2024年全国联赛第三十一届初中物理奥林匹克竞赛试题初复赛

奥林匹克竞赛全真试题 第三十一届全国初中应用物理知识竞赛 初赛 学匀笔记 一、本题共10小题，每小题2分，共20分.以下各小题给出的四个选项 中只有一个选项是对的，把对的选项前面的字母填在题后的括号内。 1.“达人秀”中用冬瓜、土豆做成吹奏乐器，用它们吹奏出来的声音可能 具有的相同特征是( A.音色音调 B.音色响度 C.音调响度 D.音色音调与响度 2.小轩很喜爱爸爸新买的数码照相机，在旅途中拍下了火车内桌面上塑 料杯瞬间的不同状态，如图1的甲、乙、丙，则下列关于火车运动状态的推断 可能正确的是( 六产产 图1 A.甲图中火车在加速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然 向左域速 B.甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向右加速，丙图中火车突然 向左加速 C.甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然 向右加速 D.甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然 向右减速 3.如图2所示，一根轻杆长为L=√2R,两端固定A、B两球，mA：mg= √3：1，放置在半径为R的光滑半球形碗中，在图示位置平衡，A球与球心连 线和竖直方向的夹角为0，碗固定在长木板上，长木板可绕O点转动，现对长 木板的另一端施加外力F,使其逆时针缓慢转动，在A,B两球均未脱离碗的 过程中，A球与球心连线和竖直方向的夹角0的变更状况是(). 图2 A.渐渐变小 B.渐渐变大C.先变大后变小D.保持不变 4.如图3电路，a、b、c分别表示电流表或电压表，电表都是正向的，则下 列各组电表示数中可能实现的是(). 190 图3 A.a的示数为1A,b的示数为2V,c的示数为0.5A B.a的示数为2V,b的示数为1A,c的示数为0.5A C.a的示数为0.5A,b的示数为1A,c的示数为2V D.a的示数为2V,b的示数为0.5A,c的示数为1A 5.因为地震，造成了许多堰塞湖，假设有一块立方体石块堵住了水的去 路，设水的密度为p,石块的质量为m,石块的左右侧面为正方形，边长为a, 宽度为b,石块与地面足够粗糙，不会滑动，水若能推倒石块，则石块的宽度b 应当满意的条件是(). 图4 A.b<ea 9m B. 2m C.< 3m D. 6.荷兰人华伦海特引入了华氏温度.规定水凝固时的温度为32华氏度， 标准大气压下水沸腾的温度为212华氏度，中间分为180等份，每等份代表1 华氏度.今年1月份上海出现了近几年罕见的低温，最低温度接近一10摄氏 度，换算成华氏温度为(). A.14度 B.16度 C.18度 D.20度 7.如图5所示，一束粒子沿水平方向飞过小磁针的下方， 此时小磁针的N极向纸内偏转，这一束粒子也许是( N A.向右飞行的正离子束 B.向左飞行的负离子束 C.向右飞行的电子束 D.向左飞行的电子束 图5 8.野山鼠擅长打洞，假设山鼠打洞时受到的阻力∫与洞的深度L成正 比，即f=L(k为比例常数)，则野山鼠从洞深d打到洞深d,时，需要克服阻 力做的功为()」 A.k(好-d) B(d:-d 2 2 C.k(di+d D.4 2 2 9.如图6所示，粗细均匀的玻璃管A和B由一橡皮管连接，一 定质量的空气被水银柱封闭在A管内，初始时两管水银面同样高， B管上方与大气相通.若固定A管，将B管沿竖直方向缓慢上移一 小段距离H,A管内的水银面相应升高h,则以下判断对的是 (). 图6 A.h=H B.h<H/2 C.h=H/2 D.H/2<h<H 10.一厚度为d的薄金属盘悬吊在空中，其上表面受太阳直射，空气的温 度保持300K不变，通过一段时间，金属盘上表面和下表面的温度分别保持 191) 初中物理奥林匹克竞赛全真试题 为325K和320K,假设单位时间内金属盘每个表面散失到空气中的能量与 此表面和空气的温度差以及此表面的面积成正比：单位时间内金属盘上、下 表面之间传递的热量与金属盘的厚度成反比，与两表面之间的温度差和表面 面积成正比，忽略金属盘侧面与空气之间的热传递.