簡介：第六章物理學(xué)信息檢索,第一節(jié)英國科學(xué)文摘,一、概況科學(xué)文摘（SCIENCEABSTRACTS，簡稱SA）創(chuàng)刊于1898年，當(dāng)時由英國電氣工程師學(xué)會IEE和倫敦物理學(xué)會PS聯(lián)合推出。最初,只報道物理學(xué)與電工學(xué)文獻(xiàn),以物理學(xué)原理、聲、光、電、電工基礎(chǔ)、電力和發(fā)動機等為主要內(nèi)容,并且以單卷冊的形式編輯出版。,1903年5月，SA分為兩個專輯出版，即A物理文摘；B電工文摘。1966年6月出版控制文摘,增為SA中的C輯,并將其B輯更名為電氣與電子學(xué)文摘。1967年1月SA推出電子版出版物INSPEC數(shù)據(jù)庫即物理、電氣與控制工程信息服務(wù)數(shù)據(jù)庫,并拓寬了印刷型文本的報道內(nèi)容。,1969年將其C輯控制文摘更名為控制與計算機文摘,使其收錄報道內(nèi)容更加寬泛。1970年，SA推出磁帶版文本。1972年統(tǒng)一啟用INSPEC分類法標(biāo)引文獻(xiàn)，而1973年主題詞法文獻(xiàn)標(biāo)引的啟用，則又給計算機檢索提供了技術(shù)條件。1973年春首次實現(xiàn)全國聯(lián)機檢索，但提供的檢索文獻(xiàn)量不夠大。同年9月，INSPEC數(shù)據(jù)進入美國的DIALOG檢索系統(tǒng)，實現(xiàn)了洲際性的國際聯(lián)機檢索，也是英國最早實現(xiàn)國際聯(lián)機檢索的第一個數(shù)據(jù)庫。,SA的機讀數(shù)據(jù)庫又于1983年增編D部分信息技術(shù)，包括商務(wù)與金融信息技術(shù)、通訊、計算機與系統(tǒng)、工程與工業(yè)信息技術(shù)、管理、辦公自動化。1991年9月，SA通過UMI公司生產(chǎn)CDROM，1998年6月，又發(fā)行了WINDOWS系統(tǒng)下的光盤版。1995年1月，SA兼并德國的物理簡訊雜志，合并在物理文摘分冊。,,SA現(xiàn)由英國電氣工程師學(xué)會THEINSTITUTEOFELECTRICALITHACA,NY,USA,69MAY,1994,BERLIN,GERMANYSPRINGERVERLAG199419547,19558,1965676,22184,22536,2257982,22771,23129,5團體著者索引（CORPORATEAUTHORINDEX）該索引的前身是專利索引和報告索引。該索引現(xiàn)按團體著者名稱的字順排列，并注明地址、文獻(xiàn)篇名、報告號或?qū)＠栆约皩?yīng)的文摘號，同一團體著者的文獻(xiàn)按其篇名字順排列。INSTELECTRKGRAFF,BERLIN,GERMANYSPRINGER199520197,4引用期刊一覽表（LISTOFJOURNALS）該表只出現(xiàn)在下半年的累積本中，可由刊名縮寫查找刊名全稱。并可了解國別、編輯出版者及地址等信息。CHINJELECTRONCHINACHINESEJOURNALOFELECTRONICS,CHINESEINSTITUTEOFELECTRONICS,12NONGZHANGUANNANLUROAD,BEIJING100026,CHINA,5INSPEC敘詞表INSPECTHESAURUS科學(xué)文摘主題索引的標(biāo)目選自INSPEC敘詞表。該敘詞表分為字順表和詞族表兩部分。在字順表中列出全部敘詞和一些非敘詞。它們用USE（用）和UF（USEDFOR，代）相互參照。對于每個敘詞還設(shè)置NTNARROWERTERM，下位敘詞,BTBROADERTERM，上位敘詞,TTTOPTERM，族首詞,RTRELATEDTERM，相關(guān)敘詞等參照項。此外，還列出該敘詞所屬的CCCLASSIFICATIONCODE，此號用于INSPEC磁帶服務(wù)和FCFULLFORMOFCODE，此號供輸入INSPEC數(shù)據(jù)庫用，以及該敘詞的啟用日期DI（DATEOFINPUT）及其原用詞PTPRIORTERM。,詞族表充分揭示各敘詞間的關(guān)系，便于用戶縮檢和擴檢。該表以族首詞TT為標(biāo)目，按等級展開該詞族的所有敘詞。敘詞表在科學(xué)文摘的光盤版和網(wǎng)絡(luò)版中均能查檢。,三、科學(xué)文摘網(wǎng)絡(luò)版進入90年代，SA不失時機地將其機讀文獻(xiàn)文本INSPEC數(shù)據(jù)庫推向因特網(wǎng)，向各國聯(lián)機用戶提供網(wǎng)上信息查詢與檢索服務(wù)。目前，INSPEC數(shù)據(jù)庫主要是借助于許多大型的商業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或?qū)ｉT數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。其中，一些主要的提供INSPEC數(shù)據(jù)庫服務(wù)的系統(tǒng)包括BELLHOWELLINFORMATIONANDLEARNING,GEDOCAR、CISTI、COMPUSERVE、DATASTAR、DIALOG、EINS、FIZTECHNIK、IOPP、OCLCFIRSTSEARCH、OVID、QUESTELORBIT、SCIENCEDIRECT、STIC和STN。,這些網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)對INSPEC數(shù)據(jù)的更新周期為每周進行，只有少數(shù)單位為雙周更新或月更新。大多數(shù)系統(tǒng)對INSPEC的數(shù)據(jù)回溯至1969年，有少數(shù)數(shù)據(jù)庫的回溯年代靠近一些。付帳方式也有所不同，有的系統(tǒng)提供訂購服務(wù)，有的系統(tǒng)提供隨檢隨付帳的服務(wù)，但更多的是兩種方式均可。INSPEC數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)頁地址是HTTP//WWWTHEIETORG（原為HTTP//WWWIEEORGUK）,,,清華大學(xué)與美國OVID信息公司合作，在清華圖書館設(shè)立的鏡像服務(wù)器，提供基于WEB方式的科學(xué)文摘數(shù)據(jù)庫（INSPEC）的檢索服務(wù)。,1基本檢索點擊BASIC圖標(biāo)即可進入基本檢索界面。在關(guān)鍵詞KEYWORD、作者AUTHOR欄中輸入相應(yīng)的檢索詞。關(guān)鍵詞默認(rèn)在標(biāo)題、文摘、主題詞中查找。作者姓名可以為姓名或名姓，如GUANZHICHENG或ZHICHENGGUAN。,2高級檢索INSPEC默認(rèn)高級檢索界面。主畫面劃分為工具欄、檢索結(jié)果顯示欄、檢索指令輸入欄和條件限制欄四部分。工具欄提供了一些有效的檢索工具。其中,點擊TOOLS圖標(biāo)，系統(tǒng)列出敘詞（THESAURUS、輪排索引PERMUTEDINDEX、主題范圍說明SCOPENOTE、擴展查詢EXPLODE等4種查詢方式。,,,A選擇敘詞時，如果輸入的檢索詞是敘詞，系統(tǒng)顯示該敘詞以及上位詞、下位詞、相關(guān)詞和過去曾使用過但目前已不再使用的詞；如果輸入的檢索詞不是敘詞，系統(tǒng)顯示與輸入詞最接近的敘詞。B選擇輪排索引時，只能輸入單詞，不能輸入詞組。系統(tǒng)列出所有包含該詞的主題詞及相關(guān)詞。C選擇注釋時，輸入的必須是敘詞，系統(tǒng)列出該詞的啟用日期、解釋、相關(guān)分類碼及該詞啟用前所使用的詞等。D選擇擴展查詢時，必須輸入敘詞（否則檢索結(jié)果為零），系統(tǒng)直接以該詞及下位詞進行檢索。選擇查詢方式后，輸入檢索詞。,高級檢索方式下還可進行1作者、標(biāo)題或刊名檢索AUTHOR,TITLE,JOURNAL2字段檢索（SEARCHFIELDS選擇字段檢索時，系統(tǒng)顯示40個字段列表，每個字段都可以作為檢索入口。3邏輯組合檢索（COMBINE4檢索限制（LIMIT包括年限、文摘、語種、期刊文獻(xiàn)類型等選項。,,INSPEC檢索系統(tǒng)有5種顯示格式。系統(tǒng)可將檢索結(jié)果按選擇的排序方式進行排序，共有作者、來源、標(biāo)題、出版時間、語言和出版國家等10種排序方式，每種排序方式又可選擇升序和降序兩種方式。INSPEC檢索系統(tǒng)可按選擇的打印格式（與顯示格式相同）打印輸出，可以存盤，還可以通過EMAIL發(fā)送。,第二節(jié)美國物理聯(lián)合會出版物AIP,美國物理聯(lián)合會（AMERICANINSTITUTEOFPHYSICS，AIP）創(chuàng)立于1931年，是一家出版研究性期刊、雜志、光盤、會議論文集及名錄的專業(yè)出版社。AIP出版12種物理學(xué)術(shù)期刊（大部分回溯到第一卷第一期，其中許多擁有該領(lǐng)域最高的影響因子）、1種雜志（PHYSICSTODAY）以及AIP會議論文集系列（回溯到1970年第一卷）。AIP創(chuàng)建的物理學(xué)門戶網(wǎng)站SCITATION（SCITATIONAIPORG）收錄了約30多個出版社近200多種出版物，提供用戶這些出版物書目和文摘信息的免費訪問服務(wù)。,一、標(biāo)準(zhǔn)檢索,二、高級檢索,三、瀏覽,第三節(jié)美國物理學(xué)會出版物APS,美國物理學(xué)會（THEAMERICANPHYSICALSOCIETY，APS）成立于1899年，是世界上最具聲望的物理學(xué)專業(yè)學(xué)會之一。APS出版的物理評論系列期刊PHYSICALREVIEW、PHYSICALREVIEWLETTERS、REVIEWSOFMODERNPHYSICS，分別是各專業(yè)領(lǐng)域最受尊重、被引用次數(shù)最多的科技期刊之一。APS電子期刊數(shù)據(jù)回溯到1893年。嚴(yán)禁批量下載。,SA檢索題（手檢）一、利用英國科學(xué)文摘檢索下面課題的文獻(xiàn)選一題）1情報檢索的專家系統(tǒng)2UNIX操作系統(tǒng)3天氣預(yù)報用的數(shù)值方法4雷達(dá)雜波抑制5數(shù)據(jù)庫的智能檢索6計算機圖像處理,二、查找符合下列課題要求的文獻(xiàn)查出一組關(guān)于“計算機網(wǎng)絡(luò)”的圖書資料。查出一組關(guān)于“聯(lián)機檢索”方面的會議論文。查找關(guān)于“環(huán)境污染”方面的研究報告。,,利用AIP和APS檢索課題1雷達(dá)雜波抑制2超導(dǎo)研究熟悉和掌握各種檢索方法,各個按鈕的使用,

簡介：物理學(xué)史,專題限時集訓(xùn),物理思想方法,專題限時集訓(xùn)（十七）點擊圖標(biāo)進入,

簡介：§45地殼均衡和均衡異常,一、均衡問題的產(chǎn)生上面介紹的各項改正后所得完全布格異常應(yīng)很小。即仔細(xì)消除起因于高度和可見地形影響之后的觀測值，與正常值應(yīng)當(dāng)差得很小。但事實并非如此。在廣闊的地區(qū)，布格異常顯示出系統(tǒng)的與地形的相關(guān)性。,在山區(qū)的異常值往住是負(fù)值，并且山區(qū)地勢越高，異常值下降得越嚴(yán)重。大約每上升1000M，要降低L2MM/S2而在海洋地區(qū)異常值是正的，并且海水越深，異常值上升得越歷害。大約每加深1000M，要提高2一4MM/S2這是否地形改正過了頭經(jīng)過反復(fù)核實所用公式和數(shù)據(jù)沒有錯誤，所得結(jié)果也在允許的誤差范圍內(nèi)。,因此，這種高區(qū)負(fù)異常和低區(qū)正異常的現(xiàn)象是可以肯定的。上述異常的存在只能意味著在高山地區(qū)下面的巖石密度小于平均密度。而在海洋盆地下面的巖石密度則大于平均密度。這是一種由地下質(zhì)量補償?shù)厍虮砻嫘螒B(tài)原理的例證。,應(yīng)該指出，這種補償原理遠(yuǎn)在采用重力的詳細(xì)測量之前，就已經(jīng)提出來了。質(zhì)量補償觀念的最早提出者，應(yīng)是16世紀(jì)時具“天才的直覺”的達(dá)芬奇。直到18世紀(jì)，即L746年布格才得出同樣的結(jié)論。然而，關(guān)于山下面的質(zhì)量補償?shù)拿鞔_概念，以及地球怎么支撐如此巨大地質(zhì)體的解釋，遲至19世紀(jì)50年代，根據(jù)在北印度大地測量資料，對于喜馬拉雅山附近的垂線偏差進行認(rèn)真分析后才形成的。,在高山附近，重力場方向應(yīng)該是地球基本場與高山引力場合力的方向。1854年英國人普拉特PRATT在喜馬拉雅山附近，根據(jù)地形計算，估計垂線應(yīng)有28”角秒的偏斜。但是，實測只有5”角秒僅僅相當(dāng)于應(yīng)有值的1/6在圖431中，A是由于山的質(zhì)量引起的理論偏斜，B是實測的偏斜，而C是不偏斜的標(biāo)準(zhǔn)位置。,,,為了解釋這些觀測結(jié)果，曾經(jīng)提出兩種假說一個是普拉特假說，一個是艾里假說。兩種假說都是以山下質(zhì)量不足為依據(jù)。按照普拉特假說，喜馬拉雅山是由地殼柱體構(gòu)成。柱體密度隨地形高度而改變。