第三届非物理类专业大学生物理竞赛试题及解答(1986)

第三届非物理类专业大学生物理竞赛试题及解答（１９８６）试题一、选择题（共５０分）１．（３分）当电桥平衡时，以下几种说法中哪一种是错误的？（Ａ）通过检流计Ｇ的电流为零（Ｂ）ｉ２＝ｉｘ（Ｃ）ｉｓＲｓ＝ｉｘＲｘ（Ｄ）ＵＡ＝ＵＢ（Ｅ）ＵＣ＝ＵＤ２．（４分）把...     

基态O和D原子的低能弹性碰撞及OD（X2Π）自由基的准确解析势与分子常数

利用CCSD（T）理论及相关一致五重基aug-cc-pV5Z构建了OD（X²Π）自由基的相互作用势, 计算了这个自由基的光谱常数D₀, D_e, R_e, ω_e, ω_eχe及B_e, 其值分别为44574,46225?eV,009702 nm, 2724923,453534和100096 cm^-1, 均与实验结果相符很好. 利用这一相互作用势, 在绝热近似下通过数值求解双原子分子核运动的径向薛定谔方程, 找到了J=0时OD（X²Π）自由基存在的全部23个振动态, 完整地求出了每一振动态的振动能级、振动经典转折点、惯性转动常数和离心畸变常数, 其值与实验结果相当一致. 在10×10^-11—10×10^-3a.u.的能量范围内研究了基态O和D原子沿OD（X²Π）势能曲线的弹性碰撞, 计算了这一碰撞的总截面和各分波截面, 分析了各分波截面对总截面的不同贡献. 结果表明: 总截面的形状主要由s分波截面决定, 尽管直到l = 12的其他分波截面均有形状共振存在, 但由于其强度较弱, 大都湮没在较强的s分波截面中. 关键词： 弹性碰撞 总截面 形状共振 光谱常数     

电子阻挡层Al组分对GaN基蓝光激光二极管光电性能的影响

采用SiLENSe（Simulator of light emitters based on nitride semiconductors）软件仿真研究了Al_xIn_yGa_1-x-yN电子阻挡层（EBL）Al组分渐变方式对GaN基激光二极管（LD）光电性能的影响,实现了提高输出功率和电光转换效率的目的。文中提出的四种Al组分渐变方式分别是传统均匀组分、右阶梯渐变组分（0～0.07～0.16）、三角形渐变组分（0～0.16～0）、左阶梯渐变组分（0.16～0.07～0）。结果表明,与传统均匀组分EBL结构相比,Al组分阶梯渐变Al_xIn_yGa_1-x-yN EBL LD导带底的电子势垒显著提高,价带顶的空穴势垒降低。这主要是由于该结构能有效抑制电子泄漏和提高空穴注入效率,从而提高有源区载流子浓度,进而提高有源区辐射复合效率。当注入电流为0.48 A时,采用Al组分阶梯渐变Al_xIn_yGa_1-x-y...     

HL-2A装置多道远红外激光干涉仪

目前国际上大中型磁约束装置基本运行在n0～（10^19～10^20）m^-3高密度区，加之装置的大尺寸结构和窗口限制，作为主要干涉诊断光源是在0．1～0．5mm波长范围的FIR激光波段，因为该波段的激光束具有较小的折射效应（折射角αm∝cn0λ^2）。FIR波段激光辅助诊断有多方面应用：（1）FIR激光干涉测量等离子体电子密度及其时-空分布，多数大中型装置都有这种诊断；（2）FIR激光偏振／干涉仪测量电子密度分布同时可获得极向场分布进而推演出电流密度分布（或q分布）；     

基于小波变换的长距离光正交频分复用系统中四波混频引起的相位噪声分析

四波混频（FWM）效应是相干光正交频分复用（CO-OFDM）系统中最主要的非线性作用。分析基于小波变换的相干光正交频分（WT-OOFDM）系统原理,研究小波变换对FWM效应和光放大器自发辐射（ASE）引起的相位噪声的改善效果。数值结果表明,在采用常规G. 652光纤,100 Gbit/s的WT-OOFDM传输1500 km时,非线性相位噪声降低20%,总相位噪声降低15%。     

