（25分）圖1所示為楊氏雙縫干涉實驗的示意圖，取紙面為yz平面。y、z軸的方向如圖所示。線光源S通過z軸，雙縫S₁、S₂對稱分布在z軸兩側(cè)，它們以及屏P都垂直于紙面。雙縫間的距離為d，光源S到雙縫的距離為l，雙縫到屏的距離為D，，。

　　1.從z軸上的線光源S出發(fā)經(jīng)S₁、S₂不同路徑到P0點的光程差為零，相干的結(jié)果產(chǎn)生一亮紋，稱為零級亮紋。為了研究有一定寬度的擴展光源對于干涉條紋清晰度的影響，我們先研究位于軸外的線光源S′形成的另一套干涉條紋，S′位于垂直于z軸的方向上且與S平行，兩者相距，則由線光源S′出發(fā)分別經(jīng)S₁、S₂產(chǎn)生的零級亮紋，與P₀的距離

　　2.當光源寬度為的擴展光源時，可將擴展光源看作由一系列連續(xù)的、彼此獨立的、非相干的線光源組成。這樣，各線光源對應的干涉條紋將彼此錯開，在屏上看到的將是這些干涉條紋的光強相加的結(jié)果，干涉條紋圖像將趨于模糊，條紋的清晰度下降。假設擴展光源各處發(fā)出的光強相同、波長皆為。當增大導致零級亮紋的亮暗將完全不可分辨，則此時光源的寬度

　　3.在天文觀測中，可用上述干涉原理來測量星體的微小角直徑。遙遠星體上每一點發(fā)出的光到達地球處都可視為平行光，從星體相對的兩邊緣點發(fā)來的兩組平行光之間的夾角就是星體的角直徑。遙遠星體的角直徑很小，為測量如些微小的角直徑，邁克爾遜設計了測量干涉儀，其裝置簡化為圖2所示。M1、M2、M3、M4是四個平面反射鏡，它們兩兩平行，對稱放置，與入射光（a、 a′）方向成45°角。S1和S2是一對小孔，它們之間的距離是d。M1和M2可以同步對稱調(diào)節(jié)來改變其中心間的距離h。雙孔屏到觀察屏之間的距離是D。a、 a′和b、 b′分別是從星體上相對著的兩邊緣點發(fā)來的平行光束。設光線a、 a′垂直雙孔屏和像屏，星光的波長是，試導出星體上角直徑的計算式。

注：將星體作圓形擴展光源處理時，研究擴展光源的線度對于干涉條紋圖像清晰度的影響會遇到數(shù)學困難，為簡化討論，本題擬將擴展光源作寬度為的矩形光源處理。

（25分）地球赤道表面附近處的重力加速度為，磁場的磁感應強度的大小，方向沿經(jīng)線向北。赤道上空的磁感應強度的大小與成反比（r為考察點到地心的距離），方向與赤道附近的磁場方向平行。假設在赤道上空離地心的距離（為地球半徑）處，存在厚度為10km的由等數(shù)量的質(zhì)子和電子的等離子層（層內(nèi)磁場可視為勻強磁場），每種粒子的數(shù)密度非常低，帶電粒子的相互作用可以忽略不計。已知電子的質(zhì)量，質(zhì)子的質(zhì)量，電子電荷量為，地球的半徑。

　　1.所考察的等離子層中的電子和質(zhì)子一方面作無規(guī)則運動，另一方面因受地球引力和磁場的共同作用會形成位于赤道平面內(nèi)的繞地心的環(huán)行電流，試求此環(huán)行電流的電流密度。

　　2.現(xiàn)設想等離子層中所有電子和質(zhì)子，它們初速度的方向都指向地心，電子初速度的大小，質(zhì)子初速度的大小。試通過計算說明這些電子和質(zhì)子都不可能到到達地球表面。

（25分）圖中oxy是位于水平光滑桌面上的直角坐標系，在的一側(cè)，存在勻強磁場，磁場方向垂直于oxy平面向里，磁感應強度的大小為B。在的一側(cè)，一邊長分別為和的剛性矩形超導線框位于桌面上，框內(nèi)無電流，框的一對邊與x軸平行。線框的質(zhì)量為m，自感為L�，F(xiàn)讓超導線框沿x軸方向以初速度進入磁場區(qū)域，試定量地討論線框以后可能發(fā)生的運動情況及與初速度大小的關系。（假定線框在運動過程中始終保持超導狀態(tài)）

（20分）如圖所示，一容器左側(cè)裝有活門，右側(cè)裝有活塞B，一厚度可以忽略的隔板M將容器隔成a、b兩室，M上裝有活門。容器、隔板、活塞及活門都是絕熱的。隔板和活塞可用銷釘固定，拔掉銷釘即可在容器內(nèi)左右平移，移動時不受摩擦作用且不漏氣。整個容器置于壓強為P₀、溫度為T₀的大氣中。初始時將活塞B用銷釘固定在圖示的位置，隔板M固定在容器PQ處，使a、b兩室體積都等于V₀；、關閉。此時，b室真空，a室裝有一定量的空氣（容器內(nèi)外氣體種類相同，且均可視為理想氣體），其壓強為4P₀/5，溫度為T₀。已知1mol空氣溫度升高1K時內(nèi)能的增量為C_V，普適氣體常量為R。

