四川外国语大学成都学院《大学物理》2023-2024学年期末试卷

四川外国语大学成都学院2023～2024学年春季学期2022级应用物理学/通讯工程《大学物理》期末笔试试卷本科试题卷考试时间：120分钟(闭卷)院(系)：专业方向：班级：姓名：学号：注意事项：本试卷满分100分，考试时间120分钟。请在答题纸上作答，所有答案必须写在指定的位置上，否则无效。考试期间，不得使用任何参考资料和计算器。选择题（每小题1分，共10分）（请从下列各题的选项中，选择一个最佳答案。）牛顿第二定律表明，物体的加速度与其所受的合力成什么关系？

A.正比

B.反比

C.无关

D.平方关系物体做自由落体运动时，其加速度方向是？

A.向上

B.向下

C.水平向左

D.水平向右下列哪个物理量是描述物体运动状态变化的物理量？

A.速度

B.加速度

C.位移

D.时间光的传播速度在真空中是多少？

A.340m/s

B.3×10^8m/s

C.9.8m/s^2

D.1.6×10^-19C电阻的单位是什么？

A.欧姆

B.伏特

C.安培

D.库仑下列哪个现象是光的干涉现象？

A.雨后天空中的彩虹

B.阳光透过树叶间隙在地面上形成的圆形光斑

C.通过狭缝观察日光灯时看到的彩色条纹

D.潜望镜中的景象物体在力的作用下保持静止状态，则该物体？

A.一定不受力

B.所受合力为零

C.所受合力不为零

D.运动状态一定改变下列哪个单位是国际单位制中力的单位？

A.千克

B.米

C.秒

D.牛顿电磁波在真空中的传播速度与什么有关？

A.电磁波的频率

B.电磁波的波长

C.电磁波的振幅

D.电磁波的传播介质关于电场强度，下列说法正确的是？

A.电场强度为零的地方电势也为零

B.电场强度的方向就是电势降低的方向

C.电场强度越大的地方电势一定越高

D.沿电场线方向电势逐渐降低填空题（每小题1分，共10分）（请在下列各题的空白处填入正确答案。）物体做匀加速直线运动时，其速度v与时间t的关系式为v=_______，其中v0为初速度，a为加速度。光的色散现象表明，白光是由不同频率的_______混合而成的。在静电场中，电场线的切线方向表示该点电场强度的_______。物理学中，把_______定义为电流强度，用符号I表示。根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场周围会产生_______。物体在平衡力作用下的运动状态是_______或_______。光的干涉现象中，明暗相间的条纹是由光波的_______和_______相互叠加形成的。电阻R、电压U、电流I之间的关系式是_______。物体做圆周运动时，其加速度方向指向_______。光的偏振现象说明光是_______波。判断题（每小题1分，共10分）（判断下列各题的正误，正确的在括号内打“√”，错误的打“×”。）物体的加速度与其所受合力成正比，与其质量成反比。（）光的偏振现象说明光是纵波。（）在国际单位制中，电量的单位是库仑。（）物体做匀速圆周运动时，其速度大小保持不变，但速度方向时刻在改变。（）能量守恒定律是自然界中最基本的定律之一，它表明能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。（）电阻是描述导体对电流阻碍作用的物理量。（）光的衍射现象是光波遇到障碍物时偏离直线传播的现象。（）物体做自由落体运动时，其速度随时间均匀增加。（）电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播。（）电场强度是描述电场对电荷作用力的物理量，其大小与试探电荷无关。（）简答题（每小题5分，共10分）（简要回答以下问题）简述牛顿第三定律的内容，并给出一个生活中的实例。什么是光的全反射现象？请解释其发生条件。计算题（每小题3分，共6分）(详细计算下列试题)一辆汽车以20m/s的速度匀速行驶，突然刹车后以5m/s^2的加速度做匀减速直线运动，求汽车刹车后5秒内的位移。一个质量为0.5kg的小球从高度为10m的地方自由下落，求小球落地时的速度以及下落过程中重力的功率。推导题（每小题6分，共12分）（根据所学知识，推导下列问题）推导动能定理的表达式，并简述其物理意义。推导电阻的串联和并联公式，并解释其物理意义。实验题（每小题7分，共14分）（根据所学知识，回答下列问题）描述“用双缝干涉测量光波长”的实验步骤，并指出实验中需要注意的事项。在“验证牛顿第二定律”的实验中，如何通过实验数据来验证F=ma这一关系？请简述实验方法和数据处理过程。应用题（每小题9分，共18分）（分析下列问题并给出答案）一根长为L的均匀细杆，质量为m，可绕其一端在竖直平面内自由转动。求细杆从水平位置由静止开始下摆时，其下端到达最低点时的速度和角速度。一个电容器，其电容为C，初始时不带电。现将其与一个电动势为E、内阻为r的电源相连。求电容器充电完成后的带电量Q以及电源提供的总电能W。综合论述题（10分）（论述下列问题，300字以上）论述量子力学的基本假设和主要特点，并举例说明量子力学在现代科技中的应用。要求结合具体实例进行分析，阐述其对现代科技发展的重要意义。四川外国语大学成都学院2023～2024学年春季学期2022级应用物理学/通讯工程《大学物理》期末笔试试卷本科答案一、选择题答案及解析A

