西安交通大学《广义相对论导论》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《广义相对论导论》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、在光学的折射现象中，当光线从光密介质射向光疏介质时，有可能发生全反射。对于一定的入射角，哪种情况下更容易发生全反射？（）A.光密介质的折射率较大B.光疏介质的折射率较大C.入射角较小D.以上都不对2、在波动光学的薄膜干涉中，增透膜和增反膜的原理基于光的干涉。对于垂直入射的光，要使某波长的光在薄膜表面反射时产生相消干涉，薄膜的厚度应该满足什么条件？（）A.厚度为该波长的四分之一B.厚度为该波长的二分之一C.厚度为该波长的整数倍D.厚度为该波长的半整数倍3、在电场的学习中，电场强度的概念至关重要。一个均匀带电的圆环，圆心处的电场强度为E。若将圆环的半径增大一倍，电荷分布不变，圆心处的电场强度会如何变化？（）A.电场强度不变B.电场强度增大一倍C.电场强度减小为原来的一半D.电场强度减小为原来的四分之一4、在光学的干涉实验中，劈尖干涉可以用来测量微小的厚度变化。如果劈尖的折射率为n，夹角为θ，用波长为λ的单色光垂直照射，相邻两条明纹对应的厚度差是多少？（）A.λ/(2nθ)B.λ/(nθ)C.λ/(2θ)D.λ/θ5、在量子力学中，对于一个微观粒子的波函数，其归一化条件的物理意义是什么？（）A.保证波函数的连续性B.保证波函数的单值性C.表示粒子在空间出现的概率总和为1D.表示粒子的能量守恒6、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、在热学中，理想气体的内能只与温度有关。以下关于理想气体内能的变化，不准确的是？（）A.一定质量的理想气体，温度升高，内能一定增加B.理想气体绝热膨胀，内能一定减小C.理想气体等压压缩，内能一定减小D.理想气体等温变化，内能一定不变，但对外做功9、对于波动光学中的薄膜干涉现象，以下关于其产生条件和条纹特点，哪一项是准确的？（）A.薄膜干涉要求薄膜厚度均匀，且入射光必须是单色光，干涉条纹是等间距的明暗相间条纹B.薄膜干涉发生在薄膜的上、下表面反射光相遇时，薄膜厚度不均匀会导致条纹弯曲，条纹的明暗取决于光程差C.薄膜干涉只在特定的薄膜材料和入射角度下才能发生，条纹的间距和颜色与薄膜的性质无关D.薄膜干涉现象复杂且难以观察，在实际应用中没有太大价值10、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。以下关于热力学第二定律的理解，不准确的是？（）A.热不可能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化B.不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响C.热力学第二定律说明第二类永动机是不可能制成的D.热力学第二定律表明所有的热过程都是可逆的11、在光学实验中，用分光计测量三棱镜的顶角。若测量过程中存在偏心误差，以下关于对测量结果的影响及修正方法，哪一项描述是不准确的？（）A.偏心误差会导致测量结果偏大或偏小B.可以通过多次测量取平均值来减小偏心误差的影响C.了解分光计的结构和原理有助于分析偏心误差D.偏心误差无法通过任何方法修正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。以下关于质能方程的理解，不准确的是？（）A.质量和能量可以相互转化，且转化过程中总能量守恒B.静止物体也具有能量，其大小由质能方程给出C.质能方程表明质量就是能量，能量就是质量D.在核反应中，质量的亏损会释放出巨大的能量13、在相对论的框架下，一个高速运动的粒子的质量会随着其速度的增加而增大。当速度接近光速时，以下关于粒子质量的变化趋势，哪一项描述是不准确的？（）A.质量增加的幅度越来越大，趋向于无穷大B.可以通过相对论质量公式来定量计算质量的变化C.速度越接近光速，质量增加越缓慢D.质量的变化与粒子的静止质量和速度有关14、在电磁感应中，一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电的频率为50Hz。如果线圈的面积增大一倍，转速增大一倍，其他条件不变，那么交流电的频率变为多少？（）A.50HzB.100HzC.200HzD.400Hz15、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16、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=mgh17、在电磁学中，位移电流的概念是麦克斯韦方程组的重要组成部分。以下关于位移电流的产生和特点，不正确的是？（）A.位移电流是由变化的电场产生的B.位移电流与传导电流一样会产生磁场C.位移电流在真空中也能存在D.位移电流的大小与电容器极板间的电压成正比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、在热力学的领域，理想气体的状态方程具有重要的意义。对于一定质量的理想气体，在压强不变的情况下，温度升高时其体积会发生变化。以下关于体积变化的描述，哪一项是正确的？（）A.体积增大B.体积减小C.体积不变D.体积的变化取决于气体的种类20、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.先增大后减小二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）在热力学中，解释焦耳-汤姆逊效应的物理过程和实际应用？2、（本题5分）分析原子核的组成及结构，探讨原子核在物理学中的重要作用。3、（本题5分）在电磁学中，讨论电感元件对交流电路的影响？三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）在一个半径为R的半圆形光滑绝缘轨道上，有一个质量为m、电荷量为+q的小球，从轨道的最高点由静止释放。轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，场强大小为E。计算小球运动到最低点时对轨道的压力。2、（本题5分）一质量为m₁的物体以速度v₁与质量为m₂的静止物体发生完全弹性碰撞，求碰撞后两物体的速度。3、（本题5分）在一个均匀电场中，有一个半径为R的带电金属球，电荷量为Q。已知电场强度E、金属球电荷量Q和半径R，求金属球表面的电势和电场强度。4、（本题5分）一个理想气体进行绝热自由膨胀，初始体积为V1，压强为p1，温度为T1，膨胀后体积为V2。求膨胀后气体的温度和压强。5、（本题5分）一个半径为R的半圆形导体棒在匀强磁场B中以角速度ω绕圆心匀速转动，磁场方向