A的航线并位于船A的前方，船B到船A的距离为a，船C到船A的距离为2a．若以此时刻作为计算时间的零点，求在t时刻B、C两船间距离的中点M到船A的连线MA绕M 点转动的角速度．
第28届全国中学生物理竞赛预赛试卷
参考解答与评分标准
一、选择题．
答案：
1．C 2．C 3．BC 4．A 5．D 评分标准：
本题共5小题，每小题6分．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或
不答的得0分． 二、填空题
答案与评分标准： 6．2.5m ( 6分）
7．s(10 分）
35ke28． ( 6分） 2.0×10-9 (2分）
Ek?ECl9．9 ( 10 分） 10．
i．如图所示．( 8分）（图错不给分，图不准确酌情评分．)
ii．并联电阻两端的电压U0=2.3V (2分），通过电阻1的电流I10＝1.2A (3分），通过电阻2的电流I20= 2.2A ( 3分）（读数第一位必须正确，第二位与答案不同，可酌情评分．)
iii．2.5 W ( 2 分）, 4 .9W ( 2 分） 11．参考解答：
i．设空间站离地面的高度为H, 因为同步卫星的周期和地球自转周期相同，根据开普勒第三定律以及题意有
（R?H)3T2?2 (1) 3(R?H0)T0即 H?(R?H0)(T2/3)?R (2) T0代人数据得 H= 376km (3) 卫星的高度 h =H一l =356km (4)
卫星在细绳的拉力 F 和地球引力作用下跟随空间站一起绕地球作周期为 T 的圆周运动，有
GMm2?2?F?m()(R?h)
(R?h)2T(5)
式中G为万有引力常量， M为地球质量．空间站在地球引力作用下绕地球作周期为 T 的圆周运动
故有 GMm?2?2??m()(R?h) (6)
(R?h)2T式中m’为空间站的质量．由（5）、（6）两式得
2?2(R?H)2F?m()(R?h)[?1] (7) 2T(R?h)将（3）、（4）式及其他有关数据代人（7）式得 F=38.2N (8)
ii．细绳脱落后，卫星在地球引力作用下绕地球运动的轨道为一椭圆．在脱落的瞬间，卫星的速度垂直于卫星与地心的连线，所以脱落点必是远地点（或近地点），由( 4）式可知，此
点到地面的高度
h =356km (9) 设卫星在近地点（或远地点）的高度为h'，速度为v'，根据开普勒第二定律，有 (R?h?)v??根据机械能守恒，有
2?(R?h)2 (10) T1Mm12?2Mm (11) mv?2?G?m()(R?h)2?G2R?h?2TR?h联立（10）、（11）两式并利用（6）式得
(R?h)4 h?? (12)
2(R?H)3?(R?h)3代人有关数据有 h ' = 238km (13 ) 由（9）、（13）两式可知，远地点到地面的高度为356km，近地点到地面的高度为238km .
设卫星的周期为T '，根据开普勒第三定律，卫星的周期
T??((14)
代人数据得T '= 90 . 4min (15) 评分标准：本题 17 分．
第i小题9分． ( l）式2分， ( 5）式3分， ( 6）式2分， (8）式2分． 第ii小题8分． (9）、（10）式各l分， (11）式 2 分， (12）、（13）、（14）、（15）式各1分． 12．参考解答： 解法一
因为下坡时自行车匀速行驶，可知阻力大小
f=mgsinθ
(1)
由题意，自行车沿斜坡匀速向上行驶时，轮盘的角速度 ??2R?h?h?3/2)T
2R?2H2?N (2) t设轮盘边缘的线速度为v1，由线速度的定义有
v1=ωR1 (3) 设飞轮边缘的线速度为v2，后车轮边缘的线速度为v3，因为轮盘与飞轮之间用链条连结，它
们边缘上的线速度相同，即 v1=v2 (4)
因飞轮与后车轮的转动角速度相同，故有
v2R2?v3R3
(5)
因车轮与坡面接触处无滑动，在车后轮绕其中心轴转动一周的时间T内，车后轮中心轴前进的路程
?s?2?R3
(6 )
而
T?2?R3 v3(7)
车后轮的中心轴前进的速度即自行车行驶速度的大小
V?(8) 由
以
上
有
?sT
关各式得
V?2?NR1R3 R2t(9)
人骑自行车上坡的功率为克服阻力f 的功率加上克服重力沿斜面分力的功率，即 P=fV+mgVsin(10) 由（l）、（9）、（10）式得
θ
P?4mg?NR1R3sin?R2t
(11)
评分标准：本题 17 分．
( l）式 3 分，求得（9 式共 8 分， (10）式5分， (11）式1分． 解法二
因下坡时自行车匀速行驶，若自行车出发点的高度为h，则克服阻力所做的功Wf等于势能的减少，有
Wf=mgh (1)
用s表示自行车行驶的路程，有
h =ssinθ
(2 )
自行车沿斜坡匀速向上行驶时，骑车者所做的功W，等于克服阻力的功Wf与势能增量mgh之和，即
W=Wf+mgh (3)
设骑车者蹬踩踏板N圈到达下坡时的出发点，因踏板转N圈可使后轮转NR1/R2圈，所以自行车行驶的距离(4)
由（1）到（4）式，得
s
为
s?NR1?2?R R2W?4?NR1R3?mgsin?R2t
(5)
上式除以所用时间t，即得骑车者功率 P?W4mg?NR1R3?sin? tR2t(6)
评分标准：本题17分．
( I）式3分， ( 2）式l分， (3）式4分， (4）式6分， (5）式 l 分， (6）式 2 分． 13．参考解答：
当环的角速度到达ω0时，环的动能
1Ek?m(R?0)22( l )
若在时刻t，环转动的角速度为ω，则环上电荷所形成的等效电流
I?(2) 感(3) 由
（
2
）
应
电
动
q2?R势
R???q2?
?????I ?k?t?t、（3）式得
??kq??
2??t(4)
环加速转动时，要克服感应电动势做功，功率为
P1=εI (5)
因为是匀加速转动，所以ω和I都随时间t线性增加．若角速度从零开始增加到ω0经历的时间为t0，则有
?0???t0 ?t(6)
若与ω0对应的等效电流为I0，则在整个过程中克服感到电动势做的总功
1W1??I0t02(7)
由以上有关各式得
?02q2 W1?k 28?(8)
外力所做的总功
?02q212W?W1?Ek?k?m(R?)08?22
全国高中物理竞赛历年(2009-2013年)试题与详解答案汇编
