研究生課程《高觀點下的中學(xué)物理專題分析》試題

1、研究生課程進(jìn)修班試卷封面姓名：張理相單 位：濮陽市職業(yè)中專專業(yè)：物理考試科目： 高觀點下的中學(xué)物理教學(xué)研究考試分?jǐn)?shù)：東北師范大學(xué)研究生課程進(jìn)修班考試試卷評分表課程名稱題號分?jǐn)?shù)簽名12姓名3單位專業(yè)45年月日678910總分評閱教師簽字：年月日高觀點下的中學(xué)物理教學(xué)研究考試卷河南省濮陽市職業(yè)中專張理相、填空題每題 2 分，共計 20分1、物質(zhì)存在的根本形式是 粒子和場 。2、 麥克斯韋 從理論上預(yù)言了電磁波的存在， 赫 茲 又用實驗驗證了電磁波的存在。3、吉布斯在?統(tǒng)計力學(xué)的根本原理?中建立了 統(tǒng)計系綜 體系, 提出了 吉布斯自由能、化學(xué)勢 等概念，說明了 化學(xué)平衡、相平衡、外表 吸附 等現(xiàn)象的

2、本質(zhì)。4、 普朗克 在物理學(xué)史上第一次提出能量子的概念。5、標(biāo)準(zhǔn)粒子是指 傳遞相互作用的媒介粒 子 。6、戴維遜和湯姆遜因驗證 晶體對電子的衍射現(xiàn)象 分享 1937 年的物 理學(xué)諾貝爾獎金。7、泡利提出 泡利不相容原理 ，獲諾貝爾物理學(xué)獎。 、簡答題每題 5 分，共計 25分1、例舉幾個混沌現(xiàn)象。 答：混沌現(xiàn)象是指發(fā)生在確定性系統(tǒng)中的貌似隨機(jī)的不規(guī)那么運動， 一個確定性理論描述的系統(tǒng)， 其行為卻表現(xiàn)為不確定性一不可重 復(fù)、不可預(yù)測，這就是混沌現(xiàn)象。 例如： 天體運行的長期行為不 可預(yù)測；單擺當(dāng)角度大到一定程度并有驅(qū)動力和阻力時進(jìn)入混沌 狀態(tài)；機(jī)床切削金屬時或打印機(jī)機(jī)頭因沖擊而引起的混沌振動；

3、正常的腦電波近乎隨機(jī)訊號， 其腦電圖曲線代表的就是曲型的混 沌現(xiàn)象； 電路中的混沌現(xiàn)象 : 非線性系統(tǒng)的控制； 昆蟲繁衍 ； 蝴蝶效應(yīng)。2、粒子物理面臨十大問題是什么？答 ; 粒子物理面臨十大問題： 是否存在未發(fā)現(xiàn)的自然規(guī)律，如新的對稱性和新的物理規(guī) 律。 是否存在額外維空間 能否把自然界所有的力統(tǒng)一為一種力？ 為什么存在如此多的種類不同的粒子？ 為什么夸克和輕子只有三代？粒子質(zhì)量的起源是什么 ？ 什么是暗物質(zhì) ?如何在實驗室中產(chǎn)生它？ 什么是暗能量？ 中微子能給我們什么啟示？它如此微小的質(zhì)量及其在宇宙演化中的作 用實在是個迷。 宇宙是如何形成的？如果宇宙大爆炸理論是對的， 那么大爆 炸之前是

4、什么？ 為什么今天宇宙中只有物質(zhì)而沒有反物質(zhì)？3、舉例說明物理學(xué)對其它學(xué)科的促進(jìn)作用。答: 物理學(xué)對信息科學(xué)開展的促進(jìn)作用 信息是一種極為重要的社會資源，它與能源、 材料并稱為現(xiàn)代社會的三大支柱。信息科學(xué)的內(nèi)容包括傳感技術(shù)、通訊技術(shù)、電腦 技術(shù)和自動化技術(shù)。物理學(xué)中的原子分子物理、光物理、聲學(xué)物理 以及激光技術(shù)、近代光學(xué)技術(shù)、光電子技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)等對現(xiàn) 代信息技術(shù)影響最大， 構(gòu)成了信息通訊技術(shù)的根底。 激光的出現(xiàn)使 通訊技術(shù)的面貌煥然一新， 激光出現(xiàn)后蓬勃開展起來的非線性光學(xué) 在激光技術(shù)信息處理和存儲、計算技術(shù)等方面有重要的應(yīng)用前景。原子分子物理、 光物理和凝聚態(tài)物理相結(jié)合產(chǎn)生了新的激光器

