北京理工大学《量子力学》2022-2023学年第一学期期末试卷

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《量子力学》2022-2023学年第一学期期末试卷院(系)_______班级_______学号_______姓名_______题号一二三四总分得分批阅人一、单选题（本大题共20个小题，每小题1分，共20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、在狭义相对论中，同时的相对性是一个重要概念。在一个惯性系中同时发生的两个事件，在另一个相对运动的惯性系中是否一定同时发生？（）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.取决于两个惯性系的相对速度大小2、关于波动方程，对于一列沿x轴正方向传播的简谐波的波动方程的物理意义和求解方法，以下理解不准确的是（）A.波动方程描述了任意时刻波线上各质点的位移B.已知波速和初始条件可以确定波动方程C.波动方程中的相位表示质点振动的状态D.波动方程只适用于机械波3、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4、对于静电场中的高斯定理，以下对于通过闭合曲面的电通量与曲面内电荷代数和之间关系的理解，不正确的是（）A.高斯定理反映了静电场是有源场B.电通量只与曲面内的电荷有关，与曲面外的电荷无关C.无论曲面形状如何，只要闭合曲面内电荷代数和不变，电通量就不变D.高斯定理只适用于对称性电场5、在波动光学的领域，考虑一束相干光通过双缝后在屏幕上形成的干涉条纹。若增大双缝之间的距离，同时保持其他条件不变。以下关于干涉条纹间距的变化，哪一项分析是不正确的？（）（）A.条纹间距会变小，因为双缝间距与条纹间距成反比B.可以通过双缝干涉的公式来定量计算条纹间距的变化C.光的波长不变的情况下，双缝间距增大必然导致条纹间距减小D.条纹间距的变化与光源的强度无关6、关于静电场中的电势，在一个点电荷形成的电场中，等势面的形状是什么？（）A.圆形B.椭圆形C.球面D.不规则曲面7、在光学部分，光的折射现象是重要的知识点。一束光线从空气斜射入水中，入射角为i，折射角为r。若光线在水中的传播速度变为原来的一半，入射角不变，此时折射角会如何变化？（）A.折射角增大B.折射角减小C.折射角不变D.无法确定8、在量子物理中，对于微观粒子的波粒二象性，以下关于粒子的波动性和粒子性的关系，哪一项描述是不准确的？（）A.在某些情况下表现出波动性，在某些情况下表现出粒子性B.波动性和粒子性不能同时表现出来C.波动性和粒子性是微观粒子的固有属性D.对微观粒子的描述需要同时考虑波动性和粒子性9、在相对论中，当两个观察者相对运动时，对于同一事件的时间和空间测量会有所不同，这被称为“相对性”，以下哪种情况能体现时间的相对性？（）A.运动的时钟走得比静止的时钟快B.运动的时钟走得比静止的时钟慢C.运动和静止的时钟走得一样快D.时间的测量与运动状态无关10、在相对论中，一个物体的运动速度接近光速时，其长度会发生收缩。以下关于长度收缩效应的描述，哪一项是不正确的？（）A.收缩只发生在运动方向上B.收缩的程度与速度的平方成正比C.对于静止的观察者，物体的长度会变短D.长度收缩是一种视觉错觉，实际上物体的长度不变11、在研究磁场对电流的作用时，安培力的大小可以用公式F=BIL计算。如果电流方向与磁场方向夹角为60°，安培力的大小是多少？（假设B、L不变）（）A.F/2B.√3F/2C.FD.√3F12、在热力学第三定律中，绝对零度不能达到。如果一个系统的温度接近绝对零度，那么其熵会趋近于什么值？（）A.零B.正值C.负值D.无穷大13、在热力学的研究中，理想气体经历绝热自由膨胀过程。在此过程中，以下关于气体的温度、压强和熵的变化，哪一项描述是不准确的？（）A.温度不变B.压强减小C.熵增加D.熵的变化与气体的体积变化量成正比14、对于流体力学的知识，以下关于伯努利方程及其在实际流体中的应用限制，哪一个是正确的？（）A.伯努利方程表明，在理想流体中，流速大的地方压强小，流速小的地方压强大，但该方程在粘性流体中完全不适用B.伯努利方程适用于任何流体的稳定流动，不受流体性质和流动条件的限制C.伯努利方程在实际流体中应用时，需要考虑流体的粘性、可压缩性和能量损失等因素，其结果往往是近似的D.伯努利方程只适用于水平管道中的流体流动，对于垂直或倾斜管道则无法应用15、在相对论中，当一个物体的运动速度接近光速时，以下哪个物理量会变得接近于无穷大？（）A.物体的质量B.物体的动能C.物体的动量D.物体的势能16、在静电场的高斯定理应用中，对于一个带有均匀电荷分布的球体，通过高斯面计算电场强度时，与高斯面的半径有怎样的关系？（）A.电场强度与高斯面半径成正比B.电场强度与高斯面半径成反比C.电场强度与高斯面半径的平方成正比D.在球外，电场强度与高斯面半径的平方成反比17、在相对论中，质能方程E=mc²揭示了质量和能量的等价性。当一个物体的速度接近光速时，其动能的增加与速度的关系是怎样的？（）A.动能与速度成正比B.动能与速度的平方成正比C.动能的增加变得越来越困难D.动能的增加变得越来越容易18、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19、对于原子物理学，氢原子从高能级向低能级跃迁时会发射光子，若从n=3的能级跃迁到n=1的能级，发射的光子频率是多少？（）A.由能级差决定B.固定不变C.与原子种类有关D.无法计算20、关于静电场中的电介质，对于电介质的极化现象、极化强度和电介质对电场的影响，以下说法不准确的是（）A.电介质在电场中会发生极化B.极化强度与外加电场强度成正比C.插入电介质会使电场强度减小D.电介质的极化是瞬间完成的二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）在热力学中，热容量是描述物体吸收或放出热量与温度变化关系的物理量。请解释定容热容量和定压热容量的概念，推导它们的表达式，并讨论在理想气体情况下两者的关系。2、（本题5分）说明量子力学中的波函数的物理意义及性质，分析波函数在量子力学中的重要性。3、（本题5分）阐述在热力学中克劳修斯不等式的意义和应用，说明其与熵增加原理的关系。4、（本题5分）在电磁学中，电位移矢量是描述电场的一个辅助物理量。请解释电位移矢量的定义和引入的意义，说明其与电场强度和电极化强度的关系，并举例说明其在有电介质存在时的电场计算中的应用。5、（本题5分）对于一个做自由落体运动的物体，已知其下落的高度和重力加速度，如何计算物体下落的时间、末速度和落地时的冲击力？三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一个半径为R的均匀带电球体，电荷体密度为ρ。求球内和球外的电场强度分布以及球内和球外的电势分布。2、（本题5分）一个半径为R的均匀带电薄球壳，球壳外有一点电荷q，求球壳外任意一点的电场强度和电势。3、（本题5分）一绝热容器中盛有一定量的理想气体，初始温度为T1，压强为p1。对气体进行绝热压缩，使其压强变为p2。求气体的终态温度和体积。4、（本题5分）一平行板电容器，极板面积为S，间距为d，中间充满两种电介质，电介质的厚度分别为d₁和d₂（d₁+d₂=d），介电常数分别为ε₁和ε₂。给电容器加上电压U。计算电容器极板上的电荷量和电场强度。5、（本题5分）一长直导线通有电流I，在其旁边有一矩形导体框，框的一边与导线平行，距离为d，框的边长分别为L1和L2。导线中的电流以恒定的速率变化，计算导体框中的感应电动势和感应电流，并分