2013—2014學年大學物理(2-2)期末試卷(DOC)

1、 閉合面 S,則對此球形閉合面： （A） 高斯定理成立，且可用它求出閉合面上各點的場強. （B） 高斯定理成立，但不能用它求出閉合面上各點的場強. （C） 由于電介質不對稱分布，高斯定理不成立. （D） 即使電介質對稱分布，高斯定理也不成立. 3、（本題 3 分） 電流由長直導線 1 沿半徑方向經 a 點流入一電阻均勻的圓環(huán)， 再由 b 點沿切向從圓環(huán)流 出，經長導線 2 返回電源（如圖）。已知直導線上電流強度為 I，圓 環(huán)的半徑為 R,且 a、b 與圓心 O 三點在同一直線上。 設直電流 1、 2 及圓環(huán)電流分別在 O 點產生的磁感強度為 B1、B2及B3，則 O 點的磁感強度的大小2013

2、 2014學年第一學期 大學物理（2-2 ）期末試卷 、選擇題（共 10 小題，每小題 3 分） 1、A 2、B 3、C 4、D 5、C 6、B 7、B 8、C 9、C 10、D 1、 帶電大導體平板，平板兩個表面的電荷面密度的代數(shù)和為 G 置于電場強度為 E0的均勻 外電場中，且使板面垂直于 E0的方向。設外電場分布不因 帶電平板的引入而改變， 則板的附近左、右兩側的合場強為: (A) Eo tj 2 ；o， CJ Eo 2気 CJ CJ (B) E Eo 2 ；o 2 % a a (C) E Eo _ 2 ；o 2 a CT (D) E Eo - 2；o 2 2、（本題 3 分） 在一點電

3、荷 q 產生的靜電場中，一塊電介質如圖放置, Eo 以點電荷所在處為球心作一球形 S q ab 在均勻磁場中沿金屬導軌向右作勻加速運動，磁場方向垂直導軌所 在平面。若導軌電阻忽略不計，并設鐵芯磁導率為常數(shù)，則達到穩(wěn)定后在電容器的 上 (A) 帶有一定量的正電荷. (B) 帶有一定量的負電荷. (C) 帶有越來越多的正電荷. (D) 帶有越來越多的負電荷. 7、(本題 3 分) 用導線圍成的回路(兩個以 0 點為圓心半徑不同的同心圓， 在一處用導線沿半徑方向相 連)，放在軸線通過 0 點的圓柱形均勻磁場中，回路平面垂直于柱軸，如圖所示.如磁場方(A) B =0,因為 Bi = 1 B2 = B3

4、 = 0. (B) B =0,因為B1 B2 : =0 , B3 = :0. (C) B 工 0，因為雖然 Bi =B3 =0, 但 B2工0 (D) B 工 0，因為雖然 Bi =B2 =0, 但 B3* 0 (E) B 工 0,因為雖然 B2 ； =B3 : =0, 但 Bi工 0. 3 分) 4、(本題 (A) %1 (C) %1/4. (D) 2% 1/3 . 5、(本題 3 分) 長直電流 I2與圓形電流 Il共面，并與其一直徑相重合如圖 (但兩者間絕 緣)，設長直電流不動， 則圓形電流將 (A) 繞 I2旋轉. (B) 向左運動. (C) 向右運(D) 向上運動. 6、(本3 分)

5、 如圖，一導體棒 極板 的鐵環(huán)上，穩(wěn)恒電流 中閉合路徑 L 的積分 如圖，兩根直導線 向垂直圖面向里，其大小隨時間減小，貝 U (A) T (D)各圖中哪個圖上正確表示了感應電流的流 向？ & (本題 3 分) 設用頻率為M和2的兩種單色光，先后照射同一種金屬均能產生光電效應。 已知金屬的 紅限頻率為0,測得兩次照射時的遏止電壓|Ua2| = 2|Ual|,則這兩種單色光的頻率有如下關系： (A) 2 = 1 八.0. (B) 2 = 1 +0. (C) . 2 = 2 1 -0. (D) 2 =. 1 -2. 0. 9、(本題 3 分) 在原子的 L 殼層中，電子可能具有的四個量子數(shù)

