两电容器贮存总电 能的增加量4．多电子原子核外电子的分布形成若干壳层，K 壳层离核最近，L 壳层次之，M 壳层更次之，??，每一壳层中可容纳的电子数是一定的，当一个壳层中的电子填满后，余下的电子将分布到次外的壳层．当原子的内壳层中出现空穴时，较外壳层中的电子将跃迁至空穴，并以发射光子（X 光）的形式释放出多余的能量，但亦有一定的概率将跃迁中放出的能量传给另一个电子，使此电子电离，这称为俄歇（Auger）效应，这样电离出来的电子叫俄歇电子．现用一能量为40.00keV 的光子照射Cd（镐）原子，击出Cd 原子中K层一个电子，使该壳层出现空穴，己知该K 层电子的电离能为26.8keV．随后，Cd 原子的L 层中一个电子跃迁到K 层，而由于俄歇效应，L层中的另一个的电子从Cd原子射出，已知这两个电子的电离能皆为 4.02keV，则射出的俄歇电子的动能等于（）
全国中学生物理竞赛真题汇编---热学 1.（19Y4） 四、（20分）如图预19-4所示，三个绝热的、容积相同的球状容器A 、B 、C ，用带有阀门K 1、K 2的绝热细管连通，相邻两球球心的高度差 1.00m h =．初始时，阀门是关闭的，A 中装有1mol 的氦（He ）,B 中装有1mol 的氪（Kr ）,C 中装有lmol 的氙（Xe ），三者的温度和压强都相同．气体均可视为理想气体．现打开阀门K 1、K 2，三种气体相互混合，最终每一种气体在整个容器中均匀分布，三个容器中气体的温度相同．求气体温度的改变量．已知三种气体的摩尔质量分别为 31He 4.00310kg mol μ--=?? 在体积不变时，这三种气体任何一种每摩尔温度升高1K ，所吸收的热量均为 3/2R ，R 为普适气体常量． 2．（20Y3）（20分）在野外施工中，需要使质量m ＝4.20 kg 的铝合金构件升温；除了保温瓶中尚存有温度t ＝90.0oC 的1.200kg 的热水外，无其他热源。试提出一个操作方案，能利用这些热水使构件从温度t 0＝10.0oC 升温到66.0oC 以上(含66.0oC)，并通过计算验证你的方案． 已知铝合金的比热容c ＝0.880×103J ·(k g·oC)－1 ， 水的比热容c ＝ 4.20×103J ·(kg ·oC)－1 ，不计向周围环境散失的热量． 3．（22Y6）(25分)如图所示。两根位于同一水平面内的平行的直长金属导轨，处于恒定磁场中。 磁场方向与导轨所在平面垂直．一质量为m 的均匀导体细杆，放在导轨上，并与导轨垂 直，可沿导轨无摩擦地滑动，细杆与导轨的电阻均可忽略不计．导轨的左端与一根阻值为 尺0的电阻丝相连，电阻丝置于一绝热容器中，电阻丝的热容量不计．容器与一水平放置的开口细管相通，细管内有一截面为S 的小液柱(质量不计)，液柱将l mol 气体(可视为理想气体)封闭在容器中．已知温度升高1 K 时，该气体的内能的增加量为5R ／2(R 为普适气体常量)，大气压强为po ，现令细杆沿导轨方向以初速V 0向右运动，试求达到平衡时细管中液柱的位移． 4．（16F1）20分）一汽缸的初始体积为0V ，其中盛有2mol 的空气和少量的水（水的体积可以忽略）。平衡时气体的总压强是3.0atm ，经做等温膨胀后使其体积加倍，在膨胀结束时，其中的水刚好全部消失，此时的总压强为2.0atm 。若让其继续作等温膨胀，使体积再次加倍。试计算此时： 1.汽缸中气体的温度； 2.汽缸中水蒸气的摩尔数； 3.汽缸中气体的总压强。 假定空气和水蒸气均可以当作理想气体处理。 5．（17F1）在一大水银槽中竖直插有一根玻璃管，管上端封闭，下端开口．已知槽中水银液面以上的那部分玻璃管 的长度ｌ＝76ｃｍ，管内封闭有ｎ＝1．0×10－3 ｍｏｌ的空气，保持水银槽与玻璃管都不动而设法使玻璃管内空气的温度缓慢地降低10℃，问在此过程中管内空气放出的热量为多少?已知管外大气的压强为76ｃｍＨｇ，每摩尔空 气的内能Ｕ＝ＣＶＴ，其中Ｔ为绝对温度，常量ＣＶ＝20．5Ｊ·（ｍｏｌ·Ｋ）－1 ，普适气体常量Ｒ＝8．31Ｊ·（ｍ ｏｌ·Ｋ）－1 31Kr 83.810kg mol μ--=??31Xe 131.310kg mol μ--=??
