中南大学《大学物理C（一）》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《大学物理C（一）》2021-2022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、在相对论中，长度收缩效应指出运动物体的长度在运动方向上会变短。如果一个物体在相对观察者以0.9c的速度运动时，其在运动方向上的长度变为原来的多少倍？（）A.0.1B.0.44C.0.9D.0.52、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，哪一项描述是不准确的？（）A.质量增加的幅度越来越大，趋向于无穷大B.可以通过相对论质量公式来定量计算质量的变化C.速度越接近光速，质量增加越缓慢D.质量的变化与粒子的静止质量和速度有关3、在静电场中，电场线可以形象地描述电场的分布。关于电场线的性质，以下说法正确的是：（）A.电场线是闭合曲线B.电场线的疏密表示电场强度的大小C.电场线总是从正电荷出发，终止于负电荷D.以上说法都不正确4、在光学的干涉实验中，用杨氏双缝干涉装置观察干涉条纹。若光源由单色光换成白光，以下关于干涉条纹的变化，哪一项描述是不准确的？（）A.中央条纹仍为白色B.其他条纹变为彩色C.条纹间距不变D.条纹的清晰度降低5、在光学的干涉和衍射实验中，光源的相干性对实验结果有重要影响。以下关于光源相干性的描述，不准确的是？（）A.相干性好的光源可以产生清晰的干涉和衍射条纹B.普通光源的相干性较差，因为其发光是随机的C.激光具有很好的相干性，适用于高精度的干涉和衍射实验D.光源的相干性只与光源的波长有关，与其他因素无关6、在波动学中，一列沿x轴正方向传播的简谐波，其波速为v，波长为λ，周期为T。某一时刻的波形图如图所示。以下关于经过时间t后波形的移动距离，哪一项计算是不准确的？（）A.移动距离为vtB.当t=nT（n为整数）时，波形不变C.移动距离与波长和周期无关D.可以通过波速和时间的乘积计算移动距离7、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8、在相对论中，质能方程E=mc²揭示了质量和能量的等价性。当一个物体的速度接近光速时，其动能的增加与速度的关系是怎样的？（）A.动能与速度成正比B.动能与速度的平方成正比C.动能的增加变得越来越困难D.动能的增加变得越来越容易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、对于简谐振动，一个做简谐振动的物体，其位移随时间的变化规律为x=Asin(ωt+φ)，以下哪个物理量决定了振动的初相位？（）A.AB.ωC.φD.t11、在狭义相对论中，长度收缩和时间膨胀效应是令人惊奇的现象。以下关于长度收缩和时间膨胀的描述，不准确的是？（）A.运动的物体在运动方向上长度会收缩B.运动的时钟会变慢，即时间膨胀C.长度收缩和时间膨胀效应只在接近光速时才明显D.长度收缩和时间膨胀是相对的，取决于观察者的参考系12、在静电场中，一个带电量为Q的点电荷周围存在电场。若在距离点电荷r处放置一个试探电荷q，以下关于试探电荷所受电场力的大小和方向，哪一项说法是不正确的？（）A.电场力的大小与r的平方成反比B.电场力的方向沿两点电荷连线且背离点电荷C.可以根据库仑定律计算电场力的大小D.电场力的大小与试探电荷的电量成正比13、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14、在量子场论的初步介绍中，关于场的量子化和粒子的产生与湮灭，以下哪种表述是恰当的？（）A.量子场论认为场是连续的，不存在粒子的产生和湮灭过程B.场的量子化使得粒子可以在真空中自发地产生和消失，这与能量守恒定律相矛盾C.量子场论通过对场进行量子化处理，成功解释了粒子的产生与湮灭现象，并且与实验结果相符D.粒子的产生与湮灭只在微观尺度上发生，对宏观物理现象没有任何影响15、在热力学的研究中，理想气体经历绝热自由膨胀过程。在此过程中，以下关于气体的温度、压强和熵的变化，哪一项描述是不准确的？（）A.温度不变B.压强减小C.熵增加D.熵的变化与气体的体积变化量成正比二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）在热力学中，解释自由能的概念和物理意义？2、（本题5分）分析牛顿环的形成原理及干涉条纹特点，探讨牛顿环在光学测量中的应用。3、（本题5分）在热力学中，解释热力学能的概念和特点？三、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）详细分析静磁场中的磁场对电流的作用，阐述安培力的计算方法、物理意义和在电动机、电磁起重机等设备中的应用。2、（本题5分）分析狭义相对论和广义相对论的主要区别及联系，探讨其对现代物理学发展的影响。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）量子力学中的量子态的演化遵循薛定谔方程，阐述含时薛定谔方程和不含时薛定谔方程的区别和应用场景，以及在量子态控制和量子计算中的意义。5、（本题5分）深入探讨量子力学中的斯特恩-盖拉赫实验，解释其实验现象、物理意义和对原子磁矩和空间量子化的验证。四、计算题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）一个质量为m的物体在一个粗糙水平面上做直线运动，受到一个水平拉力F的作用，动摩擦因数为μ。已知物体的初速度为v0，经过时间t后速度变为v。计算拉力F做的功。2、（本题10分）一质量为m的物体在光滑水平面上以初速度v₀开始运动，受到一个