2011南师大物理学与高新技术作业参考答案

南京师范大学

《物理学与高新技术》作业 （所有选修本课程的学生必须交作业，否则成绩为不及格）

参考答案：

一、填空题

1. 物理学是技术的基础。在近代物理学研究成果的基础上，产生了一系列的高新技术学术领域和产业，诸如：通信技术与产业、激光技术与产业、电子技术与产业、光子技术与产业、计算机技术与产业等等。

2. 不同事物的运动、变化和发展的专门知识，有着巨大的理论指导意义，为技术的发展提供理论和依据。

3. 来的各种活动方式、手段、方法和技能的总和。

4. 究的内容极其广泛，其空间尺度从亚核粒子到浩瀚的宇宙，其包含的时间从宇宙诞生到无尽的未来。

5. 析，如判断某种因素是否存在，判断某种事物有何性质等；定量分析法是对事物作数量上的分析。从定性到定量，这是物理学发展的必然。

6. 设计思想创新。其中，实验设计思想创新是关键。

7. 1877年，氧气被液化，氮气被液化，绝对温度：77K。1898年，杜瓦（J. Dewar ) 第一次将氢气液化，液化点： -253ºC，绝对温度：20K。1908年，荷兰，莱登实验室的卡末林·昂纳斯（Kamer lingh Onnes），第一次将氦气液化，液化点： -268.75ºC，绝对温度：4.25K。

8. 。电阻突然消失的温度被称为超导体的临界温度。（2）超导体的临界磁场。超导电性可以被外加磁场所破坏，处于温度为T（T<T）的超导体，当外磁场超过某一数值Hc（T）的时候，超导电性也被破坏了，H（T）称作临界磁场。（3）临界电流I（T）。在不加磁场的情况下，在超导体中通过足够强的电流也将会破坏超导电性，破坏超导电性的电流称为临界电流。 超导体的迈斯纳效应是指：只要处在超导态，超导体内的磁感应强度总是等于零（完全抗磁性）。

9. 平衡态，与怎样进入超导态的途径无关，从物理上进一步认识到超导电性是一种宏观的量子现象。仅从超导体的零电阻现象出发得不到迈斯纳效应，同样用迈斯纳效应也不能描述

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零电阻现象。

10. 库柏（L. N. Cooper用超过库伦排斥作用时，电子间就有净的吸引作用。电子间存在净的吸引作用时，费米面附近的两个电子将形成束缚的电子对的状态，它的能量比两个独立的电子的总能量低，这种电子对状态称为库柏电子对。

11. 1954年，美国哥伦比亚大学的汤斯（C. H. Townes）研制成受激辐射微波放大器。1957年和1958年，汤斯提出了激光器的工作原理和设计方案。1960年4月（4月底5月初），美国休斯飞机公司实验室的梅曼(T. H. Maiman)研制成世界上第一台红宝石激光器。我国第一台激光器于1961年9月研制成功。

12.

13. 点：辐射时发出的光是彼此独立的，各原子发出的光的频率，振动方向，相位均不相同，不是相干光。

14. 能量差，则原子中处于高能级的电子将会在外来光子的诱发下跃迁至低能级，发出与外来光子一样特征的光子。受激辐射特点：（1）受激辐射时发出的光子与外来光子具有相同的频率、振动方向、相位，是相干光。（2）一个外来光子可以引起大量原子产生受激辐射， 15. 生“干涉”，形成脉冲宽度极窄、功率极高的激光技术。

16. 夸克都是弦的不同振动激发态。弦理论是现在最有希望将自然界的基本粒子和引力等四种相互作用力统一起来的理论。 弦理论将从根本上改变对物质结构、空间和时间的认识。丘成桐认为，弦理论就是将“弦”看作是物质组成的最基本单元，所有的粒子如电子、光子、中微子和夸克都是弦的不同振动激发态。 弦的运动是非常复杂的，以至于三维空间已经无法容纳它的运动轨迹，必须有高达十维的空间才能满足它的运动，就像人的运动复杂到无法在二维平面中完成，而必须在三维空间中完成一样。

18. 硅集成电路的发展遵循《摩尔定律》成度增加一倍，而它的价格要降低一半。

19. 年，半导体激光器在光通信和光盘技术得到大量应用。

20. 我国半导体技术发展的历史：硅；1965年，研制出第一块集成电路；1970年代，开始自行研制分子束外延（MBE）和金属有机化合物气相沉积（MOCVD）设备；1980年代中后期，MBE和MOCVD等技术有较

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大发展，生长出具有国际水平的量子阱、超晶格材料，研制出高电子迁移率晶体管（HEMT）、平。

21. 不能用作光电子材料。硅和锗的能带是间接能带，电子从导带通过发射光跃迁回价带的概率非常小，只能通过其他方式，如同时发射一个声子跃迁回价带。其他的III——V族化合物，如GaAs、InP等的能带大部分是直接能带，电子从导带跃迁回价带能发光，因此被广泛应用于发光管和半导体激光器。

22. 在光照射下，使pn结产生电动势的现象称为光生伏特效应。固体受光照而改变其电导率的现象称为光电导效应。

23. 重要器件。光纤通信中最常用的光检测器是半导体光电二极管。光电二极管是工作在反向偏压下。反向偏压增加了耗尽区的宽度，使光生载流子更多地在耗尽区内产生，提高了二极管的光电转换效率。反向偏压也增强了耗尽区内的电场，加快了光生载流子的漂移速度，有利于加快光电二极管的响应时间。

24. 雪崩光电二极管（APD用于接收微弱的光信号，获得较大的输出光电流。

25. 图像传感器的历史可以说非常悠久。早在1873年，科学家约瑟·美（Joseph May）及伟洛比·史密夫（Willoughby Smith）就发现了硒元素结晶体感光后能产生电流，这是电子影像发展的开始。以后陆续有组织机构和学者研究电子影像，发明了几种不同类型的图像传感器。其中重要的发明有20世纪50年代诞生的光学倍增管（Photo Multiplier Tube，简称PMT）和1969年出现的电荷耦合器件（Charge Coupled Device，简称CCD）。

26. CCD与CMOS是数码相机常用的两种感光器件，二者并无好坏之分。电，但拍摄画质较为细腻；CMOS成本低，速度快，省电，但易产生噪声。

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