2025年大學(xué)《物理學(xué)》專業(yè)題庫——物理學(xué)中的電子顯微鏡技術(shù)及應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。下列每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。）1.下列哪一項(xiàng)不是電子顯微鏡相比光學(xué)顯微鏡的主要優(yōu)勢(shì)？A.更高的分辨率B.更廣的樣品透明度范圍C.更強(qiáng)的樣品穿透能力D.更高的成像放大倍數(shù)2.德布羅意波長與以下哪個(gè)物理量成反比？A.動(dòng)量B.能量C.質(zhì)量D.速度3.透射電子顯微鏡（TEM）主要利用哪種電子束與樣品的相互作用進(jìn)行成像？A.熒光輻射B.散射電子C.軟X射線D.衍射電子4.掃描電子顯微鏡（SEM）的主要成像機(jī)制是？A.通過透射電子觀察樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)B.通過收集二次電子來成像樣品表面形貌C.通過收集背散射電子來分析樣品成分D.通過衍射電子束來獲得樣品晶體結(jié)構(gòu)信息5.以下哪種樣品制備方法適用于觀察生物細(xì)胞內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)？A.噴鍍金屬涂層B.超薄切片C.制備懸浮液D.直接觀察6.在電子顯微鏡中，分辨率主要受以下哪個(gè)因素的限制？A.樣品尺寸B.電子波長C.透鏡質(zhì)量D.觀察者視力7.能量色散X射線譜（EDS）主要用于？A.成像樣品表面形貌B.分析樣品的元素組成C.獲得樣品的晶體結(jié)構(gòu)信息D.測(cè)量樣品的表面粗糙度8.俄歇電子譜（AES）的原理是？A.電子束與樣品相互作用產(chǎn)生的二次電子能譜B.電子束與樣品相互作用產(chǎn)生的X射線能譜C.樣品原子內(nèi)層電子躍遷釋放的電子能譜D.樣品原子外層電子躍遷釋放的電子能譜9.蛋白質(zhì)晶體電子顯微鏡（Cryo-EM）主要利用哪種技術(shù)來減少樣品損傷？A.使用場(chǎng)發(fā)射電子源B.在低溫下觀察樣品C.使用透射式光柵D.使用掃描探針10.電子顯微鏡在以下哪個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用最少？A.材料科學(xué)B.生物學(xué)C.天文學(xué)D.地球科學(xué)二、填空題（每空1分，共15分）1.電子顯微鏡利用電子的______來實(shí)現(xiàn)成像，其德布羅意波長比可見光波長______。2.透射電子顯微鏡的分辨率極限約為______埃，而光學(xué)顯微鏡的分辨率極限約為______微米。3.掃描電子顯微鏡主要通過收集______電子來成像樣品表面形貌，而透射電子顯微鏡主要通過收集______電子來成像樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)。4.樣品制備是電子顯微鏡觀察的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于生物樣品，通常需要進(jìn)行______和______處理。5.電子與物質(zhì)相互作用主要產(chǎn)生______、______和______等現(xiàn)象。6.衍射電子顯微鏡（DEM）利用電子的______來獲得樣品的晶體結(jié)構(gòu)信息。7.電子顯微鏡的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括______、______、______和______等。三、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述電子顯微鏡與光學(xué)顯微鏡在成像原理、分辨率和放大倍數(shù)方面的主要區(qū)別。2.簡述透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）的主要區(qū)別。3.簡述樣品制備對(duì)電子顯微鏡成像結(jié)果的影響。4.簡述電子顯微鏡在材料科學(xué)中的應(yīng)用。5.簡述電子顯微鏡在生物學(xué)中的應(yīng)用。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.一束電子的動(dòng)能為100eV，計(jì)算其德布羅意波長。2.某透射電子顯微鏡的加速電壓為200kV，計(jì)算其電子的德布羅意波長和分辨率極限。五、論述題（15分）試述電子顯微鏡技術(shù)的發(fā)展歷程及其對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的影響。試卷答案一、選擇題1.B2.A3.D4.B5.B6.B7.B8.C9.B10.C二、填空題1.波動(dòng)性，短2.0.2，0.23.二次，透射4.固定，脫水5.散射，吸收，透射6.波動(dòng)性7.材料科學(xué)，生物學(xué)，地球科學(xué)，納米技術(shù)三、簡答題1.答：電子顯微鏡利用電子的波動(dòng)性成像，而光學(xué)顯微鏡利用光的波動(dòng)性成像；電子顯微鏡的波長比可見光短得多，因此分辨率更高；電子顯微鏡的放大倍數(shù)通常比光學(xué)顯微鏡高。2.答：透射電子顯微鏡利用透射電子成像，觀察樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而掃描電子顯微鏡利用二次電子成像，觀察樣品表面形貌；透射電子顯微鏡需要制備超薄樣品，而掃描電子顯微鏡可以直接觀察塊狀樣品。3.答：樣品制備過程會(huì)影響樣品的形貌、成分和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響電子顯微鏡的成像結(jié)果。例如，樣品的脫水處理可能會(huì)改變其原有的形態(tài)，而樣品的噴鍍金屬涂層可能會(huì)增加其導(dǎo)電性。4.答：電子顯微鏡在材料科學(xué)中可用于觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)、缺陷、晶體學(xué)位移等，為材料的設(shè)計(jì)和制備提供依據(jù)。5.答：電子顯微鏡在生物學(xué)中可用于觀察細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、細(xì)胞器的分布等，為生命科學(xué)的研究提供重要的工具。四、計(jì)算題1.解：電子動(dòng)能E_k=100eV=100*1.6*10^-19J電子質(zhì)量m_e=9.11*10^-31kg光速c=3*10^8m/s德布羅意波長λ=h/(p)=h/(sqrt(2*m_e*E_k))h=6.63*10^-34J*sλ=(6.63*10^-34J*s)/(sqrt(2*9.11*10^-31kg*100*1.6*10^-19J))λ≈1.23*10^-10m=1.23?答：電子的德布羅意波長約為1.23?。2.解：加速電壓U=200kV=200*10^3V電子電荷e=1.6*10^-19C電子動(dòng)能E_k=eU=1.6*10^-19C*200*10^3V=3.2*10^-14J電子質(zhì)量m_e=9.11*10^-31kg德布羅意波長λ=h/(p)=h/(sqrt(2*m_e*E_k))h=6.63*10^-34J*sλ=(6.63*10^-34J*s)/(sqrt(2*9.11*10^-31kg*3.2*10^-14J))λ≈0.0025*10^-10m=0.025?分辨率極限約為0.2λ=0.2*0.025?=0.005?=0.5pm答：電子的德布羅意波長約為0.025?，分辨率極限約為0.5pm。五、論述題答：電子顯微鏡技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)階段，從最早的透射電子顯微鏡（TEM）到掃描電子顯微鏡（SEM），再到現(xiàn)在的場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡（FESEM）和低溫電子顯微鏡（Cryo-EM）等。電子顯微鏡的發(fā)展得益于電子光學(xué)、真空技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展。電子顯微鏡的發(fā)明和發(fā)展，為材料科學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)學(xué)等眾多學(xué)科提供了強(qiáng)大的研究工具，極大地推動(dòng)了這些