1、高中物理竞赛基础题训练例题 A在天文学上，太阳的半径、体积、质量、密度都是常用的物理量，利用小孔成像原理和万有引力定律结合，可以简洁地估算出太阳的密度。假设地球上某处对太阳的张角为 （如图所示），地球绕太阳公转的周期为 T，太阳的密度为 ，半径为 R，质量为 M，该处距太阳中心的距离为 r，由于 R 与 r 间存在着三角关系，地球上该处物体绕太阳公转由万有引力提供向心力，因此，在 已知的情况下，可方便地估算出太阳的密度。取一个长 l 为 80cm 的圆筒，在其一端封上厚纸，中间扎直径为 1mm 的圆孔，另一端封上一张画有同心圆的薄白纸，相邻同心圆的半径相差 0.5mm，当作测量尺度。把小孔对着
2、太阳，筒壁与光线平行，另一端的薄白纸上可以看到一个圆光斑，这就是太阳的实像，光斑的半径为 r0=3.7mm。为了使观察效果明显，可在圆筒的观测端蒙上遮光布，形成暗室。利用小孔成像原理和万有引力定律，估算太阳的密度。【解析】由万有引力公式、圆周运动公式、密度公式、相似三角形原理可得：【参考答案】1.410 3kg/m3例题 B天文学家根据天文观察宣布了下列研究成果：银河系中可能存在一个大“黑洞”，距“黑洞”60 亿千米的星体以 2000km/s 的速度绕其旋转：接近“黑洞”的所有物质即使速度等于光速也逃脱不了其引力作用，试计算“黑洞”的最大半径。【解析】本题中的“黑洞”概念在中学教材中未出现过，
3、是一个新情景，根据题意，星体能绕其旋转，它绕“黑洞”作圆周运动的向心力，显然是万有引力提供，据万有引力定律，可知“黑洞”是一个有质量的天体。设黑洞和转动星M 和 m，两者距离为 R，利用万有引力定律和向心力公式列式：GMm/R2mV 2/R，题中还告诉一个信息：即使是等于光速的物体也逃脱不出“黑洞”引力范围，据此信息，可以设想速度等于光速的物体恰好未被“黑洞”吸入，可类比近地卫星绕地球作圆周运动，设“黑洞”半径为 r，用类比方法得到 GMc 2 r（c 为光速）。【参考答案】r2.710 8m例题 C目前的航天飞机的飞行轨道都是近地轨道，一般在地球上空300700km 飞行，绕地球飞行一周的时
4、间为 90min 左右。这样，航天飞机里的宇航员在 24h 内可以见到日落日出的次数应为 A 0.38 B 1 C 2.7 D 16【解析】航天飞机绕行到地球向阳的区域，阳光能照射到它时为白昼，当飞到地球背阳的区域，阳光被地球挡住时就是黑夜。航天飞机昼夜周期长短不一，在其椭圆轨道离地球较远时，速率变慢，昼夜周期长；而离地球较近时速率变快，昼夜周期短。白昼黑夜的时间长短也是变化的，因航天飞机绕地球一周所需时间约为 90min，而地球昼夜交替的周期是 2460min，所以，航天飞机里的宇航员在绕行一周的时间内，看到的日落日出的次数 n2460/9016。【参考答案】D例题 D飞行员从俯冲状态往上拉
5、时，会发生黑视，第一次是因为血压降低，导致视网膜缺血，第二次是因为大脑缺血，问为了使飞行员适应这种情况，要在如右图所示的仪器中对飞行员进行训练，飞行员坐在一个垂直平面内作匀速圆周运动的舱内，要使飞行员受到的向心加速度 a6g，则转速需为多少？（R20m）【解析】当飞行员往上加速时，处于超重状态，故血液视重增大，血压降低。飞行员所受加速度为 v2/R，故可求得转速 v。【参考答案】34.29m/s基本训练一选择题1宇航员在围绕地球作匀速圆周运动的航天飞机中，会处于完全失重状态，下列说法中正确的是 A 宇航员仍受重力作用 B 宇航员受力平衡C 重力为向心力 D 宇航员不受任何力作用2关于地球同步通
