2022-2023学年河南省郑州外国语学校高三上学期竞赛期末考试物理试题（解析版）

2022-2023郑州外国语物理竞赛期末考试试卷

物理

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. 判断对错

（1）电场强度大地方，电势一定大。（      ）

（2）高斯面内净电荷不为零时，高斯面上某点电场强度可以为零。（      ）

（3）功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功。（      ）

（4）计算理想气体内能增量的公式适用于一切始末态为平衡态的过程。（      ）

（5）位移电流与传导电流一样可以产生磁场。（      ）

（6）置于静电场中的导体表面有电荷，置于静电场中的电介质表面无电荷。（      ）

二、单项选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个正确答案，并将其代号在答题卡上相应的位置涂黑，每小题3分，共21分。）

2. 杨氏双缝干涉装置结构和光波长发生以下哪种变化时，屏幕上的干涉条纹会整体上移（　　）

A. 光源S位置改变 B. 双缝间距d改变

C. 双缝与屏幕的间距D改变 D. 入射光波长改变

3. 在恒定不变的压强下，理想气体分子的平均碰撞次数与温度T的关系为（　　）

A. 与T成正比 B. 与T成反比 C. 与成正比 D. 与成反比

4. 在一定速率v附近，麦克斯韦速率分布函数 f （v） 的物理意义是：一定量的理想气体在给定温度下处于平衡态时的（　　）

A. 速率为v的分子数

B. 速率在v ~ v + dv区间的分子数

C. 速率为v的分子数占总分子数的比例

D. 速率在v附近单位速率区间内的分子数占总分子数的比例

5. 人造地球卫星绕地球作椭圆轨道运动，地球在椭圆一个焦点上，卫星的动量p、角动量L及卫星与地球所组成的系统的机械能E是否守恒？（　　）

A. p、L、E都不守恒 B. p、L、E都守恒

C. E守恒，p、L不守恒 D. E、L守恒，p不守恒

6. 在迈克尔逊干涉仪的一条光路中，放入一厚度为d、折射率为n的透明薄片，放入后，这条光路的光程改变了（　　）

A. 2（n－1）d B. 2nd C. （n－1）d D. nd

7. 面积为S和3S的两圆线圈1、2如图所示放置，通有相同的电流I。线圈1的电流所产生的通过线圈2的磁通用表示，线圈2的电流所产生的通过线圈1的磁通用表示，则与的大小关系为（　　）

A.  B.

C.  D.

8. 做一维运动的电子，其动量不确定量是 △px ＝ 10-25 kg·m·s-1 ，能将这个电子约束在内的最小容器的大概尺寸是（　　）（ 普朗克常量h ＝ 6.63×10-34 J·s ，约化普朗克常量＝ 1.05 ×10-34 J·s ）

A. 5.25×10-8m B. 5.25×10-9m C. 5.25×10-10m D. 5.25×10-11m

三、填空题（将答案填写在答题纸上，每小题3分，共18分。）

9. 静止的电子通过200V电势差加速后，它的德布罗意波长是___________m。（普朗克常量h＝6.63×10-34J·s ，电子电荷量e＝1.6×10-19C，电子质量me＝9.1×10-31kg）。

10. 如图所示，正电荷q在磁场中运动，速度沿x轴正方向。若电荷q不受力，则外磁场B的方向是______________；若电荷q受到沿y轴正方向的力，则外磁场的方向为______________ 。 

11. 检验自然光、线偏振光和部分偏振光时，使被检验光入射到偏振片上，然后旋转偏振片，若从偏振片射出的光线_______________________，则入射光为自然光；若射出的光线_______________，则入射光为部分偏振光；若射出的光线______________，则入射光为线偏振光。

12. 一段直导线在垂直于均匀磁场平面内运动。已知导线绕其一端以角速度转动时的电动势与导线以垂直于导线方向的速度v做平动时的电动势相同，那么，导线的长度为__________________ 。

13. 夜间自远处驶来轿车的两前灯相距1.5 m，如将眼睛的瞳孔看成 衍射图样的圆孔，则视力正常的人最远在__________m 处才能分辨出光源是两个灯。眼睛瞳孔的直径为3 mm，光源发出的光波长λ ＝ 550 nm。

