西安交通大学《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、在刚体的定轴转动中，角动量守恒定律在很多情况下都适用。以下关于角动量守恒的条件，不准确的是？（）A.系统所受合外力矩为零B.系统所受合外力为零C.内力对转轴的力矩之和为零D.角动量守恒定律在微观和宏观领域都适用2、在研究光的折射现象时，一束光线从空气斜射入水中。假设入射角为45度，水的折射率为1.33。以下关于折射角的大小，哪一项描述是不准确的？（）A.折射角小于入射角，且小于45度B.折射角可以通过折射率和入射角，利用折射定律计算得出C.折射角一定大于0度且小于45度D.折射角的具体度数与光的波长无关3、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4、关于热力学中的循环过程，对于正循环和逆循环的定义、热机效率和制冷系数的计算，以及卡诺循环的特点和效率极限的阐述，描述错误的是（）A.正循环对外做功，逆循环外界对系统做功B.热机效率和制冷系数都与工作物质无关C.卡诺循环是理想的可逆循环D.卡诺热机的效率可以达到100%5、在电路分析的领域中，关于交流电路中电阻、电容和电感对电流和电压的影响，以下哪种说法是恰当的？（）A.在交流电路中，电阻对电流和电压的相位没有影响，电容使电流超前电压，电感使电流滞后电压B.交流电路中，电阻、电容和电感都会使电流和电压的相位发生相同的变化C.电容和电感在交流电路中对电流和电压的影响可以忽略不计，主要是电阻起作用D.电阻、电容和电感在交流电路中的作用是相互抵消的，最终电流和电压的关系与直流电路相同6、在研究物体的运动时，我们常常需要考虑力的作用。一个质量为m的物体在光滑水平面上受到一个水平恒力F的作用，经过时间t后，物体的速度从0增加到v。若力的大小变为2F，其他条件不变，物体达到速度v所需的时间会如何变化？（）A.时间不变B.时间缩短为原来的一半C.时间缩短为原来的四分之一D.无法确定7、在光学的干涉现象研究中，双缝干涉实验具有重要意义。在双缝干涉实验中，两缝间距为d，屏到双缝的距离为D，波长为λ的单色光垂直入射，相邻明条纹之间的间距Δx与上述各量之间的关系是怎样的？（）A.Δx=λD/dB.Δx=λd/DC.Δx=Dλ/dD.Δx=dλ/D8、在光学的偏振现象中，一束自然光通过偏振片后变成了偏振光。若偏振片的透振方向与光的振动方向夹角为θ，以下关于透过偏振片后的光强，哪一项计算是不正确的？（）A.光强与cos²θ成正比B.当θ=0时，光强最大C.可以通过马吕斯定律计算光强D.光强与入射光的波长有关9、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10、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11、在电磁学的电磁波理论中，对于电磁波的产生、传播特性和应用，以下关于电磁波的波长、频率、波速的关系以及电磁波在真空中和介质中的传播的描述，错误的是（）A.电磁波的波速等于波长与频率的乘积B.电磁波在真空中的传播速度是恒定的C.电磁波在介质中的波长比在真空中长D.不同频率的电磁波在真空中传播速度相同12、在波动光学中，单缝衍射的中央亮条纹宽度与其他亮条纹宽度不同。中央亮条纹宽度约为其他亮条纹宽度的：（）A.1倍B.2倍C.3倍D.4倍13、在电磁感应的学习中，一个闭合回路中的磁通量发生变化，产生了感应电动势。若磁通量的变化率恒定，以下关于感应电动势的大小和方向，哪一项分析是不正确的？（）A.感应电动势的大小恒定B.感应电动势的方向由楞次定律确定C.可以通过法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小D.感应电动势的大小与回路的电阻无关14、在牛顿运动定律的应用中，连接体问题是常见的类型。两个质量分别为m1和m2的物体，通过轻绳连接在光滑水平面上运动，拉力F作用在m1上。若绳子突然断裂，m2的加速度会如何变化？（）A.加速度变为0B.加速度不变C.加速度增大D.加速度减小15、在电学实验中，用伏安法测量一个未知电阻的阻值。若实验中电流表采用内接法，电压表内阻为Rv，电流表内阻为Ra，测量值为Rx'。以下关于测量值与真实值的关系，哪一项分析是不准确的？（）A.测量值大于真实值，因为电流表分压B.真实值可以通过相关公式计算得出C.当Rv远大于Rx且Ra较小时，测量误差较小D.