西北大学《光纤光学》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院(系)_______班级_______学号_______姓名_______题号一二三四总分得分批阅人一、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、在研究静电平衡的导体时，导体内部的电场强度为零。如果在导体内部放入一个电荷，导体内部的电场强度会如何变化？（）A.仍为零B.不为零C.无法确定D.以上都不对3、在近代物理学的发展中，黑体辐射现象引发了重要的理论突破。对于一个黑体，其单位面积在单位时间内辐射出的能量与波长和温度有关。在一定温度下，随着波长的增加，辐射能量会如何变化？（）A.一直增加B.先增加后减小C.一直减小D.先减小后增加4、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5、对于热力学过程中的可逆过程和不可逆过程，以下关于其区别和判断标准，哪一项是准确的？（）A.可逆过程和不可逆过程的区别在于过程是否能够反向进行，只要能够反向进行的过程就是可逆过程B.可逆过程是一种理想过程，在实际中不存在，不可逆过程则是普遍存在的，判断标准是看过程是否引起了外界的变化C.可逆过程中系统和外界的熵都不变，不可逆过程中系统的熵增加，外界的熵不变D.可逆过程和不可逆过程的区别在于能量转化的效率，效率高的是可逆过程，效率低的是不可逆过程6、在电磁感应中，一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电的频率为50Hz。如果线圈的面积增大一倍，转速增大一倍，其他条件不变，那么交流电的频率变为多少？（）A.50HzB.100HzC.200HzD.400Hz7、在量子物理的氢原子模型中，电子绕原子核做圆周运动。已知电子的轨道半径为r，电荷量为-e，原子核电荷量为+Ze（Z为原子序数）。以下关于电子轨道能量的计算，哪一项是不正确的？（）A.轨道能量与电子的速度有关B.可以通过库仑定律和圆周运动的规律计算C.轨道能量是量子化的D.轨道能量与原子核的质量无关8、在热学中，理想气体的内能只与温度有关，与体积和压强无关，以下哪种过程中理想气体的内能会增加？（）A.等容升温B.等压降温C.等温压缩D.绝热膨胀9、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10、对于光学的研究，以下关于光的干涉和衍射现象所揭示的光的波动性，哪一个是准确的？（）A.光的干涉和衍射现象表明光只是一种粒子，不具有波动性B.光的干涉和衍射现象有力地证明了光具有波动性，且干涉条纹和衍射图样的分布与光的波长、缝宽等因素密切相关C.光的干涉和衍射现象与光的波动性无关，只是一种偶然的光学现象D.虽然光的干涉和衍射现象显示光有波动性，但在大多数情况下，光仍应被视为粒子11、在波动方程的推导和应用中，关于一维简谐波的波动方程及其解的物理意义，以下哪种表述是准确的？（）A.一维简谐波的波动方程描述了波的传播规律，其解表示了在不同位置和时刻质点的位移，波速只与介质的性质有关B.波动方程的解只取决于波源的振动情况，与介质的性质和传播方向无关C.一维简谐波的波动方程可以用于描述任何形式的波，包括电磁波和机械波，其波速在不同介质中相同D.波动方程的推导基于牛顿运动定律，只适用于机械波，对电磁波不适用12、在波动方程中，波速、波长和频率之间存在着一定的关系。以下关于波速的决定因素，不准确的是？（）A.波速由介质的性质决定B.对于同一列波，在不同介质中波速不同C.波的频率越高，波速越大D.波速与波长和频率无关13、在振动学中，简谐振动是一种最简单的振动形式。以下关于简谐振动的特征，不正确的是？（）A.回复力与位移成正比且方向相反B.振动的频率与振幅无关C.振动的能量与振幅的平方成正比D.简谐振动一定是等幅振动，不存在阻尼14、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15、在静电场中，电势能的变化与电场力做功有关。一个带正电的粒子在电场中运动，电场力做正功，粒子的电势能会如何变化？（）A.电势能增大B.电势能减小C.电势能不变D.先增大后减小16、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17、在热力学中，熵是一个反映系统混乱程度的物理量。一个绝热封闭系统，内部发生不可逆过程，系统的熵会怎样变化？（）A.增加B.减少C.不变D.先增加后减少18、在静电场中，对于电场强度和电势的关系，以下关于电场线和等势面的性质以及它们之间的相互联系，说法不正确的是（）A.电场线总是垂直于等势面B.电场强度的方向总是指向电势降低的方向C.等势面上各点的电场强度大小相等D.沿着电场线方向，电势逐渐降低19、在量子物理中，对于微观粒子的波粒二象性，以下关于粒子的波动性和粒子性的关系，哪一项描述是不准确的？（）A.在某些情况下表现出波动性，在某些情况下表现出粒子性B.波动性和粒子性不能同时表现出来C.波动性和粒子性是微观粒子的固有属性D.对微观粒子的描述需要同时考虑波动性和粒子性20、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)21、在量子力学的应用中，关于原子结构和能级的理论，以下哪种说法是准确的？（）A.原子的能级是连续分布的，电子可以在任意能级之间跃迁，发出或吸收任意频率的光子B.原子的能级是分立的，电子只能在特定的能级之间跃迁，发出或吸收特定频率的光子，符合玻尔的原子模型C.量子力学中的原子结构理论无法解释原子光谱的精细结构和复杂现象D.原子的能级结构和电子跃迁与原子核的性质无关，只取决于电子的运动状态22、在热力学过程中，等压过程和等容过程具有不同的特点。一定质量的理想气体经历等压膨胀过程，与等容升温过程相比，哪个过程吸收的热量更多？（）A.等压过程B.等容过程C.吸收的热量一样多D.取决于气体的种类23、在相对论中，一个物体的运动速度接近光速时，其长度会发生收缩。以下关于长度收缩效应的描述，哪一项是不正确的？（）A.收缩只发生在运动方向上B.收缩的程度与速度的平方成正比C.对于静止的观察者，物体的长度会变短D.长度收缩是一种视觉错觉，实际上物体的长度不变24、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25、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二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）在研究静电场中的高斯定理时，说明定理的内容和物理意义，并通过简单的例子来应用该定理求解电场强度。2、（本题5分）对于一个在水平面上做圆周运动的带电粒子，已知电场强度和磁场强度，如何分析粒子的运动状态和轨迹？3、（本题5分）对于一个做斜抛运动的物体，已知抛出角度、初速度和重力加速度，如何求出物体的水平射程和最大高度？4、（本题5分）对于一个处于斜面上的物体，已知斜面的倾角、物体与斜面之间的摩擦系数和物体的质量，如何分析物体的受力情况并计算其加速度？三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（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。2、（本题5分）一个质量为m的物体在一个粗糙斜面上，斜面与水平地面的夹角为θ，动摩擦因数为μ。物体在沿斜面向上的拉力F作用下，从静止开始以加速度a向上运动。已知物体质量m、斜面夹角θ、动摩擦因数μ、拉力F和加速度a，求物体运动的时间t和位移s。3、（本题5分）一束波长为λ的平行光垂直照射在宽度为a的单缝上，在其后放置一焦距为f的凸透镜，在屏上形成衍射条纹。求第一级暗纹中心对应的衍射角和中央明纹的宽度。4、（本题5分）在一个LC串联电路中，L=100μH，C=100pF，电源的角频率ω=1.0×10^7rad/s。计算电路的阻抗大小和电流与电源电压的相位差。5、（本题5分）一均匀细棒，质量为m，长度为l，可绕通过中点且与棒垂直的轴在竖直平面内转动。当棒从水平位置由静