物理学前沿题目

1、迈克耳逊-莫雷实验的目的是什么 为什么说这一实验结果是经典物理学晴空中的一朵 乌云”答：证明“以太相对地球的漂移”。否定了以太的存在。因为以太这个概念作为绝对 运动的代表,是经典物理学和经典时空观的基础.而这根支撑着经典物理学大厦的梁柱竟 然被一个实验的结果而无情地否定，那马上就意味着整个物理世界的轰然崩塌19,20世纪之交物理学在实验上有哪些新发现这些发现有什么重要意义答：一电子的发现二X射线的发现三天然放射性的发现宣告了原子是可分的.为进行电子和原子的研究开创了新的实验技术.由于X射线与原子中内层电子的跃迁有关，这说明了物理学还存在亟待搜索的未知领域.X射 线本身在医疗，研究物质结构等方面

2、都有很多的实用价值.意义贝克勒尔射线的发现，是人类第一次发现某些元素自身也具有自发辐射现象，引起了人们对 原子核问题的关注.贝克勒尔获1903年诺贝尔奖.狭义相对论的两个基本假设与伽利略交换的比较答：相对性原理；光速不变性原理。伽利略变换的前提是时间和空间不变性，洛仑兹变换 中时间是个相对量，本质区别就在于此。什么是粒子物理学中的“三大家族”，“四大力”答：强王、轻王和传播子三大类宇宙起源的现代观点-标准大爆炸学说超导态有哪些特性，在超导研究领域中两个世界公认的若贝尔奖的重大前沿课题是什么BCS的理论思想。答：BCS理论是以近自由电子模型为基础，是在电子一声子作用很弱的前提下建立起来的理论。B

3、CS理论（BCS theory ）是解释常规超导体的超导电性的微观理论（所以也常意译为超导的微 观理论）什么是光学谐振腔，简述光子振腔的作用，产生激光的条件，主要特征，激光的产生，生 活中的运用。答：光学谐振腔在激光器中利用光学谐振腔来形成所要求的强辐射场，使辐射场能量密度 远远大于热平衡时的数值，从而使受激辐射概率远远大于自发辐射概率。激光的高亮度：固体激光器的亮度更可高达1011W/cm2Sr。不仅如此，具有高亮度的激光束经透 镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。激光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时，还能保证聚焦得

4、到极高的 功率密度，这两点都是激光加工的重要条件激光的高单色性：由于激光的单色性极高，从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率 密度。激光的高相干性：相干性主要描述光波各个部分的相位关系。正是激光具有如上所述的奇异特性因此 在工业加工中得到了广泛地应用。激光产生，必须有激光器，而激光器必备的3个主要的组成部分。1.激活物质即被激励后能发生粒 子数发转的工作物质（激光工作物质）2.激励装置能激活介质发生粒子数反转分布的能源，激励装 置。3.光学谐振腔能使光子在其中重复震荡并多次被放大的一种由硬质玻璃制成的谐振腔。产生激光 的过程可归纳为：激励一激活介质（工作物质）粒子数发转；被激励后的

5、工作物质中偶然发出的自发 辐射一其他粒子数的受激辐射一光子放大一光子震荡及光子放大一激光产生。激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。什么是纳米，什么是纳米科技，纳米科技的特征，纳米材料的运用。答：纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分 之一纳米科学技术 是研究在千万分之一米（10-8）到亿分之一米（10-9米）内，原子、分子和其它 类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称 为纳米技术。广义地说，纳米材料是指

6、在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1100mm ）或由 他们作为基本单元构成的材料。特性：（1）表面与界面效应这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性 质上的变化。例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒 子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。主要原因就在于直径减 少，表面原子数量增多。再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90 米2/克和180米2/克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象，如金属纳米粒子 在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。（2）小尺寸效应当纳米微粒尺寸与光波波长

7、，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射 深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁， 热力学等性能呈现出“新奇”的现象。例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝 缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀 具比金钢石制品还要坚硬。利用这些特性，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能， 此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等等。（3）量子尺寸效应当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。 当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳 米材料的量子

8、效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。例如，有种金属 纳米粒子吸收光线能力非常强，在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子，水就会 变得完全不透明。（4）宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应， 它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应纳米材料的用途很广，主要用途有：医药使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、 分子的排布制造具有特定功能的药品。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

9、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。 家电用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线 等作用，可用处作电冰霜、空调外壳里的抗菌除味塑料。电子计算机和电子工业可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材 料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为掌上电脑”。 环境保护环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。这种膜能够探测到由化学和生物制剂造 成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。纺织工业在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2复配粉体材料，

10、经抽丝、 织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、用品， 可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。机械工业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。扫描隧道显微镜的基本原理和原子力学显微镜的基本原理太阳能电池的工作原理和半导体激光器的工作原理答：它是利用太阳光转化成电能的！电池里面的物质受到光照的作用把电能转化成化学能，当用的时候它再把化学能 转化为电能，并且是一种可以反复进行的！半导体激光器是一种相干辐射光源，要使它能产生激光，必须具备三个基本条件：1）增益条件:建立起激射媒质（有源区）

11、内载流子的反转分布。在半导体中代表电子能量的是由 一系列接近于连续的能级所组成的能带，因此在半导体中要实现粒子数反转，必须在两个能 带区域之间，处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多，这靠给同质 结或异质结加正向偏压，向有源层内注人必要的载流子来实现，将电子从能量较低的价带激 发到能量较高的导带中去.当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发 射作用.（2）要实际获得相干受激辐射，必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振 荡，激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的，通常在不出光的那一 端镀上高反多层介质膜，而出光面镀上减反膜.对f-

12、p腔（法布里一拍罗腔）半导体激光器可以 很方便地利用晶体的与p 一 n结平面相垂直的自然解理面一（110）面构成共振反射f 一 p腔. 为了形成稳定振荡，激光媒质必须能提供足够大的增益，以弥补谐振腔引起的光损耗及 从腔面的激光输出等引起的损耗，不断增加腔内的光场.这就必须要有足够强的电流注人，即 有足够的粒子数反转，粒子数反转程度越高，得到的增益就越大，即要求必须满足一定的电 流阀值条件.当激光器达到阀值时，具有特定波长的光就能在腔内谐振并被放大，最后形成 激光而连续地输出.可见在半导体激光器中，电子和空穴的偶极子跃迁是基本的光发射和光 放大过程对于新型半导体激光器而言，人们目前公认量子阱是半导体激光器发展的根本动力. 量子线和量子点能否充分利用量子效应的课题已延至本世纪，科学家们已尝试