《物理学前沿》思考题和习题精解
物理前言课的思考题
思考题关成波---量子输运1、调研下光合作用细菌的种类自然界中能以光合作用产能的细菌根据它们所含光合色素和电子供体的不同而分为产氧光合细菌(蓝细菌、原绿菌)和不产氧光合细菌(紫色细菌和绿色细菌)。
2、地球上的能源那些与光合作用有关人类所利用的传统能源（如煤、石油、天然气等）均与光合作用有关。
3、把激发态在分子间的传递等效看作是一个波沿着不同路径的传输，结合机械波和电磁波的干涉，思考激子波的路径相干叠加问题。
量子相干助力光合作用：量子力学认为，诸如电子等粒子常常表现出波一样的行动。
击中一个天线分子的光子会激起一波一波带能量的粒子——应激子。
这些应激子接着会从一个分子传到另一个分子，直到到达反应中心，这些应激子可能是相干的，它们的波纹会延展到多个分子那儿，然而，与此同时，它们也会保持同步并且互相加强。
相干量子波同时能以两种或多种状态存在，因此，具有相干性的应激子一次能以两种或多种路径穿越天线分子组成的“森林”。
事实上，它们能同时探测到多个可能的选择，并自动选择最有效的方式到达反应中心。
王守宇—科学方法论（这个自己答，要么课件有）论述题：要求展开论述，谈出自己的体会，不少于500字1. 结合本课程的学习，请提出一个你认为具有创新性的发明、制作或科学研究、科学实验等，指出创新点、研究思想、研究手段；并阐述你从中得到的体会。
2. 科研过程中我们应该具备的思维品质是什么？并选出至少2个思维品质展开论述，写出自己的体会。
3. 创新的概念是什么？如何能做到自主创新？你打算如何来做？尹红星—致密星1.白矮星和中子星中抗衡引力的分别是哪种压力？电子简并压，中子简并压力2.黑洞按照质量大小一般可分为哪些类别？黑洞根据其质量的大小，大体分成迷你型、恒星型、超大质量型三类。
3.中子星X射线双星的光变曲线上可能蕴含的时变信息有哪些？课件版本答案：NS XRBsX-ray Eclipse: 轨道周期X-ray Dips: 轨道周期X-ray Pulsation: 周期性信号，中子星自转周期Type I X-ray burst：准周期，渐进频率近似为中子星自转周期Type II X-ray burst:QPO: 准周期，多个频段，0.1Hz~1000Hz通过Pulsar、Type I X-ray Burst Oscillation可以知道中子星的自转频率通过Eclipse、Dip可以知道双星的轨道周期通过kHz QPO可以知道中子星或黑洞吸积流的最内稳定轨道通过以上光变时标，可以进一步约束致密星的质量、半径、（中子星）物态等物理信息结合能谱性质，可以研究致密星附近强引力场中的吸积流结构、辐射机制等物理规律夏利东—太阳风1.太阳内部是如何分层的？太阳辐射能量的来源和向外传输的主要过程和特点是什么?从内向外可以分为核反应区、辐射区、对流区三个区。
物理学前沿第二章凝聚态物理
2.1 凝聚态物理学现状
物理学 前沿
第二章 凝聚态物理学
•
共价键是原子间通过共用电子对（电子云重 叠）而形成的相互作用。形成重叠电子云的电子 在所有成键的原子周围运动。一个原子有几个未 成对电子，便可以和几个自旋方向相反的电子配 对成键，共价键饱和性的产生是由于电子云重叠 （电子配对）时仍然遵循泡利不相容原理。电子 云重叠只能在一定的方向上发生重叠，而不能随 意发生重叠。共价键方向性的产生是由于形成共 价键时，电子云重叠的区域越大，形成的共价键 越稳定，所以，形成共价键时总是沿着电子云重 叠程度最大的方向形成（这就是最大重叠原理） 。共价键有饱和性和方向性。
2.1 凝聚态物理学现状
物理学 前沿
第二章 凝聚态物理学
•
完全被电子占据的能带称“满带”。满带中 的电子不会导电；完全未被占据的称“空带”； 部分被占据的称“导带”。导带中的电子能够导 电；价电子所占据能带称“价带”。 • 能量比价带低的各能带一般都是满带，价带 可以是满带，也可以是导带；如在金属中是导带 ，所以金属能导电。在绝缘体中和半导体中是满 带所以它们不能导电。但半导体很容易因其中有 杂质或受外界影响（如光照，升温等），使价带 中的电子数目减少，或使空带中出现一些电子而 成为导带,因而也能导电。
物理学 前沿
第二章 凝聚态物理学
• 2.1.1凝聚态
凝聚态是粒子数N大于阿伏伽德罗常数的原子、分子 、离子集合体的总称，包括以下几个方面： • 固体：晶体、准晶体、非晶体都属于固体，其特点是原子 （离子、分子）之间有固定的平衡位置，由相互作用凝聚 态成整体，密度较大。 • 液体：包括常规液体和有序液体(液晶),其特点是（离子、 分子）之间在一定范围内可以相对运动（流动），但相互 作用把它们凝聚成整体，密度中等。 • 气体：包括中性气体和电离气体（等离子体），其特点是 粒子之间有很大的距离，可自由运动，靠外场或容器的约 束而非靠粒子之间的相互作用形成凝聚体。
物理学前沿问题探究
课程名称：前进中的物理学论文题目：物理学前沿问题探究学号：姓名：年级：专业：学院：完成日期：物理学前沿问题探究我是南开大学物理学院的学生，自然对物理学的前沿问题较一般的同学有更多的了解，对这方面也更感兴趣，我希望能更多地了解这方面的知识，以使自己对物理学的未来有一个更清晰的认识。
物理学——一门非常严肃的科学，源自哲学，由于数学方法的引进而成为一门独立的科学，其终极目的是探知宇宙的精神。
我们的物理学发展到现在已经为我们认识和改造世界提供了一件又一件法宝：光学显微镜，使生物学拥有了细胞学说；蒸汽机，引发了工业革命；引力理论，成为了太空航行的理论依据；电力的发现，让化学出现了新的分支——电化学；能量守恒定律，使人们不在盲目建造永动机；热力学第二定律，指出了时间的方向性；电子显微镜，使生命科学进入分子生物学时代；电子计算机，引领世界进入信息时代；将来，量子通信，量子计算机，必将使世界进入全新的量子时代！我相信物理学必将继续引领世界前进的步伐，但是其基础是一个个前沿难题的解决或新发现，物理领域有着大量的前沿课题，相信我们年轻的一代，以及其他未来的科学家必将在这些方面有所建树。
下面我将对这些疑难问题做一个概述：1、关于整个宇宙和天体的创生和演化宇宙起源问题、黑洞的研究、宇宙年龄问题、宇宙有怎样的结构、暗物质、暗能量、类星体的结构、引力波的存在问题、太阳系诞生问题、地-月创生和演化、生命起源于哪里、外星生命是否存在、宇宙加速膨胀之谜……2、微观世界中物质结构和基本粒子的相互作用及其运动规律物质深层结构之谜（质子自旋危机）、概率论和决定论的争论、统一场论的最终导出（大统一、超统一）、超弦、真空不空问题、量子计算机、量子隐形传态、量子非局域性、量子论与相对论之矛盾、狭义相对论与超光速疑难……3、宏观范围内的非线性复杂性问题自组织与耗散结构、分形与分维、多体问题、混沌理论、孤立波、湍流、高温超导、超流、纳米材料、凝聚态物理、人工智能和神经计算……其实我们研究这一切的最终目的，是理解我们所身处的宇宙，明白自己从何处来，到何处去，理解我们生活中的一切现象。
物理学前沿问题一 老教授的授课 PPT
（4）式 ）
ds = dt +
2
+
+
2 dx 3
( 4)
的度规为： 的度规为：
g ν
1 0 = 0 0
0 0 0 1 0 0 ≡ η ν 0 1 0 0 0 1
这称为闵可夫斯基四维平直空间的度规张量。 这称为闵可夫斯基四维平直空间的度规张量。
[2]、施瓦西（K.Schwarzschild）度规： 、施瓦西（ ）度规： 施瓦西度规形成的不变间隔为（ 的自然单位） 施瓦西度规形成的不变间隔为（取c=1的自然单位） 的自然单位
引力 物理场
等价
弯曲时空 几何场
日
地
θ
星 ★
★
1999年12月26日 1999年12月26日，
爱因斯坦
被美国《时代》 被美国《时代》周刊 评为
“世纪伟人” 世纪伟人”
小 时 侯 的 爱 因 斯 坦
爱 因 斯 坦 生 日 留 影
5、 爱因斯坦引力场方程 、
Rν
其中
1 g ν R = 8πGTν 2
可写成（ ） 可写成（5）式，具体展开式为
ds = g11dx dx + g12 dx dx + g13 dx dx
2 2 1 2 2 2 3 3 1 3 2
+ g 21dx dx + g 22 dx dx + g 23 dx dx + g 31dx dx + g 32 dx dx + g 33 dx dx = dx dx + dx dx + dx dx .
