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  • 全國高中應用物理知識競賽大綱(試行)

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    全國中學應用物理競賽考試大綱(試行)

    高中部分)

    一、競賽的宗旨與原則

    1.通過課外競賽的途徑,進一步配合我國本世紀的基礎教育整體改革的實施。通過競賽過程體現新的教育理念,執行新的課程標準,實施新教材,推動現代教學方式改革等,以利于新的課改精神在課內外的落實。

    2.通過應用物理競賽,提高廣大中學生學物理、用物理、愛物理的創新意識,并為學有余力的學生提供一下的發展空間,進而促進中學生科學素養的提高。

    3.在競賽過程中,通過應用與實踐的環節,培養和發揮學生的特長,同時達到大面積地發現人才的目的。

    4.競賽活動必須本著自愿參加的原則,各省、市、地區、學校和學生都要堅持從實際出發,達到有利于學生自我發展,有利于激發廣大學生積極性,有利于提高地區和學校的教育質量的目的。競賽活動盡可能不增加學生的課業負擔,不增加學生的經濟負擔。

    二、競賽活動的對象和內容

    1.競賽活動的對象

    競賽以基本學完高中主要物理知識的高二學生為主要對象。高一和高三學生視自身情況,也可參加。

    2.競賽的內容

    鑒于本競賽的宗旨是強調物理知識在日常生活與社會實踐中的應用,因而所需的物理知識既主要來源于物理課堂教學,同時也有來自于學生平時多種課外渠道獲得的,不完全拘泥于教材。

    要考查的知識按學科的內容分為力學、熱學、電磁學、光學及原子和原子核物理五部分。詳細內容及具體說明見下面的“知識內容表”。

    為了便于考生了解相關知識內容的要求水平,在“知識內容表”中用羅馬數字Ⅰ、Ⅱ標出。Ⅰ、Ⅱ的含義如下:

    Ⅰ.對所列知識要知道其內容及含義,并能在有關實際問題中識別或直接使用它們。

    Ⅱ.對所列知識要理解其確切含義及與其他知識的聯系,并能在實際問題的分析、綜合、推理和判斷等過程中靈活地應用。

    知識內容表1:必考內容及要求

    主題

    內容

    要求

    質點的直線運動

    參考系、質點
    位移、速度和加速度
    勻變速直線運動及其公式、圖像



    相互作用與牛頓運動定律

    滑動摩擦、靜摩擦、動摩擦因數
    形變、彈性、胡克定律
    矢量和標量



    力的合成和分解

    共點力平衡

    牛頓定律及其應用
    超重和失重



    拋體運動與圓周運動

    運動的合成與分解
    拋體運動
    勻速圓周運動、角速度、線速度、向心加速度
    勻速圓周運動的向心力
    離心現象





    機械能

    功和功率
    動能和動能定理
    重力做功與重力勢能
    功能關系、機械能守恒定律及其應用




    萬有引
    力定律

    萬有引力定律及其應用
    環繞速度
    第二宇宙速度和第三宇宙速度



    電場

    物質的電結構、電荷守恒
    靜電現象的解釋
    點電荷,庫侖定律
    電場強度、電場線
    電勢能、電勢和電勢差
    勻強電場中電勢差與電場強度的關系
    帶電粒子在勻強電場中的運動
    示波管
    常見電容器
    電容器的電壓、電荷量和電容的關系









    電路

    歐姆定律
    電阻定律
    電阻的串聯、并聯
    電源的電動勢和內阻
    閉合電路的歐姆定律
    電功率、焦耳定律






    磁場

    磁場、磁感應強度、磁感線
    通電直導線和通電線圈周圍的磁場分布
    安培力、安培力的方向

    洛侖茲力及其應用
    質譜儀和回旋加速器





    電磁感應

    電磁感應現象
    磁通量
    法拉第電磁感應定律
    楞次定律
    自感、渦流





    交變電流

    交變電流、交變電流的圖像
    正弦交變電流的函數表達式、峰值和有效值
    理想變壓器
    遠距離輸電




    知識內容表2:選考內容及要求(在下列3個模塊中自選兩個模塊)