He-HF（DF，TF）碰撞体系分波截面的理论计算

运用质心变换-拟合方法,使用Murrell-Sorbie势能函数拟合在对称性匹配微扰理论下精确计算He-HF体系的相互作用能数据,得到了He原子与同位素分子HF（DF,TF）复合物的相互作用势的解析形式.完成了入射He原子能量从30 meV至120 meV时,He-HF（DF,TF）碰撞体系分波截面的密耦计算,获得了分波截面等信息,进一步讨论了分波截面的变化趋势及特征,并确定了He-HF（DF,TF）碰撞体系开始产生弹性和非弹性散射的有效相互作用范围. 关键词： He-HF（DF TF）复合物 密耦近似 分波截面 质心偏移     

封底照片说明

莫斯科当地时间6月21日晚11时46分（北京时间22日凌晨3时46分），由在巴伦支海的俄罗斯潜艇发射的全球首艘太阳帆飞船“宇宙一号”．因火箭推进器出现故障．发射仅83秒即宣告此次计划失败。迄今为止．人类的航天飞行都是用化学火箭作为动力，这就需要携带大量化学推进剂。随着航天飞行距离越来越远．所需的推进剂就越多．     

波分复用系统中的四波混频估算和非线性仿真

在叔分复用（ＷＤＭ）光纤通信系统中,群速度色散（ＧＶＤ）、自相位调制（ＳＰＭ）、互相位调制（ＸＰＭ）以及四波混频（ＦＷＭ）等非线性效应能明显降低系统性能,给出了在系统中四波混频效应的简单估算公式,以及在采用单信道方法仿真波分复用系统的非线性效应时,为保证计算精度所需的步长的选取公式,提出了一种基于求解多信道耦合波方程组的群速度色散／自位位调制／互相位调制／四波混频仿真算法,可大大减少计算工作量,这     

Al组分对MOCVD制备的AlxGa1-xN/AlN/GaN HEMT电学和结构性质的影响

采用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）方法制备了不同Al组分（x=0.19,0.22,0.25,0.32）的Al_xGa_1-xN/AlN/GaN 结构的高电子迁移率晶体管（HEMT）材料。研究了Al_xGa_1-xN势垒层中Al组分对HEMT材料电学性质和结构性质的影响。研究结果表明,在一定的Al组分范围内,二维电子气（2DEG）浓度和迁移率随着Al组分的升高而增大。然而,过高的Al组分导致HEMT材料表面粗糙度增大,2DEG迁移率降低,该实验现象在另一方面得到了原子力显微镜测试结果的验证。在最佳Al组分（25%）范围内,获得的 HEMT材料的2DEG浓度和室温迁移率分别达到1.2×10¹³ cm^-2和1 680 cm²/（V·s）,方块电阻低至310 Ω/□。     

基于Voigt函数拟合的离子激发发光光谱分峰方法

离子激发发光(IBIL)分析作为一种实时原位的光谱分析技术,由于其对样品内部结构的敏感性,给我们分析样品光谱谱峰信息带来了一定的困难。为了准确地对离子激发发光能谱进行分峰以便更加清晰地判断材料内部不同缺陷的发光中心,提出了一种利用Voigt函数,通过L-M（levenberg-marquardt）非线性最小二乘算法对100和200 K温度时ZnO的IBIL能谱中深能级发射（DBE）峰进行分峰的方法。通过对比Gauss函数和Voigt函数对能谱拟合后峰位随注量的波动情况,发现使用Voigt函数拟合得到的峰位更加稳定,并且收敛速度更快。同时通过对使用Voigt函数拟合后得到的峰中心位于1.75, 1.95和2.10 eV三个子峰的高斯函数半高宽与洛伦兹函数半高宽比较,发现洛伦兹函数半高宽约为高斯函数半高宽的1/10,而且100 K时的1.95 eV峰,200 K时1.75和1.95 eV峰,其洛伦兹峰半高宽数值为10-10量级以下,说明其中非均匀展宽（高斯展宽）仍然是谱峰展宽的主要机制;而电子与声子散射作用是洛伦兹展宽的主要机制。对于涉及导带中大量电子的2.10 eV子峰,其在200 K时洛伦兹函数半高宽明显大于100 K时,由于在温度较高时,由于晶格热振动加剧,且电子热运动加强,增大了散射概率,导致电子与声子的散射作用加强,从而对洛伦兹谱线进一步展宽。而峰中心位于1.75 eV的红光,其主要与V_Zn相关,在100 K时其子峰的洛伦兹半高宽为0.02 eV, 但在200 K时变得极小,这可能是由于100 K时V_Zn束缚的电子或激子在200 K获得足够的热动能摆脱了V_Zn束缚,减弱了与周围的晶格的散射作用,从而使得洛伦兹展宽变得极弱。实验结果表明Voigt函数更加适用于IBIL能谱拟合分峰,这也为以后IBIL技术应用于其他材料内部结构能谱分析提供了可借鉴的依据。     

