中國石油大學(xué)華東11-12-1大學(xué)物理(2-2)A卷

1、A卷2011 2012 學(xué)年第一學(xué)期大學(xué)物理（ 2-2 ）期末試卷專業(yè)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)開課系室 物理與光電工程系考試日期 2012 年 1月 7日 14:30-16:30題號(hào)一二三總分12345得分閱卷人注意事項(xiàng)：1請(qǐng)?jiān)谠嚲碚娲痤}，反面及附頁可作草稿紙；2答題時(shí)請(qǐng)注意書寫清楚，保持卷面整潔； 3本試卷共三道大題，滿分 100 分；試卷本請(qǐng)勿撕開，否則作廢； 4. 本試卷正文共 10 頁。一、選擇題(共 10 小題，每小題 3 分)1、(本題 3 分)關(guān)于靜電場(chǎng)中某點(diǎn)電勢(shì)值的正負(fù)，下列說法中正確的是：(A) 電勢(shì)值的正負(fù)取決于置于該點(diǎn)的試驗(yàn)電荷的正負(fù)(B) 電勢(shì)值的正負(fù)取決于電場(chǎng)力對(duì)試驗(yàn)電荷做功的

2、正負(fù)(C) 電勢(shì)值的正負(fù)取決于電勢(shì)零點(diǎn)的選取(D) 電勢(shì)值的正負(fù)取決于產(chǎn)生電場(chǎng)的電荷的正負(fù)2、(本題 3 分)如圖所示 , 一球形導(dǎo)體帶有電荷 q，置于一任意形狀的空腔導(dǎo)體中當(dāng)用導(dǎo)線將兩者連接后，則與未連接前相比系統(tǒng)靜電場(chǎng)能量將(A) 增大 (B) 減小本大題滿分 30 分本 大 題 得 分(C) 不變 (D) 如何變化無法確定3、(本題 3 分)如圖所示，有一長直螺線管其截面為半徑為 r 的圓形，單位長匝數(shù)為 n ，其中通以電R(R r )的非封閉半球面，則通過該球面的磁感應(yīng)強(qiáng)度通量為(A) 0 (B)2(C) 0 nI r 2 (D)0 nIR20nI R 24、(本題 3 分)如圖所示，

3、一長直導(dǎo)線中部彎成半徑為1/4 圓弧，導(dǎo)線中通以恒定電流 I ，則弧心的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向是(A) 0 I0I ，垂直紙面向里2 r8r02r0I8r，垂直紙面向外流 I ，現(xiàn)作一個(gè)以載流螺線管的軸線為對(duì)稱軸、半徑為(C) 0 I0I ，垂直紙面向里2 r 4r(D) 0 I0I ，垂直紙面向外4 r 8r5、(本題 3 分)如圖所示， 一個(gè)矩形金屬線框， 以速度 v 從無場(chǎng)空間進(jìn)入一均勻磁場(chǎng)中， 然后又從磁場(chǎng)中出來，到無場(chǎng)空間中不計(jì)線圈的自感，下面哪一條圖線 正確地表示了線圈中的感應(yīng)電流對(duì)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系？(從線圈剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)刻開始計(jì)時(shí)， I 以順時(shí)針方向?yàn)檎?)t6、(本題 3 分)將形

4、狀完全相同的銅環(huán)和木環(huán)靜止放置，并使通過兩環(huán)面的磁通量隨時(shí)間的變化率相等，則不計(jì)自感時(shí)(A) 銅環(huán)中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，木環(huán)中無感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(B) 銅環(huán)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大，木環(huán)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小(C) 銅環(huán)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小，木環(huán)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大(D) 兩環(huán)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等7、(本題 3 分)如圖所示，平行板電容器 (忽略邊緣效應(yīng) )充電時(shí)，沿環(huán)路 L1 的磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 的環(huán)流與沿環(huán)路 L2 磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流，兩者必有(A)L1HdlHL2dl(B)L1HdlHL2dl(C)L1HdlHL2dl(D)L1Hdl08、（本題 3 分）絕對(duì)黑體是這樣一種物體，即（A） 不能吸收也不能發(fā)射任何電磁輻射（C） 不能反射但可以

