华中科技大学大学物理2014-2015期末考试

2014-2015大学物理（一）一．选择题(单选题，每题3分，共30分)【】1.某质点的运动方程为x=(4t+2)m,y=(3t2-6t+5)m,t的单位为s，则质点速度大小取最小值时，质点的位置坐标为A.x=6my=1mB.x=5m,y=6mC.x=6m,y=2mD.x=2m,y=6m【】2.已知地球的质量为m，太阳的质量为M，地心与日心的距离为R，引力常数为G，则地球绕太阳作圆周运动的轨道角动量大小为A.mGMRB.GMmRC.MGmRD.2GMmR【】3.如图，一块质量为M,长为l的木板，可绕水平轴在竖直面内自由摆动，质量为m的一小钢珠以水平速度刚好碰撞木板最下端，若碰撞为完全弹性碰撞且碰后钢珠恰好静止。则木板和钢珠的质量关系为A.M=mB.M=3mC.m=3MD.M=2m【】4.粘性流体在一均匀的水平圆管中做稳定的分层流动时，流量为Q，今将其管径减小一半，管内两端压强差增加一倍，其他条件不变，则其流量为A.12QB.14QC.18QD.116Q【】5.假设远方的一颗恒星正在以0.8c的速度远离地球，我们接受到它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，则固定在此星上的参考系测得的闪光周期的昼夜数位：A.3B.4C.5D.6【】6.如图所示，A,B为两块平行正对的导体板，其间距d相对板的面尺寸很小。正对面积为S，现使A板带电量为Q，B板带电量为q，且Qq，两导体板静电平衡时，A板内侧的带电量和两板间的电势差分别为0.,22QqQqAdS.,22QqQqBdSS.,22QqQqCdSS0.,22QqQqDdS【】7.如图所示，两个同心圆线圈，大圆半径为R，通有电流I1;小圆半径为r，通有电流I2,方向如图，若rR(大线圈在小线圈处产生的磁场近似为均匀磁场),当它们在同一平面内时小线圈所受的磁力矩的大小为2012.2IIrAR2012.2IIrBR2012.2IIrCr.0D【】8.如图所示，用导线围成的回路由两个同心圆及沿径向连接的导线组成，放在轴线，通过O点的圆柱形均匀磁场中，回路平面垂直于柱轴。如果磁场的强度随时间减小，则下面哪个图正确表示了感应电流的方向?【】9.有两个密绕长直螺线管，长度及其线圈匝数均相同，半径分别为r1与r2.管内充满均匀介质，其磁导率分别为1和2，设1212:1:2,:2:1rr,当将两只螺线管串联在电路中通电稳定后，其自感系数之比12:LL和磁能之比12:mmWW为A.1212:1:1,:1:1mmLLWWB,1212:1:2,:1:1mmLLWWC.1212:1:2,:1:2mmLLWWD.1212:2:1,:2:1mmLLWW【】10.在课堂演示巴克豪森效应的试验中，老师在线圈中分别插入不同的金属片，然后让强磁铁靠近线圈，同学们能听见扬声器发出的噪声,当扬声器发出明显较强的噪声时，线圈中插入的材料片是A)铝B)铜C)坡莫合金D)塑料二.填空题(每题3分，共30分)1.一个质量为m=0.5mg的质点,在xOy坐标平面内运动，其运动方程为x=5t,y=0.5t2(SI)，从t=2s到t=4s这段时间内，外力对质点做的功为_______.2.一个表面光滑的均匀圆盘，在水平面内绕过圆心的竖直轴转动，角速度为，下图为其俯视图，若在盘面上离圆心处距离为r处，轻轻放上质量为m的光滑小圆球（看成质点），则小球相对于地面参考系受力平衡而静止。但在圆盘参考系内（取沿半径向外为x轴正向0），小球所受的科里奥利力为_______.惯性离心力为__________.3.汾丘里流量计如图所示，设管子粗细两处的截面积为S1和S2，当有理想流体在其中稳定流动时，两竖直管内液面高度差为h,由此测出管内流体的流量为_______.4.