dl = dx + dy + dz
2 2 2
2
物理学前沿光学习题
光学习题1.请阐述全息学的基本原理以及x射线全息学具有哪些诱人的前景？答：全息学以波动光学为基础，利用光的干涉和衍射原理，将物体发出的特定的波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定的条件下使其重现。
全息学分为两步，波前记录和波前重现，波前记录是将物体光波与另一相干光波——参考光波干涉，用照相的方法将干涉条纹记录下来，获得全息图或者全息照片；波前重现是利用原纪录的参考光波或其他合适的光波照射全息图，光通过全息图发生衍射，甚至衍射光波会形成原物体逼真的立体像。
与普通照相技术相比它有如下几点基本特征，1）可以形成三维图像；2）全息照相可以进行多重记录，信息容量大；3）光学系统简单——原理上无需透镜成像，是一种无透镜成像方法；4）全息照片的重现可放大或者缩小。
全息图有多种类型，从记录时物体与全息图的相对位置来分类，可分为菲涅耳全息图和夫琅禾费全息图。
1971年诺贝尔物理学奖授予了伽博，以表彰他发明和发展了全息学——x射线全息学，尽管x射线无法利用透镜成像，但是原子的间距与x射线的波长同数量级，周期性排列的原子对入射的x射线散射的相互干涉，会产生衍射点阵；用相干光对这种衍射图样作第二次衍射，便可恢复晶格的像，这就是伽博x射线全息学两步成像法的由来。
未来世界，x射线全息学将在医学成像、生物、科研、统计计量、信息科技、文字图像、装饰、防伪、海洋科学、军事领域等有不可或缺的地位。
现在全息学技术已经逐步走向市场，如高聚物全息防伪标志、透明激光全息防伪膜等，其发展前景无限美好。
2.表面等离极化激元分哪两类，各有什么特点？答：表面等离极化激元在传播方向上具有比光波大的传播波矢（更短的波长）；与光的传播方向垂直的方向上是消逝场（限制光场）。
在分类上包括金属纳米线波导和金属—介质—金属波导。
金属纳米微粒链状结构所支持的SPP特性与计算得出的金属纳米圆柱体波导中的情况非常相似，对SPP场具有亚波长尺寸的强束缚性，传播距离仅仅为数百纳米。
物理学前沿
物理学前沿Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】陕西师范大学2014～2015学年第一学期期末考试物理学院2012级教育硕士物理学前沿试题答卷注意事项：1、学生必须用蓝色（或黑色）钢笔、圆珠笔或签字笔直接在答题纸上答题。
2、答卷前请将密封线内的项目填写清楚。
3、字迹要清楚、工整，不宜过大，以防试卷不够使用。
4、本卷共4大题，总分为100分。
1.理论物理部分 ( 共5题，每题5分，共25分)1.混沌现象的主要特征是什么对于什么是混沌，目前科学上还没有确切的定义，但随着研究的深入，混沌的一系列特点和本质的被揭示，对混沌完整的、具有实质性意义的确切定义将会产生。
目前人们把混沌看成是一种无周期的有序。
它包括如下特征：（1）内在随机性。
它虽然貌似噪声，但不同于噪声，系统是由完全确定的方程描述的，无需附加任何随机因数，但系统仍会表现出类似随机性的行为；（2）分形性质。
前面提到的lorenz 吸引子，Henon 吸引子都具有分形的结构；（3）标度不变性。
是一种无周期的有序。
在由分岔导致混沌的过程中，还遵从Feigenbaum常数系。
（4）敏感依赖性。
只要初始条件稍有偏差或微小的扰动，则会使得系统的最终状态出现巨大的差异。
因此混沌系统的长期演化行为是不可预测的2.分形结构的特点是什么请举例说明。
特点是无定形，不光滑，具有自相似性。
如弯弯曲曲的海岸线、起伏不平的山脉，粗糙不堪的断面，变幻无常的浮云，九曲回肠的河流，纵横交错的血管，令人眼花缭乱的满天繁星等。
它们的特点都是，极不规则或极不光滑。
即每一元素都反映和含有整个系统的性质和信息，从而可以通过部分来印象整体。
3.分析小世界网络、无标度网络和随机网络三者之间的相同点和不同点。
共同点：都是用特征路径长度和聚合系数来衡量网络特征。
不同点：在网络理论中，小世界网络是一类特殊的复杂网络结构，在这种网络中大部份的节点彼此并不相连，但绝大部份节点之间经过少数几步就可到达。
《物理学前沿》思考题和习题精解
《物理学前沿》思考题和习题精解第1章1.1 你喜欢宇宙学吗？为什么？1.2 你觉得公众对探索宇宙奥秘的兴趣越来越浓的原因是什么？1.3 爱因斯坦指出：宇宙中最不可理解的事，是宇宙居然是可以理解的！1.4 宇宙是均匀的，这是很重要的一点，叫做宇宙学原理。
1.5 宇宙究竟是什么？古人的定义：“古往今来谓之宇，四方上下谓之宙。
”宇宙是天地万物的总称，是无限的空间和时间的统一，“宇”是空间的概念，是无边无际的；“宙”是时间的概念，是无始无终的。
1.6 在中国古代，关于宇宙的结构，主要有三派学说，即盖天说、浑天说和宣夜说，此外还有昕天论、穹天论、安天论等。
1. 7 西方古宇宙说种种古印度的宇宙说更为生动，他们把宇宙的天地解释为“海中龟驮着大象，大象背着大陆，周围环绕大蛇”的“大象龟蛇”说。
在西方有古西方的宇宙鸟龟塔说。
1.8 1924年，美国天文学家哈勃（Edwin Powell Hubble，1889-1953）发现T仙女座大星云中的造父变星，并根据其光度变化周期推算出“仙女座大星云远在银河系之外，是尺度同银河系相当的巨大恒星系统”的结论。
这一重大发现最终结束了多年来关于这类旋涡状星云是近邻天体还是银河系外的“宇宙岛”的争论，将人类认识宇宙的范围从银河系扩展到众多星系组成的广阔世界，开启了研究浩瀚宇宙的新航程。
第2章2.1 .1 仅通过直接观察，你怎样辨别天空中的一个特定天体是不是行星？2.2 图2.1-4中的星星是顺时针旋转还是逆时针转动？2.3 描述一个你用眼睛能做的观察以否定下述理论：各行星附在一些透明球壳上，这些球壳以复杂的方式旋转，但总是以地球为中心，行星就是这样绕地球运行的（地心说）。
2.4我们怎么知道地球是圆的？答：研究教材。
2.5 开普勒喜欢哥白尼的理论中的那些地方，不喜欢哪些地方？答：开普勒喜欢哥白尼的理论中的太阳作为宇宙的中心, 不喜欢圆轨道。
2.6 哥白尼赞成毕达哥拉斯学派，认为宇宙是和谐的，可以用简单数学关系表达宇宙规律的基本思想。
物理学前沿问题之我见
