北京交通大学《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一、单选题（本大题共25个小题，每小题1分，共25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2、在热学中，理想气体的绝热过程是一种特殊的热力学过程。以下关于绝热过程中气体状态参量的变化，不准确的是？（）A.绝热压缩时，温度升高，压强增大B.绝热膨胀时，温度降低，压强减小C.绝热过程中，气体的内能保持不变D.绝热过程中3、在静电场中，电势能的变化与电场力做功的关系密切。一个带正电的粒子在电场中移动，电场力做正功，其电势能会如何变化？（）A.增加B.减少C.不变D.先增加后减少4、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5、在静电场中，电场线可以形象地描述电场的分布。关于电场线的性质，以下说法正确的是：（）A.电场线是闭合曲线B.电场线的疏密表示电场强度的大小C.电场线总是从正电荷出发，终止于负电荷D.以上说法都不正确6、在量子力学中，不确定关系限制了我们同时精确测量粒子的位置和动量。对于一个微观粒子，如果其位置的不确定量为Δx，那么其动量的不确定量Δp至少为多少？（）A.h/(2πΔx)B.h/(4πΔx)C.h/(8πΔx)D.h/(16πΔx)7、在光学的研究范畴，光的折射现象遵循一定的规律。当一束光从折射率为n1的介质射入折射率为n2的介质时，入射角为i，折射角为r。以下哪个公式能正确表示折射率n1和n2与入射角和折射角的关系？（）A.n1sini=n2sinrB.n1cosi=n2cosrC.n1/sini=n2/sinrD.n1/cosi=n2/cosr8、在静电场的高斯定理应用中，对于一个带有均匀电荷分布的球体，通过高斯面计算电场强度时，与高斯面的半径有怎样的关系？（）A.电场强度与高斯面半径成正比B.电场强度与高斯面半径成反比C.电场强度与高斯面半径的平方成正比D.在球外，电场强度与高斯面半径的平方成反比9、在波动学中，多普勒效应描述了波源和观察者相对运动时频率的变化。当波源和观察者相互靠近时，观察者接收到的频率会怎样变化？（）A.升高B.降低C.不变D.先升高后降低10、对于流体力学的知识，以下关于伯努利方程及其在实际流体中的应用限制，哪一个是正确的？（）A.伯努利方程表明，在理想流体中，流速大的地方压强小，流速小的地方压强大，但该方程在粘性流体中完全不适用B.伯努利方程适用于任何流体的稳定流动，不受流体性质和流动条件的限制C.伯努利方程在实际流体中应用时，需要考虑流体的粘性、可压缩性和能量损失等因素，其结果往往是近似的D.伯努利方程只适用于水平管道中的流体流动，对于垂直或倾斜管道则无法应用11、在静电学的知识体系中，库仑定律描述了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力。有两个电荷量分别为q1和q2的点电荷，距离为r，它们之间的库仑力大小如何计算？（）A.F=kq1q2/rB.F=kq1q2/r²C.F=kq1²q2²/rD.F=kq1²q2²/r²12、关于气体分子运动论，对于理想气体分子的速率分布规律，以下关于麦克斯韦速率分布函数的特点和意义的阐述，不正确的是（）A.麦克斯韦速率分布函数反映了气体分子速率的分布情况B.温度越高，气体分子的平均速率越大C.最概然速率是指出现概率最大的速率D.气体分子的速率可以无限大13、在刚体定轴转动中，力矩的作用会改变刚体的转动状态。一个绕固定轴转动的刚体，受到多个力矩的作用，合力矩为零，则刚体的转动角速度会怎样变化？（）A.增大B.减小C.保持不变D.先增大后减小14、在波动光学中，单缝衍射的中央亮条纹宽度与其他亮条纹宽度不同。中央亮条纹宽度约为其他亮条纹宽度的：（）A.1倍B.2倍C.3倍D.4倍15、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16、在波动光学中，光栅衍射是一种重要的衍射现象。以下关于光栅衍射条纹的特点，不准确的是？（）A.光栅衍射条纹是等间距的B.光栅常数越小，衍射条纹越宽C.光栅衍射条纹的亮度分布不均匀D.增加光栅的缝数，条纹会变得更加尖锐明亮17、在静电场的高斯定理中，对于一个带有均匀电荷分布的球体，若已知球体的电荷量和半径，以下关于通过球面的电通量，哪一项分析是不准确的？（）A.