一列火车静止长度为L,以速度v=0.6c相对于地面匀速向前行驶，地面上的观察者发现有两个闪电同时击中火车的前后两端。而火车上的观察者测得闪电击中火车前后两端的前后间隔并不相同，其时间间隔为_______.且应该是先击中_______.5.静止质量为m0的两个粒子相互靠近，并做完全非弹性碰撞。它们碰撞前的速度大小分别为0.8c和0.6c，则碰撞后这两个粒子组成系统的总动量大小为________，系统总能量为_______.6.一个人坐在轮椅上，双手各持一哑铃，哑铃与转轴的距离均为0.6m，先让人体以5rad/s的角速度随轮椅旋转，此后，人回收手臂使哑铃到转轴的距离减为0.2m。人体和转椅对轴的转动惯量为5kg.m2,并视为不变，每个哑铃的质量为5kg,可视为质点。则哑铃被拉回后，人体转动的角速度为_______.7.质量为M的匀质圆盘，可绕通过盘心并垂直于盘的固定光滑轴转动，绕过盘的边缘，挂有质量为m，长为l的匀质柔软绳索，如图，设绳子不能伸长且与圆盘无相对滑动，则当圆盘两侧的绳长之差为s时，绳子的加速度大小为_________.第7题图第八题图8.如图所示，在垂直纸面向外的均匀磁场B中，一段长度为L的导体细棒绕端点O在纸面内匀角速度转动，角速度为，则任意时刻导体棒上的动生电动势大小为______.方向是________.9.两等量异号的点电荷靠近形成电偶极子，其电偶极矩为epql，现将偶极子放置在场强为E的均匀静电场中，若电偶极矩方向与电场强度方向不一致，则偶极子受到的力矩为_______.偶极子与电场的相互作用能为_______.10.在讲授课本第三章刚体定轴转动的时候，老师在课堂上做过锥体上滚的演示实验，同学们的确看到了锥形刚体沿一个支架斜面向上滚动，并且越滚越快，但这一过程并不违反能量守恒定律，关键在于锥体上滚的过程中_________.三．计算题1.将一质点沿半径为r的光滑半球形碗的内表面切线方向水平投射，碗保持静止，设0v是质点恰好到达碗口时所需的初始速率，试求0v与0之间的函数表达式，0是用角度表示的质点的初始位置。2.人体内与静电有关的现象被称为生物电。例如某种人体细胞(球形)的细胞壁内外侧带有等量异号电荷。设细胞壁的厚度95.010dm，内表面的正电荷面密度大小为4-25.010mC，若细胞壁物质的相对介电常数r=2。求：1）细胞内的电场强度2）细胞壁两球面之间的电势差。(真空介电常数-12220=8.8510C/()Nm3.图中所示的是一个外半径为R1的无限长的圆柱形导体管，管内空心部分的半径为R2,空心部分的轴与圆柱的轴相互平行但不重合，两轴距离为a，且aR2,现有电流I沿导体管轴向流动，电流均匀分布在管的横截面上。求1)圆柱轴线上的磁感应强度的大小。2）空心部分轴线上的磁感应强度的大小。4.在两根平行放置的相距为6a的无限长直导线之间，有一与其共面的正方形线圈，线圈边长为a，且与长直导线平行放置，两根长直导线中通有等值的反向稳恒电流I，线圈以恒定速度v垂直直导线向右匀速运动，t=0时刻线圈的位置如图所示。求：1）t=0时刻线圈与两长直导线之间的互感系数。2）任意t时刻线圈中的感应电动势。（线圈在两直导线之间）答案一.1.CVx=X’=4Vy=y’=6t-6而速度大小22xyvVV，可知当t=6s时候，v有最小值相应的x=6my=2m2.AL=Jw=ml2w=mlv由万有引力公式可知22GMmvmRRGMvRL=mRv=mGMR3.B按照题目条件:由动量守恒和角动量守恒12211211,2213mvMvmvJvlJMl解得M=3m,选B4.C由泊肃叶公式44481()(2)28rpQnLrprp故Q’=1/8Q选C5.A由相对论公式02=1-()vc其中v=0.8c带入得036．