物理与高新技术A卷.docx

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物理与高新技术A卷

《物理学与高新技术》期末试卷

一、填空题（共30分）

1、（本题3分）太阳内部有“里三层”。

从中心向外，依次是_________，这里是太阳热能产生的基地；________，太阳能先通过这里传播出去；_________，太阳能经过这里向太阳表层传播，它们是“输送带”。

太阳外部有“外三层”，次为光球层、色球层和日冕层。

2、（本题3分）能量根据蕴藏方式的不同，可将能源分为三大类：

第一类能源是__________；第二类能源是___________；第三类能源___________。

3、（本题2分）当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时，材料起到_________的作用。

材料的这种功能称为一次功能。

以这个功能为使用目的的材料又称为_________。

4、（本题2分）大体来说，智能材料就是指具有_____________，对之进行_______________，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。

5、（本题3分）大气层以外太阳系以内的航行活动称之为__________，而太阳系以外的航行活动称之为___________。

航天技术空间技术就是_____________________的技术，又称太空技术和空间技术。

6、（本题2分）智能材料结构不仅象一般功能材料一样可以承受载荷，而且它还具有了其他功能材料所不具备的功能，即能感知______________，并能通过改变其物理性能或形状等做出响应，借此实现_____________等功能。

7、（本题3分）激光器的基本结构包括：

_______、__________、__________。

8、（本题3分）信息技术主要包括计算机技术、微电子技术和通信技术，以及传感技术等。

可以形像地说，_________是扩展人的感觉器官收集信息的功能；___________是扩展人的神经系统传递信息的功能；___________是扩展人的思维器官处理信息和决策的功能。

微电子技术可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块，扩展了人对信息的控制和使用能力。

9、（本题2分）根据世界能源会议的规定，“能源是使一系统能够产生对_________”。

通俗地说，能源即是能量的来源或源泉。

确切地说，在自然界中可以被人类用来获取上述各种形式能量的_________就是能量资源，简称能源。

10、（本题2分）运载工具将航天器加速至宇宙速度，并送入预定的运行轨道。

现代航天运载工具分_______________和____________两种，前者为一次性使用，后者可多次使用。

11、（本题1分）信息技术的基本特征是“_____________________________________”。

12、（本题4分）以光导纤维（光纤）为传输介质的信息传输系统--光纤通信的出现（20世纪80年代初），它以低损耗石英光纤和半导体激光为基础，具有________________、______________、______________、____________的优点；从此开始了通信领域的一场革命。

