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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