超高真空物理与技术基础4
第四章 表面物理
4．1引言
固体表面附近的几个原子层内具有许多异于体内的物理性质。表面物理就是研究在超高真空下，这几个原子层内原子的排列情况、电子状态、吸附在表面上的外来原子或分子，以及在表面几个原子层内的外来杂质的电子状态和其他物理性质。真空技术的表面物理主要研究吸附于固体表面的气体原子或分子界面现象，它不同于前面我们讨论的气体分子在空间的现象，这类现象对超高真空技术乃至极高真空技术及其重要，因为此时气体分子的平均自由程达到了几十千米量级，分子之间的碰撞已可以忽略不计，而起关键作用的只是分子与表面的碰撞。
当我们使用真空系统开始工作时，或者是设计一个新真空系统时，很快会意识到系统真空室气壁放出的气体对所能获得的极限压强起着重要作用。我们用一个粗略的近似分析来说明问题。假设一个内表面积的平方厘米数与内部体积的立方厘米数相等的特定系统。若该表面积N平方厘米覆盖着一个单分子层的吸附气体（合理的近似）。那么表面层上约有5×1014N个分子。在这种假设情况下，气相的分子数约为3.3×1016N个分子/托。吸附于表面上的分子数相当于压强约为10－2托的情况下的气相分子数。如果我们将气相分子转换为表面吸附分子，就能实现排气作用。
现在考虑一个典型系统的近似情况：最初抽气时，可能每秒有0.1％至0.01％的表面气体分子解吸到该体积中，人们便可以理解压力迅速降低的抽气曲线在压力为10－5～10－8托范围开始减慢下来的原因。在压力低于此范围情况下，内表面解吸的分子对所能达到的真空度起着决定性的作用。本章节将简述被吸收和吸收的气体分子的一些一般特性以及其中某些气体分子解吸到系统体积中的各种过程。
4．2 吸附
所有固体都是由大量的分子组成。固体表面对气体分子或原子具有一定的束缚力。因此固体对气体分子的作用力，即为这些分子分别的作用力之和。处于基态的两个分子之间，通常存在着四种相互作用力。
A．弥散力：即通常所称的范德瓦尔力，他存在于任何一对分子之间。气体在低温液化，就是这个力的作用结果。
B．感应力：两个分子中一个或两个都具有永久电矩时出现的力。
C．静电力：当两个分子都具有永久电矩时，就出现这种静电作用力。
D．介力：相当于将原子结合为分子的力以及分子在极度接近时出现的短程斥力。
真空技术中常遇到的气体多只存在弥散力和介力。
吸附一般是指处于气相的原子或分子与固体表面的结合。这种结合通常因分子与基体的不同组合而各有不同，它们可以是冷凝、物理吸附，也可以是化学吸附。参照右图可以理解这些术语的含义。所有表面吸附气体都有象曲线A的位
能变化，结合能阱相当浅，用Ep表示。接近表面的原子或分子可能被此阱俘获，并束缚在基体上，其能量约为Ep。这种过程称为冷凝或物理吸附，一般只有范德瓦尔力。
也有象曲线B的第二种
位能曲线，它有一个较深位能
阱Ec。曲线A的位能阱和曲
线B的位能阱之间往往有一
个位能垒Ea。到达曲线A的
位能阱的原子或分子可以越
过这个位垒落入曲线B的位
能阱。曲线B的位能阱有很强
的束缚力，可造成落进来的分
子离解导致所谓的化学吸附。
这种形式的结合通常有吸附
气体与基体间的电子交换或
图1.气体分子与表面之间的位能曲线
转移。
置于气体中任何新鲜表面都有吸附气体功能。在表面吸附的气体饱和之前，吸附作用会一直继续进行，直到达到饱和之前。我们把单位面积在单位时间内吸附的分子数称为吸附速率，不同材料表面对各种不同气体的吸附速率是不同的。我们有：
u＝v?a 个/厘米2?秒
式中：u为吸附速率；v为碰撞频度；a为比例系数，称为吸附几率。若发生物理吸附，则a称为凝聚几率。若是化学吸附，则a称为粘附几率；
4.2.1冷凝
很多书都用物理吸附和冷凝这两个术语来表达同一个概念。也有的认为它们是截然不同的现象，我认为用一个原子或分子与同类的原子或分子构成的基体表面相结合的过程定义为冷凝更确切些。在这种情况下，可以建立起多原子层或多分子层。因此，在冷凝过程中，由单原子层或分子层开始发展成某种元素或材料的液相或固相。
冷凝过程要求保持一定的表面温度，以便使所研究的气体发生相变成为液体或固体。特别值得注意的是冷凝系数，即分子到达由与其本身同种分子构成的表面时在（上图）曲线A的浅阱最低处的捕获的几率。冷凝系数的大小与气体的种类、固体表面温度和气体温度有关。当温度足够低时，冷凝系数通常接近于1，即碰到表面上的粒子全部留在表面上。表1 给出了一些典型的数值。
4.2.2物理吸附
物理吸附通常用来指气体原子或分子被与之不同的物质所组成的表面的浅位能阱所捕获的现象。即物理吸附是气体原子或分子受范德瓦尔力的吸引作用而吸附在固体表面上。这个过程和冷凝很相似，但这里涉及原子或分子与异种物质组成的表面结合。
结合的几率和研究的原子或分子的组合方式、进来的气体温度有着密切关系，并在很大程度上与表面温度有关。物理吸附的特点是：吸附较弱，吸附热小，吸附气体分子与表面距离为2～4 ?，吸附不稳定，较易脱附，但对吸附的气体一般没有选择性，温度越低吸附量越大。表2给出了室温下几种气体碰到两个不同温度的玻璃表面上时物理吸附几率的一些实验数据。
冷凝与物理吸附之间的重要区别是：冷凝时聚集着多个单分子层的吸附气体，而物理吸附时留在表面上的吸附气体一般不多于一个分子层。因此，在物理吸附时留在表面上的吸附气体一般不多于一个单分子层。因此，在物理吸附形成一个单分子层以后，再进来的原子或分子只能冷凝在它同类的吸附层上，而表面温度一般并非低到足以冷凝的程度。
4.2.3化学吸附
当一个原子或分子趋近某一表面时，如果它的位能可用图1的曲线B描述，那么该粒子能与表面牢固地结合在一起，则可以说他被化学吸附了。到达表面的粒子被化学吸附的几率称为粘附几率。粘附几率的数值和气体种类、表面性状、
温度等因数有关。
化学吸附只有在具有一定化学活性的气体和表面之间才能发生。通常会发生如下几个过程：一种是气体可能直接沿着位能曲线B到达，化学吸附于深的位能阱中。
另一种是原子或分子先按曲线A到达，在浅位能阱中作弱结合。然后获得足够的能量越过位垒跌入深的位能阱，形成化学吸附。
第三种情况是趋近于表面的原子或分子直接到达深位能阱，或者通过浅位能阱再到达深位能阱。在这个过程中，原子或分子可能离解成单个原子或碎片，而被牢固的化学吸附在表面上。该过程称为离解吸附。
化学吸附涉及到一种气体与其他材料构成的基体的结合，通常总是积累形成吸附气体的一个单分子层。化学吸附的特点是：吸附强，吸附热大，吸附气体分子与表面距离为1～3 ?，稳定不易脱附，吸附有选择性。温度高时发生化学吸附的气体分子增多，只能在表面形成单层吸附。这里请注意，在化学吸附的分子上面还能形成物理吸附。
物理吸附和化学吸附的比较：
物理吸附 化学吸附
吸附力 范德华力 化学键力
吸附热 较小(～液化热) 较大
选择性 无选择性 有选择性
稳定性 不稳定,易解吸 稳定
分子层 单分子层或多分子层 单分子层
吸附速率 较快, 较慢.