5、、 新 的激光波段、 新的相干光源和各種各樣非線性光學(xué)器件，促進(jìn)了通 訊信息科學(xué)的飛速開展。而近年來開展起來的“量子信息科學(xué)是 物理學(xué)與信息科學(xué)交叉融合產(chǎn)生的新興學(xué)科，涉及物理、電腦、通 信、數(shù)學(xué)等多個學(xué)科。 由此可見物理學(xué)對信息科學(xué)的開展具有重要 意義。 物理學(xué)對材料科學(xué)開展的促進(jìn)作用 材料是開展工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科學(xué)技術(shù)和提高人民生活 水平的重要物質(zhì)根底。 一個國家材料的品種、 質(zhì)量和產(chǎn)量是直接衡 量其科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)開展水平的重要標(biāo)志。 物理學(xué)根底研究的新理 論、新發(fā)現(xiàn)、新效應(yīng)和新實驗技術(shù)是材料科學(xué)開展的主要動力之一。 其中凝聚態(tài)物理是物理學(xué)中內(nèi)容最豐富、 應(yīng)用最廣泛、 最活潑的領(lǐng) 域，也

6、是材料技術(shù)的根底。隨著高溫超導(dǎo)、半導(dǎo)體超晶格物理、新 型晶體和晶體學(xué)、新型磁性材料物理、超微粒子材料 納米材料 物理等物理學(xué)分支的進(jìn)一步研究， 必將極大地推進(jìn)材料科學(xué)的向前 開展。物理學(xué)對能源科學(xué)開展的促進(jìn)作用 隨著全球能源的需求量愈來愈大， 僅靠大力開發(fā)石油、 天 然氣、煤等傳統(tǒng)能源已不能滿足社會可持續(xù)開展的需要。對新能源 的開發(fā)利用、 節(jié)約能源成為引人矚目的新技術(shù)， 而能源科學(xué)的開展 完善離不開物理學(xué)作為根底和后盾。 例如， 原子能的開發(fā)和利用離 不開物理學(xué)中的核物理和高能物理學(xué)， 太陽能的開發(fā)利用離不開凝 聚態(tài)物理和光物理學(xué)， 而近年來物理學(xué)家對反物質(zhì)的研究， 那么可能 會給人類帶來新的

7、能源。反物質(zhì)這東西很神秘，只要一露面，立即 就會與正物質(zhì)結(jié)合，同時放出大量的能量。 關(guān)于通古斯大爆炸有各 種假說，其中之一認(rèn)為， 1908 年中西伯利亞的通古斯大爆炸，就 是由于天外飛來一塊由反物質(zhì)組成的隕石與正物質(zhì)在通古斯上空 結(jié)合放出大量能量而造成的。據(jù)估計， 一克反物質(zhì)與正物質(zhì)結(jié)合 時，放出的能量相當(dāng)于世界上幾個最大水電站發(fā)電量的總和。 物理學(xué)對空間科學(xué)開展的促進(jìn)作用空間科學(xué)包括應(yīng)用衛(wèi)星技術(shù)、載人航天技術(shù)、 從空間研究 地球及宇宙整體行為的技術(shù)和微重力科學(xué)技術(shù)， 而這些都離不開作 為其根底的物理學(xué)。 物理學(xué)研究的水平上下直接決定了空間科學(xué)技 術(shù)的開展。眾所周知，物理學(xué)是衛(wèi)星和火箭發(fā)射、運

8、行、控制的直 接理論根底， 天體物理、 大氣物理和地球物理是空間技術(shù)的重要理 論背景和設(shè)計根底。而物理學(xué)家對新能源反物質(zhì)的研究， 那么會促 使空間科學(xué)飛速開展。 物理學(xué)家預(yù)測， 假設(shè)利用反物質(zhì)推動太空船， 只需六個星期便可到達(dá)火星。物理學(xué)對生命科學(xué)開展的促進(jìn)作用 生命科學(xué)的研究離不開物理學(xué)作為根底和手段。 研究生命現(xiàn)象會 遇到一個根本性的問題 :什么是生命 ?對此， 1944年，量子力 學(xué)創(chuàng)始人之一薛定愕在?什么是生命?一書中預(yù)言了遺傳密 碼的存在和生命賴 “負(fù)熵而生存。此外他還指出 : 量子力學(xué) 應(yīng)當(dāng)成為生命科學(xué)的根底。這在生命現(xiàn)象研究中是前所未有 的突破。運用力學(xué)對生命現(xiàn)象的研究，可追溯到