电通量与球体的电荷量成正比B.电通量与球面的半径无关C.可以通过高斯定理计算电通量D.电通量的大小与电场的分布有关18、在热力学中，熵是一个反映系统混乱程度的物理量。一个绝热封闭系统，内部发生不可逆过程，系统的熵会怎样变化？（）A.增加B.减少C.不变D.先增加后减少19、在波动光学的领域，考虑一束相干光通过双缝后在屏幕上形成的干涉条纹。若增大双缝之间的距离，同时保持其他条件不变。以下关于干涉条纹间距的变化，哪一项分析是不正确的？（）（）A.条纹间距会变小，因为双缝间距与条纹间距成反比B.可以通过双缝干涉的公式来定量计算条纹间距的变化C.光的波长不变的情况下，双缝间距增大必然导致条纹间距减小D.条纹间距的变化与光源的强度无关20、在热力学中，熵是一个反映系统混乱程度的物理量。以下关于熵的变化，不准确的是？（）A.在绝热可逆过程中，熵不变B.在绝热不可逆过程中，熵增加C.熵增加原理适用于孤立系统D.熵的变化只与初末状态有关，与过程无关21、对于磁场的安培环路定理，以下关于其内容和应用中的注意事项，哪一个是准确的？（）A.安培环路定理指出，在稳恒磁场中，磁感应强度沿任何闭合回路的线积分等于穿过该回路所包围面积的电流代数和的μ0倍，但该定理不能用于求解非对称电流分布产生的磁场B.安培环路定理适用于任何磁场，只要知道回路所包围的电流，就可以直接求出磁感应强度C.应用安培环路定理时，不需要考虑磁场的对称性和电流的分布情况D.安培环路定理中的电流必须是传导电流，不包括位移电流22、对于光的偏振现象，以下关于自然光、偏振光的产生和检验方法以及偏振光的应用，表述错误的是（）A.自然光通过偏振片可以变成偏振光B.偏振光的振动方向在垂直于传播方向的平面内是固定的C.可以用偏振片检验光是否为偏振光D.光的偏振现象在通信领域没有应用23、在光学的干涉和衍射实验中，光源的相干性对实验结果有重要影响。以下关于光源相干性的描述，不准确的是？（）A.相干性好的光源可以产生清晰的干涉和衍射条纹B.普通光源的相干性较差，因为其发光是随机的C.激光具有很好的相干性，适用于高精度的干涉和衍射实验D.光源的相干性只与光源的波长有关，与其他因素无关24、在近代物理中，电子通过双缝干涉实验时表现出波动性，以下哪种解释能说明这一现象？（）A.电子与双缝边缘发生碰撞B.电子在双缝间发生折射C.电子的运动遵循概率波规律D.电子受到双缝间电场的作用25、在光学实验中，用分光计测量三棱镜的顶角。若测量过程中存在偏心误差，以下关于对测量结果的影响及修正方法，哪一项描述是不准确的？（）A.偏心误差会导致测量结果偏大或偏小B.可以通过多次测量取平均值来减小偏心误差的影响C.了解分光计的结构和原理有助于分析偏心误差D.偏心误差无法通过任何方法修正二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）在相对论中，洛伦兹变换是描述不同惯性系之间时空坐标变换的重要公式。请推导洛伦兹变换的表达式，解释其物理意义，并举例说明其在相对论速度变换和时空测量中的应用。2、（本题5分）结合电磁学中的电磁感应定律，解释其数学表达式和物理意义，推导在动生电动势和感生电动势计算中的应用。3、（本题5分）在热力学中，熵增加原理是热力学第二定律的一种表述。请详细阐述熵增加原理的内容，说明其适用范围，并通过一个具体的热力学过程来说明熵的变化。4、（本题5分）在热力学中，熵是一个重要的概念。请说明熵的物理意义，并举例说明在哪些实际的热力学过程中熵是增加的，以及为什么会增加。三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一个理想气体在等压变化过程中，体积从V1膨胀到V2，吸收的热量为Q。计算气体对外做的功和内能的变化。2、（本题5分）一电子在电场强度为E的匀强电场中，从静止开始运动，经过时间t，电子的位移为x。已知电子的电荷量为e，质量为m，计算电场强度E的大小。3、（本题5分）一个折射率为n的玻璃三棱镜，顶角为α，一束光线从一个侧面入射，入射角为i。计算光线从另一个侧面射出时的折射角。4、（本题5分）一根长为2m，质量为1kg的均匀细杆，可绕其一端在竖直平面内转动。已知细杆的转动惯量为I=1/3mL^2，初始时细杆水平静止，现对其施加一个垂直于细杆的力F=5N，作用时间为2s。求力撤去时细杆的角速度。5、（本题5分）一个半径为R的金属球，带有电荷量Q，其外部套有一个内径为R1、外径为R2的同心金属球壳，球壳带有