北京理工大學《光學中的量子理論與統(tǒng)計物理》2021-2022學年第一學期期末試卷

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《光學中的量子理論與統(tǒng)計物理》2021-2022學年第一學期期末試卷題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共20個小題，每小題1分，共20分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、在靜電場中，電勢能的變化與電場力做功的關系密切。一個帶正電的粒子在電場中移動，電場力做正功，其電勢能會如何變化？（）A.增加B.減少C.不變D.先增加后減少2、對于相對論性動能，當一個粒子的速度接近光速時，其動能的表達式與經典力學有很大差異，以下哪種說法能體現(xiàn)這種差異？（）A.動能與速度成正比B.動能與速度的平方成正比C.動能趨于無窮大D.動能增長速度逐漸變慢3、在量子力學的應用中，關于原子結構和能級的理論，以下哪種說法是準確的？（）A.原子的能級是連續(xù)分布的，電子可以在任意能級之間躍遷，發(fā)出或吸收任意頻率的光子B.原子的能級是分立的，電子只能在特定的能級之間躍遷，發(fā)出或吸收特定頻率的光子，符合玻爾的原子模型C.量子力學中的原子結構理論無法解釋原子光譜的精細結構和復雜現(xiàn)象D.原子的能級結構和電子躍遷與原子核的性質無關，只取決于電子的運動狀態(tài)4、在量子物理中，氫原子的能級結構遵循特定的規(guī)律。對于氫原子從高能級向低能級躍遷時，會發(fā)射出光子。以下關于光子能量的計算，哪個公式是正確的？（）A.E=hνB.E=mc2C.E=1/2mv2D.E=mgh5、在狹義相對論中，同時的相對性是一個重要的概念。以下關于同時的相對性的理解，不準確的是？（）A.在一個慣性系中同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中可能不同時發(fā)生B.同時的相對性是光速不變原理的必然結果C.同時的相對性只在高速運動的情況下才明顯，低速時可以忽略D.同時的相對性意味著不存在絕對的同時性6、在電磁學中，安培力的大小與電流、磁場等因素有關。一根長度為L的直導線，通有電流I，垂直放入磁感應強度為B的勻強磁場中，導線所受安培力的大小為F。若將導線長度增加到2L，電流增大到2I，磁場的磁感應強度增大到2B，此時導線所受安培力的大小變?yōu)槎嗌?？（）A.2FB.4FC.8FD.16F7、在電磁學的磁場對電流的作用中，一段通有電流的導線在磁場中受到安培力的作用。當電流方向與磁場方向垂直時，安培力的大小與哪些因素有關？（）A.只與電流大小有關B.只與磁場強度有關C.與電流大小和磁場強度都有關D.與電流大小、磁場強度和導線長度都有關8、在相對論的理論框架下，關于時間膨脹和長度收縮效應，以下哪種說法是正確的？（）A.時間膨脹和長度收縮效應只存在于理論中，在實際生活中無法觀測到B.當物體運動速度接近光速時，會出現(xiàn)時間膨脹和長度收縮現(xiàn)象，且這種效應是相對的，取決于觀察者的參考系C.時間膨脹和長度收縮效應與物體的運動速度無關，是一種恒定不變的物理現(xiàn)象D.相對論中的時間膨脹和長度收縮效應違反了基本的物理規(guī)律，是不正確的9、在相對論力學中，考慮一個物體的動能。當物體的速度接近光速時，以下關于動能的表達式和變化趨勢，哪一項分析是不準確的？（）A.動能的表達式與經典力學中的不同B.動能隨著速度的增加而急劇增大C.可以通過相對論的能量方程推導動能的表達式D.當速度較小時，相對論動能與經典動能近似相等10、關于熱力學第一定律，對于一個封閉系統(tǒng)經歷絕熱過程時，以下關于內能變化、外界做功和熱量傳遞的表述，不正確的是（）A.絕熱過程中，系統(tǒng)與外界沒有熱量交換B.外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)內能增加C.系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)內能減小D.內能的變化量等于外界做功的大小，與系統(tǒng)的初始狀態(tài)無關11、對于熱力學過程，一定質量的理想氣體經歷等壓膨脹過程，其吸收的熱量、對外做功以及內能的變化之間有怎樣的關系？（）A.吸收的熱量等于對外做功與內能增加量之和B.吸收的熱量等于對外做功C.吸收的熱量等于內能增加量D.