5、發(fā)射任何電磁輻射（B） 不能反射也不能發(fā)射任何電磁輻射（D） 不能發(fā)射但能全部吸收任何電磁輻射9、（本題 3 分）已知?dú)湓訌幕鶓B(tài)激發(fā)到某一定態(tài)所需能量為10.19 eV ，當(dāng)氫原子從能量為0.85 eV本大題滿分 30 分本 大 題 得 分的狀態(tài)躍遷到上述定態(tài)時(shí)，所發(fā)射的光子的能量為(A) 2.56 eV(B)3.41 eV(C) 4.25 eV(D)9.95 eV（本題 3 分）在氫原子的L 殼層中，電子可能具有的量子數(shù)(n，l，ml，ms)是11(A) (1，0，0，12)(B) (2， 0，1，12)11(C) (2， 1，1，12)(D) (3， 1，-1，12)簡單計(jì)算與問答題（共

6、6 小題，每小題 5 分）10、真空中一半徑為1、（本題 5 分）R 的均勻帶電球面帶有電荷 Q（ Q 0）。今在球面上挖去非常小塊的面積 S（連同電荷） ，假設(shè)不影響其他處原來的電荷分布，求挖去 S 后球心處的電場(chǎng)強(qiáng)度2、（本題 5 分）一平面線圈由半徑為 0.2 m 的 1/4 圓弧和相互垂直的二直線組成，通以電流 2 A ，把它 放在磁感強(qiáng)度為 0.5 T 的均勻磁場(chǎng)中，求線圈平面與磁場(chǎng)成30角時(shí)，線圈所受的磁力矩3、（本題 5 分）如圖所示，磁場(chǎng)在圓柱內(nèi)均勻分布，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率dBdtk 為常量，現(xiàn)在磁場(chǎng)附近放有一根導(dǎo)體棒 a b，長為 R，且 a 點(diǎn)與圓柱體磁場(chǎng)相切，求導(dǎo)體棒上的

7、感生電動(dòng)勢(shì)4、（本題 5 分）已知粒子在無限深勢(shì)阱中運(yùn)動(dòng)，其波函數(shù)為粒子的概率最大的位置(x)2 sin( x) (0 aax a） ，求發(fā)現(xiàn)5、（本題 5 分）試畫出導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)。6、（本題 5 分）產(chǎn)生激光的必要條件是什么？如何實(shí)現(xiàn)？三計(jì)算題(共 5 小題，共計(jì) 40分)1、(本題 10 分)本小題滿分 10 分本 小 題 得 分板 B 不接地時(shí)，導(dǎo)體板上的電荷分布及兩板間的電勢(shì)差； 導(dǎo)體板上的電荷分布及兩板間的電勢(shì)差(2)板 B 接地時(shí)，AB如圖所示，把一塊原來不帶電的導(dǎo)體板 B 移近一塊已帶有正電荷 Q 的導(dǎo) 體板 A，平行放置。設(shè)兩板面積都是 S，板間距為 d，忽略

8、邊緣效應(yīng)，求： (1)本小題得分本小題滿分 10 分2、（本題 10 分）如圖所示， 空心圓柱無限長導(dǎo)體內(nèi)外半徑分別為a 和 b，導(dǎo)體內(nèi)通有電流 I ，且電流在橫截面上均勻分布，介質(zhì)的影響可以忽略不計(jì)求導(dǎo)體內(nèi)、外 磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布本小題滿分 10 分本 小 題 得 分3、（本題 10 分）如圖所示，真空中一長直導(dǎo)線通有電流I （t） = I0e- t（式中 I0、 為常量， t為時(shí)間），有一帶滑動(dòng)邊的矩形導(dǎo)線框與長直導(dǎo)線平行共面，二者相距a矩形線框的滑動(dòng)邊與長直導(dǎo)線垂直，它的長度為b，并且以勻速 v （方向平行長直 導(dǎo)線）滑動(dòng)若忽略線框中的自感電動(dòng)勢(shì)，并設(shè)開始時(shí)滑動(dòng)邊與對(duì)邊重合，試求任意時(shí)刻

9、t 在矩形線框內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) i 并討論 i 方向本小題滿分 5 分 本 小題得分4、（本題 5 分）以波長 410 nm （1 nm = 10 -9 m） 的單色光照射某一金屬， 產(chǎn)生的光電子 的最大初動(dòng)能 EK = 1.0 eV ，求能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最大波長是 多少？ （普朗克常量 h =6.63 10-34 Js）本 小 題 得 分一束帶電粒子經(jīng) 200V 的電勢(shì)差加速后，測(cè)得其德布羅意波長為nm已知這種粒子所帶的電量 q 3.2 10 19 C，求這種粒子的質(zhì)量（普朗克常量 h = 6.63 10- 34 Js）20112012 學(xué)年第一學(xué)期 (2012.1.7)大學(xué)物