温度 受温度影响小 受温度影响大
与表面距离 2 ～ 4 ? 1 ～ 3 ?
物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电子转移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重排等。化学吸附相当固体表面分子与吸附分子发生了化学反应，在红外、紫外-可见光谱中会出现新的特征吸收带。
4.2.4吸收
到达表面的气体分子或原子还会扩散进入材料表面的体内，这一过程称为吸收。在这种情况下，气体在固体中的溶解度和气体向固体内运动的扩散系数是两个非常重要的参数。实际当中能在固体中很容易进行扩散的气体不多，达到可测程度的只有氢和氦原子。我们为什么要了解体扩散和体吸收问题，主要因为气体原子或分子从表面扩散进入体内空出了表面位置可以进一步从气相吸收气体。当
热，必须记住这个过程是可逆的，在吸收气体回到能被解吸的表面时，吸收气体将会成为一个严重的放气源。
4.3 解吸
解吸——气体吸附的逆过程，即吸附气体脱离固体表面而返回到空间气相的过程。它往往是真空恶化的过程，而且是高真空和超高真空获得的制约因数。固体表面气体吸附和解吸是气体与固体表面相互作用中相互矛盾的两个方面，它们在固——气界面上是同时存在的。在一定条件下，当吸附速率超过解吸速率时，固体表面呈现吸附现象。如果吸附速率等于解吸速率，就达到吸附平衡，即单位时间落在表面上并被吸收的气体分子数与自表面上重新释出的分子数相等。如果固体表面解吸率大于吸附率，就呈现解吸现象。气体从固体表面缓缓释出，在真空技术中称为材料的放气，目前我们还无法通过计算准确获得，通常材料的放气是通过实验测试和经验总结获得。在低真空区域，材料表面放气与空间气体比较，数量很小其影响可以忽略；在中真空区域，材料表面放气接近与空间气体，对两者应同样重视；进入高真空和超高真空区域，放气已成为主要气体负载，解吸快慢直接影响系统排气时间和理想极限压强的获得。
解吸现象可以是自然发生的，也可以人为加速的。通过人为手段促进、加速气体解吸现象的发生，在真空技术中叫除气。通过对真空室材料的加热人为除气，提高吸气材料表面温度，增加分子热运动来促进气体解吸，除了缩短真空系统排气和极限真空的获得时间，同时可以获得没有气体分子遮盖的清洁固体表面。除了通过加热还可利用电子、离子和光子之类的粒子的轰击，以及超声波和电场的作用来达到材料的除气。
4.3.1 热解吸
吸附在固体表面的原子或分子在热能量的作用下释离表面的现象称为热解吸。在表面上吸附有原子或分子时，单位时间内解吸的原子或分子的数目通常可以用下式计算：
T k E d
e N dT dN
???=ν 分子/cm 2·s
式中：N 为单位面积吸附气体分子数，v 为比率常数，E d 为气体解吸必须的能量。
E d 的数值取决于吸附键的强度。从上式看，显然解吸率明显依赖与结合能和固体
表面温度。温度的强烈影响可用“清晨效应”来说明。大多数初搞真空工作的人会吃惊的发现：他们清晨观察系统压强值较低，在没有任何外界条件干扰的情况下，却发现在几小时后压力升到较高的数值。这是由于白天人们的活动及其他加热过程（阳光）使室内温度升高（几度），这就足以使解吸率增加，从而导致系统平衡压力升高。
4.3.2 电子解吸（ESD）
人们建造真空系统的目的往往是利用粒子束（电子束、离子束和光束等等）进行研究工作。当这些粒子束与真空室表面碰撞并相互作用时，会引起表面吸附气体的原子或分子解吸，从而影响真空系统的压力，严重时会造成真空系统的崩溃。
具有能量（﹥5eV）的电子束轰击固体表面时，固体因吸收电子能量而温度逐渐升高，而出现表面气体热解吸现象，仔细研究会发现解吸量远大于热解吸。这是因为固体表面被电子轰击时，吸附气体原子或分子因被电子激发或分解而解吸出分子、原子和分子碎片或带电的正、负离子。这种解吸称为电子解吸。
通过对电子解吸的大量研究，已得出如下一般性结论：电子与表面吸附分子复合物作用的截面同电子与气相分子作用的截面大致相同。它所提供的动能足以使表面吸附粒子解吸。解吸的粒子可能是带电的，也可能是中性的。
早期人们对它的研究主要是电子管中电子解吸对阴极的破坏作用。后来在超高真空技术发展中人们发现电子解吸使系统气体负荷增加并使残余气相分子和表面吸附分子的组分变化。目前人们关注的是利用电子束工作的仪器由于电子解吸产生的本底电流。在高能粒子加速器和受控热核反应装置，电子解吸造成的问题更是研究的重点。同样电子解吸也被用来清洗真空系统的内表面。
4.3.3 光致解吸
光致解吸是指光子引起气体解吸的量子过程。因此，这里与光致解吸有关的效应均与热过程无关。目前的研究表面：金属的光致解吸过程效率极低，由于光的强度低，甚至可能不发生解吸。但是许多半导体和金属氧化物的光致解吸十分显著。例如：不锈钢表面为氧化铬，它是一种半导体，因此不锈钢的光致解吸效应还是很强。
高能激光脉冲会引起强烈的解吸效应（很难与热效应区分），它被常用来清洗真空室和在真空中获得清洁表面的手段。
同步辐射光致解吸PSD，同步辐射是一种电子的辐射，辐射光的强度非常大，几个GeV的电子储存环的平均辐射功率可达100千瓦数量级，一般的X光机只有10瓦左右。光谱范围宽，从红外、可见光、紫外、真空紫外、软X射线，直到硬X射线。人们研究发现同步辐射光致解吸过程分为两步，首先相对论性电子偏转时产生的光照在材料表面，通过光电效应产生光电子；然后光电子以一定能量轰击材料表面，使材料表面及表层吸附的气体解吸。由于同步辐射光很强，造成材料解吸量巨大，通常是材料热解吸量的3～4个量级。所以在电子储存环真空系统设计中，材料的热解吸一般是忽略不计。
4.3.4 离子解吸
离子是电离态的原子。因为离子是荷电粒子，因此离子轰击固体表面时引起
