现代物理技术考试.docx

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现代物理技术考试

专题一激光部分

1.什么是自发辐射，受激辐射，受激吸收？

答：

a.自发辐射：

处于高能态的原子不稳定,在激发态停留的时间非常短（数量级约为10-8s），会自发地返回基态去，同时放出一个光子。

这种自发地从激发态跃迁至较低的能态而放出光子的过程，叫做自发辐射。

b.受激辐射：

当原子处于激发态E2时，如果恰好有能量E2-E1的光子射来，在入射光子的影响下，原子会发出一个同样的光子而跃迂到低能级E1上去，这种辐射叫做受激辐射。

c.受激吸收：

处于低能级的原子（El），受到外来光子的激励下，在满足能量恰好等于低、高两能级之差（△E）时，该原子就吸收这部分能量，跃迁到高能级（E2）激发态，即△E=E2-E1。

这一过程被称之为受激吸收。

2.激光的基本特征包括哪些？

答：

1.单向性极好；2.相干性好；3.单色性极强；4.高亮度；

3.激光器的基本结构？

各部分实现的基本功能？

答：

a工作物质：

实现粒子数反转,产生光的受激辐射放大作用;

b泵浦源：

为实现工作物质中的粒子数反转提供所需的外界能量;

c光学谐振腔：

（1）为建立激光振荡提供正反馈;

（2）谐振腔的参数影响输出激光束的质量—选模作用。

4.激光器中光学谐振腔的作用？

答：

（1）使激光具有极好的方向性（沿轴线）；

（2）增强光放大作用（延长了工作物质）；

（3）使激光具有极好的单色性——选频。

5.光与物质作用受激吸收的几率和哪些因素有关？

答：

1只有外来光子能量

时，才能引起受激辐射2跃迁概率不仅与原子性质有关，还与辐射场的

有关。

6.激光形成的条件？

答：

（1）粒子数反转；

（2）光学谐振腔；（3）阈值条件；

7.要使受激辐射起主导作用形成激光必须具备什么条件？

答：

粒子数反转。

A必须从外界输入能量，使粒子跃迁到高能级上去。

B工作物质内必须存在亚稳态能级。

8.激光在军事，通信，医疗，机械加工方面有哪些应用？

这些应用利用了激光的什么特征？

答：

军事：

激光测距，激光制导，激光致盲武器。

利用：

单向性极好、高亮度

医疗：

激光手术，利用：

能量高度集中。

通信：

激光通信。

利用：

方向性极好，单色相干光。

机械加工：

激光焊接，激光切割。

利用：

能量高度集中。

专题二.超导体

1超导体的临界参数包含哪些？

用图形说明他们之间的关系?

答：

临界温度（Tc）、临界电流（Ic）和临界磁场（Hc）是“约束”超导现象的三大临界

条件。

2.临界磁场（Hc）与临界温度（Tc）、临界电流（Ic）之间的关系？

答：

1.Hc（T）随温度的变化一般可以近似地表示为抛物线关系：

式中，Hc０是绝对零度时的临界磁场。

2.临界电流随温度变化的关系有：

式中，

是绝对零度时的临界电流。

3.超导材料的基本特性？

答：

1．零电阻效应2．超导体的完全抗磁性（迈斯纳效应）

4.超导磁悬浮列车的工作原理，并且说明其优缺点？

答：

1.利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。

利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。

2.优点：

能耗低、速度快、安全性能好、舒适、占地面积小。

缺点：

成本高.

5．超导在交通、储能、电力传输、医学、磁分离等方面有哪些应用？

这些应用利用了超导的哪些性质？

答：

1、交流超导发电机　　在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万～6万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。

2、超导输电线路　　　超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器，从而把电力几乎无损耗地输送给用户。

3超导贮能　　超导材料在输送电流时，不会损耗电力，故用它可把作发电机可以做得很小。

4超导磁悬浮列车5在磁分离技术方面，超导体主要是利用超导线圈产生的强大磁力从食物和各种原材料（如刚玉、方解石、砂石等）中把有铁磁性或顺磁性的杂质清除出去。

故超导体被称作剔除杂质的能手。

6超导材料在医学方面，可以用来制造一种能测量极微小的电压和电流的电子元件，叫做超导量子干涉器件。

二.利用性质：

零电阻、抗磁性。

专题三纳米材料

1纳米材料有哪些奇异特性

表面效应小尺寸效应量子尺寸效应宏观量子隧道效应

2典型的纳米材料有哪些，它们有哪些用途？

答：

纳米颗粒型材料

用途：

高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微芯片导热基与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料和抗癌制剂等。

