《大國院士》[大國院士] - 第十二章:進門再做題(2)
不相容原理,並在低溫或高密度下,經歷戲劇性的玻色愛因斯坦凝聚(BEC)現象。」
「這是一種通過相變達到一種有趣的量子集體態……」
「……當對應原子方均根速率的德布羅意波長與氣體中粒子間的特徵距離大致相當時,BEC就會發生。
一、對於無相互作用的87Rb氣體原子在熱平衡時,寫出它們典型的動量p和德布羅意波長λdB的表達式,用原子質量溫度T和物理常數表示。
二、計算氣體中粒子之間的典型距離l與粒子數密度n之間的函數關係。進而推導出臨界溫度Tc表達式,用原子質量,密度和物理常數表示。
三、為了在實驗室中實現BEC,實驗者們需要將氣體的溫度降至Tc=100nK。
若在此溫度發生BEC,87Rb氣體的數密度nc是多少?為方便比較,也計算普通理想氣體在標準溫度和氣壓時的數密度n0,即T0=300K,p0=105Pa,可假定原子的質量等於87個原子質量單位(),請問普通氣體的密度n0是nc的多少倍?。
講台下,一眾學生均是一臉懵逼,紛紛懷疑自己是不是第一天集訓就穿越了。
這寫的是什麼東西?怎麼看都看不懂?
只有少部分的幾個學生緊皺着眉頭,死死的盯着黑板上幾乎佔據了一整面黑板的題目。
「這道題的難度比較大,應用了一些數學知識,大家可以當做課外試題,感興趣的可以試着解一下,徐川除外,明天上午你把答案給我,聽說你數競省賽考了滿分,對你來說應該不難。」
許成將手中的粉筆頭朝講台上一扔,盯着徐川說道。
徐川嘴角抽了一下,大抵明白這是許成的不滿,對於他跑去參加數競的不滿。
不過說認真的,這道題,普通的高中生,即便是有能力進入國家集訓隊也不一定能解出來。
難度差不多和IPHO差不多了,放到IPHO上面,差不多也屬於倒數第二道大題的類型。
這道題,考的是玻色愛因斯坦凝聚,整個題目有三小部分,第一小部分就並不是很難,有一定的物理基礎就能解答出來,
但第二和第三小部分的難度就直線上升了,堪比坐了火箭一般,無論是根據原子平均動能求方均根速率,還是求出動量後再求德布羅意波長,難度都不是普通的高中生能搞定的。
而第三步部分的求粒子間距的難度,還要更上一層樓。
如果說第一問是1+2=3,那麼第二問和第三問的難度直接就飆升到了證明1+2=3了。
和數競題目相比,這道題的計算量其實並不大,但對於解題者的邏輯能力和應用能力的要求很高。
不過這本就是學習物理需要的能力。
畢竟物理和數學的區別還是挺大的。
在系統學習的過程中,數學的難度在於思維的培養,物理的難度則在於知識和方法的運用。
…….
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