第1页共14页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第1页共14页第十八届全国中学生物理竞赛复赛试题参考解答一、参考解答1.对于一个望远系统来说,从主光轴上无限远处的物点发出的入射光为平行于主光轴的光线,它经过系统后的出射光线也应与主光轴平行,即像点也在主光轴上无限远处,如图复解18-1-1所示,图中为左端球面的球心.由正弦定理、折射定律和小角度近似得(1)即(2)光线射到另一端面时,其折射光线为平行于主光轴的光线,由此可知该端面的球心一定在端面顶点的左方,等于球面的半径,如图复解18-1-1.仿照上面对左端球面上折射的关系可得(3)又有(4)由(2)、(3)、(4)式并代入数值可得(5)即右端为半径等于5的向外凸的球面.2.设从无限远处物点射入的平行光线用①、②表示,令①过,②过,如图复解18-1-2所示,则这两条光线经左端球面折射后的相交点,即为左端球面对此无限远物点成的像点.现在求点的位置。在中第2页共14页第1页共14页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第2页共14页(6)又(7)已知,均为小角度,则有(8)与(2)式比较可知,,即位于过垂直于主光轴的平面上.上面已知,玻璃棒为天文望远系统,则凡是过点的傍轴光线从棒的右端面射出时都将是相互平行的光线.容易看出,从射出的光线将沿原方向射出,这也就是过点的任意光线(包括光线①、②)从玻璃棒射出的平行光线的方向。此方向与主光轴的夹角即为,由图复18-1-2可得(9)由(2)、(3)式可得则(10)二、参考解答1.已知在海平面处,大气压强.如图复解18-2-1,在第3页共14页第2页共14页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第3页共14页处,大气压强为。(1)此处水沸腾时的饱和蒸气压应等于此值.由图复解18-2-2可知,对应的温度即沸点为(2)达到此温度时锅内水开始沸腾,温度不再升高,故在5000m高山上,若不加盖压力锅,锅内温度最高可达82℃.2.由图复解18-2-2可知,在℃时,水的饱和蒸气压,而在海平面处,大气压强.可见压力阀的附加压强为(3)在5000m高山上,大气压强与压力阀的附加压强之和为(4)若在时阀被顶起,则此时的应等于,即(5)第4页共14页第3页共14页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第4页共14页由图复解18-2-2可知℃(6)此时锅内水开始沸腾,温度不再升高,故按正确方法使用此压力锅,在5000m高山上锅内水的温度最高可达112℃.3.在未按正确方法使用压力锅时,锅内有空气,设加压力阀时,内部水蒸汽已饱和.由图复解18-2-2可知,在℃时,题中已给出水的饱和蒸气压,这时锅内空气的压强(用表示)为(7)当温度升高时,锅内空气的压强也随之升高,设在温度为℃时,锅内空气压强为则有第5页共14页第4页共14页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第5页共14页(8)若在时压力阀刚好开始被顶起,则有(9)由此得(10)画出函数的图线,取由此二点便可在图复解18-2-2上画出此直线,此直线与图复解18-2-2中的曲线的交点为,即为所求的满足(10)式的点,由图可看出与点对应的温度为℃(11)即在压力阀刚开始被顶起时,锅内水的温度是97℃,若继续加热,压力阀被顶起后,锅内空气随水蒸汽一起被排出,最终空气排净,锅内水温仍可达112℃.三、参考解答为使氢原子从基态跃迁到激发态,需要能量最小的激发态是的第一激发态.已知氢原子的能量与其主量子数的平方成反比.(1)又知基态()的能量为-13.58,即所以的第一激发态的能量为(2)为使基态的氢原子激发到第一激发态所需能量为(3)12113.58eV1EK第6页共14页第5页共14页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第6页共14页这就是氢原子从第一激发态跃迁到基态时发出的光子的能量,即(4)式中为光子的频率,从开始碰到发射出光子,根据动量和能量守恒定律有(5)(6)光子的动量。由(6)式可推得,因为,所以,故(5)式中光子的动量与相比较可忽略不计,(5)式变为(7)符合(6)、(7)两式的的最小值可推求如下:由(6)式及(7)...