普通物理学(下)期末试卷(含答案).pdf

普通物理学 下 普通物理学 下 期末期末试卷试卷 一 单项选择题 1 如图 长度为 l 的直导线 AB 在均匀磁场B 中以速度v 运动 则 AB 中的电动势为 A Blv B Blvsin C Blvcos D 0 D 2 一个 50 匝的半径 R 5 0cm 的通电线圈 处于 B 1 5T 的均匀外磁场中 线圈中电流 I 0 2A 当线圈的磁矩与外磁场方向间的夹角 从 0 转到 时 外磁场对线圈所做的功为 A 0 14J B 0 24J C 1 4J D 7 8J B 3 一块半导体样品如图放置 沿 X 正方向通有电 流 I 在 Z 正方向加有均匀磁场 实验测得该样品 薄片两侧的电势差 UA UB 0 则 A 此样品为 P 型半导体 B 此样品为 N 型半导体 C 此样品内有感应电流 D 载流子类型无法判断 A 4 在圆柱形空间内有一磁感应强度为B 的均匀磁 场 如图所示 B 的大小以速率 dB dt 变化 在磁场中有 A B 两点 其间可放直导线AB 和弯曲的导线BA 则 A 电动势只在直导线AB中产生 B 电动势只在弯曲导线BA 中产生 C 直导线AB中的电动势小于弯曲导线BA 中的电动势 D 电动势在直导线AB和弯曲导线BA 中都产生且两者大小相等 C 5 一平板空气电容器的两极板都是半径为 r 的圆导体 在充电时 板间电场强度的变化率 为 dt dE 若略去边缘效应 则两板间的位移电流为 A dt dEr 0 2 4 B dt dE r 2 0 Z X Y A B O A B C dt dE D 2 dt dE r 2 0 B 6 图示为质点作简谐振动的t v图线 若用余弦函数表示简谐振动方程 则其初位相为 A 6 B 3 C 2 D 2 3 A 7 两波在同一弦上传播 其方程为 0 802 0 2 cos0 6 1 txy 0 802 0 2 cos0 6 2 txy 单位 长度 厘米 时间 秒 则有 A 节点位置为 12 50 Kx K 0 1 2 B 节点位置为 Kx100 K 0 1 2 C 节点位置为 Kx50 K 0 1 2 D 节点位置为 12 100 Kx K 0 1 2 A 8 当波长为 的单色光垂直照射到平行的空气中薄膜 n 1 的表面时 观察到反射光加强 则此薄膜的最小厚度为 A n K 4 12 B n K 2 C n2 D n4 D 9 单缝衍射中 在 0 方向上看到 K 2 级暗纹 则狭缝相应于 0 方向可以分成的半波带个 数为 A 3 个 B 4 个 C 5 个 D 6 个 B 10 在牛顿环实验中 若在平凸透镜与平板玻璃 两者折射率相等为 n1 之间充满折射率为 n 的透明液体 n0 的长直螺线管长为 l 截面积为 S 密绕 N 匝线圈 则任 意时刻管内的磁感应强度大小为 5 自感电动势的大小为 6 2 1 kt l N 0 2 分 2 Sk l N 2 0 3 分 3 本题 3 分 在一圆柱形空间内 磁场B 的空间分布均匀且随时间变化 0 dtdB 在磁场中同轴地放上一个半径为 r 的导体圆环 则圆环上 的感生电动势 2 分 方向 填顺时针 方向或逆时针方向 1 分 3 1 dt dB r 2 2 逆时针方向 4 本题 5 分 一矩形线圈长为 a 宽为 b 它和 一长直导线在同一平面内 当它们如图 A 放置时 线圈与长直导线间的互感为 如图 B 放置时的互感为 假设直导线是 某一闭合回路的一部分 回路其余部分离线圈很 远 其影响可略去不计 4 1 2ln 2 0 a 3 分 2 0 2 分 5 本题 5 分 一沿 X 正方向传播的平面简谐波 波速为 u 5cm s 周期 T 2s 振幅 A 2cm x 10cm 处有一点 a 在 t 3s 时 ya 0 0 a dt dy 当 t 5s 时 x 0 处的位移 y0 此刻 