因為所有柱體的下邊界處于海平面以下的同一深度上，而且每個地殼柱體的質(zhì)量相等，所以山越增高，它的平均密度越小，反之，山越降低，它的平均密度越大。這個相同的深度，為補償深度圖432BO,,,按照1855年艾里AIRY假說，喜馬拉雅山有山根，山越高則山根貫人較重的基底應(yīng)該越深。如果基底的性能像流體一樣，并且較輕的山岳物質(zhì)有點像冰山浮在水面上那樣浮在較厚的流體基底上，則上述情況是完全可能的。因此補償深度是可變的，而且像是真實地面地形的鏡象投影圖432AO,這兩種假說的重要區(qū)別在于，普拉特認(rèn)為地殼底面的深度一致，但密度隨地面高度增加而減少；艾里認(rèn)為地殼的密度一致，但底面深度隨地面高度增加而下降。但是，哪個合理呢1899年美國地質(zhì)學(xué)家杜通DUTTO）在討論地球內(nèi)部一定深度處的流體靜壓力時，第一次引進“地殼均衡”一詞。地殼均衡的概念己經(jīng)廣泛地運用于地學(xué)地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)領(lǐng)域。,以后幾十年時間，開展了大規(guī)模的大陸和海洋的重力測量，迸一步肯定了布格異常與地形的相關(guān)關(guān)系。例如，山區(qū)是大的負(fù)值區(qū)如阿爾卑斯山，ΔGB為LLOX10－5M/S2）。海洋區(qū)是大的正值區(qū)如東大西洋，為270X1O5M/S2，。并且得出布格異常大于80X10－5M/S2的展開區(qū)，可能在海平面以下的地殼和或地幔有明顯的密度變化。,然而，由于重力資料不能唯一確定地下密度分布，因此，地殼均衡的具體模式問題，仍有待進一步論證。在這方面能發(fā)揮重要作用的是地震測深，可通過地震方法得出地球外層的詳細(xì)圖象。我們已知，莫氏面是地殼與地慢之分界面，在此上下速度發(fā)生急劇變化從65KM/S變到8OKM/S，根據(jù)速度與密度的一般關(guān)系，又根據(jù)地球內(nèi)部密度隨深度的變化，,有明顯跡象表明這個界面也是一個發(fā)生很大密度差的界面從29X1O3KG/CM3變到33X1O3KG/CM3。圖433給出大陸與海洋的折射地震研究結(jié)果。其中，標(biāo)出地形、地殼厚度和布格異常，它們之間顯示出極好的相關(guān)性。不難得出結(jié)論，艾里模式與地震學(xué)結(jié)果一致。由莫氏面作為補償面，恰恰是地形的一個放大的鏡象。毫無疑問，莫氏面首先反映出海洋與大陸的不同地形；,,在大陸內(nèi)部，最大地殼厚度位于前蘇聯(lián)的科學(xué)院山脈在海洋，最薄地殼厚度位于最深的海洋處，而在海嶺和海島下面又趨向變厚。布格異常的數(shù)量，大致反映了低密度地殼的厚度補償程度。至此，鉸大的布格異常得到解釋，并且肯定艾里模式是地殼均衡的基本模式，,但是，從圖433會發(fā)現(xiàn)，根據(jù)均衡改正而求出的均衡異常，有的地區(qū)補償不足，有的地區(qū)補償過分，其均衡異常曲線有103一IO4M/S2的起伏。這表明在基本均衡的背景上，允許有局部的不均衡。造成這種不均衡的原因，學(xué)者們的意見有分歧。傅承義認(rèn)為地球介質(zhì)在極長期載荷下，和真正的流動有區(qū)別。,地殼本身有一定彈性強度，因而局部不勻衡是完全的，即是說補償未必是完全的。這就仿佛船在水里，雖然全船的重量等于船所排出的水的重量，但由于船本身有一定強度，船內(nèi)的負(fù)荷還可以隨意安排。意思是說，重力均衡從物理學(xué)角度分析，主要是阿基米德原理在地球最上層巖石層與軟流層的應(yīng)用。,在補償深度之下，較弱的軟流層會發(fā)生橫向流動，對上覆巖石層產(chǎn)生浮力，這是重力均衡部分。但同時也應(yīng)注意到巖石層自身并非剛體，它可以在重力與浮力作用下發(fā)生彈性彎曲、塑性蠕動或者局部斷裂，以應(yīng)力調(diào)整方式參與力的平衡。這部分應(yīng)屬于非重力均衡。,二幾種均衡改正和均衡異常,1、普拉特－海福德均衡改正和均衡異常在1909年和1910年海福德把普拉特的均衡平衡概念發(fā)展成一種方法。普拉特的均衡平衡概念如圖434，所示。其中，地面高程越高，下伏的巖石層密度越低。對于海洋，情況正好相反。,,設(shè)從誨平面計起的補償深度D（一般假定L00KM，嚴(yán)格說是1L37KM之上，豎立著若干柱體，各個柱體的重量相等，即柱體底面積上的壓強相等。對于陸地，取其海拔高度為H，因此該柱體的高度為DH，密度為ΡH。另取海拔高度為零的正常柱體，高度為D，密度為Ρ0。根據(jù)柱體重量相等的關(guān)系，可得,從而求出陸地柱體與正常柱體的密度差ΔΡΔΡΡH－Ρ0－H/DHΡ0對于海洋，設(shè)海水深度H’，海水密度Ρ海，該柱體包括一段水柱和一段巖柱，巖柱密度可取ΡH’。同樣利用重量相等的關(guān)系，可得,由此求出海洋柱體與正常柱體的密度差ΔΡ，ΔΡΡH’－Ρ0＝－H’/D－H’Ρ海－Ρ0顯然，從陸地的密度差公式和海洋的密度差公式可知，前者ΔΡ＜0，后者ΔΡ＞0若取Ρ海1027XL03KG/M3，Ρ0267XL03KG/M，,可得ΔΡ‘／ΔΡ＝－0615,它表明在海洋下面反山根的剩余質(zhì)量，約為高山下面山根虧損質(zhì)量的61。為了獲得普拉特海福特均衡異常，需要在布格異常的基礎(chǔ)上進行均衡改正又稱補償改正，補償改正（ΔC）往往與地形改正（Δ1）同時進行。實際改正工作是使用一套規(guī)格化的環(huán)帶。在29KM以內(nèi)，采用平面公式進行地形改正和補償改工；在29一1167KM之間，要考慮地球曲率做一些小的校正,在更遠(yuǎn)處，需用球面公式進行地形和補償改正。關(guān)千地形效應(yīng)和補償效應(yīng)，可從圖435看出兩種效應(yīng)的對比情況。圖中取陸地高度為1KM和3KM，分別給出環(huán)狀地形質(zhì)量所產(chǎn)生的垂直引力地形改正和補償質(zhì)量而產(chǎn)生的垂直引力補償改正。地形效應(yīng)靠近測點比較大，遠(yuǎn)離測點比較小，然而，補償效應(yīng)與此相反，靠近測點比較小，而遠(yuǎn)離測點比較大。這兩種效應(yīng)在15KM處大約相等，,,2、艾里一海斯坎寧均衡改正和均衡異常在1924年和1938年海斯坎寧把艾里的均衡概念加以發(fā)展，成為易于確定均衡異常和計算山根和反山根的方法。艾里的概念如圖436所示。海斯坎寧所發(fā)展方法，其要點是補償直接在地形下面，因而是局部的；取地殼（密度為267X103KG／M3）浮在地慢密度為327X103KG／M3介質(zhì)上,,取某厚度（T）厚度時不存在質(zhì)量補償問題，即地殼不“插入“地慢。對于陸地，若地形高度為H，其下部深入地慢介質(zhì)深度為T山根，根據(jù)阿基米德原理可得這里Ρ0為地殼密度，ΔΡ為地慢與地殼的密度之差。上式表明，高為H，密度為Ρ0的柱體，由厚為T、密度差為ΔΡ的山根來補償。,由此可得由此可知，山根是陸地高程的45倍。對于海洋，設(shè)海水深度為H’，反山根厚度為T’,則有以下關(guān)系上式表明，高度為H’、密度差為Ρ0－Ρ海的柱體虧損，由厚度為T’、密度為ΔΡ的反山根來補償。由此可得,由此可知，反山根是水深的27倍。無論是陸地還是海洋，它們的補償都是建立在等壓條件的基礎(chǔ)上。等壓線的深度一般取為地球上最高峰珠峰相應(yīng)的補償深度處珠峰高度H≈88KM，代入相應(yīng)式子，求出山根厚度T445X88392KM,如果正常的地殼厚度取T＝32KM，則等壓線的深度為T＋H＝712KM通常取70KM。應(yīng)該注意，陸地的地殼厚度為THT海洋的地殼厚度T－H’－T’海斯坎寧利用地形質(zhì)量ΔM1與補償質(zhì)量ΔM2相等的條件，寫出全球性大尺度的補償厚度T和T’的公式。,式中，ΛΡ0／ΔΡ＝445R為正常地殼厚度32KM，R為地球平均半徑6371KM。式中，Μ（Ρ0－Ρ海）／ΔΡ＝273,海斯坎寧根據(jù)上述公式，得到補償厚度，并計算出相應(yīng)的補償改正量制成專用的表。經(jīng)過這樣改正后，將得到艾里海斯坎寧均衡異常。3、二維準(zhǔn)艾里均衡方法沃澤爾JLWORZOL為了消除超過大陸邊緣的重力剖面中的地殼地慢結(jié)構(gòu)的邊緣效應(yīng)，提出了兩維準(zhǔn)艾里均衡計算方法。該方法依據(jù)艾里的山根反山根概念，但不是采用柱狀體做局部補償，而是采用連續(xù)體做區(qū)域補償。,,圖437是這種方法原理的示意圖。先假設(shè)一定深度30KM處的壓力相等，即為補償深度。然后依一般的局部補償概念，由海水深度確定海洋下面的反山根，得到地殼地慢邊界的深度。這樣的結(jié)構(gòu)是我們進行二維均衡改正的出發(fā)點。為此，可分兩步,第一，用巖石將海洋“充填”。利用巖石與海水的密度差為267103164103KG／M3），進行充填巖石的引力計算后，將所得結(jié)果加到自由空氣異常上，從而得到一個近似的布格異常。第二，再考慮反山根的物質(zhì)為地慢，其密度與地殼密度之差為32726706103KG／M3）。利用這個密度差進行反山根的引力計算，將所得到的結(jié)果再從近似布格異常中扣去，從而得到一個二維的準(zhǔn)均衡異常。,這樣得到的均衡異常，可能排除了大部分邊緣效應(yīng)，所余僅為較小構(gòu)造影響。因此，這個方法已用來分析穿過大陸邊緣的較小構(gòu)造，并取得一些結(jié)果。三、均衡異常的解釋若地殼是均衡的，按照均衡理論將地殼物質(zhì)產(chǎn)生的引力計算出來，把它從自由空間重力異常中減去，即進行均衡校正，可以得到均衡異常。,如果均衡異常很小，表明地殼基本處于均衡狀態(tài)。但是在地球上存在著許多均衡異常值大的地區(qū)。均衡正異常地殼物質(zhì)盈余。均衡負(fù)異常地殼物質(zhì)虧缺。均衡異常是研究地震和地殼運動的重要資料。,大均衡異常的最顯著實例是印度尼西亞群島。沿著島弧觀測到一個均衡異常達(dá)－200X10－5M/S2的狹窄帶。根據(jù)列島顯示的摺皺作用和逆掩斷層，維寧曼尼茲1958認(rèn)為，這些地區(qū)的地殼受強烈的橫向壓力。負(fù)異常意味著補償不足。這部分末補償?shù)奈镔|(zhì)虧損，可能是較輕的地殼向下彎曲到較致密的地慢中。由均衡負(fù)異常提示的地殼向下彎曲，成為地球內(nèi)存在橫向壓應(yīng)力的重要證據(jù)。,大均衡異常的另一個顯著實例是塞浦路斯島，該地區(qū)得到非常大的正異常。正異常顯示地下物質(zhì)過剩。該島地質(zhì)情況相當(dāng)復(fù)雜，因為有不同時代的基性巖。其中，含有檄攬石的輝長巖露頭。被認(rèn)為是地慢物質(zhì)進入地殼的監(jiān)視“櫥窗”。人們曾根據(jù)重力資料推斷基性巖分布和深度范圍，井對地慢致密物質(zhì)的上移模型做出推論。,總之，均衡異常（無論正負(fù)或與地慢物質(zhì)上移或與地殼強烈下彎有關(guān)。地慢物質(zhì)上移需要動力，地殼下彎需要支撐，起因可能又與上地慢的物質(zhì)對流和橫向密度變化有關(guān)。因此，均衡異常住住需要結(jié)合地球深部主要是地慢的結(jié)構(gòu)和運動進行解釋。,四、各種異常的地質(zhì)地球物理含義,在這里，有必要著重指明的是相對于大地水準(zhǔn)面或過總基點的水準(zhǔn)面所進行的各項校正，是按照重力的正常變化規(guī)律歸算到這兩個水準(zhǔn)面中之一的，使各測點觀測重力值中因空間位置不同造成的正常重力值的差異得以消除，以便最后比較各測點的異常值大?。?再則，各項校正都未涉及到地下剩余質(zhì)量所產(chǎn)生的重力異常部分，所以經(jīng)過各項校正后獲得的異常仍然是原測點處的異常，絕不是大地水準(zhǔn)面或過總基點水準(zhǔn)面上的異常；其三，由于地表不平，實際獲得的異常不是在一個平面上的異常，勢必使異常形態(tài)、量值受到畸變，因而在精度要求很高時，對異常的解釋之前，還存在一個曲化平問題,通過一定數(shù)學(xué)運算或物理模擬辦法將起伏地形上的異常轉(zhuǎn)化為平面上的異常。由于在進行各項校正過程中，對地球質(zhì)量進行了不同程度的調(diào)整，因而獲得具有不同地質(zhì)地球物理含義的幾種重力異常。,為進一步深入理解各項校正的物理意義和相應(yīng)重力異常的含義，我們按照艾里均衡假說模式繪出各種異常求取過程和內(nèi)含的示意圖417，這里我們?nèi)〉貧さ钠骄芏葹?67T/M３，上地幔的平均密度為327T/M３。,

