全国高中应用物理知识竞赛大纲(试行)

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全国中学应用物理竞赛考试大纲(试行)

高中部分)

一、竞赛的宗旨与原则

1.通过课外竞赛的途径,进一步配合我国本世纪的基础教育整体改革的实施。通过竞赛过程体现新的教育理念,执行新的课程标准,实施新教材,推动现代教学方式改革等,以利于新的课改精神在课内外的落实。

2.通过应用物理竞赛,提高广大中学生学物理、用物理、爱物理的创新意识,并为学有余力的学生提供一下的发展空间,进而促进中学生科学素养的提高。

3.在竞赛过程中,通过应用与实践的环节,培养和发挥学生的特长,同时达到大面积地发现人才的目的。

4.竞赛活动必须本着自愿参加的原则,各省、市、地区、学校和学生都要坚持从实际出发,达到有利于学生自我发展,有利于激发广大学生积极性,有利于提高地区和学校的教育质量的目的。竞赛活动尽可能不增加学生的课业负担,不增加学生的经济负担。

二、竞赛活动的对象和内容

1.竞赛活动的对象

竞赛以基本学完高中主要物理知识的高二学生为主要对象。高一和高三学生视自身情况,也可参加。

2.竞赛的内容

鉴于本竞赛的宗旨是强调物理知识在日常生活与社会实践中的应用,因而所需的物理知识既主要来源于物理课堂教学,同时也有来自于学生平时多种课外渠道获得的,不完全拘泥于教材。

要考查的知识按学科的内容分为力学、热学、电磁学、光学及原子和原子核物理五部分。详细内容及具体说明见下面的“知识内容表”。

为了便于考生了解相关知识内容的要求水平,在“知识内容表”中用罗马数字Ⅰ、Ⅱ标出。Ⅰ、Ⅱ的含义如下:

Ⅰ.对所列知识要知道其内容及含义,并能在有关实际问题中识别或直接使用它们。

Ⅱ.对所列知识要理解其确切含义及与其他知识的联系,并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中灵活地应用。

知识内容表1:必考内容及要求

主题

内容

要求

质点的直线运动

参考系、质点
位移、速度和加速度
匀变速直线运动及其公式、图像



相互作用与牛顿运动定律

滑动摩擦、静摩擦、动摩擦因数
形变、弹性、胡克定律
矢量和标量



力的合成和分解

共点力平衡

牛顿定律及其应用
超重和失重



抛体运动与圆周运动

运动的合成与分解
抛体运动
匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度
匀速圆周运动的向心力
离心现象





机械能

功和功率
动能和动能定理
重力做功与重力势能
功能关系、机械能守恒定律及其应用




万有引
力定律

万有引力定律及其应用
环绕速度
第二宇宙速度和第三宇宙速度



电场

物质的电结构、电荷守恒
静电现象的解释
点电荷,库仑定律
电场强度、电场线
电势能、电势和电势差
匀强电场中电势差与电场强度的关系
带电粒子在匀强电场中的运动
示波管
常见电容器
电容器的电压、电荷量和电容的关系









电路

欧姆定律
电阻定律
电阻的串联、并联
电源的电动势和内阻
闭合电路的欧姆定律
电功率、焦耳定律






磁场

磁场、磁感应强度、磁感线
通电直导线和通电线圈周围的磁场分布
安培力、安培力的方向

洛仑兹力及其应用
质谱仪和回旋加速器





电磁感应

电磁感应现象
磁通量
法拉第电磁感应定律
楞次定律
自感、涡流





交变电流

交变电流、交变电流的图像
正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值
理想变压器
远距离输电




知识内容表2:选考内容及要求(在下列3个模块中自选两个模块)

模块3—3

 

主题

内容

要求

 

分子动理论
与统计观点

分子动理论的基本观点和实验依据
阿伏加德罗常数
气体分子运动速率的统计分布
温度是分子平均动能的标志、内能




 

固体、液体
与气体

固体的微观结构、晶体和非晶体
液晶的微观结构
液体的表面张力现象
气体实验定律、理想气体状态方程及应用




 

热力学定律
与能量守恒

热力学第一定律
能量守恒定律
热力学第二定律



 

模块3—4

主题

内容

要求

 

机械振动
与机械波

简谐运动、简谐运动的公式和图像
单摆、周期公式
受迫振动和共振
机械波,横波和纵波
横波的图像
波速、波长和频率(周期)的关系
波的干涉和衍射现象







 

电磁振荡
与电磁波

变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、电磁波及其传播
电磁波的产生、发射和接收
电磁波谱



 

光的折射定律
折射率
全反射、光导纤维
光的干涉、衍射和偏振现象及其应用




 

相对论

狭义相对论的基本假设
质速关系、质能关系
相对论质能关系式



 

模块3—5

主题

内容

要求

 

碰撞与动量守恒

动量、动量守恒定律及其应用
弹性碰撞和非弹性碰撞


 

原子结构

氢原子光谱
氢原子的能级结构、能级公式

光谱、光谱分析及应用


 

原子核

原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期
放射性同位素

核反应方程
结合能、质量亏损
裂变反应和聚变反应、裂变反应堆
放射性的防护






 

 

