现代物理学导论

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1、1、说明激光的原理和特点。原理：组成物质的原子中有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能 级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跃迁到低 能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状 态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象，这就叫做“受激辐射 的光放大”，简称激光。特点：高亮度、高方向性、高单色性、高相干性2、导航定位技术与光学的联系。GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。 导航定位系统的核心是对信息的收集，处理和传输。在整个系统和各 个分系统都离不开信息。而光是信息的良好载体，可以想象我

2、们可以 尝试把光应用于导航系统的各个环节包括对信息的收集，处理和传输 而现代科技很好地实现了光在导航系统上的应用，如光学陀螺包括激 光陀螺和光纤陀螺，还有激光跟踪导航等，并取得了巨大的成功。3、哪个诺奖科学奖印象最深？详述内容和对学科的影响。1989年，W.保罗（德国人）、H.G.德默尔特、N.F.拉姆齐（美国人） 创造了世界上最准确的时间计测方法一一原子钟，为物理学测量作出 杰出贡献。基本原理：根据原子物理学的基本原理，原子是按照不同电子排列顺 序的能量差，也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差，来吸收 或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个“能量 态”跃迁至低的“能量态”

3、时，它便会释放电磁波。这种电磁波特征 频率是不连续的，这也就是人们所说的共振频率。同一种原子的共振 频率是一定的例如铯133 的共振频率为每秒9 192 631 770周。因 此铯原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间。在卫星导航定位中,精确位置测量实际上是精确时间的测量。如果没 有高精度的时频,卫星导航定位系统就不可能实现高精度的导航与定 位,而高精度的时频由高精度的原子钟来建立和维持。原子钟作为导 航系统测距的时间基准,是卫星导航系统有效载荷的核心部分 ,其性 能直接决定用户的导航定位授时精度。因此,对导航卫星原子钟时频 特性进行分析具有重要意义。4、现代物理学对测试计量技术的影响。 计

4、量单位基准的演变与物理学。在量值传递链中的最高环节就是基 准，基准应该保证在科学技术允许的情况下，能以最高的准确度来复 现计量单位。科学技术的发展，特别是许多物理原理和物理效应逐渐 被人们所认识，基本计量单位的基准不断演变，使其复现准确度得到 大大的提高。 测试计量技术仪器设备与物理效应。可以说大部分的测试技术离不 开物理效应，利用温差电效应测温；利用光电效应制成光电管、光电 倍增管、等光电转换器件进行测距、测角、测速、计数、计频等测试 技术中。利用基于霍尔效应的霍尔元件制成各种测试仪器。 测试计量技术手段与物理学。崭新的物理原理和新型材料的发展提高了测试计量的准确度、灵敏度和不确定度。5、介

5、绍所在学科在普通生活中的体现。 温度计。我们平时感冒生病需要用水银温度计测量体温，温度计热 胀冷缩测温原理就是测试技术最好的体现。 称重。大家到超市或菜市场买东西，进行买卖交易的时候要求公平 公正，称重计是实现等价交换最重要的工具，称重的过程就是计量的 过程。 尺寸测量。身高的变化是体现成长的重要指标，从小到大，我们都 不时的经常测量身高，这也是测试计量技术的简单应用。6、列出麦克斯韦方程，解释每个公式的意义。dS = q1ST = 0（1）高斯定理 描述了电场的性质，通过任意闭合表面的电通量与这 闭合表面内的电荷之间的关系。在一般情况下，电场可以是库仑电场 也可以是变化磁场激发的感应电场，而

6、感应电场是涡旋场，它的电位 移线是闭合的，对封闭曲面的通量无贡献。（2）高斯磁定律 描述了磁场的性质，通过任意闭合表面的磁通量等 于零，或者，磁场是一个螺线矢量场。磁场可以由传导电流激发，也 可以由变化电场的位移电流所激发，它们的磁场都是涡旋场，磁感应 线都是闭合线，对封闭曲面的通量无贡献。（3）麦克斯韦-安培定律描述了变化的磁场激发电场的规律。(4) 法拉第电磁感应定律 描述了变化的电场激发磁场的规律。7、请简述一下普朗克、玻尔、薛定谔、海森堡在量子力学中的贡献。 普朗克，1900 年提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是 以间断的形式(能量子)实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比

