23秋國家開放大學(xué)《現(xiàn)代物理前沿》大作業(yè)1-4參考答案

國家開放大學(xué)《現(xiàn)代物理前沿》大作業(yè)1-4參考答案大作業(yè)1簡述牛頓力學(xué)三大定律。答：牛頓力學(xué)三大定律分別是：慣性定律、加速度定律和作用力與反作用力定律。（1）慣性定律任何物體都保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，直到受到其它物體的作用力迫使它改變這種狀態(tài)為止。說明：物體都有維持靜止和作勻速直線運(yùn)動(dòng)的趨勢，因此物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是由它的運(yùn)動(dòng)速度決定的，沒有外力，它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不會(huì)改變的。物體的這種性質(zhì)稱為慣性。所以牛頓第一定律也稱為慣性定律。第一定律也闡明了力的概念。明確了力是物體間的相互作用，指出了是力改變了物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因?yàn)榧铀俣仁敲鑼懳矬w運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，所以力是和加速度相聯(lián)系的，不是和速度相聯(lián)系的。在日常生活中不注意這點(diǎn)，往往容易產(chǎn)生錯(cuò)覺。注意：牛頓第一定律并不是在所有的參照系里都成立，實(shí)際上它只在慣性參照系里才成立。因此常常把牛頓第一定律是否成立，作為一個(gè)參照系是否慣性參照系的判據(jù)。（2）加速度定律物體在受到合外力的作用會(huì)產(chǎn)生加速度，加速度的方向和合外力的方向相同，加速度的大小正比于合外力的大小與物體的慣性質(zhì)量成反比。加速度定律定量描述了力作用的效果，定量地量度了物體的慣性大小。它是矢量式，并且是瞬時(shí)關(guān)系。要強(qiáng)調(diào)的是：物體受到的合外力，會(huì)產(chǎn)生加速度，可能使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或速度發(fā)生改變，但是這種改變是和物體本身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)的。真空中，由于沒有空氣阻力，各種物體因?yàn)橹皇艿街亓?，則無論它們的.質(zhì)量如何，都具有的相同的加速度。因此在做自由落體時(shí)，在相同的時(shí)間間隔中，它們的速度改變是相同的。（3）作用力與反作用兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力，在同一條直線上，大小相等，方向相反。說明：要改變一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，必須有其它物體和它相互作用。物體之間的相互作用是通過力體現(xiàn)的。并且指出力的作用是相互的，有作用必有反作用力。它們是作用在同一條直線上，大小相等，方向相反。大作業(yè)2簡述什么是波粒二象性。答：波粒二象性是指微觀粒子既具有波動(dòng)性質(zhì)又具有粒子性質(zhì)的特點(diǎn)。根據(jù)波粒二象性,微觀粒子既可以像波一樣傳播,表現(xiàn)出干涉和衍射現(xiàn)象,也可以像粒子一樣具有確定的位置和動(dòng)量。首先，波粒二象性是由粒子光學(xué)和量子力學(xué)的研究得出的。粒子光學(xué)研究了光的粒子性質(zhì)，而量子力學(xué)研究了光的波動(dòng)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，光在不同的實(shí)驗(yàn)條件下具有不同的性質(zhì)，在一些實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為粒子，在另一些實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為波動(dòng)。其次，波粒二象性的理論證明是建立在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上的。量子力學(xué)是一種描述微觀世界物質(zhì)粒子行為的理論，它發(fā)現(xiàn)粒子在不同狀態(tài)下具有不同性質(zhì)，如在不同能量水平下電子的性質(zhì)是不同的。這種性質(zhì)的變化可以通過量子力學(xué)方程來描述，這些方程揭示了粒子在不同條件下具有不同性質(zhì)的原理。波粒二象性在量子力學(xué)中的證明主要來自于量子力學(xué)的基本方程之一，稱為波動(dòng)方程，它描述了粒子的波動(dòng)性質(zhì)。而另一個(gè)重要方程稱為粒子方程，描述了粒子的粒子性質(zhì)。這兩個(gè)方程結(jié)合起來就可以得出粒子在不同條件下具有不同性質(zhì)的結(jié)論?？