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时间:2018-02-08
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1、当代物理前沿专题填空题答案当代物理前沿专题(一)原子能及其和平利用1、★1897年,汤姆孙在放电管中发现阴极是电子流,他建立的原子模型称带葡萄干的蛋糕模型。卢瑟福发现自由放射线中α射线是氦离子流,他提出了类似太阳系的原子模型来解释α粒子散射实验,进而测定原子核的电荷数,他的学生威德威克分析了约里奥.居里夫妇的实验发现了中子。依万宁柯、海森堡建立原子核的原子中子模型。2、★原子核可以写成AZ元素,其中A为质量数,Z为电荷数,Z相同A不同的元素称为同位素。3、★原子核在结合过程中所释放的能量称为结合能,平均结合能B/A最大值为8.8M
2、ev,其相应的的A=60。凡原子核演化向该值趋势必定释放原子能。4、★原子能可能的释放模式为:衰变、裂变、聚变、碎裂,在裂变过程中,1千克燃耗相当于2万吨TNT黄色炸药。5、★裂变有两种模式:一种是裂变,重核自发分裂成两半;一种是在中子作用下引发的裂变。核裂变都要释放200Mev的能量,而原子核碎裂反应也放出这么多能量,但都是一个吸热反应,然而这一反应能放出大量中子,所以很有用。6、★中子对235U、239Pu或233U的核的诱发裂变,是人类迄今为止大量释放原子能的主要形式。原子弹爆炸的原理就是利用这种不断增殖的链式反应引起强烈爆
3、炸。人们控制这种反应中中子产生的速率,就能缓慢地释放核能,核反应堆(核电站)按控制方式不同,划分为慢中子堆和快中子堆。6、★实现核聚变需约几千电子伏特,即几千万℃的高温条件,目前人们仅知道用原子弹去触发某氢弹,受控热核反应设想有2种,一是磁约束,一是惯性约束。7、目前油的储量仅够人类使用70年,煤可供500年,天然铀和钍将是可燃物的20倍,海水中的氘可供人类用107年,所以受控热核反应的研究一直备受关注。8、★可再生能源是说与地球上存在着某种可持续的“永久”的能源,不可以再生能源是指储藏在各种物质形态中的能源。水能,风能,太阳能属
4、于可再生能源。煤,石油属于不可再生能源。铀,钍,氘属于不可再生能源,潮汐能来自地球自转的旋转动能。当代物理前沿专题(二)半导体1、1948年巴丁.布拉顿,肖克莱发明了晶体管,带来了现代电子学的革命。1958年集成电路问世,1968年硅大规模集成电路实现大生产,标志着进入了微电子时代,21世纪将是光电子信息时代。2、1970年,江崎和朱兆祥提出了超晶格概念,两年后在一种分子束外延设备上得以实现,这导致了高电子迁移率的晶体管(HEMT)的出现和量子霍尔效应的发现。3、★量子阱,超晶格是由两种材料组成的,能使半导体的自由电子局限在一个平
5、面内运动,称为二维电子气,由于杂质和电子运动在不同平面里,一个使得杂质对电子的散射作用大大减小,所以大大提高了电子迁移率,选择不同的材料,设计不同的禁带宽度和光学器件称为能带剪裁工程。4、量子阱,量子点中的电子运动分别具有一维和零维的特点,受量子的限制效应,原来电子运动的能带会分裂成一系列分裂的量子能级,用它们制成的激光器,预计阈值电流进一步降低,达到μA量数,且特征温度大大提高。5、当器件长度小于电子平均自由程的所谓介观系统中,电子输运不再遵循欧姆定律,完全由它的波动性决定。6、通常用迁移率μ=eτ/m*表征半导体导电性能,其中
6、弛豫时间τ表示固体电子运动,两次碰撞之平均自由时间,m*表示电子的等效质量。7、★按量子力学的泡利原理,每个能带能填充2N个电子(N为固体中原子数),金属大多数是一价的,所以只填充能带的一半,该带称导带,半导体平均每个原子有4个价电子,恰能填满能带,称价带,导带和价带之间称禁带,绝缘体的禁带很宽,半导体的禁带较窄,大约为1eV。半导体掺杂形成n型和p型半导体,n型靠电子导电,p型靠空穴导电。8、★n型和p型相接触区域形成P-n结,耗尽层中有一个内建电场,方向由n指向p区,将阻止电子和空穴扩散。9、★p-n结两端加正向电压,原平衡破
7、坏,减弱了原来的内建场,电子和空穴扩散增加,总的电流是由这2部分电流之和这称复合电流。加反向电压,电流是靠耗尽区中产生的电子和空穴提供电流值很小称为产生电流。10、半导体晶体管中三个区别称发射区基区集电区其中基区很薄,晶体管电流放大系数β=△Ic/△Ib,通常β为100左右。11、★每块集成电路由成千上万个MOS晶体管组成,包括了三层硅、二氧化硅、金属,p型衬底上两个几区分别称源区和漏区,在它们的上面有一个金属栅称栅极。12、★MOS晶体管栅极上加正向电压时,源区和漏区之间的P区空穴被耗尽,当正电压超过阈值电压时,P区中就会感应出
8、电子,形成一个n型电子沟道,称反型层,MOS晶休管起一个开关作用,其延迟时间等于RC。13、光电探测器实质上是一个反向偏置的二极菅。当入射光子hγ>Eg时,耗尽区内产生电子空穴对,被电场分开,形成光电流。检测这个光电流就可以知光信息的强弱。非耗尽区
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