二、简答题（共40分）

13、（本题10分）简述纳米材料和超导材料的特性。

14、（本题10分）简述微波技术在石油工业中的应用。

15、（本题10分）简述光电子高科技的特点。

16、（本题10分）简述激光的特性及其产生原理。

二、论述题（共30分）

17、（本题15分）论述信息技术的基本性质和发展趋势。

18、（本题15分）论述能源的评价和我国能源工业面临的问题。

《物理学与高新技术》期末考试A卷答案

一、填空题（共30分，每空1分）

1.核反应区；辐射区；对流区；

2.地球自身蕴藏的能量；来自地球以外的太阳能；地球和其他天体引力相互作用而形成的

3.能量传输部件；载体材料

4.感知环境（包括内环境和外环境）刺激；分析、处理、判断

5.航天；航宇；探索、开发和利用宇宙空间

6.自诊断、自适应、自修复；所处的内外部环境变化

7.激励能源；激活物质；光学谐振腔

8.传感技术；通信技术；计算机技术；微电子技术

9.外部活动的能力；自然资源

10.运载火箭；航天飞机

11.新；快；密；高

12.通信容量大；传输损耗小；抗电磁干扰性能好；保密性好

二、简答题（共40分，每题10分）

13．超导体的主要特性：

（1）“零电阻”特性

零电阻是超导体的一个重要特性。

实验发现，当温度下降到某一值时，超导体的电阻会突然降为零，从而材料处于超导态，每种超导物质从正常态（有电阻）转变为超导态（电阻为零）的临界温度

（或称转变温度）是不同的，即不同的金属及合金有不同临界温度，每种材料只有温度低于它自己的临界温度时，才会出现超导现象。

昂纳斯在研究中还发现，超导转变是可逆的，加热已处于超导态的样品，当温度高于

后，样品恢复其正常电阻率。

这证实了他的设想，即超导态是物质的一种新的状态，它只依赖于状态参量（如温度），而与样品的历史无关。

（2）临界磁场

研究发现，如果超导材料处于一个外磁场中，则只有当外磁场的磁感应强度小于某一量值

时，超导材料才能保持其超导态，否则超导态即被破坏。

称为临界磁场，它随不同材料和不同温度而变化。

（3）迈斯纳效应

1933年迈斯纳和奥克逊菲尔德在实验中发现，超导具有完全抗磁性，即进入超导态时，超导体会将内部的磁场完全排出体外，磁力线不能进入人体内，体内的磁场恒等于零这种现象称为完全抗磁性，也常称为迈斯纳效应。

所以超导体不仅仅是理想导体（零电阻），而且是完全抗磁体。

纳米材料的只要特性如下：

表面效应；小尺寸效应；.量子尺寸效应；宏观量子隧道效应

14．微波在石油开采、输送、冶炼等中的应用将有巨大的开发前景，在原油的开采方面可以利用微波开采稠油及高凝原油，由于这些油粘度大，粘附于砂岩中难以用常规的水驱方法进行开采，而采用其他方法耗资大、效率低。

应用微波技术则是解决这些问题的最有效的方法。

微波作用于稠油后会引起稠油的化学变化和微波的热效应，它不仅改变了岩石的润湿性，也改善了波及系数，提高了油藏的采收率，而且在开采的过程中，由于微波作用的热效应和非热效应，使沥青质在开采的过程中即被转化为分子量小的轻质油，即可省略在炼油中的重质油转化过程，以节约大量投资。

微波在油气田的开发上其他方面的应用有：

微波破乳、微波脱硫、脱蜡、微波解堵以及微波防止天然气中水化物的形成等等。

在石化煤炭工业中，利用微波激发甲烷气相裂解，微波石油蒸馏以及煤炭的等离子气化等。

微波加热可用于原油的输送，用微波取代传统原油输送中的加热方法，具有重要的现实意义。

通过理论和实验证明，原油具有良好的微波特性，其损耗角正切为

（水的损耗角正切

）。

通过实验也表明原油吸收微波的良好特性，如以200g原油利用微波加热2分钟，其温度可达35

（例如由29

升至64

），吸收微波150W。

由于微波加热为介质整体加热，即里外同时加热，与传统的方法依靠热传导进行传热的方式有着本质的区别，其加热效率为常规加热速度的几倍至几十倍，且与常规加热不同的是它不对周围空气和容器加热，所以热损失小。

