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2018年华中科技大学武汉国家光电实验室823大学物理之普通物理学考研仿真模拟五套题

  摘要

一、简答题

1. 原子间的排斥作用取决于什么原因?

【答案】相邻的原子靠得很近,以至于它们内层闭合壳层的电子云发生重叠时, 相邻的原子间便产生巨大排斥力。即原子间的排斥作用来自相邻原子内层闭合壳层电子云的重叠。

2. 驻波和行波有什么区别?驻波中各质元的相位有什么关系?为什么说相位没有传播?驻波中各质元的能 量如何变化的?为什么说能量没有传播?驻波的波形有何特点?

【答案】(1)行波是指振动的传播,在波线方向上波形随时间作周期性的变化;而驻波是由两列同振幅但传播方 向相反的相干行波合成的,在波线方向上波形不随时间变化。

(2)驻波中两相邻波节间各质元的相位相同,一波节两侧的各质元相位相反。

(3)因为驻波没有波形的跑动,

驻波方程中没有

以没有相位的传播。

(4)在驻波中,动能和势能相互转换,形成了能量交替地从波腹附近转向波节附近,再由波节附近转回到波腹附近。

(5)因为在动能和势能的相互转换过程中,总能量保持不变,所以没有能量的定向传播。 (6)驻波出现时,弦线上将会出现始终静止不动的点,称为波节;而有些点的振幅始终最大,称为波腹。在每一段介质中,两端波节始终不动,它们之间各点做振幅不同但相位相同的简谐振动,每段中间的点的振幅最大,这些点即是波腹。从波腹到波节,振幅逐渐减小,波节处振幅减小到零。

3. 什么是宇宙大爆炸?支持这一理论的依据有哪些?

【答案】宇宙学的研宄方法是逐步地往前追溯,相应的推论是宇宙温度越早越高。如果前推到极端,宇宙的膨胀应该是从密度和温度都为无穷的状态开始的。历史上,“宇宙大爆炸”的说法起源于伽莫夫的反对者。如果宇宙是有限的,它最初占据很小的体积,又具有很高的温度,其行为很像一次爆炸的开始。宇宙从大爆炸的原始火球中诞生,并不断膨胀。在大爆炸后

瞬间还经历了R 骤增的“暴胀”阶段,之后缓慢地膨胀,逐渐成为如今的尺度。

1965年,美国贝尔实验室的工程师彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙空间存在的微波背景辐射,为大爆炸假说提供了有力的证据。

的一因子,不存在振动状态的传播,所

4. 在什么条件下

系才成立。

5. 有人说:“

因为自感的关系才成立? 可知,

只有当静止能量时,的关【答案】

由能量和动量关系式所以通过线圈中的电流愈大,自感愈小。”这种说法对吗?

【答案】不对。自感L 与回路的形状、大小、位置、匝数以及周围磁介质及其分布有关,而与回路中的电流无关。

6. 焦耳热功当量实验在建立热力学第一定律过程中有什么作用?

【答案】该实验将功和热量联系起来,并给出了转化的量度,为热力学第一定律的建立起了决定性作用。

7. 将电压U 加在一根导线的两端,设导线的截面半径为r

、长度为

由电子漂 移速率的影响。

(1)U 增至原来的两倍;

(2)r 不变

,増至原来的两倍;

(3

)不变,r 増至原来的两倍。

【答案】(1)自由电子的平均速率与导体肉某点处单位体积内的自由电子数n 和电流密度J

的关系为

原来的两倍。

(2)r 不变

,増至原来的两倍,即R 增至原来的两倍,所以自由电子漂移速率是原来的二分之一。

(3

)、U 不变,r 増至原来的两倍,S 为原来的4倍,R

为原来的,RS 不变,那么自由电子平均漂移 速率不变。

8. 机械波可以传送能量,那么机械波能传送动量吗?

【答案】不能。介质中质元以平衡位置来回移动而没有质元的移动,故不能传送动量。

9. 氦氖激光器和红宝石激光器中都利用了激活剂,激活剂的作用是什么?

【答案】产生激光的物质直接接收能量的效率很低,激活剂接收泵浦能量的效率很高,其激发态能级与产生激光的物质的激发态能级接近,很容易将能量通过碰撞转移到工作物质,提高了泵浦效率,容易实现粒子数反转。

10.假设光子在某个惯性系中的速率为c ,那么,是否存在这样一个惯性系,光子在这个惯性系中的速率不等于c?

【答案】由洛伦兹速度变换公式可知,如果光子在一个惯性系中的速率为c ,那么,对于任R 保持不变,U 增至两倍,所以自由电子平均漂移速率是试分别讨论下列情况对自

一个惯性系,

光子在这个惯性系中的速率

的惯性系。

11.双折射晶体中的

光是否总是以波速因此不存在使光子在其中速率不等于c 在双折射晶体内传播?为什么?

【答案】

不是。双折射晶体中的光沿不同方向传播时的波速往往是不同的,因此无法定义光在该晶体中普遍意义上的波速。一般来说,

按照所定义的波速,

是指光沿垂直于光轴方向

的传播速率

而在其他方向上传播的光,其波速并不满足上述定义。

12.用光的波动说解释光电效应实验存在哪些困难?

【答案】(1)金属中的自由电子,由于受到带正电的原子核的吸引,必须从外部获得足够的能量才能从金属中逸出。按照波动理论,光的能量是由光的强度决定的,而光的强度又是由光波的振幅决定的,跟频率无关,因此无论光的频率如何,只要光的强度足够大或照射时间足够长,都能够使电子获得足够的能量产生光电效应。然而这跟实验结果是直接矛盾的。极限频率的存在,即频率低于某一数值的光不论强度如何都不能产生光电效应,这是波动理论不能解释的。

(2)波动理论也不能解释光电子的最大初动能只与光的频率有关而与光的强度无关。

(3)产生光电效应的时间之短,也跟波动理论相矛盾,一束很弱的光波照射到物体上时,它的能量分布到大量的原子上,怎么可能在极短的时间内把足够的能量集中到一个电子上面使它从物体中飞出来呢。

二、计算题

13.质量为m ,半径为R 的均质圆盘静止于粗糙水平面上,在离地面h 处突然施以水平打击,冲

量为 如图。求:

(1)打击后瞬间,圆盘质心的速度、圆盘的角速度以及圆盘接地点的速度;

(2)h 多大时,打击后圆盘作无滑滚动?

【答案】(1)因为

所以

(2)因为圆盘作无滑滚动时,其接地点的速度等于零,即