西南交通大学《热力学与统计物理》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《热力学与统计物理》2021-2022学年第一学期期末试卷题号一二三四总分得分批阅人一、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、在电学中，一个电阻为R的电阻丝，接在电压为U的电源上，在t时间内产生的热量为Q。若将电阻丝对折后接入同一电源，在相同时间内产生的热量是多少？（）A.Q/4B.Q/2C.2QD.4Q2、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3、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4、在波动光学中，关于薄膜干涉现象，例如肥皂泡表面的彩色条纹，以下对于产生干涉的条件、条纹特点和应用的描述，错误的是（）A.薄膜的上下表面反射的光发生干涉B.条纹的间距与薄膜厚度和入射光波长有关C.干涉条纹是等间距的明暗相间条纹D.薄膜干涉可用于检测光学元件表面的平整度5、在静电场中，电场线的疏密程度表示电场强度的大小。对于一个带正电的点电荷，其周围的电场线分布是怎样的？（）A.均匀分布B.指向点电荷C.背离点电荷D.呈环形分布6、关于热力学第三定律，以下对于绝对零度不可达到以及熵的零点的规定的解释，不正确的是（）A.无论采取何种手段，都无法使系统达到绝对零度B.熵的零点是在绝对零度时规定的C.绝对零度时，物质的内能为零D.热力学第三定律对实际的热过程没有指导意义7、对于量子力学的基本概念，以下关于波粒二象性和不确定性原理的理解，哪一项是恰当的？（）A.波粒二象性指出微观粒子有时表现为粒子，有时表现为波，不确定性原理则限制了我们同时精确测量粒子的位置和动量B.波粒二象性意味着微观粒子既是粒子又是波，不确定性原理表明我们可以同时精确测量粒子的位置和动量，但测量精度有限C.波粒二象性和不确定性原理只适用于微观世界，对宏观物体没有任何意义D.微观粒子的波粒二象性和不确定性原理是相互矛盾的，无法统一解释微观粒子的行为8、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（）9、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10、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11、在波动学中，驻波是两列振幅、频率和传播方向相同，但传播速度相反的波叠加形成的。对于一根两端固定的弦线上形成的驻波，在相邻两个波节之间的各点，振动的相位关系是怎样的？（）A.相同B.相反C.依次相差90度D.依次相差180度12、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13、在物理实验中，对于测量误差的来源、分类和减小误差的方法，以下关于系统误差、偶然误差的特点和处理方式的描述，不正确的是（）A.系统误差具有确定性和重复性B.偶然误差服从正态分布C.多次测量取平均值可以消除系统误差D.选择更精密的仪器可以减小系统误差14、在电场的研究中，一个点电荷在空间中产生电场。若在该点电荷附近放置一个试探电荷，以下关于试探电荷所受电场力的特点，哪一项描述是不准确的？（）A.电场力的大小与试探电荷的电量成正比B.电场力的方向与电场强度的方向相同C.电场力的大小与点电荷和试探电荷之间的距离的平方成反比D.电场力对试探电荷做功与路径无关15、对于固体物理的知识，以下关于晶体结构和晶格振动的特点，哪一项是正确的？（）A.晶体具有规则的周期性结构，晶格振动对晶体的热学性质没有影响B.晶体中的原子或分子在空间呈无序排列，晶格振动的频率与晶体的弹性常数无关C.晶体结构的类型众多，晶格振动会导致晶体产生热膨胀和热传导等现象D.晶格振动只在高温下对晶体的性质有作用，在低温时可以忽略不计16、对于热力学过程，一定质量的理想气体经历等压膨胀过程，其吸收的热量、对外做功以及内能的变化之间有怎样的关系？（）A.吸收的热量等于对外做功与内能增加量之和B.吸收的热量等于对外做功C.吸收的热量等于内能增加量D.对外做功等于内能增加量17、在热学中，理想气体的内能只与温度有关。以下关于理想气体内能的变化，不准确的是？（）A.一定质量的理想气体，温度升高，内能一定增加B.理想气体绝热膨胀，内能一定减小C.理想气体等压压缩，内能一定减小D.理想气体等温变化，内能一定不变，但对外做功18、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19、在电磁学领域，对于一个变化的磁场在其周围空间产生的电场，以下关于该感应电场的性质和特点的说法，错误的是（）A.感应电场的电场线是闭合曲线B.感应电场的方向与磁场变化率的方向有关C.感应电场的强度与磁场变化的快慢成正比D.感应电场对处于其中的电荷不做功20、在热力学中，理想气体的状态方程有着广泛的应用。一定质量的理想气体，初始状态的压强为P1、体积为V1、温度为T1，经过绝热过程，体积变为2V1，此时气体的压强变为P2。若该过程为等温过程，气体的压强又会变为多少？（）A.P1/2B.2P1C.P1D.P1/4二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）在热力学中，热机效率是衡量热机性能的重要指标。请解释热机效率的定义和计算公式，说明影响热机效率的因素，并举例说明如何提高热机的效率。2、（本题5分）结合电磁学中的电磁波辐射理论，分析偶极辐射的电磁场分布、辐射功率和方向性，以及在天线设计中的应用。3、（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的平板车，以速度v0在光滑水平面上运动，车上站着一质量为m的人，人相对于车以速度u水平向后跳出，求车的速度变化。2、（本题5分）一理想气体经历绝热压缩过程，初态体积为V1，压强为P1，终态体积为V2。计算终态的压强和温度，并分析过程中的热力学能变化。3、（本题5分）在杨氏双缝干涉实验中，双缝间距为0.3mm，屏与双缝的距离为1.2m，用波长为600nm的单色光垂直照射双缝。求相邻明条纹的间距和第5级明条纹到中央明条纹的距离。4、（本题5分）一个平行板电容器，极板面积为S，间距为d，中间充满了相对介电常数为εr的电介质。当两极板上的电荷量分别为+Q和-Q时，求电容器中的电场强度和电位移矢量。5、（本题5分）一个半径为R的均匀带电球体，带电