高觀點(diǎn)下的中學(xué)物理教學(xué)研究試題B(1)(1)

1、高觀點(diǎn)下的中學(xué)物理教學(xué)研究考試題一、填空題（每空2分，共計(jì)20分）1、 相對(duì)論的動(dòng)量、能量以及它們之間的關(guān)系是（E2=p2c2+E02 ）。2、 （愛(ài)因斯坦因 ）首次提出了物質(zhì)粒子不僅具有粒子性也具有波動(dòng)性。3、 狹義相對(duì)論的基本原理是（時(shí)間與空間的統(tǒng)一性和相對(duì)性 ）。4、 （光電效應(yīng) ）成就獲得物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)金。5、 自然界中有四種相互作用，它們分別是（強(qiáng)相互作用力 ）、（弱相互作用力 ）、（萬(wàn)有引力 ）、（ 電磁力 ）。6、 自旋將粒子分為（ 費(fèi)米子 ）（有半整數(shù)自旋，如1/2，3/2，5/2等）和（玻色子 ）（有整數(shù)自旋，如0，1，2等）。二、 簡(jiǎn)答題（每題5分，共計(jì)25分）1、現(xiàn)代物理

2、學(xué)的發(fā)展，已經(jīng)大大地?cái)U(kuò)展了人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界的范圍,測(cè)量空間、質(zhì)量和時(shí)間的尺度至少跨越了多少個(gè)數(shù)量級(jí)？答：質(zhì)量：10-27-1030時(shí)間：10-25-1018測(cè)量空間：10-18-10272、粒子物理的研究對(duì)象是什么？ 答。粒子物理分為實(shí)驗(yàn)和理論兩種研究方法，其中粒子物理理論的研究也屬于論物理，而且，粒子物理理論是整個(gè)理論物理的核心。粒子宇宙學(xué)是將對(duì)粒子物理的研究和宇宙學(xué)結(jié)合起來(lái)，探討宇宙學(xué)和粒子物理共同關(guān)心的問(wèn)題，也涉及到整個(gè)物理學(xué)面臨的基本問(wèn)題。粒子宇宙學(xué)是一個(gè)很迷的學(xué)科。強(qiáng)子物理理論研究的對(duì)象當(dāng)然就是強(qiáng)子了，是粒子物理的一個(gè)前沿領(lǐng)域。與自然界的更深層次夸克密切相關(guān)?？偟恼f(shuō)起來(lái)，這些領(lǐng)域構(gòu)成基礎(chǔ)

3、物理學(xué)的最核心地帶，也是最前沿地帶。3、舉例說(shuō)明物理學(xué)對(duì)其它學(xué)科的促進(jìn)作用。答：（1）物理學(xué)對(duì)信息科學(xué)發(fā)展的促進(jìn)作用 信息是一種極為重要的社會(huì)資源，它與能源、材料并稱(chēng)為現(xiàn)代社會(huì)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(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)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(duì)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(lái)的非線(xiàn)性光學(xué)在激光技術(shù)信息處理和存儲(chǔ)、計(jì)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

4、干光源和各種各樣非線(xiàn)性光學(xué)器件，促進(jìn)了通訊信息科學(xué)的飛速發(fā)展。而近年來(lái)發(fā)展起來(lái)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(jì)算機(jī)、通信、數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科。由此可見(jiàn)物理學(xué)對(duì)信息科學(xué)的發(fā)展具有重要意義。（2 ） 物理學(xué)對(duì)材料科學(xué)發(fā)展的促進(jìn)作用 材料是發(fā)展工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)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(gè)國(guó)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(jì)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(shí)驗(yàn)技術(shù)是材料科學(xué)發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ?。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

5、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(jìn)一步研究，必將極大地推進(jìn)材料科學(xué)的向前發(fā)展。（3）物理學(xué)對(duì)能源科學(xué)發(fā)展的促進(jìn)作用 隨著全球能源的需求量愈來(lái)愈大，僅靠大力開(kāi)發(fā)石油、天然氣、煤等傳統(tǒng)能源已不能滿(mǎn)足社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要。對(duì)新能源的開(kāi)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(kāi)物理學(xué)作為基礎(chǔ)和后盾。例如，原子能的開(kāi)發(fā)和利用離不開(kāi)物理學(xué)中的核物理和高能物理學(xué)，太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用離不開(kāi)凝聚態(tài)物理和光物理學(xué)，而近年來(lái)物理學(xué)家對(duì)反物質(zhì)的研究，則可能會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)新的能源。反物質(zhì)這東西很神秘，只要一露面，立即就會(huì)與正物質(zhì)結(jié)合，同時(shí)放出大量的能量

6、。關(guān)于通古斯大爆炸有各種假說(shuō)，其中之一認(rèn)為，1908年中西伯利亞的通古斯大爆炸，就是由于天外飛來(lái)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(jì)，一克反物質(zhì)與正物質(zhì)結(jié)合時(shí)，放出的能量相當(dāng)于世界上幾個(gè)最大水電站發(fā)電量的總和。（4） 物理學(xué)對(duì)空間科學(xué)發(fā)展的促進(jìn)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(kāi)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(yùn)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(jì)基礎(chǔ)。不久前，經(jīng)過(guò)

