北京市顺义区四校2022-2023学年高中竞赛联考物理物理试题（解析版）

高级中学名校试卷PAGEPAGE1北京市顺义区四校2022-2023学年物理竞赛联考物理试题一、判断题（判断下列表述，正确的在答题纸上相应位置把T涂黑，错误的在答题纸上相应位置把F涂黑，每小题2分，共12分.）1.（1）根据麦克斯韦电磁场理论，当电磁波的频率增加时，它在真空中的速度将增大。（）（2）高斯面内自由电荷的代数和不为零时，高斯面上某点处的电位移矢量可以为零。（）（3）热力学第二定律可表述为：不能把热量从低温热源转移到高温热源。（）（4）能量按自由度均分原理对平衡态和非平衡态的粒子体系都适用。（）（5）载流回路的任一电流元在空间任一点产生的磁场方向与该电流元的方向平行。（）（6）稳定的电场能够在周围空间产生稳定磁场。（）【答案】（1）错误（2）正确（3）错误（4）错误（5）错误（6）错误【解析】（1）电磁波在真空中的速度等于光速，不因频率的改变而改变，故错误；（2）（3）热力学第二定律可表述为：不能把热量从低温热源转移到高温热源而不引起其他的变化，故错误；（4）能量按自由度均分原理对平衡态的粒子体系适用，对非平衡态的粒子体系不适用，故错误；（5）（6）均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定磁场，故错误。二、单项选择题2.下列叙述中，描述磁感应线是“无头无尾”的闭合曲线的是（）AB.C.D.【答案】C【解析】A．选项为电荷总伴随着电场，故A错误；B．选项为变化的磁场一定伴随着电场，故B错误；C．选项为磁感线是“无头无尾”的，故C正确；D．选项为电流和变化的电场伴随着磁场，故D错误。故选C。3.两线圈A、B组成互感，互感系数为M。若线圈A中通以交流电，则在线圈B中由于线圈A电流变化所引起的互感电动势的大小为（）A. B. C. D.【答案】D【解析】互感电动势大小为，故选D。4.已知地球的磁矩为m，地球半径为R，如果沿地球赤道绕一单匝导线的线圈，要产生与地球相同的磁矩，则导线中需通入的电流为（）A. B. C. D.【答案】B【解析】根据公式解得导线中需通入的电流为，故选B。5.如图所示，如果卡诺热机的循环曲线所包围的面积从abcda增大为，那么循环abcda与所做的净功和热机效率变化情况是（）A.从高温热源所吸收的热量增大，效率降低B.向低温热源所放出的热量和效率都不变C.净功增大，效率提高D.净功增大，效率不变【答案】D【解析】CD．系统对外做的功减去外界对系统做的功就叫净功，净功大小等于循环曲线所包围的面积。从abcda到，循环曲线所包围的面积增大，净功增大。卡诺热机效率效率不变。C错误；D正确。A．由热力学第一定律ab过程到，温度不变对外做功变大，从高温热源所吸收的热量增大。效率不变。A错误；B．由热力学第一定律过程到，温度不变外界对系统做功变大，向低温热源所放出的热量变大。B错误；故选D。6.如图所示，无限长直导线中通以电流I，该电流的变化率，则（）A.正方形线圈中产生逆时针方向的感应电流B.正方形线圈中产生顺时针方向的感应电流C.正方形线圈中感应电流的方向不确定D.正方形线圈中不会产生感应电流【答案】A【解析】由于电流强度不断增大，可知线圈中垂直于纸面的磁通量不断增加，根据楞次定律可知，线圈中会产生逆时针方向的感应电流。故选A。7.静止的电子通过电势差为U的电场加速后，它的德布罗意波长是（）A. B. C. D.【答案】B【解析】静止的电子通过电势差为U的电场加速后，根据动能定理可得可得则电子的动量为则电子的德布罗意波长为，故选B。8.在自由旋转的水平圆盘的边缘处站一质量为m的人，圆盘的半径为R，转动惯量为J，角速度为ω．如果这人由盘边走到盘心，则此时圆盘角速度为（）A. B.C. D.【答案】A【解析】由系统角动量守恒可知解得，故选A。