纳米固体材料

用途：

Fe-B纳米,纳米陶瓷，纳米金属等。

纳米膜材料

用途：

功能性的薄膜材料一直是人们研究的热点，例如H.Matsuda等人制备的Fe-P纳米薄膜具有优良的磁性能;纳米硅薄膜是一种新型低维人工半导体材料；EnikoTothKadar等人用脉冲电沉积法制备的Ni纳米晶薄膜，具有良好的电传导性；杨仕清等人研究了纳米双相交换耦合多层膜a-Fe/Nd-Fe4B永磁体的磁性能；利用巨磁电阻效应制成的读出磁头可显著提高磁盘的存储密度；利用巨磁电阻效应制作磁阻式传感器可大大提高灵敏度。

纳米磁性液体材料

用途：

做为密封材料、新型润滑剂阻尼器件、磁性药液等。

碳纳米管

用途：

在电子方面，利用碳纳米管奇异的电学性能，可将其应用于超级电容器、场发射平板显示器、晶体管集成电路等领域。

在材料方面，可将其应用于金属、水泥、塑料、纤维等诸多复合材料领域。

它是迄今为止最好的贮氢材料，并可作为多类反应的催化剂的优良载体。

在军事方面，可利用它对波的吸收、折射率高的特点，作为隐身材料广泛应用于隐形飞机和超音速飞机。

在航天领域，利用其良好的热学性能，添加到火箭的固体燃料中，从而使燃烧效率更高。

3利用纳米知识解释荷花出淤泥而不染的现象

莲花叶面表面的结构与粗糙度为微米至纳米尺寸的大小，当远大于该结构的灰尘、雨水等降落在叶面上时，只能和叶面上凸状物形成点的接触，液滴在自身的表面张力作用下形成球状，在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面。

4纳米科技在军事、医学、航天、居家方面有何应用？

军事领域

利用原子操纵技术加工出的纳米齿轮、纳米弹簧、纳米喷嘴、纳米轴承、微型传感器、微型执行机构等零部件，能够制成一系列新产品。

据报道，日本已组装出一种只有米粒大小的汽车；德国则研制出了长24毫米、高8毫米、重量只有400毫克的微型直升机；而美国研制的微型发动机，在微小的空间中能装下1000台。

能执行各种军事任务的超微型智能武器装备，目前正在研制的主要是执行侦察监视任务、破坏敌方电脑网络、信息系统、武器火控和制导系统的“间谍草”、“机器虫”、袖珍遥控飞行器、“蚂蚁雄兵”和微型攻击机器人等。

医学领域：

纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。

使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。

科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人，在血液中循环，对身体各部位进行检测、诊断，并实施特殊治疗。

它可将药物输送到特定的机体组织或器官内；可在以前不可能达到的部位施行外科手术；更耐用或更有抵抗力的器官或机体组织；更轻、更“聪明”的生物假肢材料；生物感知系统装置，可探测到早期疫情。

科学家设想制造出负责清扫血管的纳米机器人（清洁工），专门负责清扫血管壁上的胆固醇、凝血等沉积物，以预防脑血栓等心血管病；同时也可以制作出清扫体内癌细胞的机器人。

航空航天领域

纳米器件在航空航天领域的应用，不仅是增加有效载荷，更重要的是使耗能指标成指数倍的降低。

这方面的研究内容还包括：

研制低能耗、抗辐照、高性能计算机；微型航天器用纳米集成的测试、控制电子设备；抗热障、耐磨损的纳米结构涂层材料。

采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。

坚韧的碳纤维，其密度是钢的1/6，强度为钢的10—100倍，重量则只有钢的1/4。

将纳米碳管做成太空升降机的缆绳，由于它的强度高、重量轻，即使是从太空下垂到地面，它也完全可以承受自身的重量而不会断开，它是目前唯一可作为太空云梯的理想材料。

家居生活方面

纳米TiO2：

在光照条件下，会产生具有非常强的氧化能力的空穴，从而将附在表面上的有机物、细菌及其它灰尘分解掉，直至生成CO2和H2O。

杀菌、除味：

由于纳米ZnO具有大的比表面积，可以很快地吸收并分解臭气，同时还能有效地杀菌，对黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率高达95%以上。

专题四 核能技术

1.获得核能的途径有哪些？

答：

1.235U核吸收一个中子裂变、2.核聚变.

