研究生課程《高觀點下的中學(xué)物理專題分析》試題.doc

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研究生課程進修班試卷封面 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 考試分數(shù)： 年 月 日 東北師范大學(xué)研究生課程進修班考試試卷評分表 課程名稱 姓 名 單　　位 專 業(yè) 年　　 月　　 日 題 號 分 數(shù) 簽 名 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 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 一、填空題（每題2分，共計20分） 1、 物質(zhì)存在的基本形式是（ 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)的基本原理》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，闡明了（化學(xué)平衡、相平衡、表面吸附 ）等現(xiàn)象的本質(zhì)。 4、 （普朗克 ）在物理學(xué)史上第一次提出能量子的概念。 5、 規(guī)范粒子是指（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。 二、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)中的貌似隨機的不規(guī)則運動，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：①天體運行的長期行為不可預(yù)測；②單擺當(dāng)角度大到一定程度并有驅(qū)動力和阻力時進入混沌狀態(tài)；③機床切削金屬時或打印機機頭因沖擊而引起的混沌振動；④正常的腦電波近乎隨機訊號，其腦電圖曲線代表的就是曲型的混沌現(xiàn)象；⑤電路中的混沌現(xiàn)象:非線性系統(tǒng)的控制； ⑥昆蟲繁衍 ；⑦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： 　　①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。 　?、谑欠翊嬖陬~外維空間　 　?、勰芊癜炎匀唤缢械牧y(tǒng)一為一種力？ 　?、転槭裁创嬖谌绱硕嗟姆N類不同的粒子？ 　?、轂槭裁纯淇撕洼p子只有三代？粒子質(zhì)量的起源是什么? 　 ⑥什么是暗物質(zhì)?如何在實驗室中產(chǎn)生它？ 　 ⑦什么是暗能量？ ⑧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?！? ⑨宇宙是如何形成的？如果宇宙大爆炸理論是對的，那么大爆炸之前是什么？ ⑩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)科的促進作用。 答: ①物理學(xué)對信息科學(xué)發(fā)展的促進作用 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)、計算機技術(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)的基礎(chǔ)。激光的出現(xiàn)使通訊技術(shù)的面貌煥然一新，激光出現(xiàn)后蓬勃發(fā)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、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，促進了通訊信息科學(xué)的飛速發(fā)展。而近年來發(fā)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、計算機、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)的發(fā)展具有重要意義。 ②物理學(xué)對材料科學(xué)發(fā)展的促進作用 材料是發(fā)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)基礎(chǔ)。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)濟發(fā)展水平的重要標(biāo)志。物理學(xué)基礎(chǔ)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)發(fā)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、最活躍的領(lǐng)域，也是材料技術(shù)的基礎(chǔ)。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)分支的進一步研究，必將極大地推進材料科學(xué)的向前發(fā)展。 ③物理學(xué)對能源科學(xué)發(fā)展的促進作用 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)發(fā)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)的發(fā)展完善離不開物理學(xué)作為基礎(chǔ)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，則可能會給人類帶來新的能源。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。 ④物理學(xué)對空間科學(xué)發(fā)展的促進作用 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基礎(chǔ)的物理學(xué)。物理學(xué)研究的水平高低直接決定了空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。眾所周知，物理學(xué)是衛(wèi)星和火箭發(fā)射、運行、控制的直接理論基礎(chǔ)，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)計基礎(chǔ)。而物理學(xué)家對新能源—反物質(zhì)的研究，則會促使空間科學(xué)飛速發(fā)展。物理學(xué)家預(yù)測，假如利用反物質(zhì)推動太空船，只需六個星期便可到達火星。 ⑤物理學(xué)對生命科學(xué)發(fā)展的促進作用 生命科學(xué)的研究離不開物理學(xué)作為基礎(chǔ)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)的基礎(chǔ)。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，可追溯到伽里略、牛頓和哈維。 4、21世紀物理學(xué)面臨九大挑戰(zhàn)是什么？ 答：21世紀物理學(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)在維護國土安全與國家安全中的作用。 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。為了避免過多地涉及數(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，我們就不詳細說明了。只是指出,由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，試問它可以穿過幾塊同樣的木板? 解：設(shè)子彈的速度為v0，質(zhì)量為m，木板的阻力為f，一塊木板的厚度為d。 則由題意可得：-fd=m/2（19 v0/20）2－m v02/2 （1） 設(shè)能穿透n塊同樣的木板，則：-nfd=0－m v02/2 （2） 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）如圖所示，在傾角為的固定光滑斜面上有一從靜止開始下滑的小車，車廂頂上有一擺長為的單擺，擺球質(zhì)量為，求此擺的周期。 圖 解：用等效重力加速度的方法，圖示如右圖，所受重力為mg， 非慣性力為mgsinψ，由余弦定理可得： 故其周期為： 3、（15分）圖所示為一根豎直懸掛的不可伸長的輕繩，下端拴一小物塊，上端固定在點且與一能測量繩的拉力的測力傳感器相連。已知有一質(zhì)量為的子彈沿水平方向以速度射入內(nèi)（未穿透），接著兩者一起繞點在豎直面內(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隨時間的變化關(guān)系如圖所示。已知子彈射入的時間極短，且圖中為、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（例如的質(zhì)量）及、一起運動過程中的守恒量，你能求得哪些定量的結(jié)果？ 圖 圖 解：由題圖（2）可直接得出，A、B一起做周期性運動，運動的周期： T=2t0 ① 令m表示A的質(zhì)量，l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拉力.根據(jù)動量守恒定律，得m0v0=(m0+m)v1 ② 在最低點和最高點處運用牛頓定律可得 ③ ④ 根據(jù)機械能守恒定律可得 ⑤ 由題圖（2）可知F2=0 ⑥ F1=Fm⑦ 由以上各式可解得，反映系統(tǒng)性質(zhì)的物理量是 ⑧ ⑨ A、B一起運動過程中的守恒量是機械能E，若以最低點為勢能的零點，則 ⑩ 解得. 4、（15分）材料的電阻率隨溫度變化的規(guī)律為，其稱為電阻恒溫系數(shù)，是材料在時的電阻率。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則相反，具有負溫度系數(shù)，利用具有正負溫度系數(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。已知：在時，銅的電阻率為，碳的電阻率為；在附近，銅的電阻溫度系數(shù)為，碳的電阻溫度系數(shù)為。將橫截面積相同的碳棒與銅棒串接成長導(dǎo)體，要求其電阻在附近不隨溫度變化，求所需碳棒的長度（忽略碳棒和銅棒的尺寸隨溫度的變化）。 解：設(shè)碳棒的長度為X, 則銅棒的電阻為, 碳棒的電阻,要使得在00c附近總電阻不隨溫度變化,則有,則有式中t的系數(shù)必須為零,即有x≈0.0038m.