物理學(xué)與人類文明[資料]

1、物理學(xué)與人類文明復(fù)習(xí)資料1走進(jìn)相對(duì)論1.1愛(ài)因斯坦是如何把普朗克的量子說(shuō)推進(jìn)為光子說(shuō)的？?jī)烧叩牟町愒诤翁?答案要點(diǎn)：普朗克通過(guò)研究黑體輻射發(fā)現(xiàn)，只要認(rèn)為物質(zhì)單元（例如原子）吸收或發(fā)出輻射 吋能量不是連續(xù)的而是一份一份的，就可以克服“紫外光災(zāi)難”，使得黑體軸射的理論曲線 與實(shí)驗(yàn)曲線相符。普朗克提出了能量量子的概念，給出了著名的普朗克公式：e = hv,其 中，e是輻射量子的能量，“是輻射的頻率，/z是普朗克常量。然而，普朗克的量子論是不 徹底的。他認(rèn)為原了在發(fā)射和吸收能量時(shí)是一份一份的，而能竝（電磁波）在傳播過(guò)程屮仍 是連續(xù)的。愛(ài)因斯坦發(fā)展了普朗克的雖了論。他認(rèn)為，輻射的木質(zhì)就是一份一份不連續(xù)的

2、， 不論是在原子的發(fā)射、吸收它們的時(shí)候，還是在傳播的過(guò)程中，它們都是一份一份的。愛(ài)因 斯坦稱之為光量子，并用光量子成功地解釋了光電效應(yīng)。愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)與普朗克的量子 說(shuō)的本質(zhì)差杲在于，普朗克認(rèn)為的量子說(shuō)只是在原子發(fā)射或者吸收時(shí)是一份一份的，而能量 （電磁波）則是連續(xù)的，而愛(ài)因斯坦責(zé)任為輻射的木質(zhì)就是一份一份的。1.2洛倫茲理論與愛(ài)因斯坦相對(duì)論的主要區(qū)別是什么？答案耍點(diǎn)：洛倫茲理論是建立在絕對(duì)空間的基礎(chǔ)之上的，他認(rèn)為相對(duì)性不正確，認(rèn)為存在絕 對(duì)空間（以太），洛倫茲變換：其屮的速度v是相對(duì)于絕對(duì)空間的，因而該變換時(shí)描述絕對(duì)空間運(yùn)動(dòng)的慣性系少絕對(duì)空間靜止系z(mì)間的關(guān)系。愛(ài)因斯坦認(rèn)為相對(duì)性原理成立，在

3、光速不變?cè)砗拖?對(duì)性原理的棊礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了形式上與洛倫茲變換公式一致的描述兩個(gè)慣性系z(mì)間的坐標(biāo)變 換關(guān)系。愛(ài)因斯坦認(rèn)為，不存在絕對(duì)，不存在以太，上述變換的公式是描述兩個(gè)任意慣性系 之間的變換，v是這兩個(gè)慣性系之間的相對(duì)速度，根木與絕對(duì)空間的概念沒(méi)有關(guān)系。1.3相對(duì)論建立在哪兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)之上？答案要點(diǎn)：愛(ài)因斯坦的相對(duì)論是建立在：1、相對(duì)性原理2、光速不變?cè)砘A(chǔ)之上的。1.4相對(duì)論有哪些重要結(jié)論？答案要點(diǎn)：相対論的重要結(jié)論是時(shí)間是相対的，空間也是相対的。1.5談?wù)勀銓?duì)質(zhì)能關(guān)系的理解。答案要點(diǎn)：質(zhì)能關(guān)系：e = mc2這個(gè)公式不是告訴我們質(zhì)雖可以轉(zhuǎn)化為能量，能雖也可以 轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，而是告訴我們

4、能量和質(zhì)量是同一事物的兩個(gè)方而。凡是有質(zhì)量的東西都含有能 罐，凡是能量，也都同時(shí)具有質(zhì)蜃。1.6談?wù)勀銓?duì)雙生子佯謬的看法。答案要點(diǎn)：所謂雙牛子佯謬，就是說(shuō)假設(shè)有一對(duì)雙生子a與b, a 直生活在地球上，b 則坐上高速的宇宙飛船飛向遠(yuǎn)方的星球進(jìn)行星際旅行，然后再返回地球?；貋?lái)后發(fā)現(xiàn)b比a 年輕許多。用和對(duì)論的觀點(diǎn)來(lái)看，只是肯定的。將生活再三維時(shí)空中的每一個(gè)人假設(shè)為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，靜止的人可以認(rèn)為是上下左右都不動(dòng)的一 個(gè)點(diǎn)。在四維吋空中，如圖所示，一個(gè)靜止不動(dòng)的點(diǎn)在四維吋空中表述為一條直線(paq),雙生子佯謬而運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)表現(xiàn)為一條曲線(pbq)。這種描述質(zhì)點(diǎn)在 四維時(shí)空屮位置變化的illi線或者直線稱為