测量值与电源的电动势无关16、在热学中，理想气体的绝热过程是一种特殊的热力学过程。以下关于绝热过程中气体状态参量的变化，不准确的是？（）A.绝热压缩时，温度升高，压强增大B.绝热膨胀时，温度降低，压强减小C.绝热过程中，气体的内能保持不变D.绝热过程中17、在近代物理中，电子通过双缝干涉实验时表现出波动性，以下哪种解释能说明这一现象？（）A.电子与双缝边缘发生碰撞B.电子在双缝间发生折射C.电子的运动遵循概率波规律D.电子受到双缝间电场的作用18、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19、在相对论的研究中，时间膨胀效应是一个关键概念。一个静止时长为t0的时钟，放在以速度v运动的飞船上，地面上的观察者测得的时钟时间t会如何变化？（）A.t<t0B.t=t0C.t>t0D.与v的大小无关20、对于静电场中的高斯定理，以下对于通过闭合曲面的电通量与曲面内电荷代数和之间关系的理解，不正确的是（）A.高斯定理反映了静电场是有源场B.电通量只与曲面内的电荷有关，与曲面外的电荷无关C.无论曲面形状如何，只要闭合曲面内电荷代数和不变，电通量就不变D.高斯定理只适用于对称性电场21、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22、在刚体力学中，对于转动动能和转动惯量的计算，以及定轴转动的动能定理和机械能守恒定律的应用，以下说法不正确的是（）A.转动动能等于转动惯量与角速度平方的乘积的一半B.定轴转动的动能定理适用于刚体的变速转动C.只有保守力做功时，刚体定轴转动的机械能守恒D.刚体的转动惯量与转动轴的位置无关23、在波动光学的领域，考虑一束相干光通过双缝后在屏幕上形成的干涉条纹。若增大双缝之间的距离，同时保持其他条件不变。以下关于干涉条纹间距的变化，哪一项分析是不正确的？（）（）A.条纹间距会变小，因为双缝间距与条纹间距成反比B.可以通过双缝干涉的公式来定量计算条纹间距的变化C.光的波长不变的情况下，双缝间距增大必然导致条纹间距减小D.条纹间距的变化与光源的强度无关24、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25、在物理光学中，对于光的衍射现象，例如单缝衍射和圆孔衍射，以下关于衍射条纹的特征、衍射条件和衍射现象的应用的描述，错误的是（）A.衍射条纹中央亮纹宽度最宽B.障碍物或孔隙的尺寸与光的波长相当或更小时发生明显衍射C.光的衍射现象证明了光具有波动性D.衍射现象在光学仪器的分辨率提高方面没有作用二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）请详细阐述狭义相对论中的质速关系，推导其数学表达式，解释其物理意义，并举例说明其在高速运动粒子质量计算中的应用。2、（本题5分）在热力学第一定律的框架下，阐述其表达式中各项的物理含义，讨论能量守恒在不同热学过程中的具体表现和应用。3、（本题5分）随着天体物理中的黑洞研究，探讨黑洞的形成机制、特性（如事件视界、奇点）和探测方法。4、（本题5分）在量子力学的氢原子精细结构中，论述相对论效应和自旋轨道耦合对氢原子能级的修正，推导精细结构能级的表达式，并举例说明其在光谱分析中的应用。三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一个半径为r的圆形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。有一质子以速度v沿半径方向从A点射入磁场，经过时间t从C点射出磁场，已知∠AOC=120°，求质子在磁场中的轨道半径和磁场区域的半径。2、（本题5分）在双缝干涉实验中，用波长为λ1和λ2的两种单色光分别照射，在屏上形成干涉条纹。已知屏上某点到两缝的光程差相同，分别为δ1和δ2，求这两种光在该点干涉条纹的级次之差。3、（本题5分）在折射率为n的介质中，有一频率为ν的光源向各个方向均匀发射光子。已知普朗克常量为h。计算单位时间内通过垂直于光传播方向单位面积的光子数，并分析当频率和折射率变化时的影响。4、（本题5分）一个长为L、质量为m的均匀链条，放在光滑的水平桌面上，其长度的1/4悬于桌边，链条由静止开始下滑。已知链条长度L和质量m，求链条刚离开桌边时的速度。5、（本题5分）在一个竖直放置的U形管中，装有密度为1.0×10^3kg/m³的液体，U形管左右两管的液面高度差为20cm。当U形管向右加速运动，加速度大小为5.0m/s²时，计算两管液面的高度差。四