解析：根据牛顿第一定律，物体将保持静止或匀速直线运动状态，除非受到外部力的作用。因此，选项A正确。B

解析：光的颜色是由其波长决定的，不同波长的光对应不同的颜色。在可见光范围内，波长从长到短依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。因此，选项B正确。B

解析：力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因。物体在没有外力作用时，将保持静止或匀速直线运动状态。因此，选项B正确。B

解析：电阻是导体对电流的阻碍作用，其大小与导体的材料、长度、横截面积以及温度有关。在温度一定时，导体的电阻与其长度成正比，与其横截面积成反比。因此，选项B正确。A

解析：根据库仑定律，两个点电荷之间的作用力与它们电量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。因此，选项A正确。C

解析：变化的电场会产生磁场，这是电磁感应现象的基础。因此，选项C正确。B

解析：当两列波的频率相同时，它们会发生干涉现象。在干涉区域，振动加强的点始终加强，振动减弱的点始终减弱。因此，选项B正确。D

解析：电流的定义是单位时间内通过导体横截面的电荷量。因此，选项D正确。D

解析：在磁场中，小磁针静止时北极所指的方向就是该点的磁场方向。因此，选项D正确。D

解析：横波是振动方向与传播方向垂直的波，而纵波是振动方向与传播方向平行的波。因此，选项D正确。二、填空题答案v=v0​+at

解析：这是匀变速直线运动的速度公式，其中v是末速度，v0​是初速度，a是加速度，t是时间。各种颜色的光

解析：白光通过三棱镜后会发生色散现象，分解成各种颜色的光。方向

解析：速度是矢量，既有大小又有方向。单位时间内通过导体横截面的电荷量

解析：这是电流的定义。变化的电场

解析：变化的电场会产生磁场。静止；匀速直线运动

解析：根据牛顿第一定律，物体在不受外力作用时，将保持静止或匀速直线运动状态。加强；减弱

解析：在干涉现象中，振动加强的点始终加强，振动减弱的点始终减弱。R=IU​

解析：这是电阻的定义式，其中R是电阻，U是电压，I是电流。圆心

解析：在匀速圆周运动中，物体的加速度方向始终指向圆心。横

解析：横波是振动方向与传播方向垂直的波。三、判断题答案及解析对

解析：力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因。这是牛顿第一定律的基本内容。错

解析：光的颜色是由其波长决定的，而不是由光的强度决定的。对

解析：在干涉现象中，振动加强的点始终加强，振动减弱的点始终减弱。这是干涉现象的基本特征。对

解析：电阻是导体对电流的阻碍作用，其大小与导体的材料、长度、横截面积以及温度有关。对

解析：变化的电场会产生磁场，这是电磁感应现象的基础。对

解析：在磁场中，小磁针静止时北极所指的方向就是该点的磁场方向。这是磁场方向的定义。对

解析：速度是矢量，既有大小又有方向。这是速度的基本性质。对

解析：电流的定义是单位时间内通过导体横截面的电荷量。这是电流的基本定义。对

解析：在匀速圆周运动中，物体的加速度方向始终指向圆心。这是匀速圆周运动的基本特征。对

解析：横波是振动方向与传播方向垂直的波。这是横波的基本定义。四、简答题答案牛顿第三定律的内容是：当两个物体相互作用时，它们彼此施加于对方的力，大小相等、方向相反，并且作用在同一条直线上。生活中的实例：当你用手推墙时，你会感到墙也在推你，这就是牛顿第三定律的体现。光的全反射现象是指光从光密介质射入光疏介质时，当入射角大于或等于临界角时，光全部反射回原介质的现象。其发生条件是：光从光密介质射入光疏介质；入射角大于或等于临界角。五、计算题答案及解析汽车刹车后做匀减速直线运动，初速度为20m/s，加速度为-5m/s^2（因为方向与初速度方向相反）。根据匀变速直线运动的位移公式：x=v0​t+21​at2，代入数据得：x=20×5+21​×(−5)×52=50−62.5=−12.5，但位移不能为负，说明汽车在5秒内已经停止。因此，汽车刹车后的位移等于刹车到停止的位移，即：x=2av02​​=2×5202​=40