5、世界線。相 對(duì)論認(rèn)為，-個(gè)質(zhì)點(diǎn)描出的世界線的長(zhǎng)度，就是它經(jīng) 歷的真實(shí)時(shí)間，稱為該質(zhì)點(diǎn)的故冇時(shí)間。在非歐兒何 中，兩點(diǎn)間的距離最長(zhǎng)的是直線，據(jù)此可知，paq的 長(zhǎng)度大于pbq的長(zhǎng)度，即靜止于地球表面的a的固有 時(shí)間人于做星際旅行回來(lái)后的b的固有時(shí)間，因此b 比a年輕。1.7什么是“同時(shí)”的相對(duì)性？答案要點(diǎn)：同時(shí)的相対性是相對(duì)論的核心觀念之一。 相對(duì)論認(rèn)為，在在一個(gè)慣性系不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的時(shí) 間，在另一個(gè)相對(duì)于它運(yùn)動(dòng)的("不為()的慣性系的 觀察者看來(lái)，并不同時(shí)發(fā)牛。1.8談?wù)勀銓?duì)動(dòng)鐘變慢、動(dòng)尺變短的理解。答案要點(diǎn)：在兩個(gè)以相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為v的慣性系屮的觀察者觀察對(duì)方的時(shí)鐘，都覺(jué)得對(duì)方的

6、時(shí)鐘比自己的時(shí)鐘慢；同樣的，居于兩個(gè)慣性系中的觀察者，都會(huì)看到對(duì)方的尺子變短。2原子與核能2.1天然放射性是如何發(fā)現(xiàn)的？答案要點(diǎn)：1864年，法國(guó)的貝克勒爾偶然吧一塊鈾礦石發(fā)在抽屜里，擱在黑紙包裹的感光 片上，恰巧在鈾礦石與感光片z間放著一把鑰匙。當(dāng)他打算使用這些膠片的時(shí)，驚訝地發(fā)現(xiàn) 膠片已經(jīng)感光了，上面印有那把鑰匙的影像。經(jīng)過(guò)反復(fù)思考，他猜測(cè)這很可能是由于鈾礦石 造成的。貝克勒爾把解開(kāi)這-現(xiàn)象背后之謎交給了年輕的居里夫婦。這是這一偶然事件，使 他們發(fā)現(xiàn)了大然放射性。2.2簡(jiǎn)述原子模型的發(fā)展，從西瓜模型、土星模型到行星模型。答案耍點(diǎn)：1897年湯姆孫發(fā)送買(mǎi)哦電子，他又丁 1904年提出了笫一個(gè)

7、原子模型一西瓜模型。 他認(rèn)為原了好像一個(gè)帶疋電的西瓜，帶負(fù)電的電了則像瓜了一樣鑲嵌在原了中。同年，li本 學(xué)者長(zhǎng)岡太郎提岀了土星模型，他也認(rèn)為原子是一個(gè)帶正電的實(shí)心球，電子像土星的光環(huán)一 樣繞著原了轉(zhuǎn)。西瓜模型可以解釋周期律，但不能解釋光的譜線。土星模型正好相反，能解 釋光的譜線，但不能解釋周期律。盧瑟福通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)湯姆孫的原子的西瓜模型有問(wèn)題。 原子并不是一個(gè)正電荷均勻分布的實(shí)心球，實(shí)際上，院子的人部分區(qū)域是真空，正電荷集小 在原了的屮心，形成一個(gè)體積極小的核，于是他在1911年提出了一個(gè)新的原了結(jié)構(gòu)模型一 行星模型。他認(rèn)為原子就像一個(gè)小太陽(yáng)系，帶正電的核好比太陽(yáng)，電了像行星一樣圍繞著原

8、子核旋轉(zhuǎn)。2.3玻爾模型如何解釋光譜線與周期律？答案要點(diǎn)：玻爾認(rèn)為原了屮的電了的軌道是量了化的，不會(huì)改變。軌道電了不服從經(jīng)典的電 磁理論，而服從量子規(guī)律。電子智能在固定的軌道上運(yùn)動(dòng)在軌道間跳躍（躍遷）。電子在一 條固定的軌道上運(yùn)動(dòng)吋，不輻射電磁波：在軌道間躍遷吋輻射或吸收-定頻率的電磁波，頻 率v由普朗克公式e = hv來(lái)決定，e是兩條軌道z間的能量差。這就很好地解釋了光的譜 線和周期律。2.4什么是裂變與聚變？原子反應(yīng)堆、原子彈與氫彈依據(jù)哪一種核反應(yīng)？答案要點(diǎn)：裂變反應(yīng)是用種子轟擊重核（如鈾235）使得重核元素分裂原子序數(shù)相近的兩種 新的元素，并釋放出中子，這個(gè)過(guò)程成為裂變。兩種原子序數(shù)很小

9、的元素的核（如氫）在高 溫高壓卜-結(jié)合成為原子量更大的氨元素，這種過(guò)程成為聚變反應(yīng)。原子反應(yīng)堆與原子彈屬于 裂變反應(yīng)；氫彈屬于聚變反應(yīng)。2.5什么是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)？什么是臨界質(zhì)量？答案要點(diǎn)：重核受到高能中子的轟擊后分裂成兩個(gè)原子序數(shù)較輕的核后，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生兒個(gè)新 的屮子，這新新產(chǎn)牛的屮子進(jìn)入別的重核，乂產(chǎn)生更多的屮子，于是形成了 “雪崩”，同時(shí) 解放岀巨人的能量。這就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。臨界質(zhì)量為維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)所需要的裂變材料的最 小質(zhì)量稱為臨界質(zhì)量。3量子的世界3.1什么是物質(zhì)波（德布羅意波）？答案要點(diǎn)：物質(zhì)波，就是兒率波，指空間中某點(diǎn)某時(shí)刻可能出現(xiàn)的兒率。3.2什么是不確定關(guān)系？答案要點(diǎn)：微觀粒子運(yùn)動(dòng)特征的

