期末复习及部分题解答(2012级）

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1、期末复习及部分题解答,主要内容 1 本期所讲内容; 2 部分题解答; 3 考试注意的问题,1 本期所讲内容一、 绪论 、近代物理的建立 ； 二、 低温与超导电性； 三、 纳米材料与纳米技术； 四、 宇宙学简介； 五、 激光及其应用；,六、 量子信息与量子计算机； 七、 地震的发生及其预防； 八、原子能和能源技术简介； 九、科技论文写作。,作业及到课情况,共布置作业9次，每次都作了并交了的有 46 人。 未缺课的有35人。,期末考试题题型,1、解释概念； 2、回答问题； 3、填空题； 4、计算题； 5、综合论述题。,2 部分题解答,一、解释概念,1、黑洞；,答：黑洞是指这类特殊的时空区域:什麽东

2、西都可进入,而什麽东西(包括光)都逃不出来,这类天体叫黑洞。,2、宇宙,答：“宇”指无限的空间，“宙”指无限的时间，宇宙就是无限的时间和无限的空间的总称。,3、混沌 ；,答：不可予测的随机现象叫混沌。,4、迈斯纳效应,答：温度低于某一温度(称为临界温度) 时,放入外磁场中的金属和合金内的磁场为零;磁力线被排斥于导体之外的现象叫迈斯纳效应。,5、信息,答：信息论创始人仙农将信息定义为：用以消除随机不确定性的东西。 系统论创始人普利高津将信息定义为:负熵。 现在定义为：信息是指人们在适应外部世界并使这种适应反作用于外部世界的过程中，人与人之间、人与设备之间，以某种方式，同外部世界进行交流思想、感情

3、、意图、请求、消息、情报、指令的数字化的信号的总称。,6、纳米材料； 答：纳米材料是指线度在纳米尺寸（0.1-100nm）的颗粒及其由它们构成的材料。 7、超导电性 ； 答：温度低于某一温度(称为临界温度)时,金属和合金的电阻几乎为零的性质叫超导电性,。,8、磁通量子化,答：通过超导环的闭合线的磁通量只能是某一最小值的整数倍的现象,叫磁通量子化。,9、超晶格：,用人工方法制备、厚度在10nm1m之间的人工周期性材料叫超晶格。,10、集成电路,将许多个晶体二极管，晶体三极管，电阻，电容，电感等按一定顺序和功能紧密的聚集在一块晶片或一个陶瓷基片上形成的集成电路块叫集成电路。1平方厘米上的电子元件个

4、数叫集成度。 11、原子能；12、激光；13：粒子数反转；14、地震的震级；15、纳米粒子的线度效应；16、量子计算机；17、地震的烈度；18、原子核的结合能。,二、问答题,1、什麽叫纳米材料？简述纳米材料的主要性质。,答：（1）纳米材料是指线度在纳米尺寸（0.1-100nm）的颗粒及其由它们构成的材料。,（2）纳米材料的主要性质有： 1）表面效应：比表面面积明显增大，表面原子数增多，表面活性显著大于其它物体， 2）、小尺寸效应（线度效应），粒子宏观性质随粒子线度变化而发生变化的现象叫小尺寸效应。 3）、量子尺寸效应(Kubo现象，量子尺寸效应是指：当粒径小到某一时，能量由原来的连续取值变为分

5、立值，能级间距随粒径减小而增大的现象。 4）、量子隧道效应，粒子能量小于势垒高度时,仍能穿越势垒的现象叫量子隧道效应；,2、激光是如何产生的？简述激光的主要性质。,答：（1）激光是根据受激发射放大原理而产生的，产生激光的条件是： 粒子数反转；激活物质+激励； 光学谐振腔；满足阙值条件。,（2）激光的主要性质有： 激光具有普通光所具有的全部性质： 在一定波长（380760nm）范围内，能引起人的视觉; 光在一定波长（380760nm）范围内并表现为不同的颜色；基本色（原色）为红、黄、蓝； 它在真空中的传播速度为C=3108m/s，与光传播方向无关，也与观察者无关；它是电磁波，是横波，传播方向与光