物理学前沿问题之我见科学技术正在迅速发展，知识经济已初见端倪．谁掌握了21世纪的教育，谁就在未来的信息社会及国际竞争中取得主动权．面对新形势，实施素质教育，尤其是物理教学现代化已成了时代的要求．与这种现代化要求相伴随的是教师必须把握物理学前沿的脉搏．为了能与物理学前沿接轨，教师该怎么办呢?本人就这一问题谈一点浅见．一、应补充新知识，提高自身的文化素养由于历史的原因，目前绝大多数的中学物理教师是狭窄的专业模式中培养出来的，教师在大学时代学习的知识很多已经陈旧、过时，如果试图靠吃老本，那是绝对行不通的．现代社会青少年学生的知识信息来源非常广泛，各种渠道的信息扩大了学生的知识面，但也给他们带来了各种新问题，他们希望从教师那里找到正确答案．“要想给学生一杯水，教师就得有一桶水”．当今学生这个“杯子”越来越大了，如果教师还靠自己桶里原来那么点水，怎么能够学生舀的呢?更重要的是，我们应有一桶流动的水，常言说，流水不腐，即我们的知识应该吐故纳新，使我们具有一桶永远是新鲜、富有营养、受学生欢迎的高质量的水．杨振宁教授曾经指出：“中国的研究生兴趣太窄，对物理学方面的兴趣太窄，对一般的事物的兴趣也显得太窄．……我觉得这是一个不好的普遍现象．”这种兴趣狭窄的普遍现象的造成，不是一朝一夕形成的，这当中也有因我们中学物理教师的知识陈旧、知识面狭窄而应负的不可推卸的责任．随着“3+Ｘ”高考模式在全国的普遍推广，各学科之间相互联系、相互渗透的趋势日益明显，这就更要求我们中学物理教师注意利用一切机会充实自己，扩大自己的知识面，提高自身的文化素养，在掌握精深的专业知识基础上，广泛涉猎相关学科的知识，如生命科学、文史知识、教育理论知识等．无论社会如何发展，丰富的知识底蕴、广博的信息含量始终是教师取得成功的基础之一．20世纪的物理学已取得的成就是极其辉煌的．时至今日，物理学仍是一门充满生机和活力的学科，它的创造性进展仍日新月异，整个物理学，在21世纪将有一个更加辉煌的发展．由于物理学研究对象的扩展，从宏观到微观，从传统的物理过程到化学过程，从无生命到有生命，以至很难用传统的眼光来界定什么是物理学了．正如国外物理学家风趣地说：“什么是物理学?物理学家所做的工作就叫物理学．”例如，1995年在我国厦门召开的第十九届国际统计物理学大会，有相当一部分论文的题目看起来不大像物理学，如“心率、蟑螂、曲折的河流、文字的存储”等．今天的物理学已代表着一套获得知识、组织知识和运用知识的有效步骤和方法，把这套方法运用到什么问题上，这问题就成了物理学．2001年3月2日，江泽民等党和国家领导人到北京展览馆参观了“863”计划15周年成就展，在展区内陈列着“世界上第一辆载入高温超导磁悬浮实验车”，“长了人耳的老鼠”，“种在海水里的蔬菜”，“高温气冷实验堆”等．这些成就均可划归到物理学的范围内，从这种发展趋势来看，中学物理教师必须跟踪物理学的前沿进展，按照物理学发展的趋势，改变我们单一的知识结构，以适应新形势的要求． 二、应更新教育思想，树立全新的教育理念目前，全国各地正在进行着轰轰烈烈的教育改革，即从传统的应试教育转变到素质教育上来，但这种改革的步伐缓慢，实质性的进展不明显，究其原因是多方面的，但教育思想严重滞后，对于传统的教育观念、教学内容、教学手段、教学方法偏爱至深，形成了一种强大的传统惯性，以至难以转向，不能不说是主要的原因之一．目前世界各国的理科教育，特别是物理教育，明显的特征是：从强调知识内容向获取知识的科学过程转变；从强调单纯积累知识向探求知识转变；从强调单科教学向注重不同学科相互渗透转变．相比之下，我国的中学物理教学忽视科学归纳，忽视发散思维、形象思维和创造性的直觉思维，忽视主动获得信息与信息交流的训练，忽视学生独立学习与思考的训练，忽视开发学生非智力因素的训练．这些弊端由来已久．我国中学物理教学传统的讲课风格是细嚼慢咽式的，教师把知识组织得井井有条，滴水不漏，对课程内容的每一个细节都作详尽的解说，对学生可能出现的问题一一予以告诫，久而久之，学生养成了唯书、唯师的学习习惯，缺乏创造的热情和竞争的态势．同样，我国的中学物理教师长期在统一的教学大纲，统一的教材，统一的考纲，统一的考试下，已习惯于把自己的思想和兴趣局限于这统一的框架内．教师的创造性逐渐地被磨灭，多数教师不敢轻易地将有争议的尚未定论的或正处于发展之中的科技新成就，科学新思想介绍给学生，将物理学的前沿知识排斥于教育之外．在这样的物理教育思想指导下，只让中学生了解物理学的昨天，而不懂得重要的是应让中学生知道物理学的今天，更不会让他们去探索物理学的明天．出现这一系列现象的根源是陈旧的教育观念．教育部长陈至立最近强调：必须转变教育只为分数服务的目标观，树立教育为提高人民素质，为社会主义现代化服务的目标观．我们的中学物理教学一定要给学生日后接受各种新观念、新思想作好铺垫，而不能将中学物理讲得太“绝对”，太“确定”，太“线性”．应当让中学生体验到物理学是一门发展中的科学，是现代前沿科学中最为激励人心的学科之一．这就要求我们每个中学物理教师不盲从权威，不迷信教条，敢于大胆想象，大胆创新．同时，我们必须要对物理学现代进展的各个前沿领域，如超导技术、同步辐射、遥感技术、核磁共振、可燃冰、新材料、纳米技术等，有一概括的清晰的了解．中学物理教师应树立全新的教育理念．三、应掌握现代教育技术，改进物理教学方法从传播学的角度看，教育是凭借一定的媒体与相应的教学方法与手段才能进行的活动．我国传统的教学方法与手段以传授知识为主，强调以课本、课堂、教师为中心，运用灌输式、一言堂的教学方法，使用黑板加粉笔的教学手段，这种现象对目前教学改革的进一步深化将成为“瓶颈”因素，严重地制约与阻碍了教学改革的深入．现代教育技术的发展，特别是多媒体教学、远程教育、网络教育的发展，突破了时间与空间的限制，极大地方便了中学物理教学，使中学物理知识与现代物理学的前沿知识更能有机地联系起来．如用微机来模拟宇宙大爆炸，使学生了解宇宙初始阶段的物理过程：从宇宙大爆炸开始，宇宙经历了一个由热到冷、由密到稀的演化史，经历了漫长的年代，弥漫的气体凝聚为气体星云，气体星云再慢慢地收缩成星系和恒星，逐渐成为今天我们所观测到的宇宙，这就为学生将来进一步探索宇宙起源和演化的奥秘，揭开暗物质之迷，建立新的时空观埋下了伏笔，从而为学生提供了广阔的视野．现代教育技术可以使学生充分地利用视觉和听觉去获取知识，综合利用各种仪器进行学习，并极大地丰富了教学内容，可使学生在有限的时间里获取更多的知识，提高了教学效益．现代教育技术可以达到形声并茂，色彩逼真，表现手法灵活多样，寓教于乐，寓教于美，对学生掌握知识、形成技能、发展能力、提高素质都具有显著的促进作用．现代教育技术的多种功能，优化了教育教学过程，现代教育技术的发展，必然引起教育思想、教育观念、教育体制以至教学内容、教材形式、教学手段、教学方法、教学模式等方面的变革．当然，现代教育技术绝不是强加在传统教育体系上的一堆仪器，也不是传统程序上的增添或扩大一些什么东西，只有当教育技术真正统一到整个教育体系中去的时候，只有当教育技术促使我们重新考虑和革新这个体系的时候，现代教育技术才具有价值，否则现代教育技术将无用武之地．诚然，现代教育技术能否成功地为中学物理教育服务，关键在于教师要学会对媒体的使用，并熟练运用现代教育技术的理论和方法指导教学活动及整个学习过程进行优化设计，促成有效学习发生在每个学生身上，这对中学物理教师掌握信息技术的水平提出了新的要求，为此，中学物理教师必须紧跟时代发展的步伐，了解物理学近代发展的前沿领域． 四、应积极参与物理教育科学研究要提高广大中学物理教师的业务水平素质，必须进行教育科学研究，物理学的现代进展将为中学物理教师科学研究提供宽广的研究领域．用现代的观点来重新审视中学物理的概念、原理、规律、观点是否过时，各规律的相对位置是否发生了变化，在中学物理各部分内容的讲授中如何渗透现代物理知识等都是值得深入研究的．