物理与高新技术A卷

《物理学与高新技术》期末试卷一、填空题（共30分）1、（本题3分）太阳内部有“里三层”。

从中心向外，依次是_________，这里是太阳热能产生的基地；________，太阳能先通过这里传播出去；_________，太阳能经过这里向太阳表层传播，它们是“输送带”。

太阳外部有“外三层”，次为光球层、色球层和日冕层。

2、（本题3分）能量根据蕴藏方式的不同，可将能源分为三大类：第一类能源是________ __；第二类能源是___________；第三类能源___________。

3、（本题2分）当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时，材料起到_________的作用。

材料的这种功能称为一次功能。

以这个功能为使用目的的材料又称为_________。

4、（本题2分）大体来说，智能材料就是指具有_____________，对之进行_______________，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。

5、（本题3分）大气层以外太阳系以内的航行活动称之为__________，而太阳系以外的航行活动称之为___________。

航天技术空间技术就是_____________________的技术，又称太空技术和空间技术。

6、（本题2分）智能材料结构不仅象一般功能材料一样可以承受载荷，而且它还具有了其他功能材料所不具备的功能，即能感知______________，并能通过改变其物理性能或形状等做出响应，借此实现_____________等功能。

7、（本题3分）激光器的基本结构包括：_______、__________ 、__________。

8、（本题3分）信息技术主要包括计算机技术、微电子技术和通信技术，以及传感技术等。

可以形像地说，_________是扩展人的感觉器官收集信息的功能；___________是扩展人的神经系统传递信息的功能；___________是扩展人的思维器官处理信息和决策的功能。

微电子技术可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块，扩展了人对信息的控制和使用能力。

9、（本题2分）根据世界能源会议的规定，“能源是使一系统能够产生对_________”。

通俗地说，能源即是能量的来源或源泉。

确切地说，在自然界中可以被人类用来获取上述各种形式能量的_________就是能量资源，简称能源。

10、（本题2分）运载工具将航天器加速至宇宙速度，并送入预定的运行轨道。

现代航天运载工具分_______________和____________两种，前者为一次性使用，后者可多次使用。

11、（本题1分）信息技术的基本特征是“_____________________________________”。

12、（本题4分）以光导纤维（光纤）为传输介质的信息传输系统--光纤通信的出现（20世纪80年代初），它以低损耗石英光纤和半导体激光为基础，具有________________、______________、______________、____________的优点；从此开始了通信领域的一场革命。

二、简答题（共40分）13、（本题10分）简述纳米材料和超导材料的特性。

14、（本题10分）简述微波技术在石油工业中的应用。

15、（本题10分）简述光电子高科技的特点。

16、（本题10分）简述激光的特性及其产生原理。

二、论述题（共30分）17、（本题15分）论述信息技术的基本性质和发展趋势。

18、（本题15分）论述能源的评价和我国能源工业面临的问题。

《物理学与高新技术》期末考试A卷答案一、填空题（共30分，每空1分）1.核反应区；辐射区；对流区；2.地球自身蕴藏的能量；来自地球以外的太阳能；地球和其他天体引力相互作用而形成的3.能量传输部件；载体材料4.感知环境（包括内环境和外环境）刺激；分析、处理、判断5.航天；航宇；探索、开发和利用宇宙空间6.自诊断、自适应、自修复；所处的内外部环境变化7.激励能源；激活物质；光学谐振腔8.传感技术；通信技术；计算机技术；微电子技术9.外部活动的能力；自然资源10.运载火箭；航天飞机11.新；快；密；高12.通信容量大；传输损耗小；抗电磁干扰性能好；保密性好二、简答题（共40分，每题10分）13．超导体的主要特性：（1）“零电阻”特性零电阻是超导体的一个重要特性。

实验发现，当温度下降到某一值时，超导体的电阻会突然降为零，从而材料处于超导态，每种超导物质从正常态（有电阻）转变为超导态（电阻T（或称转变温度）是不同的，即不同的金属及合金有不同临界温度，每为零）的临界温度C种材料只有温度低于它自己的临界温度时，才会出现超导现象。

昂纳斯在研究中还发现，超导转变是可逆的，加热已处于超导态的样品，当温度高于C T 后，样品恢复其正常电阻率。

这证实了他的设想，即超导态是物质的一种新的状态，它只依赖于状态参量（如温度），而与样品的历史无关。

（2）临界磁场研究发现，如果超导材料处于一个外磁场中，则只有当外磁场的磁感应强度小于某一量值c B 时，超导材料才能保持其超导态，否则超导态即被破坏。

c B 称为临界磁场，它随不同材料和不同温度而变化。

（3）迈斯纳效应1933年迈斯纳和奥克逊菲尔德在实验中发现，超导具有完全抗磁性，即进入超导态时，超导体会将内部的磁场完全排出体外，磁力线不能进入人体内，体内的磁场恒等于零这种现象称为完全抗磁性，也常称为迈斯纳效应。

所以超导体不仅仅是理想导体（零电阻），而且是完全抗磁体。

纳米材料的只要特性如下：表面效应；小尺寸效应；.量子尺寸效应；宏观量子隧道效应14．微波在石油开采、输送、冶炼等中的应用将有巨大的开发前景，在原油的开采方面可以利用微波开采稠油及高凝原油，由于这些油粘度大，粘附于砂岩中难以用常规的水驱方法进行开采，而采用其他方法耗资大、效率低。