7、半年多星際旅行，美國(guó)”勇氣”號(hào)火星車(chē)于美國(guó)太平洋時(shí)間2004年1月3日20時(shí)35分(北京時(shí)間2004年l月4日12時(shí)35分)左右，在火星表面成功著陸。而物理學(xué)家對(duì)新能源反物質(zhì)的研究，則會(huì)促使空間科學(xué)飛速發(fā)展。物理學(xué)家預(yù)測(cè)，假如利用反物質(zhì)推動(dòng)太空船，只需六個(gè)星期便可到達(dá)火星。(5) 物理學(xué)對(duì)生命科學(xué)發(fā)展的促進(jìn)作用 生命科學(xué)的研究離不開(kāi)物理學(xué)作為基礎(chǔ)和手段。研究生命現(xiàn)象會(huì)遇到一個(gè)根本性的問(wèn)題:什么是生命?對(duì)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(shū)中預(yù)言了遺傳密碼的存在和生命賴(lài)“負(fù)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(yùn)用力學(xué)對(duì)

8、生命現(xiàn)象的研究，可追溯到伽里略、牛頓和哈維。4、21世紀(jì)物理學(xué)面臨九大挑戰(zhàn)是什么？答：21世紀(jì)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(hù)國(guó)土安全與國(guó)家安全中的作用。挑戰(zhàn)9：元挑戰(zhàn)。5、為什么具有物理學(xué)背景進(jìn)入其它學(xué)科獲諾貝爾獎(jiǎng)，而非物理學(xué)背景的學(xué)者至今無(wú)人問(wèn)津諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)？答：據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)中葉以來(lái)，獲得諾貝爾生理及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?wù)咧?，具有物理學(xué)背景者約占60%。獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?wù)咧?，具有物理學(xué)背景者約占50%以上。諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)第一

9、位獲獎(jiǎng)?wù)弑闶蔷哂形锢韺W(xué)博士學(xué)位的楊廷伯根。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，獲得諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)?wù)咧校哂形锢韺W(xué)背景者約占50%左右。由此可見(jiàn)，物理學(xué)對(duì)其它學(xué)科發(fā)展具有巨大的促進(jìn)功能。然而在物理學(xué)方面，迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)非物理學(xué)背景的學(xué)者獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。為什么具有物理學(xué)背景者進(jìn)入其它學(xué)科獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，而非物理學(xué)背景者迄今卻無(wú)人問(wèn)津諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)呢?其主要原因在于物理學(xué)研究的是物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律，物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科、核心學(xué)科和帶頭學(xué)科，物理學(xué)和其它學(xué)科相結(jié)合，很容易在邊緣交叉領(lǐng)域上取得重大突破;另一方面在于物理學(xué)研究方法的普適性。例如，具有物理學(xué)背景者利用物理學(xué)的理想模型方法在經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域取

10、得突破，從而獲得1997年諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)就是重要例證?？梢?jiàn)，物理學(xué)昨天和今天都對(duì)科學(xué)技術(shù)乃至社會(huì)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)作用，明天也將如此。三、計(jì)算題（共計(jì)55分）1、（10分）在兩杯重量相等而比重不同的液體里，各浸入用細(xì)線(xiàn)吊著的體積相同的銅球與鐵球，如圖1所示，試問(wèn)此時(shí)天平是否會(huì)失去平衡，若認(rèn)為天平會(huì)失去平衡，則向哪一邊傾斜？圖1解.球懸浮于液體中，則天平兩端所受到的力各增加gV，因?yàn)橐后w密度不同，所以增加的力也不同，天平會(huì)向密度較大的液體那側(cè)傾斜。2、（15分）如圖1所示，斜劈的傾角為，劈尖頂著豎直墻壁靜止于水平地面上，現(xiàn)將一個(gè)質(zhì)量與斜劈質(zhì)量相同、半徑為的球放在墻面與斜劈之間，并從圖示位置由靜

11、止釋放，不計(jì)一切摩擦，求此后運(yùn)動(dòng)中（1）斜劈的最大速度。（2）球觸地后彈起的最大高度。（球與地面作用中機(jī)械能的損失忽略不計(jì)）B圖2rA300解：（1）系統(tǒng)機(jī)械能守恒：關(guān)系式：A球下降距離：解式得：，（2）A球觸地反彈向上的初速度大小為，由機(jī)械能守恒定律可得：。解得反彈上升的最大高度為：.2、（15分）如圖2所示，空間等間距分布著水平方向的條形勻強(qiáng)磁場(chǎng)，豎直方向磁場(chǎng)區(qū)域足夠長(zhǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度，每一條形磁場(chǎng)區(qū)域的寬度及相鄰條形磁場(chǎng)區(qū)域的間距均為，現(xiàn)有一邊長(zhǎng)、質(zhì)量、電阻的正方形線(xiàn)框以的初速?gòu)淖髠?cè)磁場(chǎng)邊緣水平進(jìn)入磁場(chǎng)，求線(xiàn)框能穿過(guò)的完整條形磁場(chǎng)區(qū)域的個(gè)數(shù)。dddddddPMONv0圖3解. 線(xiàn)框穿過(guò)第1個(gè)條形磁場(chǎng)左邊界過(guò)程中： 根據(jù)動(dòng)量定理： 解得：同理線(xiàn)框穿過(guò)第1個(gè)條形磁場(chǎng)右邊界過(guò)程中有：所以線(xiàn)框穿過(guò)第1個(gè)條形磁場(chǎng)過(guò)程中有： 設(shè)線(xiàn)框能穿過(guò)n個(gè)條形磁場(chǎng)，則有：解得：可穿過(guò)4個(gè)完整條形磁場(chǎng)區(qū)域4、（15分）光滑絕緣的圓形軌道豎直放置，半徑為，在其最低點(diǎn) 處放一質(zhì)量為的帶電小球，整個(gè)空間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，使小球受到電場(chǎng)力的大小為，方向水平向右，現(xiàn)給小球一個(gè)水平向右的初速