簡介：1）軌道的規(guī)律性共面性行星軌道平面幾乎平行，且與太陽赤道面平行。同向性行星公轉(zhuǎn)方向，除金星、天王星和冥王星以外，都與太陽自轉(zhuǎn)方向一致，為逆時針方向。近圓性行星軌道偏心率小，除水星（0206）和冥王星（0248）以外，均小于01。,2）日距分布特征BODE定律RN04032N其中N為行星秩序數(shù)，水星?。蓿鹦侨?，地球取1，火星取2，木星取3，，冥王星取8。3）質(zhì)量與密度分布特征太陽占了太陽系總質(zhì)量的9985，行星占0135，其它占0015。若將行星分為三類，即類地星（水星、金星、地球、火星）、巨行星（木星、土星）和遠(yuǎn)日星（天王星、海王星、冥王星），則有,質(zhì)量分布類地星＞巨行星＜遠(yuǎn)日星密度分布類地星＞巨行星＞遠(yuǎn)日星4太陽系的年齡根據(jù)同位數(shù)測定，地球、月球和隕石的年齡約在45億年左右，如果太陽系中所有的行星和隕石在同一時期形成，太陽系的年齡也應(yīng)為45億年。,5）太陽系天體的自轉(zhuǎn)行星的自轉(zhuǎn)可分兩種情況，類地星自轉(zhuǎn)速率差異較大，金星需244天，火星只需103天；巨行星和遠(yuǎn)日星自轉(zhuǎn)較快，均不到1天。太陽自轉(zhuǎn)有“赤道加速”現(xiàn)象，即赤道處自轉(zhuǎn)約254天，兩極附近約35天，其內(nèi)部旋轉(zhuǎn)速度更快，可能比表面快十幾甚至幾十倍。行星自轉(zhuǎn)軸也不同，見下圖。,§22太陽系起源ORIGINOFTHESOLARSYSTEM,任何事物都有它的產(chǎn)生、發(fā)展和衰亡的過程，太陽系也不例外。太陽系的起源，也即地球的起源問題。從1775年康德根據(jù)牛頓的萬有引力定律，提出星云假說以來，國際上先后提出過40多種假說，歸納起來，主要有“災(zāi)變說”、“俘獲說”、“原始星云說”，以及“新星云假說”。,一、新星云假說,1災(zāi)變說這種假說認(rèn)為，太陽系的形成是某種極其偶然事件的結(jié)果。它屬于激變說災(zāi)變說認(rèn)為，太陽是先形成的，行星和衛(wèi)星后形成。由于某個事件，如一個恒星與太陽相撞或距離很近時，從太陽中“拉出”一部分物質(zhì)，并賦予巨大的轉(zhuǎn)動角動量，這些物質(zhì)后來逐漸形成了行星及其衛(wèi)星。,1745年，法國生物學(xué)家布封（GLLBUFFON，17071788）在一般的和特殊的自然史中，提出了第一個行星形成的“災(zāi)變說”。認(rèn)為一顆慧星掠碰了太陽，行星、衛(wèi)星是由撞出的太陽物質(zhì)形成的。布封的學(xué)說，雖然在科學(xué)上是錯誤的，但在反對宗教的上帝創(chuàng)造說中起過進步作用。,2俘獲說,風(fēng)靡一時的俘獲說是1944年由前蘇聯(lián)地球物理學(xué)家施密特（18911956）提出來的。有時又被稱為“隕星學(xué)說”。俘獲說也是認(rèn)為太陽是先形成的，但與災(zāi)變說不同的是，它認(rèn)為原始行星物質(zhì)是來自其它星際，被太陽的引力俘獲而來的，如隕石。,按施密特意見，地球從來不是全部熾熱的或氣態(tài)的，而是由冷的塵埃般的隕石物質(zhì)形成的，這是施密特假說不同于其他假說的地方。俘獲說雖有其合理的地方，但仍存在著許多沒有解決的問題。例如，當(dāng)太陽和星際物質(zhì)云的角動量相差很大時，俘獲是不可能的。1953年施密特自己也承認(rèn)這一點。,3星云假說NEBULARHYPOTHESIS,星云假說屬于“漸變說”范疇。這種學(xué)說認(rèn)為，太陽系乃由同一原始星云物質(zhì)形成，行星和衛(wèi)星是由一度圍繞太陽的星云盤物質(zhì)凝聚而成的，并非某種偶然突變性事件的結(jié)果。1755年，康德（IKANT，17241804）根據(jù)牛頓的萬有引定律，提出了關(guān)于太陽系起源的星云說。,1他認(rèn)為形成太陽系的物質(zhì)基礎(chǔ)是星云，即大團的旋轉(zhuǎn)著氣體和塵埃；2形成太陽系的動力是自引力，即星云各部分的相互吸引力。康德認(rèn)為處在混沌之中的宇宙初始物質(zhì)由于引力作用集結(jié)起來，更大的和更密集的一些質(zhì)點開始把周圍較小的和比較不密的質(zhì)點吸引過去；,以后較小的物質(zhì)凝團繼續(xù)向工業(yè)已形成的中心體落去，由于相撞使中心體獲得了更大的旋轉(zhuǎn)運動，從而產(chǎn)生了巨大的灼熱天體太陽。（3）隨著旋轉(zhuǎn)速度加大，大量微小塵埃物質(zhì)在旋轉(zhuǎn)著原始太陽的赤道上集中起來，形成了扁平的星云盤。,以后，在星云盤的邊緣部分形成了物質(zhì)集中的中心，并從這些中心產(chǎn)生了行星和環(huán)繞行星的衛(wèi)星。在41年以后，拉普拉斯（PSLAPLACE，17491827）提出了和康德的內(nèi)容相似的“原始星云說”。由于康德和拉普拉斯的基本觀點相同，都認(rèn)為地球是從原始星云轉(zhuǎn)化而來，所以后來人們把二者統(tǒng)稱為康德拉普拉斯原始星云說。,但是，應(yīng)該指出，兩人的原始星云說也是有區(qū)別的。拉普拉斯認(rèn)為原始星云是熾熱發(fā)光的，而康德卻沒有提到這上點。由于康德和拉普拉斯的學(xué)說，是建立在牛頓力學(xué)理論基礎(chǔ)上的，因此不可避免地在科學(xué)上有它的局限性。,但是，它是人類認(rèn)識宇宙過程中的又一里程碑，它在宇宙起源學(xué)說的發(fā)展上起過巨大的作用?？档吕绽沟幕菊擖c卻受到了時間的考驗。,在此后半個多世紀(jì)里，人們普遍贊同星云說。但是，星云說在當(dāng)時不能解釋如角動量特殊分布的觀測事實。在這種情況下，又出現(xiàn)一系列新的假說。由于星云說屬于漸變說，那么，這種新的假說被稱為激變說。在十九世紀(jì)到二十世紀(jì)四十年代，是各種激變主產(chǎn)盛行時期。,著名的激變說有1878年，新西蘭天文學(xué)家畢克頓（AWBICKERTON）認(rèn)為，兩顆恒星碰撞產(chǎn)生類似新星的爆炸，拋出的物質(zhì)形成行星；英國的勒斯（JKJEANS）提出風(fēng)靡一時的“潮汐說”，他認(rèn)為有一顆恒星從太陽近旁一掠而過，使太陽漲出了隆起的潮，分離出物質(zhì)形成行星；杰弗瑞斯的“碰撞說”，更認(rèn)為是另一顆恒星擦邊碰了太陽，才形成行星等等,在地球起源的學(xué)說的研究中，最困難的問題依然是角動量問題。角動量是轉(zhuǎn)動的一種量度，它大致等于質(zhì)量、速度和軌道半徑的乘積。在太陽系里，太陽的質(zhì)量約為行星總質(zhì)量的750倍，占全系統(tǒng)的99以上，但它的角動量卻只有全系統(tǒng)的2，行星的質(zhì)量雖小，但角動量卻很大。,1972年，霍伊爾（FHOYLE）從經(jīng)典的星云假說出發(fā)，考慮星際空間的磁場作用，定量地計算了太陽和行星的角動量，從而有效地解釋了太陽系特殊的角動量問題。,到目前為止,已有很多假說來解釋太陽系的起源,但大家公認(rèn)最好的假說是星云假說MANYHYPOTHESESHAVEBEENDEVELOPEDTOEXPLAINTHEORIGINOFOURSOLARSYSTEMTHECURRENTBESTHYPOTHESISISCALLEDTHENEBULARHYPOTHESIS,（1）ASLOWLYSPINNINGCLOUDOFDUSTANDGASINSPACEANEBULABEGINSTOCOLLAPSEDUETOTHEMUTUALGRAVITATIONALATTRACTIONBETWEENALLTHEPARTICLESWHICHMAKEUPTHENEBULAIE,ITBEGINSTOCOLLAPSEUNDERITSOWNWEIGHT,MASSIVEINFANTSTARSROCKTHEIRCRADLE,THE“ROTTENEGG“NEBULAAPLANETARYNEBULAINTHEMAKING,,ANTLIKESPACESTRUCTUREPREVIEWSDEATHOFOURSUN,HUBBLESEESTHEGLOWOFSTARFORMATIONINANEIGHBORGALAXY,TURTLEINSPACEDESCRIBESNEWHUBBLEIMAGE,LIGHTANDSHADOWINTHECARINANEBULA,,PEERINGINTOTHEHEARTOFTHECRABNEBULA,2ASTHENEBULACOLLAPSES,ITBEGINSTOSPINFASTER,ANDTHESPINRATEINCREASESASTHENEBULAGETSSMALLERTHISISBECAUSEOFAPROPERTYOFSPINNINGOBJECTSCALLEDANGULARMOMENTUMONELAWOFPHYSICSSAYSTHATTHETOTALANGULARMOMENTUMOFASPINNINGOBJECTORSYSTEMOFOBJECTSLIKETHENEBULAMUSTREMAINTHESAMEASTHINGSCHANGEITCANNOTBEDESTROYEDORCREATEDIFASPINNINGOBJECT,INTHISCASEOURNEBULA,BECOMESSMALLER,ITMUSTSPINFASTERTOCONSERVEITSANGULARMOMENTUMTHISSAMEEFFECTWORKSFORFIGURESKATERS,BYTHEWAY,3ASTHENEBULACOLLAPSES,THEGRAVITATIONALATTRACTIONBETWEENITSPARTSWANTSTOPULLTHENEBULATOGETHERINTOABALLTHESPINOFTHENEBULACOUNTERACTSTHEEFFECTOFGRAVITY,BUTONLYINONEPLANETHERESULTOFTHESECOMBINEDEFFECTSOFGRAVITYANDSPINNINGFORCETHENEBULA,OVERALONGPERIODOFTIME,TOCOLLAPSEINTOASPINNINGDISKWITHACENTRALBULGETHINKOFALASERDISKWITHAGOLFBALLINTHEMIDDLE,4THECENTRALBULGEHASMOREMATERIALINITTHANDOTHEAREASFURTHEROUTINTHEDISK,ANDTHUSHASAHIGHERGRAVITATIONALATTRACTIONTHERESULTISTHATTHEBULGEATTRACTSADDITIONALMATERIALATANINCREASINGRATEEVENTUALLY,THEAREABECOMESDENSEENOUGHTHATITBEGINSTOWARMDRAMATICALLYTHEBULGEBECOMESAPROTOSTAR,5ATSOMEPOINT,THECENTRALPROTOSTARGATHERSENOUGHMATERIALTOBEGINNUCLEARFUSIONATTHATPOINT,THEPROTOSTARBECOMESAFULLYFLEDGEDSTAR6MEANWHILEOUTINTHESPINNINGDISK,GASCONDENSESINTOSOLIDPARTICLES,ANDTHESEPARTICLESANDBITSOFDUSTBEGINTOCOALESCEINTOSMALLBODIESCALLEDPLANETESIMALSSORTOFMINIPLANETS,7OVERTIME,THEPLANETESIMALSCOLLIDEANDGROUPTOGETHERINTOLARGERANDLARGERBODIES,EVENTUALLYREACHINGPLANETARYSIZE8EVENTUALLY,THELARGEPLANETSSWEEPUPMOSTOFTHEREMAININGPLANETESIMALSANDSMALLERBODIESANDTHESOLARSYSTEMREACHESARELATIVELYSTABLECONFIGURATIONOVERALL,THISPROCESSFROMCOLLAPSETOSOLARSYSTEMTAKESSOMETHINGLIKE011BILLIONYEARS,4、戴文賽的新星云假說,戴文賽先生（19111979），天文學(xué)家，福建人，生前任南京大學(xué)天文系教授、主任。天體演化是他的研究方向，特別著重于太陽系起源問題。他在分析和評價國外和多種假說的基礎(chǔ)上，提出自己的太陽系起源（其中包括地球起源）假說。,該假說繼承和發(fā)展了康德和拉普斯的星云說，較全面、較系統(tǒng)和有內(nèi)在聯(lián)系地論述了太陽系各種特征的由來，其中對波特定則的說明，對木星、土星、天王星的衛(wèi)星和環(huán)帶的說明以及角動量問題，都得出不同于前人的解釋。戴文賽先生認(rèn)為行星的形成要經(jīng)過“原始星云→星云盤→塵層→星子→行星”這樣幾個步驟。,（1）原始星云的形成,原始星云是由一塊星際云塊塌縮并瓦解而成的。首先要考慮星際云的塌縮，這里要用到研究物質(zhì)團收縮和膨脹的一個重要物理定理維里定理。維里定理所要分析的是，使其膨脹的能量U（如分子熱運動熱能）和使其收縮的能量Ω（如引力位勢）是否平衡。,根據(jù)U、Ω的物理意義不難得出當(dāng)2UΩ＞0時，物資團膨脹；當(dāng)2UΩ＜0時，物資團收縮；當(dāng)2UΩ＝0時，該物資團處于既不膨脹也不收縮的平衡狀態(tài)。對于一個天體系統(tǒng)，同樣要考慮維里定理。根據(jù)維里定理，當(dāng)忽略自轉(zhuǎn)、磁場及湍流，只考慮引力勢能和熱能時，可得出如下星際云自吸引塌縮條件,M＞244103M0式中M01991033G，為太陽現(xiàn)質(zhì)量。M為星際云質(zhì)量。該式表明，星際云質(zhì)量比太陽現(xiàn)質(zhì)量大三個數(shù)量級，它才會塌縮。當(dāng)星際云塌縮到密度為1015G/CM3時，內(nèi)部會發(fā)生不穩(wěn)定情況，即出現(xiàn)擾動物時，會造成渦流，將星際云瓦解為上千個小云，其中之一則是太陽系前身原始星云。原始星云其質(zhì)量為ΒM0，Β1－13。原始星云的角動量約為今日太陽系角動量的158200倍。,（2）、星云盤的形成,原始星云盤繼續(xù)塌縮，半徑逐漸減小，因角動量守恒，造成自轉(zhuǎn)速度增大。赤道面上的外邊緣物質(zhì)，當(dāng)其慣性離心力與中心部分引力相抗衡時，便停下來，逐漸形式類似“鐵餅”的星云盤。星云盤形成的同時，云盤中心的原始太陽亦形成。