10、理（ 2-2）期末考試 A 卷答案一、選擇題（共 30 分）1、C 2、B 3、C 4、D 5、C 6、D 7、B 8、C 9、A 10、C二、簡答計(jì)算與問答題（共 30 分）1、解：若把 球面上挖去的面積 S 補(bǔ)上，則均勻帶電球面在球心處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度為零這是由可以看作點(diǎn)電荷的S 和挖去 S 后的球面共同產(chǎn)生的即E 球面E 球面 E SS4 0R 2QS24160R2分方向由圓心O 點(diǎn)指向 S 1分2m ISen I R2en線圈平面與 B 成 30角，則 m 與4 B 成 60角 2、解：線圈的磁矩為2分mB方向：力矩將驅(qū)使線圈法線轉(zhuǎn)向與 B 平行 3、解：作輔助線如圖所示，構(gòu)成閉合回路-

11、2mB sin60 2.72 10-2 NaRb由法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算 穿過 閉合回路 的磁通量為 SB方向?yàn)?ab 12B122分RR2B282分d12R2kdt81分4、解：先求粒子的位置概率密度：2分(x)2sin2( x) 2 1 cos(2 x)a a 2a a當(dāng) cos2 x a1 時(shí)，( x) 2有最大值在 0 x a 范圍內(nèi)可得2xa2分1分導(dǎo)體 1 導(dǎo)體 2 導(dǎo)體 36、產(chǎn)生激光的必要條件是：工作物質(zhì)在激勵(lì)能源的激勵(lì)下實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)， 即處于高能態(tài)的原子數(shù)多于低能級(jí)的原 子數(shù)的分布。 3 分實(shí)現(xiàn)這種反轉(zhuǎn)的條件：1)有含有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)結(jié)構(gòu)的工作物質(zhì)；2)有適當(dāng)?shù)募?lì)能源。2 分

12、三、計(jì)算題(共 40 分)1、解： (1) 當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體的電荷分布在在其四個(gè)表面上。兩帶電平板導(dǎo)體相 向面上電量大小相等符號(hào)相反，而相背面上電量大小相等符號(hào)相同，因此當(dāng)板 B 不接地， 電荷分布為布為QQ A1 QA22QB1QB2板間電場(chǎng)強(qiáng)度為四個(gè)無限大帶電平面共同產(chǎn)生的E EA1 E A2電勢(shì)差為 UAB(2) 板 B 接地時(shí)，QA1 0QA2 QEB1 E B2Qi2 0SEdQd2 0S板的外表面沒有電荷分布，QB1Q2分QQQQ22221分內(nèi)表面則感應(yīng)出負(fù)電荷，具體電荷分QB202分板間電場(chǎng)強(qiáng)度為兩個(gè)無限大帶電平面共同產(chǎn)生的EEA2EB1Qi0S2分電勢(shì)差為 U AB

13、EdQd0S1分QQ02、解： 根據(jù)題意，將到體內(nèi)外分為三部分討論。1)當(dāng) r a 時(shí)，作如圖所示的安培環(huán)路， 根據(jù)安培環(huán)路定理LB dl0 I i有 B dl 0 B 0L2)當(dāng) a r b 時(shí)，作如圖所示的安培環(huán)路，根據(jù)安培環(huán)路定理2分B dlL0 I i因?yàn)閷?dǎo)體電流在橫截面上均勻分布，所以 jI222分b2 a2即 B dl 0 j22 (r a )arb所以0I (r 2 a2)2 (b2 a2 )r3)當(dāng) r b 時(shí)，作如圖所示的安培環(huán)路，根據(jù)安培環(huán)路定理IiLB dl有 LB dl0I0I2r3分3、解：線框內(nèi)既有感生又有動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)設(shè)順時(shí)針繞向?yàn)閕 的正方向由i = d /dt出發(fā)，先求任意時(shí)刻 t 的 (t)(t) B dSab20I(yt)x(t)dya 2 y2分20 I(t)x(t)lna b2分再求 (t)對(duì) t 的導(dǎo)數(shù)：d (t)dt0a20 (lnab dIbb)(ddItxdxdt