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(20分)一个质量为m1的废弃人造地球卫星在离地面h=800km高空作圆周运动,在某处和一个质量为m2=的太空碎片发生迎头正碰,碰撞时间极短,碰后二者结合成一个物体并作椭圆运动。碰撞前太空碎片作椭圆运动,椭圆轨道的半长轴为7500km,其轨道和卫星轨道在同一平面内。已知质量为m的物体绕地球作椭圆运动时,其总能量即动能与引力势能之和,式中G是引力常量,M是地球的质量,a为椭圆轨道的半长轴.设地球是半径R=6371km的质量均匀分布的球体,不计空气阻力。资.源.网
(i)试定量论证碰后二者结合成的物体会不会落到地球上。.考.资.源.网
(ii)如果此事件是发生在北级上空(地心和北极的连线方向上),碰后二者结合成的物体与地球相碰处的纬度是多少?
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(20分)图中M1和M2是绝热气缸中的两个活塞,用轻质刚性细杆连结,活塞与气缸壁的接触是光滑的、不漏气的,M1是导热的,M2是绝热的,且M2的横截面积是M1的2倍。M1把一定质量的气体封闭在气缸的L1部分,M1和M2把一定质量的气体封闭在气缸的L2部分,M2的右侧为大气,大气的压强P0是恒定的。K 是加热L2中气体用的电热丝。初始时,两个活塞和气体都处在平衡状态,分别以V10和V20表示L1和L2中气体的体积。现通过K对气体缓慢加热一段时间后停止加热,让气体重新达到平衡态,这时,活塞未被气缸壁挡住。加热后与加热前比,L1和L2中气体的压强是增大了、减小了还是未变?要求进行定量论证。
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(20分)如图所示,M1N1N2M2是位于光滑水平桌面上的刚性U型金属导轨,导轨中接有阻值为R的电阻,它们的质量为m0.导轨的两条轨道间的距离为l,PQ是质量为m的金属杆,可在轨道上滑动,滑动时保持与轨道垂直,杆与轨道的接触是粗糙的,杆与导轨的电阻均不计。初始时,杆PQ于图中的虚线处,虚线的右侧为一匀强磁场区域,磁场方向垂直于桌面,磁感应强度的大小为B。现有一位于导轨平面内的与轨道平行的恒力F作用于PQ上,使之从静止开始在轨道上向右作加速运动。已知经过时间t,PQ离开虚线的距离为x,此时通过电阻的电流为I0,导轨向右移动的距离为x0(导轨的N1N2部分尚未进入磁场区域)。求在此过程中电阻所消耗的能量。不考虑回路的自感。
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(18分)近代的材料生长和微加工技术,可制造出一种使电子的运动限制在半导体的一个平面内(二维)的微结构器件,且可做到电子在器件中像子弹一样飞行,不受杂质原子射散的影响,这种特点可望有新的应用价值。图l 所示为四端十字形。二维电子气半导体,当电流从l端进人时,通过控制磁场的作用,可使电流从 2,3或4端流出。对下面摸拟结构的研究,有助于理解电流在上述四端十字形导体中的流动。在图 2 中, a、b、c、d为四根半径都为R的圆柱体的横截面,彼此靠得很近,形成四个宽度极窄的狭缝1、2、3、4,在这些狭缝和四个圆柱所包围的空间(设为真空)存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面指向纸里。以B表示磁感应强度的大小。一个质量为m、电荷量为q的带正电的粒子,在纸面内以速度v0沿与a、b都相切的方向由缝1射人磁场内,设粒子与圆柱表面只发生一次碰撞,碰撞是弹性的,碰撞时间极短,且碰撞不改变粒子的电荷量,也不受摩擦力作用。试求B为何值时,该粒子能从缝2处且沿与b、c都相切的方向射出。
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(18分)一静止的原子核A发生α衰变后变成原子核B,已知原子核A、原子核B和α粒子的质量分别为mA、mB,和mα,光速为c(不考虑质量与速度有关的相对论效应),求衰变后原子核B和α粒子的动能。
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(18分)现有以下器材:电流表一只(量程适当.内阻可忽略不计.带有按钮开关K1,按下按钮,电流表与电路接通,有电流通过电流表,电流表显出一定的读数),阻值己知为R的固定电阻一个,阻值未知的待测电阻Rx一个,直流电源一个(电动势ε和内阻r待测),单刀双掷开关K一个,接线用的导线若干。.资.
试设计一个实验电路,用它既能测量直流电源的电动势ε和内阻r,又能测量待测电阻的阻值Rx(注意:此电路接好后,在测量过程中不许再拆开,只许操作开关,读取数据)。具体要求:
(i)画出所设计的电路图。网
(ii)写出测量ε、r和Rx主要的实验步骤。高.考.资.源.网
(iii)导出用已知量和实验中测量出的量表示的ε、r和Rx的表达式。
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(19分)试分析下面两个实验操作中的误差(或失误)对实验结果的影响。
(1)用“插针法”测量玻璃的折射率时,要先将透明面平行的玻璃砖放置在铺平的白纸上,然后紧贴玻璃砖的两个透明面,分别画出两条直线,在实验中便以这两条直线间的距离作为透明面之间的距离。如果由于操作中的误差,使所画的两条直线间的距离大于玻璃砖两透明面间的实际距离,问这样测得的折射率与实际值相比,是偏大,偏小,还是相同?试给出简要论证。高.考.资.源.网
(2)在用单摆测量重力加速度g时,由于操作失误,致使摆球不在同一竖直平面内运动,而是在一个水平面内作圆周运动,如图所示。这时如果测出摆球作这种运动的周期,仍用单摆的周期公式求出重力加速度,问这样求出的重力加速度与重力加速度的实际值相比,哪个大?试定量比较。
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(8分)图示为某一圆形水池的示意图(竖直截面)。AB为池中水面的直径,MN为水池底面的直径,O为圆形池底的圆心。已知ON为11.4m,AM、BN为斜坡,池中水深5.00m,水的折射率为。水的透明度极好,不考虑水的吸收。图中a、b、c、d为四个发光点,天空是蓝色的,水面是平的.在池底中心处有一凹槽,一潜水员仰卧其中,他的眼睛位于O处,仰视水面的最大范围的直径为AB。
(1)潜水员仰视时所看到的蓝天图象对他的眼睛所张的视角为 。
(2)四个发光点a、b、c、d中,其发出的光能通过全反射到达潜水员眼睛的是 。
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(8分)一列简谐横波沿x轴负方向传播,传播速度v=200m/s.已知位于坐标原点(x=0)处的质元的振动图线如图1所示。试在图2中画出,t=4Oms,时该简谐波的波形图线(不少于一个波长)。
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