的气体解吸类似于电子与固体作用的过程。但是，由于离子的质量和半径与电子比要大的多，因此，动量和能量转移是离子与固体相互作用的重要特征。离子轰击表面将产生吸附气体的溅射（解吸）现象，溅射出来的产物是表面吸附的气体分子和离子。这种效应不不抱扩人们熟知的表面材料溅射过程。它与电子和光子一样，人们也用离子来清洁真空表面。在加速器储存环真空室建造过程中，利用辉光放电的几百电子伏的中能氮、氧离子轰击处理材料表面，降低出气率。在受控核聚变托克马克真空室受从等离子体逃逸出的高能离子轰击产生杂质气体，严重影响等离子体的浓度和温度；同样可以用辉光放电氩离子轰击材料表面，清洗真空室。在表面分析研究和镀膜生产中用大量采用氩离子轰击表面，以获得理想清洁的材料表面。
真空物理基础要点
第2讲真空物理基础 为了阐述真空技术中经常遇到的一些物理知识，特别是那些在真空行业中会经常遇到的一些基本物理定律和相关的理论问题，如理想气体定律、气体与蒸汽的性质、气体内部各种动力过程的规律以及气体与固体间相互作用的规律等一系列问题，对真空物理中的一些问题进行一些介绍是十分必要的。 2.1 理想气体定律及其状态方程 本节所介绍的定律及相关公式是针对平衡状态下，符合理想气体的有关假设条件的前提下而得出的。由于在真空技术中研究的气体大多数处于常温和低压状态下，因此在工程计算中应用这些定律基本上是符合实际的。现就有关问题分述如下： 2.1.1 气体定律 气体的压力p(Pa)、体积V（m3）、温度T（K）和质量m（kg）等状态参
量间的关系，服从下述气体实验定律：2.1.1.1 波义耳—马略特定律： 一定质量的气体，当温度维持不变时，气体的压力和体积的乘积为常数。即： pV=常数 2-1 2.1.1.2 盖·吕萨克定律： 一定质量的气体，当压力维持不变时，气体的体积与其绝对温度成正比，即： V 常数 T 2-2 2.1.1.3 查理定律： 一定质量的气体，当体积维持不变时，气体的压力与其绝对温度成正比，即： P/T=常数
2-3 上述三个公式习惯上称为气体三定律。具体应用方式常为针对由一个恒值过程连结的两个气体状态，已知3个参数而求第4个参数。例如：初始压力和体积为P1、V1的气体，经等温膨胀后体积变为V2，则由波义耳—马略特定律，即可求出膨胀后的气体压力为P2=P1V1/V2。这正是各种容积式真空泵最基本的抽气原理。 2.1.1.4 道尔顿定律： 相互不起化学作用的混合气体的总压力等于各种气体分压力之和，即： P=P1+P2+……P n 2-4 这里所说的混合气体中某一组分气体的分压力，是指这种气体单独存在时所能产生的压力。道尔顿定律表明了
冲击波碎石的物理学基础汇总
冲击波碎石的物理学基础 孙西钊 冲击波碎石是物理学和医学相结合的新技术，理解和掌握有关冲击波的物理知 识，对于指导SWL的临床应用以及冲击波碎石机的研制均有重要意义。 冲击波的物理特性 冲击波是一种高能机械波，属于量子物理的研究范畴。由于冲击波的许多物理规 律与声波近似，为了便于理解，通常参照声学的物理知识来讲解和对比冲击波的形成、传播和波形等特性。冲击波的这些物理特性也是决定SWL和ESWT疗效和安全性的重要参数。 一、冲击波的发生 （一）冲击波的产生原理 从理论上讲，任何将能量转化为声波的物理原理都能用来产生冲击波。根据这一 论点，目前，已设计出了多种原理的冲击波碎石机。下面以经典的液电式冲击波为例，介绍液中放电时聚焦冲击波的发生过程。 液中放电是将贮存在储能电容器中的高压电能在电极对之间瞬间释放后发生的 火花放电现象。火花放电产生的高温使放电通道周围的液体形成一个等离子体(plasma)，主要是由H+、OH－、H2O、H2O2、臭氧分子、光子和电子等粒子组成。等离子体气化后形成一个膨胀的、密度极高的气泡，这个气泡具有高膨胀效应和对高温高 能的存储能力。在气泡内部可形成巨大的压力梯度，这一压力作用于水介质后，通过 水分子的机械惯性，使其以波的形式传播出去，就形成了正向的冲击波压力波。 （二）冲击波的脉冲形式 在用HM3型碎石机的SWL实验中，可见三个明显的压力脉冲（图3-1-1 ）。前两个
脉冲亦称作初级冲击波，其中，第一个脉冲是直达波脉冲，代表初级冲击波中未经椭球体反射的部分。因其能量较小，而且在F 1到F 2点的传播过程中，其幅度进一步衰减，所以这一直达脉冲的压力较小。第二个脉冲代表初级冲击波的聚焦部分，占冲击波总 能量的绝大部分（90％），其峰值的平均压力为72.5Mpa ，压力脉冲时间为 2.5μs 。从F 1到F 2之间的距离，初级冲击波在放电之后，直达冲击波和反射冲击波出现的时差为 29μs 。据此可以推算，冲击波通过这段距离的速度为1700m/s 。第三个脉冲约在放电之后的500μs 后发生，是一个较强的冲击波，但其压力幅度低于聚焦的初级冲击波。在发生原理上，与前两种液中放电后直接产生的冲击波有所不同，第三个冲击波是间接发生的。其发生过程是：当F 1周围的气泡膨胀到极限时，便停止膨胀，同时开始以加速度回缩。由于这种气泡的迅速塌陷和回缩，产生一个反抽性负压脉冲。这个负压性脉冲可引起F 2处的空化效应，即在焦区范围内产生大量的气泡。当其破裂之后便引发了第三个冲击波，亦称作次级冲击波。 时间（μｓ聚焦脉冲 气泡破裂脉冲压 力（k P a ）直达脉冲-6 -4 -2 2 4 6 8 10 12-100100200300400500600700 图3-1-1 冲击波焦点压力/时间示意图 二、冲击波的传播 （一）冲击波的形成过程 冲击波同超声波一样，也是一种压缩波。冲击波的基本物理性质是它能在介质中 膨胀和聚集，从而改变介质的密度。波的传播方式是介质沿着传播方向交替地压缩和舒张，既有类似超声波的单频声波，亦有包含宽频谱的声爆（冲击波） 。超声波在传
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第二讲：真空物理基础