第33届全国中学生物理竞赛预赛试卷 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．把符合题意的选项前面的英文字母写在每小题后页的括号内．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．如图，球心在坐标原点O 的球面上有三个彼此绝缘的金属环，它们分别与x y -平面、y z -平面、z x -平面与球面的交线（大圆）重合，各自通有大小相等的电流，电流的流向如图中箭头所示．坐标原点处的磁场方向与x 轴、y 轴、z 轴的夹角分别是 A ．- ，-， B ．， C ． arcsin D ．，， [ ] 2．从楼顶边缘以大小为0v 的初速度竖直上抛一小球；经过0t 时间后在楼顶边缘 从静止开始释放另一小球．若要求两小球同时落地，忽略空气阻力，则0v 的取值范围和抛出点的高度应为 A ．00012gt v gt ≤<，2 2000001122v gt h gt v gt ?? ?-= ? ?-?? B ．00v gt ≠，20020001122v gt h gt v gt ??- ?= ?- ??? - - -arcsin - arcsin
C ．00012gt v gt ≤<，20020001122v gt h gt v gt ??- ?= ?- ??? D ．0012v gt ≠，22000001122v gt h gt v gt ?? ?-= ? ?-?? [ ] 3．如图，四个半径相同的小球（构成一个体系）置于水平桌面的一条直线上，其中一个是钕永磁球（标有北极N 和南极S ），其余三个是钢球；钕球与右边两个钢球相互接触．让另一钢球在钕球左边一定距离处从静止释放，逐渐加速，直至与钕球碰撞，此时最右边的钢球立即以很大的速度被弹开．对于整个过程的始末，下列说法正确的是 A ．体系动能增加，体系磁能减少 B ．体系动能减少，体系磁能增加 C ．体系动能减少，体系磁能减少 D ．体系动能增加，体系磁能增加 [ ] 4．如图，一带正电荷Q 的绝缘小球（可视为点电荷）固定在光滑绝缘平板上，另一绝缘小球（可视为点电荷）所带电荷用（其值可任意选择）表示，可在平板上移动，并连在轻弹簧的一端，轻弹簧的另一端连在固定挡板上；两小球的球心在弹簧的轴线上．不考虑可移动小球与固定小球相互接触的情形，且弹簧的形变处于弹性限度内．关于可移动小球的平衡位置，下列说法正确的是 A ．若0q >，总有一个平衡的位置 B ．若0q >，没有平衡位置 C ．若0q <，可能有一个或两个平衡位置 D ．若0q <，没有平衡位置 [ ] 5．如图，小物块a 、b 和c 静置于光滑水平地面上．现让a 以速度V 向右运动，与b 发生弹性正碰，然后b 与c 也发生弹性正碰．若b 和c 的质量可任意选择，碰后c 的最大速度接近于 A ．2V B ．3V C ．4V D ．5V [ ] 二、填空题．把答案填在题中的横线上．只要给出结果，不需写出求得结果的
29届全国中学生物理竞赛决赛试题 panxinw 整理 一、(15分) 如图，竖直的光滑墙面上有A 和B 两个钉子，二者处于同一水平高度，间距为l ，有一原长为l 、劲度系数为k 的轻橡皮筋，一端由A 钉固定，另一端系有一质量为m=g kl 4的小 球，其中g 为重力加速度．钉子和小球都可视为质点，小球和任何物体碰 撞都是完全非弹性碰撞而且不发生粘连．现将小球水平向右拉伸到与A 钉 距离为2l 的C 点，B 钉恰好处于橡皮筋下面并始终与之光滑接触．初始时刻小球获得大小为20gl v 、方向竖直向下的速度，试确定此后小球沿 竖直方向的速度为零的时刻．
二、(20分) 如图所示，三个质量均为m的小球固定于由刚性轻质杆构成的丁字形架的三个顶点A、B和C处．AD ⊥BC，且AD=BD=CD=a，小球可视为质点，整个杆球体系置于水平桌面上，三个小球和桌面接触，轻质杆架 悬空．桌面和三小球之间的静摩擦和滑动摩擦因数均为μ，在AD杆上距A点a／4 1．试论证在上述推力作用下，杆球体系处于由静止转变为运动的临界状态时， 三球所受桌面的摩擦力都达到最大静摩擦力； 2．如果在AD杆上有一转轴，随推力由零逐渐增加，整个装置将从静止开始绕 该转轴转动．问转轴在AD杆上什么位置时，推动该体系所需的推力最小，并求出 该推力的大小．
三、(20分) 不光滑水平地面上有一质量为m的刚性柱体，两者之间的摩擦因数记为μ．柱体正视图如图所示，正视图下部为一高度为h的矩形，上部为一半径为R的半圆形．柱体上表面静置一质量同为m的均匀柔软的链条，链条两端距地面的高度均为h／2，链条和柱体表面始终光滑接触．初始时，链条受到微小扰动而沿柱体右侧面下滑．试求在链条开始下滑直至其右端接触地面之前的过程中，当题中所给参数满足什么关系时， 1．柱体能在地面上滑动； 2．柱体能向一侧倾倒； 3．在前两条件满足的情形下，柱体滑动先于倾倒发生．