西安交通大學《量子力學》2023-2024學年第一學期期末試卷

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《量子力學》2023-2024學年第一學期期末試卷院(系)_______班級_______學號_______姓名_______題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共25個小題，每小題1分，共25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(tǒng)所受合外力矩為零B.系統(tǒng)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2、在研究光的折射現(xiàn)象時，一束光線從空氣斜射入水中。假設入射角為45度，水的折射率為1.33。以下關于折射角的大小，哪一項描述是不準確的？（）A.折射角小于入射角，且小于45度B.折射角可以通過折射率和入射角，利用折射定律計算得出C.折射角一定大于0度且小于45度D.折射角的具體度數(shù)與光的波長無關3、在量子物理的原子結構模型中，對于玻爾模型和量子力學模型的區(qū)別與聯(lián)系，以下關于電子軌道、能量量子化和電子躍遷的解釋，不準確的是（）A.玻爾模型中電子軌道是固定的B.量子力學模型中電子運動狀態(tài)用波函數(shù)描述C.兩種模型都能很好地解釋所有原子的光譜現(xiàn)象D.電子躍遷會吸收或放出特定頻率的光子4、關于熱力學中的循環(huán)過程，對于正循環(huán)和逆循環(huán)的定義、熱機效率和制冷系數(shù)的計算，以及卡諾循環(huán)的特點和效率極限的闡述，描述錯誤的是（）A.正循環(huán)對外做功，逆循環(huán)外界對系統(tǒng)做功B.熱機效率和制冷系數(shù)都與工作物質無關C.卡諾循環(huán)是理想的可逆循環(huán)D.卡諾熱機的效率可以達到100%5、在電路分析的領域中，關于交流電路中電阻、電容和電感對電流和電壓的影響，以下哪種說法是恰當?shù)模浚ǎ〢.在交流電路中，電阻對電流和電壓的相位沒有影響，電容使電流超前電壓，電感使電流滯后電壓B.交流電路中，電阻、電容和電感都會使電流和電壓的相位發(fā)生相同的變化C.電容和電感在交流電路中對電流和電壓的影響可以忽略不計，主要是電阻起作用D.電阻、電容和電感在交流電路中的作用是相互抵消的，最終電流和電壓的關系與直流電路相同6、在研究物體的運動時，我們常常需要考慮力的作用。一個質量為m的物體在光滑水平面上受到一個水平恒力F的作用，經過時間t后，物體的速度從0增加到v。若力的大小變?yōu)?F，其他條件不變，物體達到速度v所需的時間會如何變化？（）A.時間不變B.時間縮短為原來的一半C.時間縮短為原來的四分之一D.無法確定7、在光學的干涉現(xiàn)象研究中，雙縫干涉實驗具有重要意義。在雙縫干涉實驗中，兩縫間距為d，屏到雙縫的距離為D，波長為λ的單色光垂直入射，相鄰明條紋之間的間距Δx與上述各量之間的關系是怎樣的？（）A.Δx=λD/dB.Δx=λd/DC.Δx=Dλ/dD.Δx=dλ/D8、在光學的偏振現(xiàn)象中，一束自然光通過偏振片后變成了偏振光。若偏振片的透振方向與光的振動方向夾角為θ，以下關于透過偏振片后的光強，哪一項計算是不正確的？（）A.光強與cos2θ成正比B.當θ=0時，光強最大C.可以通過馬呂斯定律計算光強D.光強與入射光的波長有關9、在電磁學中，磁場對運動電荷的作用力稱為洛倫茲力。以下關于洛倫茲力的特點，不準確的是？（）A.洛倫茲力始終垂直于電荷的運動方向B.洛倫茲力不做功C.洛倫茲力的大小與電荷的速度成正比D.電荷在磁場中運動時一定受到洛倫茲力10、在相對論力學中，質能方程E=mc2揭示了質量和能量的等價性。以下關于質能方程的理解，不準確的是？（）A.質量和能量可以相互轉化，且轉化過程中總能量守恒B.靜止物體也具有能量，其大小由質能方程給出C.質能方程表明質量就是能量，能量就是質量D.在核反應中，質量的虧損會釋放出巨大的能量11、在電磁學的電磁波理論中，對于電磁波的產生、傳播特性和應用，以下關于電磁波的波長、頻率、波速的關系以及電磁波在真空中和介質中的傳播的描述，錯誤的是（）A.電磁波的波速等于波長與頻率的乘積B.電磁波在真空中的傳播速度是恒定的C.電磁波在介質中的波長比在真空中長D.不同頻率的電磁波在真空中傳播速度相同12、在波動光學中，單縫衍射的中央亮條紋寬度與其他亮條紋寬度不同。中央亮條紋寬度約為其他亮條紋寬度的：（）A.1倍B.2倍C.3倍D.4倍13、在電磁感應的學習中，一個閉合回路中的磁通量發(fā)生變化，產生了感應電動勢。若磁通量的變化率恒定，以下關于感應電動勢的大小和方向，哪一項分析是不正確的？（）A.感應電動勢的大小恒定B.感應電動勢的方向由楞次定律確定C.可以通過法拉第電磁感應定律計算感應電動勢的大小D.感應電動勢的大小與回路的電阻無關14、在牛頓運動定律的應用中，連接體問題是常見的類型。兩個質量分別為m1和m2的物體，通過輕繩連接在光滑水平面上運動，拉力F作用在m1上。若繩子突然斷裂，m2的加速度會如何變化？（）A.加速度變?yōu)?B.加速度不變C.加速度增大D.加速度減小15、在電學實驗中，用伏安法測量一個未知電阻的阻值。