文科物理考试试题.doc

物理试题1.学过文科物理以后，谈谈你对经典力学三大定律与时空对称性的认识。要点：1.经典力学三大定律的内涵，举例。 2.时空对称性与物理规律对称性的内涵。3.时空对称性与守恒定律的关系。答案：经典力学三大定律即：机械能守恒定律，动量守恒定律，角动量守恒定律机械能守恒定律：如果一个系统在外力不做功的情况下，系统内部又没有像摩擦力这样会消耗能量的力做功的话，那么系统的机械能守恒。例如宇宙速度的推算就是利用了机械能守恒定律。动量守恒定律：在惯性系统中，任何物质系统在不受外力作用或所受外力之和为0，它的总动量保持不变。如火箭的发明。角动量守恒定律：如果一个质点在运动过程中所受到的外力相对于某固定点的力矩为0，则质点相对于该固定点的角动量守恒。航天器的运动遵循角动量守恒定律。时空对称性：如果一个操作使系统从一个状态变到另一个与之等价的状态，或者说，状态在此操作下不变，那么我们就说系统对这一操作是对称的，而这一操作叫做系统的对称操作。物理规律的对称性：指经过一定的操作后，物理定律的形式保持不变。所以物理定律对称性又叫做不变性。关于物理定律对称性有一条很重要的定律对应于每一种对称性都有一条守恒定律，对应于空间均匀性有动量守恒定律，对应空间各向同性有角动量守恒定律，对应于时间平移对称性的偶能量守恒定律。2学过文科物理以后，谈谈你对热力学定律的认识。要点：1.热力定律的内涵，举例2.熵的内涵，熵增加原理，熵与能量的关系，熵与时间的关系。答案：热力学第一定律：任一过程中，系统所吸收的热量Q在数值上等于该过程中系统内能的增量U及对外界做功A的总和。其普遍数学表达式为Q = U + A。第一类永动机的失败就是因为违反了热力学第一定律。热力学第二定律：克劳修斯表述：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。也就是说，不可能有这样的机器，它完成一个循环后唯一的效果，是从一个物体吸热并放给高温的物体。开尔文表述：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用的功而不产生其他影响。又可表述为：第二类永动机是不可能造成的。根据热力学第二定律的定性表述，可以证明系统存在一个态函数熵，从而得到第二定律的数学表述：dSdQ/T。dS为无限小过程中熵的增量，是全微分。等号对应可逆过程不等号对应不可逆过程。有此式可以得到熵增加原理：在一绝热或孤立的系统中进行以微小过程，必有S0。可见，孤立系统中过程进行的方向是使熵的数值增大的方向，进行限度由熵的最大值给出。熵增加原理包括第二定律的克氏与开氏表述。随着时代的发展，熵概念的重要性越来越突出了，人们把它与无效能量、混乱、废物、污染、生态环境破坏、物质资源浪费甚至于政治腐败、社会腐败联系起来，把负熵与有序、结构、信息、生命甚至廉政、精神文明联系起来，于是就有了另一种比喻：“在自然过程的庞大工厂里，熵原理起着经理的作用，因为它规定整个企业的经营方式和方法，而能量仅仅充当簿记，平衡贷方和借方。”也就是说能量仅仅表达了宇宙中的一种守恒关系，而熵决定了宇宙向何处去。因此我们说熵概念比能量更重要。 3学过文科物理以后，谈谈你对波粒二象性的认识。要点：1.波粒二象性的内涵，举例2.不确定关系的内涵，如何理解不确定关系？答案：1824德布罗意提出物质波的假设：自然界在许多方面是显著的对称的，我们可以观察到宇宙全是由光和实物组成的，如果光具有波动性和粒子性具有波粒二象性，则实物或许也有这种二重性。例如，电子具有波粒二象性。 测量一个微观粒子的位置。如果不确定范围为q，同时测量其动量也具有不确定范围p则p*qh，这就是所谓的不确定关系。这个关系的意义表示;如果要根据经典力学的概念来描述微观粒子，则测量粒子在某一方向位子不确定量和该方向的动量不确定量的乘积，比大于或等于h，也就是说，当我们决定粒子的坐标愈精确的同时，决定其相应动量的分量的准确度也就越差，反之亦然。