10、基本關(guān)系。乂稱測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，1927年w.k海森們首先捉出。 它可表述為描述微觀粒了的坐標(biāo)和和皿動(dòng)赧不可能同時(shí)具有確定值，坐標(biāo)和相應(yīng)動(dòng)量的不確 定度的乘積不小于普朗克常雖h的一半，即a x a pxh / 2, ayapyh / 2, zapzmh / 2不確定關(guān)系給出同時(shí)確定微觀粒子坐標(biāo)和 和應(yīng)動(dòng)量準(zhǔn)確度的下限。不確定關(guān)系表明無(wú)論采用什么方法試圖梢確測(cè)定朋標(biāo)和相應(yīng)動(dòng)量中 的一個(gè)，必然引起另一個(gè)較大的不確定性，這樣的結(jié)果與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備無(wú)關(guān), 無(wú)論怎樣改善測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法，都不可能逾越不確定關(guān)系所給出的限度。微觀粒了的不 確定關(guān)系是由其波粒二象性確定的。每個(gè)粒子都有一個(gè)與之相聯(lián)系的

11、波而顯示其波動(dòng)性。粒 子最可能在波起伏最大或最密集的地方找到，可是波越密集就越難以確定其波長(zhǎng)，也就越難 以確定其動(dòng)量；反z,動(dòng)量一定的粒了對(duì)應(yīng)于具冇確定波長(zhǎng)的波，在空間卻是無(wú)限廣延的, 則可在任意位宜找到粒子（見(jiàn)波粒二象性）。不確定關(guān)系表明微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不存在坐標(biāo)和 相應(yīng)動(dòng)量同時(shí)確定的狀態(tài)，因而微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不存在軌道，經(jīng)典力學(xué)描述粒子運(yùn)動(dòng)的方法 沒(méi)有意義。対于宏觀物體，不確定關(guān)系所加的限制并未在實(shí)驗(yàn)測(cè)量的梢度上超過(guò)經(jīng)典描述的 限度，因而實(shí)際上仍表現(xiàn)為具有一定的軌道。不確定關(guān)系提供一種可以采川經(jīng)典描述和必須 采用量子描述的分界判據(jù)。不確定關(guān)系并不僅限于朋標(biāo)和動(dòng)量，能量和吋間的不確定關(guān)系為 ae

12、ath/2,式中ae是粒了處于某一能態(tài)的能量不確定度，at是粒了處于該能態(tài)壽命 的不確定度。3.3如何理解微觀粒子的波粒二象性？什么是概率波？答案要點(diǎn)：微觀粒了的波粒二象性是指某物質(zhì)同時(shí)具備波的特質(zhì)及粒了的特質(zhì)。波粒二象性 是量子力學(xué)小的一個(gè)重要概念。在經(jīng)典力學(xué)屮，研究對(duì)象總是被明確區(qū)分為兩類：波和粒子。 前者的典型例子是光，后者則組成了人們常說(shuō)的“物質(zhì)”。1905年，愛(ài)因斯坦提出了光電效 應(yīng)的光量子解釋，人們開(kāi)始意識(shí)到光波同時(shí)貝-有波和粒子的雙重性質(zhì)。1924年，徳布羅意 提出“物質(zhì)波”假說(shuō)，認(rèn)為和光一樣，一切物質(zhì)都具有波粒二象性。概率波，就是物質(zhì)波，指空間中某點(diǎn)某吋刻可能出現(xiàn)的幾率。比如一

13、個(gè)電子，如果是口由 電子，那么它的波函數(shù)就是行波，就是說(shuō)它有可能出現(xiàn)在空間小任何一點(diǎn)，每點(diǎn)兒率相等。 如果被束縛在氫原子里，并且處于基態(tài)，那么它出現(xiàn)在空間任何一點(diǎn)都有可能，但是在波爾 半徑處兒率最人。對(duì)于你h己也一樣，你也有可能出現(xiàn)在月球上，但是和你坐在電腦前的兒 率相比,是非常非常小的,以至于不可能看到這種情況。3.4什么是勢(shì)壘貫穿？答案要點(diǎn)：考慮粒子運(yùn)動(dòng)遇到一個(gè)高于粒子能量的勢(shì)金，按照經(jīng)典力學(xué)，粒子是不可能越過(guò) 勢(shì)壘的；按照量了力學(xué)可以解出除了在勢(shì)壘處的反射外，還冇透過(guò)勢(shì)壘的波函數(shù)，這表明在 勢(shì)壘的另一邊，粒子具有一定的概率，粒子貫穿勢(shì)壘。4科學(xué)的誕生4.1地理大發(fā)現(xiàn)、文藝復(fù)興和宗教改革對(duì)

