23秋国家开放大学《现代物理前沿》大作业1-4参考答案

国家开放大学《现代物理前沿》大作业1-4参考答案大作业1简述牛顿力学三大定律。答：牛顿力学三大定律分别是：惯性定律、加速度定律和作用力与反作用力定律。（1）惯性定律任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到受到其它物体的作用力迫使它改变这种状态为止。说明：物体都有维持静止和作匀速直线运动的趋势，因此物体的运动状态是由它的运动速度决定的，没有外力，它的运动状态是不会改变的。物体的这种性质称为惯性。所以牛顿第一定律也称为惯性定律。第一定律也阐明了力的概念。明确了力是物体间的相互作用，指出了是力改变了物体的运动状态。因为加速度是描写物体运动状态的变化，所以力是和加速度相联系的，不是和速度相联系的。在日常生活中不注意这点，往往容易产生错觉。注意：牛顿第一定律并不是在所有的参照系里都成立，实际上它只在惯性参照系里才成立。因此常常把牛顿第一定律是否成立，作为一个参照系是否惯性参照系的判据。（2）加速度定律物体在受到合外力的作用会产生加速度，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与物体的惯性质量成反比。加速度定律定量描述了力作用的效果，定量地量度了物体的惯性大小。它是矢量式，并且是瞬时关系。要强调的是：物体受到的合外力，会产生加速度，可能使物体的运动状态或速度发生改变，但是这种改变是和物体本身的运动状态有关的。真空中，由于没有空气阻力，各种物体因为只受到重力，则无论它们的.质量如何，都具有的相同的加速度。因此在做自由落体时，在相同的时间间隔中，它们的速度改变是相同的。（3）作用力与反作用两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，大小相等，方向相反。说明：要改变一个物体的运动状态，必须有其它物体和它相互作用。物体之间的相互作用是通过力体现的。并且指出力的作用是相互的，有作用必有反作用力。它们是作用在同一条直线上，大小相等，方向相反。大作业2简述什么是波粒二象性。答：波粒二象性是指微观粒子既具有波动性质又具有粒子性质的特点。根据波粒二象性,微观粒子既可以像波一样传播,表现出干涉和衍射现象,也可以像粒子一样具有确定的位置和动量。首先，波粒二象性是由粒子光学和量子力学的研究得出的。粒子光学研究了光的粒子性质，而量子力学研究了光的波动性质。研究发现，光在不同的实验条件下具有不同的性质，在一些实验中表现为粒子，在另一些实验中表现为波动。其次，波粒二象性的理论证明是建立在量子力学的基础上的。量子力学是一种描述微观世界物质粒子行为的理论，它发现粒子在不同状态下具有不同性质，如在不同能量水平下电子的性质是不同的。这种性质的变化可以通过量子力学方程来描述，这些方程揭示了粒子在不同条件下具有不同性质的原理。波粒二象性在量子力学中的证明主要来自于量子力学的基本方程之一，称为波动方程，它描述了粒子的波动性质。而另一个重要方程称为粒子方程，描述了粒子的粒子性质。这两个方程结合起来就可以得出粒子在不同条件下具有不同性质的结论。总之，波粒二象性是物理学中重要的概念，指的是物质在某些情况下既具有波动性质，又具有粒子性质。这个概念最早是由爱因斯坦提出的，是粒子光学和量子力学研究的结果。波粒二象性是由量子力学的基本方程之一，即波动方程和粒子方程的结合得出的，它揭示了粒子在不同条件下具有不同性质的原理。波粒二象性在物理学中有着重要的应用，尤其是在量子力学理论、量子计算、量子信息等领域有着广泛的应用。大作业3简述光电效应。答：光电效应是指当一种物质受到光的照射，光能够在物质里产生一定的电学效应。光电效应可以分为多种，包括光电导电效应、光电磁效应、光电接触效应等。光电效应是物理学和材料学中极其重要的研究领域，因此受到了广泛的关注。一、光电导电效应光电导电效应是指在物质表面受到光的照射的时候，物质的电阻会发生变化，从而产生电流。典型的例子就是日光敏电阻，是利用这一效应发明的。日光敏电阻也被称作光电导电效应太阳能电池，它可以把太阳能转化成电能，从而实现太阳能发电等应用。二、光电磁效应光电磁效应是指在材料表面受到光照射，会产生磁场。典型的例子是一种叫做“光电磁铁”的材料，在它表面受到光照射时，会产生明显的磁感应。这种效应可以用来制造许多有用的磁学设备，如光电磁开关、光电磁振动器、光电磁铁等。三、光电接触效应光电接触效应是指当物质受到光的照射，物质的接触电阻会发生明显的变化，从而产生电信号。这种效应可以用来制造许多有用的设备，如光电转换器、光电感应器、光电接触开关等。四、光电效应的应用光电效应受到了广泛的应用，它可以用来实现多种功能。比如日光敏电阻可以用来制造太阳能电池，光电磁效应可以用来制造磁学设备，而光电接触效应则可以用来制造光电转换器和光电感应器等。光电效应作为物理学和材料学领域中一个重要的研究领域，在许多方面得到了广泛的应用，为社会发展作出了贡献。综上所述，光电效应是一种自然界中非常常见的现象，其本质是一种物质受到光照射之后产生电学效应的现象。从日光敏电阻到光电转换器，从光电感应器到光电磁铁，光电效应表现出了多种形式，并且在物理学和材料学领域的应用日益广泛，对于社会的发展起着重要的作用。大作业4简述什么是相对论。答：相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由阿尔伯特·爱因斯坦创立，依据研究的对象不同分为狭义相对论和广义相对论。相对论的基本假设是相对性原理，即物理定律与参照系的选择无关。（1）狭义相对论(SpecialRelativity)研究：惯性系中物理规律及其变换；揭示：时间、空间和运动的关系。（2）广义相对论(GeneralRelativity)研究：非惯性系中物理规律及其变换；揭示：时间、空间和物质分布的关系。狭义相对论和广义相对的区别是，前者讨论的是匀速直线运动的参照系（惯性参照系）之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。相对论极大地改变了人类对宇宙和自然