西北大學(xué)《普通物理實驗》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級_______學(xué)號_______姓名_______題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共15個小題，每小題1分，共15分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、在磁場中，安培環(huán)路定理可以用來計算磁感應(yīng)強度。以下關(guān)于安培環(huán)路定理的應(yīng)用，不準(zhǔn)確的是？（）A.要求磁場具有高度的對稱性B.閉合回路必須選取在磁場為零的區(qū)域C.可以用于計算無限長直導(dǎo)線周圍的磁感應(yīng)強度D.對于非對稱的磁場分布，不能直接應(yīng)用安培環(huán)路定理2、在熱力學(xué)定律的應(yīng)用中，理想氣體經(jīng)歷自由膨脹過程。此過程中，氣體的溫度會如何變化？（）A.升高B.降低C.不變D.可能升高也可能降低3、在剛體力學(xué)的研究中，轉(zhuǎn)動慣量是描述剛體轉(zhuǎn)動特性的重要物理量。對于一個質(zhì)量分布均勻的細圓環(huán)，其半徑為R，質(zhì)量為M，關(guān)于其繞圓心軸的轉(zhuǎn)動慣量，以下哪個表達式是正確的？（）A.MR2B.2MR2C.1/2MR2D.1/4MR24、在剛體力學(xué)中，一剛體繞定軸轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動慣量為I，角速度為ω。若對剛體施加一個恒定的合外力矩M，經(jīng)過一段時間t。以下關(guān)于角速度的變化，哪一項表述是不準(zhǔn)確的？（）A.角速度的增加量為Mt/IB.轉(zhuǎn)動慣量越大，角速度的增加越慢C.合外力矩越大，角速度的變化越快D.角速度的變化與剛體的初始角速度無關(guān)5、在量子力學(xué)的應(yīng)用中，關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和能級的理論，以下哪種說法是準(zhǔn)確的？（）A.原子的能級是連續(xù)分布的，電子可以在任意能級之間躍遷，發(fā)出或吸收任意頻率的光子B.原子的能級是分立的，電子只能在特定的能級之間躍遷，發(fā)出或吸收特定頻率的光子，符合玻爾的原子模型C.量子力學(xué)中的原子結(jié)構(gòu)理論無法解釋原子光譜的精細結(jié)構(gòu)和復(fù)雜現(xiàn)象D.原子的能級結(jié)構(gòu)和電子躍遷與原子核的性質(zhì)無關(guān)，只取決于電子的運動狀態(tài)6、在相對論中，考慮兩個相對運動的慣性系S和S'，在S系中同時發(fā)生的兩個事件，在S'系中觀測可能不同時發(fā)生。以下關(guān)于這種時間相對性的解釋，哪一項是不正確的？（）A.時間的相對性是由光速不變原理導(dǎo)致的B.可以通過洛倫茲變換來計算時間的差異C.這種時間差異只在高速運動時才明顯D.時間的相對性與觀察者的位置無關(guān)7、在量子物理中，氫原子的能級結(jié)構(gòu)遵循特定的規(guī)律。對于氫原子從高能級向低能級躍遷時，會發(fā)射出光子。以下關(guān)于光子能量的計算，哪個公式是正確的？（）A.E=hνB.E=mc2C.E=1/2mv2D.E=mgh8、在相對論中，當(dāng)一個物體的運動速度接近光速時，以下哪個物理量會變得接近于無窮大？（）A.物體的質(zhì)量B.物體的動能C.物體的動量D.物體的勢能9、在量子場論的初步介紹中，關(guān)于場的量子化和粒子的產(chǎn)生與湮滅，以下哪種表述是恰當(dāng)?shù)?？（）A.量子場論認為場是連續(xù)的，不存在粒子的產(chǎn)生和湮滅過程B.場的量子化使得粒子可以在真空中自發(fā)地產(chǎn)生和消失，這與能量守恒定律相矛盾C.量子場論通過對場進行量子化處理，成功解釋了粒子的產(chǎn)生與湮滅現(xiàn)象，并且與實驗結(jié)果相符D.粒子的產(chǎn)生與湮滅只在微觀尺度上發(fā)生，對宏觀物理現(xiàn)象沒有任何影響10、在波動光學(xué)的領(lǐng)域，考慮一束相干光通過雙縫后在屏幕上形成的干涉條紋。若增大雙縫之間的距離，同時保持其他條件不變。