m。小球从高度为10m的地方自由下落，根据自由落体运动的公式：v2=2gh，代入数据得：v=2×10×10​=102​

m/s。下落过程中重力的功率为：P=mgv=0.5×10×102​=502​

W。六、推导题答案及解析动能定理的表达式为：W=ΔEk​，其中W是合外力对物体所做的功，ΔEk​是物体动能的变化量。这个定理表明，合外力对物体所做的功等于物体动能的变化量。其物理意义在于揭示了功与能之间的转化关系。推导过程：根据牛顿第二定律，有F=ma，对物体进行受力分析，得到合外力F所做的功W，再根据动能定理，有W=ΔEk​，即合外力所做的功等于物体动能的变化量。电阻的串联公式为：R=R1​+R2​+…+Rn​，并联公式为：R1​=R1​1​+R2​1​+…+Rn​1​。这两个公式的物理意义在于，串联电阻的总电阻等于各电阻之和，反映了电阻在串联时电流路径的单一性；并联电阻的总电阻的倒数等于各电阻的倒数之和，反映了电阻在并联时电流路径的多样性。推导过程：对于串联电阻，电流依次通过各个电阻，因此总电阻等于各电阻之和；对于并联电阻，电流可以同时通过各个电阻，因此总电阻的倒数等于各电阻的倒数之和。七、实验题答案“用双缝干涉测量光波长”的实验步骤包括：准备实验器材（包括光源、双缝干涉装置、测量工具等）；调整光源和双缝干涉装置，使光源发出的光通过双缝后形成干涉条纹；测量干涉条纹的间距和双缝的间距；根据干涉条纹的间距、双缝的间距以及光源的波长公式计算光的波长。实验中需要注意的事项包括：保持实验器材的稳定和清洁；准确测量干涉条纹的间距和双缝的间距；避免光源的波动和干扰对实验结果的影响。在“验证牛顿第二定律”的实验中，可以通过以下步骤来验证F=ma这一关系：准备实验器材（包括小车、砝码、弹簧秤、计时器等）；将小车放在水平桌面上，用弹簧秤拉动小车，测量小车受到的拉力F；在小车上放置不同质量的砝码，重复上述步骤，测量不同质量下小车受到的拉力F和加速度a；根据实验数据绘制F-a图像，如果图像是一条过原点的直线，则说明F与a成正比，即验证了F=ma这一关系。数据处理过程包括：测量并记录每次实验的拉力F和加速度a；计算每次实验的质量m；根据F=ma计算每次实验的理论加速度a'；比较实际加速度a和理论加速度a'的误差，分析误差来源。八、应用题答案对于一根长为L的均匀细杆，其质量为m，可绕其一端在竖直平面内自由转动。当细杆从水平位置由静止开始下摆时，其下端到达最低点时的速度和角速度可以通过以下步骤求解：首先，根据机械能守恒定律，细杆在摆动过程中重力势能转化为动能，即：mg2L​=21​mv2+21​Jω2，其中J为细杆的转动惯量，对于均匀细杆有：J=31​mL2。将J代入上式并化简得：v=32gL​​，ω=L3g​​。对于一个电容器，其电容为C，初始时不带电。现将其与一个电动势为E、内阻为r的电源相连。电容器充电完成后的带电量Q以及电源提供的总电能W可以通过以下步骤求解：首先，根据闭合电路欧姆定律，电路中的电流为：I=rE​。然后，根据电容器的定义式：Q=CU，以及电源提供的电压与电容器两端电压的关系：U=E−Ir，将I代入得：U=r+REr​（注意这里R应为电容器的等效电阻，但在充电完成后R可视为无穷大，因此U实际上等于E）。但由于电容器充电完成后其两端电压等于电源电压E，所以直接有：Q=CE。最后，电源提供的总电能W为：W=QU=CE×E=CE2。但这里有一个错误，实际上在充电过程中电源提供的电能应转化为电容器中的电场能以及内阻上的热能，因此更准确的表达应为：W=21​CU2+I2rt，其中t为充电时间。但在本题中我们更关心的是充电完成后的状态，所以可以说电源提供的电能最终全部转化为电容器中的电场能，即：W=21​CU2=21​CE2。不过通常我们直接说电源提供的电能等于电容器充电后储存的电能，即：W=QE=CE2。这里我采用了后一种表述方式。九、综合论述题答案量子力学的基本假设包括：波粒二象性、不确定性原理和量子态的描述。这些假设揭示了微观粒子与宏观