北京理工大学《应用光学》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《应用光学》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20个小题，每小题2分，共40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、在量子力学的领域，微观粒子具有波粒二象性。对于一个具有一定动量p的微观粒子，其对应的德布罗意波长λ可以通过哪个公式计算？（）A.λ=h/pB.λ=p/hC.λ=hpD.λ=h/(p²)2、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3、在热力学的研究中，一定质量的理想气体经历绝热膨胀过程。在此过程中，气体的内能、温度和压强都发生了变化。以下关于这些变化的描述，哪一项是不准确的？（）（）A.气体内能减小，因为绝热膨胀对外做功B.温度降低，因为内能减小C.压强减小，且与体积成反比D.气体对外做功的值等于内能的减少量4、在电磁学中，对于一个平行板电容器，若两极板间的距离增大，同时保持极板上的电荷量不变。以下关于电容器的电容和两极板间电压的变化，哪一项说法是不正确的？（）（）A.电容减小，电压增大B.电容与极板间距成反比，所以间距增大电容必然减小C.电荷量不变时，电容减小会导致电压降低D.可以通过电容的定义式和决定式来分析电压的变化5、在磁场的研究中，一个通电圆环在均匀磁场中受到的磁力矩。若圆环的半径为R，电流为I，磁场强度为B，以下关于磁力矩大小的计算，哪一项是不准确的？（）A.磁力矩与圆环平面和磁场方向的夹角有关B.当圆环平面与磁场方向平行时，磁力矩最大C.磁力矩的大小可以通过公式直接计算D.磁力矩与圆环的材质无关6、在狭义相对论中，时间膨胀效应会导致高速运动的时钟走得比静止时钟慢。如果一个飞船以接近光速的速度飞行，地球上观测到飞船上的时间流逝与地球上的时间流逝相比如何？（）A.飞船上的时间流逝更慢B.飞船上的时间流逝更快C.两者时间流逝相同D.取决于飞船的飞行方向7、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8、对于近代物理实验中的光电效应，以下关于其实验规律和爱因斯坦光电方程的解释，哪一项是恰当的？（）A.光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的强度成正比，与入射光的频率无关，爱因斯坦光电方程无法解释这一现象B.光电效应的实验规律包括存在截止频率、光电子的瞬时发射等，爱因斯坦光电方程成功地解释了这些规律，指出光具有粒子性C.光电效应表明光只是一种电磁波，其能量连续分布，与入射光的强度和频率都成正比D.爱因斯坦光电方程虽然能够解释光电效应的部分现象，但存在诸多缺陷，需要进一步修正9、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=mgh10、在电磁感应现象中，自感和互感都是重要的概念。对于两个相邻的线圈，其中一个线圈中的电流发生变化时，在另一个线圈中产生的感应电动势与它们之间的互感系数以及电流变化率之间有怎样的关系？（）A.感应电动势与互感系数和电流变化率都成正比B.感应电动势与互感系数成正比，与电流变化率成反比C.感应电动势与互感系数成反比，与电流变化率成正比D.感应电动势与互感系数和电流变化率都成反比11、在近代物理学的发展中，黑体辐射现象引发了重要的理论突破。对于一个黑体，其单位面积在单位时间内辐射出的能量与波长和温度有关。在一定温度下，随着波长的增加，辐射能量会如何变化？（）A.一直增加B.先增加后减小C.一直减小D.先减小后增加12、在波动光学中，光的衍射现象是常见的。当一束光通过一个狭缝时，会在屏幕上形成衍射条纹。如果狭缝宽度减小，衍射条纹的宽度会怎样变化？（）A.变宽B.变窄C.不变D.先变宽后变窄13、在研究带电粒子在磁场中的运动时，一个电荷量为q、质量为m的带电粒子以速度v垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，它将做什么运动？（）A.匀速直线运动B.匀加速直线运动C.匀速圆周运动D.平抛运动14、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15、在波动方程的推导和应用中，关于一维简谐波的波动方程及其解的物理意义，以下哪种表述是准确的？（）A.一维简谐波的波动方程描述了波的传播规律，其解表示了在不同位置和时刻质点的位移，波速只与介质的性质有关B.波动方程的解只取决于波源的振动情况，与介质的性质和传播方向无关C.一维简谐波的波动方程可以用于描述任何形式的波，包括电磁波和机械波，其波速在不同介质中相同D.波动方程的推导基于牛顿运动定律，只适用于机械波，对电磁波不适用16、在电磁学中，一个长直螺线管内部的磁场均匀分布。若已知螺线管的匝数、电流和长度，以下关于磁场强度的计算，哪一项是不准确的？（）A.磁场强度与电流成正比B.磁场强度与匝数成正比C.磁场强度与螺线管长度无关D.可以通过安培环路定理计算磁场强度17、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18、在静电场中，高斯定理可以用来计算电场强度。对于一个带有电荷量Q、半径为R的均匀带电球体，在球外距离球心为r（r>R）处的电场强度大小与距离r的关系是怎样的？（）A.与r成正比B.与r的平方成正比C.与r成反比D.与r的平方成反比19、在量子物理中，泡利不相容原理是描述原子中电子排布的重要原理。以下关于泡利不相容原理的应用，不准确的是？（）A.解释了原子的壳层结构B.确定了每个原子轨道最多能容纳的电子数C.可以预测元素的化学性质D.对原子核的结构没有影响20、在狭义相对论中，长度收缩和时间膨胀效应是令人惊奇的现象。以下关于长度收缩和时间膨胀的描述，不准确的是？（）A.运动的物体在运动方向上长度会收缩B.运动的时钟会变慢，即时间膨胀C.长度收缩和时间膨胀效应只在接近光速时才明显D.长度收缩和时间膨胀是相对的，取决于观察者的参考系二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）请详细阐述狭义相对论中的同时性相对性，解释其物理意义，推导相关公式，并举例说明其对时空观念的影响。2、（本题5分）在波动学中，解释波的能量密度和能流密度的概念？3、（本题5分）在波动学中，驻波是一种特殊的波动现象。请详细阐述驻波的形成条件、特点以及与行波的区别？三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一简谐波的波函数为y=Acos(2πft-2πx/λ)，求波的频率、周期、波长和波速。2、（本题5分）在均匀磁场B中，有一长度为l的金属棒以速度v垂直于磁场方向运动。已知磁场的磁感应强度为B=0.5T，金属棒长度l=0.3m，速度v=5m/s。计算金属棒两端的感应电动势。3、（本题5分）一个电子在电场强度为E的匀强电场中沿直线运动，运动距离为l，电场力做功为W。求电子的电荷量和运动时间。4、（本题5分）一个粗细均匀的U形玻璃管，水平部分长为L，管内装有一段水银柱，封闭了一定质量的理想气体。当环境温度升高ΔT时，水银柱移动了一段距离x，已知大气压强为p0，玻璃管横截面积为S。计算封闭气体的压强变化量。5、（本题5分）有一无限大均匀带电平板，电荷面密度为σ，求平板两侧距离为d处