    模塊3—3

     

    主題

    內容

    要求

     

    分子動理論
    與統計觀點

    分子動理論的基本觀點和實驗依據
    阿伏加德羅常數
    氣體分子運動速率的統計分布
    溫度是分子平均動能的標志、內能




     

    固體、液體
    與氣體

    固體的微觀結構、晶體和非晶體
    液晶的微觀結構
    液體的表面張力現象
    氣體實驗定律、理想氣體狀態方程及應用




     

    熱力學定律
    與能量守恒

    熱力學第一定律
    能量守恒定律
    熱力學第二定律



     

    模塊3—4

    主題

    內容

    要求

     

    機械振動
    與機械波

    簡諧運動、簡諧運動的公式和圖像
    單擺、周期公式
    受迫振動和共振
    機械波,橫波和縱波
    橫波的圖像
    波速、波長和頻率(周期)的關系
    波的干涉和衍射現象







     

    電磁振蕩
    與電磁波

    變化的磁場產生電場、變化的電場產生磁場、電磁波及其傳播
    電磁波的產生、發射和接收
    電磁波譜



     

    光的折射定律
    折射率
    全反射、光導纖維
    光的干涉、衍射和偏振現象及其應用




     

    相對論

    狹義相對論的基本假設
    質速關系、質能關系
    相對論質能關系式



     

    模塊3—5

    主題

    內容

    要求

     

    碰撞與動量守恒

    動量、動量守恒定律及其應用
    彈性碰撞和非彈性碰撞


     

    原子結構

    氫原子光譜
    氫原子的能級結構、能級公式

    光譜、光譜分析及應用


     

    原子核

    原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期
    放射性同位素

    核反應方程
    結合能、質量虧損
    裂變反應和聚變反應、裂變反應堆
    放射性的防護






     

     

    三、題型示例

        1.(2009年,必考)掃描隧道顯微鏡(STM)是根據量子力學原理中的隧道效應而設計成的,當原子尺度的探針針尖在不到一個納米的高度上掃描樣品時,在針尖與樣品之間加一大小在2mV~2V之間的電壓,針尖與樣品之間產生隧道效應而有電子逸出,形成隧道電流,電流I隨針尖與樣品間的距離r的增大而指數減小(如圖17甲所示)。當探針沿物質表面按給定高度勻速掃描時,因樣品表面原子的凹凸不平,使探針與物質表面間的距離不斷發生改變,從而引起隧道電流隨時間不斷發生改變,這種變化便反映了樣品表面原子水平的凹凸形態。如果在某次掃描中隧道電流如圖17乙所示,那么樣品表面可能是圖18中的   (       )

        參考答案:A。

        

        2.(2006年,必考)隨著生活水平的提高,手機已成為許多人生活中常用的電子設備,近年來國產手機在手機市場上已經占有了相當大的市場份額。如圖19所示是某型號國產手機電池外殼上的文字說明,由此你可以知道哪些與手機有關的物理量?請說出它們的名稱和數值(包括直接信息和間接信息)。

        

        參考答案:電動勢3.7 V;電池容量 700 mA×h;充電限制電壓4.2 V;待機時間48 h;待機電流不大于14.6 mA;充滿電后儲存的電能9 324 J;最大充電電荷量2 520 C

        26.(2006年,選考3-3)北京向陽中學的小明和小剛都是住校生,小明住在小剛的上鋪。冬季暖氣供暖后,小明發現躺在上鋪比躺在下鋪要感到更暖和。于是,他得出了結論:氣溫隨高度的增加而升高。小剛不同意他的看法,他認為高山上積雪常年不化,說明氣溫隨高度的增加而降低。

        其實兩人說的現象都是事實,只是得出結論的條件不同。請你分析為什么在室內和室外會得出不同的結論?

