近代物理學(xué)在工程技術(shù)中的應(yīng)用.doc

一討論愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2的物理意義以及其應(yīng)用 愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2揭示了物質(zhì)的質(zhì)量和能量之間的關(guān)系：能量與物體的質(zhì)量成正比，質(zhì)量和能量不可分割地聯(lián)系在一起。一句話，質(zhì)量是質(zhì)量，能量是能量，質(zhì)量守恒，能量守恒。 愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2說明，當(dāng)一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為m時(shí)，它運(yùn)動(dòng)時(shí)蘊(yùn)含的總能量為E?？偰芰縀包括物體的動(dòng)能和靜能。在物體的運(yùn)動(dòng)速度不是很大時(shí)，動(dòng)能Ek =（1/2） m0v2，m0是靜止質(zhì)量。靜能E0是指物體靜止時(shí)具有的總內(nèi)能，包括分子動(dòng)能、分子間的勢(shì)能，使原子與原子結(jié)合在一起的化學(xué)能，使原子核與電子結(jié)合在一起的電磁能，以及原子核內(nèi)質(zhì)子、中子的結(jié)合能，等等，E0=m0c2。所以E= mc2= E0 Ek。E=mc2說明了一個(gè)物體所蘊(yùn)含的總能量與質(zhì)量之間的關(guān)系。 E=mc2說明當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量變化了m時(shí)，相應(yīng)變化的能量為E。一個(gè)系統(tǒng)的能量減少時(shí)，其質(zhì)量也相應(yīng)減少；當(dāng)另一個(gè)系統(tǒng)接受因而增加了能量時(shí)，質(zhì)量也有相應(yīng)增加。E=mc2說明了一個(gè)物體質(zhì)量改變，總能量也隨之改變。 兩式含義表明，質(zhì)能方程沒有“質(zhì)能轉(zhuǎn)化”的含義，質(zhì)能方程只反映質(zhì)量和能量在量值上的關(guān)系，二者不能相互轉(zhuǎn)化。對(duì)一個(gè)封閉系統(tǒng)而言，質(zhì)量是守恒的，能量也是守恒的。在物質(zhì)反應(yīng)和轉(zhuǎn)化過程中，物質(zhì)的存在形式發(fā)生變化，能量的形式也發(fā)生變化，但質(zhì)量并沒有轉(zhuǎn)化為能量。而質(zhì)量虧損總是發(fā)生在系統(tǒng)向外輻射能量的情況下，系統(tǒng)能量減少，質(zhì)量自然就減少了。當(dāng)系統(tǒng)的質(zhì)量減少m時(shí)，系統(tǒng)的能量就減少了E，減少的能量向外輻射出去了。減少的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為光子的質(zhì)量，減少的能量轉(zhuǎn)化為光子的能量!在光子的輻射過程中，具有能量E=h，所以運(yùn)動(dòng)的光子具有一定的質(zhì)量（運(yùn)動(dòng)質(zhì)量）。光子運(yùn)動(dòng)的速度始終為c，E=h= mc2，所以當(dāng)一個(gè)光子的頻率為時(shí)，它的質(zhì)量為m= h/ c2。1.對(duì)于任何已知運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為m的物體，可以用E=mc2直接計(jì)算出它的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能。2.通過核裂變核聚變產(chǎn)生放熱反應(yīng)成為提供能源的主要途徑。3.煙感器：镅241是一種帶有放射性的金屬，在每一個(gè)煙感器中，都有非常微量的镅241。 镅241釋放出帶電的微小粒子束，任何煙霧一旦出現(xiàn)，就會(huì)改變微小粒子帶電的狀態(tài)，引發(fā)能量變化，啟動(dòng)報(bào)警器。二雷達(dá)隱身技術(shù) 雷達(dá)隱身技術(shù)以電磁波散射理論為基礎(chǔ)，為了不被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)，最有效的方法是減少飛機(jī)的雷達(dá)截面積RCS。即采取各種措施使目標(biāo)在雷達(dá)探測(cè)波束照射范圍內(nèi)具有極小的RCS，大幅度減少可被敵方雷達(dá)接收機(jī)截獲的電磁波能量，使雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)距離縮短，從而達(dá)到隱身的目的。 