西安石油大学《光学双语》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《光学双语》2021-2022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、在磁场的研究中，一个通电圆环在均匀磁场中受到的磁力矩。若圆环的半径为R，电流为I，磁场强度为B，以下关于磁力矩大小的计算，哪一项是不准确的？（）A.磁力矩与圆环平面和磁场方向的夹角有关B.当圆环平面与磁场方向平行时，磁力矩最大C.磁力矩的大小可以通过公式直接计算D.磁力矩与圆环的材质无关2、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3、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4、在相对论中，时间膨胀效应表明运动的时钟会变慢。如果一个飞船以0.8c的速度（c为光速）飞行，地球上的观察者测量飞船上的时间流逝速度与地球上的时间流逝速度之比是多少？（）A.0.6B.0.8C.5/3D.3/55、在研究电阻的串联和并联时，总电阻的计算方法不同。有三个电阻R1、R2、R3，分别为2Ω、3Ω、4Ω，将它们并联，总电阻为多少？（）A.9/11ΩB.12/11ΩC.13/11ΩD.1Ω6、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7、在电磁学领域，法拉第电磁感应定律描述了感应电动势与磁通量变化之间的关系。当一个闭合线圈在均匀磁场中以恒定速度转动时，如果磁场的磁感应强度突然增大一倍，而线圈的转动速度不变，那么感应电动势会发生怎样的变化？（）A.增大一倍B.增大两倍C.增大四倍D.保持不变8、在光的衍射现象中，衍射条纹的宽度与波长、障碍物尺寸等因素有关。一束波长为λ的光通过一个宽度为a的狭缝发生衍射，若波长增大到2λ，其他条件不变，衍射条纹的宽度会如何变化？（）A.宽度不变B.宽度增大到原来的2倍C.宽度增大到原来的4倍D.宽度减小到原来的一半9、在量子力学中，对于一个微观粒子的波函数，其满足薛定谔方程。以下关于薛定谔方程的求解和应用，哪一项描述是不准确的？（）A.薛定谔方程的解可以给出粒子的可能状态B.求解过程通常需要特定的边界条件C.对于复杂的系统，精确求解薛定谔方程往往很困难D.薛定谔方程只适用于非相对论情况10、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11、在波动光学的干涉和衍射实验中，对于杨氏双缝干涉实验和夫琅禾费单缝衍射实验的装置、条纹特点和物理意义，以下描述错误的是（）A.杨氏双缝干涉实验中条纹等间距B.夫琅禾费单缝衍射实验中中央亮纹最宽C.两个实验都证明了光的波动性D.干涉和衍射现象不能同时发生12、在电磁学中，毕奥-萨伐尔定律用于计算电流产生的磁场。以下关于毕奥-萨伐尔定律的适用范围，不准确的是？（）A.适用于恒定电流产生的磁场B.适用于各种形状的载流导线C.对于运动电荷产生的磁场也适用D.只适用于无限长直导线产生的磁场13、在电磁学中，一个边长为L的正方形导线框，在匀强磁场中以角速度ω匀速转动，若磁场的磁感应强度为B，线框转动平面与磁场方向垂直，那么线框中产生的感应电动势的最大值是多少？（）A.BL²ωB.2BL²ωC.√2BL²ωD.1/2BL²ω14、关于波动方程，对于一列沿x轴正方向传播的简谐波的波动方程的物理意义和求解方法，以下理解不准确的是（）A.波动方程描述了任意时刻波线上各质点的位移B.已知波速和初始条件可以确定波动方程C.波动方程中的相位表示质点振动的状态D.波动方程只适用于机械波15、对于简谐振动的能量，一个做简谐振动的系统，其能量与振幅的平方成正比。当振幅增大时，以下哪个物理量也会增大？（）A.振动周期B.振动频率C.振动速度的最大值D.振动的初相位16、在狭义相对论中，同时的相对性是一个重要概念。在一个惯性系中同时发生的两个事件，在另一个相对运动的惯性系中是否一定同时发生？（）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.取决于两个惯性系的相对速度大小17、在光学的干涉和衍射实验中，光源的相干性对实验结果有重要影响。以下关于光源相干性的描述，不准确的是？（）A.相干性好的光源可以产生清晰的干涉和衍射条纹B.普通光源的相干性较差，因为其发光是随机的C.激光具有很好的相干性，适用于高精度的干涉和衍射实验D.光源的相干性只与光源的波长有关，与其他因素无关18、在量子场论的初步介绍中，关于场的量子化和粒子的产生与湮灭，以下哪种表述是恰当的？（）A.量子场论认为场是连续的，不存在粒子的产生和湮灭过程B.场的量子化使得粒子可以在真空中自发地产生和消失，这与能量守恒定律相矛盾C.量子场论通过对场进行量子化处理，成功解释了粒子的产生与湮灭现象，并且与实验结果相符D.粒子的产生与湮灭只在微观尺度上发生，对宏观物理现象没有任何影响19、对于狭义相对论中的质能关系，以下关于其表达式和物理意义，哪一项是恰当的？（）A.质能关系为E=mc^2，表明质量和能量是相互独立的物理量，没有直接的联系B.质能关系指出能量和质量可以相互转化，一定的质量对应着一定的能量，在核反应等过程中得到了广泛的验证C.质能关系只适用于高速运动的物体，对于低速运动的物体，质量和能量的关系可以忽略不计D.质能关系中的光速c是一个可以变化的量，取决于参考系的选择20、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二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）简述牛顿第一定律的内容，并说明其在日常生活中的体现及重要意义。2、（本题5分）热力学第一定律表明了能量守恒与转化的关系。请解释热力学第一定律的内容，并通过一个具体的热力学过程（如绝热膨胀）来说明其应用。3、（本题5分）请详细阐述狭义相对论中的洛伦兹速度变换，推导其数学表达式，解释其与伽利略速度变换的区别，并举例说明其在高速运动物体速度计算中的应用。4、（本题5分）阐述热力学中的熵的概念及意义，分析熵在热力学中的重要地位。5、（本题5分）在研究电场中的电势能和电势时，说明它们的定义和物理意义，以及如何通过电场线来判断电势能和电势的变化。三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一质量为m的物体从高度h处自由下落，进入一个竖直放置的、劲度系数为k的轻质弹簧中，求物体在弹簧上的最大压缩量。2、（本题5分）在一个半径为R的圆形区域内存在均匀变化的磁场，磁场强度B随时间t的变化关系为B=B₀+kt（B₀和k为常数）。在磁场区域放置一个半径为r（r<R）的圆形导线回路。计算回路中的感应电流。3、（本题5分）质量为m的物体从高为h的斜面顶端以一定的初速度v₀沿斜面向上运动，斜面与物体间的动摩擦因数为μ，斜面倾角为θ，求物体上升的最大高度和所用时间。4、（本题5分）一质量为m₁的物体与一质量为m₂的物体通过一根轻绳相连，跨过一个定滑轮。m₁放在光滑水平面上，m₂悬挂在空中。当系统静止时，给m₁一个水平向右的初速度v₀，求两物体的运动速度和加速度。5、（本题5分）一质量为m的小球在半径为R的光滑半球形碗内做小幅度的振动。求振动的周