14、人類文明的發(fā)展起到什么作用？答案耍點(diǎn):地理大發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。由于航海需要解決許多實(shí)際問(wèn)題，天文學(xué)、 數(shù)學(xué)得到了很大的發(fā)展。與地理大發(fā)現(xiàn)同時(shí)或前后發(fā)牛的文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)和是宗教改革運(yùn)動(dòng), 這三者之間是有聯(lián)系的。地理人發(fā)現(xiàn)及宗教改革的發(fā)牛都受到文藝復(fù)興的影響。文藝復(fù)興所 表現(xiàn)岀來(lái)的人文主義精神是一種為創(chuàng)造現(xiàn)批的幸福而奮斗的進(jìn)取精神，而地理人發(fā)現(xiàn)就是在 這種精神的鼓舞下完成的。文藝復(fù)興也推動(dòng)了宗教的改革：人文主義者z譴責(zé)天主教教會(huì)的 黑暗腐敗，為宗教改革派提供了攻擊天主教的論據(jù)，人文主義者z研究圣經(jīng)的原文及基 轉(zhuǎn)教的原始教義，也為新教教義的形成開(kāi)辟了道路。而文藝復(fù)興、地理大發(fā)現(xiàn)及宗教改革, 乂

15、各從不同的方面為資本主義牛產(chǎn)方式鳴鑼開(kāi)道：地理人發(fā)現(xiàn)為資產(chǎn)階級(jí)開(kāi)辟了大顯身手的 廣闊天地；文藝復(fù)興向資產(chǎn)階級(jí)注入了-種積極進(jìn)取的粕神力量；宗教改革為資產(chǎn)階級(jí)在歐 洲不少國(guó)家推倒了作為封建勢(shì)力頑固堡壘的天主教教會(huì)的統(tǒng)治，并fl為資產(chǎn)階級(jí)鍛煉了象加 爾文教那樣的精神武器。綜上所述，地理人發(fā)現(xiàn)、文藝復(fù)興和宗教改革對(duì)人類文明的發(fā)展起 到了積極的推動(dòng)作用。4.2為什么鄭和下西洋未對(duì)世界產(chǎn)生重大影響，而哥倫布、麥哲倫等人的“地理大發(fā)現(xiàn)”則 對(duì)世界產(chǎn)生重大影響？答案要點(diǎn)：鄭和下西洋的動(dòng)機(jī)：史料研究結(jié)果顯示，鄭和下西洋的目的，并非像西方那樣是 為了拓展土地，掠奪財(cái)富，而是由于當(dāng)時(shí)的皇帝好大喜功，想炫権口己天朝

16、的威力。其次, 鄭和下西洋的舉動(dòng)并不受重視。中國(guó)是一個(gè)古老的國(guó)家，在漫長(zhǎng)的歷史上，中國(guó)始終是一個(gè) 大陸國(guó)家，發(fā)展的重點(diǎn)始終是陸地，“陸權(quán)”的思想深入人心，對(duì)海上活動(dòng)并不重視。第三， 鄭和下西洋的舉動(dòng)并不受重視。中國(guó)始終是一個(gè)大陸國(guó)家，發(fā)展的重點(diǎn)始終是陸地，“陸權(quán)” 的思想深入人心，對(duì)海上活動(dòng)并不重視，當(dāng)吋的中國(guó)政府根本沒(méi)有像西方列強(qiáng)那樣把海軍當(dāng) 成是開(kāi)蹭拓土的工具，而是僅僅當(dāng)成炫縫天朝上國(guó)的工具，不能重視和利用這支艦隊(duì)，還是因 為”陸權(quán)”思想嚴(yán)重，缺乏海洋意識(shí)。相比之下，哥倫布、麥哲倫等的地理大發(fā)現(xiàn)給地理科學(xué)帶 來(lái)了巨大變革，它的意義也超過(guò)地理科學(xué)，兒乎對(duì)所有的自然科學(xué)和哲學(xué)都是巨大的推動(dòng)力。

17、 它是人類近代匕躍性進(jìn)步的先聲。正是山于地理大發(fā)現(xiàn)給人類開(kāi)拓了廣闊的發(fā)展空間，發(fā)現(xiàn) 了在當(dāng)吋看來(lái)兒乎是無(wú)窮無(wú)盡的資源，刺激了產(chǎn)業(yè)革命的迅速到來(lái)，稱得上是人類歷史上、 科學(xué)發(fā)展史上最偉大的事件之一。4.3中國(guó)的四大發(fā)明對(duì)近代自然科學(xué)的誕生起到什么作用？答案要點(diǎn)：中國(guó)的四大發(fā)明對(duì)對(duì)近代口然科學(xué)的誕生起到了積極的推動(dòng)作用。英國(guó)哲學(xué)家弗 蘭西斯培根指出，印刷術(shù)、火藥、指南針“這三種發(fā)明已經(jīng)在世界范圍內(nèi)把事物的全部 而貌和情況都改變了：笫一種是在學(xué)術(shù)方而，第二種是在戰(zhàn)事方面，第三種是在航行方面; 并由此又引起難以數(shù)計(jì)的變化來(lái)：竟至任何教派、任何帝國(guó)、任何星辰對(duì)人類事務(wù)的影響都 無(wú)過(guò)于這些機(jī)械性的發(fā)現(xiàn)了。

