期末考核题目物理学前沿期末考试试题

期末考核题目物理学前沿期末考试试题

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陕西师范大学2014～2015学年第一学期期末考试

物理学院2012级教育硕士

物理学前沿试题

题号一二三四总分

分数

答卷注意事项：

1、学生必须用蓝色（或黑色）钢笔、圆珠笔或签字笔直接在答题纸上答题。

2、答卷前请将密封线内的项目填写清楚。

3、字迹要清楚、工整，不宜过大，以防试卷不够使用。

4、本卷共4大题，总分为100分。

得分评卷人

一、理论物理部分( 共5题，每题5分，共25分)

1.混沌现象的主要特征是什么？

答：沌现象是指发生在确定性系统中的貌似随机的不规则运动，它的特征包括：（一）内在随机性；（二）分形性质；（三）标度不变性；（四）敏感依赖性。

2.分形结构的特点是什么？请举例说明。

答：分形理论显示系统中每一元素都反映和含有整个系统的性质和信息，从而可以通过认识部分来影响整体。分形，是以非整数维形式充填空间的形态特征。分形可以说是来自于一种思维上的理论存在。基本简介分形是以非整数维形式充填空间的形态特征。分形可以说是来自于一种思维上的理论存在。

例如：我们可以看到西兰花一小簇是整个花簇的一个分支而在不同尺度下它们具有自相似的外形。换句话说较小的分支通过放大适当的比例后可以得到一个与整体几乎完

全一致的花簇。因此我们可以说西兰花簇是一个分形的实例。

3.分析小世界网络、无标度网络和随机网络三者之间的相同点和不同点。

答：小世界网络是一种数学之图的类型，在这种图中大部分的结点不与彼此邻接，但大部分结点可以从任一其他点经少数几步就可到达。若将一个小世界网络中的点代表一个

人，而连结线代表人与人认识，则这小世界网络可以反映陌生人由彼此共同认识的人而连结的小世界现象。

无标度网络具有严重的异质性，其各节点之间的连接状况（度数）具有严重的不均匀分布性：网络中少数称之为Hub 点的节点拥有极其多的连接，而大多数节点只有很少量的连接。少数Hub 点对无标度网络的运行起着主导的作用。从广义上说，无标度网络的无标度性是描述大量复杂系统整体上严重不均匀分布的一种内在性质。

随机网络是无尺度网络的概念是随着对复杂网络的研究而出现的。“网络”其实就是数学中图论研究的图，由一群顶点以及它们之间所连的边构成。在网络理论中则换一套说法，用“节点”代替“顶点”，用“连结”代替“边”。复杂网络的概念，是用来描述由大量节点以及这些节点之间错综复杂的联系所构成的网络。这样的网络会出现在简单网络中没有的特殊拓扑特性。

4. 从自组织临界态的角度来看，地震的物理原理是什么？

答：自组织临界态是指由大量相互作用成分组成的系统会自然地向自组织临界态发展；当系统达到自组织临界态时，即使小的干扰事件也可引起系统发生一系列灾变。而地震可能是自然界中自组织临态最干净而最直接的例子了，大多数时间里，地壳是静止的，处于郁滞时期，这种显而易见的平静有时候被很强烈的间歇爆发活动所打断，于是产生少数非常大的地震，但更多的是小地震。地震量级的分布是一个幂率分布，不过后来提出的古登堡—里特定律能更好的解释这个问题。地壳的运动导致了能量的积累，而由于能量的积累最终会导致板块的断裂，从而释放出能量，并且这个能量可能会引起一个级联反应，形成大的地震。

5. 讨论存在外磁场时的铁磁相变过程，Gibbs

自由能为

240011

(,)()()24

C G T M G T a T T M bM HM =+-+-。

答：在外在磁场中，序参数选择为

M 时，Gibbs

自由能为

240011

(,)()()24

C G T M G T a T T M bM HM =+-+-

因为铁磁属于二级相变，一阶偏导数连续，得自发磁化强度随温度变化 ()T T M m m

m 02

s b a --=

磁场：()