傊６笮允俏锢韺W(xué)中重要的概念，指的是物質(zhì)在某些情況下既具有波動(dòng)性質(zhì)，又具有粒子性質(zhì)。這個(gè)概念最早是由愛因斯坦提出的，是粒子光學(xué)和量子力學(xué)研究的結(jié)果。波粒二象性是由量子力學(xué)的基本方程之一，即波動(dòng)方程和粒子方程的結(jié)合得出的，它揭示了粒子在不同條件下具有不同性質(zhì)的原理。波粒二象性在物理學(xué)中有著重要的應(yīng)用，尤其是在量子力學(xué)理論、量子計(jì)算、量子信息等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。大作業(yè)3簡述光電效應(yīng)。答：光電效應(yīng)是指當(dāng)一種物質(zhì)受到光的照射，光能夠在物質(zhì)里產(chǎn)生一定的電學(xué)效應(yīng)。光電效應(yīng)可以分為多種，包括光電導(dǎo)電效應(yīng)、光電磁效應(yīng)、光電接觸效應(yīng)等。光電效應(yīng)是物理學(xué)和材料學(xué)中極其重要的研究領(lǐng)域，因此受到了廣泛的關(guān)注。一、光電導(dǎo)電效應(yīng)光電導(dǎo)電效應(yīng)是指在物質(zhì)表面受到光的照射的時(shí)候，物質(zhì)的電阻會(huì)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生電流。典型的例子就是日光敏電阻，是利用這一效應(yīng)發(fā)明的。日光敏電阻也被稱作光電導(dǎo)電效應(yīng)太陽能電池，它可以把太陽能轉(zhuǎn)化成電能，從而實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電等應(yīng)用。二、光電磁效應(yīng)光電磁效應(yīng)是指在材料表面受到光照射，會(huì)產(chǎn)生磁場。典型的例子是一種叫做“光電磁鐵”的材料，在它表面受到光照射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生明顯的磁感應(yīng)。這種效應(yīng)可以用來制造許多有用的磁學(xué)設(shè)備，如光電磁開關(guān)、光電磁振動(dòng)器、光電磁鐵等。三、光電接觸效應(yīng)光電接觸效應(yīng)是指當(dāng)物質(zhì)受到光的照射，物質(zhì)的接觸電阻會(huì)發(fā)生明顯的變化，從而產(chǎn)生電信號(hào)。這種效應(yīng)可以用來制造許多有用的設(shè)備，如光電轉(zhuǎn)換器、光電感應(yīng)器、光電接觸開關(guān)等。四、光電效應(yīng)的應(yīng)用光電效應(yīng)受到了廣泛的應(yīng)用，它可以用來實(shí)現(xiàn)多種功能。比如日光敏電阻可以用來制造太陽能電池，光電磁效應(yīng)可以用來制造磁學(xué)設(shè)備，而光電接觸效應(yīng)則可以用來制造光電轉(zhuǎn)換器和光電感應(yīng)器等。光電效應(yīng)作為物理學(xué)和材料學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，在許多方面得到了廣泛的應(yīng)用，為社會(huì)發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。綜上所述，光電效應(yīng)是一種自然界中非常常見的現(xiàn)象，其本質(zhì)是一種物質(zhì)受到光照射之后產(chǎn)生電學(xué)效應(yīng)的現(xiàn)象。從日光敏電阻到光電轉(zhuǎn)換器，從光電感應(yīng)器到光電磁鐵，光電效應(yīng)表現(xiàn)出了多種形式，并且在物理學(xué)和材料學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，對于社會(huì)的發(fā)展起著重要的作用。大作業(yè)4簡述什么是相對論。答：相對論是關(guān)于時(shí)空和引力的基本理論，主要由阿爾伯特·愛因斯坦創(chuàng)立，依據(jù)研究的對象不同分為狹義相對論和廣義相對論。相對論的基本假設(shè)是相對性原理，即物理定律與參照系的選擇無關(guān)。（1）狹義相對論(SpecialRelativity)研究：慣性系中物理規(guī)律及其變換；揭示：時(shí)間、空間和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。（2）廣義相對論(GeneralRelativity)研究：非慣性系中物理規(guī)律及其變換；揭示：時(shí)間、空間和物質(zhì)分布的關(guān)系。狹義相對論和廣義相對的區(qū)別是，前者討論的是勻速直線運(yùn)動(dòng)的參照系（慣性參照系）之間的物理定律，后者則推廣到具有加速度的參照系中（非慣性系），并在等效原理的假設(shè)下，廣泛應(yīng)用于引力場中。相對論極大地改變了人類對宇宙和自然