實(shí)現(xiàn)雷達(dá)隱身的主要途徑有：1） 外形隱身飛機(jī)的外形對(duì)飛機(jī)的雷達(dá)散射截面積影響最大，所以隱身飛機(jī)的外形設(shè)計(jì)成為隱身的主要措施，并被證實(shí)確實(shí)有顯著的效果。2） 材料隱身雷達(dá)吸波材料的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)隱身的主要技術(shù)性措施之一，也是隱身技術(shù)中研究的主要內(nèi)容。由于氣動(dòng)方面的限制，飛機(jī)有許多部件無法采用外表隱身，只能在這些部件上采用雷達(dá)吸波材料來減縮RCS。紅外隱身：紅外隱身是通過減弱或改變作戰(zhàn)飛機(jī)的紅外輻射特征，使其溫度與環(huán)境溫度相接近，從而達(dá)到降低其被發(fā)現(xiàn)概率的一種消極對(duì)抗手段。飛機(jī)實(shí)現(xiàn)紅外隱身的主要途徑有：（1） 針對(duì)自身的輻射及其背景輻射的反射；（2） 以改變飛機(jī)的紅外光譜特性為主的隱身技術(shù)。渦流隱形：目前的電視衛(wèi)星使用10到13的頻率向地球發(fā)送信號(hào)，波段大部分閑置。因此，20世紀(jì)80年代誕生的第一代隱形飛機(jī)，機(jī)載雷達(dá)使用了部分波段的頻率。隨著通信和電視衛(wèi)星數(shù)量的增加，10到13波段正在迅速被填滿，國際電信聯(lián)盟開始分配波段更高頻率的部分。到2007年，新一代商業(yè)衛(wèi)星服務(wù)將與隱形飛機(jī)機(jī)載雷達(dá)產(chǎn)生頻率沖突，導(dǎo)致飛機(jī)失去隱形能力。聲波隱身：采用低噪音發(fā)動(dòng)機(jī)，改進(jìn)直升機(jī)旋翼，設(shè)計(jì)降低其噪音來解決亞聲速飛行器和直升機(jī)的聲波隱形。 三簡(jiǎn)述顯微鏡的發(fā)展歷史并列出至少兩項(xiàng)顯微鏡在現(xiàn)代工程技術(shù)中的應(yīng)用 早在公元前一世紀(jì)，人們就已發(fā)現(xiàn)通過球形透明物體去觀察微小物體時(shí)，可以使其放大成像。后來逐漸對(duì)球形玻璃表面能使物體放大成像的規(guī)律有了認(rèn)識(shí)。 1590年，荷蘭和意大利的眼鏡制造者已經(jīng)造出類似顯微鏡的放大儀器。 1611年，Kepler(克卜勒)：提議復(fù)合式顯微鏡的制作方式。 1665年，Leeuwenhoek(列文胡克)：細(xì)胞名詞的由來便由虎克利用復(fù)合式顯微鏡觀察植物的木栓組織上的微小氣孔而得來的。 1674年，Leeuwenhoek(列文胡克)：發(fā)現(xiàn)原生動(dòng)物學(xué)的報(bào)導(dǎo)問世，并于九年后成為首位發(fā)現(xiàn)“細(xì)菌”存在的人。 1833年，Brown(布朗)：在顯微鏡下觀察紫羅蘭，隨后發(fā)表他對(duì)細(xì)胞核的詳細(xì)論述。 1838年，Schlieden & Schwann(施萊登和施旺)：提倡細(xì)胞學(xué)原理，其主旨即為“有核細(xì)胞是所有動(dòng)植物的組織及功能的基本元素”。 1857年，Kolliker(寇利克)：發(fā)現(xiàn)肌肉細(xì)胞中的線粒體。 1876年，Abbe(阿比)：剖析影像在顯微鏡中成像時(shí)所產(chǎn)生的繞射作用，試圖設(shè)計(jì)出最理想的顯微鏡。 1879年，F(xiàn)lrmming(佛萊明)：發(fā)現(xiàn)了當(dāng)動(dòng)物細(xì)胞在進(jìn)行有絲分裂時(shí)，其染色體的活動(dòng)是清晰可見的。 1881年，Retziue(芮祖)：動(dòng)物組織報(bào)告問世，此項(xiàng)發(fā)表在當(dāng)世尚無人能凌駕逾越。然而在20年后，卻有以Cajal(卡嘉爾)為首的一群組織學(xué)家發(fā)展出顯微鏡染色觀察法，此舉為日后的顯微解剖學(xué)立下了基礎(chǔ)。 1882年，Koch(寇克)：利用苯安染料將微生物組織進(jìn)行染色，由此他發(fā)現(xiàn)了霍亂及結(jié)核桿菌。往后20年間，其它的細(xì)菌學(xué)家，像是Klebs 和 Pasteur(克萊柏和帕斯特)則是藉由顯微鏡下檢視染色藥品而證實(shí)許多疾病的病因。 1886年，Zeiss(蔡氏)：打破一般可見光理論上的極限，他的發(fā)明-阿比式及其它一系列的鏡頭為顯微學(xué)者另辟一新的解像天地。 1898年，Golgi(高爾基)：首位發(fā)現(xiàn)細(xì)菌中高爾基體的顯微學(xué)家。他將細(xì)胞用硝酸銀染色而成就了人類細(xì)胞研究上的一大步。 1924年，Lacassagne(蘭卡辛)：與其實(shí)驗(yàn)工作伙伴共同發(fā)展出放射線照相法，這項(xiàng)發(fā)明便是利用放射性釙元素來探查生物標(biāo)本。 