北京理工大学《光学系统设计》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《光学系统设计》2021-2022学年第一学期期末试卷院(系)_______班级_______学号_______姓名_______题号一二三四总分得分一、单选题（本大题共30个小题，每小题1分，共30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、在量子力学的应用中，关于原子结构和能级的理论，以下哪种说法是准确的？（）A.原子的能级是连续分布的，电子可以在任意能级之间跃迁，发出或吸收任意频率的光子B.原子的能级是分立的，电子只能在特定的能级之间跃迁，发出或吸收特定频率的光子，符合玻尔的原子模型C.量子力学中的原子结构理论无法解释原子光谱的精细结构和复杂现象D.原子的能级结构和电子跃迁与原子核的性质无关，只取决于电子的运动状态2、在量子物理中，氢原子的能级结构遵循特定的规律。对于氢原子从高能级向低能级跃迁时，会发射出光子。以下关于光子能量的计算，哪个公式是正确的？（）A.E=hνB.E=mc²C.E=1/2mv²D.E=mgh3、在热力学中，熵是一个反映系统混乱程度的热力学量。对于一个绝热不可逆过程，系统的熵是如何变化的？（）A.不变B.减小C.增大D.可能增大也可能减小4、在波动学中，机械波的波速由介质的性质决定。对于在同一均匀介质中传播的横波和纵波，以下关于它们波速的比较，哪一项是正确的？（）A.横波波速大于纵波波速B.横波波速小于纵波波速C.横波波速等于纵波波速D.无法比较5、关于万有引力定律，两个质量分别为m1和m2、相距为r的物体之间的引力大小与哪些因素有关？（）A.只与m1和m2有关B.只与r有关C.与m1、m2和r都有关D.与m1、m2、r以及引力常量G都有关6、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7、在波动光学中，杨氏双缝干涉实验是研究光的干涉现象的经典实验。在实验中，两缝间距为d，屏到双缝的距离为D，波长为λ的单色光垂直入射，若要使干涉条纹间距变大，以下哪种方法可行？（）A.减小d，增大DB.增大d，减小DC.减小λ，增大dD.增大λ，减小D8、在热力学定律的应用中，理想气体经历自由膨胀过程。此过程中，气体的温度会如何变化？（）A.升高B.降低C.不变D.可能升高也可能降低9、在刚体力学中，一刚体绕定轴转动，其转动惯量为I，角速度为ω。若对刚体施加一个恒定的合外力矩M，经过一段时间t。以下关于角速度的变化，哪一项表述是不准确的？（）A.角速度的增加量为Mt/IB.转动惯量越大，角速度的增加越慢C.合外力矩越大，角速度的变化越快D.角速度的变化与刚体的初始角速度无关10、在波动光学的干涉和衍射实验中，对于杨氏双缝干涉实验和夫琅禾费单缝衍射实验的装置、条纹特点和物理意义，以下描述错误的是（）A.杨氏双缝干涉实验中条纹等间距B.夫琅禾费单缝衍射实验中中央亮纹最宽C.两个实验都证明了光的波动性D.干涉和衍射现象不能同时发生11、在研究带电粒子在磁场中的运动时，洛伦兹力起着决定性作用。一个带电量为q、质量为m的粒子，以速度v垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做匀速圆周运动。若粒子的速度增大到2v，圆周运动的半径会如何变化？（）A.半径不变B.半径增大到原来的2倍C.半径增大到原来的4倍D.半径减小到原来的一半12、在电磁感应中，一个匝数为N的线圈在磁场中转动，产生的感应电动势的大小与以下哪个因素无关？（）A.线圈的面积B.磁场的磁感应强度C.线圈转动的角速度D.线圈的电阻13、对于热力学第二定律，以下关于热机效率、熵的概念以及自发过程的方向性的阐述，不准确的是（）A.热机效率不可能达到100%B.熵增加原理适用于孤立系统C.自发过程总是朝着熵减小的方向进行D.熵是系统无序程度的度量14、在电磁学中，安培力的大小与电流、磁场等因素有关。一根长度为L的直导线，通有电流I，垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中，导线所受安培力的大小为F。若将导线长度增加到2L，电流增大到2I，磁场的磁感应强度增大到2B，此时导线所受安培力的大小变为多少？（）A.2FB.4FC.8FD.16F15、在电学实验中，测量电阻的方法有多种。以下关于伏安法测电阻的误差分析，不准确的是？（）A.电流表内接法适用于测量大电阻，误差主要来自电压表的分流B.电流表外接法适用于测量小电阻，误差主要来自电流表的分压C.无论采用哪种接法，测量值总是大于真实值D.合理选择测量电路可以减小误差16、对于光的偏振现象，以下关于其产生原因和应用领域，哪一项是恰当的？（）A.光的偏振现象是由于光的横波特性导致的，广泛应用于摄影、通信、液晶显示等领域B.光的偏振只与光的传播方向有关，与光源和介质的性质无关，其应用范围有限C.偏振现象使得光的能量发生损失，因此在大多数情况下应尽量避免D.