6、矢量（电矢量）振动方向互相垂直； 它有干涉、衍射、偏振等波动的基本特征；,它在传播遇到介质分界面时，满足反射定律、折射定律，在一定条件下有全反射、全偏振、漫反射和能量吸收现象；光有能量：能量密度（单位体积）W与光矢量振幅平方成正比； 光照到物体上时，对物体有压强、压强与温度成正比； 光它是由光子这种粒子组成。光子的能量E、动量p与光的波长、频率的关系为：E=h、p=h/。（h为普郎克常数）； 对有机物分子生长起促进或破坏作用等。,此外，激光还有下列特性： 高亮度： 可达101瓦每平方厘米。激光束经透镜聚焦后能在焦点附近产生几千度的高温。 高方向性： 能有效地传递较长距离同时，能聚焦到极高的功率

7、密度。 高单色性； 高相干性：,3、什麽叫超导材料？简述超导体的主要性质及应用。超导体有那些主要特性？第1类和第2类超导体有那些主要区别？,答：（1）超导体的主要性质有： 1）零电阻效应；温度低于某一温度(称为临介温度)时,金属和合金的电阻几乎为零的现象 2）完全抗磁性迈斯纳效应：温度低于某一温度(称为临界温度)时,放入外磁场中的金属和合金内的磁场为零;磁力线被排斥于导体之外的现象。. 3）临界磁场效应：4） 同位素效应： 超导体的临介温度与同位素的质量有关,同一元素的不同同位素质量的超导体有不同的临界温度: 5）磁通量子化效应；6）热容量的突变：热容量随温度的变化曲线在TC附近发生突变；7）

8、约瑟夫森效应。 第1类和第2类超导体有那些主要区别见课件或讲义。,（2）超导体的主要应用有：,）超导磁体； 2）超导发电机；超导电动机； 3）超导列车；超导船,4、简述量子计算机与电子计算机依据的原理及其主要区别。,答： 量子计算机与电子计算机依据的原理是： 量子计算机：依据的原理是量子力学原理，特别是微观状态用量子态表示的原理和量子态叠加的原理。 电子计算机：依据的原理是电子元件放大、整流的原理。,（2）量子计算机与电子计算机的主要区别是： 第一、计算机的效果不同： 量子计算机体积特小，运算速度特快，可以精确而方便地实现量子系统变化规律的模拟，而经典计算机无此优点。 第二、计算机的组成部份不

9、同： 经典计算机由控制器、运算器、存储器、IO设备四个部分组成，而量子计算机由寄存器、量子门连接器、IO设备三个部分组成。,第三、计算机的电路不同： 电子计算机的电路是由导线、电阻、电容、电感、电子管（或晶体管）等元件构成： 它的信息通道为导线， 量子计算机如同一个量子版本的组合逻辑电路，它是由一个一个的量子门组成； 它的通道为量子通道。 第四、计算机依据的原理不同。,5、地震发生时应采取哪些措施和如何正确对待？,答： 1、地震的应急： 冷静，震时就近朵避，震后迅速撤离；正确选取躲避地点；在学校，领导要果断和冷静；先关电源等；防止乱跑、乱叫；被压住时不要乱动，以防二次倒塌； 2、地震的自救要快

10、和正确： 先救生；不要舍近求远；要懂急救常识；防范余震；自救要快；自救目标要准确,6、简述宇宙学标准模型的主要论点。,答：宇宙学标准模型的主要论点是： 宇宙是有限无边，类似一个球面； 宇宙在膨胀，体积变大、密度变小，温度降低（依据：哈勃实验）； 宇宙曾经历宇宙大爆炸，即出现温度、密度的状态； 宇宙起源于1百多亿年的一次的爆炸（137亿年）； 大爆炸前，宇宙为负能粒子的海洋，大爆炸使负能级粒子变为正能级粒子；,7、简述导体、半导体、绝缘体在宏观和微观，特别是在导电性和能带结构上的区别。,答：(1)在导电性上的区别： 导体的导电性好，电阻率很小；绝缘体的导电性极差，基本上不导电，电阻率在10810

11、20欧姆米之间；半导体的导电性介于导体与绝缘体之间，电阻率在10-410-7欧姆米。,（2）导体微观机制上的区别：,导体内有大量的自由电子，对铜，可求得1m3内的自由电子数n1.210个； 半导体的导电粒子是两种：一种是电子（带负电），另一种叫空穴（带正电），但总的讲，单位体积内的带电粒子数比导体少得多，n10个/m3.； 绝缘体内基本上没有导电粒子。,（3）能带结构和电子填充情况的区别：,导体的能带结构中有导带（电子未填充满的能带），而半导体、绝缘体的能带结构中没有导带，只有满带和空带；半导体和绝缘体都有禁带，但禁带宽度不同，半导体禁带宽度较窄（Eg2eV）；绝缘体禁带宽度较宽（Eg5eV）