应用微波技术则是解决这些问题的最有效的方法。

微波作用于稠油后会引起稠油的化学变化和微波的热效应，它不仅改变了岩石的润湿性，也改善了波及系数，提高了油藏的采收率，而且在开采的过程中，由于微波作用的热效应和非热效应，使沥青质在开采的过程中即被转化为分子量小的轻质油，即可省略在炼油中的重质油转化过程，以节约大量投资。

微波在油气田的开发上其他方面的应用有：微波破乳、微波脱硫、脱蜡、微波解堵以及微波防止天然气中水化物的形成等等。

在石化煤炭工业中，利用微波激发甲烷气相裂解，微波石油蒸馏以及煤炭的等离子气化等。

微波加热可用于原油的输送，用微波取代传统原油输送中的加热方法，具有重要的现实意义。

通过理论和实验证明，原油具有良好的微波特性，其损耗角正切为165.0~017.0tan =δ（水的损耗角正切15.0tan ≈δ）。

通过实验也表明原油吸收微波的良好特性，如以200g 原油利用微波加热2分钟，其温度可达35C 0（例如由29C 0升至64C 0），吸收微波150W 。

由于微波加热为介质整体加热，即里外同时加热，与传统的方法依靠热传导进行传热的方式有着本质的区别，其加热效率为常规加热速度的几倍至几十倍，且与常规加热不同的是它不对周围空气和容器加热，所以热损失小。

这也是微波加热效率高的重要原因之一。

在原油加热中如采用915MHz ，即波长为32cm 的微波，根据理论计算，其穿透深度最大可达230mm 。

理论和时间表明，微波加热用于输送原油具有如下特点：（1）加热快速，热效率高，与常规加热相比可节能50%。

（2）设备结构简单、安装维修方便。

（3）可实现集中监视、自动控制及远程操作，无需人工现场操作。

（4）无燃烟或燃油引起的环境污染。

（5）运行成本低廉。

该技术从理论及试验表明，它用于原油输送是可行的，但因目前尚未进行生产实践的验证，故有待于大面积推广。

15．战略性：对国家当前与长远的经济、科技、社会、军事的发展具有战略意义，是国家综合国力与战略力量的组成部分。

创新性：创新是光电子科技发展的灵魂。

通过强化R&D 投入，使光电子科技不断有所发 现、有所发明，创造出具有自己的知识产权的科学技术，才能增强国际竞争力。

智力性：光电子科技是知识密集、技术密集的高新科技。

推动光电子科技发展，要靠智 力与资本的结合。

但是，从某种意义上讲，人才资源比资金更为重要。

驱动性：是信息化带动工业化的有力技术支撑，是推动经济发展社会进步的强大驱动力。

时效性：光电子科技的竞争十分激烈，只有适当超前研发军用光电子科技，才能具有战 略威慑作用；只有适时推出创新产品，才能够占领市场，取得最好经济效益。

风险性：光电子科技的探索处在科技前沿，任何一项原创新的研究与开发都有风险，只 有高瞻远瞩、科学论证，才能把风险降低到最小程度。

16．(1)、自发辐射与受激辐射自发辐射是在没有任何外界作用下，激发态原子自发地从高能级向低能级跃迁，同时辐射出一光子。

h ν=E2-E1。

设发光物质单位体积中处于能级E1，E2的原子数分别为N1，N2，则单位时间内从E2向E1自发辐射的原子数为22121N A dt dN =⎪⎭⎫ ⎝⎛自A21为自发辐射概率（自发跃迁率）：表示一个原子在单位时间内从E2自发辐射到E1的概率。

处于高能级E2上的原子，受到能量为h ν= E2- E1的外来光子的激励，由高能级E2受迫跃迁到低能级E1，同时辐射出一个与激励光子全同的光子。

称为受激辐射。

22121N W dt dN =⎪⎭⎫ ⎝⎛受W21为表示一个原子在单位时间内从E2受激辐射跃迁到E1的概率。

(2)粒子数反转受激吸收与E1的原子数N1成正比，受激辐射与E2的原子数N2成正比。

当N2《N １时发生受激辐射远少于发生受激吸收，是不可能实现光放大的．要实现光放大，必须采取特殊措施，打破原子数在热平衡下的玻耳兹曼分布，使N ２＞N １。

我们称体系的这种状态为粒子数反转 (或“负温度”体系)。

所以，产生激光的首要条件是实现粒子数反转。

能够实现粒子数反转的介质称为激活介质。

要造成粒子数反转分布，首先要求介质有适当的能级结构，其次还要有必要的能量输入系统。

供给低能态的原子以能量，促使它们跃迁到高能态去的过程称为抽运过程。

(3)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。

光学谐振腔的主要部分是两个互相平行的并与激活介质轴线垂直的反射镜，有一个是全反射镜，另一个是部分反射镜。

在外界通过光、热、电、化学或核能等各种方式的激励下，谐振腔内的激活介质将会在两个能级之间实现粒子数反转。

这时产生受激辐射，在产生的受激辐射光中，沿轴向传播的光在两个反射镜之间来回反射、往复通过已实现了粒子数反转的激活介质，不断引起新的受激辐射，使轴向行进的该频率的光得到放大，这个过程称为光振荡。