近代物理学在工程技术中的应用.doc

一讨论爱因斯坦质能方程E=mc2的物理意义以及其应用 爱因斯坦质能方程E=mc2揭示了物质的质量和能量之间的关系：能量与物体的质量成正比，质量和能量不可分割地联系在一起。一句话，质量是质量，能量是能量，质量守恒，能量守恒。 爱因斯坦质能方程E=mc2说明，当一个物体的运动质量为m时，它运动时蕴含的总能量为E。总能量E包括物体的动能和静能。在物体的运动速度不是很大时，动能Ek =（1/2） m0v2，m0是静止质量。静能E0是指物体静止时具有的总内能，包括分子动能、分子间的势能，使原子与原子结合在一起的化学能，使原子核与电子结合在一起的电磁能，以及原子核内质子、中子的结合能，等等，E0=m0c2。所以E= mc2= E0 Ek。E=mc2说明了一个物体所蕴含的总能量与质量之间的关系。 E=mc2说明当一个系统的质量变化了m时，相应变化的能量为E。一个系统的能量减少时，其质量也相应减少；当另一个系统接受因而增加了能量时，质量也有相应增加。E=mc2说明了一个物体质量改变，总能量也随之改变。 两式含义表明，质能方程没有“质能转化”的含义，质能方程只反映质量和能量在量值上的关系，二者不能相互转化。对一个封闭系统而言，质量是守恒的，能量也是守恒的。在物质反应和转化过程中，物质的存在形式发生变化，能量的形式也发生变化，但质量并没有转化为能量。而质量亏损总是发生在系统向外辐射能量的情况下，系统能量减少，质量自然就减少了。当系统的质量减少m时，系统的能量就减少了E，减少的能量向外辐射出去了。减少的质量转化为光子的质量，减少的能量转化为光子的能量!在光子的辐射过程中，具有能量E=h，所以运动的光子具有一定的质量（运动质量）。光子运动的速度始终为c，E=h= mc2，所以当一个光子的频率为时，它的质量为m= h/ c2。1.对于任何已知运动质量为m的物体，可以用E=mc2直接计算出它的运动动能。2.通过核裂变核聚变产生放热反应成为提供能源的主要途径。3.烟感器：镅241是一种带有放射性的金属，在每一个烟感器中，都有非常微量的镅241。 镅241释放出带电的微小粒子束，任何烟雾一旦出现，就会改变微小粒子带电的状态，引发能量变化，启动报警器。二雷达隐身技术 雷达隐身技术以电磁波散射理论为基础，为了不被雷达发现，最有效的方法是减少飞机的雷达截面积RCS。即采取各种措施使目标在雷达探测波束照射范围内具有极小的RCS，大幅度减少可被敌方雷达接收机截获的电磁波能量，使雷达对目标的探测距离缩短，从而达到隐身的目的。 实现雷达隐身的主要途径有：1） 外形隐身飞机的外形对飞机的雷达散射截面积影响最大，所以隐身飞机的外形设计成为隐身的主要措施，并被证实确实有显著的效果。2） 材料隐身雷达吸波材料的应用是实现隐身的主要技术性措施之一，也是隐身技术中研究的主要内容。由于气动方面的限制，飞机有许多部件无法采用外表隐身，只能在这些部件上采用雷达吸波材料来减缩RCS。红外隐身：红外隐身是通过减弱或改变作战飞机的红外辐射特征，使其温度与环境温度相接近，从而达到降低其被发现概率的一种消极对抗手段。飞机实现红外隐身的主要途径有：（1） 针对自身的辐射及其背景辐射的反射；（2） 以改变飞机的红外光谱特性为主的隐身技术。涡流隐形：目前的电视卫星使用10到13的频率向地球发送信号，波段大部分闲置。因此，20世纪80年代诞生的第一代隐形飞机，机载雷达使用了部分波段的频率。随着通信和电视卫星数量的增加，10到13波段正在迅速被填满，国际电信联盟开始分配波段更高频率的部分。到2007年，新一代商业卫星服务将与隐形飞机机载雷达产生频率冲突，导致飞机失去隐形能力。声波隐身：采用低噪音发动机，改进直升机旋翼，设计降低其噪音来解决亚声速飞行器和直升机的声波隐形。 三简述显微镜的发展历史并列出至少两项显微镜在现代工程技术中的应用 早在公元前一世纪，人们就已发现通过球形透明物体去观察微小物体时，可以使其放大成像。后来逐渐对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识。 1590年，荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。 1611年，Kepler(克卜勒)：提议复合式显微镜的制作方式。 1665年，Leeuwenhoek(列文胡克)：细胞名词的由来便由虎克利用复合式显微镜观察植物的木栓组织上的微小气孔而得来的。 1674年，Leeuwenhoek(列文胡克)：发现原生动物学的报导问世，并于九年后成为首位发现“细菌”存在的人。 1833年，Brown(布朗)：在显微镜下观察紫罗兰，随后发表他对细胞核的详细论述。 