不确定关系表示了微观粒子运动时的一种规律。应当指出这“不确定”不是由于测量仪器或方法的缺陷，而是由于微观粒子运动的波动性引起的，无论怎么改善仪器和方法，测量精度都不可能超过不确定关系给出的限度。4学过文科物理以后，谈谈你对时空观的认识。要点：1绝对时空观内涵2.相对论时空观内涵(广义、狭义)3.绝对时空观与相对论时空观的比较。答案：绝对时空观认为空间是绝对的,她的意思是空间是永恒的，与空间里是否存在物质毫无关系。因此空间就像一个静止的空格，在这一空格里我们可以放一些物体，而当物体在此空间运动时，与该空间并没发生相互作用。在宇宙中每一物体都是在某一时刻占据某一空间的某一地方，当一个物体在运动时其位置随时间而连续变化。空间内两点的距离可以用标准米尺来测量，这些度量的结果与欧几里德几何大致相符合。例如，空间内两点间最短的连线是直线，或者空间内任意三角形内角之和是180。因此我们假设我们所处的空间是欧几里德空间。绝对时空观认为时间也使绝对的，时间一直向前流去，与物体的存在以及物理现象的发生毫无关系。我们无法降低和加快时间流动的速度，并且在宇宙中任一个地方时间流动的情况都是相同的。因此在我们地球上的一秒的间隔和在其他星球上一秒的间隔是相同的，不管这些星球间是否存在相对速度。也就是说，如果我们将两个经过校正之同步时钟放在不同的地点，或者不同的星球表面上，这些时钟的读数应该永远相同。现代时空观则认为，绝对时空观只适用与低速宏观（非宇宙）的情况。对于高速（接近光速）则有狭义相对论时空观。它与绝对时空观主要差别有三个方面。1. 时间膨胀效应。就是从静系看来动系的时钟变慢，反过来从动系看来静系的时钟也变慢，时间膨胀与速度有关，速度越大变慢的越厉害。 时间膨胀效应又称“运动的时钟变慢了”2. 长度收缩效应。就是从静系看来动系中刚性球的直径沿运动方向按一定比例收缩。反过来从动系看静系也用这种效应。长度收缩也于速度有关，速度越大收缩的越厉害，长度收缩效应也称运动的尺子缩短效应。3. 同时性的相对性。在s系中不同地点的两个事件a和b同时发生，而在s系中观测a和b并不是同时发生的。如果s系中两个事件a和b既不同时，也不同地，则在s系中观测，到可以看到是同时发生的，这就说明了同时性的相对性。也就是说，在不同的参考系中，两个时间发生的时间循序有可能颠倒，对于有因果关系的时间在不同的参考系中是不应该颠倒的。对于大尺度空间，例如天文宇宙尺度，空间是可曲的，是非欧几里德空间。5. 学过文科物理以后，谈谈你对相对性原理的认识。要点：1.经典相对性原理2.狭义相对性原理3.广义相对性原理答案：经典相对性原理认为：一个对于惯性系做匀速直线运动的其他参考系，其内部所发生的一切力学过程都不受到系统作为匀速直线运动的影响。或者说，不可能在系统内做任何力学试验来确定该系统做匀速直线运动。狭义相对性原理认为：绝对静止的概念，不仅力学中而且电动力学中也不符合现象的特征，凡是对力学方程适用的一切坐标系，对于电动力学和光学的定律也以一样适用。物理学中的定律必须具有这样的性质，他们对于无论那种运动着的参考系都是成立的，这就是说，一切坐标系原则上都是平等的，惯性系并不具有任何优越地位。因此要求“普遍的自然规律是由那些对一切坐标系都有效的方程来表示的，即是说，他们对于哪种坐标系都是协变的。6. 学过文科物理以后，谈谈你对物质观的认识。要点：1.近代物质观内涵 2.现代物质观内涵3.近代物质观内涵与现代物质观内涵比较。答案：近代物质观有四层含义：第1，以实物物质和物质之间的相互作用场电磁辐射场和引力场为两类物质形态。相互作用场是连续场，其运动变化呈现波动性；物质的最小组元是原子，但已预料物质无限可分。