华东理工大学《热力学与统计物理》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《热力学与统计物理》2021-2022学年第一学期期末试卷题号一二三四总分得分批阅人一、单选题（本大题共20个小题，每小题1分，共20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)2、在热力学过程中，等压过程和等容过程具有不同的特点。以下关于等压过程和等容过程的比较，不正确的是？（）A.在等压过程中，系统对外做功等于压力与体积变化的乘积B.在等容过程中，系统不对外做功C.等压过程中内能的变化与等容过程中内能的变化相同D.等压过程和等容过程的热容量不同3、在研究磁场对电流的作用时，安培力的大小可以用公式F=BIL计算。如果电流方向与磁场方向夹角为60°，安培力的大小是多少？（假设B、L不变）（）A.F/2B.√3F/2C.FD.√3F4、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5、在热力学第三定律中，绝对零度不能达到。如果一个系统的温度接近绝对零度，那么其熵会趋近于什么值？（）A.零B.正值C.负值D.无穷大6、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7、在电磁学领域，对于一个变化的磁场在其周围空间产生的电场，以下关于该感应电场的性质和特点的说法，错误的是（）A.感应电场的电场线是闭合曲线B.感应电场的方向与磁场变化率的方向有关C.感应电场的强度与磁场变化的快慢成正比D.感应电场对处于其中的电荷不做功8、对于固体物理的知识，以下关于晶体结构和晶格振动的特点，哪一项是正确的？（）A.晶体具有规则的周期性结构，晶格振动对晶体的热学性质没有影响B.晶体中的原子或分子在空间呈无序排列，晶格振动的频率与晶体的弹性常数无关C.晶体结构的类型众多，晶格振动会导致晶体产生热膨胀和热传导等现象D.晶格振动只在高温下对晶体的性质有作用，在低温时可以忽略不计9、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10、在热力学第二定律的探讨中，热机的效率存在一定的限制。对于一个在两个恒温热源之间工作的卡诺热机，高温热源温度为T1，低温热源温度为T2，以下关于其效率η的表达式，哪个是正确的？（）A.η=(T1-T2)/T1B.η=(T1-T2)/T2C.η=T2/T1D.η=1-T2/T111、在热力学第二定律的学习中，对于一个热机，从高温热源吸收热量Q1，向低温热源放出热量Q2，对外做功W。以下关于热机效率的表达式，哪一项是不正确的？（）A.η=W/Q1B.η=（Q1-Q2）/Q1C.热机效率不可能达到100%D.热机效率与工作物质的性质无关12、在经典力学的范畴中，关于牛顿运动定律的适用范围和局限性，以下哪种说法是较为准确的？（）A.牛顿运动定律适用于所有宏观和微观物体的运动，没有任何局限性B.牛顿运动定律只适用于宏观低速物体的运动，在高速和微观领域需要相对论和量子力学来修正C.牛顿运动定律对于高速运动的物体仍然适用，但对于微观粒子则完全不适用D.牛顿运动定律的适用范围和局限性难以确定，取决于具体的研究对象和问题13、在热学中，一定质量的理想气体经历等容变化过程。若气体吸收的热量为Q，压强的变化量为Δp，以下关于气体内能的变化量，哪一项计算是不正确的？（）A.内能的变化量等于QB.内能的变化量等于(Δp/p)×(m/M)×R×T，其中m为气体质量，M为气体摩尔质量，R为普适气体常量，T为温度C.内能的变化量与气体的体积无关D.内能的变化量与气体的压强成正比14、在相对论中，同时的相对性是一个重要的概念。在一个惯性系中同时发生的两个事件，在另一个相对该惯性系运动的惯性系中观察，这两个事件是否一定同时发生？（）A.一定同时发生B.一定不同时发生C.可能同时发生，也可能不同时发生D.条件不足，无法判断15、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16、在光学的折射现象中，斯涅尔定律描述了入射角和折射角与两种介质折射率的关系。以下关于斯涅尔定律的应用，不正确的是？（）A.可以用于计算光线在不同介质界面的折射角B.当光从光疏介质射向光密介质时，折射角小于入射角C.光在同种均匀介质中传播时，斯涅尔定律不适用D.斯涅尔定律只适用于可见光，对其他电磁波不适用17、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18、对于波动光学，两列频率相同、振动方向相同、相位差恒定的光波在空间相遇会产生干涉现象，若两束光的光程差为半波长的奇数倍，那么相遇处的光强会怎样？（）A.最强B.最弱C.介于最强和最弱之间D.无法确定19、在量子物理的原子结构模型中，对于玻尔模型和量子力学模型的区别与联系，以下关于电子轨道、能量量子化和电子跃迁的解释，不准确的是（）A.玻尔模型中电子轨道是固定的B.量子力学模型中电子运动状态用波函数描述C.两种模型都能很好地解释所有原子的光谱现象D.电子跃迁会吸收或放出特定频率的光子20、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二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）请全面论述光的反射现象，包括反射定律的数学表达式、反射率的物理意义，以及反射在光学系统和光学薄膜中的应用。2、（本题5分）在量子力学的态叠加原理中，论述其物理意义和数学表达式，推导叠加态的概率分布和测量结果，以及在量子力学实验中的应用。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）在光学中，解释光的相干条件，并讨论如何获得相干光？5、（本题5分）随着光学纤维通信技术的进步，探讨光纤的结构、导光原理和通信系统中的关键技术（如光源、调制解调），以及光纤通信的发展趋势。三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一绝热容器内有两种理想气体，初始温度分别为T1和T2，质量分别为m1和m2，比热容分别为c1和c2。两种气体混合后达到热平衡，求平衡后的温度。2、（本题5分）一束频率为f的光照射在某种金属上，产生的光电子最大初动能为Ek。已知普朗克常量为h，逸出功为W。计算该金属的极限频率。3、（本题5分）一束平行光垂直入射到一个光栅上，光栅常数为d，缝宽为a，波长为λ的光在光栅衍射中恰好出现第k级主极大，求光栅的狭缝总数N。4、（本题5分）一个质量为m的小球，用一根长度为L的轻弹簧悬挂在天花板上，小球在竖直平面内做简谐运动。已知小球质量m、弹簧长度L和劲度系数k，求小球的振动周期和振幅。5、（本题5分）在一个LC振荡电路中，电感L=10mH，电容C=1μF，初始时电容器充电至电压U0=100V。计算电路的振荡频率、电流的最大值以及能量在电感和电容之间的