第二讲：真空物理基础 对于任何一种真空产品或一项真空工艺，都有着专门的物理知识作为其工作原理的基础。但本次讲座所要介绍的，仅仅是那些在真空行业的各个领域中都会经常遇到的最基本的物理知识。主要包括气体及蒸汽的性质及其内部各种动力过程的规律(空间过程)、气体与固体间的作用规律(器壁过程)以及气体流动的规律。限于篇幅，每个方面只能作简单的介绍。 一、理想气体定律 首先应该说明，本节及以后几节中所介绍的定律和公式，是针对平衡状态下的理想气体得出的。不过，常温(与室温相比)低压(相对大气压而言)下的各种气体都可以看作是近似程度相当好地理想气体，因此，我们可以放心地把这些定律和公式应用于真空工程的绝大部分计算之中。这其中包括通常所涉及到的各种气体，甚至于接近饱和的蒸汽(如水蒸汽)；也包括各类气体状态过程，甚至于明显的非平衡状态(如气体的流动过程)。 气体的压力p(Pa)、体积V(m3)、温度T(K)和质量m(kg)等状态参量间的关系，服从下述气体实验定律： 1、波义耳～马略特定律：一定质量的气体，若其温度维持不变，气体的压力和体积的乘积为常数 pV = 常数(1) 2、盖·吕萨克定律：一定质量的气体，若其压力维持不变，气体的体积与其绝对温度成正比 V/T = 常数(2) 3、查理定律：一定质量的气体，若其体积维持不变，气体的压力与其绝对温度成正比。 p/T = 常数(3) 上述三个公式习惯上称为气体三定律。具体应用方式常为针对由一个恒值过程连结的两个气体状态，已知3个参数而求第4个参数。例如：初始压力和体积为P1、V1，的气体，经等温膨胀后体积变为V2，则由波义耳--马略特定律，可求得膨胀后的气体压力为P2 = P1V1/V2。这正是各种容积式真空泵最基本的抽气原理。 4、道尔顿定律：相互不起化学作用的混合气体的总压力等于各种气体分压力之和。 P = P1 + P2+····+ P n (4) 这里所说的混合气体中某一组分气体的分压力，是指这种气体单独存在时所能产生的压力。 道尔顿定律表明了个组分气体压力的相互独立和可线性叠加的性质。 5．阿佛加德罗定律：等体积的任何种类气体，在同温度同压力下均有相同的分子数；或者说，在温度同压力下，相同分子数目的不同种类气体占据相同的体积。1mol任何气体的分子数目叫做阿佛加德罗数，N A = 6.022×1023mol-1。在标准状态下(p o = 1.01325×105Pa，T o = 0o C），1mol 任何气体的体积称为标准摩尔体积，V o = 2.24×10-2m3mol-1。 根据上述气体定律，可得到反映气体状态参量p、V、T、m之间定量关系的理想气体状态方程： pV = m/M(RT) (5) 式中的M为气体的摩尔质量（kg/mol），R为普适气体常数，R=8.31J/（mol·K）。在已知p、V、T、m四参量中的任意三个量时，可由此式求出另外一个值。例如气体的质量m = pVM/（RT） 一定质量的气体，由一个状态（参量值为p1、V1、T1）经过任意一个热力学过程(不必是恒值过程)变成另一状态(参量值为p2、V2、T2)，根据状态方程，可得到关系式：p1V1/T1 = p2V2/T2 (6) 对（5）变换，还可计算单位体积空间内的气体分子数目和气体质量，即气体分子数密度n（m-3）和气体密度p（kg/m3）
浅谈物理学与科学技术的关系
浅谈物理学与科学技术的关系 在目前的新世纪，科学技术的发展对我们的生活水平、生活方式、文化教育等方面的影响是极为深刻的。从日常的衣食住行中，处处可以感受到科学技术给我们生活带来的变化。各种合成纤维大大丰富了人们的衣着面料；农业的增产提供了丰富的食品，改善了人民的食品结构；至于汽车、飞机的发明和普及带给人们交通的方便、快捷；医学的进步提高了人民的健康水平，延长了平均寿命；教育的普及提高了人民的文化水平；电灯、电话、家用电器的普及大大方便了我们的生活……这样的例子不胜枚举。而这些发展却离不开物理学…… 物理学作为严格的、定量的自然科学带头学科,一直在科学技术的发展中发挥着极其重要的作用。过去如此,现在如此,展望将来亦是如此。现代科学技术正以惊人的速度发展。而在物理学中每一项科学的发现都成为了新技术发明或生产方法改进的基础。首先,物理学定律是揭示物质运动的规律的,使人们在技术上运用这些定律成为可能；第二,物理学有许多预言和结论,为开发新技术指明了方向；第三,新技术的发明,改进和传统技术的根本改造,无论是原理或工艺,也无论是试验或应用,都直接与物理学有着密切的关系。若没有物理基本定律与原理的指导,可以毫不夸大地说,就不可能有现代生产技术的大发展。 在18世纪以蒸汽机为动力的生产时代，蒸汽机的不断提高改进，物理学中的热力学与机械力学是起着相当重要的作用的。 1866年，西门子发明电机，1876年贝尔发明了电话，1879年爱迪生发明电灯，这三大发明照亮了人类实现电气化的道路，电力在生产技术中日益发展起来了。这样的成功与物理中电磁学理论的建立与应用是密不可分的。。 20世纪初相对论和量子力学的建立，诞生了近代物理，开创了微电子技术的时代。半导体芯片,电子计算机等随之应运而生。可以毫不夸张的说，没有量子力学也就没有现代科技。 20世纪60年代初，激光器诞生。激光物理的进展为激光在制造业、医疗科技和国防工业中的应用打开了大门。 20世纪80年代高温超导体的研究取得了重大突破，为超导体的实际应用开辟了道路。磁悬浮列车等。80年代，我国高温超导的研究走在世界的前列。 20世纪90年代发展起来的纳米技术，使人们可以按照自己的需要设计并重新排列原子或者原子团，使其具有人们希望的特性。纳米材料的应用现是一个新兴的又应用很广泛的前沿技术。秦始皇兵马俑的色彩防脱。 在牛顿力学和万有引力定律的基础上发展起来的空间物理，能把宇宙飞船送上太空，使人类实现了飞天的梦想。 激光物理的进展使激光在制造业、医疗技术和国防工业等多个领域中得到了广泛的应用。 生命科学的发展也离不开物理学。脱氧核糖核酸（DNA）是存在于细胞核中的一种重要物质，它是储存和传递生命信息的物质基础。1953年生物学家沃森和物理学家克里克利用X射线衍射的方法在卡文迪许（著名实验物理学家）的实验室成功地测定了DNA的双螺旋结构。 ……
7-0_真空技术基础知识.