　　1.現(xiàn)在打開，待容器內(nèi)外壓強相等時迅速關閉（假定此過程中處在容器內(nèi)的氣體與處在容器外的氣體之間無熱量交換），求達到平衡時，a室中氣體的溫度。

　　2.接著打開，待a、b兩室中氣體達到平衡后，關閉。拔掉所有銷釘，緩慢推動活塞B直至到過容器的PQ位置。求在推動活塞過程中，隔板對a室氣體所作的功。已知在推動活塞過程中，氣體的壓強P與體積V之間的關系為＝恒量。

（25分）圖中所示為用三角形剛性細桿AB、BC、CD連成的平面連桿結(jié)構圖。AB　和CD桿可分別繞過A、D的垂直于紙面的固定軸轉(zhuǎn)動，A、D兩點位于同一水平線上。BC桿的兩端分別與AB桿和CD桿相連，可繞連接處轉(zhuǎn)動（類似鉸鏈）。當AB桿繞A軸以恒定的角速度轉(zhuǎn)到圖中所示的位置時，AB桿處于豎直位置。BC桿與CD桿都與水平方向成45°角，已知AB桿的長度為，BC桿和CD桿的長度由圖給定。求此時C點加速度的大小和方向（用與CD桿之間的夾角表示）。

（20分）示波器的核心部分為示波管，如圖甲所示, 真空室中電極K發(fā)出電子(初速不計)，經(jīng)過電壓為U₁的加速電場后，由小孔S沿水平金屬板A、B間的中心線射入板中。板長L ，相距為d ，在兩板間加上如圖21乙所示的正弦交變電壓，前半個周期內(nèi)B板的電勢高于A板的電勢，電場全部集中在兩板之間，且分布均勻。在每個電子通過極板的極短時間內(nèi)，電場可看作恒定的。在兩極板右側(cè)且與極板右端相距D處有一個與兩板中心線垂直的熒光屏，中心線正好與屏上坐標原點相交。當?shù)谝粋�電子到達坐標原點O時，使屏以速度v沿－x方向運動，每經(jīng)過一定的時間后，在一個極短時間內(nèi)它又跳回到初始位置，然后重新做同樣的勻速運動。 (已知電子的質(zhì)量為m ，帶電量為e , 不計電子重力)。求：

（1）電子進入A、B板時的初速度；要使所有的電子都能打在熒光屏上，圖乙中電壓的最大值U₀需滿足什么條件?

  （2）要使熒光屏上始終顯示一個完整的波形，熒光屏必須每隔多長時間回到初始位置? 計算這個波形的峰值和長度. 在如圖丙所示的x -y坐標系中畫出這個波形。

（20分）某同學設計了一種測定風力的裝置，其原理如圖所示，迎風板與一輕彈簧的一端Ｎ相連接，穿在光滑的金屬桿上。彈簧是絕緣材料制成的，其勁度系數(shù)k=1300N/m，自然長度為Ｌ₀＝０.５m，均勻金屬桿用電阻率較大的合金制成，迎風板面積Ｓ=0.5m²，工作時總是正對著風吹來的方向。電路中左端導線與金屬桿Ｍ端相連，右端導線接在Ｎ點并可隨迎風板在金屬桿上滑動，且與金屬桿接觸良好。限流電阻的阻值Ｒ=1，電源的電動勢Ｅ=12Ｖ，內(nèi)阻r=0.5。合上開關，沒有風吹時，彈簧處于原長，電壓表示數(shù)為Ｕ₁=3.0Ｖ；如果某時刻由于風吹使迎風板向左壓縮彈簧，電壓表的示數(shù)為Ｕ₂ =2.0V，求：

（1）金屬桿單位長度的電阻；

（2）此時作用在迎風板上的風力。

（20分）“頭腦風暴法”是上個世紀風靡美國的一種培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力的方法，某學校的一個“頭腦風暴實驗研究小組”以“攻擊距地面500km的軌道上人造地球衛(wèi)星”或“清理此軌道上的太空垃圾”為題請同學們提出最簡單、最適用、最省錢的方案，某同學提出用世界上彈性最好的納米材料制成一張大網(wǎng)，然后用多級火箭將其同衛(wèi)星正常運動方向相反發(fā)射到衛(wèi)星軌道上，可以把同一軌道上逆向運行的衛(wèi)星和太空垃圾一網(wǎng)打進，另一同學建議改用一大把彈丸（設彈丸的質(zhì)量為4.0g），g取10m/s。

（1）彈丸相對衛(wèi)星參考系的動能是多少？

（2）若地面步槍質(zhì)量是4g子彈速率為950m/s，則子彈與彈丸的動能之比是多少？用納米材料制成大網(wǎng)將同一軌道上衛(wèi)星和垃圾一網(wǎng)打盡的方案是否可行？

（16分）如圖所示，一帶電量為、質(zhì)量為的小球，從距地面高處以一定的初速度水平拋出，在距拋出點水平距離為處有根管口比小球略大的豎直細管，管的上口距地面的。為了使小球能無碰撞地通過管子，可在管子上方整個區(qū)域內(nèi)加一水平向左的勻強電場，求：

（1）小球的初速度的大��；

（2）應加電場的場強大��；

（3）小球落地時的動能。