贾思勰（Jia Si-Xie，5世纪末-6世纪中叶）中国农业家（Agriculturist，China）

贾思勰，山东益都（今寿光县）人，曾任高阳（今临淄县）太守，到过山西、河北、河南等地，大约在533—544年间，在总结前人经验的基础上，写成了世界上第一部农业百科全书《齐民要术》。“齐民”，意指平民百姓，“要术”指谋生方法。该书唐末时已传入日本（至今还藏有北宋最早刊印的残本）。世界上已有多种译本出版，并有不少研究此书的著作。该书共分10卷，92篇，11万余字。     

两种三光子吸收染料光限幅性能的实验研究

研究了两种新型D-π-D结构的芴类衍生物4-{7-[4-（二甲基胺）苯基]-9,9-二（2-乙基己基）-9H-芴-2-}-N,N-二甲基苯胺[缩写为B（DMAP）F]和4-{2-[7-（4-氨基苯乙烯基）-9,9-二（2-乙基己基）-9H-芴-2-]乙烯基}苯胺（缩写为BASF）在四氢呋喃（THF）和N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中的线性吸收和单光子荧光行为,用脉冲宽度为38ps,重复频率为10Hz的1064nmNd;YAG脉冲激光研究了两种化合物的三光子吸收性质,结果表明：受溶剂效应的影响,两种化合物在极性较大的四氢呋喃溶剂中的最大线性吸收峰和荧光发射峰都有所红移;在极性较大溶剂中三光子吸收截面的数值较大,最高达到10^ -76cm^6S^2数量级。两种新材料还表现出明显的三光子吸收光限幅效应,当入射光强为8GW／cm^2时,B（DMAP）F和BASF的非线性透过率分别达到35％和39％。     

NP-10与单链、双链季铵盐三种复配体系相互作用规律的NMR研究

通过核磁共振（NMR）技术研究了阳离子表面活性剂,包括单链（DTAC）和双链（C₁₂-C₄-C₁₂和C₁₂-C₈-C₁₂）氯化物季铵盐,与非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10）组成的3种复配体系的相互作用及作用点、排列方式、混合胶束中分子间与分子内作用的变化规律等.2D NOESY技术证明了这3种复配体系相互作用力大小顺序为NP-10/C₁₂-C₈-C₁₂ > NP-10/C₁₂-C₄-C₁₂ > NP-10/DTAC,它们的相互作用点相同但作用点数目不同.自扩散系数显示NP-10对混合胶束的动力学半径影响大于季铵盐.弛豫时间表明,当NP-10/DTAC和NP-10/C₁₂-C_s-C₁₂（s=4或8）的混合摩尔比分别为1：3和1：2时,复配体系中分子间的相互作用力开始减小,分子内作用开始起主导作用,这暗示它们最佳摩尔配比分别为1：3和1：2,空间距离也佐证了这一结论.     

烷氧基取代聚对苯乙炔三阶非线性光学性能

通过双醚化反应、氯甲基化反应以及在强碱性条件下进行的脱氯化氢反应制备聚（2-甲氧基-5-丁氧基）对苯乙炔（PMOBOPV）、聚（2-甲氧基-5-己氧基）对苯乙炔（PMOHOPV）、聚（2,5-二丁氧基）对苯乙炔（PDBOPV）和聚（2,5-二己氧基）对苯乙炔（PDHOPV）等四种可溶性聚对苯乙炔（PPV）衍生物,通过紫外-可见吸收光谱对产物分子结构进行表征.结果显示,PMOBOPV、PMOHOPV、PDBOPV和PDHOPV的共轭π电子发生π → π* 跃迁的吸收峰分别位于491 nm、495nm、504nm和510nm处,相应的光学禁带宽度分别为2.23eV、2.18eV、2.12eV和2.07eV.利用简并四波混频技术测量PPV衍生物的三阶非线性光学性能,探讨了分子结构对PPV衍生物三阶非线性极化率（χ(3)）的影响.研究发现,激发波长为532 nm时,PMOBOPV、PMOHOPV、PDBOPV和PDHOPV的共振χ(3)值分别为3.45×10－10、5.13×10－10、7.15×10－10和9.61×10－10 esu;激发波长为1064 nm时,它们的非共振χ(3)值分别为1.09×10－11、1.42×10－11、1.62×10－11和2.14×10－11 esu.     

