西安石油大学《光学》2022-2023学年第一学期期末试卷

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2022-2023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15个小题，每小题1分，共15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、在热力学第一定律的表达式ΔU=Q+W中，W表示外界对系统做功。以下哪种情况中，系统对外做功？（）A.W>0B.W<0C.W=0D.以上都有可能2、在量子力学的范畴内，对于一个处于定态的微观粒子，其概率密度分布不随时间改变，以下哪种说法能准确描述这一特性？（）A.粒子的位置和动量能同时确定B.粒子的能量是不确定的C.粒子在空间各处出现的概率是恒定的D.粒子的运动状态是不确定的3、在量子物理中，氢原子的能级是量子化的。当氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级时，会发射出一个光子，该光子的波长大约是多少？（）A.656nmB.486nmC.434nmD.122nm4、在电磁学的磁场中，毕奥-萨伐尔定律用于计算电流产生的磁场。对于一段长度为L的直导线，通有电流I，距离导线为r处一点的磁感应强度大小与哪些因素有关？（）A.只与I和r有关B.只与I、r和L有关C.与I、r、L以及导线的形状有关D.与I、r、L、导线的形状以及周围介质有关5、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6、在研究万有引力定律时，天体的运动遵循一定的规律。一个质量为m的卫星绕质量为M的地球做匀速圆周运动，轨道半径为r，线速度为v。若卫星的轨道半径增大到2r，其他条件不变，线速度会如何变化？（）A.线速度不变B.线速度减小到原来的1/2C.线速度减小到原来的1/√2D.线速度减小到原来的1/47、对于光的偏振现象，以下关于自然光、偏振光的产生和检验方法以及偏振光的应用，表述错误的是（）A.自然光通过偏振片可以变成偏振光B.偏振光的振动方向在垂直于传播方向的平面内是固定的C.可以用偏振片检验光是否为偏振光D.光的偏振现象在通信领域没有应用8、对于气体分子动理论，以下关于理想气体压强和温度的微观解释，哪一项是正确的？（）A.理想气体的压强是由大量气体分子对容器壁的碰撞产生的，温度与分子的平均动能无关B.理想气体的压强和温度都与气体分子的平均动能成正比，分子的平均动能越大，压强和温度越高C.理想气体的压强取决于分子的密度和平均速度，温度只与分子的势能有关D.气体分子动理论无法解释理想气体压强和温度的微观本质，只是一种经验性的理论9、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/D10、关于波动方程，已知一列沿x轴正方向传播的简谐波的波速为v，波长为λ，频率为f，那么其波动方程可以表示为什么形式？（）A.y=Asin(2πft-2πx/λ)B.y=Asin(2πft+2πx/λ)C.y=Acos(2πft-2πx/λ)D.y=Acos(2πft+2πx/λ)11、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12、在光学的全反射现象中，当光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大于临界角，就会发生全反射。对于给定的两种介质，临界角的大小与哪些因素有关？（）A.只与光密介质的折射率有关B.只与光疏介质的折射率有关C.与两种介质的折射率都有关D.与光的频率有关13、在静电场中，电场线的疏密程度表示电场强度的大小。对于一个带正电的点电荷，其周围的电场线分布是怎样的？（）A.均匀分布B.指向点电荷C.背离点电荷D.呈环形分布14、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15、在热学中，研究热传递的方式包括热传导、热对流和热辐射。对于一个真空绝热的容器，内部有两个温度不同的物体，它们之间主要通过哪种方式进行热传递？（）A.热传导B.热对流C.热辐射D.以上都不是二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）在研究带电粒子在电场中的加速和偏转问题时，如何运用电场力和运动学公式来计算粒子的末速度、偏转位移和偏转角度？2、（本题5分）分析牛顿第二定律的表达式及各物理量的含义，举例说明其在实际问题中的应用。3、（本题5分）在相对论中，讨论相对论对天体物理观测的影响？4、（本题5分）在波动学中，机械波的传播需要介质。请详细说明波的传播过程中，介质中各质点的振动特点，以及波的能量是如何传递的？三、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）详细探讨光的吸收和发射现象，分析其物理机制、光谱特征和在激光技术、光通信等领域的应用。2、（本题5分）热力学中的卡诺循环是一种理想的热机循环，深入探讨其组成、效率计算以及在提高热机效率和研究热力学第二定律方面的重要性。3、（本题5分）全面论述电磁学中的电磁波的产生、传播和特性，分析其数学表达式、物理机制和在通信、雷达等领域的应用。4、（本题5分）几何光学中的光学系统的像差校正通常需要多个透镜组合，分析不同像差校正的透镜组合设计原则、方法和实际案例，论述在复杂光学系统设计中的应用。5、（本题5分）全面论述狭义相对论中的相对论力学中的动能和势能，分析其与经典力学的区别和联系，以及在高能粒子加速和碰撞中的应用。四、计算题（本大题共4个小题，共40分)1、（本题10分）在杨氏双缝干涉实验中，两缝间距为d，缝与屏的距离为D，用波长为λ的光照射双缝。在屏上某点P处，两缝传来的光的相位差为2π/3。计算点P到中央明纹的距离。2、（本题10分）一个质量为m、半径为r的均匀圆盘，绕通过圆心且垂直于盘面的轴以角速度ω转动，求圆盘的转