也许有的教师会认为现代物理学发展的前沿与我们相距遥远，把它们介绍给中学生更不现实，但事实并非如此．物理学的近代发展或前沿领域，是在原有内容的基础上骤步发展起来的，或者说，物理学的现代进展的根基仍然可以在基础物理中找到．物理学最新的发展其实离我们并不遥远，在中学物理教学过程中，完全可以向现代物理学前沿开“窗口”，也完全能够找到与现代物理学前沿相衔接的“接口”．著名物理学家杨振宁教授曾谈到：量子力学在20世纪30年代发展迅速，那时他在中学图书馆读到有关量子力学的中译本，尽管作为中学生，他对这门新学科不全部了解，但学科崭新的发展，奇妙的知识使他产生了一种向往，这与他后来专攻物理学不无关系．这就是一个很有说服力的典范．随着素质教育的深入实施，创新教育越来越为人们所关注．作为创新教育主体的教师，对学习者有着表率作用，对学习者创造性的培养有着潜移默化的影响．心理学家托兰斯的研究发现：教师在创造性动机测验中的成绩与学生的创造性能力之间存在一定的正相关．这说明了教师创造性能力的高低对学生创造能力的培养是至关重要的，只有教师具有较高的创造能力，才可能具有创新教育观念、教学方法及人格力量，也才可能发现、鼓励具有创造能力的学习者，才有可能激发学习者的创造潜能，因此，时代更呼唤创造型教师，作为一个创造型的教师，就必须跟踪学科发展的前沿．结合各学科的特点分析，物理教学理应走在创新教育的前列，这就要求我们每一位中学物理教师都应该去抢占创新教育的先机和制高点．我们不能仅仅停留在“传道，授业，解惑”这一层面上，更要善于“启疑”．正是由于20世纪初物理学上空的“两朵云”，才引发出相对论和量子论，由此产生了整个20世纪的高科技的迅猛发展．整个物理学，在21世纪将有一个更加辉煌的发展，李政道教授认为：“目前的情况与20世纪初很相似，同样面临两个疑问：其一，目前的物理理论都是对称的，而实验却发现了不少对称的破缺；其二，有一半基本粒子是至今一点都独立不出来的．”只有我们中学物理教师积极参与物理教育科学研究，追踪物理学的现代前沿领域，努力提高自身的学术水平，才能对现代物理学知识理解得越深刻，才有可能深入浅出、简明生动地向学生阐述深奥的物理学理论．在教与学的耦合过程中，将会发生多方面的碰撞，产生闪光的亮点，同时也不可避免地产生摩擦和不协调，从而更有利于“启疑”，有利于激发学生的求知欲，创造欲，只有这样，才可能改变目前中等学校普遍存在着物理学“难教难学”的状态，才能使更多的学生爱学物理，学好物理． 综上所述，中学物理教师要成为21世纪的合格教师，就要追踪物理学的现代进展的前沿，必须终身学习，不断充实自己，不断更新知识，努力提高专业水平和教学技巧，不断创新，不断探索，才能谈得上做好教育工作．。
现代物理学前沿选讲习题
若要
2GM v c r
，则需
GM c 2 r 2
。
1dyne 1g cm s 2 单位换算： 1N 105 dyne
前 x 后 x
而在S系观测时，由于u<<v，则 mA m0，而 mB m ，由总动量守恒： x： m0 0 mv m0 0 mv m0u m u 1 2 m0 u m u 1 2 y：
m0 m 1 2 m0 m 1 2 m0 m0 m 1 2 m 1 2 m0 m 1 2 m m0 1
整理
c h 1 2 cosq 1 2 2 2m c
2 2 h 2 cosq 2 c 1 2m
两边乘以´ 2，得：
c
令 ´则´ = ，得： 2 2 c h 2 cosq c 1
只有当
GM c2 r
时，v=c。
总结：当 时，星体已经坍缩为 黑洞。所以无论从牛顿力学还是狭义 相对论分析，都不能使一质点加速到 超过光速。
GM c 2 ~ r 2
习题6
利用量纲分析的方法，从普适常数 ， c 和引力常数 G 找出一个具有能量量 纲的量。（写出寻找的过程）
2 r
2GM 2GM v v r r
2
把太阳的半径和质量代入，得：
前沿物理知识教学的问题与反思
前沿物理知识教学的问题与反思北京教育学院物理系/冯爽西南大学物理科学与技术学院/李富强:随着新课程改革的逐渐深入,教学1线的中学物理教师需要迎接更新观念、更新知识等多方面的挑战。
新课改理念之1强调了前沿物理知识的重要作用,希望改变传统物理教育知识片面的不足。
然而前沿物理知识的教学对教师提出了较高要求,这1理念是否能在现实教学中得到很好地落实具有较高的研究价值。
本文从学生、教师对前沿物理知识的态度;现实讲授情况以及教学方式等几方面编制了问卷并进行了调查研究,对促进教师专业发展、改进前沿物理教学提出了建议。
:前沿物理;调查研究;新课改随着《全日制义务教育物理课程标准(实验稿)》及《普通高中物理课程标准(实验稿)》的颁布,新1轮的基础教育课程改革正在越来越广阔的范围展开,给传统的中国基础教育带来了前所未有的冲击。
新课程标准在基本理念、课程目标、课程内容、课程评价、教学建议等方面都有了较大变化,同时在教学的内容要求上也有了较大的突破,这对处在教学1线的中学物理教师提出了更新观念、更新知识的要求,也对培养中学物理教师后备队伍的师范院校提出了新的挑战。
1般来讲,物理知识分为经典物理和前沿物理(现代物理)两大块,这两块知识有着各自不同的思维方法和研究思路。
但长期以来,高中只注重经典物理的教学,长期以来对前沿物理教学的较为忽略,这导致了物理教育的“片断化”,物理教育成了物理“断代史”的教育,使学生只知物理学的昨天,不知物理学的今天,也不见物理学的明天;而且造成了学生对物理学的许多错误认识,比如认为物理学对科技的贡献只属于过去,物理学科已经趋于完备、已经没有什么发展的余地等等。
当今各发达国家的科学教育改革都10分重视前沿科学,其重点也正落实在教学内容的现代化上。
如美国物理教师协会(AAPT)在1988年发布的《中学物理课程内容》的报告中就指出:“应当让中学生体验到物理学是1门发展中的科学,是现代前沿科学中最为激励人心的学科之1”。
物理学前沿问题的探索
物理学前沿问题的探索1.万有引力和万有斥力弹簧振动器来回振动。
压缩时，弹簧产生向外的弹力；拉长时，它会产生向内拉伸的弹力；当处于平衡位置时，弹簧不会产生弹力。
就像弹簧振动器一样，它对宇宙也有类似的特性。
现代天文学发现，宇宙处于“拉伸”状态，并朝着收缩的方向发展，即使今天宇宙仍在膨胀，总有一天，整个宇宙会膨胀到极限点，然后向内收缩，这就是为什么现在存在引力。
根据对称性原理,宇宙在特定的条件下会产生万有斥力,当宇宙收缩且通过其平衡位置(即万有引力和万有斥力的临界点)时,宇宙中的所有物体就开始相互排斥.但由于宇宙的巨大惯性,仍将在其惯性的作用下克服物质间的万有斥力继续收缩,直到所有宏观宇宙动能转换为物质间的万有斥力为止.这时宇宙成了原始宇宙蛋,这时宇宙的体积最小。
在整个宇宙的宏观运动中，当宇宙收缩到极限时，宇宙的动能和势能（引力势和排斥势）相互转化，宇宙的引力势能被完全释放。
这时宇宙的宇宙排斥势能积累到最大，物质之间的宇宙排斥力达到峰值，宇宙处于瞬间静止状态，然后宇宙开始向相反方向释放宇宙排斥势能，并逐渐将其转化为宇宙动能。
