琼台师范学院《光学实验》2023-2024学年第一学期期末试卷.doc

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琼台师范学院《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

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、在热力学过程中，卡诺循环具有重要的理论意义。以下关于卡诺循环效率的描述，不准确的是？（ ）
A. 卡诺循环效率只与高温热源和低温热源的温度有关 B. 提高高温热源温度或降低低温热源温度可以提高卡诺循环效率 C. 卡诺循环效率可以达到 100% D. 实际热机的效率总是低于卡诺循环效率

2、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 = A sin(ωt + φ)，以下哪个物理量决定了振动的初相位？（ ）
A. A
B. ω
C. φ
D. t

3、在热力学第二定律的学习中，对于一个热机，从高温热源吸收热量 Q1 ，向低温热源放出热量 Q2 ，对外做功 W 。以下关于热机效率的表达式，哪一项是不正确的？（ ）
A. η = W / Q1
B. η = （Q1 - Q2） / Q1
C. 热机效率不可能达到 100%
D. 热机效率与工作物质的性质无关

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 = A sin(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、在热力学第一定律的表达式 ΔU = Q + W 中，W 表示外界对系统做功。以下哪种情况中，系统对外做功？（ ）
A. W > 0 B. W < 0 C. W = 0 D. 以上都有可能

6、在量子力学的隧道效应中，微观粒子具有穿越势垒的能力。对于一个给定的势垒，粒子穿越势垒的概率与哪些因素有关？（ ）
A. 只与势垒高度有关 B. 只与势垒宽度有关 C. 与势垒高度和宽度都有关 D. 与粒子的速度有关

7、在热力学第二定律的探讨中，关于熵增加原理及其在热现象中的体现，以下哪种表述是正确的？（ ）
A. 熵增加原理指出，在任何自发的热力学过程中，系统的熵总是增加的，这意味着热量总是从高温物体自发地流向低温物体
B. 熵增加原理表明，封闭系统的熵不可能减少，熵的变化只与系统的初末状态有关，与过程无关
C. 虽然熵增加原理适用于大多数热力学过程，但在某些特殊情况下，系统的熵可能会减少
D. 熵增加原理只是一种理论假设，在实际的热现象中无法得到验证

8、在电磁学中，安培力的大小与电流、磁场等因素有关。一根长度为 L 的直导线，通有电流 I ，垂直放入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，导线所受安培力的大小为 F 。若将导线长度增加到 2L ，电流增大到 2I ，磁场的磁感应强度增大到 2B ，此时导线所受安培力的大小变为多少？（ ）
A. 2F B. 4F C. 8F D. 16F

9、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

10、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（ ）

11、在热力学的研究中，一定质量的理想气体经历绝热膨胀过程。在此过程中，气体的内能、温度和压强都发生了变化。以下关于这些变化的描述，哪一项是不准确的？（ ）
A. 气体内能减小，因为绝热膨胀对外做功
B. 温度降低，因为内能减小
C. 压强减小，且与体积成反比
D. 气体对外做功的值等于内能的减少量

12、在相对论的理论框架下，时间和空间的概念发生了深刻的变化。一个高速运动的物体，其长度会在运动方向上发生收缩。如果一个静止时长为 L0 的物体，以速度 v 运动时，其长度 L 会如何变化？（ ）
A. L = L0 B. L = L0 √(1 - v²/c²) C. L = L0 √(1 + v²/c²) D. L = L0 / √(1 - v²/c²)

13、在静电场中，对于电场强度和电势的关系，以下关于电场线和等势面的性质以及它们之间的相互联系，说法不正确的是（ ）
A. 电场线总是垂直于等势面 B. 电场强度的方向总是指向电势降低的方向 C. 等势面上各点的电场强度大小相等 D. 沿着电场线方向，电势逐渐降低

14、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

15、在量子力学中，薛定谔方程是描述微观粒子状态的基本方程。对于一个处于定态的微观粒子，其波函数满足薛定谔方程，以下关于定态的说法正确的是：（ ）
A. 定态时粒子的能量不随时间变化 B. 定态时粒子的位置不随时间变化 C. 定态时粒子的速度不随时间变化 D. 以上说法都不正确

16、对于光的偏振现象，以下关于自然光、偏振光的产生和检验方法以及偏振光的应用，表述错误的是（ ）
A. 自然光通过偏振片可以变成偏振光 B. 偏振光的振动方向在垂直于传播方向的平面内是固定的 C. 可以用偏振片检验光是否为偏振光 D. 光的偏振现象在通信领域没有应用