第七单元 真空技术 7-0 真空技术基础知识 “真空”是指气体分子密度低于一个大气压的分子密度稀薄气体状态。真空的发现始于1643，那年托利拆利（E.Torricelli ）做了有名的大气压力实验，将一端密封的长管注满水银倒放在盛有水银的槽里时，发现了水银柱顶端产生了真空，确认了真空的存在。此后，人们不断致力于提高真空度，随着科学技术的发展，现在已经能够获得低于10-10Pa 的极高真空。 在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减小，分子在一定时间内碰撞于表面上的次数亦相对减小，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流减小，氧化作用小，气体污染小，气化点降低，高真空的绝缘性能好等等，这些特征使得真空特别是高真空技术已发展成为先进技术之一，目前，在高能粒子加速器、大规模集成电路、表面科学、薄膜技术、材料工艺和空间技术等科学研究的领域中占有重要地位，被广泛应用于工业生产，尤其是在电子工业的生产中起着关键的作用。 一、真空物理基础 1． 真空的表征 表征真空状态下气体稀薄程度的物理量称为真空度。单位体积内的分子数越少，气体压强越低，真空度越高，习惯上采用气体压强高低来表征真空度。 在SI 单位制中，压强单位为 牛顿/米2 （N/m 2）： 1牛顿/米2 =1帕斯卡（Pascal ）， （7-0-1） 帕斯卡简称为帕（Pa ），由于历史原因，物理实验中常用单位还有托（Torr ）。 1标准大气压（atm ）=1.0135×105(Pa)， 1托=1/760标准大气压 （7-0-2） 1托=133.3帕斯卡 习惯采用的毫米汞柱（mmHg ）压强单位与托近似相等（1mmHg=1.00000014）托。各种单位之间的换算关系见附表7-1 2． 真空的划分 真空度的划分（不同程度的低气压空间的划分）与真空技术的发展历史密不可分。通常可分为： 低真空（Pa 10~101 3 -）、高真空（Pa 10~1061 --）、超高真空（Pa 10~10-10 -6）和极高真空 （低于Pa 10 10 -）。 20世纪70年代进一步提高到的宽达20个数量级的真空度范围，并随着某些新技术、新材料、新 工艺的应用和开拓，将进一步接近理想的真空状态。 3． 描述真空物理性质的主要物理参数 （1）分子密度：用于表示单位体积内的平均分子数。气体压强与密度的关系为 nkT p = （7-0-3） 其中n 为分子密度，k 为玻耳兹曼常数，T 为气体温度。 （2）气体分子平均自由程：平均自由程是指气体分子在连续两次碰撞的间隔时间里所通过的平均距离。对同一种气体分子的平均自由程为 p kT 2 2πσλ= （7-0-4）
超声物理学与工程学基础知识
超声诊断的基础知识与新技术应用 第一节超声诊断基础知识 一、超声物理性质 （一）超声为一种高频机械振动波，其振动频率超过人耳听觉范围（20Hz～20KHz）的高频声波，具有声波的共同物理性质，必须通过弹性介质进行传播，在液体、气体和人体软组织中的传播方式为纵波，并具有反射、折射、衍射和散射特性，在不同的介质中如在空气、液体、人体软组织与骨骼中分别具有不同的声速和不同的衰减，以及在介质传播过程中依照两个介质声阻抗差的不同，产生反射的强度不一，以上这些物理特性是超声诊断的主要物理基础。 目前临床上最常用的超声频率是2～10MHz。 （二）不同频率的声波在同一介质中传播的速度（C）基本相同，因此超声波长（λ）与频率（f）成反比，即频率愈高，波长则愈短。在不同的介质中声速却不相同，如空气（20℃）344m/s，水（37℃）1524 m/s，肝脏1570 m/s，脂肪1476 m/s，颅骨3360 m/s。人体软组织的声速平均为1540 m/s，与水的声速1500 m/s相近，人体中骨骼的声速最高，相当于软组织平均声速的2倍以上。 频率（f）、波长（λ）和声速（C）三者之间的关系：λ= C/ f （三）超声波在传播中具良好的指向性，其能量所达到空间为超声场，简称为声场或声束。声束的形状、大小（粗细）及声束本身的能量分布是特殊的，与探头的形状、大小、阵元数以及工作频率、聚焦方式与效果等有很大差异。此外，声束还受人体组织间互相作用的影响，如人体组织不同程度吸收、衰减、反射、折射和散射等影响。因此人体组织内的超声束（声场）复杂多变性，此外，声束由一个大的主瓣和许多小的旁瓣所组成，旁瓣容易产生伪差，同时声束的指向性也受近场长度与扩散角的影响，超声的频率愈高，波长愈短，则近场愈长，扩散角愈小，声束指向性愈好，增加探头孔经可改善声束的指向性，但是探头直径增加会降低横向分辨力。因此目前的超声诊断装置都采用良好的聚焦技术，以减少远场声束扩散。 （四）超声波在不同声阻抗的组织界面产生散射或反射，形成回声，界面的声阻抗差愈大，回声愈强，反之声阻抗差愈小，回声愈弱，无声阻抗差则无回声。入射声束垂直于大界面（指界面长度大于声束波长）时，回声反射强，当入射声束与大界面倾斜时，回声反射减弱，如果倾斜度≥20°，则几乎检测不到回声反射，也称“回声失落”。当
第一章_真空技术基础
第一章真空技术基础 本章主要内容： 1. 真空的基本知识 2. 真空的获得 3. 真空的测量 4. 稀薄气体的基本性质 5. 真空配件、检测 1
§1-1 气体与真空 Air, as a gas, is composed of molecules that you can imagine as round elastic balls. Molecules move in straight lines until they collide with neighboring molecules or the container wall.
THE ATMOSPHERE IS A MIXTURE OF GASES PARTIAL PRESSURES OF GASES CORRESPOND TO THEIR RELATIVE VOLUMES GAS SYMBOL PERCENT BY VOLUME PARTIAL PRESSURE TORR PASCAL Nitrogen N 27859379,000 Oxygen O 22115821,000 Argon Ar0.937.1940 Carbon Dioxide CO 20.030.2533 Neon Ne0.0018 1.4 x 10-2 1.8 Helium He0.0005 4.0 x 10-3 5.3 x 10-1 Krypton Kr0.00018.7 x 10-4 1.1 x 10-1 Hydrogen H 20.00005 4.0 x 10-4 5.1 x 10-2 Xenon Xe0.0000087 6.6 x 10-58.7 x 10-3 Water H 2 O Variable 5 to 50665 to 6650
7-0真空技术基础知识
第七单元真空技术 7-0真空技术基础知识 “真空”是指气体分子密度低于一个大气压的分子密度稀薄气体状态。真空的发现始于1643,那 年托利拆利(E.Torricelli )做了有名的大气压力实验，将一端密封的长管注满水银倒放在盛有水银的槽里时，发现了水银柱顶端产生了真空，确认了真空的存在。此后，人们不断致力于提高真空度，随着科学技术的发展，现在已经能够获得低于10-10Pa的极高真空。 在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减小，分子在一定时间内碰撞于表面上的次数亦相对减小，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流减小，氧化作用小，气体污染小，气化点降低，高真空的绝缘性能好等等，这些特征使得真空特别是高真空技术已发展成为先进技术之一，目前，在高能粒子加速器、大规模集成电路、表面科学、薄膜技术、材料工艺和空间技术等科学研究的领域中占有重要地位，被广泛应用于工业生产，尤其是在电子工业的生产中起着关键的作用。 一、真空物理基础 1. 真空的表征 表征真空状态下气体稀薄程度的物理量称为真空度。单位体积内的分子数越少，气体压强越低，真空度越高，习惯上采用气体压强高低来表征真空度。 在SI单位制中，压强单位为牛顿/米2( N/m 2): 2 1 牛顿/米=1 帕斯卡(Pascal), (7-0-1) 帕斯卡简称为帕(Pa),由于历史原因，物理实验中常用单位还有托( Torr)。 1 标准大气压(atm) =1.0135 K05(Pa), 1托=1/760标准大气压(7-0-2) 1托=133.3帕斯卡 习惯采用的毫米汞柱(mmHg )压强单位与托近似相等(1mmHg=1.00000014 )托。各种单位之间的换算关系见附表7-1 2. 真空的划分 真空度的划分(不同程度的低气压空间的划分)与真空技术的发展历史密不可分。通常可分为： 低真空(103 ~10 1Pa)、高真空(10 1 ~ 10 6Pa)、超高真空(10-6 ~ 10-10Pa )和极高真空 (低于10 10Pa )。 20世纪70年代进一步提高到的宽达20个数量级的真空度范围，并随着某些新技术、新材料、新 工艺的应用和开拓，将进一步接近理想的真空状态。 3. 描述真空物理性质的主要物理参数 (1)分子密度：用于表示单位体积内的平均分子数。气体压强与密度的关系为 p nkT (7-0-3) 其中n为分子密度，k为玻耳兹曼常数，T为气体温度。 (2)气体分子平均自由程：平均自由程是指气体分子在连续两次碰撞的间隔时间里所通过的平均 距离。对同一种气体分子的平均自由程为 (7-0-4)
