湖南省大學(xué)生物理競(jìng)賽試卷

1、-參賽學(xué)校準(zhǔn)考證號(hào)姓名- 評(píng)卷密封線 密封線內(nèi)不要答題，密封線外不準(zhǔn)填寫考生信息，違者考試成績(jī)按0分處理 評(píng)卷密封線 第三屆湖南省大學(xué)物理競(jìng)賽試卷 總分120分 時(shí)間150分鐘 2016年5月21日題號(hào)一二三四(1)四(2)四(3)四(4)五合計(jì)得分評(píng)卷人復(fù)核人普適氣體常量 阿伏伽德羅常數(shù)真空電容率 真空磁導(dǎo)率 真空中光速 普朗克常數(shù) 玻爾茲曼常數(shù) 電子質(zhì)量 電子電量 維恩常數(shù) 斯特藩-玻爾茲曼常數(shù) 原子線度 一、判斷題（20分，每小題2分）判斷下列說(shuō)法的正確性，正確的請(qǐng)?jiān)诿款}后的括號(hào)內(nèi)用“”表示，錯(cuò)誤的在每題后的括號(hào)內(nèi)用“”表示。1. 任何做平面曲線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的加速度方向總是指向曲線凹側(cè)，并

2、且有可能在某時(shí)刻的法向加速度為零。 2. 一個(gè)有固定軸的剛體，受到兩個(gè)力的作用。當(dāng)這兩個(gè)力的合力為零時(shí)，它們對(duì)軸的合力矩也一定為零, 因此剛體相對(duì)于該定軸的角動(dòng)量守恒。 3. 根據(jù)狹義相對(duì)論，一切物體的運(yùn)動(dòng)速率以光在真空中的速率為極限。地球與銀河系中心之間的距離大約為23000光年，因此，在一個(gè)人的有生之年不可能乘飛船從地球出發(fā)到達(dá)銀河系的中心。 4. 根據(jù)氣體動(dòng)理論，溫度是氣體分子平均平動(dòng)動(dòng)能的量度。如果盛有氣體的容器相對(duì)某參照系做勻速運(yùn)動(dòng)，容器內(nèi)的分子速率及動(dòng)能相對(duì)該參照系也增大了，因此溫度也會(huì)升高。 5. 在相同的時(shí)間內(nèi)，一束波長(zhǎng)為l 的單色光在真空中和在玻璃中傳播的幾何路程不相等，但走

3、過(guò)的光程相等。 6三個(gè)等量同號(hào)的點(diǎn)電荷分別放在等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上。為求該帶電體系所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度，可以以三角形中心為球心作一個(gè)球面為高斯面，再利用高斯定理求場(chǎng)強(qiáng)。 7. 一球形導(dǎo)體，帶電量q，置于任意形狀的空腔導(dǎo)體中，如圖1-7所示。當(dāng)用導(dǎo)線將兩者連接后，與未用導(dǎo)線連接相比，系統(tǒng)靜電場(chǎng)能量將減小。（ ）8. 由于磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力， 因此我們可以利用磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用來(lái)增大粒子的動(dòng)能。（ ）Question One. Fill in the blanks (24 marks total，4 marks each)1. A particle moves in circular moti

4、on with radius 0.5 m and speed described by (SI). At any time t, the tangential acceleration of the particle is and its centripetal acceleration is .2. A particle moves along a parabolic path. The force acting on it is(N). Work done on the particle as it moves from x = -1 m to x = 2 m is _; the chan

5、ge in kinetic energy of the particle in this process is_.3. A 2.0-kg particle moves so that its position (in meters) as a function of time (in seconds) is . At any time t, the angular momentum of the particle about the origin is _; the torque acting on the particle about the origin is_.4. The averag

6、e lifetime of muons at rest is . A laboratory measurement on decay in flight of muons in a beam emerging from a particle accelerator yields an average lifetime of measured in laboratory frame. What is the speed of these muons in the laboratory frame? _; How far on average do the muons travel before

7、decaying in the laboratory frame? _. (c = 3108 m/s)5. A Carnot engine discharges 3 J of heat into the low-temperature reservoir for every 2 J of work output. The efficiency of this Carnot engine is . For this engine, if the low temperature is TL=27C, the high temperature is .6. At what incident angl

8、e will the light reflected from a glass plate (n=1.6) in air be completely polarized?_. When the light is incident on the glass plate at this angle, the refracted angle is . 圖1-7兩者連接后，與未用導(dǎo)線連接相比，系統(tǒng)靜電場(chǎng)能量將減小。 8. 由于磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力， 因此我們可以利用磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用來(lái)增大粒子的動(dòng)能。 9. 根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，真空中電磁波的電場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比等于光在真空中的速率c，

9、即。真空中電磁波的能量密度，因此電磁波的能量中，電場(chǎng)能量所占的比例大于磁場(chǎng)能量。 10. 一維無(wú)限深勢(shì)阱中運(yùn)動(dòng)的粒子，其歸一化定態(tài)波函數(shù)為， 其能量為 ，因此當(dāng)取 時(shí)，粒子的最小可能能量(零點(diǎn)能). 二、填空題（20分，每小題4分）1. 2.0 mol的單原子理想氣體經(jīng)歷了一可逆過(guò)程，該過(guò)程的溫度與熵的關(guān)系如圖2-1所示，則在該過(guò)程中（a）氣體吸收的熱量為 ；（b）氣體所做的功為 。 2. 如圖2-2所示，邊長(zhǎng)為a的正方形線圈載有電流I，處在水平方向的均勻外磁場(chǎng)中，線圈可以繞通過(guò)中心的豎直光滑軸OO 轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J。則線圈在平衡位置附近作微小擺動(dòng)的周期為 。 圖2-1 圖2-2 圖2-33

