北京化工大学《量子力学》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《量子力学》2021-2022学年第一学期期末试卷题号一二三四总分得分批阅人一、单选题（本大题共20个小题，每小题1分，共20分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）1、在研究动量守恒定律时，系统不受外力或所受合外力为零是重要条件。在光滑水平面上，两个质量分别为m1和m2的小球发生正碰，碰撞前速度分别为v1和v2，碰撞后速度分别为v1'和v2'。若m1=m2，且碰撞为完全弹性碰撞，碰撞后两球的速度会如何变化？（）A.v1'=v2，v2'=v1B.v1'=v1，v2'=v2C.v1'=0，v2'=v1+v2D.无法确定2、在相对论力学中，对于物体的动能和质能关系，以下关于高速运动物体的动能表达式、质能方程的意义和应用的阐述，错误的是（）A.高速运动物体的动能不再是经典力学中的表达式B.质能方程表明质量和能量可以相互转化C.质能方程为核能的利用提供了理论基础D.物体的速度越大，其动能与经典力学计算结果差异越小3、关于静电场中的电势，在一个点电荷形成的电场中，等势面的形状是什么？（）A.圆形B.椭圆形C.球面D.不规则曲面4、在波动光学的多缝衍射中，光栅衍射条纹的特点与单缝衍射和双缝干涉都有关系。当光栅的缝数增加时，主极大的宽度会如何变化？（）A.变宽B.变窄C.不变D.先变窄后变宽5、在电场的高斯定理的理解中，关于其表述和适用条件，以下哪种说法是恰当的？（）A.电场的高斯定理表明，通过任意闭合曲面的电通量等于该闭合曲面所包围的电荷量除以真空电容率，只适用于静电场B.高斯定理适用于任何电场，包括变化的电场，但对于非对称的电场，应用高斯定理求解电场强度比较困难C.电场的高斯定理可以直接求出任意电场中某点的电场强度，不需要考虑电场的对称性D.高斯定理只适用于均匀电场，对于非均匀电场无法应用6、在研究简谐振动时，一个质量为m的物体在弹簧的作用下做简谐振动，其振动方程为x=Asin(ωt+φ)。若弹簧的劲度系数增大，而其他条件不变。以下关于振动周期的变化，哪一项判断是不准确的？（）（）A.振动周期减小，因为周期与劲度系数的平方根成反比B.可以通过简谐振动的周期公式来分析周期的变化C.振幅不变的情况下，劲度系数增大必然导致周期缩短D.振动周期的变化与初始相位φ无关7、在热力学中，理想气体的内能只与温度有关。一定质量的理想气体，在体积不变的情况下吸收热量，其温度会如何变化？（）A.升高B.降低C.不变D.先升高后降低8、在量子物理的原子结构模型中，对于玻尔模型和量子力学模型的区别与联系，以下关于电子轨道、能量量子化和电子跃迁的解释，不准确的是（）A.玻尔模型中电子轨道是固定的B.量子力学模型中电子运动状态用波函数描述C.两种模型都能很好地解释所有原子的光谱现象D.电子跃迁会吸收或放出特定频率的光子9、在光学成像的原理中，对于薄透镜成像公式的推导、适用条件以及像的性质和特点，以下描述不准确的是（）A.薄透镜成像公式适用于各种类型的透镜B.像的虚实、正倒和大小与物距和焦距有关C.当物距大于两倍焦距时，成倒立缩小的实像D.透镜的焦距越短，成像的放大倍数越大10、在电磁感应现象中，感应电流的方向可以用楞次定律来判断。当穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向的关系是：（）A.相同B.相反C.垂直D.无法确定11、在量子力学中，波函数是描述微观粒子状态的重要概念。以下关于波函数的物理意义，不正确的是？（）A.波函数的模的平方表示粒子在空间某点出现的概率密度B.波函数本身可以直接测量C.波函数满足一定的边界条件和归一化条件D.波函数的相位具有重要的物理意义12、在光学仪器的原理分析中，关于显微镜和望远镜的放大原理和分辨本领，以下哪种说法是正确的？（）A.显微镜通过物镜形成放大的实像，目镜再将其放大为虚像，其分辨本领取决于物镜的数值孔径；望远镜通过物镜形成缩小的实像，目镜将其放大为虚像，分辨本领取决于目镜的焦距B.显微镜和望远镜的放大原理相同，都是通过物镜和目镜的组合将物体放大，分辨本领只与物镜的质量有关C.显微镜的放大倍数越高，分辨本领越强；望远镜的口径越大，分辨本领越弱D.