当它达到平衡位置时，排斥势能被释放，第1页引力势能在引力势和排斥势的临界点（即平衡位置）开始产生并发挥作用，宇宙中的物质不受排斥和引力的影响。
此时，宇宙的膨胀速度达到最大。
经过平衡位置后，宇宙引力势能的逐渐积累导致宇宙膨胀速度缓慢降低，由于宇宙的巨大惯性，它将继续膨胀，宇宙动能会慢慢转化为宇宙引力势能。
当宇宙动能完全转化为引力势能时，宇宙将停止膨胀。
这时，宇宙的膨胀体积达到最大，引力势能的积累达到最大，宇宙将暂时静止。
然后，宇宙在强大引力势能的作用下开始收缩，累积的引力势能被转化为宇宙动能，如此往复，直到无穷远在宇宙膨胀(或收缩)的不同时期,万有引力(或斥力)的大小是不相同的,且呈周期性变化.宇宙的膨胀(或收缩)的周期对人类来说大得惊人.人类历史与宇宙运动周期相比,仅相当于其中的一个极小极小极小的点.所以人类无法用实验或观察的方法进行验证。
物理学前沿问题探索(1)
物理学前沿问题探究(1)纲要：从简单的自然规律出发，推导出了宇宙的出生、万有引力、万有斥力的、物质的构造形式、原子核的放射性、低温超导现象、同位素等之间有着内在的必然的联系。
合理的解说了时间的不行逆性、电磁力的产生、太阳系的发源、原子构造、原子核放射性规律、重核元素构造等。
此中有很多的新看法和新思想，对拓宽视线，推动物理学的发展很有利处。
重点词：万有引力万有斥力宇宙低温超导原子构造同位素放射性太阳系的发源1．万有引力和万有斥力弹簧振子作来去振动，压缩时,弹簧产生一个向外伸展的弹力；拉长时,产生一个向内拉伸的弹力；均衡地点时,弹簧不产生弹力。
好像弹簧振子,关于宇宙,也拥有近似的特征。
现代天文学发现,此刻宇宙正利处在“拉伸”的状态,正在向着要缩短的趋向发展.既使宇宙今日仍在膨胀,总有一天,整个宇宙将会膨胀到终极点后再向内缩短.这就是为何此刻存在万有引力的原由。
依据对称性原理,宇宙在特定的条件下会产生万有斥力,当宇宙缩短且经过其均衡地点（即万有引力和万有斥力的临界点）时,宇宙中的全部物体就开始互相排挤.但因为宇宙的巨大惯性,仍将在其惯性的作用下战胜物质间的万有斥力持续缩短,直到全部宏观宇宙动能变换为物质间的万有斥力为止.这时宇宙成了原始宇宙蛋，这时宇宙的体积最小。
在这宇宙的整个宏观运动过程中,宇宙的运动动能和势能（引力势和斥力势）互相变换.当宇宙缩短到极点时,宇宙的引力势能开释殆尽,这时宇宙的万有斥力势能存储到最大值,物质间的万有排挤力达到巅峰,宇宙刹时静止.紧接着宇宙又开始反方向将宇宙万有斥力势能逐渐开释转变为宇宙动能,当达到均衡地点时,其斥力势能开释完成,引力势能开始出生并发挥作用.在引力势和斥力势的临界点（即均衡地点）的一瞬时,宇宙中的物质不受斥力和引力的作用,这时宇宙的膨胀速度达到最大值,经过均衡地点后,宇宙引力势能的渐渐累积,致使宇宙的膨胀速度迟缓降低.因为宇宙巨大的惯性作用,将持续膨胀,宇宙动能慢慢转变为宇宙引力势能,当宇宙动能完整转变为引力势能时,宇宙将停止膨胀,这时宇宙膨胀体积达到最大,其引力势能的累积也达到最大,宇宙将有一个瞬时的静止.紧接着,宇宙又在强盛的引力势能的作用下开始缩短,又将其累积的引力势能转变为宇宙动能.这样来去,以致无量.在宇宙膨胀（或缩短）的不同期间,万有引力(或斥力)的大小是不相同的,且呈周期性变化.宇宙的膨胀（或缩短）的周期对人类来说大得惊人.人类历史与宇宙运动周期对比,仅相当于此中的一个极小极小极小的点.所以人类没法用实验或察看的方法进行考证。
物理前沿问题试题及答案
物理前沿问题试题及答案一、单项选择题（每题4分，共20分）1. 量子纠缠是量子力学中的一种现象，以下关于量子纠缠的描述不正确的是：A. 两个或多个粒子可以处于纠缠态B. 纠缠态的粒子即使相隔很远，其状态也是相关的C. 量子纠缠可以用于超光速通信D. 量子纠缠是量子信息科学的基础之一答案：C2. 以下哪个理论是描述微观粒子运动规律的基本理论？A. 牛顿力学B. 相对论C. 量子力学D. 热力学答案：C3. 根据海森堡不确定性原理，以下说法正确的是：A. 粒子的位置和动量可以同时精确测量B. 粒子的位置和动量不能同时精确测量C. 粒子的能量和时间可以同时精确测量D. 粒子的动量和时间可以同时精确测量答案：B4. 光子是光的量子，以下关于光子的描述正确的是：A. 光子没有质量B. 光子以光速运动C. 光子是波粒二象性的体现D. 所有以上描述答案：D5. 在超导现象中，以下说法不正确的是：A. 超导体在一定温度以下电阻为零B. 超导体内部没有能量损耗C. 超导体的临界温度与材料种类有关D. 超导现象只发生在绝对零度答案：D二、填空题（每题4分，共20分）1. 根据狭义相对论，当物体的速度接近光速时，其质量将______。
答案：增加2. 量子力学中的波函数描述了粒子的______。
答案：概率分布3. 根据普朗克的量子假设，能量的传递是______的。
答案：量子化4. 黑洞的事件视界是其边界，任何物质或辐射一旦越过这个边界就______。
答案：无法逃脱5. 根据泡利不相容原理，一个原子轨道中最多可以容纳______个电子。
答案：2三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简述什么是量子隧道效应，并给出一个实际应用的例子。
答案：量子隧道效应是指微观粒子能够穿越势垒的现象，这是量子力学中波粒二象性的体现。
在宏观世界中，粒子穿越势垒需要足够的能量来克服势垒。
然而，在量子世界中，即使粒子能量低于势垒高度，粒子也有可能穿越势垒。
物理学前沿专题试题及答案
物理学前沿专题试题及答案一、选择题（每题5分，共20分）1. 光速在真空中的值是多少？A. 299,792,458 m/sB. 299,792,458 km/hC. 299,792,458 km/sD. 299,792,458 m/h答案：A2. 根据量子力学，一个粒子的位置和动量不能同时被精确测量，这被称为：A. 牛顿定律B. 能量守恒定律C. 测不准原理D. 相对论答案：C3. 以下哪项是超导现象的特征？A. 电阻为零B. 电阻为正C. 电阻为负D. 电阻无限大答案：A4. 根据狭义相对论，当物体的速度接近光速时，其质量会怎样变化？A. 保持不变B. 减小C. 增加D. 先增加后减小答案：C二、填空题（每题5分，共20分）1. 爱因斯坦的质能等价公式是 ________。
答案：E=mc^22. 根据海森堡的测不准原理，粒子的位置和动量不能同时被精确测量，其数学表达式为 ________。
答案：ΔxΔp ≥ ħ/23. 量子纠缠是量子力学中的一种现象，其中两个或多个粒子的状态是________。
答案：相关联的4. 弦理论是一种尝试统一所有基本粒子和力的理论，它假设基本粒子是由 ________ 组成的。
答案：一维的振动弦三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述什么是暗物质，并说明它在宇宙中的作用。
