如图1所示，一端封闭的两条平行光滑长导轨相距L，距左端L处的右侧一段被弯成半径为的四分之一圆弧，圆弧导轨的左、右两段处于高度相差的水平面上。以弧形导轨的末端点O为坐标原点，水平向右为x轴正方向，建立Ox坐标轴。圆弧导轨所在区域无磁场；左段区域存在空间上均匀分布，但随时间t均匀变化的磁场B(t)，如图2所示；右段区域存在磁感应强度大小不随时间变化，只沿x方向均匀变化的磁场B(x)，如图3所示；磁场B(t)和B(x)的方向均竖直向上。在圆弧导轨最上端，放置一质量为m的金属棒ab，与导轨左段形成闭合回路，金属棒由静止开始下滑时左段磁场B(t)开始变化，金属棒与导轨始终接触良好，经过时间t0金属棒恰好滑到圆弧导轨底端。已知金属棒在回路中的电阻为R，导轨电阻不计，重力加速度为g。
（1）求金属棒在圆弧轨道上滑动过程中，回路中产生的感应电动势E；
（2）如果根据已知条件，金属棒能离开右段磁场B(x)区域，离开时的速度为v，求金属棒从开始滑动到离开右段磁场过程中产生的焦耳热Q；
（3）如果根据已知条件，金属棒滑行到x=x1位置时停下来，
a. 求金属棒在水平轨道上滑动过程中通过导体棒的电荷量q；
b. 通过计算，确定金属棒在全部运动过程中感应电流最大时的位置。
（1）由图2可知，
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势 ①
（2）金属棒在弧形轨道上滑行过程中，产生的焦耳热
金属棒在弧形轨道上滑行过程中，根据机械能守恒定律
②
金属棒在水平轨道上滑行的过程中，产生的焦耳热为，根据能量守恒定律
所以，金属棒在全部运动过程中产生的焦耳热
（3）a．根据图3，x=x1（x1﹤x0）处磁场的磁感应强度。设金属棒在水平轨道上滑行时间为。由于磁场B(x)沿x方向均匀变化，根据法拉第电磁感应定律
时间内的平均感应电动势
所以，通过金属棒电荷量
b. 金属棒在弧形轨道上滑行过程中，根据①式，
金属棒在水平轨道上滑行过程中，由于滑行速度和磁场的磁感应强度都在减小，所以，此过程中，金属棒刚进入磁场时，感应电流最大。
根据②式，刚进入水平轨道时，金属棒的速度
所以，水平轨道上滑行过程中的最大电流
若金属棒自由下落高度，经历时间，显然t0﹥t
所以，
综上所述，金属棒刚进入水平轨道时，即金属棒在x= 0处，感应电流最大。
评分说明：本题共20分。第（1）问4分；第（2）问6分；第（3）问10分
物理知识竞赛试题 (力学部分)
一、单一选择题（每小题3分，共33分）
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
答案
1．摩托车做飞跃障碍物的表演时为了减少向前翻车的危险，下列说法中正确的是：
A．应该前轮先着地 B. 应该后轮先着地
C. 应该前后轮同时着地 D. 哪个车轮先着地与翻车的危险没有关系
2. 下列有关激光应用的说法中，错误的是：
A. 利用激光进行室内照明 B. 利用激光进行通信
B．利用激光加工坚硬的材料 D. 利用激光进行长距离测距
3. 从地面上看，通信用的地球同步卫星是静止不动的。它运行一周所用的时间是：
A. 24小时 B. 23小时56分 C. 24小时4分 D. 24小时56分
4. 我们能够分辨钢琴和小提琴的声音，这是因为它们发出声音的：
A. 音调不同 B. 音色不同 C. 响度不同 D. 频率不同
5. 一艘宇宙飞船关闭发动机后在大气层外绕地球飞行，飞船内可能出现的现象是：
A. 物体的质量消失 B. 物体自由下落的速度变快
C. 蜡烛正常燃烧 D. 水滴呈球形漂浮在空气中
6．山间公路往往环绕山坡，盘山而上，这样可以使上山的汽车：
A．提高功率 B．提高机械效率
C．减小所需的牵引力 D．减小所需的功
7．在抗洪救灾中，大堤上的许多人都身穿厚厚的“背心”，这种“背心”的主要作用是：
A．能阻碍热传递，从而可以抵御风寒
B．跌倒或碰撞时减小其他物体对人体的作用力，起保护作用
C．不同的背心反射不同颜色的光，便于识别
D．以上说法都不对
8．车站上，坐在火车里的乘客从窗口发现有两列火车沿相反的方向运动，由此得出的下列判断中错误的是：