6、 (n, l, mi, ms)是 1 1 (1) (2, 0, 1, 一). 2 (2) (2, 1, 0,-). 2 1 1 (3) (2, 1, 1,). 2 (4) (2, 1, -1 , ). 2 以上四種取值中，哪些是正確的？ (A)只有(1)、(2)是正確的. (B)只有(2)、(3)是正確的 (C)只有(2)、(3)、(4)是正確的. (D)全部是正確的. 10、(本題 3 分) (A)滿帶中. (B)導帶中. (C)禁帶中，但接近導帶底. (D)禁帶中，但接近滿帶頂.(D) p 型半導體中雜質原子所形成的局部能級 (也稱受主能級)，在能帶結構中應處于 O I 二、簡單計算與問答

7、題（共 6 小題，共計 30 分） 1、（本題 5 分） 以地球的電勢作為量度電勢的參考時，是否可以規(guī)定它的電勢是 而不是零？這樣規(guī)定對確定其它帶電體的電勢和電勢差會有什么影響？是否 可以選定其它物體作為電勢零點？ 1、答：因為電勢是一個相對的量， 在需要和方便的情況下， 可以規(guī)定地球的電勢為+ 100 V 1 分 作了以上規(guī)定后，其它各點電勢相應地都要比原來的電勢 （即規(guī)定地球電勢為零時所確 定的電勢）高 100 V，但任何兩點間的電勢差并不受影響. 3 分 可以隨意選定任何物體（一般應為導體，如電子儀器的外殼）作為電勢零點. 1 分 2、（本題 5 分） 有人作如下推理：“如果一封閉曲面上

8、的磁感強度 B大小處處相等，則根 I I 據(jù)磁學中的高斯定理 B，dg=0，可得到 電JdS = BS= 0 ,又因為 S = 0 ,故可以推知必有 B = 0?！边@個推理正確嗎？如有錯誤請說明錯在哪里。 這個推理不正確. B 不一定要等于零. 3、（本題 5 分） 如圖所示，一段長度為 I的直導線 MN，水平放置在載電流為 I的豎直長導線旁與豎直 導線共面，并從靜止由圖示位置自由下落， 則 t 秒末導線兩端的電勢差 UM -UN等于多少？本小題滿分 5 5 分 本 小 題 得 分 本小題滿分 5 5 分 本 小 題 得 分 因為推理中寫 正確的應該寫 BdS = dS = B S = 0不正

9、確，得不出必有 S S B=0 的結論. 上式當封閉面上各點 了 B dS S =BcosvdS s cosdS二0時就可成立. S +100 V 1 分 t 秒末導線的速率 v = gt 說明原因. 答：（1） 平板電容器的電荷不變，當兩板間距改變時電場強度不變，故無位移電流. （2）電容改變而電源所加電壓不變，所以電容器上的電荷必定改變，極板間電位移也必定 改變，由位移電流定義 Id = dD /dt 可知存在位移電流. 5、 （本題 5 分） 用經典力學的物理量（例如坐標、動量等）描述微觀粒子的運動時，存在什 么問題？原因何在？ 答：用經典力學的物理量例如坐標、 動量等只能在一定程度內近

10、似地描述微觀 粒子的運動，坐標 x和動量 Px存在不確定量 x 和厶 Px,它們之間必須滿足不確 定關系式 .: px x h 這是由于微觀粒子具有波粒二象性的緣故. 6、 （本題 5 分） 產生激光的必要條件是什么？與普通光源相比激光具有哪些特點？ 答：產生激光的必要條件：工作物質在激勵能源的激勵下實現(xiàn)粒子數(shù)反轉。 與普通光源相比激光是定向性、單色性和相干性很好的強光束。答：建立坐標系如圖，去向右為正，在距離坐標原點為 x 處選取微元 d x。 該點的磁感應強度大小為 2x 本小題滿分 5 5 分 本 小 題 得 分 則 E =（卍B q PBPBdxvdxv2 20X Xdxdx=八 2