三、填空题9.系统经历一热力学过程A从状态a到状态b，系统吸收热量200J，对外界做功100J，当系统经另一热力学过程B从状态b回到状态a时，外界对系统做功50J，则在过程B中系统_____（填“吸热”或“放热”）____________J。【答案】①.放热②.150【解析】[1][2]系统经历一热力学过程A从状态a到状态b，系统内能变化为则当系统经另一热力学过程B从状态b回到状态a时，内能变化相反，则解得，故系统放热150J。10.已知天空中两颗星相对于一望远镜的角距离为，观测所用的光波长为，如果该望远镜刚好能分辨出这两颗星，则物镜的直径为____。【答案】【解析】由最小分辨角公式可得物镜的直径为11.理想气体做可逆等温膨胀，体积从V1膨胀为V2，则在此过程中气体的熵变为__________。【答案】【解析】根据等温膨胀的熵变公式可得12.极板间为真空平行板电容器，充电后与电源断开，将两极板用绝缘工具拉开一些距离，则电容器两极板间的电势差____________（填“增大”、“减小”或“不变”）。【答案】增大【解析】根据公式充电后与电源断开，电容器带电量不变，极板间距离增大可知电容变小，故可知两极板间的电势差增大。13.有一半径为r，流过稳恒电流为I的圆弧形载流导线bc，按如图所示方式置于均匀外磁场B中，则该导线所受的安培力大小为_________________。【答案】【解析】半径为的圆弧形载流导线在磁场中的有效长度为，则导线受到的安培力大小为14.做一维运动的电子，质量为m，其速度不确定量是Δv，能将这个电子约束在内的最小容器的尺寸是___________。普朗克常量为h。【答案】##【解析】由不确定关系得即四、计算题15.1mol的氢气在压强为1.013×105Pa，温度为20℃，体积为V0时，先保持体积不变，加热使其温度升高到100℃，然后令其做等温膨胀，体积变为2V0，试计算以上过程中，气体：（1）吸收的热量；（2）对外作的功；（3）内能的增量。（ln2＝0.693）【答案】（1）3810J；（2）2148J；（3）1662J【解析】（1）等容过程气体吸热为等温过程气体吸热为总吸热（2）等容过程气体对外做功W1=0等温过程做功总做功（3）等容过程内能增量等温过程内能增量内能总增量16.如图所示，真空中一长为L的均匀带电细直杆，总电荷为q，试求在直杆延长线上距杆的一端距离为d的P点的电场强度。【答案】，当时方向向右，当时方向向左【解析】如图，以P点为原点，沿细杆建立坐标轴，在杆上取一微元，带电量为其中是电荷线密度。在P点产生的元场强为当时方向向右，当时方向向左。整个细杆在P点产生的场强为当时方向向右，当时方向向左。17.如图所示，半径为R0的导体球带有电荷Q，球外有一层均匀介质同心球壳，其内、外半径分别为R1和R2，相对介电常量为εr（如图）。导体球与介质之间是真空，介质外也是真空。求（1）空间的电场强度分布；（2）介质球壳外部任意一点（r>R2）处的电势。取无限远处电势为零。【答案】（1）见解析；（2）【解析】（1）自由电荷及电介质分布具有球对称性，作与导体球同心的球面为高斯面，由介质中的高斯定理时，时，沿半径方向；时，，沿半径方向；时，，沿半径方向。（2）介质球壳外一点的电势18.细螺绕环中心周长l＝1.0m，环上均匀密绕线圈N＝300匝，线圈中通有电流I=0.1A.管内充满相对磁导率μr＝4000的磁介质。求管内磁场强度和磁感应强度的大小。（真空中磁导率μ0＝4π×10-7N·A-2）【答案】，【解析】选取环向回路（绕行方向与电流满足右手螺旋），应用H的环路定理可得解得磁场强度磁感应强度为五、简答题19.在一定条件下，流体是分层流动的，由于各层流体的运动速度不同所产生的内摩擦力称为粘滞力。牛顿在大量实验的基础上于1686年提出内摩擦定律：粘滞力F与它分布的面积和流速梯度dv/dl成正比，其表达式为式中η称为流体的粘度，在国际单位制中，单位为Pa·s。