M T M T M

G

H 3m cm m 0b a -+=∂∂= 磁导率：

()

M T M

H

T 2m cm m 0m

0b a 31

+-=∂∂=

χ T cm 为居里温度。

说明：二级铁磁相变Gibbs 自由能磁矩随温度变化静态磁滞回线磁导率随温度变化。

得分

评卷人

二、光学部分( 共5题，每题5分，共25分)

6.请阐述全息学的基本原理以及x射线全息学具有哪些诱人的前景？

答：全息学以波动光学为基础，利用光的干涉和衍射原理，将物体发出的特定的波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定的条件下使其重现。全息学分为两步，波前记录和波前重现，波前记录是将物体光波与另一相干光波——参考光波干涉，用照相的方法将干涉条纹记录下来，获得全息图或者全息照片；波前重现是利用原纪录的参考光波或其他合适的光波照射全息图，光通过全息图发生衍射，甚至衍射光波会形成原物体逼真的立体像。与普通照相技术相比它有如下几点基本特征，1）可以形成三维图像；2）全息照相可以进行多重记录，信息容量大；

3）光学系统简单——原理上无需透镜成像，是一种无透镜成像方法；4）全息照片的重现可放大或者缩小。全息图有多种类型，从记录时物体与全息图的相对位置来分类，可分为菲涅耳全息图和夫琅禾费全息图

1971年诺贝尔物理学奖授予了伽博，以表彰他发明和发展了全息学——x射线全息学，尽管x射线无法利用透镜成像，但是原子的间距与x射线的波长同数量级，周期性排列的原子对入射的x射线散射的相互干涉，会产生衍射点阵；用相干光对这种衍射图样作第二次衍射，便可恢复晶格的像，这就是伽博x射线全息学两步成像法的由来。未来世界，x射线全息学将在医学成像、生物、科研、统计计量、信息科技、文字图像、装饰、防伪、海洋科学、军事领域等有不可或缺的地位。现在全息学技术已经逐步走向市场，如高聚物全息防伪标志、透明激光全息防伪膜等，其发展前景无限美好

7.表面等离极化激元分哪两类，各有什么特点？

答：表面等离极化激元在传播方向上具有比光波大的传播波矢（更短的波长）；与光的传播方向垂直的方向上是消逝场（限制光场）。在分类上包括金属纳米线波导和金属—介质—金属波导。

金属纳米微粒链状结构所支持的SPP特性与计算得出的金属纳米圆柱体波导中的情况非常相似，对SPP场具有亚波长尺寸的强束缚性，传播距离仅仅为数百纳米。SPP利用金属缝隙结构来实现波导，即（金属—介质—金属），利用两个界面的耦合，形成被限制在介质核心层中的缝隙SPP模式。在缝隙宽度为50nm，激发光波长1550nm时，其典型传播距离约为10微米。

8.简要概述电磁诱导透明技术。

答：电磁诱导透明技术是指通过外加控制场与吸收介质相互作用，使得介质对探测场的吸收发生改变，透射率增加甚至完全透明，即某种介质强烈地吸收某一频率的探测场，而当再加一束能被介质吸收的控制场时，介质对探测场就不再吸收了。这种现象就是电磁诱导透明技术。起源于跃迁通道之间的干涉作用，当探测光与控制光满足双光子共振时，由于两条通道的跃迁几率反号而产生干涉相消。电磁诱导透明技术在光速减慢，信息存储以及高效非线性相互作用过程等方面存在重要应用。

9.利用高次谐波辐射实现分子轨道成像的条件是什么？

答：利用高次谐波辐射实现分子轨道成像的条件：一是存在一个和待成像分子的电离能相近的参考原子；二是这个参考原子的再碰撞电子波包的谐振幅总是相似的，不依赖于这个分子的取向。