2009-2013年全俄物理奥林匹克理论部分附答案(3)

2018-11-19 21:57

图10

图9

问题10-5 包含两个电容器的电路

?如图10所示,电路中有电动势为E的理想电源、电容分别为2C和C的两个电容器和一个有一定阻值的电阻器。闭合开关K1,电容器上的电压分别是多少?

?当电容器充满电后,闭合开关K2,直到经过电源的电流减为刚闭合开关K2的时候的电流的一半的时候为止。求开关K2从闭合到断开期间,电路中产生的热量Q。

十一年级

问题11-1 球面上的链子

如图11所示,将长度为L的均匀链子的顶端固定在半径为R的光滑球面上

πR放置长度为,其中L?。现在,释放链子的顶端。

3?在刚刚释放的时候,链子上的每一点的加速度的数值等于多少? ?在刚刚释放的时候,链子上的什么位置的张力最大?

图11

图12

问题11-2 无滑动的运动

在光滑的水平桌面上放置质量为m1的木板,它的右侧放置着质量为m2的木块。将木块与墙壁用劲度系数为k的轻质弹簧(未伸缩)连接。将木板与质量为M的重物用不可拉伸的轻绳通过滑轮连接,如图12所示。一开始时,系统处于静止状态。木板与木块之间有摩擦力,它们之间的摩擦系数为μ。

当木块移动多长的距离L之后,它和木板之间会开始发生滑动?需要分情况讨论。并求出木块移动距离L所需要的时间。

问题11-3 热机

热机按卡诺循环工作。加热机的温度T1=800K,而冷凝机的温度T取决于机器的有用功率P。冷凝机是一个与外界绝热的大机体,通过热传导,在时间Δt内,在T2=300K的温度下,将所有的热量Q2输送到冷凝库,如图13所示。热传导按照公式Q2=α(T-T2)Δt进行,其中α=1.0kW/K。

?用温度T1、T、T2来表示功率P;

?当热机的功率达到最大值时,求冷凝机的温度Tm; ?求这个最大功率Pmax;

?求最大功率下的机械效率η。

图13

问题11-4 带电粒子的运动

在自由的空间中,半径为R0的圆的内接正方形的顶点上各有一个质量为m的质点。其中两个带电+q,另外两个带电-q,如图14所示。刚开始的时候,这些质点沿着圆的切线以相同的速率顺时针运动。

已知在运动过程中,任何一个质点与圆心的最短距离都是R1(R1

?每个粒子的运动轨迹是什么样的?

?求一个粒子从初始位置到距离圆心R1的位置所需要的运动时间。

图14

图15

图16

问题11-5 单极感应器

单极感应器是一块高速旋转的圆盘形状的永磁体。圆盘用磁性合金材料制成,可以产生强磁场,并用能导电的薄镍层覆盖。当圆盘旋转时,转轴与表面之间的电势差可以用固定电压表来测量,如图15所示。如果将转轴与表面之间用电池连接,则磁体转动,像电动机一样。类似地,如果将普通电动机进行快速旋转,就会变成发电机;反之,如果对发电机施加电压,就会变成电动机。

图16是一个工作中的单极电动机,转子是半径为r0=2cm的圆盘形状的强永磁体,安在轴上。将它与电动势E=1.5V的电池连接,进行滑动接触时,开始转动。

?在图15中,当圆盘的转速为3000转/分时,电压表的读数是多少?并标出正确的极性。电势差的极性是什么?从上方看,转动是逆时针的。

?忽略摩擦,求磁性圆盘(图16中的单极电动机的转子)的转速(转/分)

??的限制。在图16中给定的电池极性和磁感应强度向量B的方向下,请给出(从上方看)的旋转方向。

??注:在导电的镍层中,磁感应强度向量B与圆盘表面垂直,为常数B=1T。

为简化计算,假设导电层中的电流沿着轴和接触点之间的半径流动。

2011年全俄物理奥林匹克(理论部分)

九年级

问题9-1

一个小物块从滑梯上的某点M无初速释放。在点O处脱离滑梯,然后在点A处着地,如图1所示。通过作图和计算,找出滑梯上释放物体的点M。点M距离地面多少个长度单位?

这里,图是按照比例尺画的,长度单位并不知道实际代表多少。

下滑梯

问题9-2

滑块和小山

一个小滑块在光滑的水平面上滑动,碰到了光滑的小山,它也放在同一个水平面上(如图2所示)。当滑块离开小山时,我们发现滑块和小山在光滑的水平面上滑动的速率相等。

?求滑块和小山的质量之比的可能取值。

?求滑块滑到山顶时的重力势能与其初始动能之比的最大值。 注:滑块上山、下山时不离开山面。

图2

图3

问题9-3

循环热交换

有两个不导热的容器里都装有水。第一个容器里的水的总热容量为c1,温度为t1;第二个容器里的水的总热容量为c2,温度为t2。在第二个容器的水里面放一个铁块,热容量为c,如图3所示。

把铁块从第二个容器里拿出来放到第一个容器里,达到热平衡后放回到第二个容器里,如此往复。

热容量的比值c1:c2:c=4:5:1。不计和周围环境的热交换。

1?进行n次这样的循环后,温差(t2?t1)n变为原来的,其中N≥25。求n

N的最小值。

?经过足够多次的循环后,容器中的水的温度变为多少?

问题9-4

导线正方体

在一个导线正方体的7条棱上分别焊接有相同的电阻器,阻值均为R,如图4所示。其他棱上的导线的电阻可以忽略。在A和B两个接线端之间施加电压U。

?求AB两端之间的电流强度IAB和阻值RAB。 ?正方体的哪条棱的电流强度最大,等于多少? ?哪些电阻的热功率最大,等于多少?

?如果电压U是加在A和C两端的,求电流强度IAC和阻值RAC。

图4

问题9-5

复合圆柱由两段连接起来的圆柱形水管组成,将其固定住,使得其对称轴竖直。可以在底下放一块铁片,将底下的口完全堵上。为了使铁片处于堵住水管的位置,需要从下面对其施加的力F≥F0。倒入V0升水后,把铁片按住所需要的最小力变为2F0。再倒入V0升水后,把铁片按住所需要的最小力变为4F0。最后,

V再倒入0升水,把铁片按住所需要的最小力变为5F0,复合圆柱也充满了。

3?求下上两段圆柱的底面积比S1:S2。 ?求下上两段圆柱的高度比H1:H2。

复合圆柱


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