大学物理教案真空中的静电场
第五章真空中的静电场 第一节电荷、库仑定律 一、 电荷 电子具有电荷191.6021910e C -=-?(库仑)，质子具有电荷 191.6021910p C e -=?，中子不带电。物理学对电荷的认识可概括为： (1)电荷和质量一样，是基本粒子的固有属性； (2)电荷有两种：正电荷和负电荷，一切基本粒子只可能具有电子或质子所具有电荷的整数倍； (3)电荷具有守恒性； (4)电荷之间的相互作用，是通过电场作媒质传递的。 不同质料物体相摩擦后，每个物体有若干电子脱离原子束缚，进入到对方物体中去，双方失去电子数目不一样，一个净获得电子，一个净失去电子，这就是摩擦起电。核反应中，电荷也是守恒的，例如 用α粒子42He 去轰击氮核147 N ，结果生成178O 和质子11H 反应前后，电荷总数皆为9e 。 根据(2)，电荷€电场€电荷，质量€引力场€质量。 在电解液中，自由电荷是酸碱盐溶质分子离解成的正、负离子；在电离的气体中，自由电荷也是正、负离子，不过负离子往往就是电子；在超导中，传导电流的粒子是电子对(库珀对)，还可能是极化子、双极化子、孤子等。
从微观上去看，电荷是分立的，宏观上来看，其最小变化量与宏观粒子系统的总电荷量比较完全可被当作无穷小处理。所以宏观小微观大的带电体，电荷的连续性与分立性得到了统一。 二、 库仑定律 12301 4q q F r r πε=r r 或122014r q q F e r πε=r r 0ε为真空电容率(vacuumpermittivity)， 其数值为()()1222122208.85418781810/8.8510/C N m C N m ε--=??≈?? 介质中的库仑力 0r εεε=是电介质的介电常数，r ε是相对介电常数。 电介质中作用力比真空中小，是因为介质极化后，在点电荷周围出现了束缚电荷。它削弱了原点电荷之间的作用。 三、 叠加原理 实验表明，如果同时存在多个点电荷相互作用，则任意两个点电荷之间的相互作用，并
红外技术的物理基础及其在家用电器中的应用
红外技术的物理基础及其在家用电器中的应用 葛传艳 红外技术顾名思义就是红外辐射技术。红外辐射习惯上称为红外线，也称热辐射。从十九世纪初红外辐射被发现一直到今天，红外技术在很多领域都发挥着重要的作用，在家用电器中也得到广泛的应用。 一、红外技术的物理基础 红外技术的发展以红外线的物理特性为基础。红外线是由于物质内部带电微粒的能量发生变化而产生的，它是一种电磁波，处于可见光谱之外，突出特点是热作用显著。红外线波长介于可见光与无线电波之间，从0.75μm~1000μm，可分为四个波段：近红外（0.75μm~３μm）、中红外（３μm~６μm）、远红外（６μm~1５μm）和极远红外（１５μm~1000μm），红外线具有以下特性： １、光电效应 当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象叫做光电效应。红外线光子的能量低于可见光光子，它能对一些较活泼的金属产生光电效应（即红外光电效应），红外光电效应是红外技术得到应用的关键，通过红外光电效应可把红外光转换成电信号，经放大后，作用到荧光屏上，再把电信号转换成可见光，使人眼看得见红外线照射的物体。 ２、红外辐射 实验表明，物体在任何温度下都要向周围空间辐射电磁波，物体在一定时间内向周围辐射电磁波的能量的多少以及能量按波长（或频率）的分布与物体的温度有关。在室温下，大多数物体发出的辐射能分布在电磁波谱的红外线部分，随着温度的升高，辐射能量也随着增加。同时，辐射能的分布逐渐向频率高的方向移动，即温度越高，辐射能中高频电磁波成分愈多。自然界的一切物体都是红外辐射源，物体温度不同，辐射的红外线波长就不同，温度越高波长越短，并且产生的红外线越多。 二、红外技术在家用电器中的应用 １、红外技术在取暖器具上的应用 实验证明，物体最容易吸收的是远红外线，因此，利用远红外线加热，是日益采用的新技术。红外线电热元件是利用辐射方式给物体加热的，它常用于取暖器具和烘箱。利用红外线加热具有升温迅速、穿透力强、加热均匀、节能等优点。在寒冷的冬季，红外电热器具已成为人们取暖的一种重要手段。 ２、红外技术在电热炊具上的应用 传统的炊具是使用普通燃气灶加热食物，考虑到气体在燃烧过程中有明火且会产生有害气体、热效率不高等原因，人们通过特殊的设计将煤气燃烧所产生的热量转化为无焰燃烧红外线热辐射传递，由于燃烧方式与传统机理上的革命，使
第二讲真空物理基础
第二讲:真空物理基础 第二讲：真空物理基础(1) 对于任何一种真空产品或一项真空工艺，都有着专门的物理知识作为其工作原理的基础。但本次讲座所要介绍的，仅仅是那些在真空行业的各个领域中都会经常遇到的最基本的物理知识。主要包括气体及蒸汽的性质及其内部各种动力过程的规律(空间过程)、气体与固体间的作用规律(器壁过程)以及气体流动的规律。限于篇幅，每个方面只能作简单的介绍。 一、理想气体定律 首先应该说明，本节及以后几节中所介绍的定律和公式，是针对平衡状态下的理想气体得出的。不过，常温(与室温相比)低压(相对大气压而言)下的各种气体都可以看作是近似程度相当好地理想气体，因此，我们可以放心地把这些定律和公式应用于真空工程的绝大部分计算之中。这其中包括通常所涉及到的各种气体，甚至于接近饱和的蒸汽(如水蒸汽)；也包括各类气体状态过程，甚至于明显的非平衡状态(如气体的流动过程)。 气体的压力p(Pa)、体积V(m3)、温度T(K)和质量m(kg)等状态参量间的关系，服从下述气体实验定律： 1、波义耳～马略特定律：一定质量的气体，若其温度维持不变，气体的压力和体积的乘积为常数 pV = 常数 (1) 2、盖·吕萨克定律：一定质量的气体，若其压力维持不变，气体的体积与其绝对温度成正比 V/T = 常数 (2) 3、查理定律：一定质量的气体，若其体积维持不变，气体的压力与其绝对温度成正比。 p/T = 常数 (3) 上述三个公式习惯上称为气体三定律。具体应用方式常为针对由一个恒值过程连结的两个气体状态，已知3个参数而求第4个参数。例如：初始压力和体积为P1、V1，的气体，经等温膨胀后体积变为V2，则由波义耳--马略特定律，可求得膨胀后的气体压力为P2 = P1V1/V2。这正是各种容积式真空泵最基本的抽气原理。 4、道尔顿定律：相互不起化学作用的混合气体的总压力等于各种气体分压力之和。 P = P1 + P2+····+ P n (4) 这里所说的混合气体中某一组分气体的分压力，是指这种气体单独存在时所能产生的压力。
真空技术基础知识
真空技术基础知识
前言 1. 真空 “真空”来源于拉丁语“Vacuum ”，原意为“虚无”，但绝对真空不可达到，也不存在。只能无限的逼近。即使达到10-14—10-16托的极高真空，单位体积内还有330—33个分子。 在真空技术中，“真空”泛指低于该地区大气压的状态，也就是同正常的大气比，是较为稀薄的气体状态。真空是相对概念，在“真空”下，由于气体稀薄，即单位体积内的分子数目较少，故分子之间或分子与其它质点（如电子、离子）之间的碰撞就不那么频繁，分子在一定时间内碰撞表面（例如器壁）的次数亦相对减少。这就是“真空”最主要的特点。利用这种特点可以研究常压不能研究的物质性质。如热电子发射、基本粒子作用等。 2. 真空的测量单位 一、用压强做测量单位 真空度是对气体稀薄程度的一种客观量度，作为这种量度，最直接的物理量应该是单位体积中的分子数。但是由于分子数很难直接测量，因而历来真空度的高低通常都用气体的压强来表示。气体的压强越低，就表示真空度越高，反之亦然。 根据气体对表面的碰撞而定义的气体的压强是表面单位面积上碰撞气体分子动量的垂直分量的时间变化率。因此，气体作用在真空容器表面上的压强定义为单位面积上的作用力。 压强的单位有相关单位制和非相关单位制。相关单位制的各种压强单位均根据压强的定义确定。非相关单位制的压强单位是用液注的高度来量度。 下面介绍几种常用的压强单位。 【标准大气压】（atm ） 1标准大气压=101325帕 【托】（Torr ） 1托=1/760标准大气压 【微巴】（μba ） 1μba=1达因/厘米2 【帕斯卡】（Pa ）国际单位制 1帕斯卡=1牛顿/m2 【工程大气压】（at ） 1工程大气压=1公斤力/厘米2 二、用真空度百分数来测量 %100760 760%?-=P δ 式中P 的单位为托，δ为真空度百分数。此式适用于压强高于一托时。 3. 真空区域划分 有了度量真空的单位，就可以对真空度的高低程度作出定量表述。此外，为实用上便利起见，人们还根据气体空间的物理特性、常用真空泵和真空规的有效使用范围以及真空技术应用特点这三方面的差异，定性地粗划为几个区段。但这种划分并不是十分严格的，下面介绍一种划分方法。 粗真空＜760~10托 低真空＜10~10-3托 高真空＜10-3~10-8托 超高真空＜10-8~10-12托 极高真空＜10-12托
7-0 真空技术基础知识.