2，表示实物物质和作用场的运动性状的种种物理量都连续地变化，其运动满足严格的因果律，符合纯粹的决定论原则。第3，物质在时空中运动，但物质运动与时空彼此无影响。第4，物质客体不依赖于认识主体而独立存在，物质客体等同于物理实在，实在概念并不受制于认识主体的观察测量对客体性状的干扰。 现代物质观有七层含义：1.大质量的宏观、宇观物质体系激发的引力场导致时空弯曲，物质与时空结合为统一体，物质运动与时空结构相互关联。2.高速运动的物质体系，其基本动力学性质和时空量度均受到运动的显著影响，从而体现唯物辩证法关于物质与其运动的统一性。.物质微观层面显示实物粒子与辐射场的统一性，这两类物质形态的任何体系都呈现波粒二重性的共同征状；集波动性和粒子性、连续性和分立性于一体的量子场是物质存在最基本的形式。4. 微观层面与宏观、宇观层面的物质运动相比较，是前者以非连续性取代了后者的连续性；作用量子使微观物质体系运动显露种种量子化效应。5. 物质结构层次渐趋深入，但似乎出现难于继续分割的“基底”粒子，各“基底”粒子与强作用、弱作用、电磁作用、引力作用等相互作用场，随着能量尺度的提高，表现出最终趋于同一物质形态的可能性。6. 微观物质体系的运动不满足严格的因果律、不符合纯粹的决定论原则，其固有的统计性规律亦起因于作用量子的存在。7. 物质客体当然不依赖于认识主体而独立存在，但认识主体的观察测量会对物质客体性状产生不可忽略、不可控制的干扰，从而使主体所认识到的物理实在不同于、也不可能同于物质客体的自在状态，亦即实在概念必然受制于“既为观众、又为演员”的认识主体所进行的观察测量。按照传统思想，物质是无限可分。然而按现代物质微观结构层次观点，就目前理论上和实验上的研究成果而论，分割夸克便是不可能的。即出现“夸克禁闭”问题。既然“夸克禁闭”难于打破，未来可否将对物质结构的探索进一步深入下去呢？在新世纪里，总该对夸克、轻子是否有内部结构、是否有下一个物质结构层次？。我们认为，对夸克轻子层次的探索还方兴未艾；在高能尺度上，粒子转化更易发生，质能转化这条基本原则和一些守恒定律等其他原则时时在促成新粒子对的产生和湮灭；只要实验条件允许，在夸克轻子层次，还会有新现象、新粒子冒出来，这一个层次的内涵还有待充分地揭示。对夸克轻子层次的认识有待扩展；对“夸克禁闭”的探究取决于对强相互作用的理论描述。但QCD是量子论与相对论结合的产物，禁闭概念亦是这两个理论之基本观念的逻辑推论，所以在当今这两个理论主宰的现代物质结构理论范畴里，夸克轻子层次成了最深的结构层次；倘若未来高新技术出现出乎意料的跃进，以致使更深的结构层次露出端倪，那末理论描述也要发生变革，即现代物理的理论基础也要彻底改变。现代物质观导致互补哲学思想在物质深层次探索中占据主导地位。这一种哲学的表述形式似乎把唯物辩证法的通常理解方式拓宽了；它剔除了原来理解中可能出现的机械自在论的色彩，对唯物主义给以更确切、更全面、也就更辩证的说明。7. 学过文科物理以后，谈谈你对宇宙观的认识。要点：1.20世纪以前唯物主义宇宙观内涵。 2.现在宇宙观内涵 3.唯物主义宇宙观与现代宇宙观比较。答案：20世纪以前的唯物主义宇宙观主要包括这样几成意思，宇宙是客观存在的，宇宙到处是运动变化的物质，宇宙是无限大的，又是无始无终的;并受牛顿力学牛顿自然哲学的影响，认为宇宙物质均存在与平直的绝对空间中、时间独自流逝也是单调的、绝对的。宇宙既然无限也谈不上整体的运动和演化：物演化史，也就谈不上演化进程的起始和终止。所以这样的宇宙观带有机械论色彩，况且它与绝对时空观相联系。凭借标准宇宙模型，一种新的宇宙观念，即现在宇宙观得以确立，一般就称作相对论宇宙观。相对论宇宙观认为宇宙有限，这是对20世纪以前的宇宙观念的极大转变。人们的观测能力总是有限的，人们对客观物质世界的认识乃通过实验实践而获得，所以人们无法谈论观测所及范围以及外力情况。因此宇宙有限无违于唯物主义认识