18、”馬克思評(píng)論：“火.藥、指南針、印刷術(shù)這是預(yù)告資產(chǎn) 階級(jí)社會(huì)到來(lái)的三大發(fā)明?；?藥把騎士階層炸得粉碎，指南針打開(kāi)了世界市場(chǎng)并建立了殖 民地，而印刷術(shù)則變成了新教的工具，總的來(lái)說(shuō)變成了科學(xué)復(fù)興的手段，變成對(duì)精神發(fā)展創(chuàng) 造必耍前提的最強(qiáng)大的杠桿?！彪m然沒(méi)有提到造紙術(shù)，但是止是它為卬刷術(shù)的產(chǎn)生和推廣提 供了必耍條件。有了四大發(fā)明，歐洲的近代口然科學(xué)才得以誕生，成為資產(chǎn)階級(jí)發(fā)展的必要 前提，為資產(chǎn)階級(jí)走上政治舞臺(tái)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)：印刷術(shù)的出現(xiàn)改變了只有僧侶才能讀卩和 受高等教育的狀況，便利了文化的傳播；火藥和火器的采用摧毀了封建城堡，幫助了資產(chǎn) 階級(jí)去戰(zhàn)勝封建貴族；指南針傳到歐洲航海家的手里，使他們有可

19、能發(fā)現(xiàn)美洲和實(shí)現(xiàn)環(huán)球航 行，為資產(chǎn)階級(jí)奠定了世界貿(mào)易和工場(chǎng)手工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。4.4從哥白尼的日心說(shuō)的誕生過(guò)程來(lái)看，宗教對(duì)科學(xué)的作用是推動(dòng)還是阻礙？答案要點(diǎn)：哥白尼經(jīng)過(guò)對(duì)天文學(xué)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的深入研究，發(fā)現(xiàn)托勒密的地心說(shuō)不僅復(fù)雜混亂, 而且漏洞百出，他逐漸認(rèn)識(shí)到，只要把地球從宇宙的中心移開(kāi)，把太陽(yáng)放到宇宙的中心，一 切問(wèn)題都變得簡(jiǎn)單、清晰而精確了。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期反復(fù)思考，丨i心說(shuō)在哥白尼的頭腦中逐漸成熟。 但是，哥口尼深知，他的觀點(diǎn)與傳統(tǒng)的神學(xué)相抵觸，很可能會(huì)觸怒教會(huì)，所以遲遲不敢發(fā)表 他的著作。知道他快病逝的吋候，他才把天體運(yùn)行論這一偉大的著作交付出版。他為了 使自己在政治上盡nj能處于冇利地位，盡力討

20、好教會(huì)。在書(shū)的最前面，哥白尼寫(xiě)道：“把此 書(shū)獻(xiàn)給最神圣的教主一保羅三世教皇陛下。”盡管如此，他的h心說(shuō)還是沒(méi)能夠逃脫教會(huì)的 圍剿。隨著時(shí)間的推移，教會(huì)下令禁止出版哥口尼的苦作，禁止h心說(shuō)的教授與傳播。不僅 保守的羅馬教廷，甚至標(biāo)榜革新的新教，都不能容忍口心說(shuō)。這一切可以看出，宗教對(duì)科學(xué) 起到了阻礙的作用。4.5開(kāi)普勒的三定律的內(nèi)容是什么？答案要點(diǎn)：開(kāi)普勒第一定律（軌道定律）：所冇行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓,a陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦 點(diǎn)上。開(kāi)普勒第二定律（面積定律）：對(duì)于任何一個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它與太陽(yáng)的連線在相等的吋間掃 過(guò)相等的面積。開(kāi)普勒第三定律（周期定律）：所有的行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)

21、周期的二次 方的比值都相等。r3用公式表示為：=kt厶其中，r是行星公轉(zhuǎn)軌道半長(zhǎng)軸,t是行星公轉(zhuǎn)周期，=常數(shù)5物理的初創(chuàng)5.1簡(jiǎn)述伽利略對(duì)力學(xué)的幾個(gè)重要貢獻(xiàn)：慣性定律、自由落體定律和相對(duì)性原理。答案要點(diǎn)：伽利略對(duì)力學(xué)的第一大貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了自山落體定律，即重力加速度與下落物體的 質(zhì)量大小無(wú)關(guān)。第二大貢獻(xiàn)：慣性定律：不受外力作用的物體將保持慣性運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)不變。笫三人貢獻(xiàn)：相對(duì)性原理：所有的慣性系都是平等的。不能川任何實(shí)驗(yàn)來(lái)區(qū)分一個(gè)系統(tǒng)是靜 止還是在做勻速肓線運(yùn)動(dòng)。5.2牛頓對(duì)時(shí)間、空間有什么看法？答案要點(diǎn)：牛頓認(rèn)為“絕對(duì)的空間，就其本性而言，于任何外部事物無(wú)關(guān)，它總是相同的 和不町動(dòng)的。相對(duì)空間是絕

22、對(duì)空間的某個(gè)町動(dòng)的部分或量度” “絕對(duì)的，真實(shí)的和數(shù)學(xué) 的時(shí)間自身在流逝著，而且因其木性均勻地、與任何外部事物并不相關(guān)地流逝著，它又可以 叫做延續(xù)性。相對(duì)的、表觀的和普通的時(shí)間是延續(xù)性的一種可感知的、外部的（無(wú)論是準(zhǔn)確 的還是不均勻的）借助運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行的量度，我們通常就用它來(lái)代替真實(shí)吋間：例如一小吋, 一個(gè)刀、一年?！笨倆,牛頓認(rèn)為絕對(duì)空間和絕對(duì)時(shí)間是客觀存在的、與運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)無(wú)關(guān)的 東西。物體就在這空虛的絕對(duì)空間之內(nèi)，就在這均勻流逝的絕對(duì)時(shí)間之屮，永恒地運(yùn)動(dòng)看。5.3開(kāi)普勒三定律與牛頓萬(wàn)有引力定律有什么關(guān)系？r3答案要點(diǎn)：從開(kāi)普勒的第三定律=k可以推導(dǎo)出，行星受到太陽(yáng)引力應(yīng)該與距離的平方t2成反

