2022年超星课后习题 .pdf
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1、超星课后习题1、解释链式反应(30.0 分) 题目要求:解释链式反应核反应产物之一又引起同类核反应继续发生、并逐代延续进行下去的过程。链式反应指核物理中,核反应产物之一又引起同类核反应继续发生、并逐代延续进行下去的过程。铀核吸收一个中子以后,按30 多种不同的方式发生裂变,生成的碎片又发生一系列的 衰变,因此,一共产生30 多种元素的近300 种同位素。难怪费米、伊伦?居里、哈恩等当时第一流的科学家都被这种现象迷惑了那么长的时间。核裂变时, 绝大部分是不对称裂变,对称裂变的几率是很小的(质量数 118 附近 )。这种不对称裂变,在裂变现象发现后不久就通过各种实验方法得到确证,但是在核理论已经取
2、得巨大进展的今天,这种不对称裂变的原因,依然是一个谜。2、解释相对论性量子理论。(30.0 分 ) 题目要求:解释相对论性量子理论。1930 年狄拉克提出一个理论,被称为空穴理论。这个理论认为由于电子是费米子,满足泡利不相容原理, 每一个状态最多只能容纳一个电子,物理上的真空状态实际上是所有负能态都已填满电子, 同时正能态中没有电子的状态。因为这时任何一个电子都不可能找到能量更低的还没有填入电子的能量状态,也就不可能跳到更低的能量状态而释放出能量,也就是说不能输出任何信号,这正是真空所具有的物理性质。按照这个理论, 如果把一个电子从某一个负能状态激发到一个正能状态上去,需要从外界输入至少两倍于
3、电子静止能量的能量。这表现为可以看到一个正能状态的电子和一个负能状态的空穴。这个正能状态的电子带电荷-e,所具有的能量相当于或大于一个电子的静止能量。按照电荷守恒定律和能量守恒定律的要求,这个负能状态的空穴应该表现为一个带电荷为+e 的粒子,这个粒子所具有的能量应当相当于或大于一个电子的静止能量。这个粒子的运动行为是一个带正电荷的“电子”, 即正电子。狄拉克的理论预言了正电子的存在。1932 年美国物理学家安德森 (Carl David Anderson)在宇宙线实验中观察到高能光子穿过重原子核附近时,可以转化为一个电子和一个质量与电子相同但带有的是单位正电荷的粒子,从而发现了正电子,狄拉克对
4、正电子的这个预言得到了实验的证实。 正电子的发现表明对于电子来说,正负电荷还是具有对称性的。狄拉克的空穴理论给出了反粒子的概念,正电子是电子的反粒子。3、简述广义相对论。(40.0 分) 题目要求:简述广义相对论。广义相对论的三大验证水星近日点进动、光线在引力场中弯曲(引力透镜)、星系谱线红移。在广义相对论中,物体在四维时空中总是沿着测地线运动,测地线也就是在四维时空中,两点间最短路径。光线也必须遵循测地线。这些测地线,对应于三维空间中的直线。几何平面是二维平坦空间的一个例子,在它上面的测地线是直线,那么地球这样的球体表面,其实可以看做是一个二维的弯曲空间,你可以想象把一张纸卷起来的样子,那么
5、原本在这张纸上的直线,随着纸被卷起,也变得弯曲了。那么我们也就不难想象,其实地球并不一定是在沿着曲线轨道运动,有可能是在直线运动,只不过时空弯曲了,才显得地球的运动轨道弯曲了,而事实确实如此!太阳的质量弯曲时空,使得地球虽然在四维空间中遵循笔直路径,但我们在三维空间中看去,它却是沿着几乎圆周的轨道运动。爱因斯坦的相对论所预言的行星轨道要比牛顿引力论准确,尤其在水星轨道问题上,牛顿的引力论得到的轨道跟实际观测误差很大,而观测与爱因斯坦相对论得到的结果却是一致的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - -
6、- - - - - 第 1 页,共 4 页 - - - - - - - - - 狭义相对论告诉我们, 对于相对运动的观察者们,时间推移得不一样; 广义相对论告诉我们,对于在一个引力场中不同高度的观察者,时间推移得不一样。1、简述对黑洞的早期认识。(30.0 分 ) 题目要求:简述对黑洞的早期认识。在课程视频的第二十二集里,开始介绍有关黑洞的理论。1796 年,法国数家家、天文学家拉普拉斯就预言: “一个密度如地球而直径为250 个太阳的发光恒星,由于其引力的作用,将不允许任何光线离开它。由于这个原因,宇宙中最大的发光天体却不会被我们看见”。由于拉普拉斯是用牛顿的万有引力算出这个结果的,所以数值
7、结果是错误的1915 年,爱因斯坦的广义相对论预言,一定质量的天体,将对周围的空间产生影响而使他们“弯曲”。1916 年,德国天文学家卡尔?史瓦西( Karl Schwarzschild,18731916 年)通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解,这个解表明, 如果将大量物质集中于空间一点,其周围会产生奇异的现象,即在质点周围存在一个界面“视界”,一旦进入这个界面,即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰?阿奇巴德 ?惠勒(John Archibald Wheeler )命名为“黑洞” 。一般说的黑洞半径,是指它的引力半径,或称史瓦西半径。它并不等于黑洞的其实表面,而
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