这也是微波加热效率高的重要原因之一。

在原油加热中如采用915MHz，即波长为32cm的微波，根据理论计算，其穿透深度最大可达230mm。

理论和时间表明，微波加热用于输送原油具有如下特点：

（1）加热快速，热效率高，与常规加热相比可节能50%。

（2）设备结构简单、安装维修方便。

（3）可实现集中监视、自动控制及远程操作，无需人工现场操作。

（4）无燃烟或燃油引起的环境污染。

（5）运行成本低廉。

该技术从理论及试验表明，它用于原油输送是可行的，但因目前尚未进行生产实践的验证，故有待于大面积推广。

15．战略性：

对国家当前与长远的经济、科技、社会、军事的发展具有战略意义，是国家综合国力与战略力量的组成部分。

创新性：

创新是光电子科技发展的灵魂。

通过强化R&D投入，使光电子科技不断有所发

现、有所发明，创造出具有自己的知识产权的科学技术，才能增强国际竞争力。

智力性：

光电子科技是知识密集、技术密集的高新科技。

推动光电子科技发展，要靠智

力与资本的结合。

但是，从某种意义上讲，人才资源比资金更为重要。

驱动性：

是信息化带动工业化的有力技术支撑，是推动经济发展社会进步的强大驱动力。

时效性：

光电子科技的竞争十分激烈，只有适当超前研发军用光电子科技，才能具有战

略威慑作用；只有适时推出创新产品，才能够占领市场，取得最好经济效益。

风险性：

光电子科技的探索处在科技前沿，任何一项原创新的研究与开发都有风险，只

有高瞻远瞩、科学论证，才能把风险降低到最小程度。

16．

（1）、自发辐射与受激辐射

自发辐射是在没有任何外界作用下，激发态原子自发地从高能级向低能级跃迁，同时辐射出一光子。

h=E2-E1。

设发光物质单位体积中处于能级E1，E2的原子数分别为N1，N2，则单位时间内从E2向E1自发辐射的原子数为

A21为自发辐射概率（自发跃迁率）：

表示一个原子在单位时间内从E2自发辐射到E1的概率。

处于高能级E2上的原子，受到能量为h=E2-E1的外来光子的激励，由高能级E2受迫跃迁到低能级E1，同时辐射出一个与激励光子全同的光子。

称为受激辐射。

W21为表示一个原子在单位时间内从E2受激辐射跃迁到E1的概率。

（2）粒子数反转

受激吸收与E1的原子数N1成正比，受激辐射与E2的原子数N2成正比。

当N2《N１时发生受激辐射远少于发生受激吸收，是不可能实现光放大的．要实现光放大，必须采取特殊措施，打破原子数在热平衡下的玻耳兹曼分布，使N２＞N１。

我们称体系的这种状态为粒子数反转（或“负温度”体系）。

所以，产生激光的首要条件是实现粒子数反转。

能够实现粒子数反转的介质称为激活介质。

要造成粒子数反转分布，首先要求介质有适当的能级结构，其次还要有必要的能量输入系统。

供给低能态的原子以能量，促使它们跃迁到高能态去的过程称为抽运过程。

（3）光学谐振腔

在激光器中利用光学谐振腔来形成所要求的强辐射场，使辐射场能量密度远远大于热平衡时的数值，从而使受激辐射概率远远大于自发辐射概率。

光学谐振腔的主要部分是两个互相平行的并与激活介质轴线垂直的反射镜，有一个是全反射镜，另一个是部分反射镜。

在外界通过光、热、电、化学或核能等各种方式的激励下，谐振腔内的激活介质将会在两个能级之间实现粒子数反转。

这时产生受激辐射，在产生的受激辐射光中，沿轴向传播的光在两个反射镜之间来回反射、往复通过已实现了粒子数反转的激活介质，不断引起新的受激辐射，使轴向行进的该频率的光得到放大，这个过程称为光振荡。

这是一种雪崩式的放大过程，使谐振腔内沿轴向的光骤然增强，所以辐射场能量密度大大增强，受激辐射远远超过自发辐射．这种受激的辐射光从部分反射镜输出，它就是激光。

沿其他方向传播的光很快从侧面逸出谐振腔，不能被继续放大。

而自发辐射产生的频率也得不到放大。

因此，从谐振腔输出的激光具有很好的方向性和单色性。

激光的特性

1、单色性好

2、方向性好

3、相干性好

4、能量集中

17．从认识论的层次来看，“信息是主体所感知或历表述的事物运动的状态和方式”。

，认识主体所感知的事物运动状态和方式，是外部世界向主体输入的信息，认识主体所表述的事物运动状态和方式，是主体向外部世界输出的信息。

很显然，这个定义是在本体论层次上加了认识主体这个约束条件。

从这个意义上理解的信息与主体的认识水平和表达能力有关。

上述两个定义既有联系又有区别：

事物的运动状态相方式是信息得以产生、存在的基础，这是它们的本质联系；它们的区别在于，前者强调了信息的客观实在性，是实在的信息，而后者则强调了信息被认识和掌握的程度．是实得的信息。

本体论意义上的信息含义与认识论意义上的信息含义虽然不同，但并不矛盾，它们体现着主观与客观、逻辑与历史的统一。

信息是客观世界的基本要素。

信息与物质、能量相关信息与物质、能量又不同，它具有以下基本性质和特征：

（1）客观实在性

信息是物质存在方式的表征。

物质是客观存在的，独立于人的意识之外的、作为物质形态和运动方式的标志——信息，也是客观的，不以人的意志为转移的。

（2）普遍性和无限性

信息普遍地存在于自然界、人类社会和思维领域，存在于一切事物和过程中，信息无处不在，无时不有。

物质的形态具有无限的多样性，物质的运动变化永无止境．因此信息在时空上也是无限的，是可以开发和再生的。

（3）可变性

信息的可变性体现在三个方面：

一是在时空上转移。

信息可以通过存贮由此时转移到彼时，通过通信曰此处转移到彼处；二是向物质、能量和时间的转化，正确而有效地利用信息，就能在同样的条件下创造出更多更好的物质财富，开发或节约更多能量，节省更多时间；三是具有时效性．信息从产生、传输、接收到利用所经历的时间，与信息的效用有密切的关系。