9、伽里略、牛 頓和哈維。4、21 世紀(jì)物理學(xué)面臨九大挑戰(zhàn)是什么？答：21 世紀(jì)物理學(xué)面臨九大挑戰(zhàn)挑戰(zhàn) 1：量子科學(xué)和技術(shù)。挑戰(zhàn) 2：納米科學(xué)。挑戰(zhàn) 3：復(fù)雜的系統(tǒng)。挑戰(zhàn) 4：將物理學(xué)應(yīng)用于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)。挑戰(zhàn) 5：新材料。挑戰(zhàn) 6：探索宇宙。挑戰(zhàn) 7：統(tǒng)一自然界存在的各種力。挑戰(zhàn) 8：物理學(xué)在維護(hù)國土平安與國家平安中的作用。挑戰(zhàn) 9：元挑戰(zhàn)。5、舉例說明相對論的時空特點。 答：在狹義相對論中，要把測地線、自平行線、自由質(zhì)點軌道線 均理解為 4 維時-空中的直線，但這三條線也是合而為一的。 為了防止過多地涉及數(shù)學(xué)，對狹義相對論中的測地線、自平 行線、 自由質(zhì)點軌道線，我們就不詳細(xì)說明了。只是指出 由

10、于狹義相對論時空的特點 , 當(dāng)一個運動質(zhì)點的速度小于光 速時, 它沿測地線走過的 4維時-空距離最長。測地線在實質(zhì) 上是極值線，由于 習(xí)慣常稱為測地線。廣義相對論的時空是彎曲時空，在彎曲時空的大 范圍內(nèi)，不存在直線，因之其測地線、自 平行線、自由質(zhì) 點軌道線都是 4 維曲線。這三條曲線是否也是合而為一呢？我們先來指出，的確在廣義相對論的時空中，測地線、自平行線、自由質(zhì)點軌道線這三條4維曲線也是合而為一的。三、計算題共計55分1、 10分子彈穿過一塊木板后,損失原有速度的 ，試問它可以穿過幾20塊同樣的木板？解：設(shè)子彈的速度為vo，質(zhì)量為m木板的阻力為f，一塊木板的厚 度為d。那么由題意可得：-

11、fd=m/2 X 19 vo/20 mvo/2 1設(shè)能穿透n塊同樣的木板，貝卩：-nfd=0 mvo2/22由方程1 2可得：n =10.3答：可以穿透10塊同樣的木板。2、 15分如下列圖1，在傾角為 的固定光滑斜面上有一從靜止開始下滑的小車,擺球質(zhì)量為m，求此擺的周期。解：用等效重力加速度的方法，圖示如右圖，所受重力為mgI町一卩7 ma非慣性力為mgsi n 9，由余弦定理可得:ag2 (gsin )2 - 2g gsin .cos(90 - ) geos故其周期為:T =2jTFO to3to5to圖3解：由題圖2可直接得出,T=2toA、B一起做周期性運動，運動的周期:上端固定在C點

12、且與一能測量繩的拉力的測力傳感器相連。有一質(zhì)量為mo的子彈B沿水平方向以速度V。射入A內(nèi)未穿透，接著兩者一起繞C點在豎直 面內(nèi)做圓周運動。在各種阻力都可忽略的條件下測力傳感器測得繩的拉力 F隨時 間t的變化關(guān)系如下列圖3。子彈射入的時間極短，且圖15中t 0為A、B開 始以相同速度運動的時刻。根據(jù)力學(xué)規(guī)律和題中包括圖提供的信息，對反映 懸掛系統(tǒng)本身性質(zhì)的物理量例如A的質(zhì)量及A、B一起運動過程中的守恒量， 你能求得哪些定量的結(jié)果？C沖B V圖2令m表示A的質(zhì)量，I表示繩長，v1表示B運動到最低點時的速度，v2表示運 動到最高點時的速度，F(xiàn)1表示運動到最低點時繩的拉力，F(xiàn)2表示運動到最高點 時繩的

13、拉力.根據(jù)動量守恒定律，得mvo=(mo+m)vi在最低點和最高點處運用牛頓定律可得mo+m v；Fi mo+m g=mo+m v；F2 mo+m g=根據(jù)機(jī)械能守恒定律可得2I(m mo)g ；(m m°)v； ；(m mo)v；由題圖2可知F2=OFl=Fm由以上各式可解得，反映系統(tǒng)性質(zhì)的物理量是Fmmo6g36口和25FA、B 一起運動過程中的守恒量是機(jī)械能1 2E m m0 v.22 2解得.eFmE,假設(shè)以最低點為勢能的零點，那么4、 15分材料的電阻率 隨溫度變化的規(guī)律為 。(1 t)，其 稱為電阻恒 溫系數(shù)，o是材料在t 0 C時的電阻率。在一定溫度范圍內(nèi) 是與溫度無關(guān)的 常量，金屬的電阻一般隨溫度的增加而增加， 具有正溫度系數(shù)；而某些非金屬如 碳等那么相反，具有負(fù)溫度系數(shù)，利用具有正負(fù)溫度系數(shù)的兩種材料的互補特性，可制成阻值在一定溫度范圍內(nèi)不隨溫度變化的電阻。：在 0C時，銅的電阻 率為1.7 10 8 Q m，碳的電阻率為3.5 10 8 Q m ;在0C附近，銅的電阻溫度