第七单元真空技术 7-0 真空技术基础知识 “真空”是指气体分子密度低于一个大气压的分子密度稀薄气体状态。真空的发现始于1643，那年托利拆利（E.Torricelli）做了有名的大气压力实验，将一端密封的长管注满水银倒放在盛有水银的槽里时，发现了水银柱顶端产生了真空，确认了真空的存在。此后，人们不断致力于提高真空度，随着科学技术的发展，现在已经能够获得低于10-10Pa的极高真空。 在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减小，分子在一定时间内碰撞于表面上的次数亦相对减小，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流减小，氧化作用小，气体污染小，气化点降低，高真空的绝缘性能好等等，这些特征使得真空特别是高真空技术已发展成为先进技术之一，目前，在高能粒子加速器、大规模集成电路、表面科学、薄膜技术、材料工艺和空间技术等科学研究的领域中占有重要地位，被广泛应用于工业生产，尤其是在电子工业的生产中起着关键的作用。 一、真空物理基础 1．真空的表征 表征真空状态下气体稀薄程度的物理量称为真空度。单位体积内的分子数越少，气体压强越低，真空度越高，习惯上采用气体压强高低来表征真空度。 2在SI单位制中，压强单位为牛顿/米（N/m2）： 2 1牛顿/米=1帕斯卡（Pascal），（7-0-1） 帕斯卡简称为帕（Pa），由于历史原因，物理实验中常用单位还有托（Torr）。1标准大气压（atm）=1.0135×105(Pa)， 1托=1/760标准大气压（7-0-2） 1托=133.3帕斯卡 习惯采用的毫米汞柱（mmHg）压强单位与托近似相等（1mmHg=1.00000014）托。各种单位之间的换算关系见附表7-1 2．真空的划分 真空度的划分（不同程度的低气压空间的划分）与真空技术的发展历史密不可分。通常可分为：低真空（10~10Pa）、高真空（10 （低于10-103-1-1-6-10~10-6Pa）、超高真空（10~10Pa）和极高真空Pa）。 20世纪70年代进一步提高到的宽达20个数量级的真空度范围，并随着某些新技术、新材料、新工艺的应用和开拓，将进一步接近理想的真空状态。 3．描述真空物理性质的主要物理参数 （1）分子密度：用于表示单位体积内的平均分子数。气体压强与密度的关系为p=nkT （7-0-3）
20世纪物理学进展与百年重大新技术
20世纪物理学进展与百年重大新技术 当我们翻开科技发展史册，不难发现许多重大应用技术都是建立在物理科学研究的成果之上的，如人类近代社会发生的三次技术革命中，起到关键性作用的都是物理科学的创新成果．第一次技术革命开始于18世纪60年代，主要标志是蒸汽机的广泛应用，这是牛顿力学和热力学发展的结果；第二次技术革命发生在19世纪70年代，主要标志是电力的广泛应用和无线电通信的实现，这是电、磁现象的研究和经典电磁场理论的重大突破所带来的辉煌成果；第三次技术革命发生在20世纪40年代，基础科学的研究成果引起了技术上一系列革命性的突破，产生了一系列高新技术，如核能源技术、激光技术、电子计算机技术、电子与信息技术、生物工程技术、材料技术、空间技术等，形成了现代技术群，它们已经扩散到社会生产和生活的各个领域.然而，在这个庞大的技术群中，几乎没有一项与现代基础科学无密切关系，尤其是20世纪物理科学的百年成果，给现代高新技术的研究、开发、利用，提供了不 尽的源泉和坚实的基础. 一、从“质能公式的提出”到核技术 1905年9月，爱因斯坦创立狭义相对论，并在他的题为“物质的惯性与它所含的能量相关吗”论文中，揭示了质量与能量之间的关系，提出了著名的质能公式E=mc2，这就从理论上预言了原子内部蕴藏着巨大的能量.能否开发和利用这些能量?当时人类则抱有悲观态度，甚至大科学家卢瑟福也认为“通过原子的变换去探索能源，那简直是无稽之谈”. 然而，人类的认识是不会停滞的，科学技术必然是不断进步的.1909年3月，物理学家盖革和马斯顿进行了著名的α粒子散射实验；卢瑟福了解到此实验中α粒子出现了反常的漫散射现象，他则以原子内存在强电场的观点，探索α粒子大角散射的内在原因，推断出原子由带负电的电子和带正电的原子核构成，并据此于1911年提出了原子有核结构，确立了“原子核”概念；1913年，玻尔以卢瑟福原子模型为基础，引入量子概念，构筑了一个新的原子模型——量子化原子模型；1919年，卢瑟福又用天然放射源放射出来的α粒子轰击氮， 首次发现了原子核的人工嬗变，即 这个实验既发现了在原子核中有呈中性的质子，也第一次用人工方法成功地把一种元素转变为另一种元素，从而开辟了人为变革原子核的途径. 那么，原子核又由什么组成呢?由于当时已知的粒子只有电子和质子，而且研究得最多的是氢原子，因此，曾认为原子核是由质子组成的.然而，因氦原子有两个电子，那么氦核则由两个质子组成，于是氦原子的质量就是氢原子的二倍，可是实际上却是四倍!有人认为原子核是由质子和电子组成的，但这又引起许多矛盾；1920年卢瑟福在英国皇家学会的一次演讲中，大胆地提出可能存在一种中性基本粒子，其质量与质子大体相等.如果原子核内存在这种粒子，则可圆满地说明原子核的组成.此后，卡文迪许实验室用了十年时间寻找这种中性粒子，但却一无所获.1932年3月27日《Nature》（自然杂志）刊登了物理学家查德威克的一篇论文，他提出：α粒子轰击铍所产生的“铍辐射”并不是α射线，而是一种新粒子，此新粒子不带电荷，因此取名为“中子”.由此，物理学家则提出了原子核的质子-中子模型.