14. 直径d ＝0.02 m的圆形线圈，共10匝，通以0.1 A的电流时，它的磁矩为_________A·m2。

四、计算题（将解答过程填写在答题纸上，四小题，共44分。）

15. 1mol理想气体在T1 = 450 K的高温热源与T2 = 300 K的低温热源间做卡诺循环，在450 K的等温线上起始体积为V1=0.001m3，终止体积为V2=0.005m3。试求此气体在每一循环中：

（1）从高温热源吸收的热量Q1；

（2）气体所做的净功。（ln5=1.609）。

16. 将质量m = 5 kg、比热容（单位质量物质热容）C=544 Jkg-1K-1的铁棒加热到300℃，然后浸入一大桶27℃的水中。求在冷却过程中铁的熵变。

17. 如图所示，一半径为R的均匀带正电圆环，其电荷线密度为。在其轴线上有A、B两点，它们与环心的距离分别为，。一质量为m、电荷为q的粒子从A点运动到B点。

（1）设无穷远处电势为零，求A、B两点的电势；

（2）求在此过程中电场力对电荷为q的粒子所做的功。

18. 已知真空中电流分布如图所示，两半圆共面，且具有公共圆心O，试求O点处的磁感应强度。

五、简答题（将答案填写在答题纸上，本题5分。）

19. 试简述高速离心分离生物大分子的物理原理。

2022-2023郑州外国语物理竞赛期末考试试卷

物理

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. 判断对错

（1）电场强度大的地方，电势一定大。（      ）

（2）高斯面内净电荷不为零时，高斯面上某点的电场强度可以为零。（      ）

（3）功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功。（      ）

（4）计算理想气体内能增量的公式适用于一切始末态为平衡态的过程。（      ）

（5）位移电流与传导电流一样可以产生磁场。（      ）

（6）置于静电场中的导体表面有电荷，置于静电场中的电介质表面无电荷。（      ）

【答案】    ①. 错误    ②. 正确    ③. 错误    ④. 正确    ⑤. 正确    ⑥. 错误

【解析】

【详解】（1）[1]电场强度与电势没有必然联系，在电场中，电场强度大的地方电势不一定高，故错误。

（2）[2]高斯面内净电荷不为零时，高斯面上某点的电场强度可以为零，故正确。

（3）[3]根据热力学第二定律，功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功，而不引起其它变化。故C错误；

（4）[4]计算理想气体内能增量的公式适用于一切始末态为平衡态的过程，故正确。

（5）[5]位移电流与传导电流一样可以产生磁场，故正确。

（6）[6]置于静电场中的导体表面有电荷，置于静电场中的电介质表面如极化会有电荷。故错误。

二、单项选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个正确答案，并将其代号在答题卡上相应的位置涂黑，每小题3分，共21分。）

2. 杨氏双缝干涉装置结构和光波长发生以下哪种变化时，屏幕上的干涉条纹会整体上移（　　）

A. 光源S位置改变 B. 双缝间距d改变

C. 双缝与屏幕的间距D改变 D. 入射光波长改变

【答案】A

【解析】

【详解】A．光源S位置下移时，可使零级明纹上移，则屏幕上的干涉条纹会整体上移，故A正确；

BCD．根据

可知双缝间距d改变，双缝与屏幕的间距D改变，入射光波长改变，零级明纹中心位置不变，条纹间距发生改变，屏幕上的干涉条纹并不会整体上移，故BCD错误。

故选A。

3. 在恒定不变压强下，理想气体分子的平均碰撞次数与温度T的关系为（　　）

A. 与T成正比 B. 与T成反比 C. 与成正比 D. 与成反比

【答案】D

【解析】

【详解】气体分子的平均自由程反比于分子的数密度，对于一定量的理想气体，在压强恒定不变的情况下，气体体积与温度成正比，则分子数密度与温度成反比，则分子平均自由程与温度成正比，即