,為了對星云盤的的溫度、厚度和密度做出估計，需要介紹羅奇密度的概念。首先讓我們看圖221所示大小球吸引的例子。分析兩個小球在大球作用下聚集的條件。,大球作用于靠近它的小球1和遠(yuǎn)離它的小球2的引力，分別為因為F1＞F2，若沒有其它力的作用，這兩個小球就要在共同靠近大球的過程中，彼此分開。但是，兩個小球之間還存在引力，大小為,這個力使兩個小球彼此聚集。顯然，使兩個小球聚集而不致分開的條件是F12＞F1－F2,將F1、F2和F12的表達(dá)式代入上式，經(jīng)整理后變成Ρ＞Ρ0＝4（M／A3）式中Ρ0稱為羅奇密度，上式稱為聚集條件。上述關(guān)系是在一個大球和兩個小球這種情況下導(dǎo)出來的。,作為一般情況，除引力外，還存在小球軌道運動的離心力、電磁力等其它作用，這時上式中的系數(shù)不為4，可能還要大些，一般寫成Η，故此得出Ρ＞Ρ0＝Η（M／A3）可以用上式分析氣體星云在太陽引力下的穩(wěn)定性問題。,當(dāng)氣體星云的密度Ρ達(dá)到由太陽質(zhì)量和距離決定的羅奇密度Ρ0時，太陽的引力與氣體星云內(nèi)物質(zhì)自身引力相平衡。當(dāng)超過羅奇密度時，實現(xiàn)了星云自身引力的穩(wěn)定性，開始行星的聚集過程。,現(xiàn)太陽質(zhì)量M1991033G，日地距離Α1491013CM。若僅考慮引力（取Η4）可計算；羅奇密度Ρ023103G/CM3。地球密度Ρ55G/CM3＞＞Ρ0，故地球在太陽引力作用下，不會被分離，但可產(chǎn)生變形（固體潮）。,星云盤溫度由太陽輻射、云盤消光和云盤熱輻射決定，由能量平衡方程可以推算出，云盤內(nèi)界溫度為1900°K，云盤外界溫度為15°K。,（3）塵層的形成,云盤中塵粒（包括土物質(zhì)和冰物質(zhì)）跟氣體一起繞太陽轉(zhuǎn)動，同時也做布朗運動，彼此發(fā)生碰撞，結(jié)合成顆粒（碰撞吸積），并在引力Z方向分量作用下，顆?？朔怏w阻力，向赤道沉降，逐漸形成塵層。,（4）星子的形成,當(dāng)塵層的物質(zhì)密度足夠大時，局部擾動會導(dǎo)致引力不穩(wěn)定性，使塵層瓦解為許多物質(zhì)團。物質(zhì)團的密度隨時間而指數(shù)式增長。當(dāng)物質(zhì)團的密度超過羅奇密度時，就可以自吸引塌縮，聚集成固體－星子。瓦解之后的星子質(zhì)量估計為1018G（內(nèi)區(qū)）到1020G（外區(qū)）。各物質(zhì)團自吸引收縮，很快形成星子。估計地球處由物質(zhì)團形成星子的時間為104A，木星處的時間為106A。,5行星（胎）的形成,初始星子繞太陽作開普勒運動外，還有隨機運動。大量的星子軌道是雜亂章的，因而頻繁地相遇和碰撞，發(fā)生結(jié)合或者碎裂。實驗表明，相對速度小于05KM/S的星子碰撞，其結(jié)果總是結(jié)合，而相對速度大于1KM/S的星子碰撞，其結(jié)果可能發(fā)生碎裂。前者成為更大星子，后者成為更小星子。,大星子引力較強，更有效地吸積周圍的物質(zhì)和小星子（引力吸積），迅速成長。小星子引力較弱，吸積殘余塵粒而緩慢生長。較大星子（直徑大于1KM）因為自身吸引力場強，由碰撞聚積為主過渡到引力吸積為主。物質(zhì)不斷聚集到大星子上，使其生長更快更大，最大星子成為行星胎。,由星子結(jié)合行星時間，各人用不同方法估算，就地球而言，竟差34量級。據(jù)戴文賽估計，地球形成時間為106107A，木星（固體核）形成時間為107A，水星為104106A。這與隕星母體的形成時間為幾千萬年大致相符。,二、新星云假說對若干觀測事實的解釋,一個假說能否成立，不僅在于這個假說能自圓其說，而且在于能否解釋已有的觀測事實，并為以后新的觀測事實所證明。1、行星軌道運動的解釋行星要解釋的是軌道運動的同向性、共面性和近圓性。,對于同向性，顯然這是因為它們由同一自轉(zhuǎn)的原始星云形成的必然結(jié)果。對于共面性和近圓性，也可以從“塵層→星子→行星（胎）”過程的隨機性質(zhì)加以解釋。對于隨機過程，有其必然的統(tǒng)計規(guī)律。在眾多星子集聚成行星時。通過碰撞聚積和引力吸積，使軌道偏心率E和軌道傾角I平均化較好，即E和I的值都較小。,2、行星體積、質(zhì)量和密度分布的解釋,行星可分為三類類地行星，巨行星和遠(yuǎn)日行星。各行星的質(zhì)量、半徑和密度已在前面作了介紹。顯然，行星大小和質(zhì)量分布特征是兩頭小、中間大，行星的密度分布特征是類地行星大、巨行星小、遠(yuǎn)日行星居中。這種分布特征是行星形成總過程的必然結(jié)果，反映了各類行星在形成條件上的差別。,類地行星區(qū)溫度高，只有土物質(zhì)凝聚，而冰物質(zhì)和氣物質(zhì)大部分揮發(fā)掉。遠(yuǎn)日行星區(qū)太陽引力弱，所需逃逸速度小，因而大部分氣物質(zhì)逃離太陽系。巨行星區(qū)的溫度不如類地行星區(qū)高，巨行星區(qū)的逃逸度不如行星區(qū)小，因此這個地區(qū)保持有相當(dāng)數(shù)值的氣物質(zhì)（其它兩種都居中）。這就導(dǎo)致三個區(qū)的化學(xué)組成的差異。含土物質(zhì)多的類地行星密度大，含氣物質(zhì)多的巨行星密度小，含冰物質(zhì)多的遠(yuǎn)日行星密度居中。,3、行星軌道半徑分布的解釋,行星公轉(zhuǎn)軌道半徑的分布，遵從統(tǒng)計規(guī)律波特定則。它有多種表示式。其中，可由相鄰軌道半長軸ΑN表示成如下等比級數(shù)形式AN＋1／AN＝169±026觀測值與計算值在內(nèi)行星符合得很好，而外行星符合得較差。,4行星定居順序及數(shù)目的解釋,因為塵層的密度隨遠(yuǎn)離太陽而減小，星子生長率與密度成正比，故可知靠近太陽的行星先形成。水星胎形成時，金星區(qū)已有了大星子，它同水星胎爭奪邊界區(qū)物質(zhì)。如果它離水星近，因邊界物質(zhì)少，不會生長快；它也不會離地球區(qū)近，因為還與那里的大星子爭奪物質(zhì)。,形成行星的數(shù)量與星云盤內(nèi)可吸積物質(zhì)的數(shù)量有關(guān)。若星云盤內(nèi)可吸積物質(zhì)為000135M0時，形成九個行星和小行星；當(dāng)云盤內(nèi)可吸積物質(zhì)增加12倍時，只形成三個行星；當(dāng)云盤內(nèi)可吸積物質(zhì)增加340倍時，則只形成一個天體，太陽系便成雙星系了。,5角動量分布的解釋,如前所述，太陽系中太陽的質(zhì)量大、角動量卻小，行星及其衛(wèi)星的質(zhì)量小、角動量卻大，相差非常懸殊。這一角動量的特殊分布，很自然使人們想到，原始太陽質(zhì)量占原始星云絕大部分，它剛形成時角動量一定比現(xiàn)在大得多，需要某種機制轉(zhuǎn)移掉它的角動量。這種機制就是“沙茲曼機制”。,太陽系中太陽和行星的角動量分布，與太陽的演化和行星的形成過程有關(guān)。計算表明，太陽在其發(fā)展的金牛T階段之前，角動量需要減少幾十倍，才能保證太陽繼續(xù)收縮。在這里“沙茲曼機制”是有效的，因為那時太陽自轉(zhuǎn)快，表層活動劇烈，能夠拋出很多帶電粒子，這些帶電粒子沿著與太陽共轉(zhuǎn)的磁力線運動，由于當(dāng)時的磁場比現(xiàn)在強得多，所以可以帶走大量角動量。,三、地球的形成和演化（THEFORMATIONANDEVOLUTIONOFTHEEARTH,1、地球的形成地球是太陽系中一個普通成員，一顆“規(guī)則”行星，因此，可以用太陽系起源的戴文賽假說，在解釋一般行星的形成過程中，也解釋地球的形成。概括地說，一個冷的、自轉(zhuǎn)的原始星云（質(zhì)量＜13M0）因自吸引而收縮,，中部形成太陽，外部形成星云盤，凝聚的固體顆粒沉降到云盤中面（赤道面）附近塵層。,塵層各區(qū)的物理化學(xué)條件不同。當(dāng)塵層的物質(zhì)密度足夠大，可以發(fā)生引力不穩(wěn)定性而瓦解為許多物質(zhì)團。這些物質(zhì)團集聚為星子，星子又因吸積而集聚成行星。這就是太陽系形成的一般輪廓，也就是各行星形成過程中的共性。在塵層的地球區(qū)內(nèi)，最大星子成為地球胎。由于塵層內(nèi)各區(qū)的星子有大致相同的組成，所以地球吸積生長的初期是均一吸積的。,但是，由于大星子及行星胎的攝動，星子改變軌道，可移到相鄰的區(qū)域內(nèi)，因此，在地球生長的后期，一定有相當(dāng)數(shù)量的其它區(qū)的星子。尤其是鄰近的金星區(qū)和火星區(qū)的星子，在通過地球區(qū)時，可以被地球胎吸積，因而在地球生長后期對均一吸積有一定的偏差。地球形成時的溫度、密度和物質(zhì)組成等狀況，對地球形成后的早期演化將起決定作用。,2、地球的早期演化,地球演化問題，是地球起源問題的自然延伸。如果說地球起源還離不開整個整個太陽系形成的話，那么地球演化基本是地球自身的改造過程。只是在它發(fā)展的某一階段經(jīng)受了小天體的撞擊，從而影響它的演化方向。,地球形成后，有過各種各樣的變化。其中，影響特別深遠(yuǎn)的是整個地球分化成同心圈層，即地核、地幔、地殼、水圈、大氣圈以及生物圈。其中地核地幔地殼，組成固體地球。水圈和大氣圈對固體地球的形成和改造的形成和改造的作用也是不容忽視的。,,（1）地核和地幔的形成,從太陽星云分化出來時的原始地球，是一個均勻的球體，還是一個已經(jīng)分層的球體對此有許多研究，可概括地分為兩大派，均一吸積說和非均一吸積說。非均一吸積說認(rèn)為，在原始星云中鐵和硅已經(jīng)分離。地球的吸積生長過程不是均一的，即先吸積鐵，形成地核，后來吸積硅酸鹽，形成地幔。,均一吸積說認(rèn)為，地球所吸積的物質(zhì)在組成上是均一的，吸積的物質(zhì)同時含有硅和鐵，地核和地幔的分異，是在吸積過程或吸積結(jié)束時開始的。一般認(rèn)為，均一吸積說的可能性大。根據(jù)這種假說，原始地球是一個接近均質(zhì)混雜在一起，并沒有明顯的分層現(xiàn)象。但是，地球物質(zhì)的均質(zhì)現(xiàn)象是相對的，暫時的。,在圈層分化過程中，溫度是不容忽視的的外在條件。在溫度很低時，各種不同物質(zhì)都以固態(tài)存在著。因此，它們不可能在重力的作用下自由地升降。后來，由于地球的體積逐漸增大，地球保存的熱能的能力就將逐漸增加。這樣、放射性元素在蛻變中所產(chǎn)生的熱能，就在地球內(nèi)部積累起來。隨著地球內(nèi)部熱量的積累、地球內(nèi)部的溫度就逐漸增高，地內(nèi)物質(zhì)也就具有越來越高的可塑性。當(dāng)溫度高到一定程度，以致地內(nèi)物質(zhì)具有足夠的可塑性時，就開始了重力作用下的分化過程。,圈層分化的結(jié)果，形成以密度高低為順序的明顯層次。在這里，物質(zhì)密度的差異，則是圈層分化的內(nèi)在條件。人們知道，地內(nèi)的較輕物質(zhì)，無非是硅酸物質(zhì)；而較重物質(zhì)，無非是鐵和鎳。硅酸物質(zhì)具有低密度和高熔點性質(zhì)。相反，鐵和鎳具有高密度和低熔點性質(zhì)。,因此，當(dāng)?shù)貎?nèi)溫度足夠高的時候，鐵和鎳就熔化了，而硅酸物質(zhì)仍然保持其固體狀態(tài)。這樣，地球上層的鐵和鎳的熔體就滲過硅酸物質(zhì)，流向地內(nèi)深處，甚至地球中心。同時，地內(nèi)深處的硅酸物質(zhì)就浮到地球上部。這樣，地球就分化成地核和地幔。地核和地幔的形成，是地球分化成同心圈層的第一步，也是關(guān)鍵的一步。,如果沒有地幔，則不會出現(xiàn)由它分化出來的巖石圈；如果沒有地核，則也不會出現(xiàn)由它分化出來的地球內(nèi)核，現(xiàn)今許多地質(zhì)活動和地球物理現(xiàn)象，也就失去了存在的基礎(chǔ)。這里有一個問題從地球形成和圈層分化完成，至今已幾十億年。隨著地球整體的冷卻，為什么地核（指外核）能保持原始的液態(tài)呢這可能因為地幔本身有放射性物質(zhì)加熱，它是一個熱導(dǎo)率不大的、堅硬而巨厚的“巖石帷幕”。地幔對地核起某種絕熱作用。,2、原始地殼的形成和陸殼、洋殼的分化,在地核和地幔形成后，那時的地球表層是熔融的。在距今4046億年前，表層開始冷卻分異，形成全球性的原始地殼。這就是大陸地殼。在距今3040億年前，類地行星都受到星子撞擊，由于地球質(zhì)量大、引力強，撞擊作用很猛烈。,有人推算，單位地表受星子撞擊比月球多3050，撞擊坑比月球大1115。星子在地表的撞擊分布不均勻，在受撞擊的集中區(qū)域下，造成地幔熔化，并發(fā)生玄武巖噴發(fā)，排出大量巖漿和氣體，從而改變原始地殼的成分，形成原始大洋地殼。,IMPACTSONTHEEARTHA、MANICOUAGAN,QUEBEC,CANADA51°23N,68°42WRIMDIAMETER100KILOMETERS62MIL

