今日物理 題目，高分求答

【專家解說】：一、簡述題 1.何謂物理學(xué)，物理學(xué)研究的對象、研究領(lǐng)域是什么? 答：物理學(xué)是研究自然界的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物體間的相互作用和物體運(yùn)動(dòng)最一般規(guī)律的自然科學(xué)。物理學(xué)所研究的是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最基本、最普遍的形式。它包括：物質(zhì)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)、電磁運(yùn)動(dòng)、原子分子的熱運(yùn)動(dòng)、以及原子分子內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)。 研究領(lǐng)域主要有：理論物理、光學(xué)、聲學(xué)、凝聚態(tài)物理、原子分子物理、原子核物理與粒子物理、等離子物理、無線電物理 2.伽利略和牛頓的科學(xué)研究的方法和特點(diǎn)是什么？ 答：伽利略科學(xué)研究的方法：對物理規(guī)律的論證非常嚴(yán)格。他創(chuàng)立了對物理現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并把實(shí)驗(yàn)的方法與數(shù)學(xué)方法、邏輯論證相結(jié)合的科學(xué)研究方法。伽利略進(jìn)行科學(xué)研究的特點(diǎn)：第一是重視理想實(shí)驗(yàn)，抓住事物的本質(zhì)；第二是把自己熟悉的領(lǐng)域和實(shí)驗(yàn)研究透徹。由于物理學(xué)各領(lǐng)域存在內(nèi)在聯(lián)系，可以從自己熟悉的地方突破，來研究物理學(xué)的基本問題。 牛頓科學(xué)研究的方法：實(shí)驗(yàn)——理論——應(yīng)用的方法。分析——綜合方法。歸納——演繹方法。物理——數(shù)學(xué)方法。特點(diǎn)是：發(fā)現(xiàn)自然界的結(jié)構(gòu)的作用，并且盡可能把它們歸結(jié)為一些普遍的法規(guī)和一般的定律——用觀察和實(shí)驗(yàn)來建立這些法則，從而導(dǎo)出事物的原因和結(jié)果。 3.19世紀(jì)末20世紀(jì)初物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)及意義是什么？ 三大發(fā)現(xiàn)是：X射線、放射性和電子。 這些新發(fā)現(xiàn)猛烈地沖擊了道爾頓關(guān)于原子不可分割的觀念，從而打開了原子和原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的大門，揭露了微觀世界中更深層次的奧秘。 4.經(jīng)典物理學(xué)的兩朵“烏云”是什么？并簡要說明。 第一朵烏云出現(xiàn)在光的波動(dòng)理論上——邁克耳遜－莫雷實(shí)驗(yàn)的“以太”說 。 物理學(xué)家給光找了個(gè)傳播介質(zhì)——“以太”，肯定了“以太”的存在，以解釋光波“為什么能在真空中傳播？”。新的問題又產(chǎn)生了：地球以每秒30公里的速度繞太陽運(yùn)動(dòng)，就必須會(huì)遇到每秒30公里的“以太風(fēng)”迎面吹來，同時(shí)，它也必須對光的傳播產(chǎn)生影響。這個(gè)問題的產(chǎn)生，引起人們?nèi)ヌ接憽耙蕴L(fēng)”存在與否。為了觀測“以太風(fēng)”是否存在，邁克耳遜與莫雷合作，在克利夫蘭進(jìn)行了一個(gè)著名的 “邁克耳遜－莫雷實(shí)驗(yàn)”，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果和卻以太漂移說相矛盾。使科學(xué)家處于左右為難的境地。他們或者須放棄曾經(jīng)說明電磁及光的許多現(xiàn)象的以太理論。如果他們不敢放棄以太，那么，他們必須放棄比“以太學(xué)”更古老的哥白尼的地動(dòng)說。 第二朵烏云出現(xiàn)在關(guān)于能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上——黑體輻射與“紫外災(zāi)難”。 19世紀(jì)末，盧梅爾等人的著名實(shí)驗(yàn)―黑體輻射實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)黑體輻射的能量不是連續(xù)的，它按波長的分布僅與黑體的溫度有關(guān)。為了解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，物理學(xué)家瑞利和金斯認(rèn)為能量是一種連續(xù)變化的物理量，建立起在波長比較長、溫度比較高的時(shí)候和實(shí)驗(yàn)事實(shí)比較符合的黑體輻射公式。