经历的时间越短，信息的效用越高，作用越大：

经历的时间越长，效用越低，作用越小。

一条很有价值的信息在一定时间内没有到达用户被及时利用，就失去了它应有的作用。

（4）依附性

信息来源于物质及其运动，信息不能离开物质载体而独立存在，不能不依赖能量而传输和变换。

但信息既不是物质，也不然能量。

同一份信息可以负载于不同的物质媒介上，同一份信息可以用不同的能量形式去传输和变换。

（5）不守恒性

物质和能量是守恒的，一定量的物质和能量被消耗，转化为其他形式，这种形式的物质和能量就减少了，但转化前后物质和能量的总和保持不变。

而信息则不同，一份信息可以同时被多个信宿等量分享，信源并不会因供给了信息而减少信息量。

信息可以产生、放大，也可以失真或湮灭，人们可以对它进行多次加工处理，添加新的内容，去除旧的东西。

（6）可计量性

信息的单位是比特（bit）。

在数字通信中，使用—些基本的符号来表示信息．这种符号称“码元”或“位”。

在二进制中一位码元所包含的信息量称为1比特。

信息量的大小可以用申农公式进行定量计算：

；H（x）称为这一事件的信息量，出现概率越小的事件，包含的信息量就越大，反之包含的信息量就越小。

（7）有序性

信息可以消除系统的不定性，增加系统的有序性。

熵是系统无序程度的标志，系统获得信息，标志着系统有序程度提高，熵减小；反之．系统失去信息，系统有序程度降低，则熵

增加，信息就是负嫡。

（8）可控性·

信息的可控性反映在三个方面：

一是信息可以扩充，由于人对物质世界的认识是人断深化的。

因此．信息可以无限地产生、发展和扩充。

从历史上看。

全球的信息总量的扩展速度在不断加快。

20世纪初期，信息总量翻番的时间从数十年、二十年缩短到十年，到80年代末期，全球信息增长的速度达到每四年信息量翻一番！

今天，信息增长的速度达到每18个月翻一番，二是信息可以压缩，可以进行归纳、综合、精炼、浓缩处理，浓缩后的信息具有更大的扩充性。

是信息可以处理、分类、分析、加工、存储，对于文字、符号、数字信息可以增删、修改，对于通信信息可以进行模双数、数或模变换、调制、编码、译码。

信息技术是指信息的获取、传输、存储、处理和施用等项技术的总称。

信息技术是——个新兴的技术群，它出基础技术、主体技术和应用技术组成。

基础信息技术主要包括材料技术、能源及能量转换技术、机械技术、电子微电子技术、光电子技术和生物技大等。

信息技术和信息系统在性能上的提高，归根到底来源于基础技术的进步。

从电子管、晶体管、集成电路到超大规模集成电路，所取得的巨大进展归功于锗、硅、金属氧化物、砷化按等新型半导体材料的采用以及微电子加工工艺发展的突飞猛进。

微型计算机的CPU芯片从80年代的8086发展到现在的“奔腾W”，并进一步过渡到64位“Merced“，所使用的微细加工丁艺已达到微米级并且正在向更小的线宽度进军。

以微电子技术和光电子技术为基础的信息技术称为电子信息技术。

电子信息技术是当今世界上最活跃、最具革命性的生产力．是构建信息系统的最现实、最有效的技术手段。

从狭义上理解的信息技术就是指电子信息技术。

主体信息技术是指信息搜集技术、信息传输技术、信息处理技术以及信息施用控制技犬等。

这四项技术被称做信息技术的“四基元”。

信息搜集技术指采集、探测、测量和感知信息的技术类型。

它是获得信息纳源泉，是人感觉器官的扩展和延伸。

信息搜集技术包括：

传感探测技术，如各种物理传感器、化学传感器、生物传感器等；测量、遥感遥测技术，如遥感卫星、气象卫星、全球定位系统；电子侦察技术，如通信信号侦察和非通信信号侦察；信息融合技术，如传感器阵列相传感器融合技术等等。