簡介：大學(xué)物理學(xué)電子教案,,靜電場的性質(zhì)與計算,84電場強度通量高斯定理電場強度通量高斯定律高斯定律應(yīng)用舉例85密立根測定電子電荷的實驗,,復(fù)習(xí),電荷的量子化電荷守恒定律庫侖定律靜電場的概念電場強度電場強度疊加原理電場強度的計算,84電場強度通量高斯定理,1、定義,一、電場線,電場線上每一點的場強的方向與該點切線方向相同，而且電場線箭頭的指向表示場強的方向。,2、幾種典型的電場線分布,3、電場線密度,定義經(jīng)過電場中任一點，作一面積元DS，并使它與該點的場強垂直，若通過DS面的電場線條數(shù)為DN，則電場線密度為DN/DS。,4、靜電場的電場線特點,電場線總是起始于正電荷（或來自于無窮遠(yuǎn)），終止于負(fù)電荷（或終止于無窮遠(yuǎn)），不是閉合曲線；任何兩條電場線都不能相交。,5、關(guān)于電場線的幾點說明,電場線是人為畫出的，在實際電場中并不存在；電場線可以形象地、直觀地表現(xiàn)電場的總體情況電場線圖形可以用實驗演示出來。,對于勻強電場，電場線密度處處相等，而且方向處處一致。,二、電場強度通量,1、定義通過電場中某一面的電場線的條數(shù)叫做通過這一面元的電場強度通量。,2、勻強電場的電通量,平面S與B平行時,平面S與B有夾角Θ時,引入面積矢量,3、非均勻電場的電通量,微元DS,對封閉曲面,4、方向的規(guī)定,閉合曲面外法線方向自內(nèi)向外為正。,非閉合曲面的邊界繞行方向與法向成右手螺旋法則,三、高斯定律,高斯（CARLFRIEDRICHGAUSS17771855）,,德國數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家和物理學(xué)家。高斯在數(shù)學(xué)上的建樹頗豐，有“數(shù)學(xué)王子”美稱。,高斯長期從事于數(shù)學(xué)并將數(shù)學(xué)應(yīng)用于物理學(xué)、天文學(xué)和大地測量學(xué)等領(lǐng)域的研究，主要成就1物理學(xué)和地磁學(xué)關(guān)于靜電學(xué)、溫差電和摩擦電的研究、利用絕對單位（長度、質(zhì)量和時間）法則量度非力學(xué)量以及地磁分布的理論研究。2光學(xué)利用幾何學(xué)知識研究光學(xué)系統(tǒng)近軸光線行為和成像，建立高斯光學(xué)。3天文學(xué)和大地測量學(xué)中如小行星軌道的計算，地球大小和形狀的理論研究等。4試驗數(shù)據(jù)處理結(jié)合試驗數(shù)據(jù)的測算，發(fā)展了概率統(tǒng)計理論和誤差理論，發(fā)明了最小二乘法，引入高斯誤差曲線。5高斯還創(chuàng)立了電磁量的絕對單位制。,1、高斯定律的內(nèi)容,通過任一閉合曲面的電場強度的通量，等于該曲面所包圍的所有電荷的代數(shù)和除以Ε0，與封閉曲面外的電荷無關(guān)。,2、證明出發(fā)點庫侖定律和疊加原理,球面上各點的場強方向與其徑向相同。球面上各點的場強大小由庫侖定律給出。,通過一個與點電荷Q同心的球面S的電通量,此結(jié)果與球面的半徑無關(guān)?；蛘哒f，通過各球面的電場線總條數(shù)相等。從Q發(fā)出的電場線連續(xù)的延伸到無窮遠(yuǎn)。,包圍點電荷Q的任意封閉曲面S,對于任意一個閉合曲面S’，只要電荷被包圍在S’面內(nèi)，由于電場線是連續(xù)的，在沒有電荷的地方不中斷，因而穿過閉合曲面S’與S的電場線數(shù)目是一樣的。,由于電場線的連續(xù)性可知，穿入與穿出任一閉合曲面的電通量應(yīng)該相等。所以當(dāng)閉合曲面無電荷時，電通量為零。,通過不包圍點電荷的任意閉合曲面的電通量為零,多個點電荷的電通量等于它們單獨存在時的電通量的代數(shù)和,利用場強疊加原理可證,連續(xù)分布,3、關(guān)于高斯定理的說明,高斯定理是反映靜電場性質(zhì)（有源性）的一條基本定理；高斯定理是在庫侖定律的基礎(chǔ)上得出的，但它的應(yīng)用范圍比庫侖定律更為廣泛；高斯定理中的電場強度是封閉曲面內(nèi)和曲面外的電荷共同產(chǎn)生的，并非只有曲面內(nèi)的電荷確定；若高斯面內(nèi)的電荷的電量為零，則通過高斯面的電通量為零，但高斯面上各點的電場強度并不一定為零；通過任意閉合曲面的電通量只決定于它所包圍的電荷的代數(shù)和，閉合曲面外的電荷對電通量無貢獻(xiàn)。但電荷的空間分布會影響閉合面上各點處的場強大小和方向；高斯定理中所說的閉合曲面，通常稱為高斯面。,四、高斯定律應(yīng)用舉例,高斯定理的一個重要應(yīng)用，是用來計算帶電體周圍電場的電場強度。實際上，只有在場強分布具有一定的對稱性時，才能比較方便應(yīng)用高斯定理求出場強。求解的關(guān)鍵是選取適當(dāng)?shù)母咚姑?。常見的具有對稱性分布的源電荷有,球?qū)ΨQ分布包括均勻帶電的球面，球體和多層同心球殼等,無限大平面電荷包括無限大的均勻帶電平面，平板等。,軸對稱分布包括無限長均勻帶電的直線，圓柱面，圓柱殼等；,步驟,1進行對稱性分析，即由電荷分布的對稱性，分析場強分布的對稱性，判斷能否用高斯定理來求電場強度的分布（常見的對稱性有球?qū)ΨQ性、軸對稱性、面對稱性等）；,2根據(jù)場強分布的特點，作適當(dāng)?shù)母咚姑?，要求①待求場強的場點應(yīng)在此高斯面上，②穿過該高斯面的電通量容易計算。一般地，高斯面各面元的法線矢量N與E平行或垂直，N與E平行時，E的大小要求處處相等，使得E能提到積分號外面；,3計算電通量和高斯面內(nèi)所包圍的電荷的代數(shù)和，最后由高斯定理求出場強。,例1、均勻帶電球殼的場強。設(shè)有一半徑為R、均勻帶電為Q的薄球殼。求球殼內(nèi)部和外部任意點的電場強度。,解以球心到場點的距離為半徑作一球面，則通過此球面的電通量為,根據(jù)高斯定理，通過球面的電通量為球面內(nèi)包圍的電荷,當(dāng)場點在球殼外時,當(dāng)場點在球殼內(nèi)時,結(jié)果表明均勻帶電球殼外的電場強度分布象球面上的電荷都集中在球心時所形成的點電荷在該區(qū)的電場強度分布一樣。,例2、均勻帶電球體的場強。設(shè)有一半徑為R、均勻帶電為Q的球體。求球體內(nèi)部和外部任意點的電場強度。,,,,解以球心到場點的距離為半徑作一球面，則通過此球面的電通量為,根據(jù)高斯定理，通過球面的電通量為球面內(nèi)包圍的電荷,當(dāng)場點在球體外時,當(dāng)場點在球體內(nèi)時,例3、無限長均勻帶電直線的場強設(shè)有一無限長均勻帶電直線，電荷線密度為Λ，求距離直線為R處的電場強度。,解以帶電直導(dǎo)線為軸，作一個通過P點，高為H的圓筒形封閉面為高斯面S，通過S面的電通量為圓柱側(cè)面和上、下底面三部分的通量。,其中上、下底面的電場強度方向與面平行，電通量為零。所以式中后兩項為零。,此閉合面包含的電荷總量,其方向沿求場點到直導(dǎo)線的垂線方向。正負(fù)由電荷的符號決定。,解由于電荷分布對于求場點P到平面的垂線OP是對稱的，所以P點的場強必然垂直于該平面。,例4、無限長均勻帶電平面的場強。設(shè)有一無限長均勻帶電平板，單位面積上的電荷，即電荷面密度為Σ，求距離平板為R處的電場強度。,電場強度的方向垂直于帶電平面。,高斯面所包圍的電量為,由此可知，電場強度為,由高斯定理可知,電場強度方向離開平面,電場強度方向指向平面,例5、兩個帶等量異號電荷的無限大平行平面的電場設(shè)面電荷密度分別為Σ1Σ和Σ2Σ,解該系統(tǒng)不再具有簡單的對稱性，不能直接應(yīng)用高斯定律。然而每一個帶電平面的場強先可用高斯定律求出，然后再用疊加原理求兩個帶電平面產(chǎn)生的總場強。,由圖可知，在A區(qū)和B區(qū)場強均為零。C區(qū)場強的方向從帶正電的平板指向帶負(fù)電的平板。場強大小為一個帶電平板產(chǎn)生的場強的兩倍。,8－5密立根測定電子電荷的實驗,1909年密立根測量電子電荷；1923年獲得諾貝爾物理獎。,方法觀察均勻電場中帶電油滴的運動。,不加電場時油滴在重力和阻力的作用下，最后得到終極速度。,由此式可從實驗中測量油滴的質(zhì)量。,加電場時油滴在重力、阻力和電場力的作用下，最后也得到終極速度。,因而可得油滴的電荷為,密立根油滴實驗的結(jié)果,電子電荷的值為E16031019C，稱為基元電荷；油滴的電荷總是等于同一基元電荷的整數(shù)倍QNE,N1,2,,即電荷是量子化的。,,小結(jié),電場強度通量高斯定理電場線電場強度通量高斯定律高斯定律應(yīng)用舉例密立根測定電子電荷的實驗,,作業(yè)思考題P4910，13，15，16習(xí)題P5213，15，16，20預(yù)習(xí)86，87,

簡介：大學(xué)物理學(xué)電子教案,靜電場中的電介質(zhì)1,9－3靜電場中的電介質(zhì)9－4電位移有電介質(zhì)時的高斯定理,,復(fù)習(xí),9－1靜電場中的導(dǎo)體靜電感應(yīng)靜電平衡條件靜電平衡時的電荷分布靜電屏蔽,9－2電容電容器孤立導(dǎo)體的電容電容器電容器并聯(lián)和串聯(lián),93靜電場中的電介質(zhì),所謂電介質(zhì)，是指不導(dǎo)電的物質(zhì)，即絕緣體，內(nèi)部沒有可以移動的電荷。若把電介質(zhì)放入靜電場中，電介質(zhì)原子中的電子和原子核在電場力的作用下，在原子范圍內(nèi)作微觀的相對位移。達(dá)到靜電平衡時，電介質(zhì)內(nèi)部的場強也不為零。,在外電場中電介質(zhì)要受到電場的影響，同時也影響外電場。,一、電介質(zhì)對電容的影響相對電容率,1、電介質(zhì)對電容器電容影響,電容器充電后，撤去電源，使兩極板上的電量維持恒定，測得充滿電介質(zhì)電容器兩極板間的電壓U，為真空電容器兩極板間的電壓U0的1/ER倍，即UU0/ER。因而，充滿電介質(zhì)電容器的電容為,極板間充滿電介質(zhì)所電容器的電容為真空電容的ER倍。,2、電介質(zhì)的相對電容率和電容率,ER叫做電介質(zhì)的相對電容率相對電容率ER與真空電容率E0的乘積EERE0叫做電容率,3、電介質(zhì)中的電場強度,真空中,電介質(zhì)中,電介質(zhì)內(nèi)任意點的電場強度為原來真空時電場強度的1/ER,4、電介質(zhì)的擊穿場強與擊穿電壓,當(dāng)電場強度增大的某一最大場強EB時，電介質(zhì)分子發(fā)生電離，從而使電介質(zhì)分子失去絕緣性，這時電介質(zhì)被擊穿。電介質(zhì)能夠承受的最大場強EB稱為電介質(zhì)的擊穿場強。此時，兩極板間的電壓稱為擊穿電壓UB。,EBUB/D,無極分子分子的正負(fù)電荷中心在無電場時是重合的，沒有固定的電偶極矩，如H2、HCL4，CO2，N2，O2等,有極分子分子的正負(fù)電荷中心在無電場時不重合的，有固定的電偶極矩，如H2O、HCL等。,1、電介質(zhì)的分類,二、電介質(zhì)的極化,每一個分子的正電荷Q集中于一點，稱為正電荷的“重心”，負(fù)電荷Q集中于一點，稱為正負(fù)電荷的“重心”；分子構(gòu)成電偶極子PQL,2、無極分子的極化機理位移極化,無外電場時，分子的正負(fù)電荷中心重合；有外電場時，正、負(fù)電荷將被電場力拉開，偏離原來的位置，形成一個電偶極子，叫作誘導(dǎo)電偶極矩。,處于外電場，每個分子都有一定的誘導(dǎo)電偶極矩，以致在電介質(zhì)與外電場垂直的兩個表面上出現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷。極化電荷或束縛電荷。,3、有極分子的極化機理取向極化,當(dāng)沒有外電場時，電偶極子的排列是雜亂無章的，因而對外不顯電性。,當(dāng)有外電場時，每個電偶極子都將受到一個力矩的作用。在此力矩的作用下，電介質(zhì)中的電偶極子將轉(zhuǎn)向外電場的方向。在垂直于電場方向的兩個表面上，將產(chǎn)生極化電荷。,4、極化電荷,在外電場中，出現(xiàn)束縛電荷的現(xiàn)象叫做電介質(zhì)的極化。,5、電暈現(xiàn)象,在潮濕或陰雨天的日子里，高壓輸電線附近，?？梢砸姷接袦\藍(lán)色輝光的放電現(xiàn)象，稱為電暈現(xiàn)象。電暈現(xiàn)象可以用水分子的極化和尖端放電來解釋。,三、電極化強度,1、引入,在沒有外電場時，電介質(zhì)未被極化，內(nèi)部宏觀小體積元中各分子的電偶極矩的矢量和為零；當(dāng)有外電場時，電介質(zhì)被極化，此小體積元中的電偶極矩的矢量和將不為零。外電場越強，分子的電偶極矩的矢量和越大。用單位體積中分子的電偶極矩的矢量和來表示電介質(zhì)的極化程度,2、電極化強度的定義,單位體積中分子的電偶極矩的矢量和叫作電介質(zhì)的電極化強度。,3、關(guān)于電極化強度的說明,電極化強度用來表征電介質(zhì)極化程度的物理量；單位CM2，與電荷面密度的單位相同；若電介質(zhì)的電極化強度大小和方向相同，稱為均勻極化；否則，稱為非均勻極化。,4、電極化強度和極化電荷面密度的關(guān)系,在電介質(zhì)中取一長為D、面積為ΔS的柱體，柱體兩底面的極化電荷面密度分別為Σ和Σ，這樣柱體內(nèi)所有分子的電偶極矩的矢量和的大小為,電極化強度的大小為,平板電容器中的均勻電介質(zhì)，其電極化強度的大小對于極化產(chǎn)生的極化電荷面密度。,四、電介質(zhì)中的電場強度極化電荷與自由電荷的關(guān)系,1、電介質(zhì)中的電場強度,2、極化電荷與自由電荷的關(guān)系,3、電介質(zhì)的極化規(guī)律,C稱為電介質(zhì)的電極化率,在各向同性線性電介質(zhì)中它是一個純數(shù)。,,,,在高頻條件下，電介質(zhì)的相對電容率和外電場的頻率有關(guān)。,94電位移有電介質(zhì)時的高斯定理,一、有電介質(zhì)時的高斯定理,設(shè)極板上的自由電荷的面密度為S0電介質(zhì)表面上極化電荷面密度為S‘端面的面積為S,令,電位移矢量,電位移通量,在靜電場中，通過任意一個閉合曲面的電位移矢量通量等于該面所包圍的自由電荷的代數(shù)和，這就是有介質(zhì)時的高斯定理。,二、電位移矢量和電場強度的關(guān)系,關(guān)于電位移矢量的說明電位移矢量是輔助量，電場強度才是基本量；描述電場性質(zhì)的物理量是電場強度和電勢；在電介質(zhì)中，環(huán)路定理仍然成立，靜電場是保守場。,只與自由電荷有關(guān),三、有電介質(zhì)時的高斯定理的應(yīng)用,利用電介質(zhì)的高斯定理可以使計算簡化，原因是只需要考慮自由電荷，一般的步驟為，首先由高斯定理求出電位移矢量的分布，再由電位移矢量的分布求出電場強度的分布，這樣可以避免求極化電荷引起的麻煩。,例題．一平板電容器充滿兩層厚度各為D1和D2的電介質(zhì)，它們的相對電容率分別為ER1和ER2，極板的面積為S。求1電容器的電容；2當(dāng)極板上的自由電荷面密度為S0時，兩介質(zhì)分解面上的極化電荷的面密度；3兩層介質(zhì)的電位移。,解1設(shè)兩電介質(zhì)中場強分別為E1和E2，選如圖所示的上下底面面積均為S的柱面為高斯面，上底面在導(dǎo)體中，下底面在電介質(zhì)中，側(cè)面的法線與場強垂直，柱面內(nèi)的自由電荷為,根據(jù)高斯定理,所以,電介質(zhì)中的電場強度,兩極板的電勢差為,電容,2分界面處第一層電介質(zhì)的極化電荷面密度為,第二層電介質(zhì)的極化電荷面密度為,3電位移矢量為,,小結(jié),靜電場中的電介質(zhì),電位移,電介質(zhì)中的高斯定理,,作業(yè)思考題P9412，13，15，16習(xí)題P9613，16，18，19預(yù)習(xí)95，96，97，98,