1930年，Lebedeff(萊比戴衛(wèi))：設(shè)計(jì)并搭配第一架干涉顯微鏡。另外由Zernicke(卓尼柯)在1932年發(fā)明出相位差顯微鏡，兩人將傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡延伸發(fā)展出來的相位差觀察使生物學(xué)家得以觀察染色活細(xì)胞上的種種細(xì)節(jié)。 1941年，Coons(昆氏)：將抗體加上螢光染劑用以偵測(cè)細(xì)胞抗原。 1952年，Nomarski(諾馬斯基)：發(fā)明干涉相位差光學(xué)系統(tǒng)。此項(xiàng)發(fā)明不僅享有專利權(quán)并以發(fā)明者本人命名之。 1981年，Allen and Inoue(艾倫及艾紐)：將光學(xué)顯微原理上的影像增強(qiáng)對(duì)比，發(fā)展趨于完美境界。 1988年，Confocal(共軛焦)掃描顯微鏡在市場(chǎng)上被廣為使用。應(yīng)用：高分辨電鏡（HERM）：主要用于觀察無機(jī)材料中的原子排列； 掃描隧道電子顯微鏡（STM）：為人類認(rèn)識(shí)微觀世界的奧秘提供了一個(gè)十分有用的工具，使人們第一次能夠直接觀察到原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和表面電子行為相關(guān)的物理化學(xué)性質(zhì)，對(duì)表面科學(xué)，材料科學(xué)，生命科學(xué)和微電子技術(shù)的研究有著重要的意義； 比較顯微鏡：光學(xué)顯微鏡的新星，屬于特種顯微鏡。它不僅具有普通顯微鏡的放大作用，而且能用一組目鏡同時(shí)觀察到左右兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)物方物體的像。并通過對(duì)接，切割，重疊，旋轉(zhuǎn)等手段，堆兩個(gè)或兩個(gè)以上物體進(jìn)行宏觀或微觀上的比較，以檢查，分析和鑒別它們?cè)谛问剑M織，結(jié)構(gòu)，色彩或材料上存在的微小差別，達(dá)到鑒別，比較的目的； 核磁共振壓力顯微鏡（MRFM）：一種可以提供納米世界三維圖像的工具，是由核磁共振成像與廣泛應(yīng)用于納米技術(shù)的原子力顯微鏡（AFM）結(jié)合的產(chǎn)物（目前正在開發(fā)）。4 寫出積分形式的麥克斯韋方程并簡(jiǎn)述位移電流的意義麥克斯韋方程的積分形式：位移電流的意義：位移電流概念是J.C.麥克斯韋在建立電磁場(chǎng)理論過程中提出的重要假設(shè)。它表明，磁碭不僅可以由電流產(chǎn)生，變化的電場(chǎng)也可以產(chǎn)生磁場(chǎng)。 位移電流假設(shè)的提出，消除了把安培環(huán)路定理從恒定情形推廣到變化情形時(shí)遇到的矛盾和困難，使麥克斯韋得以建立完備的電磁場(chǎng)方程組。 麥克斯韋方程組 關(guān)于電磁波等理論預(yù)言的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，不僅具有深刻的理論意義和巨大的應(yīng)用價(jià)值，也證明了位移電流假設(shè)的正確性。五自發(fā)輻射與受激輻射的區(qū)別？試總結(jié)激光的原理，特點(diǎn)，分類？參考：瑪格瑞 大學(xué)物理教程下冊(cè) 激光部分自發(fā)輻射與受激輻射的區(qū)別： 粒子自發(fā)的從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，同時(shí)發(fā)出一個(gè)光子，這一 過程叫做自發(fā)輻射。 若處在高能級(jí)的粒子，在一個(gè)能量等于兩能級(jí)之差（E2-E1）的光子作用下，從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)并發(fā)射一個(gè)光子，這一過程稱為受激輻射。與自發(fā)輻射不同，受激輻射一定要在外來光作用下發(fā)生并發(fā)射一個(gè)與外來光子完全相同的光子。受激輻射光是相干光。受激輻射光加上原來的外來光，使光在傳播方向上光強(qiáng)得到放大。激光的原理：激光是受激輻射的放大，它通過輻射的受激放射而實(shí)現(xiàn)光放大。光放大即是一個(gè)光子射入一個(gè)原子體系之后，在離開此原子體系時(shí)，成了兩個(gè)或更多個(gè)特征完全相同的光子。激光的特點(diǎn)：激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高單色性和高相干性。（1） 激光的高亮度：固體激光器的亮度更可高達(dá)1011Wcm2Sr。不僅如此，具有高亮度的激光束經(jīng)透鏡聚焦后，能在焦點(diǎn)附近產(chǎn)生數(shù)千度乃至上萬度的高溫，這