安徽机电职业技术学院《量子通讯与量子计算》2023-2024学年第二学期期末试卷.doc

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安徽机电职业技术学院
《量子通讯与量子计算》2023-2024学年第二学期期末试卷
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、在光学的折射定律应用中，一束光从玻璃射入水中，已知玻璃的折射率大于水的折射率。入射角为 45°，折射角可能是多少？（ ）
A. 30° B. 45° C. 60° D. 90°

2、在热力学第一定律的应用中，对于绝热过程，以下关于其特点的描述，不正确的是？（ ）
A. 绝热过程中，系统与外界没有热量交换 B. 绝热膨胀时，系统内能减少，温度降低 C. 绝热压缩时，系统内能增加，温度升高 D. 绝热过程中，系统对外做功等于内能的减少量

3、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

4、在热学中，一定量的理想气体经历绝热自由膨胀过程，以下哪个物理量不变？（ ）
A. 温度
B. 内能
C. 压强
D. 熵

5、在机械波的学习中，波的传播特性需要深入理解。一列沿 x 轴正方向传播的简谐波，在 t = 0 时刻的波形如图所示。已知波速为 v ，经过时间 t ，x = 2m 处的质点第一次到达波峰，那么 t 的值是多少？（ ）
A. 1/v B. 3/v C. 5/v D. 7/v

6、在电路分析的领域中，关于交流电路中电阻、电容和电感对电流和电压的影响，以下哪种说法是恰当的？（ ）
A. 在交流电路中，电阻对电流和电压的相位没有影响，电容使电流超前电压，电感使电流滞后电压
B. 交流电路中，电阻、电容和电感都会使电流和电压的相位发生相同的变化
C. 电容和电感在交流电路中对电流和电压的影响可以忽略不计，主要是电阻起作用
D. 电阻、电容和电感在交流电路中的作用是相互抵消的，最终电流和电压的关系与直流电路相同

7、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

8、在研究万有引力定律时，天体的运动遵循一定的规律。一个质量为 m 的卫星绕质量为 M 的地球做匀速圆周运动，轨道半径为 r ，线速度为 v 。若卫星的轨道半径增大到 2r ，其他条件不变，线速度会如何变化？（ ）
A. 线速度不变 B. 线速度减小到原来的 1/2 C. 线速度减小到原来的 1/√2 D. 线速度减小到原来的 1/4

9、在狭义相对论中，对于同时的相对性概念，以下关于在不同惯性参考系中观察两个事件是否同时发生的判断，描述不准确的是（ ）
A. 在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系中一定不同时发生 B. 同时的相对性是由于光速不变原理导致的 C. 当两个参考系的相对速度较小时，同时的相对性不明显 D. 同时的相对性与观察者的运动状态有关

10、在牛顿力学的研究中，对于一个物体在光滑水平面上受到水平力作用时的运动情况，以下描述不准确的是（ ）
A. 物体的加速度与所受的力成正比 B. 力消失后，物体将保持匀速直线运动 C. 物体的速度会一直线性增加 D. 物体的质量越大，加速度越小

11、在电磁学的知识体系里，关于电磁波的产生和传播特性，以下哪种表述是恰当的？（ ）
A. 电磁波只能由电荷的匀速运动产生，其传播不需要介质，在真空中的传播速度与频率无关
B. 电磁波可以由电荷的变速运动产生，其传播需要介质，在不同介质中的传播速度相同
C. 电磁波的产生与电荷的运动无关，其传播速度在真空中恒定，但在不同介质中会发生变化，且频率越高，折射越明显
D. 电磁波由周期性变化的电场和磁场相互激发产生，在真空中以光速传播，频率不同的电磁波在同一介质中的传播速度不同

12、在波动学中，驻波是由两列振幅、频率和传播方向相同，但相位相反的波叠加形成的。对于一根两端固定的弦上产生的驻波，其波长与弦长之间存在怎样的关系？（ ）
A. 波长等于弦长的整数倍 B. 波长等于弦长的半整数倍 C. 波长与弦长无关 D. 波长是弦长的两倍

13、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 = hν B. E = mc² C. E = 1/2 mv² D. E = mgh