7、 例常数称为普朗克常数，从而得出黑体辐射能量分布公式，成功地解 释了黑体辐射现象。玻尔，1913 年在卢瑟福有核原子模型的基础上建立起原子的量子理 论。按照这个理论，原子中的电子只能在分立的轨道上运动，在轨道 上运动时候电子既不吸收能量，也不放出能量。原子具有确定的能量， 它所处的这种状态叫“定态”，而且原子只有从一个定态到另一个定 态，才能吸收或辐射能量。 1927年，提出了并协原理。薛定谔，1926 年找出了波函数所满足的运动方程薛定谔方程，描 写微观粒子状态随时间变化的规律，当微观粒子处于某一状态时，它 的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具有确定的数值， 而具有一系列可能值，

8、每个可能值以一定的几率出现。当粒子所处的 状态确定时，力学量具有某一可能值的几率也就完全确定。其后不久 还证明了波动力学和矩阵力学的数学等价性。海森堡，1925 年，基于物理理论只处理可观察量的认识，抛弃了不 可观察的轨道概念，并从可观察的辐射频率及其强度出发，和玻恩、 约尔丹一起建立起矩阵力学;1927 年，得出了测不准关系，量子力学 和狭义相对论的结合产生了相对论量子力学，经狄拉克、海森堡和泡 利(pauli)等人的工作发展了量子电动力学。8、你对量子物理最感兴趣、最好奇或是最困惑的方面是什么？请说 明。证明灵魂存在的科学实验。天津市安定医院精神病医学教授冯志颖， 1987 年和同事随机找

9、了唐山大地震 100 位幸存者，进行濒死体验调 查。在调查中，近半数的人产生意识从自身分离出去的感受，觉得自 身形象脱离了自己的躯体，游离到空中。约三分之一的人有自身正在 通过坑道或隧道一样的空间。约四分之一的人称，当时身体好像已经 不属于自己，身体的各个部位散落在空间里，接着好像沉在万丈深渊 里，四周一片黑暗，感觉光明即将来临。“量子物理学”理论：不确定性原理展现奇特的场景，在非常短的 刹那，也就是t非常确定的瞬间，即使真空中也会“凭空”出现巨大 的能量起伏，它的确违反了能量守恒定律！但在人们发现以前，它又 神秘消失，使得能量守恒定律在整体上得以维持。真空无时无刻不在 沸腾着。爱因斯坦说能量

10、和物质可以互相转换，所以真空中其实不停 地有一些“幽灵”物质在出没。所有粒子都是某种场，有着不同的能 量形态，能量最低时就是真空，真空不过是粒子的一种不同形态（基 态）而已，任何粒子都可以从中被创造或互相湮灭，粒子甚至是一种 全新的物质粒子已在实验室被创造出来。9、请调研并说明量子物理的前沿，并简述。（说明一项即可） 中科大李传锋教授研究组与其合作者，实现了“非此即彼”框架 下的爱因斯坦-波多尔斯基-罗森（EPR）操控的实验验证，揭示了量 子力学中一类新的非局域特性。李传锋研究组基于可操控的“非此即彼”判据，实现了一个两体 的 EPR 操控游戏。贝尔非局域性(即贝尔不等式的违背)的检验是基 于

11、统计特性的，需要多次不同测量基的测量结果统计得到，而这种“非 此即彼”的方法原则上一次测量就可以判定量子力学和因变量理论孰 是孰非。本实验提供了一种简易的实现及验证EPR操控的方法，扩展了量 子非局域性的应用范围，对于远程态制备、量子信息远程传输及量子 密钥分配等具有重要意义。10、请详述你所在学科的一项前沿。无线传感器网络(Wireless Sensor Net work,简称WSN)，将信息的 采集、传输和处理集于一体，实现了传感器技术、通信技术和计算机 技术的融合，是多学科高度交叉、知识高密集成的热点研究领域。 大量的传感器节点随机部署，通过自组织方式构成网络、协同形成对 目标的感知现场，传感器节点检测到的目标信息由本地经简单处理后 通过邻近传感器节点多跳传输到汇聚节点，用户和远程任务管理单元 通过外部网络，例如互联网、卫星通信网络，与汇聚点进行交互，用 户即可通过无线传感器网络获取感知现场的目标信息。也可对传感器 网络进行配置和管理，从而完成检测数据的收集和监测任务的发布。