6、讯卫星，下述说法正确的是 A 已知它的质量为 1t，若增为 2t，其同步轨道半径将变为原来的 2 倍B 它的运行速度应为第一宇宙速度C 它可以通过北京的正上方D 地球同步通讯卫星的轨道是唯一的赤道上方一定高度处3宇宙飞船要与轨道空间站对接，飞船为了追上轨道空间站 A 只能从较低轨道上加速 B 只能从较高轨道上加速C 只能从空间站同一高度轨道上加速 D 无论在什么轨道上，只要加速都行4在宇宙飞船内的实验室里，不能使用的仪器有 A 比重计 B 水银气压计 C 天平 D 水银温度计5飞船进入正常轨道后，因特殊情况而降低了轨道高度，那么飞船的线速度和周期分别将 A 增大、减小 B 减小、增大 C 增大
7、、增大 D 减小、 减小6如果飞船内搭载有一条金鱼，金鱼被盛放在一有水和空气的密闭容器中，当助推火箭点火启动，航天飞机开始竖直升空经时间 t，速度达到 v。设小鱼的质量为 m，在这过程中容器里的小鱼 A 将被挤在容器底部或一侧 B 仍能悬浮在水中任何位置C 受到容器的压力为 mv/t D 受到容器的压力为 m(v/tg)7如果飞船内搭载有一条金鱼，金鱼被盛放在一有水和空气的密闭容器中，当飞船进入轨道绕地球正常运行时，原来悬浮在水中的金鱼将 A 失去原来的平衡无目的的旋转 B 将漂浮在水面C 将下沉到容器底部 D 仍能悬浮在水中任何位置8飞船进入正常轨道运行以后，因受各种射线和激光照射，飞船上各
8、种农作物及蔬菜种子可能发生 A 基因重组 B 基因突变 C 染色体变异 D 不变异9风云二号卫星发送回地面的红外云图是由卫星上设置的具有接收云层辐射的红外线的感应器完成的。云图上的黑白程度由辐射红外线的云层的温度高低决定。这是利用了红外线的 A 不可见性 B 穿透性 C 热效应 D 化学效应10宇宙飞船到了月球上空后以速度 v 绕月球作圆周运动，如右图所示，为了使飞船落在月球的 B 点，在轨道的 A 点火箭发动器作出短时间发动，向外喷射高温燃气。喷气的方向 A 与 v 的方向一致 B 与 v 的方向相反C 垂直 v 的方向向右 D 垂直 v 的方向向左第 1113 题是有关地球卫星的问题11关
9、于人造卫星的轨道，以下说法正确的是 A 人造卫星的轨道是以地球中心为一个焦点的椭圆B 在空间中，人造卫星的轨道平面是固定的，不随地球一起转动C 人造卫星的轨道不可能通过地球南极与北极的上空D 人造卫星的轨道平面可以和任何一个纬线所决定的平面重合12关于地球的同步卫星，以下说法正确的是 A 同步卫星轨道只有一个，它距地面的高度、卫星运行速率和周期是一定的B 同步卫星可以作为中继站，传送低频的无线电信号，向地球进行电视转播C 只要三颗同步卫星就可以实现向全世界（包括南、北极）的电视转播D 同步卫星轨道是属于全人类的有限资源，不能变成发达国家垄断的地方13一颗人造地球卫星正在某轨道上运行，从卫星中向
10、运动方向弹射出一个物体，当卫星重新稳定飞行时（设卫星稳定飞行时的运动为匀速圆周运动），则 A 卫星仍在原轨道上运动，但速率变小，周期变大B 卫星距地面的高度增大，速率变小，周期变大C 卫星距地面的高度减小，速率变大，周期变小D 卫星距地面的高度减小，速率变小，周期变小1999 年 11 月 20 日 6 时 30 分，我国第一艘载人航天试验飞船“神舟号”由酒泉卫星发射中心发射升空，绕地球运行 14 周后于 11 月 21 日 3 时 41 分在内蒙古中部平稳着陆。完成 1417 题。14由上述信息可知，“神舟号”飞船绕地球运行周期约为 A 3h B 24h C 90min D 40min15“
