今日物理 題目，高分求答

【專家解說】：一、簡述題 1.何謂物理學，物理學研究的對象、研究領域是什么? 答：物理學是研究自然界的物質結構、物體間的相互作用和物體運動最一般規(guī)律的自然科學。物理學所研究的是物質運動最基本、最普遍的形式。它包括：物質的機械運動、電磁運動、原子分子的熱運動、以及原子分子內部的運動。 研究領域主要有：理論物理、光學、聲學、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研究的方法和特點是什么？ 答：伽利略科學研究的方法：對物理規(guī)律的論證非常嚴格。他創(chuàng)立了對物理現象進行實驗研究并把實驗的方法與數學方法、邏輯論證相結合的科學研究方法。伽利略進行科學研究的特點：第一是重視理想實驗，抓住事物的本質；第二是把自己熟悉的領域和實驗研究透徹。由于物理學各領域存在內在聯系，可以從自己熟悉的地方突破，來研究物理學的基本問題。 牛頓科學研究的方法：實驗——理論——應用的方法。分析——綜合方法。歸納——演繹方法。物理——數學方法。特點是：發(fā)現自然界的結構的作用，并且盡可能把它們歸結為一些普遍的法規(guī)和一般的定律——用觀察和實驗來建立這些法則，從而導出事物的原因和結果。 3.19世紀末20世紀初物理學的三大發(fā)現及意義是什么？ 三大發(fā)現是：X射線、放射性和電子。 這些新發(fā)現猛烈地沖擊了道爾頓關于原子不可分割的觀念，從而打開了原子和原子核內部結構的大門，揭露了微觀世界中更深層次的奧秘。 4.經典物理學的兩朵“烏云”是什么？并簡要說明。 第一朵烏云出現在光的波動理論上——邁克耳遜－莫雷實驗的“以太”說 。 物理學家給光找了個傳播介質——“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？”。新的問題又產生了：地球以每秒30公里的速度繞太陽運動，就必須會遇到每秒30公里的“以太風”迎面吹來，同時，它也必須對光的傳播產生影響。這個問題的產生，引起人們去探討“以太風”存在與否。為了觀測“以太風”是否存在，邁克耳遜與莫雷合作，在克利夫蘭進行了一個著名的 “邁克耳遜－莫雷實驗”，但是實驗結果和卻以太漂移說相矛盾。使科學家處于左右為難的境地。他們或者須放棄曾經說明電磁及光的許多現象的以太理論。如果他們不敢放棄以太，那么，他們必須放棄比“以太學”更古老的哥白尼的地動說。 第二朵烏云出現在關于能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上——黑體輻射與“紫外災難”。 19世紀末，盧梅爾等人的著名實驗―黑體輻射實驗，發(fā)現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。為了解釋黑體輻射實驗的結果，物理學家瑞利和金斯認為能量是一種連續(xù)變化的物理量，建立起在波長比較長、溫度比較高的時候和實驗事實比較符合的黑體輻射公式。但是，這個公式推出，在短波區(qū)（紫外光區(qū)）隨著波長的變短，輻射強度可以無止境地增加，這和實驗數據相差十萬八千里，是根本不可能的。所以這個失敗被埃倫菲斯特稱為“紫外災難”。它的失敗無可懷疑地表明經典物理學理論在黑體輻射問題上的失敗，所以這也是整個經典物理學的“災難”。 5.近代物理學的兩大支柱是什么？并簡要說明。 近代物理的兩大支柱是：相對論和量子論。 相對論是關于時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世界的基本規(guī)律，為原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學奠定了理論基礎。它能很好地解釋原子結構、原子光譜的規(guī)律性、化學元素的性質、光的吸收與輻射等。 6.愛因斯坦的兩個假說是什么,為什么說是相對論的基本原理？ 兩個假說是：相對性原理和光速不變原理。 在這兩個原理的基礎上能夠根據很嚴謹的數學手段得出相對時間相對空間公式、相對能量公式以及能量物質轉換公式。 二、論述題：你如何看待能源危機，能源與環(huán)境，能源與可持續(xù)性發(fā)展問題。 按照非常真實和客觀的統計，我們得出以下結論： 原油：“石油峰值”將在未來3年內達到，或許早就過了。 天然氣：峰值出現的時間在未來3-13年內。 煤炭：13年內達到生產峰值 核能：或許在未來10年內達到峰值，但存在一定變數，不過有一點可以肯定，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)資源需要花費更多的其他能源，不過我們人類自己能源都不夠用，想要開發(fā)非常規(guī)資源是“水中撈月”。