华南理工大学《工程光学》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《工程光学》2023-2024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、在光学的折射定律应用中，一束光从玻璃射入水中，已知玻璃的折射率大于水的折射率。入射角为45°，折射角可能是多少？（）A.30°B.45°C.60°D.90°2、在热力学第二定律的探讨中，关于熵增加原理及其在热现象中的体现，以下哪种表述是正确的？（）A.熵增加原理指出，在任何自发的热力学过程中，系统的熵总是增加的，这意味着热量总是从高温物体自发地流向低温物体B.熵增加原理表明，封闭系统的熵不可能减少，熵的变化只与系统的初末状态有关，与过程无关C.虽然熵增加原理适用于大多数热力学过程，但在某些特殊情况下，系统的熵可能会减少D.熵增加原理只是一种理论假设，在实际的热现象中无法得到验证3、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4、在振动和波动的综合问题中，驻波是一种特殊的现象。以下关于驻波的特点，不正确的是？（）A.驻波中各点的振幅不同，有些点始终静止B.相邻两波节之间的各点振动相位相同C.驻波的频率与波源的频率相同D.驻波不传播能量5、在相对论中，质能方程E=mc²揭示了质量和能量的等价性。一个物体的静止质量为m0，以速度v运动时，其动能为Ek。若速度增大到2v，动能会如何变化？（）A.动能增大到原来的2倍B.动能增大到原来的4倍C.动能增大到原来的8倍D.动能增大到原来的16倍6、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7、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8、在相对论中，当一个物体的运动速度接近光速时，以下哪个物理量会变得接近于无穷大？（）A.物体的质量B.物体的动能C.物体的动量D.物体的势能9、在电磁学的电磁波部分，电磁波在真空中的传播速度等于光速。对于一个频率为f的电磁波，其波长λ与频率f的关系是怎样的？（）A.λ=c/fB.λ=f/cC.λ=cfD.λ=c²/f10、在波动学的研究中，机械波的传播具有一定的特性。一列沿x轴正方向传播的简谐波，其波源的振动方程为y=Asin(ωt)，波速为v。在t时刻，x处质点的振动位移y与哪些因素有关？（）A.只与t有关B.只与x有关C.与t和x都有关D.与t和x都无关11、关于光的偏振现象，自然光通过偏振片后变成偏振光，以下哪种说法能正确描述偏振光的特点？（）A.光的振动方向在一个平面内B.光的强度不变C.光的频率发生变化D.光的波长发生变化12、在相对论力学中，质能方程E=mc²揭示了质量和能量的等价性。当一个物体的速度为0.6c时，其动能与静能的比值是多少？（）A.1/4B.1/2C.3/4D.4/913、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14、在机械波的学习中，波的传播特性需要深入理解。一列沿x轴正方向传播的简谐波，在t=0时刻的波形如图所示。已知波速为v，经过时间t，x=2m处的质点第一次到达波峰，那么t的值是多少？（）A.1/vB.3/vC.5/vD.7/v15、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16、在刚体力学中，一均匀细棒可绕通过其一端的光滑固定轴在竖直平面内转动，当棒从水平位置自由下摆到竖直位置的过程中，其角速度和角加速度如何变化？（）A.角速度增大，角加速度增大B.角速度增大，角加速度减小C.角速度减小，角加速度减小D.角速度减小，角加速度增大17、在量子力学中，薛定谔方程是描述微观粒子状态的基本方程。对于一个处于定态的微观粒子，其波函数满足薛定谔方程，以下关于定态的说法正确的是：（）A.定态时粒子的能量不随时间变化B.定态时粒子的位置不随时间变化C.定态时粒子的速度不随时间变化D.以上说法都不正确18、在相对论中，质能方程E=mc²揭示了质量和能量的等价性。当一个物体的速度接近光速时，其动能的增加与速度的关系是怎样的？（）A.动能与速度成正比B.动能与速度的平方成正比C.动能的增加变得越来越困难D.动能的增加变得越来越容易19、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20、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21、在光学的研究中，光的折射现象遵循一定的规律。对于一束光线从空气斜射入水中，入射角为45度，已知水的折射率为1.33，那么折射角大约是多少度？（）A.30度B.32度C.35度D.40度22、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23、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=BSω²24、在牛顿力学的研究中，对于一个物体在光滑水平面上受到水平力作用时的运动情况，以下描述不准确的是（）A.物体的加速度与所受的力成正比B.力消失后，物体将保持匀速直线运动C.物体的速度会一直线性增加D.物体的质量越大，加速度越小25、在波动光学中，薄膜干涉是一种常见的现象。一束光照射在厚度均匀的薄膜上，发生干涉现象。若薄膜的厚度增加，干涉条纹的间距会如何变化？（）A.间距不变B.间距增大C.间距减小D.无法确定二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）在研究光的折射和反射定律时，如何用费马原理来推导这两个定律？2、（本题5分）解释在电磁学中位移电流的概念，说明其在麦克斯韦方程组中的作用。3、（本题5分）在热力学中，焦耳-汤姆逊效应是一种与气体绝热节流过程相关的现象。请解释焦耳-汤姆逊效应的概念和原理，说明其在制冷技术和气体液化中的应用。4、（本题5分）在电磁学中，安培力和洛伦兹力分别描述了电流元和运动电荷在磁场中的受力情况。请解释安培力和洛伦兹力的关系，说明它们的计算公式和方向判断方法，并举例说明其在实际中的应用。三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一个热机工作于温度分别为T₁和T₂（T₁>T₂）的两个热源之间，热机从高温热源吸收的热量为Q₁，对外做功为W。计算热机向低温热源放出的热量Q₂和热机的效率。2、（本题5分）一质点在x-y平面内运动，其运动方程为x=t^2，y=2t-1，求t=2s时质点的位矢、速度和加速度。3、（本题5分）一个带电荷量为+Q的点电荷位于一个无限大的接地导体平板上方距离为d处。计算导体平板上感应电荷产生的电场强度在点电荷所在位置的大小和方向。4、（本题5分）在相对论中，一粒子的静能为E₀，以速度v运动。计算粒子的总能量E和动量p。5、（本题5分）在一个LC振荡电路中，电感L=0.1H，电容C=10^(-6)F。初始时电容器充电，电压为U₀=100V。计算电路的振荡周期和频率，以及电容器电压的最大