以下關(guān)于干涉條紋間距的變化，哪一項分析是不正確的？（）（）A.條紋間距會變小，因為雙縫間距與條紋間距成反比B.可以通過雙縫干涉的公式來定量計算條紋間距的變化C.光的波長不變的情況下，雙縫間距增大必然導(dǎo)致條紋間距減小D.條紋間距的變化與光源的強度無關(guān)11、在電學(xué)中，一個電阻為R的電阻絲，接在電壓為U的電源上，在t時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q。若將電阻絲對折后接入同一電源，在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量是多少？（）A.Q/4B.Q/2C.2QD.4Q12、關(guān)于熱力學(xué)過程中的絕熱過程和等溫過程，以下對于絕熱壓縮和等溫壓縮過程中壓強變化、內(nèi)能變化和做功情況的分析，不正確的是（）A.絕熱壓縮過程壓強增加較快B.等溫壓縮過程內(nèi)能不變C.絕熱壓縮過程外界對系統(tǒng)做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.絕熱壓縮和等溫壓縮過程外界做功相同13、在靜電場中，電勢是描述電場能的性質(zhì)的物理量。對于一個點電荷產(chǎn)生的電場，距離點電荷越遠，電勢如何變化？（）A.越高B.越低C.不變D.先升高后降低14、在靜電場的研究中，電場強度和電勢是兩個重要的物理量。對于一個點電荷產(chǎn)生的電場，電場強度為零的地方，電勢一定為零嗎？（）A.一定為零B.一定不為零C.可能為零，也可能不為零D.取決于點電荷的電荷量15、在熱力學(xué)過程中，絕熱膨脹和絕熱壓縮過程具有不同的特點。對于一定量的理想氣體，經(jīng)過絕熱膨脹后，其溫度會如何變化？（）A.升高B.降低C.不變D.無法確定二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）在波動光學(xué)中，惠更斯-菲涅耳原理是解釋光的傳播和衍射現(xiàn)象的重要原理。請解釋惠更斯-菲涅耳原理的內(nèi)容和物理意義，說明如何用該原理來計算光的衍射強度分布，并舉例說明其在光的衍射和干涉問題中的應(yīng)用。2、（本題5分）簡述量子力學(xué)中的量子糾錯碼的概念及原理，分析量子糾錯碼在量子計算中的重要性。3、（本題5分）闡述能量守恒定律在物理學(xué)中的普適性，舉例說明在力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域中能量守恒定律的具體表現(xiàn)形式。4、（本題5分）說明原子的能級結(jié)構(gòu)及玻爾理論的主要內(nèi)容，分析玻爾理論在原子物理學(xué)中的地位。三、論述題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）論述相對論性動量和能量的概念，包括其數(shù)學(xué)表達式和物理意義，分析相對論性動量和能量與經(jīng)典力學(xué)中相應(yīng)概念的區(qū)別和聯(lián)系，以及在高能物理中的應(yīng)用。2、（本題5分）全面論述麥克斯韋方程組的物理意義和數(shù)學(xué)形式，闡述其對電磁場理論的建立和發(fā)展所起到的關(guān)鍵作用。3、（本題5分）論述光學(xué)儀器如顯微鏡、望遠鏡的工作原理及發(fā)展歷程，分析其在科學(xué)研究中的作用。4、（本題5分）詳細研究波動光學(xué)中的相干光的獲得方法和干涉條紋的可見度，探討其物理原理、實驗技術(shù)和在光學(xué)測量、干涉成像中的應(yīng)用。5、（本題5分）從物理原理出發(fā)，探討固體物理中的超導(dǎo)微觀理論，包括BCS理論、高溫超導(dǎo)機制的研究進展，以及超導(dǎo)在強磁場和量子計算中的應(yīng)用前景。四、計算題（本大題共4個小題，共40分)1、（本題10分）一長為L、質(zhì)量為M的均勻細桿，可繞通過其中心的水平軸轉(zhuǎn)動，求細桿從水平位置下擺至豎直位置時的角速度和角加速度。2、（本題10分）在一個由兩個電感分別為L?和L?、兩個電容分別為C?和C?的線圈和電容器串聯(lián)組成的電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r。求電路中的電流、各元件兩端的電壓以及儲存的磁場能量和電場能量。