北京师范大学《物理前沿选讲》2021-2022学年第一学期期末试卷

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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、在波动方程中，波速、波长和频率之间存在着一定的关系。以下关于波速的决定因素，不准确的是？（）A.波速由介质的性质决定B.对于同一列波，在不同介质中波速不同C.波的频率越高，波速越大D.波速与波长和频率无关2、在量子物理中，对于微观粒子的波粒二象性，以下关于粒子的波动性和粒子性的关系，哪一项描述是不准确的？（）A.在某些情况下表现出波动性，在某些情况下表现出粒子性B.波动性和粒子性不能同时表现出来C.波动性和粒子性是微观粒子的固有属性D.对微观粒子的描述需要同时考虑波动性和粒子性3、在热力学中，理想气体的绝热过程是指没有热量交换的过程。在绝热压缩过程中，气体的温度会：（）A.升高B.降低C.不变D.无法确定4、关于波动方程，已知一列沿x轴正方向传播的简谐波的波速为v，波长为λ，频率为f，那么其波动方程可以表示为什么形式？（）A.y=Asin(2πft-2πx/λ)B.y=Asin(2πft+2πx/λ)C.y=Acos(2πft-2πx/λ)D.y=Acos(2πft+2πx/λ)5、在热力学第二定律的表述中，克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。克劳修斯表述指出，热量不能自发地从低温物体传到高温物体。那么，要实现热量从低温物体传到高温物体，必须满足什么条件？（）A.消耗外部能量B.改变物体的性质C.等待足够长的时间D.以上都不对6、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7、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8、对于光学中的光的散射现象，以下关于瑞利散射和米氏散射的特点、产生条件以及在大气光学中的应用，表述错误的是（）A.瑞利散射强度与波长的四次方成反比B.米氏散射的强度与波长关系不大C.天空呈现蓝色是瑞利散射的结果D.光的散射现象对光通信没有影响9、在刚体的定轴转动中，对于转动惯量的概念和计算，以及角动量守恒定律的应用条件和结果，以下说法不正确的是（）A.转动惯量与刚体的质量分布和转轴位置有关B.质量分布离转轴越远，转动惯量越大C.角动量守恒定律只适用于合外力矩为零的情况D.系统的转动惯量改变时，角动量一定改变10、在量子力学的概念中，对于微观粒子的波粒二象性，以下关于粒子的波动性和粒子性表现及相互关系的解释，不正确的是（）A.电子在双缝干涉实验中表现出波动性B.微观粒子的位置和动量可以同时精确测定C.粒子的波动性在某些条件下明显，粒子性在另一些条件下明显D.波粒二象性是微观粒子的基本属性11、在热力学的卡诺循环中，由两个等温过程和两个绝热过程组成。如果卡诺热机的高温热源温度为T1，低温热源温度为T2，其效率η可以表示为？（）A.1-T2/T1B.1-T1/T2C.T2/(T1-T2)D.(T1-T2)/T112、在波动光学的衍射现象中，一束光通过一个狭缝后发生衍射。若狭缝宽度减小，同时保持其他条件不变。以下关于衍射条纹的宽度和强度的变化，哪一项描述是不准确的？（）A.衍射条纹宽度增大B.衍射条纹强度减弱C.可以通过衍射的理论分析条纹的变化D.衍射条纹的变化与光的频率无关13、在光学的偏振现象研究中，自然光通过偏振片后会变成偏振光。如果让两偏振片的偏振化方向夹角逐渐增大，透过两偏振片的光强会怎样变化？（）A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小14、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15、在电磁学的磁场对电流的作用中，安培力的大小与电流强度、导线长度、磁感应强度以及电流与磁场的夹角有关。当电流与磁场垂直时，一段长度为L的直导线通有电流I，在磁感应强度为B的匀强磁场中，所受安培力的大小是多少？