信息传输技术包括实时和非实时传送、存贮信息的通信、广播和存贮技术，它是人传导神经网络功能的扩展和延长。

通信技术是信息传输的主要手段，近十几年来发展极为迅速，目前应用较广的有卫星通信、数据通信、移动通信等。

总的发展趋势是从模拟向数字化、综合化、宽带化和智能化的方向发展。

信息存贮技术主要研究信息存贮的载体和方法。

它包括印刷、复印、缩微存贮、磁存贮、光学存贮、计算机存贮等技术，它是人的记亿功能的扩展和延伸。

目前，运用较广的有磁存贮器、光学存贮器。

近10年来，随着计算机技术的发展，磁存贮技术获得较大发展，磁盘机单个容量已达到几十GB，微机使用软盘容量已达10MB以上。

光盘存贮器具有存贮密度高、存取速度快、寿命长等优点，是今后存贮技术的发展趋势。

信息施用控制技术是使信息最终产生效用、服务于人和社会的一类技术，是人的手、脚、语言器官等效应器官的延长。

信息施用控制技术面临的主要问题于何更好地施用信息。

自动控制、伺服调节是典型的信息施用控制技术。

信息搜集技术、信息传输技术、信息处理技术和信息施用技术等四类主体技术相互关联，相互融合，形成了完整的信息系统。

在这个系统中，信息传输和信息处理技术是核心，而信息获取和信息施用控制技术则是核心和外部世界的接口。

信息应用技术泛指由信息技术派生出来的针对各种实用目的的技术群类。

它包含了信息技术在工业、农业、国防、交通运输、科学研究、文化教育、商业贸易、医疗卫生、体育运动、文学艺术、行政管理、社会服务、家庭娱乐等各个领域的应用以及随之而形成的各行各业的信息系统：

信息技术是一个渗透力强、应用广泛、发展迅速的新兴技术群，售息技术的发展方兴末艾。

分别来看，信息技术各个领域的发展都呈现出新的趋势，酝酿着重大的技术突破：

集成电路设计自动化（EDA）、加工微细化和产品的低功耗化；软件的开放性，软件构件的可组合性，异构数据库的互联互访；计算机的更高运算速度、更强大处理功能和更大的存储容量（高性能计算机的处理能力国外已达到10万亿次／s众，国内已达I万亿次／s，计算机的运算速度已达几个GC，国外公司正在开发10GC的CPU，磁光盘容量已达13

通信的更高的传输速率和更宽的带宽；言响更加逼真，图像更加清晰；集成电路技术、软件技术、计算机技术、通信技术、广播电视技术等多专业技术彼此联系、相互结合、互为支撑的趋势日渐明显；集成电路、整机、系统之间的界限日渐模糊；电信网、电视网、计算机网的信息化功能化日趋统一；等等。

但概括起来，从信息技术总体的发展来看，呈现出如下主要趋势：

一、数字化

信息一旦具有数字形式就受容易加工处理、存贮、传递和使用，有模拟电子技术所不具备的优势。

数字技术有如下优点：

抗干扰和再生能力强。

信号在复制和传递过程中其质量不会改变，这样能在一个系统小获得高质量的声音和图像。

CD唱机和VCD影碟机就是数字化科技的结易，音乐和图像以数码的方式记录在光盘上．播放出来的音质杯像质是普通音像设备无法比拟的。

数字信息易于使处理设备通用化、从而提高信息处理的速度相质量。

信息的数字化除具有以上所述的技术优势外，在使用过程中还具有三项原则，即开放式体系结构、可升级性和互用性。

信息的数字化意味着人类的工作、生活和从事其他让会活动都将数字化。

数字化企业、数字化学校、数字化家庭、数字化图书馆、数字化社区、数字化城市、数字化地球……层出不穷，未来的社会就是“比特的让会”，21世5!