显微镜和望远镜的分辨本领与入射光的波长、光学系统的缺陷等因素无关13、在量子力学中，对于一个微观粒子的波函数，其归一化条件的物理意义是什么？（）A.保证波函数的连续性B.保证波函数的单值性C.表示粒子在空间出现的概率总和为1D.表示粒子的能量守恒14、在热学中，一定质量的理想气体经历等温压缩过程。以下关于气体的压强、体积和内能的变化，哪一项分析是不正确的？（）A.压强增大B.体积减小C.内能不变D.内能的变化与压强的变化成正比15、在波动学的研究中，机械波的传播具有一定的特性。一列沿x轴正方向传播的简谐波，其波源的振动方程为y=Asin(ωt)，波速为v。在t时刻，x处质点的振动位移y与哪些因素有关？（）A.只与t有关B.只与x有关C.与t和x都有关D.与t和x都无关16、在刚体力学的研究中，关于刚体的定轴转动定律和转动惯量的影响因素，以下哪种描述是准确的？（）A.刚体的定轴转动定律表明，刚体所受到的合外力矩等于刚体的转动惯量与角加速度的乘积，转动惯量只与刚体的质量分布有关，与转轴位置无关B.刚体的定轴转动定律与牛顿第二定律类似，转动惯量取决于刚体的质量、形状和转轴位置，质量分布离转轴越远，转动惯量越大C.刚体的转动惯量是一个固定不变的量，不受任何因素的影响，定轴转动定律在任何情况下都能精确描述刚体的转动D.刚体的定轴转动定律只适用于匀速转动的情况，对于变速转动则不适用，转动惯量对刚体的转动没有实质作用17、在相对论力学中，关于质点的动量和能量表达式与经典力学的差异，以下哪种说法是准确的？（）A.相对论力学中，质点的动量和能量表达式与经典力学完全相同，只是在高速情况下进行了修正B.相对论力学中，质点的动量和能量不再是简单的线性关系，且能量与动量的平方成正比C.相对论力学中，质点的动量和能量表达式与速度无关，只与质量有关D.相对论力学中的动量和能量表达式在低速情况下与经典力学近似相等，在高速情况下则有显著差异18、在电磁学领域，对于一个变化的磁场在其周围空间产生的电场，以下关于该感应电场的性质和特点的说法，错误的是（）A.感应电场的电场线是闭合曲线B.感应电场的方向与磁场变化率的方向有关C.感应电场的强度与磁场变化的快慢成正比D.感应电场对处于其中的电荷不做功19、在电磁学中，位移电流的概念是由麦克斯韦提出的。对于一个充满均匀电介质的平行板电容器，在充电过程中，位移电流与传导电流的大小关系是怎样的？（）A.位移电流大于传导电流B.位移电流小于传导电流C.位移电流等于传导电流D.两者大小没有固定关系20、关于光的偏振现象，自然光通过偏振片后变成偏振光，以下哪种说法能正确描述偏振光的特点？（）A.光的振动方向在一个平面内B.光的强度不变C.光的频率发生变化D.光的波长发生变化二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）对于一个在非匀强电场中运动的带电粒子，如何通过分析电场强度的变化来确定粒子的加速度和速度的变化？2、（本题5分）分析热力学中的热机效率的计算方法及影响因素，探讨热机效率在热力学中的重要意义。3、（本题5分）请全面论述波动方程的初值问题和边值问题，分析求解方法和物理意义，举例说明在弦振动和声波传播中的应用。4、（本题5分）在量子力学的谐振子模型中，论述其哈密顿量的形式、能级分布和波函数的特点，以及在微观粒子振动问题中的应用。5、（本题5分）随着激光冷却和捕获原子技术的发展，探讨其原理、实验方法和在原子物理学、量子信息科学中的应用。三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一个质量为m的质点在平面内做螺旋运动，其运动方程为r=r₀cosωti+r₀sinωtj+vtk。求质点的速度、加速度以及轨迹方程。2、（本题5分）在夫琅禾费单缝衍射实验中，缝宽为a，波长为λ的平行光垂直入射，求中央明纹的宽度和第一级暗纹的位置。3、（本题5分）一均匀细棒，质量为m，长度为l，可绕通过一端且与棒垂直的轴在水平面内转动。当棒从水平位置由静止开始下摆，计算到达竖直位置时的角速度和角加速度。4、（本题5分）一长直螺线管，长度为L，匝数为N，通有电流I，在其外部套有一匝数为N₂的线圈，求线圈中的感应电动势。5、（本题5分）一电子在非匀强磁场中运动，磁场强度B随位置变化。已知电子的初速度和初始位置，计算电子的运动轨迹，并分析磁场变化对电子运