理想气体分子的平均动能与温度成正比，则其平均速率与温度的平方根成正比，即

理想气体分子的平均碰撞次数

即与成反比。

故选D。

4. 在一定速率v附近，麦克斯韦速率分布函数 f （v） 的物理意义是：一定量的理想气体在给定温度下处于平衡态时的（　　）

A. 速率为v的分子数

B. 速率在v ~ v + dv区间的分子数

C. 速率为v的分子数占总分子数的比例

D. 速率在v附近单位速率区间内的分子数占总分子数的比例

【答案】D

【解析】

【详解】在一定速率v附近，麦克斯韦速率分布函数 f （v） 的物理意义是：一定量的理想气体在给定温度下处于平衡态时的速率在v附近单位速率区间内的分子数占总分子数的比例。

故选D。

5. 人造地球卫星绕地球作椭圆轨道运动，地球在椭圆的一个焦点上，卫星的动量p、角动量L及卫星与地球所组成的系统的机械能E是否守恒？（　　）

A. p、L、E都不守恒 B. p、L、E都守恒

C E守恒，p、L不守恒 D. E、L守恒，p不守恒

【答案】D

【解析】

【详解】因为万有引力对卫星的力矩为零（即在有向心力作用下），所以角动量守恒。因为是椭圆轨道，就有远地点和近地点之分，在近地点到远地点的过程中，万有引力做负功，势能增大，动能减小，机械能守恒，但动量不守恒。

故选D

6. 在迈克尔逊干涉仪的一条光路中，放入一厚度为d、折射率为n的透明薄片，放入后，这条光路的光程改变了（　　）

A. 2（n－1）d B. 2nd C. （n－1）d D. nd

【答案】A

【解析】

【详解】光程X和几何路程x关系是X=nx，插入薄片位置的几何路程为2d，薄片插入后的光程为2nd，插入前为2d，故光程改变2（n－1）d。

故选A。

7. 面积为S和3S的两圆线圈1、2如图所示放置，通有相同的电流I。线圈1的电流所产生的通过线圈2的磁通用表示，线圈2的电流所产生的通过线圈1的磁通用表示，则与的大小关系为（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】，其中M为互感系数，I为电流强度，两环相对位置一样，同轴放置，电流强度相同，互感系数相同，磁通量也相同。

故选B。

8. 做一维运动的电子，其动量不确定量是 △px ＝ 10-25 kg·m·s-1 ，能将这个电子约束在内的最小容器的大概尺寸是（　　）（ 普朗克常量h ＝ 6.63×10-34 J·s ，约化普朗克常量＝ 1.05 ×10-34 J·s ）

A. 5.25×10-8m B. 5.25×10-9m C. 5.25×10-10m D. 5.25×10-11m

【答案】C

【解析】

【详解】由不确定性关系

可知，将这个电子约束在内的最小容器的大概尺寸为

ABD错误，C正确。

故选C。

三、填空题（将答案填写在答题纸上，每小题3分，共18分。）

9. 静止的电子通过200V电势差加速后，它的德布罗意波长是___________m。（普朗克常量h＝6.63×10-34J·s ，电子电荷量e＝1.6×10-19C，电子质量me＝9.1×10-31kg）。

【答案】8.7×10-11

【解析】

【详解】[1]据动能定理可得

动量可表示为

联立解得它的德布罗意波长是

10. 如图所示，正电荷q在磁场中运动，速度沿x轴正方向。若电荷q不受力，则外磁场B的方向是______________；若电荷q受到沿y轴正方向的力，则外磁场的方向为______________ 。 

【答案】    ①. 平行于x轴方向    ②. z轴负方向

【解析】

【详解】[1]正电荷q在磁场中运动，速度沿x轴正方向。若电荷q不受力，说明电荷运动方向与磁场方向平行，故平行于x轴方向；

[2]若电荷q受到沿y轴正方向的力，根据左手定则可知外磁场的方向为z轴负方向。

11. 检验自然光、线偏振光和部分偏振光时，使被检验光入射到偏振片上，然后旋转偏振片，若从偏振片射出的光线_______________________，则入射光为自然光；若射出的光线_______________，则入射光为部分偏振光；若射出的光线______________，则入射光为线偏振光。

