湖南科技学院《量子力学》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《量子力学》2023-2024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、在光学的折射定律中，对于光线从一种介质斜射入另一种介质时的折射情况，以下关于入射角和折射角的正弦值之比与介质折射率的关系，描述不准确的是（）A.入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于两种介质的相对折射率B.折射率大的介质中，光线偏折程度大C.折射率与光在介质中的传播速度有关D.不同频率的光在同一介质中的折射率相同2、在波动学中，两列频率相同、振幅相同、振动方向相同但传播方向相反的波叠加会形成驻波。以下关于驻波的特点，哪一项描述是不准确的？（）A.有些位置始终静止不动，称为波节B.相邻波节之间的距离为半个波长C.波腹处的振幅是波源振幅的两倍D.驻波的能量不随时间传播3、对于量子力学的基本概念，以下关于波粒二象性和不确定性原理的理解，哪一项是恰当的？（）A.波粒二象性指出微观粒子有时表现为粒子，有时表现为波，不确定性原理则限制了我们同时精确测量粒子的位置和动量B.波粒二象性意味着微观粒子既是粒子又是波，不确定性原理表明我们可以同时精确测量粒子的位置和动量，但测量精度有限C.波粒二象性和不确定性原理只适用于微观世界，对宏观物体没有任何意义D.微观粒子的波粒二象性和不确定性原理是相互矛盾的，无法统一解释微观粒子的行为4、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5、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6、在相对论中，时间膨胀效应表明运动的时钟会变慢。如果一个飞船以0.8c的速度（c为光速）飞行，地球上的观察者测量飞船上的时间流逝速度与地球上的时间流逝速度之比是多少？（）A.0.6B.0.8C.5/3D.3/57、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。对于一个热机，从高温热源吸收的热量为Q1，向低温热源放出的热量为Q2，对外做功为W，如果该热机的效率为50%，且Q1=100J，那么W的值是多少？（）A.25JB.50JC.75JD.100J8、在电磁学中，磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力。以下关于洛伦兹力的特点，不准确的是？（）A.洛伦兹力始终垂直于电荷的运动方向B.洛伦兹力不做功C.洛伦兹力的大小与电荷的速度成正比D.电荷在磁场中运动时一定受到洛伦兹力9、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10、在量子物理的氢原子模型中，电子绕原子核做圆周运动。已知电子的轨道半径为r，电荷量为-e，原子核电荷量为+Ze（Z为原子序数）。以下关于电子轨道能量的计算，哪一项是不正确的？（）A.轨道能量与电子的速度有关B.可以通过库仑定律和圆周运动的规律计算C.轨道能量是量子化的D.轨道能量与原子核的质量无关11、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12、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13、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14、在静电场的研究中，电场强度和电势是两个重要的物理量。对于一个点电荷产生的电场，电场强度为零的地方，电势一定为零吗？（）A.一定为零B.一定不为零C.可能为零，也可能不为零D.取决于点电荷的电荷量15、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16、在近代物理中，关于原子核的放射性衰变，一个放射性原子核经过一定时间发生衰变。以下关于衰变规律和半衰期的描述，哪一项是不正确的？（）A.衰变的概率与时间成正比B.半衰期是指原子核衰变一半所需的时间C.不同的放射性原子核半衰期不同D.半衰期与外界条件无关17、在光学的薄膜干涉中，增透膜和增反膜的原理是基于光的干涉。以下关于增透膜和增反膜的特点，不正确的是？（）A.增透膜的厚度是入射光在膜中波长的四分之一B.增反膜的厚度是入射光在膜中波长的二分之一C.对于特定波长的光，增透膜可以增加其透过率D.增透膜和增反膜的效果与入射光的角度无关18、在相对论中，质速关系表明物体的质量会随着速度的增加而增加。以下关于质速关系的理解，不准确的是？（）A.当物体的速度接近光速时，其质量会趋于无穷大B.质速关系是狭义相对论的重要推论之一C.质速关系说明在低速情况下，经典力学的质量概念仍然适用D.物体的质量增加是由于其动能的增加导致的19、在电磁感应现象中，一个匝数为N、面积为S的线圈在均匀磁场B中以角速度ω匀速转动，产生的感应电动势的最大值Em为多少？（）A.Em=NBSωB.Em=NBSω²C.Em=BSωD.Em=BSω²20、在热力学第二定律的表述中，克劳修斯表述和开尔文表述都揭示了热现象的方向性。以下哪种过程违反了热力学第二定律的克劳修斯表述？（）A.热从高温物体自发传给低温物体B.功完全转化为热C.热从低温物体传给高温物体而不产生其他影响D.以上都不违反二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）狭义相对论中的时间膨胀效应表明，运动的时钟会变慢。请从相对论的基本原理出发，推导时间膨胀的公式，并解释其在高速运动中的实际应用。2、（本题5分）在电磁学中，讨论电动势的定义和种类？3、（本题5分）请全面论述光的吸收现象，包括吸收定律的数学表达式、吸收系数的物理意义，以及吸收在光通信和光谱分析中的应用。三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一质量为M的木板静止在光滑水平面上，木板上表面粗糙，质量为m的物块以初速度v0滑上木板，两者之间的动摩擦因数为μ。求物块在木板上滑行的时间和相对位移。2、（本题5分）一质量为m的质点在保守力场中运动，势能函数为U(x)=kx^2/2，其中k为常数。计算质点的运动方程和周期，并分析当势能函数变化时对运动的影响。3、（本题5分）一质量为m的小球以速度v₀与一质量为M的静止光滑凹面发生弹性碰撞，凹面形状为y=-ax²，求碰撞后小球的速度大小和方向。4、（本题5分）一长直导线中通有稳恒电流I，在其旁边有一个共面的矩形线圈，边长分别为a和b，线圈与导线距离为r。计算线圈中的感应电动势，并讨论当线圈移动或电流变化时电动势的变化。5、（本题5分）一均匀带电球体，半径为R，总电荷量为Q，在球外