西北大学《高等量子力学》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《高等量子力学》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30个小题，每小题1分，共30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2、在相对论中，长度收缩效应是指物体沿运动方向的长度会变短。一个长度为L0的物体，在相对观察者以速度v运动时，观察者测得的长度L会如何变化？（）A.L=L0B.L>L0C.L<L0D.无法确定3、在研究简谐振动时，一个质量为m的物体在弹簧的作用下做简谐振动，其振动方程为x=Asin(ωt+φ)。若弹簧的劲度系数增大，而其他条件不变。以下关于振动周期的变化，哪一项判断是不准确的？（）（）A.振动周期减小，因为周期与劲度系数的平方根成反比B.可以通过简谐振动的周期公式来分析周期的变化C.振幅不变的情况下，劲度系数增大必然导致周期缩短D.振动周期的变化与初始相位φ无关4、在相对论力学中，相对论动量和相对论能量的表达式与经典力学有所不同。以下关于相对论动量和能量的关系，不准确的是？（）A.相对论能量和相对论动量满足一定的关系式B.当速度远小于光速时，相对论动量和能量近似等于经典力学中的表达式C.相对论能量总是大于相对论动量D.相对论动量和能量的表达式只适用于高速运动的粒子5、关于热力学过程中的绝热过程和等温过程，以下对于绝热压缩和等温压缩过程中压强变化、内能变化和做功情况的分析，不正确的是（）A.绝热压缩过程压强增加较快B.等温压缩过程内能不变C.绝热压缩过程外界对系统做功全部转化为内能D.绝热压缩和等温压缩过程外界做功相同6、对于光学仪器的分辨率，以下关于显微镜和望远镜的分辨率的限制因素、提高分辨率的方法以及与波长和孔径的关系的解释，不准确的是（）A.显微镜的分辨率受衍射现象限制B.增大孔径可以提高望远镜的分辨率C.波长越短，光学仪器的分辨率越高D.分辨率只与仪器本身有关，与观测环境无关7、在相对论中，质速关系表明物体的质量会随着速度的增加而增加。以下关于质速关系的理解，不准确的是？（）A.当物体的速度接近光速时，其质量会趋于无穷大B.质速关系是狭义相对论的重要推论之一C.质速关系说明在低速情况下，经典力学的质量概念仍然适用D.物体的质量增加是由于其动能的增加导致的8、对于电场中的电势能和电势差，以下关于电荷在电场中电势能的变化、电势差的定义和计算，以及它们与电场强度的关系的表述，不准确的是（）A.正电荷在电势高处电势能大，负电荷在电势低处电势能大B.电势差等于电场中两点电势之差C.电场强度越大，电势差越大D.电荷在电场中移动时，电势能的变化等于电场力做的功9、在电学实验中，测量电阻的方法有多种。以下关于伏安法测电阻的误差分析，不准确的是？（）A.电流表内接法适用于测量大电阻，误差主要来自电压表的分流B.电流表外接法适用于测量小电阻，误差主要来自电流表的分压C.无论采用哪种接法，测量值总是大于真实值D.合理选择测量电路可以减小误差10、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11、在波动学中，两列频率相同、振幅相同、振动方向相同但传播方向相反的波叠加会形成驻波。以下关于驻波的特点，哪一项描述是不准确的？（）A.有些位置始终静止不动，称为波节B.相邻波节之间的距离为半个波长C.波腹处的振幅是波源振幅的两倍D.驻波的能量不随时间传播12、在热力学过程中，等压过程和等容过程具有不同的特点。以下关于等压过程和等容过程的比较，不正确的是？（）A.在等压过程中，系统对外做功等于压力与体积变化的乘积B.在等容过程中，系统不对外做功C.等压过程中内能的变化与等容过程中内能的变化相同D.等压过程和等容过程的热容量不同13、在研究平抛运动时，水平方向和竖直方向的运动需要分别分析。一个物体以初速度v0水平抛出，经过时间t，水平位移为x，竖直位移为y。若初速度增大到2v0，其他条件不变，水平位移会如何变化？（）A.水平位移不变B.水平位移增大到原来的2倍C.水平位移增大到原来的4倍D.水平位移减小到原来的一半14、在热力学第二定律中，指出了热传导过程的方向性。从高温物体向低温物体传热是自发的，那么反过来，从低温物体向高温物体传热是否可能自发进行？（）A.可能B.不可能C.在一定条件下可能D.无法确定15、在电场的高斯定理的理解中，关于其表述和适用条件，以下哪种说法是恰当的？（）A.电场的高斯定理表明，通过任意闭合曲面的电通量等于该闭合曲面所包围的电荷量除以真空电容率，只适用于静电场B.高斯定理适用于任何电场，包括变化的电场，但对于非对称的电场，应用高斯定理求解电场强度比较困难C.