石油峰值研究協會主席Aleklett教授說，根據加拿大油砂資源開采情況來分析，其產量將在2015年達到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量只占到全球能源消費總和的4%，并且隨著其資源量的減少和新發(fā)現儲量的不斷減少，它也會成為“緊俏貨”。最近加拿大政府宣布再修建20個新的核反應堆，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，水電產量將不可避免地走下坡路。 生物燃料：考慮到成本，能量轉化率，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“救兵”。但是，生物燃料領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，風能，潮汐能，波浪能，地熱能）只占到1%的能源生產量。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酷的事實，我們沒有第二條路可以走。 不過我們始終堅信，人的力量是偉大的，每當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都顯得非常幼稚，因為他們沒有真正體會到什么是石油峰值，而如今情況發(fā)生了可喜的變化，從總統到高官，再到普通老百姓都在談論能源問題。 起初人們并沒有意識到生物燃料的重要性，但是現在人們終于意識到了，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，也是緩解能源危機的好辦法。 逆境中才能使人成長，我們“幼稚”是因為我們沒有經歷過真正的能源危機，我們用慣了廉價汽油，開著我們的SUV想去哪里就去哪里。 我們應該從節(jié)能降耗，發(fā)展新能源，走可持續(xù)發(fā)展道路著手，不斷加強經濟和國際間合作。如今許多替代能源的發(fā)展還不如人意，但是隨著技術的進步和科學水平的不斷提高，一種新技術從被發(fā)現到最終被人們廣泛利用的時間周期越來越短。 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，但是多種能源協調使用，那么“能源峰值”的時間或許會被推遲很久，久到足夠我們去探索新的領域，并取得新的能源。 能源對人類發(fā)展的巨大貢獻是顯而易見的，但也并不僅僅如此。它也已經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，加上當時科學技術和經濟不發(fā)達，對環(huán)境的損害較小。又由于環(huán)境的惡化是積累性的，只有較長時間的積累，才能察覺到它的明顯變化。在這個過程中環(huán)境的改變并沒有引起人類的特別注意，因此環(huán)境保護意識不強。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。它給人類帶來的后果是：由于CO2等所產生的“溫室效應”使地球變暖，全球性氣候異常，海平面上升，自然災害增多；隨著SO2等排放量增加，酸雨越來越嚴重，使生態(tài)遭破壞，農業(yè)減產；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)達國家在其實現工業(yè)化的道路上，利用當時世界上廉價的資源(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果。直到現在，發(fā)達國家仍然是世界上有限資源的主要消費者和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)境的惡化應負主要責任。 以煤炭為主的能源結構，使我國面臨以下兩個突出問題：首先是以煤為主的能源供應意味著比較低的能源效率；另一個所面臨的就是環(huán)境污染問題。由于我國中小企業(yè)多，技術工藝落后，大量煙塵及有害氣體未經處理就直接排放到大氣中。有關研究報告指出，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)能意識的教育和培養(yǎng)。 2.為新能源開發(fā)利用和環(huán)境保護立法護航。 3.重視垃圾、糞便、污水等生物質能的開發(fā)和利用。 我國新能源產業(yè)建設和環(huán)境保護要注意一下四條：一是開發(fā)可再生能源要與生態(tài)建設和農業(yè)污染治理有機結合。環(huán)境保護與資源綜合利用是一個有機的結合體，注重可再生能源開發(fā)，不僅能獲得優(yōu)質的能源，還可以很好地解決環(huán)境污染問題。二是在研究成果應用方面給與優(yōu)先權與政策。三是加強環(huán)境保護與資源綜合利用的立法，促進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。