该点的速度大小为 v0 O I I R b b a 图 A b 2 b 2 a 图 B R r 题 9 图 O 5 1 0 3 分 2 6 28cm s 2 分 6 本题 6 分 如图 在长度为 4 cm 的两块玻 璃平板之间夹一细金属丝 形成空气劈尖 在波长为 6000 的单色光垂直照射下成干涉条 纹 如果观察到相邻两明纹间隔为 0 1 mm 则 金属丝直径为 2 分 如将金属通电 使之受 热膨胀 则在上方 A 处可观察到干涉条纹向 填左或 右 1 分 移动 条纹间距 填增大或减小 1 分 如果在 A 处观察到干涉条纹 移动 6 条 则金属丝直径的膨胀量为 2 分 6 0 12mm 左 减小 0 0018mm 7 本题 4 分 空气劈尖干涉实验中 如图 上方玻璃板的长度 为 L 劈尖末端厚度为 d d 9 1 21 EE 2 分 2 21 II 2 分 10 本题 5 分 洛埃镜干涉装置如图 已知光源波长 7200 则反射镜右边缘到第一条亮纹的距离 为 若将光源 S 向下移动 则条纹 间距将 填增大 减小或不变 10 4 5 10 2mm 增大 11 本题 3 分 在双缝干涉装置中 用一很薄的云母片 n 1 58 覆盖其中一条狭缝 这 时屏幕上的第五级明条纹恰好移到屏幕中央原零级明条纹的位置 如果入射光的波长为 550 nm 则云母片的厚度为 11 m1074 4 6 d 3 分 12 本题 3 分 在加热黑体过程中 其单色辐出度的峰值波长是由 0 69 m 变化到 0 50 m 则总辐出度改变为原来的 倍 12 3 63 13 本题 3 分 已知氢原子的能级公式为 En 13 6 n2 eV 若氢原子处于第二激发态 则其 电离能为 eV 13 1 51 eV d L L A 题 6 图 D 三 计算题 1 本题 15 分 如图所示 金属框架 abcd 与一 无限长直载流导线 AB 通以电流 I 在同一平面 内 框架的总电阻为 R ab 边可在框架上无磨擦 地左右平动 若 ab 以速度 v 匀速向左滑动 求外 力的大小和方向 1 解 导线 AB 中的电流 I 产生的磁场为 B r I 2 0 方向垂直纸面向里 3 分 ab 棒产生的动生电动势为 1 210 ln 2l llIv i 方向由 a 到 b 即 b 的电势高 4 分 感应电流为 1 210 ln 2l ll R Iv R I i i 2 分 ab 棒受到的安培力为 2 1 21 2 2 2 0 ln 4 l ll R vI FA 方向水平向右 4 分 外力 2 1 21 2 2 2 0 ln 4 l ll R vI FF A 方向水平向左 2 分 2 本题 10 分 一平面简谐波沿 X 方向以波速 u 传播 BC 为波密媒质的反射面 波传播 到 P 点被反射 OP 4 3 DP 6 1 t 0 时 O 处的质点由平衡点向正方向运动 设振幅 A 和圆频率 为已知 求 1 以 O 为原点 写出入射波的波动方程 2 反射波的波动方程 3 合成波的波动方程 4 D 点的合振动方程 2 解 1 2 cos 1 u x tAy 3 分 2 2 cos 2 u x tAy 3 分 3 2 cos 2 cos2 21 t x Ayyy 2 分 4 tAyD sin3 2 分 3 本题 8 分 同一介质中位于 A B 两点的两个波源 振幅相等 频率相等 都是 100Hz 相位差为 若 A B 两点相距为 30 m 波在介质中的传播速度为 1 400m s 求 AB 连线 上因干涉而静止的各点位置 A I B v R a b c d O D P 入射 C B X 波疏 波密 3 解 对 A 外侧各点 14 4 36 2 干涉为极大 对 B 外侧各点 16 4 30 2 干涉也是极大 所以 A B 外侧均无静止的质点 2 分 考虑 AB 连线上距离 A 点为 x 