2025年大學(xué)物理學(xué)（等離子體物理實(shí)驗(yàn)）試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿(mǎn)分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本大題共10小題，每小題3分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1.等離子體物理實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于等離子體的產(chǎn)生機(jī)制，以下說(shuō)法正確的是A.只有氣體放電能產(chǎn)生等離子體B.高溫加熱是產(chǎn)生等離子體的唯一方式C.氣體放電、激光、射線(xiàn)照射等都可產(chǎn)生等離子體D.等離子體只能自然產(chǎn)生2.測(cè)量等離子體密度的常用方法是A.光學(xué)發(fā)射光譜法B.熱傳導(dǎo)法C.壓力測(cè)量法D.磁探針?lè)?.等離子體中的粒子碰撞頻率與以下哪個(gè)因素關(guān)系不大A.粒子溫度B.粒子密度C.粒子種類(lèi)D.實(shí)驗(yàn)儀器顏色4.以下哪種等離子體診斷技術(shù)可以用于測(cè)量等離子體的速度分布A.微波干涉儀B.激光散射診斷C.靜電探針D.紅外熱成像5.等離子體鞘層的主要作用是A.增強(qiáng)等離子體與外界的物質(zhì)交換B.對(duì)等離子體起到約束作用C.使等離子體快速擴(kuò)散D.降低等離子體溫度6.在等離子體物理實(shí)驗(yàn)中，用于產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)約束等離子體的裝置是A.電阻爐B.托克馬克裝置C.質(zhì)譜儀D.示波器7.等離子體中的波與等離子體相互作用不包括以下哪種A.波的傳播B.波的吸收C.波的反射D.波的顏色變化8.研究等離子體輸運(yùn)過(guò)程需要測(cè)量的物理量不包括A.粒子擴(kuò)散系數(shù)B.熱導(dǎo)率C.等離子體顏色D.電導(dǎo)率9.以下關(guān)于等離子體診斷中的光譜診斷，說(shuō)法錯(cuò)誤的是A.可以分析等離子體中粒子的能級(jí)結(jié)構(gòu)B.能確定等離子體的成分C.無(wú)法獲取等離子體溫度信息D.通過(guò)譜線(xiàn)強(qiáng)度等進(jìn)行分析10.等離子體物理實(shí)驗(yàn)中，為了減少等離子體與器壁碰撞損失，常采用的措施是A.提高器壁溫度B.降低等離子體密度C.給器壁涂覆特殊材料D.增加實(shí)驗(yàn)環(huán)境濕度第II卷（非選擇題共70分）11.（10分）簡(jiǎn)述等離子體的基本特性以及與普通氣體的主要區(qū)別。12.（15分）說(shuō)明三種常見(jiàn)的等離子體加熱方法及其原理。13.（15分）闡述靜電探針診斷等離子體的工作原理和能獲取的等離子體參數(shù)。14.材料：在某等離子體物理實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)微波加熱產(chǎn)生了等離子體，利用激光散射診斷技術(shù)測(cè)量了等離子體的電子密度和溫度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電子密度隨時(shí)間呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律，溫度也在不同階段有所波動(dòng)。已知微波功率為P，等離子體腔室體積為V，電子密度為ne，溫度為T(mén)e。（15分）根據(jù)上述材料，分析微波功率、腔室體積與電子密度、溫度之間可能存在的關(guān)系，并說(shuō)明如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。15.材料：在等離子體鞘層研究中，發(fā)現(xiàn)鞘層厚度會(huì)影響等離子體與外界物質(zhì)的相互作用。當(dāng)鞘層厚度變化時(shí)，等離子體中的粒子碰撞頻率也會(huì)改變，進(jìn)而影響等離子體的輸運(yùn)過(guò)程。例如，鞘層變薄時(shí)，粒子更容易逃逸出等離子體區(qū)域。已知鞘層厚度為d，粒子碰撞頻率為ν。（15分）請(qǐng)分析鞘層厚度與粒子碰撞頻率以及等離子體輸運(yùn)之間的定量關(guān)系，并提出控制鞘層厚度以?xún)?yōu)化等離子體輸運(yùn)的方法。答案：1.C2.A3.D4.B5.B6.B7.D8.C9.C10.C11.等離子體基本特性：由大量帶電粒子（離子、電子）和中性粒子組成，具有集體行為，宏觀(guān)上呈準(zhǔn)中性。與普通氣體區(qū)別：普通氣體呈電中性，等離子體有顯著帶電粒子；等離子體導(dǎo)電性強(qiáng)，普通氣體導(dǎo)電性弱；等離子體中粒子相互作用更復(fù)雜，除碰撞還有電磁相互作用等。12.歐姆加熱：利用等離子體中電流通過(guò)時(shí)的焦耳熱來(lái)加熱，原理是電流通過(guò)等離子體時(shí)，離子和電子碰撞產(chǎn)生熱量。射頻加熱：通過(guò)交變電磁場(chǎng)使等離子體中的粒子獲得能量，粒子在交變場(chǎng)中不斷振蕩加速?gòu)亩訜帷Ｖ行粤Ｗ幼⑷爰訜幔簩⒅行粤Ｗ邮⑷氲入x子體，中性粒子與等離子體中的粒子碰撞，使其獲得能量實(shí)現(xiàn)加熱。13.工作原理：靜電探針插入等離子體中，由于等離子體中存在電位分布，探針與等離子體之間形成電場(chǎng)，電子和離子在電場(chǎng)作用下向探針運(yùn)動(dòng)，形成探針電流。能獲取的參數(shù)：通過(guò)測(cè)量探針電流等，可得到等離子體的電子密度、電子溫度、等離子體電位等參數(shù)。14.微波功率增加可能使電子密度增加，因?yàn)楦嗄芰靠墒箽怏w電離產(chǎn)生更多電子；腔室體積增大，電子密度可能減小，因空間變大粒子分散。微波功率與溫度可能正相關(guān)，功率大加熱效果好溫度高。驗(yàn)證方法：改變微波功率，固定腔室體積，測(cè)量不同功率下電子密度和溫度；改變腔室體積，固定微波功率，測(cè)量相應(yīng)參數(shù)變化。15.一般鞘層厚度變薄，粒子碰撞頻率降低，因?yàn)榱?/p>