A．乘客坐的火车和看到的两列火车中一定有两列在沿相反方向运动
B．乘客坐的火车可能在运动
C．三列火车可能沿同一方向运动
D．三列火车中可能有一列是静止的
9．航天飞机关闭发动机后正在太空中飞行。如果科学家要在其中进行实验，下列哪些操作不能正常进行：
A．用温度计测温度 B．用弹簧秤测力
C．用天平测质量 D．用电子表测时间
10．有两个鸡蛋，一生一熟，让它们在光滑的水平桌面上以同样的速度同时开始转动：
A．生鸡蛋很快停止转动，熟鸡蛋转了一会儿才停止
B．熟鸡蛋很快停止转动，生鸡蛋转了一会儿才停止
C．两个鸡蛋都很快停止转动
D．两个鸡蛋都转了一会儿，然后同时停止
11．有一架飞机沿水平向左做匀速直线运动，每隔1秒钟从
飞机上轻轻释放一小球，当三只小球落下且均未落至地
面时，若不计空气阻力，则这三只小球在空中的排列情况应是下图中的哪一个：
二、填空（共28分，每空2分）
1．已知空气的密度为1.29千克/米3，人体的平均密度与水的密度相当。质量为60千克的人在空气中受到的浮力大约是__________牛。
2．地面上有一条大木杆，抬起A端需用力300牛，抬起B端需用力200牛。这条木杆的_________端较粗，整个木杆的重量（所受的重力）为_________牛。
3．如图所示，四个相同的玻璃瓶里装水，水面高度不同。用嘴贴着瓶口吹气，如果能分别吹出“dou（1）”“ruai（2）”“mi（3）”“fa（4）”四个音阶，则与这四个音阶相对应的瓶子的序号是__________、________、_________、________。
4． 小明同学放学回家，正碰上刮风下雨，他以18千米/时的速度由西向东快跑，此时他发现了奇怪的现象，雨滴成竖直下落状态，请你确定，这时刮的是______风，风速是_____米/秒。
5．后轮驱动的汽车在平直路面上向前加速行驶时，地面对后轮的摩擦力方向是_______，对前轮的摩擦力方向是________。
6．音乐厅正举行音乐会，男中音在放声高歌，女高音轻声伴唱，又有多种乐器伴奏，这时男中音的________比女高音的大，而女高音的________比男中音的高。音乐会的声音我们听起来有丰富的立体感，这主要是由于人的听觉具有________效应。
三、简答下列各题（共14分）
1、
2．（4分）节日里氢气球飘向高空，越来越小，逐渐看不见了。设想，气球最后可能会怎样。根据你所学的物理知识作出预言，并说明理由。
3.（6分）要学好物理就要多动手实验。请你列举出用大塑料可乐瓶制成的三种物理实验器具，并简述制作过程及用它所演示的物理现象。
四、（10分）小英设计了一个实验，验证水的内部压强和水深的关系，所用的装置如图所示，增加细管内的砂粒可以改变细管沉入水中的深度。
1. 指出所需要的测量工具，并用字母表示需要测量的物理量。
2. 逐条写出实验步骤。
3. 根据测量的量导出在不同深度处计算压强的公式。
4. 说明怎样通过实验结果判断水的内部压强是否与水深成正比。
五、（10分）公路路边每隔1千米有一个里程碑，标明公路起点到此碑的距离，单位是千米。设计一种方法，利用里程碑和手表测量自行车以中等速度匀速行驶时的速度，并给出计算公式，计算结果以千米／小时为单位。为了减少测量中的误差，请你至少提出两点注意事项。
六、（6分）在趣味物理表演会上，小明展示了如图所示的蓄水和放水装置。如果原来水箱是空的，注水时水箱中的水位高于哪点时排水口才有水流出？如果原来水箱是满的，放水时水箱中的水位降到哪点时排水口才停止出水？如果进水口不停地向箱中注水，但进水流量较小，使得当出水口有水流出时，进水流量小于出水流量，这种情况下排水口的水流有什么特点？
七、（10分）测得一个24厘米高压锅的限压阀的质量为0.1千克，排气孔的内径为3毫米。如果用它煮水消毒，根据下面水的沸点与压强关系的表格，这个高压锅内的最高温度大约是多少？
T/℃ 90 95 100 105 110 112 114 116 118 120 122 124 126 128 130
p/Kpa 70 84 101 121 143 154 163 175 187 199 211 226 239 258 270