23、比。當(dāng)時(shí)不清楚的是，這種與距離的平方成反比的力，能否使行星按橢鬪運(yùn)動(dòng)。而牛頓 用這種少平方成反比的里，可以推導(dǎo)出開(kāi)普勒三定律。在牛頓的論物體的運(yùn)動(dòng)屮，提出 中心引力不僅與距離的平方成反比，還應(yīng)與物體的質(zhì)量成正比。這樣，萬(wàn)冇引力定律的數(shù)學(xué)mm形式（f = g畔）就大體確定了。r5.4有哪些實(shí)驗(yàn)證實(shí)了萬(wàn)有引力定律？答案要點(diǎn)：1682年，一刻明亮的彗星出現(xiàn)在天空。哈雷應(yīng)用牛頓的萬(wàn)有引力定律和力學(xué)三 定律，算出了這顆彗星的軌道和周期，周期約為75年；1832年，英國(guó)的亞當(dāng)斯和法國(guó)的勒 維葉各口獨(dú)立地用萬(wàn)有引力定律，通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算，指出了天王星的準(zhǔn)確位置，經(jīng)過(guò)觀測(cè)， 果然在他們預(yù)測(cè)的位置上找到了天王星。

24、5.5經(jīng)典力學(xué)最基本的內(nèi)容有哪些？答案要點(diǎn)：經(jīng)典力學(xué)的最基本要內(nèi)容是：牛頓第一定律：一切物體沒(méi)有受外力作用吋，總保持勻速直線狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有 外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。牛頓笫二定律：物休的加速度與所受外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向 與外力的方向相同。公式：f （合）=ma牛頓第三定律：兩個(gè)物體z間的作用力與反作用丿j大小相等，方向相反，并h在同一條 直線上。萬(wàn)有引力定律：自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的大小與物體（質(zhì)點(diǎn)）的質(zhì)量 乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。6彎曲的時(shí)空6.1什么是非歐幾何？它與歐氏幾何有什么不同？答案要點(diǎn)：非歐兒里得兒何是一門(mén)大的數(shù)學(xué)分支

25、，一般來(lái)講，它有廣義、狹義、通常意義 這三個(gè)方面的不同含義。所謂廣義式泛指一切和歐幾里得幾何不同的幾何學(xué)，狹義的非歐幾 何只是指羅氏幾何來(lái)說(shuō)的，至于通常意義的非歐幾何，就是指羅氏幾何和黎曼幾何這兩種幾 何。歐氏兒何是建立在平面上的兒何，而非歐兒何則是建立在非平面上的兒何。歐氏兒何與 非歐幾何各口所有的命題都構(gòu)成了一個(gè)嚴(yán)密的公理體系，各公理z間滿足和諧性、完備性和 獨(dú)立性。因此都是正確的。在我們這個(gè)不大不小、不遠(yuǎn)不近的空間里，也就是在我們的日常 主活屮，歐式兒何是適用的；在宇宙空間屮或原子核世界，羅氏兒何更符合客觀實(shí)際；在地 球表面研究航海、航空等實(shí)際問(wèn)題屮，黎曼幾何更準(zhǔn)確一些。6.2狹義相對(duì)論

26、有什么基本困難？6.3萬(wàn)有引力與電磁力有什么本質(zhì)的不同？無(wú)論是物質(zhì)帶電，還是物質(zhì)不帶電，我們都認(rèn)為物質(zhì)是山于基木粒子構(gòu)成的，物質(zhì)的質(zhì)量是 由于物質(zhì)構(gòu)成的光了信息，不斷與環(huán)境光了信息相互作用的結(jié)果，物質(zhì)不帶電，是由于物質(zhì) 在單位時(shí)間內(nèi)，發(fā)出的光子信息總量與吸收的光子信息總量相等，事實(shí)上沒(méi)冇絕對(duì)的相等; 帶正電是物質(zhì)發(fā)出光子信息總量比吸收到的光子信息總量多的結(jié)果；帶負(fù)電是物質(zhì)發(fā)出光子 信息總量比吸收到的光子信息總量少的結(jié)果；它們并不沒(méi)有其它差別。6.4簡(jiǎn)述你對(duì)廣義相對(duì)論的理解。水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)、光線在引力場(chǎng)中彎曲（引力透鏡）、星系譜線紅移6.5廣義相對(duì)論有哪些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證？光線彎曲不是廣義相對(duì)論獨(dú)有的預(yù)