12、。,8、简述半导体超晶格的主要性质。,答：半导体超晶格的主要性质有： （1）负电阻效应： 当电压增大到某一值后，电流反而随电压增大而减小的现象叫负电阻效应 . （2）会发生半导体、半金属转变； 当温度升到程度，半导体的空带与满带间的带隙变窄，到一定温度时带隙宽度变为零 。,（3）电致发光、光致发光效应： 超晶格材料通电时，超晶格材料会发光的现象，叫电致发光； 光照射超晶格材料时，超晶格材料会发光的现象叫光致发光。 （4）磁声子振荡效应： 超晶格的热振动强度（热学性质）在磁场增强时，不是以直线关系增大，而是在作振荡。 （5）导电性随厚度变化的灵敏性,9、简述经典物理学和近代物理学诞生的条件。,答

13、：经典物理学和近代物理学诞生的条件是： 1）1415世纪欧洲资本主义兴起；2）工业革命的兴起；3）文艺复兴运动； 4）实验事实和现有理论、观点的矛盾。 1638年伽里略出版两门新科学，标志近代自然科学的诞生。,10、简述物理学的研究对象,答：物理学是研究物质的结构和相互作用以及它们运动规律的科学，具体而言，物理学研究宇宙间物质存在的各种主要形式、内部结构，它们的性质，运动和转化的基本规律。 尺度范围：小到质子大到类星体（1026m）， 时间范围：最不稳定的粒子寿命（10-25S） 质子寿命（1039S）,11、简述获得低温的主要方法。,答：获得低温的主要方法有： (1)蒸发降温、热传导吸热降温

14、； (2)致冷机（如冰箱、空调等）降温，能达到的低温在零下10余度（即263K）； (3)绝热膨胀降温，能达到的低温在10K； (4)多空塞绝热膨胀降温（焦尔汤姆生效应），能达到的低温在o.o1K；,(5)绝热去磁降温，能达到的低温 （6）稀释致冷法降温，用此法得到的最低温度为1.5mK （7）核绝热去磁降温。用此法得到的最低温度为10-13K。,12、简述纳米材料的主要特性和在人的衣、食、住、行等方面的应用 答， （略） 13、用物理学角度论述常娥奔月的故事，在实际上（1）常娥奔月是不可能的；（2）即使奔上月球，也不能长期生存下去。 答： （略）,14、简述原子核的几种模型,答（1）、原子核

15、的气体模型（1932年费米提出 ）该模型认为：原子核是由核子（中子、质子）构成的小球、核子间几乎没有相互作用，并在核这个球体中运动，核子是费米子。 （2）、原子核的液滴模型 该模型认为核是原子核类似于一个不可压缩的、带正电荷的理想液滴，核子视为液滴分子。,（3）、原子核的壳层模型,核具有与原子类似的原子壳层结构。 （4）、原子核的集体模型 该模型认为：核的运动包括核的集体运动和核内核子的单个运动。,15、简述原子核的性质,答：原子核的性质主要有： （1）、原子核的成分是质子和中子，其中质子数=Z（原子序数），中子数N=A（原子质量数）Z。 通常称Z和N均相同的原子核叫一种核数。 Z相同而A不同

16、的元素叫同位素,。（2）核的元素名称表示方法： 元素为X、质子数为Z、中子数为N、质量数为A的原子核表示为,（3）、原子核的大小和形状,原子核为椭球形，平均半径R与质量数A有关：,（4）原子核的质量密度,原子核的质量密度很大，典型核的质量密度为：,（5）、原子核的质量,核物理中，原子核的质量通常以原子质量（u）表示， 1u是碳原子质量的1/12， 1u=1。667乘以10的负27次方千克。 ；,一个质子的质量=,一个中子的质量,原子核的质量,（6）原子核的结合能,原子核的结合能是指将原子核分成单个的中子和质子所需要的能量，或将单个的中子和质子结合为原子核时所放出的能量。 由如下公式计算 M（原子）=m（核）+zm（电子）-E/c2,实验发现：所有偶偶核（质子、中子数为偶数）的核自旋为零，所有奇奇核（质子、中子数为奇数）的核自旋为整数，所有奇偶核（一种核子数为奇数，另一种为偶数）的核自旋为半奇数。,（7）、核力,核力是指核子之间相互作用力。 核力是强相互作用力且是吸引力，核力是短程力（作用力范围为），核子间的核力与电荷无关，核力是一种交换力。,