甘肃工业职业技术学院《物理实验设计》2023-2024学年第二学期期末试卷

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2023-2024学年第二学期期末试卷院(系)_______班级_______学号_______姓名_______题号一二三四总分得分一、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、在量子物理中，氢原子的能级结构遵循特定的规律。对于氢原子从高能级向低能级跃迁时，会发射出光子。以下关于光子能量的计算，哪个公式是正确的？（）A.E=hνB.E=mc²C.E=1/2mv²D.E=mgh2、在量子物理的氢原子模型中，电子绕原子核做圆周运动。已知电子的轨道半径为r，电荷量为-e，原子核电荷量为+Ze（Z为原子序数）。以下关于电子轨道能量的计算，哪一项是不正确的？（）A.轨道能量与电子的速度有关B.可以通过库仑定律和圆周运动的规律计算C.轨道能量是量子化的D.轨道能量与原子核的质量无关3、在研究狭义相对论时，当一个物体以接近光速的速度运动时，以下哪个物理量会发生显著的变化？（）A.质量B.长度C.时间D.以上物理量都会4、在波动光学的多缝衍射中，光栅衍射条纹的特点与单缝衍射和双缝干涉都有关系。当光栅的缝数增加时，主极大的宽度会如何变化？（）A.变宽B.变窄C.不变D.先变窄后变宽5、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6、在研究平抛运动时，水平方向和竖直方向的运动需要分别分析。一个物体以初速度v0水平抛出，经过时间t，水平位移为x，竖直位移为y。若初速度增大到2v0，其他条件不变，水平位移会如何变化？（）A.水平位移不变B.水平位移增大到原来的2倍C.水平位移增大到原来的4倍D.水平位移减小到原来的一半7、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9、对于电容和电容器，以下关于平行板电容器的电容大小与极板面积、极板间距和介质的关系，以及电容器的充电和放电过程的理解，不准确的是（）A.电容与极板面积成正比，与极板间距成反比B.介质的介电常数越大，电容越大C.电容器充电时电流逐渐减小，放电时电流逐渐增大D.电容器的电容大小与所加电压无关10、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11、在波动光学中，两束相干光叠加产生干涉条纹，条纹间距与以下哪个因素有关？（）A.光的波长B.两束光的强度差C.观察屏到光源的距离D.以上因素均有关12、在近代物理中，关于电子的双缝干涉实验，当逐个发射电子时，以下关于屏上形成的干涉条纹的描述，哪一项是不准确的？（）A.随着发射电子数量的增加，逐渐呈现出干涉条纹B.单个电子也能与自身发生干涉C.干涉条纹的出现表明电子具有波动性D.干涉条纹的位置和强度与电子的发射时间有关13、在热力学中，理想气体的绝热过程是指没有热量交换的过程。在绝热压缩过程中，气体的温度会：（）A.升高B.降低C.不变D.无法确定14、在研究牛顿运动定律时，一个质量为m的物体在光滑水平面上受到一个水平恒力F的作用，经过时间t后，它的速度会发生怎样的变化？（）A.速度不变B.速度增加Ft/mC.速度增加F/mtD.速度增加mFt15、在电磁学的电磁波部分，电磁波在真空中的传播速度等于光速。对于一个频率为f的电磁波，其波长λ与频率f的关系是怎样的？（）A.λ=c/fB.λ=f/cC.λ=cfD.λ=c²/f二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）在静电场中，电势是一个描述电场能的性质的物理量。请解释电势的定义和物理意义，说明电势与电场强度的关系，并通过一个具体的电场分布计算某点的电势。2、（本题5分）在相对论力学中，相对论动能和相对论动量的表达式与经典力学不同。请推导相对论动能和相对论动量的公式，解释其与经典表达式的差异，并举例说明其在高速粒子运动中的应用。3、（本题5分）在热力学中，解释焦耳-汤姆逊效应的物理过程和实际应用？三、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）波动光学中的衍射光栅在光谱分析和光通信中有广泛应用，分析衍射光栅的工作原理、特性参数以及在实际应用中的设计和优化考虑。2、（本题5分）几何光学中的成像原理在光学仪器设计中起着基础作用，论述凸透镜、凹透镜和球面镜的成像规律、像差及其校正方法。3、（本题5分）从物理原理出发，探讨热辐射的基本定律，如普朗克定律、斯忒藩-玻尔兹曼定律和维恩位移定律，分析其推导过程、物理意义以及在热辐射测量和应用中的重要性。4、（本题5分）深入研究静电场中的高斯定理在求解具有对称性电场分布问题中的应用，举例说明并分析解题思路和方法。5、（本题5分）深入分析热力学中的理想气体的混合过程和吉布斯佯谬，阐述其物理概念、热力学计算和对熵的理解。四、计算题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）一绝热气缸，内有一绝热活塞将气缸分为体积相等的两部分。左部分有理想气体，压强为P1，温度为T1；右部分为真空。迅速抽去活塞，气体自由膨胀。计算气体膨胀后的压强和温度，并分析此过程中熵的变化。2、（本题10分）一个边长为a的正立方体，在其顶点处放置