西北大学《普通物理实验》2022-2023学年第一学期期末试卷

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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15个小题，每小题1分，共15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、在磁场中，安培环路定理可以用来计算磁感应强度。以下关于安培环路定理的应用，不准确的是？（）A.要求磁场具有高度的对称性B.闭合回路必须选取在磁场为零的区域C.可以用于计算无限长直导线周围的磁感应强度D.对于非对称的磁场分布，不能直接应用安培环路定理2、在热力学定律的应用中，理想气体经历自由膨胀过程。此过程中，气体的温度会如何变化？（）A.升高B.降低C.不变D.可能升高也可能降低3、在刚体力学的研究中，转动惯量是描述刚体转动特性的重要物理量。对于一个质量分布均匀的细圆环，其半径为R，质量为M，关于其绕圆心轴的转动惯量，以下哪个表达式是正确的？（）A.MR²B.2MR²C.1/2MR²D.1/4MR²4、在刚体力学中，一刚体绕定轴转动，其转动惯量为I，角速度为ω。若对刚体施加一个恒定的合外力矩M，经过一段时间t。以下关于角速度的变化，哪一项表述是不准确的？（）A.角速度的增加量为Mt/IB.转动惯量越大，角速度的增加越慢C.合外力矩越大，角速度的变化越快D.角速度的变化与刚体的初始角速度无关5、在量子力学的应用中，关于原子结构和能级的理论，以下哪种说法是准确的？（）A.原子的能级是连续分布的，电子可以在任意能级之间跃迁，发出或吸收任意频率的光子B.原子的能级是分立的，电子只能在特定的能级之间跃迁，发出或吸收特定频率的光子，符合玻尔的原子模型C.量子力学中的原子结构理论无法解释原子光谱的精细结构和复杂现象D.原子的能级结构和电子跃迁与原子核的性质无关，只取决于电子的运动状态6、在相对论中，考虑两个相对运动的惯性系S和S'，在S系中同时发生的两个事件，在S'系中观测可能不同时发生。以下关于这种时间相对性的解释，哪一项是不正确的？（）A.时间的相对性是由光速不变原理导致的B.可以通过洛伦兹变换来计算时间的差异C.这种时间差异只在高速运动时才明显D.时间的相对性与观察者的位置无关7、在量子物理中，氢原子的能级结构遵循特定的规律。对于氢原子从高能级向低能级跃迁时，会发射出光子。以下关于光子能量的计算，哪个公式是正确的？（）A.E=hνB.E=mc²C.E=1/2mv²D.E=mgh8、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9、在量子场论的初步介绍中，关于场的量子化和粒子的产生与湮灭，以下哪种表述是恰当的？（）A.量子场论认为场是连续的，不存在粒子的产生和湮灭过程B.场的量子化使得粒子可以在真空中自发地产生和消失，这与能量守恒定律相矛盾C.量子场论通过对场进行量子化处理，成功解释了粒子的产生与湮灭现象，并且与实验结果相符D.粒子的产生与湮灭只在微观尺度上发生，对宏观物理现象没有任何影响10、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11、在电学中，一个电阻为R的电阻丝，接在电压为U的电源上，在t时间内产生的热量为Q。若将电阻丝对折后接入同一电源，在相同时间内产生的热量是多少？（）A.Q/4B.Q/2C.2QD.4Q12、关于热力学过程中的绝热过程和等温过程，以下对于绝热压缩和等温压缩过程中压强变化、内能变化和做功情况的分析，不正确的是（）A.绝热压缩过程压强增加较快B.等温压缩过程内能不变C.绝热压缩过程外界对系统做功全部转化为内能D.绝热压缩和等温压缩过程外界做功相同13、在静电场中，电势是描述电场能的性质的物理量。对于一个点电荷产生的电场，距离点电荷越远，电势如何变化？（）A.越高B.越低C.不变D.先升高后降低14、在静电场的研究中，电场强度和电势是两个重要的物理量。对于一个点电荷产生的电场，电场强度为零的地方，电势一定为零吗？（）A.一定为零B.一定不为零C.可能为零，也可能不为零D.取决于点电荷的电荷量15、在热力学过程中，绝热膨胀和绝热压缩过程具有不同的特点。对于一定量的理想气体，经过绝热膨胀后，其温度会如何变化？（）A.升高B.降低C.不变D.无法确定二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）在波动光学中，惠更斯-菲涅耳原理是解释光的传播和衍射现象的重要原理。请解释惠更斯-菲涅耳原理的内容和物理意义，说明如何用该原理来计算光的衍射强度分布，并举例说明其在光的衍射和干涉问题中的应用。2、（本题5分）简述量子力学中的量子纠错码的概念及原理，分析量子纠错码在量子计算中的重要性。3、（本题5分）阐述能量守恒定律在物理学中的普适性，举例说明在力学、热学、电磁学等领域中能量守恒定律的具体表现形式。4、（本题5分）说明原子的能级结构及玻尔理论的主要内容，分析玻尔理论在原子物理学中的地位。三、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）论述相对论性动量和能量的概念，包括其数学表达式和物理意义，分析相对论性动量和能量与经典力学中相应概念的区别和联系，以及在高能物理中的应用。2、（本题5分）全面论述麦克斯韦方程组的物理意义和数学形式，阐述其对电磁场理论的建立和发展所起到的关键作用。3、（本题5分）论述光学仪器如显微镜、望远镜的工作原理及发展历程，分析其在科学研究中的作用。4、（本题5分）详细研究波动光学中的相干光的获得方法和干涉条纹的可见度，探讨其物理原理、实验技术和在光学测量、干涉成像中的应用。5、（本题5分）从物理原理出发，探讨固体物理中的超导微观理论，包括BCS理论、高温超导机制的研究进展，以及超导在强磁场和量子计算中的应用前景。四、计算题（本大题共4个小题，共40分)1、（本题10分）一长为L、质量为M的均匀细杆，可绕通过其中心的水平轴转动，求细杆从水平位置下摆至竖直位置时的角速度和角加速度。2、（本题10分）在一个由两个电感分别为L₁和L₂、两个电容分别为C₁和C₂的线圈和电容器串联组成的电路中，电源电动势为E，内阻为r。求电路中的电流、各元件两端的电压以及储存的磁场能量和电场能量。