答案：暗物质是一种无法直接观测到的物质，它不发射、吸收或反射光，因此无法通过电磁波来探测。
它的存在是通过引力效应来推断的，如星系旋转曲线和宇宙大尺度结构的形成。
暗物质在宇宙中的作用是提供额外的引力，以解释观测到的宇宙运动和结构。
2. 描述一下什么是量子隧穿效应，并给出一个实际应用的例子。
答案：量子隧穿效应是指在量子力学中，粒子有一定概率穿过一个经典物理学中不可能穿越的势垒。
这个效应在扫描隧道显微镜（STM）中得到了应用，STM利用量子隧穿效应来探测物质表面的原子结构。
3. 什么是霍金辐射？它对黑洞理论有何意义？答案：霍金辐射是英国物理学家斯蒂芬·霍金提出的理论，它表明黑洞不是完全黑的，而是可以发射出粒子，从而逐渐蒸发。
物理学最前沿八大难题资料
物理学最前沿八大难题物理学最前沿八大难题当今科学研究中三个突出的基本问题是：宇宙构成、物质结构及生命的本质和维持，所对应的现代新技术革命的八大学科分别是：能源、信息、材料、微光、微电子技术、海洋科学、空间技术和计算机技术等。
物理学在这些问题的解决和学科中占有首要的地位。
我们可以从物理学最前沿的八大难题来了解最新的物理学动态难题一：什么是暗能量宇宙学最近的两个发现证实，普通物质和暗物质远不足以解释宇宙的结构。
还有第三种成分，它不是物质而是某种形式的暗能量。
这种神秘成分存在的一个证据，来源于对宇宙构造的测量。
爱因斯坦认为，所有物质都会改变它周围时空的形状。
因此，宇宙的总体形状由其中的总质量和能量决定。
最近科学家对大爆炸剩余能量的研究显示，宇宙有着最为简单的形状一一是扁平的。
这又反过来揭示了宇宙的总质量密度。
但天文学家在将所有暗物质和普通物质的可能来源加起来之后发现，宇宙的质量密度仍少了2/3之多！难题二：什么是暗物质我们能找到的普通物质仅占整个宇宙的4%，远远少于宇宙的总物质的含量这得到了各种测算方法的证实，并且也证实宇宙的大部分是不可见的。
最有可能的暗物质成分是中微子或其他两种粒子：neutralino 和axions （轴子），但这仅是物理学的理论推测，并未探测到，据说是没有较为有效的测量方法。
又这三种粒子都不带电，因此无法吸收或反射光，但其性质稳定，所以能从创世大爆炸后的最初阶段幸存下来。
如果找到它们的话，很可能让我们真正的认识宇宙的各种情况。
难题三：中微子有质量不久前，物理学家还认为中微子没有质量，但最近的进展表明，这些粒子可能也有些许质量。
任何这方面的证据也可以作为理论依据，找出4种自然力量中的3种一一电磁、强力和弱力一一的共性。
即使很小的重量也可以叠加，因为大爆炸留下了大量的中微子，最新实验还证明它具有超过光速的性质。
难题四：从铁到铀的重元素如何形成暗物质和可能的暗能量都生成于宇宙初始时期一一氢、锂等轻元素形成的时候。
高三物理学习中的思考题与解答
高三物理学习中的思考题与解答在高三物理学习过程中，思考题是学生们常常会遇到的一种形式，这些问题旨在激发学生的思考和探索能力，培养他们的解决问题的能力。
本文将探讨高三物理学习中的思考题与解答，并提供一些解题策略和方法。
一、思考题的意义在高三物理学习中，思考题是非常重要的一环。
与传统的选择题和填空题不同，思考题更注重学生对知识的理解和应用能力的培养。
通过思考题，学生可以更深入地理解物理的原理和现象，培养出对物理学的兴趣和好奇心。
思考题在一定程度上也可以锻炼学生的解决问题的能力。
解决思考题需要学生观察、思考、分析，寻找问题的关键点，尝试不同的解题方法，培养出学生的逻辑思维和创新思维能力。
二、解答思考题的方法1. 仔细阅读题目在解答思考题之前，学生首先应该仔细阅读题目，确保自己对题目的要求和条件有清晰的理解。
了解问题的背景和所给信息，明确解题的目标。
2. 分析问题在解答思考题时，学生应该对问题进行合理的分析。
通过分析问题，找出问题的关键点和需要解决的难点。
可以使用图表、模型或者化简问题等方法来帮助分析问题。
3. 创新思维解答思考题需要学生具备一定的创新思维能力。
学生可以通过尝试不同的解题思路，或者运用已学的知识进行推理，寻找不同的解题角度。
如果问题无法通过已有知识解答，可以尝试一些富有创意的思考方式。
4. 方法总结在解答思考题之后，学生应该总结和归纳解题的方法和思路。
思考题的解答过程是一个培养解决问题能力的过程，总结解题思路有助于学生在今后的学习中更好地应用。
三、案例分析以一个例题来说明思考题的解答过程。
例题：一辆汽车从A点出发，匀速行驶了3小时后，发现速度表指示的速度比实际速度快10%。
此时汽车已行驶了270千米。
由此可得出什么结论？解答过程：1. 阅读题目，明确问题：题目要求我们由已知条件得出结论。
2. 分析问题：首先，我们可以根据速度表指示的速度计算出每小时的平均行驶距离；然后，我们可以根据题目给出的行驶时间和行驶距离比较实际速度和速度表指示的速度。
物理前沿测试题及答案
物理前沿测试题及答案一、选择题（每题3分，共30分）1. 光在真空中的传播速度是：A. 299,792,458 m/sB. 299,792,458 km/sC. 299,792,458 mm/sD. 299,792,458 cm/s2. 根据量子力学，电子在原子中的运动状态可以用以下哪个物理量来描述？A. 位置B. 动量C. 能量D. 波函数3. 以下哪个选项是正确的能量守恒定律表述？A. 能量不能被创造或销毁B. 能量可以被创造或销毁C. 能量只能被转移D. 能量只能在特定条件下转移4. 牛顿第三定律指出：A. 作用力和反作用力总是相等的B. 作用力和反作用力总是相反的C. 作用力和反作用力总是同时发生的D. 作用力和反作用力总是同时消失的5. 以下哪个选项是正确的热力学第一定律表述？A. 能量可以被创造或销毁B. 能量守恒C. 能量不能被创造或销毁D. 能量只能被转移6. 电磁波的频率和波长之间的关系是：A. 成正比B. 成反比C. 无关D. 相等7. 根据狭义相对论，当一个物体接近光速运动时，其质量会：A. 增加B. 减少C. 保持不变D. 先增加后减少8. 以下哪个选项是正确的海森堡不确定性原理表述？A. 粒子的位置和动量可以同时被精确测量B. 粒子的位置和动量不能同时被精确测量C. 粒子的位置和动量可以被近似测量D. 粒子的位置和动量测量的精确度无关9. 光的波粒二象性指的是：A. 光有时表现为波动，有时表现为粒子B. 光总是表现为波动C. 光总是表现为粒子D. 光的波长和频率可以互换10. 以下哪个选项是正确的麦克斯韦方程组的描述？A. 描述了电场和磁场如何相互作用B. 描述了重力场和磁场如何相互作用C. 描述了电场和磁场如何独立存在D. 描述了电场和磁场如何相互转换二、填空题（每题2分，共20分）1. 根据普朗克关系，能量量子化可以表示为 \( E = h\nu \)，其中\( h \) 是_______，\( \nu \) 是_______。