若實驗中電流表采用內接法，電壓表內阻為Rv，電流表內阻為Ra，測量值為Rx'。以下關于測量值與真實值的關系，哪一項分析是不準確的？（）A.測量值大于真實值，因為電流表分壓B.真實值可以通過相關公式計算得出C.當Rv遠大于Rx且Ra較小時，測量誤差較小D.測量值與電源的電動勢無關16、在熱學中，理想氣體的絕熱過程是一種特殊的熱力學過程。以下關于絕熱過程中氣體狀態(tài)參量的變化，不準確的是？（）A.絕熱壓縮時，溫度升高，壓強增大B.絕熱膨脹時，溫度降低，壓強減小C.絕熱過程中，氣體的內能保持不變D.絕熱過程中17、在近代物理中，電子通過雙縫干涉實驗時表現(xiàn)出波動性，以下哪種解釋能說明這一現(xiàn)象？（）A.電子與雙縫邊緣發(fā)生碰撞B.電子在雙縫間發(fā)生折射C.電子的運動遵循概率波規(guī)律D.電子受到雙縫間電場的作用18、在光學的研究中，光的折射現(xiàn)象遵循一定的規(guī)律。對于一束光線從空氣斜射入水中，入射角為45度，已知水的折射率為1.33，那么折射角大約是多少度？（）A.30度B.32度C.35度D.40度19、在相對論的研究中，時間膨脹效應是一個關鍵概念。一個靜止時長為t0的時鐘，放在以速度v運動的飛船上，地面上的觀察者測得的時鐘時間t會如何變化？（）A.t<t0B.t=t0C.t>t0D.與v的大小無關20、對于靜電場中的高斯定理，以下對于通過閉合曲面的電通量與曲面內電荷代數(shù)和之間關系的理解，不正確的是（）A.高斯定理反映了靜電場是有源場B.電通量只與曲面內的電荷有關，與曲面外的電荷無關C.無論曲面形狀如何，只要閉合曲面內電荷代數(shù)和不變，電通量就不變D.高斯定理只適用于對稱性電場21、在靜電場中，一個帶電量為Q的點電荷周圍存在電場。若在距離點電荷r處放置一個試探電荷q，以下關于試探電荷所受電場力的大小和方向，哪一項說法是不正確的？（）A.電場力的大小與r的平方成反比B.電場力的方向沿兩點電荷連線且背離點電荷C.可以根據(jù)庫侖定律計算電場力的大小D.電場力的大小與試探電荷的電量成正比22、在剛體力學中，對于轉動動能和轉動慣量的計算，以及定軸轉動的動能定理和機械能守恒定律的應用，以下說法不正確的是（）A.轉動動能等于轉動慣量與角速度平方的乘積的一半B.定軸轉動的動能定理適用于剛體的變速轉動C.只有保守力做功時，剛體定軸轉動的機械能守恒D.剛體的轉動慣量與轉動軸的位置無關23、在波動光學的領域，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致條紋間距減小D.條紋間距的變化與光源的強度無關24、在波動光學的薄膜干涉中，增透膜和增反膜的原理基于光的干涉。對于垂直入射的光，要使某波長的光在薄膜表面反射時產生相消干涉，薄膜的厚度應該滿足什么條件？（）A.厚度為該波長的四分之一B.厚度為該波長的二分之一C.厚度為該波長的整數(shù)倍D.厚度為該波長的半整數(shù)倍25、在物理光學中，對于光的衍射現(xiàn)象，例如單縫衍射和圓孔衍射，以下關于衍射條紋的特征、衍射條件和衍射現(xiàn)象的應用的描述，錯誤的是（）A.衍射條紋中央亮紋寬度最寬B.障礙物或孔隙的尺寸與光的波長相當或更小時發(fā)生明顯衍射C.光的衍射現(xiàn)象證明了光具有波動性D.衍射現(xiàn)象在光學儀器的分辨率提高方面沒有作用二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）請詳細闡述狹義相對論中的質速關系，推導其數(shù)學表達式，解釋其物理意義，并舉例說明其在高速運動粒子質量計算中的應用。2、（本題5分）在熱力學第一定律的框架下，闡述其表達式中各項的物理含義，討論能量守恒在不同熱學過程中的具體表現(xiàn)和應用。3、（本題5分）隨著天體物理中的黑洞研究，探討黑洞的形成機制、特性（如事件視界、奇點）和探測方法。4、（本題5分）在量子力學的氫原子精細結構中，論述相對論效應和自旋軌道耦合對氫原子能級的修正，推導精細結構能級的表達式，并舉例說明其在光譜分析中的應用。三、計算題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）一個半徑為r的圓形區(qū)域內存在垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為B。有一質子以速度v沿半徑方向從A點射入磁場，經過時間t從C點射出磁場，已知∠AOC=120°，求質子在磁場中的軌道半徑和磁場區(qū)域的半徑。2、（本題5分）在雙縫干涉實驗中，用波長為λ1和λ2的兩種單色光分別照射，在屏上形成干涉條紋。已知屏上某點到兩縫的光程差相同，分別為δ1和δ2，求這兩種光在該點干涉條紋的級次之差。3、（本題5分）在折射率為n的介質中，有一頻率為ν的光源向各個方向均勻發(fā)射光子。已知普朗克常量為h。計算單位時間內通過垂直于光傳播方向單位面積的光子數(shù)，并分析當頻率和折射率變化時的影響。4、（本題5分）一個長為L、質量為m的均勻鏈條，放在光滑的水平桌面上，其長度的1/4懸于桌邊，鏈條由靜止開始下滑。已知鏈條長度L和質量m，求鏈條剛離開桌邊時的速度。5、（本題5分）在一個豎直放置的U形管中，裝有密度為1.0×10^3kg/m3的液體，U形管左右兩管的液面高度差為20cm。當U形管向右加速運動，加速度大小為5.0m/s2時，計算兩管液面的高度差。四