2.核能与其他能源相比有哪些优缺点？

答：

优点：

1.效率既高又不污染环境，2.运行成本低、3.减少燃料的运输量。

缺点：

1产生强大的辐射，伤害人体，2.废料也很难处理。

3.核电虽然造价较高。

3.核裂变与核聚变方程，并讨论它们各自特点。

答：

1核裂变方程

，核聚变方程

。

特点：

2.裂变：

一个重核经中子轰击分裂成几个轻核

聚变：

几个轻核聚合成一个重核并附有中子放出

4.原子弹和氢弹破坏力包括哪些？

答：

1光辐射：

强光可以引发近处的一切物体的燃:

2.中子和γ辐射：

这种强粒子辐射可以立即使人和动物死亡，也可能使人患放射病3.冲击波：

它可推倒建筑物、杀伤人员

专题五天体物理

1.利用哈勃定律解释宇宙大爆炸模型理论.

答：

由哈勃定律

：

1.河外星系的视向退行速度与距离成正比，即距离越远，视向速度越大。

2.在任何星系上，看其他星系都是退行的退行速度与距离成正，即越远的退行越快。

宇宙在加速膨胀！

3.宇宙初期是温度极高、密度极大、体积极小的“奇点”。

——即宇宙由大爆炸产生。

2.利用图形说明恒星的演化过程。

答：

（1）星云阶段：

（2）原恒星阶段：

慢收缩阶段

（1）主序星阶段：

大量燃烧H—He，直到H聚变不再进行，向红巨星转化。

此后，随星核质量的不同，恒星取不同途径死亡…

（2）红巨星阶段：

中心H烧完，压力>引力，核开始收缩，中心T升高，核密度增大。

同时，外层得到核收缩释放的E，膨胀，形成V大，密度小，温度低，而光度很大的红巨星！

（3）超新星爆发：

红巨星后，核中心聚变停止，开始冷却，辐射压降低。

引力>>压力，导致整个星体向中心塌缩，内部温度大大提高。

内部在高温下爆炸，非常明亮，产生超新星！

超新星爆发是恒星死亡的一种形式，其结果：

A.恒星瓦解成星云；B.抛掉大量物质，塌缩成白矮星、中子星、黑洞。

专题六粒子物理

6.1宇宙中有哪些基本粒子

轻子强子规范玻色子

6.2宇宙中的相互作用包括哪些？

它们是如何实现的？

粒子之间的相互作用有四种，即强作用、电磁作用、弱相互作用、引力作用，总是通过交换媒介粒子来实现的。

类别

作用对象

相对强度

距离（m）

媒介粒子

作用时间（s）

主要理论

强作用

夸克

1

<10-15

胶子

10-23

量子色动力论

电磁作用

带电粒子

~10-2

无穷长程

光子

10-20~10-16

量子电动力学

弱相互作用

大多数粒子

~10-13

<10-17

中间玻色子

~10-8

量子味动力学

引力作用

全部粒子

~10-39

无穷长程

引力子

广义相对论、量子引力理论

6.3自然界中的对称性包括哪些，对称性原理内容

空间对称性包括旋转对称、平移对称、镜象反射对称；时间对称性包括时间平移对称性、时间反演对称性。

原理内容是：

1原因中的对称性必反映在结果中，即结果中的对称性至少有原因中的对称性那样多；

2结果中的不对称性必在原因中有所反映，即原因中的不对称性至少有结果中的不对称

那样多；

3在不存在唯一性的情况下,原因中的对称性必反映在全部可能的结果的集合中,即全部可能的结果的集合中的对称性至少有原因中的对称性那样多。

6.4粒子加速器种类及原理

种类：

静电加速器、直线加速器、回旋加速器、电子感应加速器、同步回旋加速器、对撞机。

原理：

带电粒子在电场中会受力而得到加速、提高能量，电场是用来加速的，磁场是用来改变方向的，这是至今为止的粒子加速器采用的原理。