山東師范大學《應用光學》2021-2022學年第一學期期末試卷

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《應用光學》2021-2022學年第一學期期末試卷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、對于狹義相對論中的質能關系，以下關于其表達式和物理意義，哪一項是恰當的？（）A.質能關系為E=mc^2，表明質量和能量是相互獨立的物理量，沒有直接的聯系B.質能關系指出能量和質量可以相互轉化，一定的質量對應著一定的能量，在核反應等過程中得到了廣泛的驗證C.質能關系只適用于高速運動的物體，對于低速運動的物體，質量和能量的關系可以忽略不計D.質能關系中的光速c是一個可以變化的量，取決于參考系的選擇2、在電磁學中，安培力的大小與電流、磁場等因素有關。一根長度為L的直導線，通有電流I，垂直放入磁感應強度為B的勻強磁場中，導線所受安培力的大小為F。若將導線長度增加到2L，電流增大到2I，磁場的磁感應強度增大到2B，此時導線所受安培力的大小變?yōu)槎嗌?？（）A.2FB.4FC.8FD.16F3、對于量子力學的基本概念，以下關于波粒二象性和不確定性原理的理解，哪一項是恰當的？（）A.波粒二象性指出微觀粒子有時表現為粒子，有時表現為波，不確定性原理則限制了我們同時精確測量粒子的位置和動量B.波粒二象性意味著微觀粒子既是粒子又是波，不確定性原理表明我們可以同時精確測量粒子的位置和動量，但測量精度有限C.波粒二象性和不確定性原理只適用于微觀世界，對宏觀物體沒有任何意義D.微觀粒子的波粒二象性和不確定性原理是相互矛盾的，無法統一解釋微觀粒子的行為4、對于固體物理的知識，以下關于晶體結構和晶格振動的特點，哪一項是正確的？（）A.晶體具有規(guī)則的周期性結構，晶格振動對晶體的熱學性質沒有影響B(tài).晶體中的原子或分子在空間呈無序排列，晶格振動的頻率與晶體的彈性常數無關C.晶體結構的類型眾多，晶格振動會導致晶體產生熱膨脹和熱傳導等現象D.晶格振動只在高溫下對晶體的性質有作用，在低溫時可以忽略不計5、在牛頓力學的研究中，對于一個物體在光滑水平面上受到水平力作用時的運動情況，以下描述不準確的是（）A.物體的加速度與所受的力成正比B.力消失后，物體將保持勻速直線運動C.物體的速度會一直線性增加D.物體的質量越大，加速度越小6、在電磁學中，畢奧-薩伐爾定律用于計算電流產生的磁場。以下關于畢奧-薩伐爾定律的適用范圍，不準確的是？（）A.適用于恒定電流產生的磁場B.適用于各種形狀的載流導線C.對于運動電荷產生的磁場也適用D.只適用于無限長直導線產生的磁場7、關于萬有引力定律，兩個質量分別為m1和m2、相距為r的物體之間的引力大小與哪些因素有關？（）A.只與m1和m2有關B.只與r有關C.與m1、m2和r都有關D.與m1、m2、r以及引力常量G都有關8、在近代物理學的發(fā)展中，黑體輻射現象引發(fā)了重要的理論突破。對于一個黑體，其單位面積在單位時間內輻射出的能量與波長和溫度有關。在一定溫度下，隨著波長的增加，輻射能量會如何變化？（）A.一直增加B.先增加后減小C.一直減小D.先減小后增加9、在光學的折射定律中，折射率是關鍵參數。一束光線從玻璃射入空氣中，玻璃的折射率為n，入射角為i。若玻璃的折射率增大，入射角不變，折射光線會如何變化？（）A.折射角增大B.折射角減小C.折射角不變D.無法確定10、在剛體的定軸轉動中，角動量守恒定律在很多情況下都適用。以下關于角動量守恒的條件，不準確的是？（）A.系統所受合外力矩為零B.