簡介：大學(xué)物理學(xué)電子教案,,量子物理（3）,196德布羅意波實物粒子的二象性197不確定關(guān)系,,復(fù)習(xí),康普頓效應(yīng)氫原子的玻爾理論氫原子光譜的規(guī)律性盧瑟福的原子有核模型氫原子的玻爾理論弗蘭克赫茲實驗實驗裝置實驗結(jié)果解釋,19－6德布羅意波實物粒子的二象性,德布羅意LOUISVICTORDUEDEBROGLIE,18921960,,德布羅意原來學(xué)習(xí)歷史，后來改學(xué)理論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點，用對比的方法分析問題。1923年，德布羅意試圖把粒子性和波動性統(tǒng)一起來。1924年，在博士論文關(guān)于量子理論的研究中提出德布羅意波,同時提出用電子在晶體上作衍射實驗的想法。愛因斯坦覺察到德布羅意物質(zhì)波思想的重大意義，譽之為“揭開一幅大幕的一角”。,法國物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，波動力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。,一、德布羅意假設(shè),一個質(zhì)量為M的實物粒子以速率V運動時，即具有以能量E和動量P所描述的粒子性，也具有以頻率N和波長L所描述的波動性。,這種波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。,德布羅意公式,如速度V50?102M/S飛行的子彈，質(zhì)量為M102KG，對應(yīng)的德布羅意波長為,如電子M91?1031KG，速度V50?107M/S,對應(yīng)的德布羅意波長為,,,太小測不到,X射線波段,例題1從德布羅意波導(dǎo)出氫原子波爾理論中的角動量量子化條件。德布羅意把原子定態(tài)與駐波聯(lián)系起來，即把能量量子化與有限空間駐波的波長和頻率聯(lián)系起來。如電子繞原子一周，駐波應(yīng)銜接，所以圓周長應(yīng)等于波長的整數(shù)倍。,再根據(jù)德布羅意關(guān)系,得出角動量量子化條件,二、德布羅意波的實驗驗證,1、戴維遜革末實驗,,K,戴維遜和革末的實驗是用電子束垂直投射到鎳單晶，電子束被散射。其強度分布可用德布羅意關(guān)系和衍射理論給以解釋，從而驗證了物質(zhì)波的存在。1937年他們與GP湯姆孫一起獲得NOBEL物理學(xué)獎。,實驗裝置電子從燈絲K飛出，經(jīng)電勢差為U的加速電場，通過狹縫后成為很細(xì)的電子束，投射到晶體M上，散射后進入電子探測器，由電流計G測量出電流。,實驗現(xiàn)象實驗發(fā)現(xiàn)，單調(diào)地增加加速電壓，電子探測器的電流并不是單調(diào)地增加的，而是出現(xiàn)明顯的選擇性。例如，只有在加速電壓U54V,且Θ500時，探測器中的電流才有極大值。,Θ/2,Θ/2,,,實驗解釋,當(dāng)加速電壓U54V，加速電子的能量EUMV2/2，電子的德布羅意波長為,X射線實驗測得鎳單晶的晶格常數(shù)D0215NM,實驗結(jié)果理論值Θ500與實驗結(jié)果Θ510相差很小，表明電子電子確實具有波動性，德布羅意關(guān)于實物具有波動性的假設(shè)是正確的。,2、湯姆遜實驗,1927年，湯姆遜在實驗中，讓電子束通過薄金屬笛后射到照相底線上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與X射線通過金箔時一樣，也產(chǎn)生了清晰的電子衍射圖樣。,1993年，CROMMIE等人用掃描隧道顯微鏡技術(shù)，把蒸發(fā)到銅（111）表面上的鐵原子排列成半徑為713NM的圓環(huán)形量子圍欄，用實驗觀測到了在圍欄內(nèi)形成的同心圓狀的駐波“量子圍欄”，直觀地證實了電子的波動性。,3、電子通過狹縫的衍射實驗1961年，約恩孫JONSSON制成長為50MM，寬為03MM，縫間距為10MM的多縫。用50V的加速電壓加速電子，使電子束分別通過單縫、雙縫等，均得到衍射圖樣。,中子衍射,射線衍射,X,X射線經(jīng)晶體的衍射圖,電子射線經(jīng)晶體的衍射圖,由于電子波長比可見光波長小103?105數(shù)量級，從而可大大提高電子顯微鏡的分辨率。1932年，德國的魯斯卡研制成功電子顯微鏡。我國已制成80萬倍的電子顯微鏡，分辨率為144NMN，能分辨大個分子有著廣泛的應(yīng)用前景。,三、應(yīng)用舉例,1、電子顯微鏡,2、掃描隧道顯微鏡,1981年，德國的賓尼希和瑞士的羅雷爾制成了掃描隧道顯微鏡，他們兩人因此與魯斯卡共獲1986年的諾貝爾物理學(xué)獎金。其橫向分辨率可得01NM，縱向分辨率可得0001NM，它在納米材料、生命科學(xué)和微電子學(xué)中起著不可估量的作用。,四、德布羅意波的統(tǒng)計解釋,1、光的衍射,根據(jù)光的波動性，光是一種電磁波，在衍射圖樣中，亮處波的強度大，暗處波的強度小。而波的強度與振幅的平方成正比，所以衍射圖樣中，亮處的波的振幅的平方大，暗處的波的振幅平方小。根據(jù)光的粒子性某處光的強度大，表示單位時間內(nèi)到達(dá)該處的光子數(shù)多；某處光的強度小，表示單位時間內(nèi)到達(dá)該處的光子數(shù)少。從統(tǒng)計的觀點來看相當(dāng)于光子到達(dá)亮處的概率要遠(yuǎn)大于光子到達(dá)暗處的概率。因此可以說，粒子在某處出現(xiàn)附近出現(xiàn)的概率是與該處波的強度成正比的，而波的強度與波的振幅的平方成正比，所以也可以說，粒子在某處附近出現(xiàn)的概率是與該處的波的振幅的平方成正比的。,2．德布羅意波統(tǒng)計解釋,從粒子的觀點看，衍射圖樣的出現(xiàn)，是由于電子不均勻地射向照相底片各處形成的，有些地方電子密集，有些地方電子稀疏，表示電子射到各處的概率是不同的，電子密集的地方概率大，電子稀疏的地方概率小。從波動的觀點來看，電子密集的地方表示波的強度大，電子稀疏的地方表示波的強度小，所以，某處附近電子出現(xiàn)的概率就反映了在該處德布羅意波的強度。對電子是如此，對其它粒子也是如此。普遍地說，在某處德布羅意波的振幅平方是與粒子在該處出現(xiàn)的概率成正比的。這就是德布羅意波的統(tǒng)計解釋。,3．德布羅意波與經(jīng)典波的不同,機械波機械振動在空間的傳播德布羅意波是對微觀粒子運動的統(tǒng)計描述，它的振幅的平方表示粒子出現(xiàn)的概率，故是概率波。,用電子雙縫衍射實驗說明概率波的含義,1人射強電子流,干涉花樣取決于概率分布，而概率分布是確定的。,2人射弱電子流,電子干涉不是電子之間相互作用引起的，是電子自己和自己干涉的結(jié)果。,例2計算下列運動物質(zhì)的德布羅意波長,1質(zhì)量100G,V10MS?1運動的小球。,2以20?103MS?1速度運動的質(zhì)子。,3動能為16?10?7J的電子,197不確定關(guān)系,海森伯（WKHEISENBERG，19011976）,,德國理論物理學(xué)家。他于1925年為量子力學(xué)的創(chuàng)立作出了最早的貢獻(xiàn)，而于25歲時提出的不確定關(guān)系則與物質(zhì)波的概率解釋一起奠定了量子力學(xué)的基礎(chǔ)。為此，他于1932年獲得諾貝爾物理學(xué)獎金。,一、引入,經(jīng)典力學(xué)，粒子的運動具有決定性的規(guī)律，原則上說可同時用確定的坐標(biāo)與確定的動量來描述宏觀物體的運動。在量子概念下，電子和其它物質(zhì)粒子的衍射實驗表明，粒子束所通過的圓孔或單縫越窄小，則所產(chǎn)生的衍射圖樣的區(qū)域越大。,二、電子單縫衍射,電子通過單縫位置的不確定范圍,由于衍射，電子動量的大小不變，但是其方向發(fā)生了改變?？紤]電子被限制在一級最小的衍射角范圍內(nèi)，有JL/B，因此動量在OX軸上的分量的不確定度為,由德布羅意關(guān)系,即對于微觀粒子不能同時用確定的位置和確定的動量萊描述，這就是不確定關(guān)系，也叫不確定原理，是1927年海森伯提出的。它是自然界的客觀規(guī)律，不是測量技術(shù)和主觀能力的問題，是量子理論中的一個重要概念。,上述討論只是反映不確定關(guān)系的實質(zhì)，并不表示準(zhǔn)確的量值關(guān)系。量子力學(xué)嚴(yán)格證明給出,?X表示粒子在X方向上的位置的不確定范圍，?PX表示在X方向上動量的不確定范圍，其乘積不得小于一個常數(shù)。,若一個粒子的能量狀態(tài)是完全確定的，即?E0，則粒子停留在該態(tài)的時間為無限長，?T?。,三、不確定關(guān)系的數(shù)學(xué)表示與物理意義,例題1一顆質(zhì)量為10G的子彈，具有200M/S的速度，動量的不確定量為001，問在確定該子彈的位置時，有多大的不確定范圍,解子彈的動量為,子彈的動量的不確定量為,由不確定關(guān)系，可以得到子彈位置的不確定范圍為,這個不確定范圍是微不足道的，可見不確定關(guān)系對宏觀物體來說，實際上是不起作用的。,例題2一電子具有具有200M/S的速率，動量的不確定量為001，問在確定該電子的位置時，有多大的不確定范圍,解電子的動量為,子彈的動量的不確定量為,由不確定關(guān)系，可以得到子彈位置的不確定范圍為,我們知道原子大小的數(shù)量級為1010M，電子則更小。在這種情況下，電子位置的不確定范圍比電子本身的大小要大幾億倍以上。,四、不確定關(guān)系的應(yīng)用,1、估算氫原子可能具有的最低能量,電子束縛在半徑為R的球內(nèi)，所以,按不確定關(guān)系,當(dāng)不計核的運動，氫原子的能量就是電子的能量,代入上式得,基態(tài)能應(yīng)滿足,由此得出基態(tài)氫原子半徑,基態(tài)氫原子的能量,與波爾理論結(jié)果一致。,本例還說明量子體系有所謂的零點能。,2、解釋譜線的自然寬度,原子中某激發(fā)態(tài)的平均壽命為,普朗克能量子假說,不確定關(guān)系,譜線的自然寬度,它能解釋譜線的自然寬度。,E和E等粒子在氣泡室徑跡,例2．在威爾遜云室（或氣泡室）可看到一條白亮的帶狀的痕跡粒子的徑跡,?X104,?PH/?X1030,?1MEV,小結(jié),德布羅意波實物粒子的二象性德布羅意假設(shè)德布羅意波的實驗驗證應(yīng)用舉例德布羅意波的統(tǒng)計解釋不確定關(guān)系引入電子單縫衍射不確定關(guān)系的數(shù)學(xué)表示與物理意義不確定關(guān)系的應(yīng)用,作業(yè)思考題P30926，27，28，29習(xí)題P31116，20，22，24預(yù)習(xí)198,