A静电平衡导体内电场之和为哦0000q+-0222()SQS内外外内解得Q=2qS外2QqS内两板间电势差为ABA00qU=(-)(-)22BQddSS7.D外圆形成的磁场在内圆中由于内圆的圆周对称性而使安培力相互抵消，故其所受的磁力矩大小为08.B首先由楞次定律可以判断大环和小环中感应电流的方向均为顺时针方向。中间的连接杆沿半径方向，由于=dEl，而电场方向与矢径方向垂直=0，故I=0无电流*9.C200NNBSLSIIlBnI121212:1:4,:2:1:1:2SSLL由212WLI磁能公式串联电流相同的情况下，W1：W2=L1:L2=1：210.C坡莫合金在弱磁场下有很高的磁导率二．1.3310J解析：22222321'5/'251()3102xyxyvxmsvytvvvtWmvvJ2.答案：见解析科里奥利力沿半径向内故为负值2222rrnmmmamFv'ωi离心力为3.答案：见解析221122112212122212121112122222121211P+P+222()()2()2=()vvSvSvPPvSSSPPghQSvSSSSSSSS解得*4.答案：见解析解析：2222BBAAB'(/)'(/)1(/)1(/)0.6L0,-,''=0cBBAABABABAAtvcxtvcxttvcvcttxxLtt设为车尾，为车头，为正方向地面坐标系：由题得火车坐标系车尾先被击中*5.两个粒子相向靠近,由于相对论效应质量变大102055,34mmmm012212022002(2)·0.8?0.61(/)P=0.80.6=0.583mc(2)7cE=E+Ec2.083251(/)mmcmcvvcmcmcmmcvc动静由动量守恒碰撞后两粒子组成系统总动量解得v==注：原答案2.917有误*6.答案，见解析11222213=6.04rad/LJJJmLJs总人由角动量守恒定律解得7.答案：见解析2122()1=22(2)MJsMTTRmgLJJJMRmRaRmgsaMmL绳盘由角动量定理解得8.212BLOa由指向动生电动势201Oa22LBLvBLBL由右手定则方向知方向由指向9.答案：见解析||||cos()eeeMFlPEqlEWPEPE力矩=相互作用能10.答案:锥体的重心不断下降，重力势能转化为动能，导致速度越来越快三．计算题1.00220000mOOxOyvrmvsin11cos222cosrmvmvmvmgrgrv解：取球心为原点，建立坐标系如图。分析运动质点对点的合外力矩，即质点重力对点的力矩不为零，运动质点总角动量不守恒。但重力总在平面内，因而角动量在z轴分量守恒并且质点绕行上升时只有重力做功，机械能守恒。设质点刚好到达碗口的速度为，质点在碗内绕行的方程为联立解得2.解：依题意，球形细胞的电荷分布具有球对称性，因而空间电场也具有球对称性，可应用高斯定理求解其电场分布。s012s220200E/002)()E=/4E?4()U=Ed=0.1)14(),()rrrdSqERrRdSqRrRErRrdV∮故有细胞壁内空间∮即考虑到细胞壁的厚度很小，忽略场强细胞随半径的差异，内外电势差内空间为3.解：应用补偿法，假设空腔圆柱内有等大反向的电流同时存在，且电流密度与实际截面上的电流密度相等，则空间磁场可以看成两圆柱电流产生的磁场的叠加1）圆柱轴线上的B可视为向右的大圆柱电流产生的1B和向左的小圆柱的2B的叠加（设顺时针为正）0120122222222212122022212'=0=()2'0(),2'()()2()IBBeaIBBBeeaIRIIRRRRRIRBeaRR，式中为切向单位矢量故20122112222121220122122)0'()2'()()2()BIBeaIRIIRRRRRIReBaRR同理，空心部分轴线3.线