        參考答案:空氣加熱后溫度升高、密度變小,所以熱空氣上升。

        在室內,熱空氣上升到房間的頂部,散熱后溫度降低、密度變大,所以冷空氣又回到房間的下部;下部的空氣被暖氣散熱片加熱后又不斷上升,從而使得房間頂部的熱空氣始終比較集中,所以在室內較高的位置氣溫較高。

        在室外,熱空氣同樣要上升,但上升到高空時大氣壓強較小,此時熱空氣將膨脹對外做功、內能減小、溫度降低。正是由于熱空氣上升過程中對外做功、溫度降低,才使得室外的氣溫隨高度的增大而降低。


        3.(2007年,選考3-4)在學習光的干涉現象時,老師在課堂上談到了肥皂泡在白光下出現彩色條紋的例子,這引起了小明同學對兒時玩吹肥皂泡游戲時的美好回憶。在他的記憶中,用嘴吹出的肥皂泡總是先上升、后下降,同時在泡的側壁上總會有許多“轉動”的彩色花紋,而且當這些彩色花紋消失后,這個肥皂泡也就會破裂了。請你說明出現這些現象的道理。

        參考答案:(1)嘴吹出的氣中含有大量的水蒸氣,這些水蒸氣的密度通常小于空氣的密度,將這樣的氣充入肥皂泡中,會使肥皂泡在空氣中所受的浮力大于其所受的重力,所以肥皂泡會在空氣中上升;隨著時間的推移,水蒸汽由于液化而減少,同時肥皂泡內氣體的溫度降低,導致肥皂泡體積減小,其所受的浮力變小,所以肥皂泡將會在空中下降。(2)肥皂液具有流動性,從而使得肥皂泡側壁的厚度也在不斷的變化,因此白光在肥皂膜內、外表面的干涉條紋也隨之變化,所以會看到肥皂泡側壁的彩色花紋在轉動。(3)由于重力作用,經過一段時間,肥皂泡上部的厚度越來越薄、下部越來越厚,當肥皂泡的膜薄到小于可見光的波長的1/4時,將不能再看到白光的干涉現象,即條紋消失。當然,這樣薄的肥皂膜也就經不起“風吹草動”而很快就破裂了。


        28.(2008年,必考)小紅經常下廚房幫助媽媽做飯,在打破生雞蛋的過程中,她發現了一個有趣的現象:當左、右手各持一個雞蛋使它們的相同部位發生碰撞時,通常都是運動較慢的那個雞蛋被打碎。例如左手握住雞蛋A靜止不動,右手握住雞蛋B撞向雞蛋A,通常總是雞蛋A被打碎。請你說明其中的道理。

        參考答案:當兩雞蛋相撞時,對于雞蛋A來說,相互撞擊點的蛋殼沿撞擊方向的受力情況是:雞蛋B對雞蛋A被撞擊點蛋殼的作用力F1,雞蛋A中的蛋液對雞蛋A被撞擊點蛋殼的作用力F2。由于這兩個力的方向相反,且F1> F2,所以雞蛋A被撞擊點蛋殼所受的合力FA= F1- F2。

        對于雞蛋B來說,相互撞擊點的蛋殼沿撞擊方向的受力情況是:雞蛋A對雞蛋B被撞擊點蛋殼的作用力F1′,雞蛋B中的蛋液對雞蛋B被撞擊點蛋殼的作用力F2′。同樣兩個力的方向相反,因此同樣有雞蛋B被撞擊點蛋殼所受的合力FB= F1′- F2′。

        此時,我們注意到,F1與F1′是一對相互作用力,其大小相等。但由于雞蛋B中的蛋液具有一定的初速度,在兩雞蛋碰撞過程中速度將突然減小,這就使得在其它條件相同的情況下,雞蛋B中的蛋液對被撞擊點蛋殼的作用力F2′大于雞蛋A中的蛋液對被撞擊點蛋殼的作用力F2。

        所以雞蛋B被撞擊點蛋殼所受的合力FB< FA,故通常情況下,總是原來靜止的雞蛋A被打碎。





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