的一点 两波分别由 A B 点传到此的相位差为 2 2 2 2 2 2 ABAB xlxlxlx u 两波叠加静止的条件是 21 k 因此有 2 21 2 lxk 按题设 l 30cm 则由上式可解出 22152xlkk 根据 k 为整数 030 x 得到静止点的位置为 x 1 3 5 29m 6 分 4 本题 12 分 每厘米有 5000 条透光狭缝的光栅 其相邻两缝间距是透光缝宽的 3 倍 用 此光栅观察钠光谱线 590 nm 求 1 平行光线垂直入射时 最多能看到多少条谱 线 2 平行光线以 30角斜向下入射时 最多能看到多少条谱线 4 解 1 光栅常数 cmcmd 4 102 5000 1 4 3 105900 102sin 8 4 dd k m m 取3 m k 2 分 考虑缺级 缺级公式 a b a 3 k 缺级级次 k 3 6 9 2 分 根据干涉 由于最多能看到第三级 而现在由于单缝衍射的调制 第三级缺级 所以实际上 能看到的明条纹的级数为 2 1 0 1 2 共 5 级 可见 2 3 1 2 5 条明纹主极大 2 分 2 kdd sin30 sin sin sin 1 5 90sin30 sin d km 取5 m k 2 分 7 1 90sin30 sin d km 取1 m k 2 分 斜入射下缺级条件仍为 a b a 3 k 缺级级次为 3 故有 k 1 0 1 2 4 5 共 6 级 2 分 5 本题 6 分 在康普顿散射中 入射 X 射线的波长为 3 103 nm 反冲电子的速率为 0 6c 求散射光子的波长和散射方向 已知电子质量kgme 31 1011 9 5 解 由能量守恒方程 22 2 022 0 01cv cmhc mc hc cm hc 得 11 22 2 0 0 10302 2 1 1 1 11 cv h cm m 1 所以散射光子的波长为 3 103 4 nm 3 分 再根据康普顿散射波长改变量公式 2 sin 2 2 0 0 cm h 得到 2763 0 2 sin 2 所以散射光子的散射角 2563 3 分 6 本题 10 分 1 处于基态的氢原子中电子的动能是多大 2 要使处于第一激发态的 氢原子发生电离 至少需要吸收频率多大的光子 3 氢原子由上述第一激发态直接跃迁 到基态 发出光子的波长为多少 6 1 EK1 1 E 13 6eV 3 分 2 2 Ehv 3419 2 10 63 6 10 6 1 4 3 hEv 8 21 1014Hz 3 分 3 12 EEhchv 12 EEhc 6 63 10 34 3 108 1 6 10 19 3 4 13 6 122nm 4 分 7 本题 10 分 一电子以 12eV 的动能轰击处于基态的氢原子后发生散射 求 1 试确定 氢原子所能达到的最高能态 2 氢原子由上述最高能态直接跃迁到基态 发出光子的波长 为多少 3 原子达到最高能态时 散射电子的物质波波长是多少 电子质量 m0 9 11 10 31千克 7 10 分 1 eVEnEEEE n 12 1 2 11 292 2 6 1312 6 13 11 EEEn所以最高可达第一激发 态 3 分 2 12 hcEEh nmm EEhc 12210 22 1 10 6 1 6 134 6 13 10 3 10 63 6 7 19834 12 2 分 3 eVEEE2 106 134 3 1221 散射电子的动能 eVEEEk8 12 1012 21 0 51MeV 不考虑相对论效应 k mEP2 k mEhPh2 193134 10 6 1 8 1 10 1 9 2 10 63 6 9 16 10 10m 9 16 5 分 8 本题 12 分 一质量为 m 的粒子被约束在宽度为 a 0 x a 的一维矩形无限深势阱中运 动 求 1 粒子的波函数和能量 E 2 若 粒 子