第18屆全國中學生物理競賽復賽試題及答案(存儲版)
【正文】 處 5(0) 10 P ap ?? 2022 年 “高中物理參考”收集 第十八屆全國中學生物理競賽復賽題參考解答 第 2 頁 三、（ 22 分）有兩個處于基態(tài)的氫原子 A 、 B ， A 靜止， B 以速度 0v 與之發(fā)生碰撞．己知：碰撞后二者的速度 Av 和 Bv 在一條直線上，碰撞過程中部分動能有可能被某一氫原子吸收。此方向與主光軸的夾角即為 2? ，由圖復 1812 可得 1 1 1 1 12 2 1 1 2C F AF RC F BF R?? ??? ? （ 9） 由（ 2）、（ 3）式可得 1 1 1212AF R RRBF R? ?? 則 21122RR?? ?? （ 10） 二、參考解答 1．已知在海平面處，大氣壓強 3(0) 101 .3 10 P ap ??．如圖復解 1821，在 5000mz ? 處，大氣壓強為 3(5000) 53 10 P ap ??。求 0tt? 時，每個環(huán)所受的均勻磁場的作用力，不考慮感應電流之間的作用． 五、 （ 25 分）如圖復 185 所示，一薄壁導體球殼（以下簡稱為球殼）的球心在 O 點．球殼通過一細導線與端電壓90VU? 的電池的正極相連，電池負極接地．在球殼外 A點有一電量為 91 10 10 Cq ??－ 的點電荷， B 點有一電量為92 16 10 Cq ??－ 的點電荷。從而該原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，然后，此原子向低能級態(tài)躍遷，并發(fā)出光子．如欲碰后發(fā)出一個光子，試論證：速度 0v 至少需要多大（以 m/s 表示）？己知電子電量為 2 10 Ce ??－ ，質(zhì)子質(zhì)量為 10 kgpm ?? － 。 （ 1） 此處水沸騰時的飽和蒸氣壓 wp 應等于此值．由圖復解 1822 可知，對應的溫度即沸點為 1 82 Ct ?? （ 2） 達到此溫度時鍋內(nèi)水開始沸騰，溫度不再升高，故在 5000ｍ高山上，若不加蓋壓力鍋，鍋內(nèi)溫度最高可達 82℃． 2．由圖復解 1822 可知，在 120t? ℃時，水的飽和蒸氣壓 3w (120 ) 198 10 P ap ? ? ?，而在海平面處，大氣壓強 3(0) 101 10 Pap ?? ．可見壓力閥的附加壓強為 wS33(1 2 0 ) ( 0 )1 9 8 1 0 1 0 1 .3 1 0p p p? ? ?? ? ? ? 10 Pa?? （ 3） “高中物理參考”收集 第十八屆全國中學生物理競賽復賽題參考解答 第 6 頁 在 5000ｍ高山上，大氣壓強與壓力閥的附加壓強之和為 3 3 3S ( 500 0) 10 53 10 149 .7 10 P ap p p? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 4） 若在 2tt? 時閥被頂起，則此時的 wp 應等于 p? ，即 wpp?? （ 5） 由圖復解 1822 可知 2 112t ? ℃ （ 6） 此時鍋內(nèi)水開始沸騰，溫度不再升高，故按正確方法使用此壓力鍋，在 5000ｍ高山上鍋內(nèi)水的溫度最高可達 112℃ ． 3．在未按正確方法使用壓力鍋時，鍋內(nèi)有空氣，設加壓力閥時，內(nèi)部水蒸汽已飽和．由圖復解 1822 可知，在 27t? ℃ 時，題 中已給出水的飽和蒸氣壓 3w ( 27 ) 10 P ap ? ? ? ，這時鍋內(nèi)空氣的壓強（用 ap 表示）為 w33a ( 2 7 ) ( 5 0 0 0 ) ( 2 7 )( 5 3 1 0 3 . 6 1 0 ) P ap p p? ? ? ?? ? ? ? 10 Pa?? （ 7） 當溫度升高時，鍋內(nèi)空氣的壓強也隨之升高，設在溫度為 t ℃時，鍋內(nèi)空氣壓 強為 a()pt，則有 aa( ) (27 )273 273 27p t pt ???? 3a ( ) (164 .7 10 ) P ap t t? ? ? （ 8） 若在 tt?? 時壓力閥剛好開始被頂起，則有 w 2( ) ( )p t p t p? ? ??? （ 9） 由此得 3w a( ) ( ) ( 105 10 164 .7 ) P ap t p p t t? ? ? ?? ? ? ? ? （ 10） “高中物理參考”收集 第十八屆全國中學生物理競賽復賽題參考解答 第 7 頁 畫出函數(shù) a()p p t??? 的圖線， 取 3a0 , ( 0 ) 105 10 P at p p?? ? ? ? ? 3a100 , ( 100 ) 10 P at p p?? ? ? ? ? 由此二點便可在圖復解 1822 上畫出此直線，此直線與圖復解 1822 中的 wp t t()～ 曲線的交點為 A ， A 即為所求的滿足（ 10）式的點，由圖可看出與 A 點對應的溫度為 97t?? ℃ （ 11） 即在壓力閥剛開始被頂起時，鍋內(nèi)水的溫度是 97℃ ，若繼續(xù)加熱，壓力閥被頂起后，鍋內(nèi)空氣隨水蒸汽一起被排出，最終空氣排凈，鍋內(nèi)水溫仍
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