系統所受合外力為零C.內力對轉軸的力矩之和為零D.角動量守恒定律在微觀和宏觀領域都適用11、在磁場對電流的作用中，對于安培力的大小、方向的判斷以及磁力矩的計算，以下說法錯誤的是（）A.安培力的大小與電流大小、導線長度和磁感應強度有關B.安培力的方向用左手定則判斷C.當載流導線與磁場方向平行時，安培力最大D.磁力矩等于安培力與力臂的乘積12、關于自感和互感現象，以下對于自感系數、互感系數的影響因素以及自感和互感在電路中的作用和應用的理解，不正確的是（）A.自感系數與線圈的匝數、形狀和是否有鐵芯有關B.互感系數與兩個線圈的相對位置和匝數有關C.自感現象總是阻礙電流的變化D.互感現象在變壓器中沒有作用13、在波動光學中，薄膜干涉是一種常見的現象。一束光照射在厚度均勻的薄膜上，發(fā)生干涉現象。若薄膜的厚度增加，干涉條紋的間距會如何變化？（）A.間距不變B.間距增大C.間距減小D.無法確定14、在相對論中，質速關系表明物體的質量會隨著速度的增加而增加。以下關于質速關系的理解，不準確的是？（）A.當物體的速度接近光速時，其質量會趨于無窮大B.質速關系是狹義相對論的重要推論之一C.質速關系說明在低速情況下，經典力學的質量概念仍然適用D.物體的質量增加是由于其動能的增加導致的15、在電磁感應現象中，自感和互感是常見的概念。以下關于自感和互感系數的決定因素，不正確的是？（）A.自感系數與線圈的形狀、大小、匝數以及是否有鐵芯有關B.互感系數與兩個線圈的相對位置、匝數以及周圍介質有關C.兩個線圈靠得越近，互感系數越大D.自感系數和互感系數都與電流的變化率成正比二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）說明量子力學中的量子隧穿時間的概念及研究意義，分析量子隧穿時間在量子力學中的重要性。2、（本題5分）在研究簡諧運動時，說明回復力的特點及其與位移之間的關系，并解釋為什么簡諧運動具有周期性和對稱性。3、（本題5分）結合熱力學中的熱容量概念，分析定容熱容量和定壓熱容量的定義、物理意義和兩者之間的關系。4、（本題5分）分析電阻定律的表達式及影響電阻的因素，探討其在實際中的應用。三、論述題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）在電磁學中，電磁波在介質中的傳播特性是重要的研究內容，請論述電磁波在不同介質中的折射、反射和吸收現象，以及介質的電磁參數對傳播的影響和應用。2、（本題5分）探討流體力學中的可壓縮流動和激波，論述可壓縮流動的基本方程、激波的形成和特性，以及可壓縮流動和激波在航空航天和高速流動中的應用。3、（本題5分）波動光學中的多光束干涉現象在干涉儀和高分辨率光譜學中有重要應用，分析多光束干涉的原理、特點和計算方法，論述其實際應用中的優(yōu)勢和局限性。4、（本題5分）論述固體物理中的晶格振動和熱學性質，包括晶格振動的模式、聲子的概念，以及晶格振動對固體比熱容的貢獻和在熱傳導中的作用。5、（本題5分）相對論力學對經典力學進行了修正和拓展，請深入探討相對論力學中的質能等價原理，包括其數學表達式、實驗驗證以及在能源和天體物理中的應用。四、計算題（本大題共4個小題，共40分)1、（本題10分）一個半徑為R的金屬圓環(huán)，通有電流I，在圓環(huán)所在平面內有一勻強磁場，磁感應強度為B，方向垂直于圓環(huán)平面。計算圓環(huán)所受的安培力。2、（本題10分）一光線從折射率為n1的介質射向折射率為n2的介質分界面，入射角為θ1，發(fā)生全反射的臨界角為θc。已知n1和n2，計算臨界角θc