满足内摩擦定律的流体被称为牛顿流体。试简述一种测量流体粘度η的方法．【答案】见解析【解析】采用落球法测定液体的粘度，实验原理：根据斯托克斯公式可知小球在液体中受的粘滞力为η为粘度、r为小球半径，v为小球下落速度，当小球受到重力、浮力和粘滞力平衡时有设小球的直径为d，小球匀速运动的长度为l，时间为t，则，则有实验过程：选几个半径相同的小球，用游标卡尺测出小球的直径d，将盛有蓖麻油的长试管和刻度尺固定在铁架台上，用重锤线检验试管和刻度尺是否竖直，在试管外侧标出等间距的标线，将第一颗小球投入蓖麻油，用秒表测量出经过各标线的时间，选定小球做匀速运动的区域，用刻度尺测出长度l，然后分别将其他小球投入蓖麻油，测出每次经过匀速区域的时间t，取平均值，查出小球所用材质的密度和蓖麻油的密度，代入原理公式即可计算出流体粘度。北京市顺义区四校2022-2023学年物理竞赛联考物理试题一、判断题（判断下列表述，正确的在答题纸上相应位置把T涂黑，错误的在答题纸上相应位置把F涂黑，每小题2分，共12分.）1.（1）根据麦克斯韦电磁场理论，当电磁波的频率增加时，它在真空中的速度将增大。（）（2）高斯面内自由电荷的代数和不为零时，高斯面上某点处的电位移矢量可以为零。（）（3）热力学第二定律可表述为：不能把热量从低温热源转移到高温热源。（）（4）能量按自由度均分原理对平衡态和非平衡态的粒子体系都适用。（）（5）载流回路的任一电流元在空间任一点产生的磁场方向与该电流元的方向平行。（）（6）稳定的电场能够在周围空间产生稳定磁场。（）【答案】（1）错误（2）正确（3）错误（4）错误（5）错误（6）错误【解析】（1）电磁波在真空中的速度等于光速，不因频率的改变而改变，故错误；（2）（3）热力学第二定律可表述为：不能把热量从低温热源转移到高温热源而不引起其他的变化，故错误；（4）能量按自由度均分原理对平衡态的粒子体系适用，对非平衡态的粒子体系不适用，故错误；（5）（6）均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定磁场，故错误。二、单项选择题2.下列叙述中，描述磁感应线是“无头无尾”的闭合曲线的是（）AB.C.D.【答案】C【解析】A．选项为电荷总伴随着电场，故A错误；B．选项为变化的磁场一定伴随着电场，故B错误；C．选项为磁感线是“无头无尾”的，故C正确；D．选项为电流和变化的电场伴随着磁场，故D错误。故选C。3.两线圈A、B组成互感，互感系数为M。若线圈A中通以交流电，则在线圈B中由于线圈A电流变化所引起的互感电动势的大小为（）A. B. C. D.【答案】D【解析】互感电动势大小为，故选D。4.已知地球的磁矩为m，地球半径为R，如果沿地球赤道绕一单匝导线的线圈，要产生与地球相同的磁矩，则导线中需通入的电流为（）A. B. C. D.【答案】B【解析】根据公式解得导线中需通入的电流为，故选B。5.如图所示，如果卡诺热机的循环曲线所包围的面积从abcda增大为，那么循环abcda与所做的净功和热机效率变化情况是（）A.从高温热源所吸收的热量增大，效率降低B.向低温热源所放出的热量和效率都不变C.净功增大，效率提高D.净功增大，效率不变【答案】D【解析】CD．系统对外做的功减去外界对系统做的功就叫净功，净功大小等于循环曲线所包围的面积。从abcda到，循环曲线所包围的面积增大，净功增大。卡诺热机效率效率不变。C错误；D正确。A．由热力学第一定律ab过程到，温度不变对外做功变大，从高温热源所吸收的热量增大。效率不变。A错误；B．由热力学第一定律过程到，温度不变外界对系统做功变大，向低温热源所放出的热量变大。B错误；故选D。6.如图所示，无限长直导线中通以电流I，该电流的变化率，则（）A.正方形线圈中产生逆时针方向的感应电流B.