那么，在金属盘的厚度变 为2而其他条件不变的情况下，金属盘上、下表面温度稳定之后，金属盘上 表面的温度将变为(). A.323K B.324K C.326K D.327K 11.如图7所示，实验室内有条宽度d=12cm的跑道.假设有一连串半 径r=5cm的机器人在跑道上沿一直线鱼贯驶过，速度均为v=2cm/s,相邻 机器人中心之间的距离为a=26cm.某智能机器人（不考虑大小）用最小的速 度沿一直线匀速安全穿越此跑道（不与任何机器人相撞）的时间为(). 图7 A.6s B.12s C.14.4s D.16.9s 12.在如图8所示的电路中，无论电路中的电阻如何变化，设定流人电路 的总电流I始终保持恒定，当变阻器R。的滑动触头向上滑动时，电压表V、电 △U 流表A的示数变化量分别为△U,△1，则为( 图8 A.R, B.R2 C.R+R2 D.R2-R 二、填空题 1交通运输中用“客运效率”来反映交通工具的某项效能，即客运效率= 人数×路程/消耗能量.一个人骑电动自行车，消耗100万焦耳的能量可行驶 30km,一辆载有4人的一般轿车，消耗32000万焦耳的能量可行驶100km, 则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是 .有一种自动充电式电 动车，前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接.当骑车者用力蹬车或车自行滑 行时，自行车就可以连通发电机向蓄电池充电，转化成电能储存起来.某人骑 车以500J的初动能在粗糙的水平路面上滑行，若关闭自动充电装置，让车自 由滑行，其动能随位移变更关系如图9中线①所示；若启动自动充电装置，其 动能随位移变更关系如图9线②所示，则向蓄电池所充电能是 J E/J升 500 ① 250 ② 0 6 10x/m 图9 2.由于眼睛有视觉暂留，因此会造成一些奇妙现象.例如，在如图10所 示的黑色圆盘中有一白色窄条OA,圆盘绕垂直于盘面的中心轴以频率f。= 30Hz顺时针旋转，用频率f=150Hz的频闪光去照耀，在盘上能看到 192 全国联赛卷 根稳定的白色窄条.喜爱视察昆虫的小华发觉了类似的奇妙现象， 傍晚看到蜜蜂的翅膀在频闪灯的照耀下，好像在缓慢地振动，自上而下一 次约为2s,已知频闪灯的频率为50H2,则蜜蜂的翅膀振动的颜率为 Hz(已知这种蜜蜂的振动频率的范围是450~480Hz). 图10 3.两个同样的开口容器用两根同样的管子连通且装满水，两管各用阀门 关闭（如图11所示）.两容器里水温保持恒定，左边的容器里水温为4，右边 的容器里水温为，并且6>>4℃.假如阀门K保持关闭状态，打开阀门 K:,则容器里的水将 (选填：从左向右、从右向左、不会)通过阀门 K2:此后打开阀门K,则容器里的水将 (选填：从左向右、从右向左、 不会)通过阀门K K,E 777777777n77777 图11 4.如图12所示是探讨钢丝伸长形变的试验，在底板一端固定一个滑轮A, 另一端装一立柱B.在靠近滑轮一端处有一个带有小轮C和可绕竖直轴转动的 小平面镜.把钢丝的一端固定在立柱上，另一端在小轮上紧绕一周后跨过滑轮 挂上重物.在平面镜前置一激光器，让光线射向平面镜并反射投影至长木板末 端的光屏上，这样，钢丝受力伸长，带平面镜转动一个小角度，反射光线在屏上 就有一较大位移.为估算出BC间钢丝的伸长量△L,除了测量平面镜上光的反 射点与光屏的距离L,以及反射光线在屏上的位移d,试验中还应测定的物理量 是」 ,可得伸长量△L= (用以上测量量表示)， 平面镜 滑轮A 图12 5.如图13所示，六个电阻完全相同，阻值都是R,将电压为U的电源接 在C、D两点之间，则B,C两点间电阻R,的功率为_一·若将电源接在线路 中的A、C两点之间，则（选填“R,”;“R,”;“R”;“R”,“R”;“R”;全部 电阻)中无电流流过。 图13 193) 初中物理奥林匹克竞赛全真试题 808男g■里用0g80ng用用日1■00用用0▣0ag”08用年 三、综合解答题 1.物理探究课上，老师要求同学们用自己绕制的电磁铁控制电灯发光。 (a) (b) 图14 (1)根据图14(a)电路，说明在开关S闭合后甲、乙两灯的连接方式和发 光情况。 (2)在电路图14(b)中用笔线代替导线连线，闭合开关S后使甲、乙两灯 交替发光，并说明理由， 2.在一次演练活动中，要求学生完成下列任务：给8名学生提供若干个 塑料瓶，足够的绳子，搭建小船渡河.8名学生的平均体重为60kg,每个塑料 瓶的质量为36g,体积为1.5×10'cm2,长度为30cm,假设河水密度为1× 102kg/m3.请分析、说明为完成任务，给予8名学生300个塑料瓶的合理性. 3.请阅读以下信息，然后回答问题. (1)相对论认为质量和能量的关系是E=mc2,其中m为物体的质量，c 为光速，当物体静止时，其静质量为m。,则物体此时的能量为E。=m。·c2,我 们称之为物体的静能。 (2)相对论同时认为物体运动时，其质量与速度有关，当物体以速度口运 动时，其运动质量m与速度的关系为m= mo (3)中微子是一种m。<m的物质，科学家在观测一颗距地球17万光年 的超新星爆发时，捕获了两种能量分别为I0MeV(兆电子伏特)和40MeV (1MeV=1.6×10-”J)的中微子，它们同时产生于超新星爆发瞬间，到达地 球的时间差约2s. 由以上信息估算中微子静质量的大小.[提示：当x<1,有(1十x)=1十nx] 4.如图15是一种热交换器.这种热交换器由上下两个矩形管道构成， 管道之间夹有一层由特殊材料制成的导热板（图中深色部分），该热交换器 与外界无热交换.当温度不同的两种流体分别沿图示箭头方向从上、下管 道流过时，流体通过导热板进行热交换，在管道中的流体温度只沿长度！方 向变化，而导热板各处的上下两表面始终保持相同的温差.已知：矩形管道 长、宽、高分别为l,b、h,导热板单位面积的导热功率为P=k△T(其中，k为 与导热板材料、厚度有关的系数，△T为板上下两面温差)，不考虑板的热胀 冷缩. (1)当有两种密度均为P、比热容均为c的冷、热流体，分别以速度口从冷 流体人口和热流体入口（图中未丽出）进人上下管道，并分别从冷流体出口 (图中未面出)和热流体出口流出，热流体与冷流体在进入管道时的温 差为△T,求冷、热流体流出后的温差△Tr； 194 全国联赛卷 (2)若k与导热板厚度成反比，则当导热板厚度增大为原来的2倍时，采 取怎样的措施可以保证冷，热流体流出后的温差△T:保持不变？ (3)试举出一个生产、生活中应用到此类热交换器的装置或设备。 导燃板 冷流体入口 热流体出口 图15 复 说明： 本试卷中常数g取10N/kg,水的比热容4.2X10J/(kg·℃)，冰的比热容 2.1×10J/(kg·℃)，冰的密度0.9X10kg/m,冰的熔化热为3.33X103J/kg 1.小方同学在研究水的沸腾现象时，发现了三个现象： (1)他在玻璃瓶中倒入半瓶水，加盖后加热至水沸腾，随后停止加热.立 即在瓶盖上放置冰块，发现水重新沸腾。 (2)油炸食品时，油锅中滴入水滴会发生爆裂声，并把热油溅起， (3)在沸水中滴人油滴却没有类似的现象 解释产生这三个现象的原因， 2.2016年2月11日“激光干涉引力波天文台”(LIG0)宣布于2015年9 月14日成功探测到两个黑洞合并所造成的引力波信号，标志着人类历史上 首次成功探测到引力波，因此三位参与构思与设计LIG0的科学家荣获2017 年的诺贝尔物理学奖，引力波是物质运动或者物质体系质量分布发生变化 时，以光速向外传播的时空涟漪.根据以上信息，回答下列问题： (1)成功探测到引力波，验证了() A.电磁理论 B.广义相对论 C.狭义相对论 D.量子理论 (2)2015年9月14日探测到的引力波，是由距地球13亿光年处的两个 黑洞合并形成.合并前两个黑洞的质量分别为36Ms和29M5,合并后形成的 新黑洞质量为62M5,黑洞合并后减少的质量转化为能量向空间传播.若不计 能量损失，求在地球上每平方米面积上接收到由黑洞合并产生的能量。 已知：质能方程E=mc2(c为真空光速)，太阳质量M5=2X10°kg,1光 年即光在一年中走过的距离，真空光速c=3×10m/s. 3.如图1所示是航天限制中心的大屏幕上的一幅卫星运行轨迹图，它记 录了卫星在地球表面垂直投影的位置变更；图中表示在一段时间内卫星绕地 球中心圆周飞行四圈，依次飞经亚洲和太平洋地区的四次轨迹①，②、③、④， 图中分别标出了各地点的经纬度（如：在轨迹①通过赤道时的经度为西经 157.5°，绕行一圈后轨迹②再次经过赤道时的经度为180°)，设地球的半径为 R=6400km,卫星离地面的高度为343km. (1)卫星运行的周期是多少？ (2)请用纬度表示卫星上摄像设备能拍摄到的地表范围. 195 初中物理奥林匹克竞赛全真试题 42.4N 42.4°S 东经135 157.5180 157.5西经 图1 4.科学家利用光与微粒(100mm左右)发生相互作用的特性，独创了一 种用激光来操纵微粒的工具一光镊子.其原理是：当一束会聚的激光束从 光疏媒质进入光密媒质时发生折射[如图2(1)所示]，光束的会聚程度将减 弱，光束在界面受到向下的力：当一束会聚的激光束从光密媒质进人光疏媒 质时发生折射[如图2(2)所示]，光束的会聚程度将增加，光束在界面受到向 上的力. 光疏媒质 光密媒质 光密媒质 光疏媒质 图2(1) 图2(2) 图2(3) 图2(4) (1)现有一束向某点会聚的激光束射向折射率大于四周介质的小球，试 分析图2(3)所示状况下，小球受到激光束的总作用力方向. (2)用光镊子捕获和移动水中的玻璃小球特别便利.图2(4)是利用光镊 子把水中玻璃小球排成“人”字形或“口”字形的照片.实验时，将混有直径为 2.5m的玻璃小球的水溶液滴在载玻片上，然后利用光镊子将玻璃小球提离 载玻片，并在水中移动.设光镊子的捕获力与激光的功率成正比.已知玻璃小 球的密度p=2.0×103kg/m2,激光的最大功率为P=30mW,球体的体积 V=4 πr.实验发觉当激光功率为P=16mW时，恰好能将玻璃小球提离载 玻片，求该光镊子能产生的最大捕获力 5.如图3所示是给某一保温水箱注水的水龙头，K,是冷水管的阀门，K: 是热水管的阀门.灌满水箱所需时间由水的压强（由水泵产生）以及水流经水 管以及阀门所受阻力确定.阻力与压强的传递无关，假设在灌满水箱时间内 我们所探讨的系统中压强和阻力不变.现就以下状况进行记录： 冷水 热水 图3 完全打开冷水管的阀门K,关闭热水管的阀门K2,在时间4=8min内 196 全国联赛卷 灌满水箱：若完全打开热水管的阀门K·关闭冷水管的侧门K,则在时间 t=12mn内灌满水箱.试求：若将冷，热水管问门完全打开，侧灌满水箱需要 多少时间？ 6.1721年，荷兰人华伦海特引入华氏温度.他把一定浓度的盐水凝周时 的温度定为零华氏度，把纯水凝周时的温度定为32华氏度，把标准大气压下 水沸腾的温度定为212华氏度，中间分为180等份，每一等份代表1华氏度. 用符号F表示华氏温度.依据上述文字，回答以下问题： (1)请写出华氏温度F与摄氏温度1的转换式， (2)求相同体积零华氏度的冰与90摄氏度的水泥合后的温度.不计的个 过程的能量损失 7.在大力提倡“节能减排”的今犬，油电混合动力汽作作为一种新能源汽 车应运而生.某品牌A型的油电混合动力汽车使用一台汽油发动机和两台电 动机（分别简称为ISG和TM)共同作为动力源，如图4(a).·一般1SG电动机 总与汽油发动机共同启用和关闭 汽油发动机 ISG电动机 驱动轮 驱动轮 动力电池 TM电动机转轮 变速箱减速轮 TM电动机园 图(a) 图4(b) tf/N 3600 3300 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 300 05101520253035404550556065v/(m·s 图4(c) 该汽车相关的参数如下表： 表1 项目 参数值 整车质量(kg) 1699 汽油发动机最大功率/转速(kW/rpm) 80/6000 电动机峰值功率(kW) 23(ISG)+44(TM) 电动机峰值扭矩(Nm) 147(ISG)+317(TM) 动力电池容盘(kW·h) 11,8 综合工况纯电续航里程(km) 60 综合工况纯油驱动百公里油耗(L) 7.9 (1)请分别计算该型汽车“纯电驱动”和“纯油驱动”的百公里能耗， 并说明能耗不同的主要原因.（汽油的密度ρ=0.7×103kg/m',汽油的 197) 初中物理奥林匹克竞赛全真试题 热值g=4.6X10Jkg) (2)通常情况该型汽车启动时仅TM电动机工作，但当急加速时，电动机 扭矩不足以提供汽车加速所需的动力时，汽油发动机将和1SG电动机共同参 与票动，这种工作模式叫作并联驱动模式.