电场的高斯定理可以直接求出任意电场中某点的电场强度，不需要考虑电场的对称性D.高斯定理只适用于均匀电场，对于非均匀电场无法应用16、在研究静电场的高斯定理时，通过一个闭合曲面的电通量与曲面内包含的电荷量有什么关系？（）A.成正比B.成反比C.平方成正比D.平方成反比17、在波动方程的求解中，边界条件和初始条件起着重要的作用。以下关于边界条件的类型，不准确的是？（）A.固定端边界条件B.自由端边界条件C.周期性边界条件D.无限大边界条件18、在光学的成像问题中，凸透镜成像具有多种情况。当物体位于凸透镜的一倍焦距和二倍焦距之间时，所成的像是怎样的？（）A.倒立、放大的实像B.倒立、缩小的实像C.正立、放大的虚像D.正立、缩小的虚像19、在波动光学的薄膜干涉中，增透膜是利用光的干涉原理来减少反射光，增加透射光。对于一种折射率为1.38的薄膜材料，要使其在波长为550nm的光下起到增透效果，薄膜的最小厚度应该是多少？（）A.99.6nmB.110.5nmC.125.7nmD.148.9nm20、在光学的薄膜干涉中，增透膜和增反膜的原理是基于光的干涉。以下关于增透膜和增反膜的特点，不正确的是？（）A.增透膜的厚度是入射光在膜中波长的四分之一B.增反膜的厚度是入射光在膜中波长的二分之一C.对于特定波长的光，增透膜可以增加其透过率D.增透膜和增反膜的效果与入射光的角度无关21、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22、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（）23、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24、在相对论的理论框架下，时间和空间的概念发生了深刻的变化。一个高速运动的物体，其长度会在运动方向上发生收缩。如果一个静止时长为L0的物体，以速度v运动时，其长度L会如何变化？（）A.L=L0B.L=L0√(1-v²/c²)C.L=L0√(1+v²/c²)D.L=L0/√(1-v²/c²)25、在电磁感应现象中，自感和互感是常见的概念。以下关于自感和互感系数的决定因素，不正确的是？（）A.自感系数与线圈的形状、大小、匝数以及是否有铁芯有关B.互感系数与两个线圈的相对位置、匝数以及周围介质有关C.两个线圈靠得越近，互感系数越大D.自感系数和互感系数都与电流的变化率成正比26、在热力学过程中，可逆过程和不可逆过程的区别在于过程是否存在耗散。一个热机经历可逆循环和不可逆循环，哪种循环的效率更高？（）A.可逆循环B.不可逆循环C.效率相同D.取决于工作物质27、在研究气体分子运动时，麦克斯韦速率分布函数能够描述气体分子的速率分布情况。对于一定质量的理想气体，温度升高时，分子的最概然速率会如何变化？（）A.不变B.增大C.减小D.先增大后减小28、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29、在电学实验中，用伏安法测量电阻时，由于电表内阻的影响会导致测量结果存在误差，以下哪种接法适用于测量阻值较大的电阻？（）A.电流表内接法B.电流表外接法C.两种接法均可D.两种接法均不可30、在近代物理的研究中，对于原子核的结构和放射性衰变，以下关于原子核的组成、衰变类型和衰变规律的表述，不正确的是（）A.原子核由质子和中子组成B.放射性衰变包括α衰变、β衰变和γ衰变C.衰变过程中原子核的质量数和电荷数都守恒D.原子核的稳定性与质子数和中子数的比例无关二、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）热力学系统的焦耳-汤姆逊系数用于描述气体在节流过程中的温度变化，探讨焦耳-汤姆逊系数的定义、计算方法和在气体液化、制冷循环中的应用。2、（本题5分）在热力学中，熵是一个关键概念，请深入分析熵的物理意义、计算方法以及其在判断热力学过程方向性和理解复杂系统中的作用。3、（本题5分）全面论述热力学第三定律的内容和意义，分析其在低温物理和化学热力学中的应用以及相关的实验验证。4、（本题5分）量子力学中的薛定谔方程是描述微观粒子状态的基本方程，阐述其形式、求解方法以及在解释原子结构、分子光谱等方面的应用。5、（本题5分）热力学中的熵概念反映了系统的无序程度，深入探讨熵的定义、计算方法以及在判断热力学过程的方向和限度方面的作用。三、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）在相对论中，讨论相对论对电磁学理论的修正和统一？2、（本题5分）在量子物理中，解释量子密钥分发的安全性原理？3、（本题5分）在研究原子核的结合能时，说明结合能的定义和计算方法，并探讨结合能与原子核稳