西北大学《光电子学》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、关于光学的薄膜干涉，一束光照射到薄膜上产生干涉条纹，以下哪种因素会影响条纹的间距？（）A.薄膜的厚度B.入射光的波长C.薄膜的折射率D.以上因素均会2、在电磁学中，一个长直螺线管内部的磁场均匀分布。若已知螺线管的匝数、电流和长度，以下关于磁场强度的计算，哪一项是不准确的？（）A.磁场强度与电流成正比B.磁场强度与匝数成正比C.磁场强度与螺线管长度无关D.可以通过安培环路定理计算磁场强度3、在电磁学中，位移电流的概念是由麦克斯韦提出的。对于一个充满均匀电介质的平行板电容器，在充电过程中，位移电流与传导电流的大小关系是怎样的？（）A.位移电流大于传导电流B.位移电流小于传导电流C.位移电流等于传导电流D.两者大小没有固定关系4、在热学的热传递过程中，以下哪种方式是通过微观粒子的热运动来传递热量的？（）A.热传导B.热对流C.热辐射D.以上方式均是5、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6、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7、在相对论力学中，对于物体的动能和质能关系，以下关于高速运动物体的动能表达式、质能方程的意义和应用的阐述，错误的是（）A.高速运动物体的动能不再是经典力学中的表达式B.质能方程表明质量和能量可以相互转化C.质能方程为核能的利用提供了理论基础D.物体的速度越大，其动能与经典力学计算结果差异越小8、对于光学中的光的散射现象，以下关于瑞利散射和米氏散射的特点、产生条件以及在大气光学中的应用，表述错误的是（）A.瑞利散射强度与波长的四次方成反比B.米氏散射的强度与波长关系不大C.天空呈现蓝色是瑞利散射的结果D.光的散射现象对光通信没有影响9、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10、在电磁学的电磁波理论中，电磁波在真空中的传播速度是恒定的。不同频率的电磁波在真空中传播时，哪个物理量是相同的？（）A.波长B.波速C.频率D.能量11、对于热力学第二定律，以下关于热机效率、熵的概念以及自发过程的方向性的阐述，不准确的是（）A.热机效率不可能达到100%B.熵增加原理适用于孤立系统C.自发过程总是朝着熵减小的方向进行D.熵是系统无序程度的度量12、在波动学中，驻波是由两列振幅、频率和传播方向相同，但相位相反的波叠加形成的。对于一根两端固定的弦上产生的驻波，其波长与弦长之间存在怎样的关系？（）A.波长等于弦长的整数倍B.波长等于弦长的半整数倍C.波长与弦长无关D.波长是弦长的两倍13、在近代物理中，关于电子的双缝干涉实验，当逐个发射电子时，以下关于屏上形成的干涉条纹的描述，哪一项是不准确的？（）A.随着发射电子数量的增加，逐渐呈现出干涉条纹B.单个电子也能与自身发生干涉C.干涉条纹的出现表明电子具有波动性D.干涉条纹的位置和强度与电子的发射时间有关14、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15、对于相对论性动能，当一个粒子的速度接近光速时，其动能的表达式与经典力学有很大差异，以下哪种说法能体现这种差异？（）A.动能与速度成正比B.动能与速度的平方成正比C.动能趋于无穷大D.动能增长速度逐渐变慢16、对于静电场的性质，以下关于电场强度和电势的概念以及它们之间的关系，哪一个是正确的？（）A.电场强度是描述电场力的性质的物理量，电势是描述电场能的性质的物理量，电场强度的方向总是指向电势降低的方向B.电场强度和电势没有直接关系，它们分别独立描述电场的不同特性，电场强度大的地方电势一定高C.电势的大小与电场强度的大小成正比，电场强度为零的地方电势也一定为零D.电场强度和电势都是标量，它们的叠加遵循代数相加的原则17、在狭义相对论中，同时的相对性是一个重要的概念。以下关于同时的相对性的理解，不准确的是？（）A.在一个惯性系中同时发生的两个事件，在另一个惯性系中可能不同时发生B.同时的相对性是光速不变原理的必然结果C.同时的相对性只在高速运动的情况下才明显，低速时可以忽略D.同时的相对性意味着不存在绝对的同时性18、关于万有引力定律，两个质量分别为m1和m2、相距为r的物体之间的引力大小与哪些因素有关？（）A.只与m1和m2有关B.只与r有关C.与m1、m2和r都有关D.