《物理学前沿》 思考题和习题精解

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。

物理学前沿问题研究作为自然科学领域中的一门重要学科，物理学与我们的生活息息相关，一直是许多科研人员致力于研究的领域之一。

随着科技的发展和人类对于自然探索的不断深入，物理学前沿的研究问题也逐渐浮出水面。

一、量子计算量子计算作为一门十分新颖和前沿的学科，其研究方向不断地吸引着许多物理学家的眼球。

所谓的量子计算，是指利用量子力学原理来设计和构建计算机系统的学科。

与传统的二进制计算不同，量子计算机可以利用量子叠加态和量子纠缠等技术处理大规模的数据，从而实现超快速的计算效率和更为高效的存储容量。

而对于这一领域的研究，目前仍面临着许多挑战，如量子比特操控实验技术的限制、量子纠缠及量子态重建技术等问题，这些问题也需要我们不断地研究和探索。

二、高能物理高能物理作为物理学的分支之一，其研究领域主要涵盖了宇宙学、弦理论等大量重要的理论与实验研究。

在高能物理的研究中，我们常常需要借助于最先进的仪器和技术，如强子对撞机、粒子加速器等设备，来让我们更加深入地探索物质的构成和性质。

三、纳米技术纳米技术作为新材料科学的重要分支之一，其研究重点主要集中在微观宏观尺度下的材料及器件的研究和应用，可广泛应用于光电信息、生物医学、环保节能等领域。

同时，其研究还包括了对于纳米材料的制备、性能优化等方面的研究。

而在纳米技术的研究中，我们也需要掌握许多重要的理论和实验技术，如扫描电镜、透射电镜等实验手段。

四、黑洞研究黑洞研究作为天文学的重要研究领域，其主要研究对象是黑洞与宇宙相关的重要物理现象以及相关的数学理论。

在这一领域的研究中，我们也需要借助于一系列的天文望远镜、探测器等设备来收集和分析数据，以此更加深入地探究黑洞内部的机制，理解宇宙现象的本质。

总之，物理学前沿问题研究是一个充满了想象和激情的领域，通过我们不断的探索和研究，我们一定会在这一领域中取得更加显著的进展。

2GM E 2 6.7 10 8 dyne cm 2 g 2 6 10 27 g vE RE 6.4 108 cm 1.12 106 cm s 1.12 10 4 m s
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：

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 。

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。

物理学前沿问题探索物理学前沿问题探索物理学是自然科学的一个重要分支，研究宏观物质的基本规律和微观物质的运动状态、相互关系以及它们之间的相互转化过程。

随着科技的不断发展，物理学的研究领域越来越广泛，理论和实验也日益深入。

在这样一个快速发展的时代里，物理学前沿问题的探索变得尤为重要。

1. 宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸理论是研究宇宙起源的科学理论，它认为宇宙始于一个极为炽热的单一点，形成了我们今天所看到的宇宙。

尽管宇宙大爆炸理论已经被广泛接受，但它仍有很多未解之谜，例如宇宙初始状态的性质、暗物质、暗能量等等。

要解决这些问题需要更加精确的观测数据和深入的理论研究。

2. 引力波引力波是爱因斯坦广义相对论预测的一种波动，它是由两个巨大的物体相互作用，发出的一种由空间时间弯曲传播的波动。

引力波的发现是物理学伟大的里程碑之一，对于深入研究黑洞、中子星等天体的性质至关重要。

未来科技的发展可能会让我们能够探测更加微弱的引力波，这将有助于更深入地研究宇宙的奥秘。

3. 粒子物理研究粒子物理研究是研究微观世界基本粒子的性质、相互关系以及它们之间的相互转化过程的学科。

粒子物理领域的发展对我们对宇宙的认识和理解产生了重要的影响。

在这个领域里，一些问题仍然是研究的焦点，如夸克胶囊等。

4. 量子计算量子计算是一种全新的计算方法，它利用量子力学中的超位置、超纠缠等现象，能够大大提高计算速度。

这种计算方式在处理某些复杂问题时非常有优势，但实际应用的难度很大。

要深入研究量子计算，我们需要进一步发展量子理论，研究如何有效地控制和运用量子态。

5. 量子通信量子通信是一种基于量子力学的安全通信方式，它利用量子态中的超位置和超纠缠现象，可以实现信息的精确传输和保密通信。

量子通信是一项重要的技术和研究方向，关乎国家和个人的信息安全。

未来，我们需要进一步发展这一领域，使得它能够更加广泛地应用到实际生活中。

总之，物理学前沿问题的探索是一个长期而又复杂的过程，需要科学家们借助现代科技手段不断创新和探索，以使我们对宇宙、自然和人类的认识更加深入和精准。

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。

2 dx 2
（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

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。

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。

物理学中的基本粒子和物理学前沿问题物理学是一门关于自然规律和现象的科学，其中最基本的单位是基本粒子。

基本粒子是指在我们目前所知晓的物理规律下无法再拆分成更小的部分的粒子。

目前，物理学家所研究的基本粒子有两类：强子和轻子。

其中，强子包括质子、中子等构成原子核的基本粒子，而轻子则包括电子和它的中性伴侣中微子等。

然而，这些基本粒子的特性和相互作用，仍然存在很多未解之谜，这也成为了物理学前沿领域的重要研究内容。

对于基本粒子，物理学家在探究它们的物理性质和相互作用的同时，也在探究它们的生产和探测方法。

现代物理学中，强子的探测大部分依靠对它们所发生的相互作用的观测，而轻子的探测则需要使用粒子加速器来产生高速电子和正电子，进而研究它们的性质。

然而，基本粒子的探测和研究还存在着很多未解之谜。

其中最著名的问题就是黑暗物质。

宇宙中只有约5%的物质构成了我们所知的可见物体，而其余的95%被称为黑暗物质和黑暗能量。

物理学家们已经通过多种方式证实了黑暗物质的存在，但它究竟是由哪些基本粒子组成的，仍然未被完全确定。

目前对于黑暗物质的研究，主要借助于重离子对撞机等高能物理实验设备，通过研究基本粒子之间的碰撞反应来揭示黑暗物质的性质。

除了黑暗物质外，物理学前沿还涉及到了很多其他的热点问题。

比如说，从基本粒子的相互作用到宇宙的演化过程，物理学家们一直在探究宇宙为何存在不对称性。

尽管细节仍未完全清晰，但一些重大发现扬起了人们对于这个问题的新曙光。

2015年，瑞典科学家扬·阿尔法罕通过观测到基本粒子B介子的物理性质，被授予了诺贝尔物理学奖，这标志着在宇宙对称性问题上取得了突破性进展。

此外，物理学的另一个前沿领域是量子计算和量子通信。

量子计算是一种全新的计算方法，它能够让我们利用量子力学规律中的超前性质进行计算，从而可以在很短时间内处理多样且复杂的数据。

而量子通信则是一种全新的加密技术，它利用了量子态不可复制的性质，确保了信息的安全传输。

前沿物理知识教学的问题与反思关于前沿物理知识教学的问题与反思摘要：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，对促进教师发展、改进前沿物理教学提出了建议。

关键词：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”。

①作为对国际科学教育改革的积极回应与推动，我国新1轮课改也适当加大了前沿物理知识的比重，在确保基础性的前提下，对教学内容进行了1定的扬弃。

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。