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2.19,20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①宣告了原子是可分的.②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都有很多的实用价值.③.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.3.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。
4.什么是粒子物理学中的“三大家族”，“四大力”答：强子、轻子和传播子三大类。
5.宇宙起源的现代观点----标准大爆炸学说6.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－声子作用很弱的前提下建立起来的理论。
BCS 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）8.什么是光学谐振腔，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。
物理思考题与答案
大学物理思考题第一章 连续体力学一、填空题1-1 理想流体是指 无粘滞性 、不可压缩 的流体。
1-2 描述理想流体稳定流动的两个基本方程是伯努利方程 和 连续性方程 。
1-3伯努利方程成立的三个条件是 理想流体、 同一流管 、_稳定流动_。
1-4在水平流管中作稳定流动的理想流体，截面积大的地方流速__小 __， 流 速小的地方压强______大_____。
1-5 食用油在水平管道中流动时，管道半径增加到原来的2倍，流量增加为原来的 _____16__倍。
1-6 使液体表面张力系数减小的途径是 升高温度 或 掺入表面活性物质 。
1-7 已知某液体表面张力系数为α，则恰好能把一个半径为R 的细金属圆环从液体中拉出需用力为 απR 22⋅ 。
1-8 一个半径为2.00×10—2m 的肥皂泡 （α = 25.0×10—3 N / m ）它的内外压强差为 __R α4___ ，如果温度升高，此压强差将 减小。
1-9 两根材料相同的毛细管插入同一液体中，液面上升高度比为A h ﹕B h = 2﹕3，两毛细管半径比 A r ﹕B r 为 2∶3。
二、选择题1-10 用两根细绳将两轻球吊在同一高度，使两球间距离比较靠近，然后用一细管向中间吹气，使气流从两球中间通过，则两球 B 。
A 将分开B 将靠拢C 保持不动D 以上结论都不对 1-11 放在地面上的水槽侧面有许多小孔，设水面的高度H 维持恒定，则在__B____高度处的孔喷出的水射程最远。
A 2H/3B H/2C HD H/41-12两个相同的毛细管，一个插在水里，水上升高度为水h ；另一个插在酒精里，酒精上升高度为酒h ，管子插入时都是铅直的，表面张力系数水α=73×10-3N/m ，酒α=22×10-3N/m ，酒精密度酒ρ= 0.8g/cm 3，设两种液体接触角θ =0，则 水h ：酒h 为 A 。
A 2.65B 3.31C 0.30D 0.35第二章 气体动理论一、填空题2-1 指出下列各式所代表的物理意义（1）kT 21 热平衡态理想气体分子每一自由度的平均动能 。
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《物理学前沿》思考题和习题精解第1章1.1 你喜欢宇宙学吗？为什么？1.2 你觉得公众对探索宇宙奥秘的兴趣越来越浓的原因是什么？1.3 爱因斯坦指出：宇宙中最不可理解的事，是宇宙居然是可以理解的！1.4 宇宙是均匀的，这是很重要的一点，叫做宇宙学原理。
1.5 宇宙究竟是什么？古人的定义：“古往今来谓之宇，四方上下谓之宙。
”宇宙是天地万物的总称，是无限的空间和时间的统一，“宇”是空间的概念，是无边无际的；“宙”是时间的概念，是无始无终的。
1.6 在中国古代，关于宇宙的结构，主要有三派学说，即盖天说、浑天说和宣夜说，此外还有昕天论、穹天论、安天论等。
1. 7 西方古宇宙说种种古印度的宇宙说更为生动，他们把宇宙的天地解释为“海中龟驮着大象，大象背着大陆，周围环绕大蛇”的“大象龟蛇”说。
在西方有古西方的宇宙鸟龟塔说。
1.8 1924年，美国天文学家哈勃（Edwin Powell Hubble，1889-1953）发现T仙女座大星云中的造父变星，并根据其光度变化周期推算出“仙女座大星云远在银河系之外，是尺度同银河系相当的巨大恒星系统”的结论。
这一重大发现最终结束了多年来关于这类旋涡状星云是近邻天体还是银河系外的“宇宙岛”的争论，将人类认识宇宙的范围从银河系扩展到众多星系组成的广阔世界，开启了研究浩瀚宇宙的新航程。
第2章2.1 .1 仅通过直接观察，你怎样辨别天空中的一个特定天体是不是行星？2.2 图2.1-4中的星星是顺时针旋转还是逆时针转动？2.3 描述一个你用眼睛能做的观察以否定下述理论：各行星附在一些透明球壳上，这些球壳以复杂的方式旋转，但总是以地球为中心，行星就是这样绕地球运行的（地心说）。
2.4我们怎么知道地球是圆的？答：研究教材。
2.5 开普勒喜欢哥白尼的理论中的那些地方，不喜欢哪些地方？答：开普勒喜欢哥白尼的理论中的太阳作为宇宙的中心, 不喜欢圆轨道。
2.6 哥白尼赞成毕达哥拉斯学派，认为宇宙是和谐的，可以用简单数学关系表达宇宙规律的基本思想。
可是在托勒密的地心说中，对环绕地球运动的太阳河其他五颗行星的运动描述非常烦琐复杂、牵强。
哥白尼发现如果把太阳作为宇宙的中心，一切将变的简单、清晰。
第3章3.1我们怎么知道地球和别的行星绕太阳公转？答：研究教材。
3.2 从哥白尼日心说的诞生过程看宗教对科学的作用是推动还是阻碍？3.3 开普勒在第谷的观测数据的基础上，经过各种尝试，认识到了行星运动轨道不是圆而是椭圆，由此他提出了两个定律，分别是：①椭圆定律，即每个行星的轨道是一个椭圆，太阳位于一个焦点上；②等面积定律，即在行星与太阳间作一条直线，则此直线在行星运动时在相同时间内扫过相等的面积 。
3.4 伽利略用来驳斥亚里士多德的教义——宇宙中只有地球一个中心，一切都围绕它转的重要发现是 木星有4颗卫星，它们都围绕木星转 。
3.5 从哥白尼日心说的诞生过程看，宗教对科学的作用是推动还是阻碍？3.6 对开普勒三定律的发现，你有哪些体会？第4章4.1 亚里士多德的运动把运动分为 自然运动 和 强迫运动 。
伽利略否定了这种运动划分，而是从运动的基本特征量： 速度 和 加速度 出发，把运动分为 匀速运动 和 变速运动 。
4．2 伽利略选择了最简单的变速运动——匀加速运动进行研究，还开创性地设计了 小球沿斜面滚下实验 ，这个实验被评为物理学史上“最美丽”的十大实验之一。
4．3 爱因斯坦说：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。
” 伽利略对科学方法的贡献是，他开创了科学实验 方法，并将 实验、观察， 与 理论思维（科学假设，数学推理和演绎） 相结合，获得了突破性的发现。