27、言。早在1801年索德納（johann von soldner, 1766-1833） 就根據(jù)牛頓力學(xué)，把光微粒當(dāng)做冇質(zhì)雖的粒子，預(yù)言了光線經(jīng)過(guò)太陽(yáng)邊緣時(shí)會(huì)發(fā)生0.87角 秒的偏折。1911年在布拉格人學(xué)當(dāng)教授的愛(ài)因斯坦根據(jù)相對(duì)論算出id食時(shí)太陽(yáng)邊緣的星光 將會(huì)偏折0.87角秒。1912年回到蘇黎士的愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)空間是彎曲的，到1915年已在柏林 普魯士科學(xué)院任職的愛(ài)因斯坦把太陽(yáng)邊緣星光的偏折度修正為1.74角秒。7 恒星的演化7.1萬(wàn)有引力定律能夠預(yù)言黑洞嗎？能。近代以來(lái)，愛(ài)因斯坦發(fā)表了廣義相對(duì)論，越來(lái)越多的自然科學(xué)家從牛頓力學(xué)和廣義相対 論出發(fā)，得出了類似結(jié)論，紛紛預(yù)言“黑洞”的存在。依據(jù)

28、牛頓的萬(wàn)有引力理論，科學(xué)家得 出，一個(gè)球形的天體，一旦它的質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)質(zhì)量的2倍，就可能引發(fā)“引力崩潰”。也就是 說(shuō)，它可能會(huì)向白己的中心引力坍縮，成為一個(gè)體積無(wú)限小、質(zhì)量無(wú)限人的質(zhì)點(diǎn)。依據(jù)愛(ài)因 斯坦的廣義和對(duì)論，德國(guó)科學(xué)家史瓦西計(jì)算岀了一個(gè)可能貝備無(wú)窮大引力的天體半徑。他進(jìn) 一步闡述說(shuō)，一個(gè)天體一旦半徑達(dá)到了這個(gè)人小，就很可能有無(wú)限人的引力，任何物質(zhì)都不 能從它那兒逃脫出來(lái)，只能被它吸引進(jìn)去。即便光線速度極快，也“難逃噩運(yùn)”。這個(gè)有能 力把一切吸引住的地方，人們無(wú)法看到它，因而稱之為“黑洞” 7.2簡(jiǎn)述恒星時(shí)如何形成，如何演化。悝星的演化開(kāi)始于巨分了云。一個(gè)星系屮人多數(shù)虛空的密度是每立方厘米

29、人約()到1個(gè)原 子，但是巨分子云的密度是每立方厘米數(shù)百萬(wàn)個(gè)原子。一個(gè)巨分子云包含數(shù)十萬(wàn)到數(shù)千萬(wàn)個(gè) 太陽(yáng)質(zhì)量，直徑為50到300光年。在巨分子云環(huán)繞星系旋轉(zhuǎn)時(shí)，一些事件可能造成它的引 力坍縮。巨分子云可能互相沖撞，或者穿越旋臂的稠密部分。鄰近的超新星爆發(fā)拋出的高 速物質(zhì)也可能是觸發(fā)因素zc最后，星系碰撞造成的星云壓縮和擾動(dòng)也可能形成大量恒星。 坍縮過(guò)程中的角動(dòng)量守恒會(huì)造成巨分子云碎片不斷分解為更小的片斷。質(zhì)量少于約5()太陽(yáng) 質(zhì)量的碎片會(huì)形成恒星。在這個(gè)過(guò)程中，氣體被釋放的勢(shì)能所加熱，而角動(dòng)量守恒也會(huì)造成 星云開(kāi)始產(chǎn)住白轉(zhuǎn)z后形成原始星。恒星形成的初始階段兒乎完全被密集的星云氣體和灰 塵所掩蓋

30、。通常，正在產(chǎn)生恒星的星源會(huì)通過(guò)在四周光亮的氣體云上造成陰影而被觀測(cè)到， 這被稱為博克球狀體。質(zhì)量非常小(小于一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量)的原始星的溫度不會(huì)到達(dá)足夠開(kāi)始 核聚變的程度，它們會(huì)成為棕矮星，在數(shù)億年的時(shí)光中慢慢變涼。大部分的質(zhì)量更高的原始 星的中心溫度會(huì)達(dá)到一千萬(wàn)開(kāi)氏度，這時(shí)氫會(huì)開(kāi)始聚變成氨，恒星開(kāi)始自行發(fā)光。核心的核 聚變會(huì)產(chǎn)牛足夠的能量停止引力坍縮，達(dá)到一個(gè)靜態(tài)平衡。恒星從此進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的階 段。如果恒星附近仍有殘留巨分子云碎片，那么這些碎片可能會(huì)在一個(gè)更小的尺度上繼續(xù)坍 縮，成為行星、小行星和彗星等行星際天體。如果巨分了云碎片形成的恒星足夠接近，那么 可能形成雙星和多星系統(tǒng)。7.3什么

31、是主序星？什么是紅巨星？主序在天文學(xué)上是指恒星的青壯年吋期。恒星在這一階段停留的時(shí)間占整個(gè)壽命的90%以 上。這是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的階段，向外膨脹和向內(nèi)收縮的兩種力大致平衡，恒星基本上不收縮 也不膨脹。處于主序階段的恒星成為主序星，目詢太陽(yáng)就是一顆主序星。太陽(yáng)現(xiàn)在的年齡為 46億多年，它的主序階段已經(jīng)過(guò)去了一半的時(shí)間，還要50億年才會(huì)轉(zhuǎn)到另一個(gè)演化階段。 恒星演變到主序星階段(青壯年期)末期時(shí)，除了外殼部分，它內(nèi)部的氫基本上已 經(jīng)轉(zhuǎn)化成氨而使熱核反應(yīng)停止。這時(shí)，恒星的中心部分就會(huì)在引力的作用下發(fā)生 收縮，并冃釋放岀巨大的能量，從而使外殼急劇膨脹，整個(gè)恒星便像氣球一樣被 吹大了。外殼的膨脹使恒星的表

