2025年大學(xué)《物理學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——光能轉(zhuǎn)換與能量傳遞技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.光的波粒二象性表明，光既具有波動(dòng)性，也具有粒子性，光子的能量E與其頻率ν的關(guān)系為__________。2.在PN結(jié)光伏效應(yīng)中，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的核心物理過(guò)程是半導(dǎo)體中的__________在光照作用下激發(fā)產(chǎn)生非平衡電子-空穴對(duì)。3.黑體輻射的能量密度隨溫度升高而增加，且峰值波長(zhǎng)隨溫度升高而__________（填“增加”或“減小”）。4.光在真空中傳播速度為c，頻率為ν，則其波長(zhǎng)λ等于__________。5.光伏電池的轉(zhuǎn)換效率是指輸出的__________功率與入射的__________功率之比。6.熱傳導(dǎo)傳能的基本規(guī)律是傅里葉定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為__________，其中k為熱導(dǎo)率。7.光的干涉現(xiàn)象是__________疊加的結(jié)果，產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉的條件是兩束光的光程差為__________的整數(shù)倍。8.光纖通信利用光在光纖中通過(guò)__________原理進(jìn)行長(zhǎng)距離低損耗傳輸。9.能量傳遞的主要方式包括輻射傳能、__________傳能和__________傳能。10.激光技術(shù)利用受激輻射原理產(chǎn)生__________（填“相干”或“非相干”）光。二、選擇題（每題3分，共30分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列哪個(gè)現(xiàn)象不是光的波動(dòng)性表現(xiàn)？（）A.干涉B.衍射C.偏振D.色散2.光伏電池工作時(shí)，主要將哪種能量轉(zhuǎn)換成電能？（）A.光能轉(zhuǎn)化為熱能B.化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能C.光能轉(zhuǎn)化為電能D.機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能3.根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律，絕對(duì)黑體的總輻射功率與其絕對(duì)溫度T的關(guān)系是？（）A.P∝TB.P∝T2C.P∝T3D.P∝1/T4.光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光波是？（）A.橫波B.縱波C.滿足波粒二象性的任何波D.沒(méi)有波動(dòng)性5.光熱效應(yīng)是指？（）A.光能直接轉(zhuǎn)化為電能B.光能被物質(zhì)吸收后轉(zhuǎn)化為熱能C.光致材料發(fā)生化學(xué)變化D.光子被電子散射6.在光纖通信中，減少信號(hào)衰減的主要技術(shù)手段是？（）A.增加光源功率B.使用低損耗光纖材料C.增加光纖彎曲半徑D.采用可見光傳輸7.下列哪種材料最適合用于制造高效光伏電池？（）A.鋁B.硅C.鐵D.銅鈉8.根據(jù)基爾霍夫定律，理想黑體的吸收率A等于？（）A.0B.1C.<0D.>19.光電效應(yīng)現(xiàn)象表明？（）A.光具有波粒二象性B.光的頻率越高，折射率越大C.光的傳播不需要介質(zhì)D.能量守恒定律在光與物質(zhì)相互作用中不成立10.激光相比普通光源，主要特點(diǎn)是？（）A.亮度高、相干性好、方向性好B.亮度低、相干性差、方向性差C.亮度高、相干性差、方向性差D.亮度低、相干性好、方向性好三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述光子與普通機(jī)械波在性質(zhì)上的主要區(qū)別。2.解釋什么是光伏電池的“光致衰減”（LID）現(xiàn)象及其可能的原因。3.簡(jiǎn)述熱傳導(dǎo)傳能的基本原理，并說(shuō)明影響熱傳導(dǎo)效率的因素。4.為什么光纖通信能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)距離低損耗傳輸？簡(jiǎn)述其核心原理。四、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.一塊面積為0.1平方米的太陽(yáng)能電池板，正對(duì)太陽(yáng)光（假設(shè)太陽(yáng)光在單位面積上的功率為1000瓦/平方米，且電池板對(duì)太陽(yáng)光的吸收率為80%），計(jì)算該電池板接收到的太陽(yáng)光功率是多少？如果該電池板的轉(zhuǎn)換效率為20%，則其能輸出的電功率是多少？2.光從空氣射入折射率為n=1.5的玻璃，若入射角為30°，求折射角的大小？（請(qǐng)寫出折射定律的公式并代入數(shù)值計(jì)算）3.一根長(zhǎng)度為2米、橫截面積為1×10??平方米的均勻金屬棒，一端保持在100℃，另一端保持在0℃。假設(shè)金屬棒的熱導(dǎo)率k=50W/(m·K)，計(jì)算金屬棒單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)橫截面?zhèn)鲗?dǎo)的熱量。