与m1、m2、r以及引力常量G都有关19、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20、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21、在波动光学的衍射现象中，一束光通过一个狭缝后发生衍射。若狭缝宽度减小，同时保持其他条件不变。以下关于衍射条纹的宽度和强度的变化，哪一项描述是不准确的？（）A.衍射条纹宽度增大B.衍射条纹强度减弱C.可以通过衍射的理论分析条纹的变化D.衍射条纹的变化与光的频率无关22、在研究简谐运动的图像时，图像可以反映出振动的特征。一个简谐运动的位移-时间图像是正弦曲线，从图像中可以直接得到的物理量是：（）A.振幅、周期、初相位B.振幅、频率、初相位C.振幅、速度、加速度D.周期、速度、加速度23、在热力学中，熵是一个反映系统混乱程度的热力学量。对于一个绝热不可逆过程，系统的熵是如何变化的？（）A.不变B.减小C.增大D.可能增大也可能减小24、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。克劳修斯表述指出，热量不能自发地从低温物体传到高温物体。那么，要实现热量从低温物体传到高温物体，必须满足什么条件？（）A.消耗外部能量B.改变物体的性质C.等待足够长的时间D.以上都不对25、在近代物理中，卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型。在实验中，如果α粒子的入射速度增大一倍，而其他条件不变，那么散射角大于90度的α粒子数会如何变化？（）A.增多B.减少C.不变D.无法确定26、在电磁感应现象中，一个闭合回路中的磁通量发生变化时会产生感应电动势，以下哪种情况会导致磁通量发生变化？（）A.磁场强度不变，回路面积改变B.回路面积不变，磁场强度改变C.磁场强度和回路面积同时改变D.以上情况均可27、对于原子核物理，放射性元素的半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间，以下哪种因素会影响半衰期的长短？（）A.元素的化学状态B.外界温度和压力C.原子核内部结构D.以上因素均不影响28、在相对论中，对于一个高速运动的物体，其质量会随着速度的增加而增大。当速度接近光速时，质量的增加趋势是怎样的？（）A.质量增加得越来越慢B.质量增加得越来越快C.质量保持不变D.质量先增加得快，后增加得慢29、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。当一个物体的速度为0.6c时，其动能与静能的比值是多少？（）A.1/4B.1/2C.3/4D.4/930、在静电场中，电势能是一个重要的概念。以下关于电势能的特点，不正确的是？（）A.电势能是相对的，其值取决于零势能点的选择B.正电荷在电场中电势越高的地方电势能越大C.负电荷在电场中电势越低的地方电势能越大D.电荷在电场中某点的电势能与其电荷量的比值就是该点的电势二、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）论述相对论性力学中质量与能量的关系，探讨其对核能开发和利用的影响。2、（本题5分）在电磁学中，电磁波在介质中的传播特性是重要的研究内容，请论述电磁波在不同介质中的折射、反射和吸收现象，以及介质的电磁参数对传播的影响和应用。3、（本题5分）全面论述狭义相对论中的相对论性动量和能量，分析其与经典力学中动量和能量的区别和联系，以及在高能物理中的应用。4、（本题5分）深入探讨狭义相对论中的长度收缩和时间膨胀效应，解释其数学推导过程以及在高速运动中的实际观测和应用。5、（本题5分）详细论述量子力学中的密度矩阵和量子统计，解释密度矩阵的物理意义、计算方法和量子统计分布，以及其在多粒子系统和量子光学中的应用。三、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）结合电磁学中的静电场唯一性定理，解释其内容和物理意义，推导在静电场求解中的应用条件和方法，并举例说明。2、（本题5分）对于一个做圆周运动的物体，已知其线速度、角速度、半径和周期中的任意两个量，如何求出其他物理量？并解释这些物理量之间的关系。3、（本题5分）在研究光的干涉条纹的可见度时，说明影响可见度的因素，并探讨如何提高干涉条纹的可见度。4、（本题5分）在波动学中，解释