工程物探新技术在岩土工程中的应用
工程物探新技术在岩土工程中的应用 及发展 1.前言 工程物探是在原地球物理勘探基础上发展而来，五、六十年代服务于水文地质、工程地质，成为工程勘察的一个组成部分。上世纪八十年代，随着国民经济的高速发展，推动了电子技术的发展，计算机技术开始广泛应用于各个技术领域，从而带动了工程物探技术的发展。工程物探紧随工程勘察向岩土工程延伸、向岩土工程测试、监测、检测转化，已成为岩土工程的一个组成部分。工程物探技术，周期短，成本低，信息量大，服务面广，是无损检测，其作用和地位得到了肯定。 2.工程物探技术方法与设备 在中国，工程物探始建于上世纪50年代，近二十年来有了较大发展，目前主要开展的方法有：浅层地震（反射波法、折射波法）、面波法、地震映象法、高密度电法、地质雷达、瞬变电磁法（TEM法）、工程CT（层析成象技术）、桩基无损检测技术、地下管线探测技术、工程测井、声波探测和常时微动测试等。 2.1浅层地震法 浅层地震法是根据地下介质的波阻抗差异，利用纵波勘探的一种人工地震探测方法，可以用于研究与岩土工程有关的地质、构造、岩土体的物理力学特性，测定覆盖层厚度，确定基岩埋深起伏情况，查找构造追索断层等。 2.2瑞利面波法 瑞利面波法是根据地下介质的物性差异，利用瑞利面波勘探的一种人工地震探测方法。该方法具有能量大，衰减慢，在不同介质中传播进程中遇到密度变化时会出现频散现象，速度突然变化，在频散曲线上出现异常。可用于探测地下异常体及密度变化情况。2.3地质雷达
地质雷达是根据地下介质的电性差异，利用电磁波检测地下异常体或地层分层的一种检测方法，天线中心频率不同，探测深度及分辨率，随之改变，可根据具体情况选择不同天线。该方法可用于基础处理的质量监理，地下异物，地下洞室开挖的预报测深。 2.4高密度电法 高密度电法原理与普通电法相同，是利用地下介质的电性差异，人工供电测量一次场分布的探测方法，但它集中了剖面法和测深法的功能，施工效率高，信息量大。可用于管线调查，物探找水，采空区、岩溶、滑坡等灾害的物探调查。 2.5瞬变电磁法 瞬变电磁法是观测二次场，具有体积小，受地形影响小，纵向分辨率高，工作效率高等优点，可用于判断地质体的电性、产状、规模。 2.6工程测井 是利用钻孔作地下物探的一种方法。在孔内放置各种传感器，接收采集孔内地球物理信息，进而分析推断孔壁的地质特征，可划分地层，地质剖面，区分岩性，确定岩石的物理参数，研究孔壁及孔内技术情况（裂隙、岩溶、孔径、孔斜等地质问题，以及砼离析、空洞等施工问题）。目前常用的测井方法有：电测井、波速测井、声波测井、电磁波测井、放射性测井，井中电视；井径、流量测井等。 2.7工程CT 工程CT是在其它方法获取大量信息基础上，利用代数重现，联合迭代，反褶积等计算方法，重视被测体的二维或三维图象。可用于多种物理探测的资料处理。2.8设备 改革开放前，我国物探设备相对较简陋，主要是来自前苏联及东欧以及国内仿制设备。20世纪八十年代后，引进了欧美等西方国家的先进设备，以及随着我国经济及科技水平的高速发展，涌现出的大量的高性能国产物探设备。国产设备在数据采集记录，处理分析等方面有了突破性进展，极大地促进了物探
八年级物理上册基础真空题
八年级物理上册基础题姓名计分 机械运动 1、长度的测量工具是（），国际单位是（），时间的测量工具 是（），国际单位是（）。 2、1毫米=( )微米 1微米=（）纳米 3、使用刻度尺前要注意的三点（） 4、使用时要注意的三点（） 5、（）叫误差，减小误差的方法 （），误差和错误的相同点 （），不同点（）。 6、（）叫机械运动， （）属于机械运动， （）不属于机械运动。 7、（）叫参照物。物体的运动和静止是 （）。 8、（）叫速度，公式是（）。速度 的国际单位是（），这个单位是（）单位，1米/秒= （）千米/小时。 9、运动按路线的曲直分为（），按速度分为（）。声现象 1、一切发声的物体都在( )。振动停止发声也( )。振动的物体叫( )。 2、声音的传播需要( )，( )不能传声。 3、声音在介质中的传播速度简称( )。声音在15℃空气中的传播速度是 ( )m/s。 4、回声是由于声音在传播过程中遇到障碍物被( )而形成的。 5、声音在固液气中传播的速度按由大到小排列（） 二、我们怎样听到声音（外界——） 3、骨传导:（） 三、乐音及三个特征是( ) 1、乐音是物体（）振动时发出的声音。 2、音调：人感觉到的声音的( )。音调跟发声体( )有关系，频率越高音调越( )；频率越低音调越( )。 ( )叫频率，一个物体３秒振动６０００次，它的频
率是( )。人耳听到的频率范围是( ) ( )叫超声波，( )叫次声波。； 3、响度：人耳感受到的声音的( )。响度跟发生体的( )和距发声距离的( )有关。物体在振动时，偏离原来位置的最大距离叫 ( )。振幅越大响度( )。 4、音色：由( )决定。人们根据( )能够辨别乐器或区分人。 四、噪声的危害和控制 2、物理学角度看，噪声是指( )发出的声音；环境保护的角度噪声是指 ( )的声音。 3、人们用( )（dB）来划分声音等级。 4、减弱噪声的方法：在声源处减弱、在传播过程中减弱、在人耳处减弱。５、防止噪声的方法( ) 五、声的利用 可以利用声来传播( )和传递( ) 传播信息的具体应用有（）传播能量的具体应用有（） 第三章《物态变化》复习提纲 一、温度 1、定义：温度表示( )。 2、单位： ①国际单位制中采用热力学温度。 ②常用单位是摄氏度（℃）规定：在一个标准大气压下冰水混合物的温度为( )度，沸水的温度为( )度，它们之间分成100等份，每一等份叫( )摄氏度，某地气温-3℃读做：零下3摄氏度或负3摄氏度 3、测量——温度计（常用液体温度计） 温度计的原理：利用液体的( )进行工作。 分类及比较： 分类 :实验用温度计, 寒暑表 ,体温计 用途: 测物体温度, 测室温, 测体温 使用方法使用时不能甩，测物体时不能离开物体读数使用前甩可离开人体读数 常用温度计的使用方法： 1、熔化和凝固 ①熔化： 定义：物体从( )态变成( )态叫熔化。 晶体物质：海波、冰、石英水晶、奈、各种金属非晶体物质：松香、石蜡玻璃、沥青、蜂蜡食盐、明矾、 ②凝固： 定义：物质从( )态变成( )态叫凝固。