14、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

15、在研究光的折射时，一束光从光密介质射向光疏介质，当入射角增大到一定程度时会发生全反射现象，以下哪种条件能使全反射更容易发生？（ ）
A. 增大光密介质的折射率
B. 减小光密介质的折射率
C. 增大光疏介质的折射率
D. 减小光的频率

16、在相对论中，对于一个高速运动的物体，其质量会随着速度的增加而增大。当速度接近光速时，质量的增加趋势是怎样的？（ ）
A. 质量增加得越来越慢 B. 质量增加得越来越快 C. 质量保持不变 D. 质量先增加得快，后增加得慢

17、在热力学的卡诺循环中，由两个等温过程和两个绝热过程组成。如果卡诺热机的高温热源温度为 T1 ，低温热源温度为 T2 ，其效率 η 可以表示为？（ ）
A. 1 - T2/T1 B. 1 - T1/T2 C. T2/(T1 - T2) D. (T1 - T2)/T1

18、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

19、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

20、在相对论中，同时的相对性是一个重要的概念。在一个惯性系中同时发生的两个事件，在另一个相对该惯性系运动的惯性系中观察，这两个事件是否一定同时发生？（ ）
A. 一定同时发生 B. 一定不同时发生 C. 可能同时发生，也可能不同时发生 D. 条件不足，无法判断

21、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/f B. λ = f/c C. λ = cf D. λ = c²/f

22、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

23、在光学仪器中，显微镜和望远镜的原理和性能是重要的知识点。以下关于显微镜和望远镜的分辨本领，不正确的是？（ ）
A. 显微镜的分辨本领取决于物镜的数值孔径 B. 望远镜的分辨本领取决于物镜的口径 C. 增大显微镜的放大倍数可以提高分辨本领 D. 望远镜的分辨本领与目镜无关

24、在光学的光的偏振现象中，自然光通过偏振片后会变成偏振光。如果一束自然光以 60 度的入射角入射到一块偏振片上，已知自然光的光强为 I0 ，那么通过偏振片后的光强是多少？（ ）
A. I0/2 B. I0/4 C. 3I0/8 D. I0/8

25、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

二、简答题（本大题共4个小题，共20分)
1、（本题5分）在热力学中，解释热平衡的概念和条件？

2、（本题5分）在热力学中，熵的概念在判断热过程的方向性方面具有重要作用。请解释熵增原理，并通过一个具体的热传递过程计算熵的变化，判断过程的方向性。

3、（本题5分）在相对论力学中，相对论质量与速度的关系不同于经典力学。请推导相对论质量的表达式，解释其物理意义，并分析在高速运动情况下物体质量的变化对其动力学行为的影响。

4、（本题5分）说明波动光学中的双折射现象的产生原因及特点，分析双折射在光学中的应用。

三、计算题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）一理想气体经历绝热自由膨胀过程，初态体积为 V1 ，温度为 T1 ，末态体积为 V2 。计算末态的温度和压强，并说明此过程中内能、熵的变化情况。

2、（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。

3、（本题5分）一个质量为 m 的小球在光滑的水平面上以速度 v 与一个质量为 2m 的静止小球发生完全弹性碰撞。求碰撞后两小球的速度。

4、（本题5分）一个内径为 r₁、外径为 r₂的均匀带电圆环，圆环轴线上有一点电荷 q，求圆环轴线上任意一点的电场强度和电势。

5、（本题5分）一个质量为 M 的木块在光滑水平面上以速度 v 运动，与一个质量为 m 的静止木块发生完全非弹性碰撞。已知两木块的质量 M 和 m 以及初始速度 v，求碰撞后的共同速度。

四、论述题（本大题共3个小题，共30分)
1、（本题10分）详细研究波动光学中的惠更斯原理和菲涅耳原理，阐述它们对光的传播、反射和折射现象的解释和应用。

2、（本题10分）在热力学中，熵是一个关键概念，请深入分析熵的物理意义、计算方法以及其在判断热力学过程方向性和理解复杂系统中的作用。

3、（本题10分）论述光学中的全反射现象的原理及应用，举例说明其在光纤通信和光学仪器中的重要性。

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