11、神舟号”飞船轨道距地面高度约为 A 几百千米 B 几千千米 C 几千米 D 几万千米16“神舟号”飞船表面镌贴有特制的陶瓷片。其主要目的是 A 增加飞船的强度，防止流星及太空垃圾撞击而损坏飞船B 将太阳能转化成电能供飞船使用C 便于雷达跟踪，接受地面指挥中心的指令D 在飞船返回进入大气层时，陶瓷片耐高温隔热，能有效地保护飞船平安返回地面二太阳大爆发的周期约 11y，每次大爆发使太阳磁极发生一次逆转，由此引起的太阳风约需 4d 到达地球表面（光从太阳到达地球约需 500s）。1989 年发生的逆转使在地球高纬度地区可看到强烈的极光现象，甚至造成了加拿大魁北克市（约北纬 47）大面积的停电事故。试
12、分析造成电网跳闸的可能原因。三已经证明，一秒钟内进入眼睛瞳孔的波长为 556nm 的光子数为 57 个时，我们就能感到有光（眼睛对于这个波长的绿光最灵敏）。设太阳向四周辐射的能量约有 45%是可见光，若全部可见光光子的平均波长为 556nm，在传播过程中没有能量损失，瞳孔直径为 4mm，那么距太阳多少光年的距离仍能看到太阳？已知：太阳向空间辐射的总功率为 3.81026W四太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。已知：太阳向空间辐射的总功率为3.81026W，太阳的质量为 21030kg。1写出这个核反应方程。2这核反应能释放出多少能
13、量？3计算每秒钟太阳的质量减少多少千克？4若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续发生，计算太阳还能存在多少年？（m p1.0073u，m 4.0015u， m e0.00055u）五一个球形星体以角速度 转动，如果阻止它离心瓦解的力是万有引力，这个星球的密度有一个最小值，写出这个最小值的表达式。蟹状星云的脉冲的周期是 0.033s，则它是否可能是一种白矮星（白矮星的密度是 10610 8g/cm3）？六材料一：科学探测表明，月球表面无大气层，也没有水，更没有任何生命存在的痕迹。月壤中富含氢和氦3，其中氦3 总量可达 100 万吨500 万吨。月岩中现已发现有 100 多种矿石，其中月海玄武岩
14、含钛铁矿 FeTiO3可达25（体积），甚至比我国攀枝花钒钛磁铁矿石更富含钛，且该钛铁矿可发生下列反应：FeTiO 3H 2 FeTiO 2H 2O。材料二：1998 年“月球勘探者”无人驾驶飞船从月球上传回地球的数据表明月球上可能存在水。科学家是根据中子光谱仪探知的，这种仪器发现，中子的速度在月球尘土中某些部分出现了明显的下降，因而知道，水分中有大量的氢离子。1由于月球上是没有空气的，所以在月球上生活会感受到另一幅情景：在月球上看到的天空是黑色的，这是因为 ，看到的星星是不会闪烁的，这是因为 ，白天和夜里的温差特别大，这是因为 ，近在咫尺的两个人说话要通过无线电传播，这是因为 ，人们都要穿宇
15、宙服，这是因为 。2已知地球的半径 R6.410 6m，地面的重力加速度 g10m/s 2，第一宇宙速度 v7.910 3m/s，月球与地球相距 r3.810 8m，月球绕地球一周T648h。为了快速估算地球同步卫星离地面的高度 H，可选用上列的数据是 （只填该数据物理量的符号），估算的关系式是 H ，H 的大小为 m。（结果只保留两位有效数字）3试说明为什么中子速度明显下降，表明有氢离子存在，从而间接证明有可能存在着水。这跟物理学史上什么类似的著名实验可以联系起来？4你认为人类开发和利用月壤中的 3He 有何积极意义？七一个连同装备总质量为 M100kg 的宇航员，在距离飞船 s45m 处与