簡介：1,11質(zhì)點做曲線運動，在時刻T質(zhì)點的位矢為，速度為，T至TΔT時間內(nèi)的位移為，路程為ΔS，位矢大小的變化量為ΔR，平均速度為，平均速率為，,11,（1）根據(jù)上述情況，則必有,（A）,（B）,（C）,（D）,B,,2,11質(zhì)點做曲線運動，在時刻T質(zhì)點的位矢為，速度為，T至TΔT時間內(nèi)的位移為，路程為ΔS，位矢大小的變化量為ΔR，平均速度為，平均速率為，,（2）根據(jù)上述情況，則必有,11,（A）,（B）,（C）,（D）,C,3,12,12一運動質(zhì)點在某瞬時矢徑，其速度大小為,,,D,4,13質(zhì)點做曲線運動，表示位置矢量，表示速度，表示加速度，S表示路程，AT表示切向加速度，對下列表達(dá)式,,D只有（3）是對的,5,14,14質(zhì)點在做圓周運動時，則有,A切向加速度一定改變，法向加速度也改變,B切向加速度可能不改變，法向加速度一定改變,C切向加速度可能不改變，法向加速度不變,D切向加速度一定改變，法向加速度不變,B,,6,15已知質(zhì)點沿X軸作直線運動，其運動方程為,求（1）質(zhì)點在運動開始后4S內(nèi)的位移大?。唬?）質(zhì)點在該時間內(nèi)所通過的路程。（3）T4S時質(zhì)點的速度和加速度,，其中X以M計，T以S計。,,解,時,（1）,時,位移大小,（2）,當(dāng)時，,當(dāng)時，,02秒內(nèi)，質(zhì)點的路程為,,24秒內(nèi)，質(zhì)點的路程為,04秒內(nèi)，質(zhì)點的路程為,15,7,15已知質(zhì)點沿X軸作直線運動，其運動方程為,求（1）質(zhì)點在運動開始后4S內(nèi)的位移大??；（2）質(zhì)點在該時間內(nèi)所通過的路程。（3）T4S時質(zhì)點的速度和加速度,，其中X以M計，T以S計。,,解,（3）,當(dāng)時，,當(dāng)時，,,24秒內(nèi)，質(zhì)點的路程為,04秒內(nèi)，質(zhì)點的路程為,15,當(dāng)時，,8,16,16已知質(zhì)點的運動方程為,求（1）質(zhì)點的運動軌跡；（2）T0及T2時，質(zhì)點的位矢；（3）由T0到T2S內(nèi)質(zhì)點的位移和徑向增量。,解,消去T，得,9,17,17質(zhì)點的運動方程為,試求（1）初速度的大小和方向；（2）加速度的大小和方向。,解,,任意時刻的速度,初速度,任意時刻的加速度,大小,方向,10,19,19質(zhì)點沿直線運動，加速度A4T2,如果當(dāng)T3S時，X9M，V2M/S，求質(zhì)點的運動方程。,解,,11,110,110一石子從空中靜止下落，由于空氣阻力，石子并非做自由落體運動現(xiàn)已知加速度AABV,試求石子的速度和運動方程。,解,,,,,12,111一質(zhì)點具有恒定加速度，其中，加速度的單位為M/S2，時間的單位為S，在時，其速度為零，位置矢量。求（1）在任意時刻的速度和位置矢量；（2）質(zhì)點在OXY平面上的軌跡方程，并畫出軌跡的示意圖。,111,,解,（1）,,,,,,,,（2）,,,13,112,,解,（1）運動方程,,消去T，得軌跡方程,（2）,時,時,,平均速度,（3）瞬時速度,時,14,112,,,平均速度,（3）瞬時速度,時,15,,,平均速度,（3）瞬時速度,,時,112,16,,112,（4）,17,113飛機以100M/S的速度沿水平直線飛行，在離地面高為100M時，駕駛員要把物品空投到前方某一地面目標(biāo)處，問（1）此時目標(biāo)在飛機下方前多遠(yuǎn)（2）投放物品時，駕駛員看目標(biāo)的視線和水平線成何角度（3）物品投出2S后，它的法向加速度和切向加速度的數(shù)值各為多少,113,,解,（1）,物品自由下落100M所需時間,這段時間內(nèi)物體飛行的水平距離,（2）,452,18,113,,113飛機以100M/S的速度沿水平直線飛行，在離地面高為100M時，駕駛員要把物品空投到前方某一地面目標(biāo)處，問（1）此時目標(biāo)在飛機下方前多遠(yuǎn)（2）投放物品時，駕駛員看目標(biāo)的視線和水平線成何角度（3）物品投出2S后，它的法向加速度和切向加速度的數(shù)值各為多少,（3）,,切向加速度,速率,19,113,,（3）,,切向加速度,速率,總加速度大小,法向加速度,20,116一質(zhì)點作半徑為R的圓周運動，其路程與時間的關(guān)系為SV0TBT2/2,V0和B都是正的常數(shù)。,1求質(zhì)點在T時刻的加速度2T為何值時，總加速度在數(shù)值上等于B；（3）當(dāng)加速度達(dá)到B時，質(zhì)點已沿圓周運行了多少圈,,解1,116,21,解1,,116,22,116一質(zhì)點作圓周運動，其路程與時間的關(guān)系為SV0TBT2/2,V0和B都是正的常數(shù)。,,2由前面得到,解得,116,1求質(zhì)點在T時刻的加速度2T為何值時，總加速度在數(shù)值上等于B；（3）當(dāng)加速度達(dá)到B時，質(zhì)點已沿圓周運行了多少圈,總加速度A,B,23,116一質(zhì)點作圓周運動，其路程與時間的關(guān)系為SV0TBT2/2,V0和B都是正的常數(shù)。,,3,時，質(zhì)點走過的路程,116,1求質(zhì)點在T時刻的加速度2T為何值時，總加速度在數(shù)值上等于B；（3）當(dāng)加速度達(dá)到B時，質(zhì)點已沿圓周運行了多少圈,質(zhì)點走過的圈數(shù)為,24,116一質(zhì)點作圓周運動，其路程與時間的關(guān)系為SV0TBT2/2,V0和B都是正的常數(shù)。,,116,1求質(zhì)點在T時刻的加速度2T為何值時，總加速度在數(shù)值上等于B；（3）當(dāng)加速度達(dá)到B時，質(zhì)點已沿圓周運行了多少圈,注意,,,25,117,117一半徑為050M的飛輪在啟動時的短時間內(nèi)，其角速度與時間的平方成正比，在T2S時測得輪緣一點的速度值為40M/S，求（1）該輪在T’05S時的角速度，輪緣一點的切向加速度和總加速度；（2）該點在20S內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度。,解,,,26,117,解,117一半徑為050M的飛輪在啟動時的短時間內(nèi)，其角速度與時間的平方成正比，在T2S時測得輪緣一點的速度值為40M/S，求（1）該輪在T’05S時的角速度，輪緣一點的切向加速度和總加速度；（2）該點在20S內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度。,,注意,27,118一質(zhì)點在半徑為010M的圓周上運動，其角位置為。（1）求在時質(zhì)點的法向加速度和切向加速度；（2）當(dāng)切向加速度的大小恰等于總加速度大小的一半時，Θ值為多少（3）T為多少時，法向加速度和切向加速度的值相等,118,,解,（1）,法向加速度,切向加速度,,（2）,總加速度,,28,118,解,（3）,,118一質(zhì)點在半徑為010M的圓周上運動，其角位置為。（1）求在時質(zhì)點的法向加速度和切向加速度；（2）當(dāng)切向加速度的大小恰等于總加速度大小的一半時，Θ值為多少（3）T為多少時，法向加速度和切向加速度的值相等,,法向加速度,切向加速度,,（2）,總加速度,,29,119一無風(fēng)的下雨天，一列火車以的速度勻速前進，在車內(nèi)的旅客看見玻璃窗外的雨滴和垂線成750角下降。求雨滴下落的速度V2。（設(shè)下降的雨滴作勻速運動）,119,,解,雨對車的速度,由圖知,車對地的速度,雨對地的速度,30,120,120以汽車在雨中沿直線行駛，其速率為V1，下落雨滴的方向偏與豎直方向之前?角，速率為V2，若車后有一長方形物體，問車速V1為多大時，此物體正好不會被雨水淋濕,,解,

簡介：,

簡介：階段1,階段2,階段3,學(xué)業(yè)分層測評,文藝復(fù)興,物理現(xiàn)象,海王星,相對論,分布狀態(tài),絕對時空觀,牛頓力學(xué),原子,粒子運動,普朗克,光電效應(yīng),量子力學(xué),微觀世界,相對論,認(rèn)識世界,學(xué)業(yè)分層測評（十一）點擊圖標(biāo)進入,,

簡介：高中物理學(xué)史復(fù)習(xí),貢獻(xiàn),1力是改變物體運動的原因,伽利略理想實驗推翻亞里士多德的錯誤觀點,伽利略15641642,2重物和輕物下落一樣快,比薩斜塔實驗推翻亞里士多德的錯誤觀點,3證明自由落體運動也是勻變速直線運動,斜面實驗驗證斜面上下落距離S與下落時間T的平方成正比,并定義這種運動為勻變速直線運動,貢獻(xiàn),1提出牛頓三大定律,1牛一任何物體若不受外力,將保持勻速直線或靜止?fàn)顟B(tài),直到有外力迫使它改變?yōu)橹?3主張粒子說認(rèn)為光是一種物質(zhì)微粒,而惠更斯主張波動說,2發(fā)表萬有引力定律,引力的大小跟這兩個物體的質(zhì)量乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比,牛頓16431727,2牛二物體的加速度與合外力成正比,與質(zhì)量成反比,即FMA,3牛三作用力與反作用力大小相同,方向相反,作用在同一直線上,貢獻(xiàn),1開普勒第一定律,所有行星繞太陽的運動軌道是橢圓，太陽位于橢圓的一焦點上,開普勒15711630,2開普勒第二定律,連接行星和太陽的直線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等,3開普勒第三定律,行星繞太陽運動的公轉(zhuǎn)周期的平方與它們的軌道半長徑的立方成正比,,貢獻(xiàn),利用扭秤裝置比較準(zhǔn)確地測出了引力常量,卡文迪許17311810,G6671011NM2/KG2,貢獻(xiàn),庫侖定律利用扭秤實驗發(fā)現(xiàn)了電荷之間的相互作用規(guī)律,真空中兩個靜止的點電荷的相互作用跟它們所帶電量的乘積成正比，跟它們之間距離的二次方成反比,庫侖17361806,,引力常量K9109NM2/C2,楞次18041865,貢獻(xiàn),楞次定律,感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化,奧斯特17771851,貢獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)電流可以使周圍的磁針偏轉(zhuǎn)的效應(yīng)，稱為電流的磁效應(yīng)電流周圍存在磁場,法拉第17911867,貢獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)了由磁場產(chǎn)生電流的條件和規(guī)律電磁感應(yīng)現(xiàn)象,法拉第電磁感應(yīng)定律,電路中感應(yīng)電動勢的大小,跟穿過這一電路的磁通量變化率成正比,EΔΦ/ΔT,托馬斯楊17731829,貢獻(xiàn),觀察到了光的干涉現(xiàn)象,當(dāng)一束單色光投射到擋板時，兩條狹縫相當(dāng)于兩個完全相同的光源，從而在光屏上觀察到明暗相間且等距的條紋,泊松17811840,貢獻(xiàn),觀察到光的圓板衍射泊松亮斑,把一個不透光的小的圓盤狀物放在光束中，在距這個圓盤一定距離的像屏上，圓盤的陰影中心應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)一個亮斑,這個亮斑叫泊松亮斑,泊松亮斑,麥克斯韋18311879,貢獻(xiàn),1預(yù)言了電磁波的存在，指出光是一種電磁波,2光的電磁說,1）光是一種電磁波,2）不同頻率的光在真空中波速相同，在介質(zhì)中波速不同．,3）不同介質(zhì)中，光的頻率（顏色）不變，波長和波速改變．,4）同一介質(zhì)中，光的頻率越高，波速越?。?赫茲18571894,貢獻(xiàn),1用實驗證實了電磁波的存在,2測定了電磁波的傳播速度等于光速,倫琴18541923,貢獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)X射線（倫琴射線）,倫琴在1895年發(fā)現(xiàn)的．波長比紫外線更短。它的穿透能力很強，能使包在黑紙里的照像底片感光，下圖是產(chǎn)生X射線的裝置，叫做X射線管,應(yīng)用人體透視、檢查金屬部件裂紋,普朗克18581947,貢獻(xiàn),解釋物體熱輻射規(guī)律提出電磁波的發(fā)射和吸收不是連續(xù)的，而是一份一份的，把物理學(xué)帶進了量子世界,愛因斯坦18791955,貢獻(xiàn),提出光子說，成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律,1光子說內(nèi)容在空間中傳播的光也不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子．,2光子能量（與頻率成正比）,H普朗克常量6631034JS,V光的頻率,3愛因斯坦光電效應(yīng)方程,W逸出功電子逃離原子所需能量）,EK光電子的能量,惠更斯16291695,貢獻(xiàn),1主張波動說,認(rèn)為光是一種波,2推理得到單擺周期公式,設(shè)計了擺鐘,德布羅意18921989,貢獻(xiàn),預(yù)言了一切微粒具有波粒二像性,,湯姆遜18561940,1897年,利用陰極射線管發(fā)現(xiàn)了電子榮獲1906年諾貝爾物理獎,貢獻(xiàn),2第一個提出原子有復(fù)雜結(jié)構(gòu),并提出原子的棗糕模型,,在湯姆遜的原子模型中，原子是一個球體；正電核均勻分布在整個球內(nèi)，而電子都象棗核那樣鑲嵌在原子里面．,電子,,正電荷,這個模型不久就被實驗事實否定了,盧瑟福18711937,1進行了Α粒子散射實驗，并提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,貢獻(xiàn),粒子散射實驗,盧瑟福18711937,1進行了Α粒子散射實驗，并提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,貢獻(xiàn),2由實驗結(jié)果估計原子核直徑數(shù)量級為1015M,3用Α粒子轟擊氮核，第一次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，并發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。,質(zhì)子,貝克勒爾18521908,貢獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，說明原子核也有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu),原子核,,,,,A射線,,,,?射線,?射線,成份,成份,成份,電子,光子,氦原子核（）,查德威克18911974,貢獻(xiàn),在Α粒子轟擊鈹核時發(fā)現(xiàn)中子，由此人們認(rèn)識到原子核的組成,中子,原子核,,,質(zhì)子,中子,質(zhì)子數(shù)中子數(shù)核子數(shù),