10、. 如圖2-3所示，二胡的“千斤”（弦的上方固定點(diǎn)）和 “碼子”（弦的下方固定點(diǎn)）之間的距離是L = 0.3 m。其上一根弦的質(zhì)量線密度為m = 3.810-4 kg/m，拉緊它的張力F = 9.4 N。則此弦所發(fā)出的聲音的基頻及三次諧頻分別為 ； 。 4. 測(cè)量星球表面溫度的方法之一是將星球看成絕對(duì)黑體，利用維恩位移定律，通過(guò)測(cè)量其單色輻出度的峰值波長(zhǎng)lm來(lái)決定溫度T。天狼星是天空最亮的星，如測(cè)得其lm=0.29mm, 則其表面溫度為 ；由斯特藩-玻爾茲曼定律，天狼星單位面積的輻射功率為 。5. 根據(jù)量子力學(xué)理論，氫原子中電子的角動(dòng)量在外磁場(chǎng)方向上的投影為，當(dāng)角量子數(shù) 時(shí)，Lz 的可能取值為

11、 ；電子的自旋角動(dòng)量在外磁場(chǎng)方向上的可能取值為 。 三、選擇題（30分，每小題3分） 1. 電子的靜能為0.51MeV, 將其從靜止通過(guò)1.02106 V 的加速電場(chǎng)后，它的動(dòng)量為 (A) ； (B) ；(C) ； (D) 2. 一質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，已知振動(dòng)周期為T，則其振動(dòng)動(dòng)能變化的周期為 (A) T/4； (B) T/2； (C) T； (D) 2T.3. 一簡(jiǎn)諧波沿x 軸負(fù)向傳播，設(shè)振幅為A，角頻率為w，波數(shù)為k (=2p/l)，則該簡(jiǎn)諧波的波函數(shù)為 (A)； (B)； (C)； (D). 4. 一卡諾制冷機(jī)工作在和之間, 則每消耗1.00kJ 的功可以從冷庫(kù)中吸取的熱量為 (A)； (B

12、)； (C) ； (D).5. 在一個(gè)均勻帶負(fù)電的球面外，放置一電偶極子，其電偶極矩 的方向如圖3-5 所示。當(dāng)電偶極子被釋放后，該電偶極子將 (A) 沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)直到沿徑向指向球面而停止； 圖3-5(B) 沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)至沿徑向指向球面，同時(shí)沿球面徑向向著球面移動(dòng)； (C) 沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)至沿徑向指向球面，同時(shí)沿球面徑向遠(yuǎn)離球面移動(dòng)； (D) 沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)至沿徑向朝外，同時(shí)沿球面徑向向著球面移動(dòng)。 6. 如圖3-6 所示，在點(diǎn)電荷 的電場(chǎng)中，若取P點(diǎn)處為電勢(shì)零點(diǎn)，則M點(diǎn)的電勢(shì)為 (A) ； (B) ； (C) ； (D) . 圖3-6 7. 氫原子可以看成電子在平面內(nèi)繞核做半徑為

13、R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的帶電系統(tǒng)。已知電子電量為, 質(zhì)量為, 速率為, 則圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為 (A) ； (B) ； (C) ； (D) .8. 已知加在某電容器極板上的電壓變化率為，在電容器內(nèi)產(chǎn)生的位移電流為 ， 則該電容器的電容為 (A) ； (B) ； (C) ； (D) .9. 用頻率為n 的單色光照射某種金屬時(shí)，逸出光電子的最大初動(dòng)能為Ek；若改用頻率為2n 的單色光照射此金屬時(shí)，則逸出光電子的最大初動(dòng)能為 (A)； (B)； (C)； (D). 10. 1924年法國(guó)青年物理學(xué)家德布羅意在光的波粒二象性的啟發(fā)下，提出了實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，其波長(zhǎng)為 稱為德布羅意波。首先證實(shí)電子波

14、動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)是 (A) 光電效應(yīng)； (B) 康普頓散射； (C) 施特恩-格拉赫實(shí)驗(yàn)； (D) 戴維孫-革末實(shí)驗(yàn)。 四、計(jì)算題（40分，每小題10分）1. 如圖4-1所示，一質(zhì)量為m1 、長(zhǎng)為L(zhǎng)的勻質(zhì)細(xì)桿，一端與光滑鉸鏈相連，可以在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng), 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為m1L2/3。現(xiàn)將細(xì)桿拉至水平面后釋放，當(dāng)它返回豎直位置時(shí)，其下端與放在水平面上質(zhì)量為m2 的物體（可視為質(zhì)點(diǎn)）相碰。已知物體與地面之間的摩擦系數(shù)為m，物體碰后獨(dú)自向前滑行的距離為s, 求：（1） 碰撞過(guò)程中細(xì)桿所受的沖量矩； （2）碰后細(xì)桿的角速度。 圖4-12. 波長(zhǎng)400 nm的平行光垂直照射到透射光柵上，測(cè)得第三級(jí)亮紋的衍射角為30，且第二級(jí)亮紋不出現(xiàn)。求：（1）光柵常數(shù)d；（2）光柵中各透射光縫的寬度a；（3）屏幕上可呈現(xiàn)的全部亮紋。 3. 如圖4-3所示，一絕緣棒彎成半徑為R 的半圓形，其上半段均勻帶正電，下半段均勻帶負(fù)電，電荷線密度分別為l 和 -l。求(1) 半圓圓心處的電場(chǎng)強(qiáng)度; (2) 半圓圓心處的電勢(shì)。 圖4-3 4. 如圖4-4所示，無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線通有交變電流，它旁邊