【答案】    ①. 光强无变化    ②. 光强有变化但无消光    ③. 光强有变化且有消光

【解析】

【详解】[1][2][3]检验自然光、线偏振光和部分偏振光时，使被检验光入射到偏振片上，然后旋转偏振片，若从偏振片射出的光线光强无变化，则入射光为自然光；若射出的光线光强有变化但无消光，则入射光为部分偏振光；若射出的光线光强有变化且有消光，则入射光为线偏振光。

12. 一段直导线在垂直于均匀磁场的平面内运动。已知导线绕其一端以角速度转动时的电动势与导线以垂直于导线方向的速度v做平动时的电动势相同，那么，导线的长度为__________________ 。

【答案】

【解析】

【详解】[1]导线以垂直于导线方向的速度v做平动时的电动势为

导线绕其一端以角速度转动时的电动势为

联立得

13. 夜间自远处驶来轿车的两前灯相距1.5 m，如将眼睛的瞳孔看成 衍射图样的圆孔，则视力正常的人最远在__________m 处才能分辨出光源是两个灯。眼睛瞳孔的直径为3 mm，光源发出的光波长λ ＝ 550 nm。

【答案】67×103

【解析】

【详解】

当才能分辩出光源是两个灯

带入物理量解得

14. 直径d ＝0.02 m的圆形线圈，共10匝，通以0.1 A的电流时，它的磁矩为_________A·m2。

【答案】3.14×10-4

【解析】

【详解】磁矩的计算公式为

四、计算题（将解答过程填写在答题纸上，四小题，共44分。）

15. 1mol理想气体在T1 = 450 K的高温热源与T2 = 300 K的低温热源间做卡诺循环，在450 K的等温线上起始体积为V1=0.001m3，终止体积为V2=0.005m3。试求此气体在每一循环中：

（1）从高温热源吸收的热量Q1；

（2）气体所做的净功。（ln5=1.609）。

【答案】（1）6018J；（2）2006J

【解析】

【详解】（1）从高温热源吸热

J

（2）气体所做净功

J

16. 将质量m = 5 kg、比热容（单位质量物质的热容）C=544 Jkg-1K-1的铁棒加热到300℃，然后浸入一大桶27℃的水中。求在冷却过程中铁的熵变。

【答案】-1760J/K

【解析】

【详解】铁棒降温过程设计成可逆过程，即与一系列热库接触

J/K

17. 如图所示，一半径为R的均匀带正电圆环，其电荷线密度为。在其轴线上有A、B两点，它们与环心的距离分别为，。一质量为m、电荷为q的粒子从A点运动到B点。

（1）设无穷远处电势为零，求A、B两点的电势；

（2）求在此过程中电场力对电荷为q的粒子所做的功。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）先用微元法求出（或直接写出）均匀带电细圆环轴线上距离圆心x处一点的电势为

将 和 分别代入，可求得A、B两点电势分别为

（2）电场力做功

18. 已知真空中电流分布如图所示，两半圆共面，且具有公共圆心O，试求O点处的磁感应强度。

【答案】，方向垂直于纸面向里

【解析】

【详解】考虑到两直线段电流对磁场的贡献为零，仅计算两个半圆弧电流在O点的磁感应强度即可。先由毕-萨定律求出（或直接写出）半径为R的半圆弧电流在圆心处产生的磁感应强度

B的方向与电流绕行方向满足右手螺旋。因此，两个通以相反方向电流的半圆弧在O点产生的合磁场

方向垂直于纸面向里。

五、简答题（将答案填写在答题纸上，本题5分。）

19. 试简述高速离心分离生物大分子的物理原理。

【答案】见解析

【解析】

【详解】高速离心分离技术的基本理论来源于斯托克斯定律。当离心力和溶剂的粘滞性恒定时，生物大分子的沉积率与生物大分子的大小（分子量）、溶剂与生物大分子的密度差成正比

因此不同分子量、不同分子密度的生物大分子可以被区分开来。