11、2；：；：dxdx Joig tin UM -UN tin 4、（本題 5 分） 如圖，圖中是充電后切斷電源的平行板電容器； 圖 （2）中是一直與電源相接的電容器. 當兩極板間距離相互靠 近或分離時，試判斷兩種情況的極板間有無位移電流，并 圖 2 二 三計算題(共 5 小題，共計 40 分) 1、(本題 10 分) 半徑為 Ri 的導體球，帶電荷 q，在它外面同心地罩一金屬球殼，其內、 外半徑分別為 R2 = 2 Ri, R3 = 3 Ri，今在距球心 d = 4 Ri處放一電量為 Q 的點 電荷，并將球殼接地(如圖所示)，試求: 球殼上感應的總電荷。 1、解：(1)應用高斯定理可得導體球與球

12、殼間的場強為 E 二 qr / 4 二；0r3 (R1 r R2) 設大地電勢為零，則導體球心 O 點電勢為: (7) (2)根據(jù)導體靜電平衡條件和應用高斯定理可知, 殼外表面上感應電荷為 Q. (10)假設大地與無窮遠處等電勢，則上述二種方式所得的 (11) Q = = 3Q 3Q / 4/ 4 UoSiEd，q R2d r Ri 1 1 R1 R2 J (12) 故導體殼上感應的總電荷應是 1 分 (3Q (3Q / 4) / 4) +q+q R q Q d 本小題滿分 1 10 0 分 本 小 題 得 分 (1) 導體球與球殼內表面之間的電場強度大小以及導體球球心 O 點的電勢, 球殼內

13、表面上感應電荷應為一 設球 (8) 以無窮遠處為電勢零點，根據(jù)電勢疊加原理, 導體球心 O 處電勢應為: (9) uo= 1 Q Q 4 n0 (d R3 + q Ri 3 O 點電勢應相等，由此可得 2、(本題 10 分) 本小題滿分 1010 分 圖中實線所示的閉合回路 ABCDA 中，通有電流 10 A，兩弧的半徑均為 R 本 小 0.5 m，且 AB = CD，求： 題 得 (1) 0 點處的磁感強度 B。(比=4nX 10J N/A2) 分 (2)在 0 點處放置一個正方形小試驗線圈，線圈各邊長為 5 mm，通有 電流 0.1 A，問線圈如何取向時所受磁力矩最大？此最大磁力矩的值為多

14、少？ 解：(1) AD、BC 兩直線段電流在 O 點處產生的磁場： B 2%1 ( ( 2 2) %I 旦4二 2R/2( (W 2 分 AB、CD 兩圓弧段電流在 O 點處產生的磁場： B2 “I /(4R) 0l J 1、 -5 B = Bi B2 - ( ) = 1.43 X 10 T R 4 n 方向垂直紙面向外. 1 分 (2)小線圈磁力矩M = Pm B，小線圈平面垂直紙面放置受磁力矩最大. 2 分 11 M =1 SB =3.57 X 10 N m2 : 3、(本題 10 分) 無限長直導線通以電流i = 10 sin t,和直導線在同一平面內有一矩形 (1) 直導線與線框的互感

15、系數(shù); (2) 線框中的互感電動勢。 f = /0 sill cot a c r - z1 I I .I 任取一面元 dS= adx,寬為 dx,距導線 x,貝 U B - 2 分 2nx d =BdS ad x 1 分 2兀x 所以 ：d：= adx 巴lnb 旦In3 2 分 c 2兀x 2兀 c 2兀 廠, 0a .八 因此 M In 3 2 分 I 2兀 (2)互感電動勢 廠-M 0ain3di dt 2兀 dt 一護“詩|osint 本小題滿分 1010 分 本 小 題 得 分 線框，其短邊與直導線平行， b = 3c，如圖所示，求: 2 : In 310 cos t 6 oA _ d 所以 I d = CU 0 cos t 求：（1）粒子在x=3a.4處出現(xiàn)的概率密度； （2）發(fā)現(xiàn)粒子概率最大的位置。 2 2 廣3兀x 、 解：粒子在 x處的概率密度 P（x） = ”（x）| = sin2 - I a I a 丿 （1） P 俘卜2和產手卜丄 3 分 14 丿 a la4 丿 a (2)令 3“ 得, sin*，,即仝二(n=0, 1,6) ex a a xa,3a,5a為=（x）極大點處。 6 6 6 na