北京工业大学《光学实验》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《光学实验》2023-2024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、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2、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3、在研究静电场的高斯定理时，通过一个闭合曲面的电通量与曲面内包含的电荷量有什么关系？（）A.成正比B.成反比C.平方成正比D.平方成反比4、在研究简谐振动时，一个质量为m的物体在弹簧的作用下做简谐振动，其振动方程为x=Asin(ωt+φ)。若弹簧的劲度系数增大，而其他条件不变。以下关于振动周期的变化，哪一项判断是不准确的？（）A.振动周期减小，因为周期与劲度系数的平方根成反比B.可以通过简谐振动的周期公式来分析周期的变化C.振幅不变的情况下，劲度系数增大必然导致周期缩短D.振动周期的变化与初始相位φ无关5、在刚体力学中，对于转动动能和转动惯量的计算，以及定轴转动的动能定理和机械能守恒定律的应用，以下说法不正确的是（）A.转动动能等于转动惯量与角速度平方的乘积的一半B.定轴转动的动能定理适用于刚体的变速转动C.只有保守力做功时，刚体定轴转动的机械能守恒D.刚体的转动惯量与转动轴的位置无关6、对于热力学第一定律，以下关于其表述以及在不同热学过程中的应用，哪一项是正确的？（）A.热力学第一定律指出，热量可以从低温物体自发地传递到高温物体，而不引起其他变化B.热力学第一定律表明，一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功之和，在绝热膨胀和等温压缩等过程中有着重要应用C.热力学第一定律只适用于理想气体的热学过程，对于实际气体和液体则不适用D.热力学第一定律无法解释热机效率不能达到100%的原因7、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8、在研究简谐振动时，一个质量为m的物体在弹簧的作用下做简谐振动，其振动方程为x=Asin(ωt+φ)。若弹簧的劲度系数增大，而其他条件不变。以下关于振动周期的变化，哪一项判断是不准确的？（）（）A.振动周期减小，因为周期与劲度系数的平方根成反比B.可以通过简谐振动的周期公式来分析周期的变化C.振幅不变的情况下，劲度系数增大必然导致周期缩短D.振动周期的变化与初始相位φ无关9、在波动光学中，光的偏振现象表明了光的横波特性。以下关于光的偏振的应用，不准确的是？（）A.偏振片可以用于减少反射光的强度B.可以通过偏振现象判断光是自然光还是偏振光C.偏振光在通信领域有广泛的应用D.光的偏振现象对所有光学仪器的性能都没有影响10、对于光的折射现象，当一束光从空气斜射入水中时，以下关于入射角、折射角以及光速变化的描述，不准确的是（）A.入射角大于折射角B.光在水中的传播速度变慢C.折射角的大小取决于入射角和两种介质的折射率D.入射角增大时，折射角不变11、在相对论的框架下，对于高速运动物体的长度收缩和时间膨胀现象，以下关于其产生条件和影响因素的描述，不准确的是（）A.物体运动速度越快，长度收缩越明显B.时间膨胀只在接近光速时才显著C.长度收缩和时间膨胀与观察者的参考系有关D.对于低速运动物体，长度收缩和时间膨胀可以忽略不计12、对于相对论性动能，当一个粒子的速度接近光速时，其动能的表达式与经典力学有很大差异，以下哪种说法能体现这种差异？（）A.动能与速度成正比B.动能与速度的平方成正比C.动能趋于无穷大D.动能增长速度逐渐变慢13、在电磁学的磁场对电流的作用中，安培力的大小与电流强度、导线长度、磁感应强度以及电流与磁场的夹角有关。当电流与磁场垂直时，一段长度为L的直导线通有电流I，在磁感应强度为B的匀强磁场中，所受安培力的大小是多少？（）A.BILB.BIL/2C.BILsinθD.BILcosθ14、关于热力学过程中的绝热过程和等温过程，以下对于绝热压缩和等温压缩过程中压强变化、内能变化和做功情况的分析，不正确的是（）A.绝热压缩过程压强增加较快B.等温压缩过程内能不变C.绝热压缩过程外界对系统做功全部转化为内能D.绝热压缩和等温压缩过程外界做功相同15、在波动光学的领域，考虑一束相干光通过双缝后在屏幕上形成的干涉条纹。若增大双缝之间的距离，同时保持其他条件不变。以下关于干涉条纹间距的变化，哪一项分析是不正确的？（）（）A.条纹间距会变小，因为双缝间距与条纹间距成反比B.