正方形线圈中产生顺时针方向的感应电流C.正方形线圈中感应电流的方向不确定D.正方形线圈中不会产生感应电流【答案】A【解析】由于电流强度不断增大，可知线圈中垂直于纸面的磁通量不断增加，根据楞次定律可知，线圈中会产生逆时针方向的感应电流。故选A。7.静止的电子通过电势差为U的电场加速后，它的德布罗意波长是（）A. B. C. D.【答案】B【解析】静止的电子通过电势差为U的电场加速后，根据动能定理可得可得则电子的动量为则电子的德布罗意波长为，故选B。8.在自由旋转的水平圆盘的边缘处站一质量为m的人，圆盘的半径为R，转动惯量为J，角速度为ω．如果这人由盘边走到盘心，则此时圆盘角速度为（）A. B.C. D.【答案】A【解析】由系统角动量守恒可知解得，故选A。三、填空题9.系统经历一热力学过程A从状态a到状态b，系统吸收热量200J，对外界做功100J，当系统经另一热力学过程B从状态b回到状态a时，外界对系统做功50J，则在过程B中系统_____（填“吸热”或“放热”）____________J。【答案】①.放热②.150【解析】[1][2]系统经历一热力学过程A从状态a到状态b，系统内能变化为则当系统经另一热力学过程B从状态b回到状态a时，内能变化相反，则解得，故系统放热150J。10.已知天空中两颗星相对于一望远镜的角距离为，观测所用的光波长为，如果该望远镜刚好能分辨出这两颗星，则物镜的直径为____。【答案】【解析】由最小分辨角公式可得物镜的直径为11.理想气体做可逆等温膨胀，体积从V1膨胀为V2，则在此过程中气体的熵变为__________。【答案】【解析】根据等温膨胀的熵变公式可得12.极板间为真空平行板电容器，充电后与电源断开，将两极板用绝缘工具拉开一些距离，则电容器两极板间的电势差____________（填“增大”、“减小”或“不变”）。【答案】增大【解析】根据公式充电后与电源断开，电容器带电量不变，极板间距离增大可知电容变小，故可知两极板间的电势差增大。13.有一半径为r，流过稳恒电流为I的圆弧形载流导线bc，按如图所示方式置于均匀外磁场B中，则该导线所受的安培力大小为_________________。【答案】【解析】半径为的圆弧形载流导线在磁场中的有效长度为，则导线受到的安培力大小为14.做一维运动的电子，质量为m，其速度不确定量是Δv，能将这个电子约束在内的最小容器的尺寸是___________。普朗克常量为h。【答案】##【解析】由不确定关系得即四、计算题15.1mol的氢气在压强为1.013×105Pa，温度为20℃，体积为V0时，先保持体积不变，加热使其温度升高到100℃，然后令其做等温膨胀，体积变为2V0，试计算以上过程中，气体：（1）吸收的热量；（2）对外作的功；（3）内能的增量。（ln2＝0.693）【答案】（1）3810J；（2）2148J；（3）1662J【解析】（1）等容过程气体吸热为等温过程气体吸热为总吸热（2）等容过程气体对外做功W1=0等温过程做功总做功（3）等容过程内能增量等温过程内能增量内能总增量16.如图所示，真空中一长为L的均匀带电细直杆，总电荷为q，试求在直杆延长线上距杆的一端距离为d的P点的电场强度。【答案】，当时方向向右，当时方向向左【解析】如图，以P点为原点，沿细杆建立坐标轴，在杆上取一微元，带电量为其中是电荷线密度。在P点产生的元场强为当时方向向右，当时方向向左。整个细杆在P点产生的场强为当时方向向右，当时方向向左。17.如图所示，半径为R0的导体球带有电荷Q，球外有一层均匀介质同心球壳，其内、外半径分别为R1和R2，相对介电常量为εr（如图）。导体球与介质之间是真空，介质外也是真空。求（1）空间的电场强度分布；（2）介质球壳外部任意一点（r>R2）处的电势。取无限远处电势为零。【答案】（1）见解析；（2）【解析】（1）自由