光的偏振无法通过人工方法产生，只能在自然条件下观察到17、在热力学中，理想气体的状态方程有着重要的应用。假设一定量的理想气体在初始状态时，压强为P1，体积为V1，温度为T1，经过绝热过程后，压强变为P2，体积变为V2，温度变为T2，且P2=2P1，V2=V1/2，那么T2与T1的比值是多少？（）A.2B.4C.8D.1618、对于自感现象，一个闭合回路中的电流发生变化时会产生自感电动势，以下哪种情况会使自感电动势增大？（）A.电流变化率增大B.线圈匝数减少C.线圈中的磁通量增大D.线圈的电阻增大19、在刚体的转动中，角动量守恒定律有着重要的应用。一个旋转的飞轮，在不受外力矩作用时，其转动惯量发生变化，角速度会怎样相应地变化？（）A.角速度不变B.角速度增大C.角速度减小D.角速度与转动惯量成反比变化20、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21、在近代物理中，卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型。在实验中，如果α粒子的入射速度增大一倍，而其他条件不变，那么散射角大于90度的α粒子数会如何变化？（）A.增多B.减少C.不变D.无法确定22、对于电场中的电势能和电势差，以下关于电荷在电场中电势能的变化、电势差的定义和计算，以及它们与电场强度的关系的表述，不准确的是（）A.正电荷在电势高处电势能大，负电荷在电势低处电势能大B.电势差等于电场中两点电势之差C.电场强度越大，电势差越大D.电荷在电场中移动时，电势能的变化等于电场力做的功23、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24、在近代物理中，关于电子的双缝干涉实验，当逐个发射电子时，以下关于屏上形成的干涉条纹的描述，哪一项是不准确的？（）A.随着发射电子数量的增加，逐渐呈现出干涉条纹B.单个电子也能与自身发生干涉C.干涉条纹的出现表明电子具有波动性D.干涉条纹的位置和强度与电子的发射时间有关25、在相对论中，考虑两个相对运动的惯性系S和S'，在S系中同时发生的两个事件，在S'系中观测可能不同时发生。以下关于这种时间相对性的解释，哪一项是不正确的？（）A.时间的相对性是由光速不变原理导致的B.可以通过洛伦兹变换来计算时间的差异C.这种时间差异只在高速运动时才明显D.时间的相对性与观察者的位置无关26、在静电场中，一个带电量为Q的点电荷周围存在电场。若在距离点电荷r处放置一个试探电荷q，以下关于试探电荷所受电场力的大小和方向，哪一项说法是不正确的？（）A.电场力的大小与r的平方成反比B.电场力的方向沿两点电荷连线且背离点电荷C.可以根据库仑定律计算电场力的大小D.电场力的大小与试探电荷的电量成正比27、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28、在研究简谐运动的图像时，图像可以反映出振动的特征。一个简谐运动的位移-时间图像是正弦曲线，从图像中可以直接得到的物理量是：（）A.振幅、周期、初相位B.振幅、频率、初相位C.振幅、速度、加速度D.周期、速度、加速度29、在光学的折射定律中，入射角i和折射角r的正弦值之比等于两种介质的折射率之比。当光线从折射率为n1的介质射向折射率为n2的介质，且n1>n2时，如果入射角逐渐增大，那么折射角会如何变化？（）A.一直增大B.先增大后减小C.增大到一定程度后变为90度D.保持不变30、在电学实验中，用伏安法测量一个未知电阻的阻值。若实验中电流表采用内接法，电压表内阻为Rv，电流表内阻为Ra，测量值为Rx'。以下关于测量值与真实值的关系，哪一项分析是不准确的？（）A.测量值大于真实值，因为电流表分压B.真实值可以通过相关公式计算得出C.当Rv远大于Rx且Ra较小时，测量误差较小D.测量值与电源的电动势无关二、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）在相对论中，等效原理是理解广义相对论的重要基础，分析等效原理的内容、实验验证以及在解释引力现象和构建广义相对论中的关键作用。2、（本题5分）分析流体力学中的非牛顿流体，论述非牛顿流体的特性、本构方程和常见类型，以及非牛顿流体在食品工业、生物医学和化工领域的应用。3、（本题5分）详细探讨光的散射现象，分析其物理机制、分类和在大气光学、材料科学等领域的应用。4、（本题5分）全面论述热力学中的熵的概念和熵增加原理在判断自发过程和不可逆过程中的应用，举例说明并分析相关物理过程。5、（本题5分）论述相对论性量子力学的发展历程及应用领域，分析其对现代物理学的贡献。三、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）在热力学中，解释定压比热容和定容比热容的概念和区别？2、（本题5分）说明波动光学中的半波损失现象及产生条件，分析半波损失在光学中的应用。3、（本题5分）在电磁学中，讨论磁偶极子的概念和磁场分布？4、（本题5分）在波动学中，解释多普勒效应的物理机制，并举例说明其在天文学、声学等领域的应用？5、（本题5分）解释在热学中热平衡