4．4 牛顿出版的一部划时代的著作叫《自然 的数学原理》A ．现象 ；B ．科学；C ．哲学；D ．规律。
【 C ． 】4．5 从特殊到一般，再从一般回到特殊。
前者被英国哲学家培根称为 归纳法 ，它是以实验为基础的，后者被数学家兼哲学家笛卡尔称为 演绎法 ，它必须依靠数学作为工具。
在牛顿以前，一般认为这两种方法是互相排斥的。
牛顿在科学方法上的重大贡献就是将两种方法结合起来。
他用自己的一系列重大成果表明：就科学研究全过程而言，这两种方法是相辅相成、不可或缺的。
A ．观察法, 演绎法,；B ．归纳法, 演绎法,；C ．测量法, 演绎法；D ．演绎法, 分析法。
【 B, 】4．6 第一宇宙速度是指 绕地球运行的速度 ，这个概念最先是由牛顿 提出的。
4．7 第二宇宙速度是指 逃离地球的速度 ，这个概念最先是由 牛顿 提出的。
A ．绕地球运行的速度，伽利略 ；B ．逃离地球的速度，牛顿；C ．逃离太阳的速度，牛顿；D ．绕地球运行的速度，牛顿。
[ B ]4．8 万有引力公式221R m m G F -=中的G 叫做 万有引力常数 ，它最早是由 卡文迪许 通过 扭秤 实验测得的。
4．9 万有引力定律不仅正确地解释已知行星的运动规律，并准确预言了哈雷 彗星的轨道和出现的周期等，还发现了一颗新的行星，它是 海王星 。
第5章5.1 爱因斯坦建立狭义相对论的两个基本假设是：① 相对性原理 ；② 光速不变原理 。
5.2 爱因斯坦的质能关系式是 E =mc 2 。
5.3前进的一列火车的车头和车尾各遭到一次闪电轰击，据车上的观察者的测定这两次轰击是同时发生的。
试问地面的观察者是否测得仍然同时？答：车上的观察者测定认为这两次轰击是同时发生的事件，在地面的观察者测得它们不再是同时发生的。
由同时性的相对性可知：轰击车尾的闪电先发生。
5.4 有下列几种说法：(1) 所有惯性系对物理基本规律都是等价的．(2) 在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关．(3) 在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速率都相同．若问其中哪些说法是正确的, 答案是(A) 只有(1)、(2)是正确的．(B) 只有(1)、(3)是正确的．(C) 只有(2)、(3)是正确的．(D) 三种说法都是正确的． [ ]解：这是一道概念题，平时牢记基本概念，可解此题。
我们知道：所有惯性系对物理基本规律都是等价的和光速不变原理，所以选D 。
5.5 边长为a 的正方形薄板静止于惯性系K 的Oxy 平面内，且两边分别与x ，y 轴平行．今有惯性系K ＇以 0.8c （c 为真空中光速）的速度相对于K 系沿x 轴作匀速直线运动，则从K ＇系测得薄板的面积为(A) 0.6a 2．(B) 0.8 a 2．(C) a 2．(D) a 2／0.6 ． [ ]解： a a cv l l 6.08.0112220=-=-=，K ＇系测得薄板的面积为0.6a 2。
5.6 有一直尺固定在K ′系中，它与Ox ′轴的夹角θ′＝45°，如果K ′系以匀速度沿Ox 方向相对于K 系运动，K 系中观察者测得该尺与Ox 轴的夹角(A) 大于45°．(B) 小于45°．(C) 等于45°．(D) 当K ′系沿Ox 正方向运动时大于45°而当K ′系沿O 负方向运动时小于45°． ［ A ］解： 直尺固定在K ′系中，它与Ox ′轴的夹角θ′＝45°，则尺在K ′系中的坐标为y x '='；且K ′系以匀速度沿Ox 方向相对于K 系运动，则 x x y y ''= ,，K 系中观察者测得该尺与Ox 轴的夹角大于45°，选A 。
5.7 K 系与K ＇系是坐标轴相互平行的两个惯性系，K ＇系相对于K 系沿Ox 轴正方向匀速运动．一根刚性尺静止在K ＇系中，与O 'x '轴成 30°角．今在K 系中观测得该尺与Ox 轴成 45°角，则K ＇系相对于K 系的速度是：(A) (2/3)c ．(B) (1/3)c ．(C) (2/3)1/2c ．(D) (1/3)1/2c ． [ C ]解：当K ＇系相对于K 系沿Ox 轴正方向匀速运动．刚性尺静止在K ＇系中,令尺长为0l ，2/330cos 00l l x =︒='，在K 系中观测得该尺与Ox 轴成 45°角，Y 轴方向上长度不变 230sin 00l l y x =︒='= 由 22002212321,1cV l l c V x x -=-'= c v c v 32,)311(22=-=。
5.8 有一速度为u 的宇宙飞船沿x 轴正方向飞行，飞船头尾各有一个脉冲光源在工作，处于船尾的观察者测得船头光源发出的光脉冲的传播速度大小为____________；处于船头的观察者测得船尾光源发出的光脉冲的传播速度大小为__________。
解：因为光速不变原理，所以观察者测得船头光源和船尾光源发出的光脉冲的传播速度大小相等，都是C 。
第6章6.1 在爱因斯坦模型中，“有限”是说整个宇宙是一个弯曲封闭的体系，其体积有限而物质分布均匀；“无边”即指无论向哪个方向运动都永远找不到尽头；“静态”是指宇宙既不膨胀，也不收缩，永远处于一种稳定的状态。
静态是就宇宙整体而言的，并非说宇宙的各个部分都全然静止不动。
6.2 当光源背离我们运动时，发射光的光频变低，可观测到其光谱线（例如氢原子谱线）向红端偏移，并且光源离开我们的速度越大谱线的红移量就越大；而光源向我们飞来时，光频变高，光谱线则向紫端偏移。
这两种情况在天文学中分别被称作“红移”和“紫移”（也称蓝移）。
我们今天正是从星系光谱普遍存在的红移现象，得出了众星系正在远离我们—宇宙正在膨胀的结论。
6.3 哈勃在1922～1924年期间发现，星云并非都在银河系内。
哈勃在分析一批造父变星的亮度以后断定，这些造父变星和它们所在的星云距离我们远达几十万光年，因而一定位于银河系外。
这项于1924年公布的发现使天文学家不得不改变对宇宙的看法。
这一发现是哈勃成为星系天文学的奠基人。
6.4 1925年当哈勃根据河外星系的形状对它们进行分类时，哈勃又得出第二个重要的结论：星系看起来都在远离我们而去，且距离越远，远离的速度越高。
这一结论意义深远，因为一直以来，天文学家都认为宇宙是静止的，而现在发现宇宙是在膨胀的，并且更重要的是，哈勃于1929年还发现宇宙膨胀的速率是一常数。
6.5 1929年，哈勃发表了堪称经典的重要论文“河外星云距离与视向速度的关系”，令人信服地论证了：距离我们越远的河外星云，沿着观测者视线方向远离我们而去的运动速度就越大，而且速度同距离两者之间存在着很好的正比关系。
这就是举世闻名的“哈勃定律”，其数学式为：r/=（式中H叫做哈勃常量）。
vH第7章7.1 我们怎么知道曾经发生一次大爆炸？答：我们正生活在宇宙学黄金时代，它开始于1992年，这一年一具观测卫星绘制出了早期宇宙第一幅详尽的空间分布图。