第33届全国中学生物理竞赛复赛理论考试试题解答
一、（20分）如图，上、下两个平凸透光柱面的半径分别为R1、R2，且两柱面外切；其剖面（平面）分别平行于各自的轴线，
且相互平行；各自过切点的母线相互垂直。取两柱面切点O为直角坐标系O-XYZ的原点，下侧柱面过切点O的母线为X轴，上侧柱面过切点O的母线为Y轴。一束在真空中波长为?的可见光沿Z轴负方向傍轴入射，分别从上、下柱面反射回来的光线会发生干涉；借助于光学读数显微镜，逆着Z轴方向，可观R1和测到原点附近上方柱面上的干涉条纹在X-Y平面的投影。
R2远大于傍轴光线干涉区域所对应的两柱面间最大间隙。空气折射率为n0?1.00。试推导第k级亮纹在X-Y平面的
投影的曲线方程。
已知：a. 在两种均匀、各向同性的介质的分界面两侧，折射率较大（小）的介质为光密（疏）介质；光线在光密（疏）介质的表面反射时，反射波存在（不存在）半波损失。任何情形下，折射波不存在半波损失。伴随半波损失将产生大小为π的相位突变。b. sinx?x, 当x??1。
二、（20分）某秋天清晨，气温为4.0?C，一加水员到实验园区给一内径为2.00 m、高为2.00 m的圆柱形不锈钢蒸馏水罐加水。罐体导热良好。罐外有一内径为4.00 cm的透明圆柱形观察柱，底部与罐相连（连接处很短），顶部与大气相通，如图所示。加完水后，加水员在水面上覆盖一层轻质防蒸发膜（不溶于水，与罐壁无摩擦），并密闭了罐顶的加水口。此时加水员通过观察柱上的刻度看到罐内水高为1.00 m。
（1）从清晨到中午，气温缓慢升至24.0?C，问此时观察柱内水位为多少？假设中间无人用水，水的蒸发及罐和观察柱体积随温度的变化可忽略。
（2）从密闭水罐后至中午，罐内空气对外做的功和吸收的热量分别为多少？求这个过程中罐内空气的热容量。
已知罐外气压始终为标准大气压p0?1.01?105Pa，水在4.0?C时的密度为?0?1.00?103kg?m?3，水在温度变化过程中的平均体积膨胀系数为??3.03?10K，重力加速度大小为g?9.80m?s?2，绝对零度为?273.15?C。
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