可以通过双缝干涉的公式来定量计算条纹间距的变化C.光的波长不变的情况下，双缝间距增大必然导致条纹间距减小D.条纹间距的变化与光源的强度无关16、关于光的偏振现象，自然光通过偏振片后变成偏振光，以下哪种说法能正确描述偏振光的特点？（）A.光的振动方向在一个平面内B.光的强度不变C.光的频率发生变化D.光的波长发生变化17、在光学的全反射现象中，当光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大于临界角，就会发生全反射。对于给定的两种介质，临界角的大小与哪些因素有关？（）A.只与光密介质的折射率有关B.只与光疏介质的折射率有关C.与两种介质的折射率都有关D.与光的频率有关18、在相对论力学中，关于质点的动量和能量表达式与经典力学的差异，以下哪种说法是准确的？（）A.相对论力学中，质点的动量和能量表达式与经典力学完全相同，只是在高速情况下进行了修正B.相对论力学中，质点的动量和能量不再是简单的线性关系，且能量与动量的平方成正比C.相对论力学中，质点的动量和能量表达式与速度无关，只与质量有关D.相对论力学中的动量和能量表达式在低速情况下与经典力学近似相等，在高速情况下则有显著差异19、在相对论力学中，相对论动量和相对论能量的表达式与经典力学有所不同。以下关于相对论动量和能量的关系，不准确的是？（）A.相对论能量和相对论动量满足一定的关系式B.当速度远小于光速时，相对论动量和能量近似等于经典力学中的表达式C.相对论能量总是大于相对论动量D.相对论动量和能量的表达式只适用于高速运动的粒子20、在研究简谐运动的图像时，图像可以反映出振动的特征。一个简谐运动的位移-时间图像是正弦曲线，从图像中可以直接得到的物理量是：（）A.振幅、周期、初相位B.振幅、频率、初相位C.振幅、速度、加速度D.周期、速度、加速度21、关于自感和互感现象，以下对于自感系数、互感系数的影响因素以及自感和互感在电路中的作用和应用的理解，不正确的是（）A.自感系数与线圈的匝数、形状和是否有铁芯有关B.互感系数与两个线圈的相对位置和匝数有关C.自感现象总是阻碍电流的变化D.互感现象在变压器中没有作用22、在热学中，理想气体的绝热过程是一种特殊的热力学过程。以下关于绝热过程中气体状态参量的变化，不准确的是？（）A.绝热压缩时，温度升高，压强增大B.绝热膨胀时，温度降低，压强减小C.绝热过程中，气体的内能保持不变D.绝热过程中23、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（）24、在刚体定轴转动的研究中，一个质量分布不均匀的圆盘绕固定轴转动。若已知圆盘的转动惯量和角速度，以下关于圆盘的角动量和动能，哪一项计算是不准确的？（）A.角动量等于转动惯量与角速度的乘积B.动能可以通过转动惯量和角速度的平方计算C.改变转动轴的位置，转动惯量会发生变化，但角动量不变D.圆盘的动能与质量分布的均匀程度无关25、在电场的学习中，电场强度的概念至关重要。一个均匀带电的圆环，圆心处的电场强度为E。若将圆环的半径增大一倍，电荷分布不变，圆心处的电场强度会如何变化？（）A.电场强度不变B.电场强度增大一倍C.电场强度减小为原来的一半D.电场强度减小为原来的四分之一二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）随着量子场论的兴起，探讨量子场的概念、基本粒子的相互作用机制，以及量子场论在高能物理研究中的重要地位。2、（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。3、（本题5分）在波动学中，解释波的相干性的保持和破坏条件？4、（本题5分）阐述热力学中的理想气体的混合过程的特点及计算方法，分析混合过程在热力学中的应用。三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一个质量为m、半径为r的均匀圆盘，绕通过圆心且垂直于盘面的轴以角速度ω转动，求圆盘的转动动能和角动量。2、（本题5分）一物体沿x轴做直线运动，其位置坐标x随时间t变化的关系式为x=3t^2-2t+5（单位：m，s）。求物体在t=2s时的速度和加速度。3、（本题5分）一个半径为R的均匀带电球体，带电荷量为Q，球心处放置一个电荷量为q的点电荷。求点电荷受到的电场力，并分析当Q和q的正负变化时电场力的方向。4、（本题5分）一个边长为0.20m的正方形闭合导线框，电阻为0.10Ω，垂直于磁感应强度为0.40T的匀强磁场中，以一边为轴以2.0rad/s的角速度匀速转动。计算线框中感应电流的有效值和线框转动一周产生的焦耳热。5、（本题5分）一均匀带电圆环，半径为R