2025年大学《应用物理学》专业题库—— 超材料在微波隔绝中的应用.docxVIP

2025年大学《应用物理学》专业题库——超材料在微波隔绝中的应用

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（每题3分，共30分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）

1.下列哪一项不属于超材料的主要特点？

A.人工设计结构

B.逾越自然材料限制

C.原位生长形成

D.对电磁波具有独特的调控能力

2.超材料的主要构成单元通常是？

A.单个原子

B.分子团

C.亚波长尺寸的人工结构

D.宏观尺寸的普通材料

3.能够实现负折射率的超材料结构通常是？

A.金属开口环谐振器阵列

B.金属谐振环谐振器阵列

C.介质开口环谐振器阵列

D.介质谐振环谐振器阵列

4.下列哪一项不是影响超材料微波隔绝性能的主要因素？

A.超材料结构参数（如周期、尺寸、间隙）

B.入射微波的频率

C.超材料的制备工艺

D.环境介质的折射率

5.超材料实现微波隔绝的主要物理机制是？

A.电磁波在超材料中的共振吸收

B.电磁波在超材料表面的全反射

C.电磁波在超材料中的多次反射和干涉

D.电磁波与超材料中的自由电子相互作用

6.以下哪种材料通常被用作制备超材料的金属层？

A.铝

B.铜

C.钛

D.以上都是

7.介质超材料通常具有以下哪种特性？

A.高导电率

B.高介电常数

C.高磁导率

D.负介电常数

8.超材料在微波隔绝领域的应用不包括？

A.微波隐形

B.微波滤波

C.微波成像

D.光纤通信

9.设计超材料时，需要考虑的主要因素不包括？

A.目标频率

B.隔绝性能

C.制备成本

D.色彩美观

10.下列哪一项不是超材料研究面临的挑战？

A.制备精度

B.成本控制

C.可重复性

D.理论模型的完善性

二、填空题（每题3分，共15分。请将答案填在题后的横线上）

1.超材料是具有______特性的人工设计材料，能够对电磁波产生______的自然材料所不具备的调控能力。

2.超材料的设计通常基于______理论和______方法。

3.微波隔绝是指超材料对特定频率的微波实现______的现象。

4.金属谐振环超材料实现对微波的隔绝主要是通过其结构单元的______来实现的。

5.超材料在微波隔绝领域的应用前景广阔，例如可用于制备______和______。

三、简答题（每题10分，共50分。请简明扼要地回答下列问题）

1.简述超材料的定义及其主要特点。

2.简述金属谐振环超材料实现微波隔绝的基本原理。

3.简述介质超材料与金属超材料在性能和应用上的主要区别。

4.简述超材料在微波隔绝领域应用的主要挑战。

5.简述超材料未来的发展趋势。

四、计算题（每题15分，共45分。请列出必要的公式和计算步骤）

1.假设一种金属开口环谐振器阵列超材料，其结构参数如下：环的直径为d，环间距为a，金属厚度为t。已知入射微波频率为f，求该超材料在正常入射条件下的反射率表达式。

2.假设一种介质开口环谐振器阵列超材料，其结构参数如下：环的直径为d，环间距为a，介质折射率为n。已知入射微波频率为f，求该超材料在正常入射条件下的透射率表达式。

3.假设一种金属谐振环超材料，其结构参数如下：环的直径为d，环间距为a，金属厚度为t。已知入射微波频率为f，求该超材料在特定角度入射条件下的反射率表达式。请说明影响该反射率表达式的因素。

试卷答案

一、选择题

1.C

2.C

3.A

4.C

5.C

6.D

7.B

8.D

9.D

10.D

二、填空题

1.人工设计结构，逾越自然材料限制

2.电磁学，数值模拟

3.高度隔绝（或强吸收、强反射）

4.共振吸收（或谐振）

5.微波屏蔽器件，微波隐身涂层

三、简答题

1.解析思路：首先定义超材料是人工设计的、具有亚波长结构单元的复合材料。然后列举其特点，如：突破常规材料参数限制、实现自然界不存在的光学现象、对光具有独特的调控能力（如负折射、完美吸收等）。

答案：超材料是由亚波长尺寸的人工结构单元周期性或非周期性排列组成的人工复合材料。它能够突破自然材料的参数限制，实现自然界不存在的光学现象，对电磁波具有独特的调控能力，例如实现负折射率、完美吸收等。

2.解析思路：首