16、飞船处于相对静止状态，宇航员背着装有质量为 m00.5kg 氧气的贮气筒。筒有个可以使氧气以 v50m/s 的速度喷出的喷嘴，宇航员必须向着返回飞船的相反方向放出氧气，才能回到飞船，同时又必须保留一部分氧气供途中呼吸用。宇航员的耗氧率为 Q2.510 4 kg/s。不考虑喷出氧气对设备及宇航员总质量的影响，则：1瞬时喷出多少氧气，宇航员才能安全返回飞船？2为了使总耗氧量最低，应一次喷出多少氧气？返回时间又是多少？（提示：一艘飞船沿椭圆轨道运动，不是惯性参照系，但是，在一段很短的圆弧上，可以视为飞船做匀速直线运动，是惯性参照系。）3已知超氧化钾（KO 2）的性质与 Na2O2相似，若该宇航员贮气
17、筒的氧气由超氧化钾提供，则需用多少千克 KO2？八2000 年 10 月 31 日凌晨 0 时 2 分、12 月 21 日凌晨 0 时 20 分，两颗构成我国自主研制的“北斗导航系统”的导航定位卫星北斗导航试验卫星，先后在西昌卫星发射中心发射升空，并准确进入预定轨道，标志着我国在全球定位系统（Global Position System，简称 GPS）技术领域进入了世界先进行列。GPS 的原理是采用“三点定位法”来定位的。下面我们以二维平面为例，来说明三点定位的原理。假若你到了一个陌生的地方，你可以通过测量出你到某已知地点 A 的距离 a，则你现在就处在以 A 为圆心、以 a 为半径的圆周上，
18、如右图 1 所示，如果再测量出你到另一个已知地点 B 的距离 b，则你也处在以 B 为圆心、以 b 为半径的圆周上，如图 2 所示。由图 2 可以看出，你现在的位置只可能是在两圆周的交点 O1或 O2上若要惟一确定你的位置，就必须再通过测量出你到第三个已知地点 C 的距离 c，你现在的位置也一定在以 C 为圆心、以 c为半径的第三个圆周上。如图 3 所示，三圆的交点 O1就是你的位置。这就是说，三点定位法需要有三个坐标已知的参考点，并知道被测点到参考点之间的距离。图 1 图 2 图 3在三维空间中，其定位原理基本与此相同，只要加上一个已知条件：被测量点在地面上。在 GPS 中，三个参考点就是三
19、颗悬在空中已知位置坐标的卫星，被测量点到它们的距离可以通过接收从卫星发来的无线电波测量出来，则被测点在地面上的位置可由地面接收装置中的电脑计算出来。GPS 要由空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统三大部分构成，天上地下协同工作，才能完成定位。空间卫星系统也就是 GPS 导航卫星群，以俄罗斯“格拉纳斯”全球卫星导航系统为例，按照设计方案，它是由 24 颗工作卫星组成，它们均匀分布在 6 个轨道平面上，每个轨道上均匀分布有 4 颗卫星。每颗卫星每 12 h 绕地球运行一周。假设这些卫星都在离地面某一高度的轨道上做匀速圆周运动。取地球半径R6400km，地面的重力加速度 g10 m/s 2。根据
20、以上信息，请回答下列问题：1某一城市离北京的直线距离约 600 km，离上海的直线距离约 800 km，离广州的直线距离约 1300 km，则这一城市是 A 西安 B 郑州 C 徐州 D 合肥2“格拉纳斯”全球卫星导航系统中的卫星距地面的高度大约为 A 1103km B 110 4km C 210 4km D 3.610 4km3下列有关 GPS 中卫星的加速度的说法中正确的是 A 因卫星做匀速圆周运动，其加速度为零B 因卫星只受重力作用，其加速度为重力加速度 gC 若卫星距地面高度 H 为地球半径 R 的 n 倍，则其加速度为 g/n2D 若卫星距地面高度 H 为地球半径 R 的 n 倍，则