八．(10分)图10为一种设计中的牲畜饮水用自动装置。底盖A平时顶住水箱的出水口，一旦饮水槽水位下降，浮子受到的浮力减小，水就从小箱流入饮水槽。设计中水箱水位最高为60厘米，水箱出水口直径是6厘米，底盖A及竖杆B的总质量是420克，浮子D的质量是580克，体积是2分米3，横杆C的质量可以忽略。通过计算说明，这个自动装置在水箱蓄满水时不能正常工作。
物理应用知识竞赛试题二(力学部分)之答案
一．1、B 2、A 3、B 4、B 5、D 6、C 7、D 8、A 9、C 10、A 11、C
二．1、0.76 2、A，500 3、丙，乙，甲，丁 4、西，5 5、水平向前，水平向后
6、响度（或音量，声音），音调（或频率），双耳
三．
2、有两种可能。一是因为高空中的气体逐渐稀薄，压强降低，气球上升过程中，球内压强大于球外压强，气球不断膨胀，最后“爆炸”破裂。
另一是因高空的空气较稀薄，气球上升过程中所受浮力逐渐减小，当浮力等于重力时，气球上升的速度最大．然后，浮力小于重力，气球开始向上做减速运动．在气球的速度为零之后，又加速下落，浮力逐渐变大，当气球通过浮力等于重力的位置后，浮力大于重力，气球开始作向下的减速运动．在气球的速度减为零之后，又开始加速上升．如此反复，气球将在浮力等于重力这一特殊位置附近上、下往复运动．
3．①制作量杯 用实验室已有的量筒定量地向瓶中倒入水，并刻上刻度
②作液体侧压强实验器 在瓶的测壁不同的高度处扎等大的小孔，倒入水后，从水流的情况可以直观地反映液体内部的压强随深度的增大而增大．
③演示喷雾器 用细塑料管插入加盖的盛水可乐瓶，用手使劲捏可乐瓶，水会成雾状从细塑料管中喷出．
四．1．需要用的测量工具是直尺；需测量细管的直径 D和细管沉入水中的深度 H1，H2．
2．实验步骤：①测出细管的直径D；②在细管中加入少量砂粒，将细管放入盛有水的容器中，平衡后用直尺测出细管沉入水中的深度H1；③增加细管中的砂粒，再将细管放入盛有水的容器中，平衡后用直尺测出细管沉入水中的深度H2．
3．导出计算压强的公式。平衡时，细管（含砂粒）所受重力G管与所受浮力F浮相等，即
G管＝F浮，
又G管＝p1S＝ F浮＝ 水g g 故得 p1= 水g
4．同样可证 p2= 水g 所以 说明水的内部压强与水深是成正比的．
五．答：在自行车行驶过程中，选定一段比较平整的公路，先记下经过某一里程碑的时刻t1和里程碑的标数L1，匀速行驶几千米之后，记下经过另一里程碑的时刻t2和里程碑的标数L2（t1和t2均以秒计），则自行车行驶的速度为：v=3600(L2-L1)/(t2-t1)
为了减少误差，要做到：(1)车行速度稳定后才能记录t1和L1。
(2)使用有秒针的指针式手表或可以读秒的数字式手表。
(3)行驶距离应为几千米，不能太短或太长。
六．参考解答：注水时水位高于D点才有水流出，水位降到C点才停止出水。排水口会间歇式地放水。 评分标准：本题共5分。第一问2分，第二问2分，第三问1分。
七、参考解答：
(1) (2)
(3)
把(1)、(2)代入(3)式 (4)
代入数值
p = 2.4×105帕 (5) 从表中查出，锅内温度约为126 ℃。
评分标准：本题6分，(1)、(2)、(3)、(4)、(5)式各1分，答出锅内温度再给1分，（温度为126 ℃～127 ℃的都给分）。
八．参考解答：如图13所示，作用于底盖、竖杆和浮子的力有：向上的浮力：
F浮=ρVg=103×2×10－3×9.8=19.6（牛）
向下的总重力： G总=(0.42+0.58)×9.8=9.8（牛）
水箱的水向下的压力：F压=ρghS=103×9.8×0.6×3.14×0.032=16.6（牛）
∵向下的力的总和F向下=G总+F压=26.4牛＞F浮 ∴底盖A将下移，装置无法正常工作。
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煊铭
这家伙太懒。。。
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