1838年，Schlieden & Schwann(施莱登和施旺)：提倡细胞学原理，其主旨即为“有核细胞是所有动植物的组织及功能的基本元素”。 1857年，Kolliker(寇利克)：发现肌肉细胞中的线粒体。 1876年，Abbe(阿比)：剖析影像在显微镜中成像时所产生的绕射作用，试图设计出最理想的显微镜。 1879年，Flrmming(佛莱明)：发现了当动物细胞在进行有丝分裂时，其染色体的活动是清晰可见的。 1881年，Retziue(芮祖)：动物组织报告问世，此项发表在当世尚无人能凌驾逾越。然而在20年后，却有以Cajal(卡嘉尔)为首的一群组织学家发展出显微镜染色观察法，此举为日后的显微解剖学立下了基础。 1882年，Koch(寇克)：利用苯安染料将微生物组织进行染色，由此他发现了霍乱及结核杆菌。往后20年间，其它的细菌学家，像是Klebs 和 Pasteur(克莱柏和帕斯特)则是藉由显微镜下检视染色药品而证实许多疾病的病因。 1886年，Zeiss(蔡氏)：打破一般可见光理论上的极限，他的发明-阿比式及其它一系列的镜头为显微学者另辟一新的解像天地。 1898年，Golgi(高尔基)：首位发现细菌中高尔基体的显微学家。他将细胞用硝酸银染色而成就了人类细胞研究上的一大步。 1924年，Lacassagne(兰卡辛)：与其实验工作伙伴共同发展出放射线照相法，这项发明便是利用放射性钋元素来探查生物标本。 1930年，Lebedeff(莱比戴卫)：设计并搭配第一架干涉显微镜。另外由Zernicke(卓尼柯)在1932年发明出相位差显微镜，两人将传统光学显微镜延伸发展出来的相位差观察使生物学家得以观察染色活细胞上的种种细节。 1941年，Coons(昆氏)：将抗体加上萤光染剂用以侦测细胞抗原。 1952年，Nomarski(诺马斯基)：发明干涉相位差光学系统。此项发明不仅享有专利权并以发明者本人命名之。 1981年，Allen and Inoue(艾伦及艾纽)：将光学显微原理上的影像增强对比，发展趋于完美境界。 1988年，Confocal(共轭焦)扫描显微镜在市场上被广为使用。应用：高分辨电镜（HERM）：主要用于观察无机材料中的原子排列； 扫描隧道电子显微镜（STM）：为人类认识微观世界的奥秘提供了一个十分有用的工具，使人们第一次能够直接观察到原子在物质表面的排列状态和表面电子行为相关的物理化学性质，对表面科学，材料科学，生命科学和微电子技术的研究有着重要的意义； 比较显微镜：光学显微镜的新星，属于特种显微镜。它不仅具有普通显微镜的放大作用，而且能用一组目镜同时观察到左右两个光学系统物方物体的像。并通过对接，切割，重叠，旋转等手段，堆两个或两个以上物体进行宏观或微观上的比较，以检查，分析和鉴别它们在形式，组织，结构，色彩或材料上存在的微小差别，达到鉴别，比较的目的； 核磁共振压力显微镜（MRFM）：一种可以提供纳米世界三维图像的工具，是由核磁共振成像与广泛应用于纳米技术的原子力显微镜（AFM）结合的产物（目前正在开发）。4 写出积分形式的麦克斯韦方程并简述位移电流的意义麦克斯韦方程的积分形式：位移电流的意义：位移电流概念是J.C.麦克斯韦在建立电磁场理论过程中提出的重要假设。它表明，磁砀不仅可以由电流产生，变化的电场也可以产生磁场。 位移电流假设的提出，消除了把安培环路定理从恒定情形推广到变化情形时遇到的矛盾和困难，使麦克斯韦得以建立完备的电磁场方程组。 麦克斯韦方程组 关于电磁波等理论预言的实验证实，不仅具有深刻的理论意义和巨大的应用价值，也证明了位移电流假设的正确性。五自发辐射与受激辐射的区别？试总结激光的原理，特点，分类？参考：玛格瑞 大学物理教程下册 激光部分自发辐射与受激辐射的区别： 粒子自发的从高能级跃迁到低能级，同时发出一个光子，这一 过程叫做自发辐射。 若处在高能级的粒子，在一个能量等于两能级之差（E2-E1）的光子作用下，从高能级跃迁到低能级并发射一个光子，这一过程称为受激辐射。与自发辐射不同，受激辐射一定要在外来光作用下发生并发射一个与外来光子完全相同的光子。受激辐射光是相干光。受激辐射光加上原来的外来光，使光在传播方向上光强得到放大。激光的原理：激光是受激辐射的放大，它通过辐射的受激放射而实现光放大。光放大即是一个光子射入一个原子体系之后，在离开此原子体系时，成了两个或更多个特征完全相同的光子。激光的特点：激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。（1） 激光的高亮度：固体激光器的亮度更可高达1011Wcm2Sr。不仅如此，具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，