但是，這個(gè)公式推出，在短波區(qū)（紫外光區(qū)）隨著波長的變短，輻射強(qiáng)度可以無止境地增加，這和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相差十萬八千里，是根本不可能的。所以這個(gè)失敗被埃倫菲斯特稱為“紫外災(zāi)難”。它的失敗無可懷疑地表明經(jīng)典物理學(xué)理論在黑體輻射問題上的失敗，所以這也是整個(gè)經(jīng)典物理學(xué)的“災(zāi)難”。 5.近代物理學(xué)的兩大支柱是什么？并簡要說明。 近代物理的兩大支柱是：相對論和量子論。 相對論是關(guān)于時(shí)空和引力的基本理論，主要由愛因斯坦(Albert Einstein)創(chuàng)立，分為狹義相對論(特殊相對論)和廣義相對論(一般相對論)。相對論的基本假設(shè)是光速不變原理，相對性原理和等效原理。 量子論揭示了微觀物質(zhì)世界的基本規(guī)律，為原子物理學(xué)、固體物理學(xué)、核物理學(xué)和粒子物理學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。它能很好地解釋原子結(jié)構(gòu)、原子光譜的規(guī)律性、化學(xué)元素的性質(zhì)、光的吸收與輻射等。 6.愛因斯坦的兩個(gè)假說是什么,為什么說是相對論的基本原理？ 兩個(gè)假說是：相對性原理和光速不變原理。 在這兩個(gè)原理的基礎(chǔ)上能夠根據(jù)很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)手段得出相對時(shí)間相對空間公式、相對能量公式以及能量物質(zhì)轉(zhuǎn)換公式。 二、論述題：你如何看待能源危機(jī)，能源與環(huán)境，能源與可持續(xù)性發(fā)展問題。 按照非常真實(shí)和客觀的統(tǒng)計(jì)，我們得出以下結(jié)論： 原油：“石油峰值”將在未來3年內(nèi)達(dá)到，或許早就過了。 天然氣：峰值出現(xiàn)的時(shí)間在未來3-13年內(nèi)。 煤炭：13年內(nèi)達(dá)到生產(chǎn)峰值 核能：或許在未來10年內(nèi)達(dá)到峰值，但存在一定變數(shù)，不過有一點(diǎn)可以肯定，核能不能真正取代化石能源。 非常規(guī)油氣資源：開發(fā)非常規(guī)資源需要花費(fèi)更多的其他能源，不過我們?nèi)祟愖约耗茉炊疾粔蛴?，想要開發(fā)非常規(guī)資源是“水中撈月”。石油峰值研究協(xié)會(huì)主席Aleklett教授說，根據(jù)加拿大油砂資源開采情況來分析，其產(chǎn)量將在2015年達(dá)到350萬桶/天的峰值，隨后將一直保持這一峰值直到2040年。而加拿大油砂的消費(fèi)量只占到全球能源消費(fèi)總和的4%，并且隨著其資源量的減少和新發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量的不斷減少，它也會(huì)成為“緊俏貨”。最近加拿大政府宣布再修建20個(gè)新的核反應(yīng)堆，加大對油砂資源的開發(fā)，用一種稀缺能源去獲得另外一種同樣稀缺的能源，無疑于“拆東墻，補(bǔ)西墻”。到頭來竹籃打水一場空。 水能：所有可開發(fā)的水資源都已經(jīng)開發(fā)了，考慮到生態(tài)環(huán)境和人類自身生存環(huán)境的需要，未來不再可能有大的水利工程，水電產(chǎn)量將不可避免地走下坡路。 生物燃料：考慮到成本，能量轉(zhuǎn)化率，以及與民爭糧的情況，生物燃料將不是未來的能源主力，所以也不能用來充當(dāng)“救兵”。但是，生物燃料領(lǐng)域還沒有完全被開發(fā)，還是有潛力可挖掘，因此這種能源是最有希望替代化石能源的燃料，不過也只能起到部分替代的作用。 至于其他的可再生能源（太陽能，風(fēng)能，潮汐能，波浪能，地?zé)崮埽┲徽嫉?%的能源生產(chǎn)量。即便是人們加大對這部分能源的投資，他們的作用也只是杯水車薪。 擺在我們面前的是嚴(yán)酷的事實(shí)，我們沒有第二條路可以走。 不過我們始終堅(jiān)信，人的力量是偉大的，每當(dāng)我們面臨困境我們所爆發(fā)出的潛能是巨大的，精誠所致，金石為開。 人們剛開始接觸到石油峰值理論時(shí)都顯得非常幼稚，因?yàn)樗麄儧]有真正體會(huì)到什么是石油峰值，而如今情況發(fā)生了可喜的變化，從總統(tǒng)到高官，再到普通老百姓都在談?wù)撃茉磫栴}。 起初人們并沒有意識(shí)到生物燃料的重要性，但是現(xiàn)在人們終于意識(shí)到了，本著走可持續(xù)發(fā)展的道路，我們一定能在不破壞生態(tài)環(huán)境和生物鏈的前提下正確利用生物能源。而采取更多的節(jié)能手段，也是緩解能源危機(jī)的好辦法。 逆境中才能使人成長，我們“幼稚”是因?yàn)槲覀儧]有經(jīng)歷過真正的能源危機(jī)，我們用慣了廉價(jià)汽油，開著我們的SUV想去哪里就去哪里。 