物理学前沿思考题和习题精解

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《物理学前沿》思考题和习题精解

第1章

1.1 你喜欢宇宙学吗？为什么？

1.2 你觉得公众对探索宇宙奥秘的兴趣越来越浓的原因是什么？

1.3 爱因斯坦指出：宇宙中最不可理解的事，是宇宙居然是可以理解的！

。宇宙学原理1.4 宇宙是均匀的，这是很重要的一点，叫做

”“古往今来谓之宇，四方上下谓之宙。 1.5 宇宙究竟是什么？古人的定义：

“宇”是空间的概念，是宇宙是天地万物的总称，是无限的空间和时间的统一，无边无际的；“宙”是时间的概念，是无始无终的。和在中国古代，关于宇宙的结构，主要有三派学说，即盖天说、浑天说1.6

等。宣夜说，此外还有昕天论、穹天论、安天论

古印度的宇宙说更为生动，他们把宇宙的天地解释西方古宇宙说种种 1. 7

。在西为“海中龟驮着大象，大象背着大陆，周围环绕大蛇”的“大象龟蛇”说宇宙鸟龟塔说。方有古西方的T年，美国天文学家1924哈勃（Edwin Powell Hubble，1889-1953）发现1.8

“仙女座大星云远在仙女座大星云中的造父变星，并根据其光度变化周期推算出

这一重大发现最终的结论。银河系之外，是尺度同银河系相当的巨大恒星系统”

的争论，“宇宙岛”结束了多年来关于这类旋涡状星云是近邻天体还是银河系外的开启了研究浩将人类认识宇宙的范围从银河系扩展到众多星系组成的广阔世界，瀚宇宙的新航程。第2章 2.1 .1 仅通过直接观察，你怎样辨别天空中的一个特定天体是不是行星？中的星星是顺时针旋转还是逆时针转动？ 2.1-4图2.2

描述一个你用眼睛能做的观察以否定下述理论：各行星附在一些透明球2.3

行星就是这样绕地球这些球壳以复杂的方式旋转，壳上，但总是以地球为中心，运行的（地心说）。2.4我们怎么知道地球是圆的？答：研究教材。开普勒喜欢哥白尼的理论中的那些地方，不喜欢哪些地方？2.5

答：开普勒喜欢哥白尼的理论中的太阳作为宇宙的中心, 不喜欢圆轨道。

哥白尼赞成毕达哥拉斯学派，认为宇宙是和谐的，可以用简单数学关系2.6

对环绕地球运动的太阳地心说中，表达宇宙规律的基本思想。可是在托勒密的太阳河其他五颗行星的运动描述非常烦琐复杂、牵强。哥白尼发现如果把作为宇宙的中心，一切将变的简单、清晰。 3第章

3.1我们怎么知道地球和别的行星绕太阳公转？研究教材。答： 3.2 从哥白尼日心说的诞生过程看宗教对科学的作用是推动还是阻碍？开普勒在第谷的观

测数据的基础上，经过各种尝试，认识到了行星运动轨 3.3

，由此他提出了两个定律，分别是：椭圆道不是圆而是

每个行星的轨道是一个椭圆，太阳位于一个焦点①椭圆定律，即

上；则此直线在行星运动时②等面积定律，在行星与太阳间作一条直线，即

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在相同时间内扫过相等的面积。

3.4 伽利略用来驳斥亚里士多德的教义——宇宙中只有地球一个中心，一切都围绕它转的重要发现是木星有4颗卫星，它们都围绕木星转。

3.5 从哥白尼日心说的诞生过程看，宗教对科学的作用是推动还是阻碍？3.6 对开普勒三定律的发现，你有哪些体会？

第4章

4.1 亚里士多德的运动把运动分为自然运动和强迫运动。伽利

略否定了这种运动划分，而是从运动的基本特征量：速度和加速度出发，把运动分为匀速运动和变速运动。

4．2 伽利略选择了最简单的变速运动——匀加速运动进行研究，还开创性地设计了小球沿斜面滚下实验，这个实验被评为物理学史上“最美丽”

的十大实验之一。

4．3 爱因斯坦说：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。”伽利略对科学方法的贡献是，他开创了科学实验方法，并将实验、观察，与理论思维

（科学假设，数学推理和演绎）相结合，获得了突破性的发现。

4．4 牛顿出版的一部划时代的著作叫《自然的数学原理》

A．现象；

B．科学；

C．哲学；

D．规律。【 C．】

4．5 从特殊到一般，再从一般回到特殊。前者被英国哲学家培根称为归纳法，它是以实验为基础的，后者被数学家兼哲学家笛卡尔称为

演绎法，它必须依靠数学作为工具。在牛顿以前，一般认为这两种方法是互相排斥的。牛顿在科学方法上的重大贡献就是将两种方法结合起来。他用自己的一系列重大成果表明：就科学研究全过程而言，这两种方法是相辅相成、不可或缺的。

A．观察法, 演绎法,；

B．归纳法, 演绎法,；

C．测量法, 演绎法；

D．演绎法, 分析法。【 B, 】

4．6 第一宇宙速度是指绕地球运行的速度，这个概念最先是由

牛顿提出的。

4．7 第二宇宙速度是指逃离地球的速度，这个概念最先是由牛

顿提出的。

A．绕地球运行的速度，伽利略；

B．逃离地球的速度，牛顿；

C．逃离太阳的速度，牛顿；

D．绕地球运行的速度，牛顿。 [ B ]

mm21G?F?G叫做万有引力常数．48 万有引力公式中的，2R 它最早是由卡文迪许通过扭秤实验测得的。

4．9 万有引力定律不仅正确地解释已知行星的运动规律，并准确预言了

哈雷彗星的轨道和出现的周期等，还发现了一颗新的行星，它是海王

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星。第5章

5.1 爱因斯坦建立狭义相对论的两个基本假设是：相对性原理；①

光速不变原理。②

2。E=mc 5.2 爱因斯坦的质能关系式是

前进的一列火车的车头和车尾各遭到一次闪电轰击，据车上的观察者的5.3 测定这两次轰击是同时发生的。试问地面的观察者是否测得仍然同时？：车上的观察者测定认为这两次轰击是同时发生的事件，在地面的观察者答测得它们不再是同时发生的。由同时性的相对性可知：轰击车尾的闪电先发生。

5.4 有下列几种说法：

(1) 所有惯性系对物理基本规律都是等价的．

(2) 在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关．在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速率都相同．(3)

若问其中哪些说法是正确的, 答案是

(A) 只有(1)、(2)是正确

的．(B) 只有(1)、(3)是正确的．

(C) 只有(2)、(3)是正确的．

]

[ (D) 三种说法都是正确的．

：这是一道概念题，平时牢记基本概念，可解此题。我们知道：所有惯性解系对物理基本规律都是等价的和光速不变原理，所以选D。，平面内，且两边分别与xa的正方形薄板静止于惯性系K的Oxy5.5 边长为轴系沿xc（c为真空中光速）的速度相对于K0.8y轴平行．今有惯性系K＇以

作匀速直线运动，则从K＇系测得薄板的面积为

20.6a．(A)

2a(B) 0.8 ．

2(C) a．

2]

[ (D) a／0.6 ．

2v22。＇系测得薄板的面积为：0.6a，K解a.6l1??a1?0.80?l?02c?′＝45°，如果