17、对于电场中的电势能和电势差，以下关于电荷在电场中电势能的变化、电势差的定义和计算，以及它们与电场强度的关系的表述，不准确的是（ ）
A. 正电荷在电势高处电势能大，负电荷在电势低处电势能大 B. 电势差等于电场中两点电势之差 C. 电场强度越大，电势差越大 D. 电荷在电场中移动时，电势能的变化等于电场力做的功

18、在量子物理中，不确定性原理限制了我们同时精确测量粒子的某些物理量。以下关于不确定性原理的表述，不正确的是？（ ）
A. 不能同时精确测量粒子的位置和动量 B. 不能同时精确测量粒子的能量和时间 C. 不确定性原理是由于测量技术的限制导致的 D. 不确定性原理反映了微观粒子的波动性

19、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

20、在磁场中，一根通有电流I、长度为L的直导线，垂直于磁场方向放置，若磁感应强度为B，那么导线所受的安培力大小是多少？（ ）
A. BIL
B. 0
C. BIL/2
D. 无法确定

21、在光的偏振现象中，自然光通过偏振片后变成了偏振光。如果两个偏振片的透振方向相互垂直，自然光通过这两个偏振片后，光强会变为原来的多少？（ ）
A. 1/2 B. 1/4 C. 0 D. 1

22、在物理光学中，对于光的衍射现象，例如单缝衍射和圆孔衍射，以下关于衍射条纹的特征、衍射条件和衍射现象的应用的描述，错误的是（ ）
A. 衍射条纹中央亮纹宽度最宽 B. 障碍物或孔隙的尺寸与光的波长相当或更小时发生明显衍射 C. 光的衍射现象证明了光具有波动性 D. 衍射现象在光学仪器的分辨率提高方面没有作用

23、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

24、对于静电场的性质，以下关于电场强度和电势的概念以及它们之间的关系，哪一个是正确的？（ ）
A. 电场强度是描述电场力的性质的物理量，电势是描述电场能的性质的物理量，电场强度的方向总是指向电势降低的方向
B. 电场强度和电势没有直接关系，它们分别独立描述电场的不同特性，电场强度大的地方电势一定高
C. 电势的大小与电场强度的大小成正比，电场强度为零的地方电势也一定为零
D. 电场强度和电势都是标量，它们的叠加遵循代数相加的原则

25、在牛顿运动定律的应用中，连接体问题是常见的类型。两个质量分别为 m1 和 m2 的物体，通过轻绳连接在光滑水平面上运动，拉力 F 作用在 m1 上。若绳子突然断裂，m2 的加速度会如何变化？（ ）
A. 加速度变为 0 B. 加速度不变 C. 加速度增大 D. 加速度减小

二、简答题（本大题共4个小题，共20分)
1、（本题5分）分析液体的表面张力现象及产生原因，探讨表面张力在日常生活和科学研究中的应用。

2、（本题5分）在研究热力学中的多方过程时，说明多方过程的特点和方程，并举例说明其在实际气体中的应用。

3、（本题5分）在研究电磁波的发射和接收时，说明天线的工作原理和调制解调的过程。

4、（本题5分）阐述量子力学中的量子纠缠的概念及特点，分析量子纠缠在量子信息科学中的应用。

三、计算题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）一理想气体在等压过程中吸收了热量 Q，对外做功 W，求气体的内能变化量和摩尔热容。

2、（本题5分）在一个由两个电容分别为 C₁和 C₂的电容器并联组成的电路中，电源电动势为 E，内阻为 r。求电路中的充电电流、各电容器两端的电压以及储存的电场能量。

3、（本题5分）一个半径为 R 的均匀带电半圆环，电荷线密度为 λ。求半圆环圆心处的电场强度。

4、（本题5分）一均匀带电的无限长圆柱面，半径为 R，电荷线密度为 λ。计算圆柱面内外的电场强度，并分析电场强度与距离的关系。

5、（本题5分）一质量为 m 的小球在光滑的固定圆环上做圆周运动，圆环半径为 R ，小球受到的向心力大小为 F 。计算小球的运动速度和周期。

四、论述题（本大题共3个小题，共30分)
1、（本题10分）探讨固体物理中的晶体结构和能带理论，包括晶体的晶格结构、原子价键类型，以及能带的形成和对固体导电性的影响，举例说明其在半导体器件中的应用。

2、（本题10分）量子力学中的量子霍尔效应是一种重要的量子现象，阐述量子霍尔效应的发现、物理机制和实验特征，以及在计量学和凝聚态物理中的应用。

3、（本题10分）从物理角度论述电介质中的电导现象，包括电介质电导的机制、电导率的计算和影响因素，以及电介质电导在绝缘材料和电子器件中的应用。

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