是“数字的世纪”。

二、综合化

所谓信息技术的综合，是指各补信息技术的综合、各种信息业务的综合和各种信息网络的综合。

各种信息技术让发展过程中实现综合，如计算机技术与通信技术的综合。

就通信技术而言，无论传输、交换，还是通信处理的功能都采用数字技术，以实现网络技术一体化。

由于充分发挥数字技术的优点，使信息网的总体效益实现最优。

业务的综合，即通过建立综合业务数字网ISDN和宽带综合业务数字网B—ISDN，把电视、电话、电报、传真、语音、图像、数踞、文字等各项信息业务综合在同一信息网上进行传送、交换和处理，并能在不同业务的终端之间实现互联、互通、互转。

通过虚拟专用网，即在同一个物理网络上构建多个逻辑网络等技术，使各种专用网络逐渐走向综合。

视频会议和高速联网技术的进步将提升虚拟办公室及虚拟商务旅行等远程通信能力。

在未来的虚拟世界里，视频会议将演进为更为逼真的虚拙会议。

放置在体育场、音乐会及商务会议中数以干计的全角度摄像机和立体声麦克风将为网络用户提供全面控制所看、所听和所体验事物的能力。

三、网络化

信息的快速传递和广泛共享依赖于发达的通信系统，通信线路的数字化、网络化是近20年来一直进行的工作。

现在已经形成了公用电信网、电视广播网和计算机数据通信网三大网络体系。

公用电信网的干线已基本实现数字化、程控化，有线电视网的同轴电缆连接到干家万户。

能够传送几十路电视信号，计算机局域网的传输速率普遍超过了10Mb/s，达到了100Mb/s甚至更高。

随着信息高速公路发展战略的提出和实施，发达国家将以几十年的时间完成光纤到户或光纤到路的庞大工程，实现公用电信网到用户的宽带化，光纤的传输速率可望达到10Gb/s，可以同时传送100万路电视信号。

几个计划在21世纪初投入使用的低轨卫星宽带移动通信系统，将构筑全球空中信息高速公路，传输速率达到155Mb／5甚至622Mb／s，同地面光纤网相映生辉。

这些宽带通信系统的建成，将彻底解决大容量、高速数据和图像信号的传输问题，克服局域网网间远程连接的瓶颈，最终实现电信网、电视则和计算机网三网合一，缩短人们在时间和空间L的距离。

实现这一目标的关键在于：

建造开放式网络体系结构，制定适用于电信、电视和计算机数据业务的传输和交换5b网络互连标准和通信协议，促进开放式网络应用环境的形成；大力发展光纤介质传输技术、高速交换和复用技术、高度智笼化的网络操作和管理技术、先进的图像编码压缩技术等。

四、智能化

智能化是信息技术的又一个重要的发展趋势。

智能分为生物智能、人工智能和计算智能。

人工智能和计算智能的典型代表有智能网络、智能机器人、专家系统、智能计算机、智能网络、智能终端，而人工神经网络则是对人脑的模仿*属于生物智能。

五、多媒体化

多媒体技术是一种以计算机为核心，集团、文、声、像多种媒体的处理、传输、显示技术为—体的综合性技术。

它是计算机、通信和大众传媒日益紧密结合的必然产物。

多媒体化的主要表现是计算机的多媒体化、通信业务的多媒体化以及各种多媒体应用的诞生和普及。

随着多媒体技术的发展，各种多媒体应用，如多媒体电子商务、网上购物、多媒体教学、远程医疗、多媒体电子出版物、视频点播等等，做雨后春笋般涌现并快速走向普及。

对于家庭来说，计算机、电话和电视最后将合为一体，组成家均多媒体综合信息系统。

六、集成化

高新技术的效益来自创新，对于信息技术来说，进行创新的途径有两条：

一是物理上、技术上的突破带来创新，即新技术取代陈旧的技术，如半导体取代真空管，光缆取代电缆；二是技术融合和系统集成带来创新，它通过电路、系统、网络以及软件和相关技术的集成，带来综合性能和效益的大幅度改善：

从物理特性来看，虽然微电子工艺和芯片的处理能力一直超高速进步和提升，但处理器的性能增长毕竟是有物理极限的，计算能力的提高也是有止境的。

因此，人们生石断进行技术创新的同时，还广泛私用系统集成和技术融合的办法来提