西北大学《激光原理》2022-2023学年第一学期期末试卷

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《激光原理》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20个小题，每小题2分，共40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、在电磁学的电容部分，平行板电容器的电容与极板面积、极板间距和电介质的介电常数有关。如果在一个平行板电容器中插入一块电介质，其电容会如何变化？（）A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小2、在近代物理中，电子通过双缝干涉实验时表现出波动性，以下哪种解释能说明这一现象？（）A.电子与双缝边缘发生碰撞B.电子在双缝间发生折射C.电子的运动遵循概率波规律D.电子受到双缝间电场的作用3、在热力学第一定律的应用中，对于一个封闭系统经历一个循环过程，其内能的变化量是多少？（）A.大于零B.小于零C.等于零D.无法确定4、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/D5、在量子物理中，光子的能量与频率有关。一个光子的频率为ν，其能量为E。若光子的频率变为2ν，能量会变为多少？（）A.2EB.E/2C.4ED.E/46、在电磁感应现象中，感应电流的方向可以用楞次定律来判断。当穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向的关系是：（）A.相同B.相反C.垂直D.无法确定7、在电学中，电容是描述电容器储存电荷能力的物理量。以下关于电容的决定因素，不正确的是？（）A.电容器的电容与极板间的距离成反比B.电容器的电容与极板的正对面积成正比C.电容器的电容与极板间的介质有关D.电容器所带电荷量越多，电容越大8、在光学的干涉实验中，劈尖干涉可以用来测量微小的厚度变化。如果劈尖的折射率为n，夹角为θ，用波长为λ的单色光垂直照射，相邻两条明纹对应的厚度差是多少？（）A.λ/(2nθ)B.λ/(nθ)C.λ/(2θ)D.λ/θ9、在电磁感应的现象研究中，关于法拉第电磁感应定律和楞次定律的内涵及应用，以下哪种描述是恰当的？（）A.法拉第电磁感应定律指出，感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，楞次定律则确定了感应电流的方向，总是阻碍磁通量的变化B.法拉第电磁感应定律只适用于闭合回路中的磁通量变化，楞次定律对于复杂的电磁感应现象无法给出准确的电流方向判断C.电磁感应现象中，感应电动势的大小和方向只由法拉第电磁感应定律决定，楞次定律没有实际作用D.法拉第电磁感应定律和楞次定律都是经验定律，缺乏理论基础和严格的数学推导10、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11、在电磁学的电磁波理论中，对于电磁波的产生、传播特性和应用，以下关于电磁波的波长、频率、波速的关系以及电磁波在真空中和介质中的传播的描述，错误的是（）A.电磁波的波速等于波长与频率的乘积B.电磁波在真空中的传播速度是恒定的C.电磁波在介质中的波长比在真空中长D.不同频率的电磁波在真空中传播速度相同12、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13、在刚体力学中，转动惯量是描述刚体转动特性的重要物理量。以下关于转动惯量的决定因素，不准确的是？（）A.与刚体的质量分布有关B.与转轴的位置有关C.质量越大，转动惯量一定越大D.对于形状规则、质量分布均匀的刚体，可以通过公式计算转动惯量14、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15、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16、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17、在研究动量守恒定律时，系统不受外力或所受合外力为零是重要条件。在光滑水平面上，两个质量分别为m1和m2的小球发生正碰，碰撞前速度分别为v1和v2，碰撞后速度分别为v1'和v2'。若m1=m2，且碰撞为完全弹性碰撞，碰撞后两球的速度会如何变化？（）A.v1'=v2，v2'=v1B.v1'=v1，v2'=v2C.v1'=0，v2'=v1+v2D.无法确定18、在电磁学的知识体系中，法拉第电磁感应定律揭示了电磁现象的本质。一个闭合回路中的磁通量发生变化时，会产生感应电动势。如果磁通量在极短时间内从Φ1变化到Φ2，以下哪个表达式能正确计算感应电动势的大小？（）A.E=(Φ2-Φ1)B.E=(Φ2-Φ1)/tC.E=-(Φ2-Φ1)D.E=-(Φ2-Φ1)/t19、对于波动光学，两列频率相同、振动方向相同、相位差恒定的光波在空间相遇会产生干涉现象，若两束光的光程差为半波长的奇数倍，那么相遇处的光强会怎样？（）A.最强B.最弱C.介于最强和最弱之间D.无法确定20、关于气体分子运动论，对于理想气体分子的速率分布规律，以下关于麦克斯韦速率分布函数的特点和意义的阐述，不正确的是（）A.麦克斯韦速率分布函数反映了气体分子速率的分布情况B.温度越高，气体分子的平均速率越大C.最概然速率是指出现概率最大的速率D.气体分子的速率可以无限大二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）分析理想气体的微观模型及统计规律，探讨其在热学中的重要意义。2、（本题5分）说明波动光学中的半波损失现象及产生条件，分析半波损失在光学中的应用。3、（本题5分）随着激光冷却和捕获原子技术的发展，探讨其原理、实验方法和在原子物理学、量子信息科学中的应用。三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）在杨氏双缝干涉实验中，两缝间距为d，缝屏间距为D，波长为λ的单色光垂直入射，求相邻明条纹或暗条纹的间距。2、（本题5分）一个质量为m的小球，用一根不可伸长的轻绳系于O点，在竖直平面内做圆周运动。已知小球在最低点的速度为v0，绳能承受的最大拉力为Tm。求小球能通过最高点的最小速度以及此时绳子的拉力。3、（本题5分）在折射率为n1的介质中有一束光以入射角i射到折射率为n2的介质表面，发生折射，折射角为r。已知光在真空中的传播速度为c，求光在这两种介质中的传播速度和折射光线的偏折角。4、（本题5分）一理想气体经历卡诺循环，高温热源温度为T1，低温热源温度为T2。已知在等温膨胀过程中气体吸热Q1，在等温压缩过程中气体放热Q2。计算循环的效率，并分析如何提高效率。5、（本题5分）在一个半径为R的光滑半球形碗内，一质量为m的小球在碗