（）A.BILB.BIL/2C.BILsinθD.BILcosθ16、对于狭义相对论中的质能关系，以下关于其表达式和物理意义，哪一项是恰当的？（）A.质能关系为E=mc^2，表明质量和能量是相互独立的物理量，没有直接的联系B.质能关系指出能量和质量可以相互转化，一定的质量对应着一定的能量，在核反应等过程中得到了广泛的验证C.质能关系只适用于高速运动的物体，对于低速运动的物体，质量和能量的关系可以忽略不计D.质能关系中的光速c是一个可以变化的量，取决于参考系的选择17、对于气体分子动理论，以下关于理想气体压强和温度的微观解释，哪一项是正确的？（）A.理想气体的压强是由大量气体分子对容器壁的碰撞产生的，温度与分子的平均动能无关B.理想气体的压强和温度都与气体分子的平均动能成正比，分子的平均动能越大，压强和温度越高C.理想气体的压强取决于分子的密度和平均速度，温度只与分子的势能有关D.气体分子动理论无法解释理想气体压强和温度的微观本质，只是一种经验性的理论18、在静电场中，电场线的疏密程度表示电场强度的大小。对于一个带正电的点电荷，其周围的电场线分布是怎样的？（）A.均匀分布B.指向点电荷C.背离点电荷D.呈环形分布19、在电磁学中，安培环路定理用于计算磁场的分布。对于一个无限长直载流导线，通过安培环路定理计算其周围的磁场强度，与到导线距离的关系是怎样的？（）A.与距离成正比B.与距离成反比C.与距离的平方成正比D.与距离的平方成反比20、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21、在热力学中，理想气体的状态方程反映了气体的状态参量之间的关系。以下关于理想气体状态方程适用条件的说法，不准确的是？（）A.气体分子本身的体积可以忽略不计B.气体分子之间没有相互作用力C.只适用于温度不太低、压强不太高的情况D.对任何气体在任何条件下都适用22、在光学的反射定律中，反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线两侧，且反射角等于入射角。当入射角增大时，反射角会如何变化？（）A.不变B.减小C.增大D.先增大后减小23、在量子力学中，对于一个微观粒子的波函数，其满足薛定谔方程。以下关于薛定谔方程的求解和应用，哪一项描述是不准确的？（）A.薛定谔方程的解可以给出粒子的可能状态B.求解过程通常需要特定的边界条件C.对于复杂的系统，精确求解薛定谔方程往往很困难D.薛定谔方程只适用于非相对论情况24、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25、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.先变宽后变窄二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）在相对论力学中，论述质能关系的表达式和物理意义，探讨质量和能量在相对论框架下的等价性和实际应用。2、（本题5分）分析量子力学中的氢原子能级的特点及计算方法，探讨氢原子能级在量子力学中的应用。3、（本题5分）随着量子纠缠现象的研究，探讨量子纠缠的概念、特性和在量子通信、量子计算中的应用前景。4、（本题5分）请详细阐述热力学熵的概念，解释熵增加原理的微观本质，推导熵的表达式，并举例说明熵在判断热力学过程方向性中的应用。三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一无限长直圆柱体，半径为R，均匀分布着电荷，电荷体密度为ρ，求圆柱体内部和外部的电场强度。2、（本题5分）在光电效应实验中，已知入射光的频率为ν，金属的逸出功为W0，求光电子的最大初动能和遏止电压。3、（本题5分）一均匀磁场B中有一导体棒，长度为L，以速度v向右运动，同时导体棒两端与电阻R构成回路。计算回路中的感应电动势、电流和电阻消耗的功率，并分析当速度、磁场和电阻变化时的影响。4、（本题5分）在一个静电场中，已知某点的电势为V，电场强度在x方向和y方向的分量分别为Ex和Ey。一个电荷量为q的点电荷从该点沿直线移动到另一点，位移为d。计算电场力所做的功。5、（本题5分）在一个折射率连续变化的介质中，光线沿曲线传播。已知折射率n与位置的关系，计算光线的轨迹方程，并分析光