對外做功等于內能增加量12、在研究電阻的串聯(lián)和并聯(lián)時，總電阻的計算方法不同。有三個電阻R1、R2、R3，分別為2Ω、3Ω、4Ω，將它們并聯(lián)，總電阻為多少？（）A.9/11ΩB.12/11ΩC.13/11ΩD.1Ω13、對于近代物理實驗中的光電效應，以下關于其實驗規(guī)律和愛因斯坦光電方程的解釋，哪一項是恰當的？（）A.光電效應中，光電子的最大初動能與入射光的強度成正比，與入射光的頻率無關，愛因斯坦光電方程無法解釋這一現(xiàn)象B.光電效應的實驗規(guī)律包括存在截止頻率、光電子的瞬時發(fā)射等，愛因斯坦光電方程成功地解釋了這些規(guī)律，指出光具有粒子性C.光電效應表明光只是一種電磁波，其能量連續(xù)分布，與入射光的強度和頻率都成正比D.愛因斯坦光電方程雖然能夠解釋光電效應的部分現(xiàn)象，但存在諸多缺陷，需要進一步修正14、對于光的偏振現(xiàn)象，以下關于自然光、偏振光的產生和檢驗方法以及偏振光的應用，表述錯誤的是（）A.自然光通過偏振片可以變成偏振光B.偏振光的振動方向在垂直于傳播方向的平面內是固定的C.可以用偏振片檢驗光是否為偏振光D.光的偏振現(xiàn)象在通信領域沒有應用15、在波動光學中，薄膜干涉是一種常見的現(xiàn)象。一束光照射在厚度均勻的薄膜上，發(fā)生干涉現(xiàn)象。若薄膜的厚度增加，干涉條紋的間距會如何變化？（）A.間距不變B.間距增大C.間距減小D.無法確定16、在波動學中，波的疊加原理指出，幾列波在同一介質中傳播時會相互疊加。兩列頻率相同、振幅相等、振動方向相同的波在相遇區(qū)域會形成什么現(xiàn)象？（）A.干涉B.衍射C.折射D.反射17、在磁場中，一根通有電流I、長度為L的直導線，垂直于磁場方向放置，若磁感應強度為B，那么導線所受的安培力大小是多少？（）A.BILB.0C.BIL/2D.無法確定18、在波動光學中，楊氏雙縫干涉實驗是研究光的干涉現(xiàn)象的經典實驗。在實驗中，兩縫間距為d，屏到雙縫的距離為D，波長為λ的單色光垂直入射，若要使干涉條紋間距變大，以下哪種方法可行？（）A.減小d，增大DB.增大d，減小DC.減小λ，增大dD.增大λ，減小D19、關于萬有引力定律，兩個質量分別為m1和m2、相距為r的物體之間的引力大小與哪些因素有關？（）A.只與m1和m2有關B.只與r有關C.與m1、m2和r都有關D.與m1、m2、r以及引力常量G都有關20、在電磁學中，磁場對運動電荷的作用力稱為洛倫茲力。以下關于洛倫茲力的特點，不準確的是？（）A.洛倫茲力始終垂直于電荷的運動方向B.洛倫茲力不做功C.洛倫茲力的大小與電荷的速度成正比D.電荷在磁場中運動時一定受到洛倫茲力二、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）對于一個在非慣性參考系中運動的物體，如何引入慣性力來分析物體的受力和運動情況？2、（本題5分）闡述多普勒效應的原理，即在波源和觀察者存在相對運動時，觀察者接收到的波的頻率會發(fā)生變化。并舉例說明其在天文學、醫(yī)學等領域的應用。3、（本題5分）在電磁學中，討論電磁波的產生和傳播條件？4、（本題5分）在熱力學中，解釋熵的概念和物理意義。并以一個實際的熱力學過程為例，說明熵是如何變化的？5、（本題5分）對于一個在豎直方向上做振動的彈簧振子，已知彈簧的彈性系數和振子的質量，如何分析振子在不同位置的速度、加速度和勢能？三、計算題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）一個理想氣體進行絕熱自由膨脹，初始體積為V1，壓強為p1，溫度為T1，膨脹后體積為V2。求膨脹后氣體的溫度和壓強。2、（本題5分）在一個靜電場中，有一個帶電量為Q的點電荷，在距離它為r處有一個試探電荷q。已知點電荷電量Q、試探電荷電量q和距離r，求試探電荷受到的電場力以及電勢能的變化。3、（本題5分）一根長為L、質量為M的均勻細桿，可繞通過其中點且與桿垂直的固定軸在豎直平面內自由轉動。初始時桿處于水平靜止狀態(tài)，一質量為m的小球以速度v垂直撞擊桿的一端并粘在桿上。求碰撞后系統(tǒng)的角速度和轉動動能。4、（本題5分）一束平行光通過一個凸透鏡后會聚于一點，已知凸透鏡的焦距為f，平行光的入射寬度為d。計算會聚點的光斑直徑。5、（本題5分）一長直導線通有電流I，在其旁邊有一矩形導體框，框的一邊與導線平行，距離為d，框的邊長分別為L1和L2。導線中的電流以恒定的速率變化，計算導體框中的感應電動勢和感應電流，并分析其方向。四、論述題（本大