五、論述題（10分）結(jié)合你所學(xué)的物理知識(shí)，論述光能轉(zhuǎn)換技術(shù)（如光伏發(fā)電、光熱發(fā)電等）在解決當(dāng)前能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題中的重要性，并分析其在實(shí)際應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)及可能的未來(lái)發(fā)展方向。試卷答案一、填空題1.hν(或E=hf，h為普朗克常數(shù))2.光生載流子(或非平衡電子-空穴對(duì))3.減小4.c/ν5.電能；光能6.Q=(κAΔT)/L(或q=-κ(dT/dx))，其中Q為單位時(shí)間通過(guò)面積A傳遞的熱量，κ為熱導(dǎo)率，ΔT為兩端溫差，L為長(zhǎng)度(選擇合適形式即可)7.光波；2nλ8.全反射9.熱傳導(dǎo)；對(duì)流10.相干二、選擇題1.D2.C3.B4.A5.B6.B7.B8.B9.A10.A三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：區(qū)分波粒二象性中的“粒子”與宏觀機(jī)械波的“粒子”。光子具有能量E=hν和動(dòng)量p=h/λ，是基本粒子，靜止質(zhì)量為零，遵循量子力學(xué)規(guī)律。機(jī)械波是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)在空間的傳播，涉及宏觀的粒子或質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，能量和動(dòng)量分布在介質(zhì)中，遵循經(jīng)典力學(xué)規(guī)律。光子沒(méi)有經(jīng)典對(duì)應(yīng)物，而機(jī)械波有質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)。2.解析思路：描述光致衰減。LID指光伏電池在初始使用或暴露于光照下時(shí)，其轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨時(shí)間緩慢下降的現(xiàn)象。原因：光照可能引起材料內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生或變化、界面鈍化、載流子復(fù)合增加等，這些因素導(dǎo)致部分光生載流子無(wú)法有效參與電學(xué)過(guò)程。3.解析思路：闡述熱傳導(dǎo)基本原理。核心是溫度梯度驅(qū)動(dòng)下的能量傳遞。熱量從高溫區(qū)域自發(fā)地傳遞到低溫區(qū)域。傅里葉定律描述了這種傳遞的速率，速率與溫度梯度（ΔT/L）和傳導(dǎo)路徑的橫截面積（A）成正比，與材料的熱導(dǎo)率（κ）成正比，與傳導(dǎo)路徑長(zhǎng)度（L）成反比。影響因素主要是材料的熱導(dǎo)率、兩端的溫度差、物體的幾何形狀（橫截面積和長(zhǎng)度）以及材料的均勻性。4.解析思路：解釋光纖傳光原理。核心是全反射。光纖由核心（Core）和包層（Cladding）組成，核心折射率n?高于包層折射率n?。當(dāng)光從核心射向包層界面時(shí)，若入射角大于某個(gè)臨界角，光將在核心與包層界面發(fā)生全反射，能量被限制在核心中傳播，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離低損耗傳輸。低損耗還與光纖材料的純凈度、結(jié)構(gòu)完善性有關(guān)。四、計(jì)算題1.解析思路：計(jì)算接收功率和輸出功率。接收功率P_in=面積×入射功率密度×吸收率。輸出功率P_out=P_in×轉(zhuǎn)換效率。代入數(shù)值計(jì)算即可。P_in=0.1m2×1000W/m2×80%=80WP_out=80W×20%=16W2.解析思路：應(yīng)用折射定律。折射定律（斯涅爾定律）表述為n?sinθ?=n?sinθ?。已知n?=1（空氣），θ?=30°，n?=1.5，求θ?。先計(jì)算sinθ?=(n?/n?)sinθ?=(1/1.5)sin30°=(1/1.5)×(1/2)=1/3。然后求θ?=arcsin(1/3)。n?sinθ?=n?sinθ?1×sin(30°)=1.5×sinθ?sinθ?=(1/1.5)×(1/2)=1/3θ?=sin?1(1/3)(約等于19.5°)3.解析思路：應(yīng)用傅里葉定律計(jì)算熱傳導(dǎo)速率。公式Q=(κAΔT)/L。已知κ=50W/(m·K)，A=1×10??m2，ΔT=100℃-0℃=100K=100°C，L=2m。代入數(shù)值計(jì)算。Q=(50W/(m·K)×1×10??m2×100K)/2mQ=(50×10??W·m)/2mQ=25×10??W=2.5×10?3W五、論述題解析思路：*重要性：從能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、減少碳排放、提高能源利用效率、保障能源安全等角度論述。強(qiáng)調(diào)太陽(yáng)能作為清潔、可再生能源的巨大潛力，是應(yīng)對(duì)氣候變化和化石能源枯竭的關(guān)鍵技術(shù)之一。*挑戰(zhàn)：分析技術(shù)層面（如效率提升、成本降低、穩(wěn)定性、材料壽命）、經(jīng)濟(jì)層面（如初始投資高、并網(wǎng)成本）、基礎(chǔ)設(shè)