32、面積增大，表面溫度降低，而總發(fā)光量增加。這 樣，它就變成了一顆亮度大溫度低的紅色星-紅巨星。在紅巨星的內(nèi)部，雖然氫 已經(jīng)基本耗盡，但由于內(nèi)部收縮使溫度升得更高了，于是乂開(kāi)始了氨聚合反應(yīng)， 它內(nèi)部便又開(kāi)始燃燒起來(lái)，并r能維持很長(zhǎng)的時(shí)間。7.4白矮星、中子星由什么力量支撐？根據(jù)天體物理學(xué)的恒星演化理論，白矮星由“電子簡(jiǎn)并壓”支撐，屮子星由“中子簡(jiǎn)并壓” 支撐，與引力達(dá)到平衡狀態(tài)形成星體。7.5什么是錢(qián)德拉塞卡極限？什么是奧本海默極限？什么是錢(qián)徳拉塞卡極限？指口矮星的最高質(zhì)量，約為（3x 10的30次方）公斤，是太陽(yáng)質(zhì) 量的1.44倍。這個(gè)極限是由錢(qián)徳拉塞卡計(jì)出的。星體產(chǎn)生的熱會(huì)令其大氣層向外移。當(dāng)

33、星 體的能量用盡，其大氣層便會(huì)受星體的引力影響而塌回星體表血。如果星體的質(zhì)量少于錢(qián)德 拉塞卡極限，這個(gè)塌回便受電子簡(jiǎn)并壓力限制，因而得出一個(gè)穩(wěn)定的口矮星。若它的質(zhì)量高 于錢(qián)徳拉塞卡極限，它就會(huì)收縮，而變成屮了星、黑洞或理論上的夸克星。7.6簡(jiǎn)述白矮星與中子星的發(fā)現(xiàn)過(guò)程。1892年，alvan graham clark發(fā)現(xiàn)了天狼星的伴星。根據(jù)對(duì)恒星數(shù)據(jù)的分析，這個(gè)伴星的質(zhì) 量約一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，表面溫度大約25000k,但是具光度大約是犬狼星的萬(wàn)分之一，所以根 據(jù)光度和表而積的關(guān)系，推斷出其大小與地球相當(dāng)。這樣的密度是地球上的物質(zhì)達(dá)不到的。 1917年，adriaan van maancn發(fā)現(xiàn)了 l

34、i前已知離太陽(yáng)最近的白矮星van maancn星。在二十世紀(jì)初由max planck等人發(fā)展出最子理論之后，ralph h. fowler于1926年建立了一個(gè) 基于費(fèi)米狄拉克統(tǒng)計(jì)的解釋白矮星的密度的理論。1930年，蘇布拉馬尼揚(yáng)錢(qián)德拉塞卡（印度）發(fā)現(xiàn)了白矮星的質(zhì)量上限（錢(qián)徳拉塞卡極限），并因此獲得1983年的諾貝爾物理 學(xué)獎(jiǎng)。7.7什么是超新星？超新星爆發(fā)有哪些可能的結(jié)局？根據(jù)現(xiàn)在的認(rèn)識(shí)，超新星爆發(fā)事件就是一顆大質(zhì)量恒星的“暴死”。対于大質(zhì)量的恒星，如 質(zhì)量相當(dāng)于太陽(yáng)質(zhì)量的82（）倍的恒星，由于質(zhì)量的巨大，在它們演化的后期，星核和星殼 徹底分離的時(shí)候，往往要伴隨著一次超級(jí)規(guī)模的人爆炸。這種爆

35、炸就是超新星爆發(fā)?，F(xiàn)已證 明，1572年和1604年的新星都屬于超新星。在銀河系和許多河外星系屮都己經(jīng)觀測(cè)到了超 新星，總數(shù)達(dá)到數(shù)百顆?？墒窃跉v史上，人們用肉眼直接觀測(cè)到并記錄下來(lái)的超新星，卻只 冇6顆。超新星爆發(fā)后冇三種可能的結(jié)局：爆發(fā)時(shí)拋射的恒星外層物質(zhì)變成了星云遺跡，而 遺留卜的星核質(zhì)量若在3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量以上，便可能坍縮超新星爆發(fā)有哪些可能的結(jié)局？ 形成黑洞；若星核質(zhì)錄小于1.4個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，便坍縮形成白矮星或者完全被炸毀；若星核質(zhì) 量在這兩者z間，便坍縮形成中了星。它們都是很強(qiáng)的射電、x射線和宇宙射線源。7.8太陽(yáng)半徑和和密度是多少？形成白矮星后的半徑和密度是多少？半徑:696295千米。平均密度約為每立方厘米1.4克，7.9太陽(yáng)能夠形成中子星或者黑洞嗎？黑洞就是一顆恒星在'爆發(fā)'后的殘骸至少比太陽(yáng)大2倍時(shí)，黑洞就