He—H2非弹性碰撞截面理论研究

当Ｈｅ原子入射能量Ｅ＝０．０５ｅＶ时，计算了Ｈｅ－Ｈ２碰撞弹性散射（００－００）和第一激发态（００－０２）的角分布（微分散射截面）。最多计算５０个分波，使弹性散射和碰撞激发的散射截面收敛。     

第十五届非物理类专业大学生物理竞赛试题及解答

一、填空题（共６１分）１．（４分）作直线运动的质点,在ｔ≥０时,它沿ｘ轴方向的速度为ｖｘ＝αｘ,其中α为一个正的非零常量．已知ｔ＝０时,质点位于ｘ０＞０的位置,那么质点运动过程中的加速度ａｘ与位置ｘ之间的函数关系为ａｘ＝,质点位置ｘ与时间ｔ之间的函数...     

采用光纤拉曼放大改善1550 nm外调制有线电视系统的组合二阶失真指标

为克服长距离光纤有线电视（CATV）系统中采用高增益掺铒光纤放大器（EDFA）所带来的非线性损伤．对在残留边带调幅（AM—VSB）外调制光纤有线电视系统中采用光纤分布拉曼放大时的组合二阶失真（CSO）进行了,理论研究。根据拉曼放大对信号光强的增益作用。导出了分布拉曼放大条件下的薛定谔方程。并采用微扰法解出了存在拉曼分布放大时,残留边带调幅外调制有线电视系统中．自相位调制（SPM）导致的组合二阶失真的解析表达式。相应数值计算结果表明．相对于采用掺铒光纤放大器功放．采用相同放大倍数的分布托曼放大可使长距离系统中自相位调制导致的组合二阶失真性能改善10dB以上。因此可以得出结论：在长距离残留边带调幅凋制的有线电视系统中,采用分布式光纤拉曼放大可以较好地改善由自相位调制导致的组合二阶失真恶化。     

ConCu（38-n）（n=0-38）团簇基态结构和熔化行为北大核心CSCD

基于半经验的Gupta多体势采用遗传算法和分子动力学方法并结合模拟淬火技术,系统研究了ConCu（38-n）（n=0-38）团簇的基态结构与熔化行为．结果表明：除Co7Cu31团簇基态为类IA结构外,其它ConCu（38-n）混合团簇的基态结构均是在单质Cuss（Co38）的Oh基态结构基础上的畸变;对于混合团簇的基态结构,随Co原子增加均表现出Co原子先占中心后占表面的特征;通过分析基态团簇二阶差分能和混合能表明Co7Cu31和Co14Cu24为幻数结构团簇;ConCu（38-n）混合团簇在熔化过程中均表现出热容曲线无明显宽峰的异常熔化行为;通过对团簇原子等价指数和淬火结构势能分布图对团簇异常熔化行为进行了分析表征,指出在团簇熔化过程中两种动力学稳定结构（类Oh结构与类IA结构）之间的相互竞争对团簇熔化行为的重要影响．     

我国第一台太赫兹光源出光

经过长达8年坚持不懈的努力，中国工程物理研究院基于射频直线加速器技术的远红外自由电子激光（FIR-FEL）实验取得突破性进展，于2005年3月24日晚8时30分首次出光，并多次重复．中心波长115μm，谱宽1％．这标志着我国第一个可调谐相干太赫兹（THz）光源建成出光，填补了国内空白，是我国新型激光技术领域一个具有里程碑意义的重要成果．     

时频分布后置积累法检测和识别分布目标

由于线性调频信号（LFM）的线性时频调制规律，即其模糊度和Wigner－Ville分布（WVD）图象均具有线性峰脊特性，本文利用LFM信号的这一特性，用对其回波的互模糊度函数和WVD进行分析，着重讨论沿着斜脊方向进行后置积累的检测和识别多目标回波的性能，指出WVD后置积累的检测和分辨性能比通用匹配滤波器优越。