三、题型示例

    1.(2009年,必考)扫描隧道显微镜(STM)是根据量子力学原理中的隧道效应而设计成的,当原子尺度的探针针尖在不到一个纳米的高度上扫描样品时,在针尖与样品之间加一大小在2mV~2V之间的电压,针尖与样品之间产生隧道效应而有电子逸出,形成隧道电流,电流I随针尖与样品间的距离r的增大而指数减小(如图17甲所示)。当探针沿物质表面按给定高度匀速扫描时,因样品表面原子的凹凸不平,使探针与物质表面间的距离不断发生改变,从而引起隧道电流随时间不断发生改变,这种变化便反映了样品表面原子水平的凹凸形态。如果在某次扫描中隧道电流如图17乙所示,那么样品表面可能是图18中的   (       )

    参考答案:A。

    

    2.(2006年,必考)随着生活水平的提高,手机已成为许多人生活中常用的电子设备,近年来国产手机在手机市场上已经占有了相当大的市场份额。如图19所示是某型号国产手机电池外壳上的文字说明,由此你可以知道哪些与手机有关的物理量?请说出它们的名称和数值(包括直接信息和间接信息)。

    

    参考答案:电动势3.7 V;电池容量 700 mA×h;充电限制电压4.2 V;待机时间48 h;待机电流不大于14.6 mA;充满电后储存的电能9 324 J;最大充电电荷量2 520 C

    26.(2006年,选考3-3)北京向阳中学的小明和小刚都是住校生,小明住在小刚的上铺。冬季暖气供暖后,小明发现躺在上铺比躺在下铺要感到更暖和。于是,他得出了结论:气温随高度的增加而升高。小刚不同意他的看法,他认为高山上积雪常年不化,说明气温随高度的增加而降低。

    其实两人说的现象都是事实,只是得出结论的条件不同。请你分析为什么在室内和室外会得出不同的结论?

    参考答案:空气加热后温度升高、密度变小,所以热空气上升。

    在室内,热空气上升到房间的顶部,散热后温度降低、密度变大,所以冷空气又回到房间的下部;下部的空气被暖气散热片加热后又不断上升,从而使得房间顶部的热空气始终比较集中,所以在室内较高的位置气温较高。

    在室外,热空气同样要上升,但上升到高空时大气压强较小,此时热空气将膨胀对外做功、内能减小、温度降低。正是由于热空气上升过程中对外做功、温度降低,才使得室外的气温随高度的增大而降低。


    3.(2007年,选考3-4)在学习光的干涉现象时,老师在课堂上谈到了肥皂泡在白光下出现彩色条纹的例子,这引起了小明同学对儿时玩吹肥皂泡游戏时的美好回忆。在他的记忆中,用嘴吹出的肥皂泡总是先上升、后下降,同时在泡的侧壁上总会有许多“转动”的彩色花纹,而且当这些彩色花纹消失后,这个肥皂泡也就会破裂了。请你说明出现这些现象的道理。

    参考答案:(1)嘴吹出的气中含有大量的水蒸气,这些水蒸气的密度通常小于空气的密度,将这样的气充入肥皂泡中,会使肥皂泡在空气中所受的浮力大于其所受的重力,所以肥皂泡会在空气中上升;随着时间的推移,水蒸汽由于液化而减少,同时肥皂泡内气体的温度降低,导致肥皂泡体积减小,其所受的浮力变小,所以肥皂泡将会在空中下降。(2)肥皂液具有流动性,从而使得肥皂泡侧壁的厚度也在不断的变化,因此白光在肥皂膜内、外表面的干涉条纹也随之变化,所以会看到肥皂泡侧壁的彩色花纹在转动。(3)由于重力作用,经过一段时间,肥皂泡上部的厚度越来越薄、下部越来越厚,当肥皂泡的膜薄到小于可见光的波长的1/4时,将不能再看到白光的干涉现象,即条纹消失。当然,这样薄的肥皂膜也就经不起“风吹草动”而很快就破裂了。


    28.(2008年,必考)小红经常下厨房帮助妈妈做饭,在打破生鸡蛋的过程中,她发现了一个有趣的现象:当左、右手各持一个鸡蛋使它们的相同部位发生碰撞时,通常都是运动较慢的那个鸡蛋被打碎。例如左手握住鸡蛋A静止不动,右手握住鸡蛋B撞向鸡蛋A,通常总是鸡蛋A被打碎。请你说明其中的道理。

    参考答案:当两鸡蛋相撞时,对于鸡蛋A来说,相互撞击点的蛋壳沿撞击方向的受力情况是:鸡蛋B对鸡蛋A被撞击点蛋壳的作用力F1,鸡蛋A中的蛋液对鸡蛋A被撞击点蛋壳的作用力F2。由于这两个力的方向相反,且F1> F2,所以鸡蛋A被撞击点蛋壳所受的合力FA= F1- F2。

    对于鸡蛋B来说,相互撞击点的蛋壳沿撞击方向的受力情况是:鸡蛋A对鸡蛋B被撞击点蛋壳的作用力F1′,鸡蛋B中的蛋液对鸡蛋B被撞击点蛋壳的作用力F2′。同样两个力的方向相反,因此同样有鸡蛋B被撞击点蛋壳所受的合力FB= F1′- F2′。

    此时,我们注意到,F1与F1′是一对相互作用力,其大小相等。但由于鸡蛋B中的蛋液具有一定的初速度,在两鸡蛋碰撞过程中速度将突然减小,这就使得在其它条件相同的情况下,鸡蛋B中的蛋液对被撞击点蛋壳的作用力F2′大于鸡蛋A中的蛋液对被撞击点蛋壳的作用力F2。

    所以鸡蛋B被撞击点蛋壳所受的合力FB< FA,故通常情况下,总是原来静止的鸡蛋A被打碎。





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