我們應(yīng)該從節(jié)能降耗，發(fā)展新能源，走可持續(xù)發(fā)展道路著手，不斷加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)和國際間合作。如今許多替代能源的發(fā)展還不如人意，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步和科學(xué)水平的不斷提高，一種新技術(shù)從被發(fā)現(xiàn)到最終被人們廣泛利用的時(shí)間周期越來越短。 未來的能源之路，我們還是有很大的選擇余地的，至少目前來看，我們選擇能源不能過于單一，能源多元化將是一種很好的選擇，單一品種的能源或許是沒有什么發(fā)展前途，但是多種能源協(xié)調(diào)使用，那么“能源峰值”的時(shí)間或許會(huì)被推遲很久，久到足夠我們?nèi)ヌ剿餍碌念I(lǐng)域，并取得新的能源。 能源對人類發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)是顯而易見的，但也并不僅僅如此。它也已經(jīng)和正在給人類帶來許多麻煩。這主要是由于能源(主要是占總量80%的化石能源)的利用所造成的日益嚴(yán)重的環(huán)境污染。 在人類利用能源的初期，能源的使用量及范圍有限，加上當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，對環(huán)境的損害較小。又由于環(huán)境的惡化是積累性的，只有較長時(shí)間的積累，才能察覺到它的明顯變化。在這個(gè)過程中環(huán)境的改變并沒有引起人類的特別注意，因此環(huán)境保護(hù)意識(shí)不強(qiáng)。然而隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的提高，能源的消耗量越來越大。由于能源的不合理開發(fā)和利用，致使環(huán)境污染也日趨嚴(yán)重。目前全世界每年向大氣中排放幾十億噸甚至幾百億噸的CO2、SO2、粉塵及其他有害氣體。這些排放物都主要與能源的利用有關(guān)。它給人類帶來的后果是：由于CO2等所產(chǎn)生的“溫室效應(yīng)”使地球變暖，全球性氣候異常，海平面上升，自然災(zāi)害增多；隨著SO2等排放量增加，酸雨越來越嚴(yán)重，使生態(tài)遭破壞，農(nóng)業(yè)減產(chǎn)；氯氟烴類化合物的排放使大氣臭氧層遭破壞，加之大量粉塵的排放，使癌癥發(fā)病率增加，嚴(yán)重威脅人類健康。 必須指出，目前全球性的環(huán)境惡化，主要是發(fā)達(dá)國家在其實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的道路上，利用當(dāng)時(shí)世界上廉價(jià)的資源(包括能源)，不顧后果地向環(huán)境瘋狂索取，并排放大量污染物積累的結(jié)果。直到現(xiàn)在，發(fā)達(dá)國家仍然是世界上有限資源的主要消費(fèi)者和CO2等有害氣體的主要排放者，其排放量占全球排放總量的3/4，他們對世界環(huán)境的惡化應(yīng)負(fù)主要責(zé)任。 以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)，使我國面臨以下兩個(gè)突出問題：首先是以煤為主的能源供應(yīng)意味著比較低的能源效率；另一個(gè)所面臨的就是環(huán)境污染問題。由于我國中小企業(yè)多，技術(shù)工藝落后，大量煙塵及有害氣體未經(jīng)處理就直接排放到大氣中。有關(guān)研究報(bào)告指出，我國排入大氣的煙塵90%的SO2和85%的CO2均來自燃煤。因此，煤炭直接燃燒是我國大氣污染的主要原因。 能源的利用，使人類的物質(zhì)生活不斷得到改善，但卻逐漸惡化了自己的生存環(huán)境。人類在謀求持續(xù)發(fā)展的過程中必須解決好這一矛盾。因此我們要采取一下措施： 1.重視全民環(huán)保、節(jié)能意識(shí)的教育和培養(yǎng)。 2.為新能源開發(fā)利用和環(huán)境保護(hù)立法護(hù)航。 3.重視垃圾、糞便、污水等生物質(zhì)能的開發(fā)和利用。 我國新能源產(chǎn)業(yè)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)要注意一下四條：一是開發(fā)可再生能源要與生態(tài)建設(shè)和農(nóng)業(yè)污染治理有機(jī)結(jié)合。環(huán)境保護(hù)與資源綜合利用是一個(gè)有機(jī)的結(jié)合體，注重可再生能源開發(fā)，不僅能獲得優(yōu)質(zhì)的能源，還可以很好地解決環(huán)境污染問題。二是在研究成果應(yīng)用方面給與優(yōu)先權(quán)與政策。三是加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)與資源綜合利用的立法，促進(jìn)新能源的利用與推廣。四是加大新能源利用和開發(fā)的宣傳力度。