21、其加速度为 g/(n1) 24下列关于导航卫星群中卫星轨道的说法中，正确的是 A 卫星的轨道平面都垂直于地轴B 卫星的轨道平面都过地心C 地球上除赤道以外的某条纬线可能处于某个卫星的轨道平面内D 地球上某条经线可能处于某个卫星的轨道平面内5“格拉纳斯”全球卫星导航系统的导航卫星群中除 24 颗工作卫星外，还有些替补卫星在天空运行，当某颗工作卫星出现故障时可及时顶替工作。若某颗替补卫星处在略低于工作卫星的轨道上，则这颗卫星的周期和速度与工作卫星相比较，以下说法正确的是 A 替补卫星的周期大于工作卫星的周期，速度大于工作卫星的速度B 替补卫星的周期小于工作卫星的周期，速度大于工作卫星的速度C 替补
22、卫星的周期大于工作卫星的周期，速度小于工作卫星的速度D 替补卫星的周期小于工作卫星的周期，速度小于工作卫星的速度6关于 GPS 的定位原理，下面说法正确的是 A 已知地面上三点的坐标，就可确定某被测量点的位置B 已知地面上三点的位置及三点间的距离，就可确定某被测量点的位置C 已知悬在空中三颗卫星的位置及这三颗卫星之间的距离，就可确定某被测量点的位置D 已知悬在空中的三颗卫星的位置以及被测量点到这三颗卫星的距离，就可以确定被测量点的位置7某颗卫星运行到位于东经 98、北纬 40的 P 地上空，且离地面高度为 H，地球半径为 R，这时处于东经 98赤道上的地面监控系统向该卫星发出微波信号，则卫星经
23、多长时间能接收到该信号？九2001 年 1 月 10 日发射升空的我国第一艘无人飞船“神舟二号”，按预定计划在太空完成空间科学和技术试验任务后，安全返回地面。“神舟”号的返回舱质量约为 4t，落地之前虽有降落伞，但速度仍然达到 15m/s，为实现返回舱软着陆，有 5 台小反推力火箭在返回舱离地 15m 高处开始工作，使返回舱实现软着陆，则每支小火箭的推力为多大？（取 g10m/s 2）【参考答案】一1A、C 2D 3A 4A、B、C 5A 6B 7A 8B、C 9C 10A 11A、B 12A、D 13C 14C 15A 16D 二已知光从太阳发出到达地球需时 50s，太阳极逆转引起的太阳风需
24、时 4d 到达地球，太阳风的速率4.34105m/s。由于它能激发强烈的极光，表明太阳风是太阳磁极逆转时发出的、由速率远小于光速的高能量带电粒子所组成。在地磁场洛仑兹力作用下，其中带正电的粒子都向地理北极偏转，在高纬度地区与高层空气分子碰撞，使之激发而发光产生极光现象。当大量带电粒子经过低空高纬度地区（如加拿大），有可能使局部区域内的空气电离使高压电网短路，造成跳闸停电事故。三3.110 2光年。四14 H He2 e 2E410 9 J 3m410 9kg 4510 9年五根据星体表面处质量为 m 的物质，其旋转所需由向心力等于万有引力时密度有最小值。脉冲星密度最小值 1.310 14kg/
25、m3，而白矮星密度只有 10910 11kg/m3，故蟹状星云不可能是白矮星。六1没有空气的散射 没有空气的气流来影响星星的传播的光线 没有了空气的热容来调节气温 没有空气的振动来传播声音 没有大气压要靠宇宙服来加压、提供呼吸，同时宇宙服还有调节温度和防止射线和流星的袭击的作用 空气性质体现在人的视觉、听觉以及对人的生命活动中的作用。 2R，r，T r/9R 3.6107 3中子的质量与氢离子（原子）的质量十分接近，根据弹性碰撞中动量守恒原理，中子与质子相碰后发生速度交换，中子速率明显下降，质子则获得较大的速度。因此中子速度明显下降表明大量氢离子存在，从而间接证明有可能存在着水。 这跟物理学史上查德威克发现中子实验有类似之处，该实验中，中子与石蜡中氢离子碰撞，出现大量质子。从而证明存在质量与质子相近的不带电粒子中子。 4 3He 将是人类可长期使用的清洁、安全、高效的核聚变发电燃料。七10.05kgm0.45kg 2m0.15kg t600s 31.48kg八1B 2C 3D 4B、D 5B 6D 7t /c。九1.410 4N