电机工作时产生的扭矩（又称转 矩，等于力和力臂的乘积)可以通过复杂的传动系统传递到“驱动车轮”产生 驱动汽车的动力，这个传动系统可以简化为图4(b):若电动机转轮与变速箱 减速轮转速比为1.912，变速箱减速轮与哪动轮共轴，转速相同，轮胎的直径 为0.52m,能量在传递过程中损耗不计.则该汽车启动时所需哪动力大于多 少时发动机将介入进行并联贸动， (3)汽车行驶时主要阻力来自空气阳力和车轮的滚动阻力.假设某路面 上该汽车所受滚动阻力为车重的0.02倍.该汽车所受空气阻力与车速的关 系如图4(c)所示，请计算该汽车的最高车速. 198 " .(Na-Na):(Nm-N)=3: (1)由电路图可知，假如与c为电减表，期电阻R与 联立以上各式解得 R:被短路，只有电阻R与两电流表组成串联电路，等效电 N=若mg:N-高mgN=元ms 11 路图如图2（甲）所示，两电流表示数相同，故A错误： (2)由电路图可知，假如b与：是电流校，a是电压友 放ABC三点弹力分别为品完m名mR 则电阻R,与R,并联，然后再与R,串联，电压表a测并联电 路电压，电询表b测干路电流，电泥表©测通过R,的支路 第三十一届全国初中应用物理知识竞赛 电流，等效电路图如图2（乙）所示，电流表b示数大于©的 示数，故B正确，D错误： 五初赛 (3)由电路图可知，与b是电流表，等效电路图如图 2(丙)所示，被短路，电流为零，故C错误： -、l.C. 故选B. 不同乐器、不同发声体的材料和结构不同，产生的音 色会不同，我们是靠音色来辨别乐器的种类.所以用冬瓜、 土豆做成吹奏乐器，用它们吹奏出来的尚音的音色肯定是 不同的，具有的相同特征可能是音调和响度.故选C 2.C (乙) (丙) 甲图中，物体相对于桌面的位置设有发生变化，因此 图2 它们的运动状态是相同的，说明此时火车在匀速运动：乙 5.B. 图中，物体向右倾倒，说明火车突然向左加速（或向右减 如图3，石块与地面足够粗糙，不会滑动：水若能推倒 速)，因为火车突然向左加速时，塑料杯的下部由于摩擦也 石块，就是石块沿点0转动，设水对石块的平均压力为 随着加速，而上部由于惯性仍保持原来的运动状态，所以 Fs,则其力特为之a:重力力臂为b, 才会向右倾倒：火车向右减速时的情形也可用类似的方法 说明：丙图中，物体向左倾倒，说明火车突然向左减速（或 向右加速)，因为火车突然向左减速时，塑料杯的下部由于 摩振也随着减速，而上部由于惯性仍保持原来的运动状 态，所以才会向左倾倒：火车向右加速时的情形也可用类 似的方法说明.综上所述，甲图中火车在匀速运动，乙图中 图3 火车突然向左加速（或向右减速），丙图中火车突然向左减 水对石块的平均压强： 速（或向右加速），只有选项C符合题意.故选C 3.D. poRa 细杆的长度为√②R,故球与圆心的连线与细杆的夹角 水对石块的平均压力： 为45°： Fa-pS-paXapRa 取杆方向为x轴，与杆垂直为y轴，对A受力分析，受 由杠杆平衡条件可知，水要推倒石块： 重力G、拉力F和支持力FM,如图1. FRX 1 即：gX>ms×0 1 解得：6< 故选B. 6.A 图1 由题中给定的数据可知，1℃为9/5F,所以零下十度 依据共点力平衡条件，有 为32-18=14F x方向：F+mAgsin(45°-0)=Fcos45 7.C. y方向：mAgcos(45°-0)=FNM5in45 小磁针的N极向纸内偏转，表明小磁针的N极受力 整理得：F+Agsin(45°-0)=mAgc0s(45°-) 向里，说明通电导体产生的磁场方向向里，说明这束粒子 对B,同理得：F=mogsin(45°-)十ma gcos(45°-0) 形成的电流方向向左，用右手螺旋定则判断：右手紧握导 解得，u5--设器-得-2有 线，弯曲四指所指的方向为磁场的方向。电流的方向与正 电荷定向移动的方向一致（与负电荷定向移动的方向相 故0=45°-arctan(2-√3) 反)，故选C 可知该夹角与小球的质量有关，而与碗的位置无关， 8.A 在A,B两球均未脱离碗的过程中，A球与球心连线和竖 阻力在均匀增长，所以平均1力∫=〔d十山，距离 直方向的夹角0保持不变.故选：D 2 4.B 为山，一d,故阻力做功为d,故选A 2 293