中国地质大学（武汉）《电磁场与电磁波》2023-2024学年第一学期期末试卷

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2023-2024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15个小题，每小题2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、在相对论力学中，质能方程E=mc²揭示了质量和能量的等价性。以下关于质能方程的理解，不准确的是？（）A.质量和能量可以相互转化，且转化过程中总能量守恒B.静止物体也具有能量，其大小由质能方程给出C.质能方程表明质量就是能量，能量就是质量D.在核反应中，质量的亏损会释放出巨大的能量2、在静电场的高斯定理应用中，对于一个带有均匀电荷分布的球体，通过高斯面计算电场强度时，与高斯面的半径有怎样的关系？（）A.电场强度与高斯面半径成正比B.电场强度与高斯面半径成反比C.电场强度与高斯面半径的平方成正比D.在球外，电场强度与高斯面半径的平方成反比3、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4、在静电场中，电势是描述电场能的性质的物理量。对于一个点电荷产生的电场，距离点电荷越远，电势如何变化？（）A.越高B.越低C.不变D.先升高后降低5、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.4/96、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7、对于原子物理学，氢原子从高能级向低能级跃迁时会发射光子，若从n=3的能级跃迁到n=1的能级，发射的光子频率是多少？（）A.由能级差决定B.固定不变C.与原子种类有关D.无法计算8、在电磁学的磁场中，毕奥-萨伐尔定律用于计算电流产生的磁场。对于一段长度为L的直导线，通有电流I，距离导线为r处一点的磁感应强度大小与哪些因素有关？（）A.只与I和r有关B.只与I、r和L有关C.与I、r、L以及导线的形状有关D.与I、r、L、导线的形状以及周围介质有关9、在量子力学中，波函数是描述微观粒子状态的重要概念。以下关于波函数的物理意义，不正确的是？（）A.波函数的模的平方表示粒子在空间某点出现的概率密度B.波函数本身可以直接测量C.波函数满足一定的边界条件和归一化条件D.波函数的相位具有重要的物理意义10、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/θ11、对于热力学第一定律，一定质量的理想气体在绝热容器中被压缩，其内能会如何改变？（）A.内能不变B.内能减小C.内能增大D.无法确定12、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.148.9nm13、在原子核物理中，半衰期是描述放射性元素衰变快慢的物理量。某放射性元素的半衰期为T，经过时间2T后，未衰变的原子核数目占原原子核数目的比例是多少？（）A.1/2B.1/4C.1/8D.1/1614、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15、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二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）随着凝聚态物理中的拓扑绝缘体研究，探讨拓扑绝缘体的特性、拓扑不变量和边界态，以及在电子器件和量子计算中的应用前景。2、（本题5分）在光学中，解释菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的区别，并讨论在什么条件下可以近似看作夫琅禾费衍射？3、（本题5分）结合热力学循环（如卡诺循环），分析其效率的计算方法、影响因素，以及在热机和制冷机设计中的应用。三、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）电动力学中的电磁波辐射理论对于天线设计和电磁辐射防护具有指导意义，分析电磁波辐射的条件、机制和辐射功率的计算方法。2、（本题5分）论述光的干涉、衍射和偏振现象的原理及应用，举例说明这些现象在光学仪器和技术中的重要性。3、（本题5分）电动力学中的电磁波在分层介质中的传播会产生反射和折射，分析分层介质中的电磁波传播方程、边界条件和在地球物理勘探、光学多层膜中的应用。4、（本题5分）详细论述牛顿运动定律在经典力学中的地位和作用，并举例说明其在实际问题中的应用以及局限性。5、（本题5分）全面论述电磁学中的楞次定律，分析其物理内涵、判断方法以及在电磁感应现象和电路中的应用。四、计算题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）一长为L的均匀细杆，质量为M，绕一端的垂直轴以角速度ω转动，求细