簡介：英國物理學(xué)會IOP出版社期刊介紹及其使用指南,IOP期刊介紹,現(xiàn)在IOP/CALIS集團包括IOP的43種電子期刊40種被SCI收錄93，34種有影響因子（85％）出版學(xué)科包括應(yīng)用物理計算機科學(xué)凝聚態(tài)和材料科學(xué)物理總論高能和核能物理數(shù)學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)物理測量科學(xué)和傳感器醫(yī)學(xué)和生物學(xué)光學(xué)原子和分子物理物理教育學(xué)等離子物理,出版的期刊,出版的期刊（續(xù)）,出版的期刊（續(xù)）,出版的期刊（續(xù)）,JOURNALOFPHYSICS系列,目前與中國合作的期刊,CHINESEPHYSICS中國物理學(xué)ANDCHINESEPHYSICSLETTERS中國物理學(xué)快報中國物理學(xué)會JOURNALOFGEOPHYSICALENGINEERING地球物理學(xué)與工程學(xué)南京石油物探研究所CHINESEJOURNALOFASTRONOMYASTROPHYSICS國家天文臺PLASMASCIENCEANDTECHNOLOGY等離子體科學(xué)和技術(shù)中科院等離子所和中國力學(xué)學(xué)會HEFEIBIOMEDICALMATERIALS生物醫(yī)學(xué)材料LAUNCHEDWITHPROFESSORFZCUI清華大學(xué)–EDITORINCHIEF,用戶可以訪問IOP主站，IOP主站可通過專線訪問，成員館不需要支付國際流量費?？稍L問數(shù)據(jù)范圍IOP主網(wǎng)站HTTP//WWWIOPORG/EJ/現(xiàn)刊數(shù)據(jù)1998年至今回溯數(shù)據(jù)1874年1997年,訪問方式及訪問范圍,IOP平臺使用指南____JOURNALSIOPORG,,,,,,,,,,直接訪問我們的期刊,IOP最近的新聞,IOP選出的最近出版的文章,,,DISPLAYJOURNALSBYSUBJECT,,,連接到IOP出版過的所有期刊，回溯文檔，最早從1874年開始,,,,連接到我們所有的現(xiàn)刊,,按照學(xué)科索引,,,,IOP平臺使用指南____JOURNALSLIST,,,,,進入我們的回溯文檔,進入我們最新的一卷，一期內(nèi)容,將要出版的文章信息,,,作者投稿,,,,IOP平臺使用指南____JOURNALHOMEPAGES,,,,,查看文摘,,,進入全文,IOP平臺使用指南____TABLESOFCONTENTS,,,頁面導(dǎo)航,,IOP平臺使用指南____THEFULLTEXT,,,,進入全文,EMAIL或下載文摘,,查看相關(guān)文章,,,,IOP平臺使用指南____ABSTRACTPAGE,引用文章,,,,IOP平臺使用指南____REFERENCES,連接到被引用的文章,,,IOP平臺使用指南____REFERENCES,,引用文章查詢,,,IOP平臺使用指南____CITINGARTICLES,連接到引用的文章，例如THEAMERICANPHYSICALSOCIETYANDNASA’SASTROPHYSICSDATASYSTEM,也有我們自己出版的期刊,,,,IOP平臺使用指南____CITINGARTICLES,多媒體文件,,,IOP平臺使用指南____MULTIMEDIAENHANCEMENTS,,越來越多的作者在他們的文章中提供多媒體文件，包括視頻片斷，動畫，實驗數(shù)據(jù)和補充數(shù)字等,,,IOP平臺使用指南____MULTIMEDIAENHANCEMENTS,,鍵入搜索關(guān)鍵字，可以從文章標(biāo)題和文摘中檢索,,,,也可以從全文中檢索,也可以選擇從特定的一年或一段時間中檢索，可以選擇最早的1874年起,選擇特定的一種期刊或一個學(xué)科檢索可選的,,,,,,,IOP平臺使用指南____SEARCHING,從檢索結(jié)果按照時間順序排列（默認(rèn)選項）,IOP平臺使用指南____SEARCHRESULTS,,,導(dǎo)出或者EMAIL您的檢索結(jié)果,,,,IOP平臺使用指南____EXPORTOREMAILSEARCHRESULTS,舉例說明檢索英國物理學(xué)家，化學(xué)家盧瑟福ERUTHERFORD發(fā)表過的三篇文章，最早一篇的發(fā)表自1903年,,,進入全文,IOP平臺使用指南____THEARCHIVESEARCHRESULTS,,一篇發(fā)表自1924年盧瑟福RUTHERFORD和查德威克CHADWICK（1891－1974英國物理學(xué)家，中子的發(fā)現(xiàn)者，曾或1935年諾貝爾物理學(xué)獎,IOP平臺使用指南____THEARCHIVEFULLTEXT,,分類您的檢索結(jié)果，更有效的找到感興趣的文章,,,IOP平臺使用指南____SEARCHANDCLUSTER,,,,,SEARCHRESULTSCLUSTEREDBYSUBJECT,,,,,檢索結(jié)果中的學(xué)科分類,,,IOP平臺使用指南____CLUSTEREDSEARCHRESULTS,,,在每一個頁面您都可以看到內(nèi)容查找引擎,可以快速找到特定的一篇文章,,IOP平臺使用指南____CONTENTFINDER,,,PERSONALISATIONOPTIONS,創(chuàng)建用戶名和密碼,,,,IOP平臺使用指南____USEROPTIONS,,兩種形式的電子郵件提醒,或者按照您自己的喜好制定電子郵件提醒（比如作者名或關(guān)鍵字）,可以收到最近發(fā)表期次的目錄,,,,,IOP平臺使用指南____EMAILALERTING,,,IOP平臺使用指南____EJSEXTRA,,,,,基本信息和服務(wù)，為作者，引用者和圖書館員頁面,,上下文幫助頁面,聯(lián)系我們,,這里應(yīng)該顯示您機構(gòu)的名稱,,,IOP平臺使用指南____OTHERINFORMATION,

簡介：第四章統(tǒng)計物理學(xué)基礎(chǔ),41統(tǒng)計物理的基本概念,一、物質(zhì)的微觀模型,熱力學(xué)系統(tǒng)（熱力學(xué)研究的對象）大量微觀粒子（分子、原子等）組成的宏觀體系。,外界熱力學(xué)系統(tǒng)以外的物體。,微觀粒子體系的基本特征1分子或原子非常小。2熱力學(xué)系統(tǒng)所包含的微觀粒子數(shù)非常巨大3分子之間存在相互作用力分子力4）分子或原子都以不同的速率不停地運動。,分子之間相互作用力分子力與分子間距離關(guān)系,為斥力且減少時F急劇增加,為平衡態(tài)，F(xiàn)0,注意,?D可視為分子力程；數(shù)量級在1010108M數(shù)量級，可看作分子直徑（有效直徑）。,?分子力是電磁力，遠(yuǎn)大于萬有引力。,宏觀量狀態(tài)參量描寫熱力學(xué)系統(tǒng)宏觀狀態(tài)的參量。如壓強P、體積V、溫度T等。,微觀量描述系統(tǒng)內(nèi)個別微觀粒子特征和運動狀態(tài)的物理量。如分子的質(zhì)量、直徑、速度、動量、能量等。,宏觀量與微觀量有一定的內(nèi)在聯(lián)系。統(tǒng)計物理學(xué)任務(wù)之一是建立宏觀量與微觀量的統(tǒng)計平均值的關(guān)系。,二、系統(tǒng)狀態(tài)的描寫,在這過程中，各點密度、溫度等均不相同，這就是非平衡態(tài)。但隨著時間的推移，各處的密度、溫度、壓強等都達(dá)到了均勻，無外界影響，狀態(tài)保持不變，就是平衡態(tài)。,設(shè)一容器，用隔板將其隔開，當(dāng)隔板右移時，氣體分子向右邊擴散，,平衡態(tài)在無外界的影響下，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間改變的穩(wěn)定狀態(tài)。,假想把箱子分成兩相同體積的部分，達(dá)到平衡時，兩側(cè)粒子有的穿越界線，但兩側(cè)粒子數(shù)相同。,例如粒子數(shù),說明,平衡態(tài)是一種理想狀態(tài),處在平衡態(tài)的大量分子仍在作熱運動，而且因為碰撞，每個分子的速度經(jīng)常在變，但是系統(tǒng)的宏觀量不隨時間改變。,平衡態(tài)是一種熱動平衡,狀態(tài)方程,理想氣體,物態(tài)方程狀態(tài)方程,當(dāng)系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，三個狀態(tài)參量存在一定的函數(shù)關(guān)系,三、分子熱運動的無序性和統(tǒng)計規(guī)律性,什么是統(tǒng)計規(guī)律性STATISTICALREGULARITY?,大量偶然性從整體上所體現(xiàn)出來的必然性。,例扔硬幣,,,,,,,,,,,,,,,從入口投入小球,,與釘碰撞,落入狹槽,為清楚起見,從正面來觀察。,偶然,隔板,鐵釘,統(tǒng)計規(guī)律和方法伽爾頓板,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,大量偶然事件整體所遵循的規(guī)律統(tǒng)計規(guī)律。,再投入小球,經(jīng)一定段時間后,大量小球落入狹槽。,分布情況,中間多，兩邊少。,重復(fù)幾次，結(jié)果相似。,單個小球運動是隨機的,大量小球運動分布是確定的。,統(tǒng)計規(guī)律和方法伽爾頓板,,,,小球數(shù)按空間位置分布曲線,四、統(tǒng)計的基本概念,1概率,如果N次試驗中出現(xiàn)A事件的次數(shù)為NA,當(dāng)N??時，比值NA/N稱為出現(xiàn)A事件的概率。,概率的性質(zhì),1概率取值域為,?統(tǒng)計規(guī)律特點（1）只對大量偶然的事件才有意義（2）它是不同于個體規(guī)律的整體規(guī)律量變到質(zhì)變3大數(shù)量現(xiàn)象在一定宏觀條件下的穩(wěn)定性。,2各種可能發(fā)生的事件的概率總和等于1,幾率歸一化條件,3二互斥事件的概率等于分事件概率之和,4二相容事件的概率等于分事件概率之積,2概率分布函數(shù),隨機變量,在一定條件下,變量以確定的概率取各種不相同的值。,1離散型隨機變量,取值有限、分立,表示方式,2連續(xù)型隨機變量,取值無限、連續(xù),連續(xù)型隨機變量X的概率密度,變量取值在XXDX間隔內(nèi)的概率,概率密度等于隨機變量取值在X附近單位間隔內(nèi)的概率。,又稱為概率分布函數(shù)（簡稱分布函數(shù)）。,歸一化條件,X可以是分子速率、能量,3統(tǒng)計平均值,算術(shù)平均值為,統(tǒng)計平均值為,對于離散型隨機變量,隨機變量的統(tǒng)計平均值等于一切可能狀態(tài)的概率與其相應(yīng)的取值乘積的總和。,對于連續(xù)型隨機變量,統(tǒng)計平均值為,“漲落”現(xiàn)象,測量值與統(tǒng)計值之間總有偏離,處在平衡態(tài)的系統(tǒng)的宏觀量，如壓強P，不隨時間改變，但不能保證任何時刻大量分子撞擊器壁的情況完全一樣，分子數(shù)越多，漲落就越小。,布朗運動是可觀測的漲落現(xiàn)象之一。,例1氧氣瓶的壓強降到106PA即應(yīng)重新充氣，以免混入其他氣體而需洗瓶。今有一瓶氧氣，容積為32L，壓強為13?107PA，若每天用105PA的氧氣400L，問此瓶氧氣可供多少天使用設(shè)使用時溫度不變。,解根據(jù)題意，可確定研究對象為原來氣體、用去氣體和剩余氣體，設(shè)這三部分氣體的狀態(tài)參量分別為,使用時的溫度為T,設(shè)可供X天使用,分別對它們列出狀態(tài)方程，有,?,42理想氣體的壓強溫度和內(nèi)能,一、理想氣體的微觀模型和統(tǒng)計假設(shè),1理想氣體微觀模型,理想氣體的分子模型是彈性的自由運動的質(zhì)點。,2統(tǒng)計假設(shè),①分子數(shù)密度處處相等；,②分子沿各個方向運動的幾率均等。,亦即分子速度在各個方向上的分量的各種平均值相等。,,,二．理想氣體的壓強公式,一定質(zhì)量的處于平衡態(tài)的某種理想氣體。V,N,M,平衡態(tài)下器壁各處壓強相同，選A1面求其所受壓強。,I分子動量增量,I分子對器壁的沖量,I分子相繼與A1面碰撞的時間間隔,單位時間內(nèi)I分子對A1面的碰撞次數(shù),單位時間內(nèi)I分子對A1面的沖量,I分子對A1面的平均沖力,所有分子對A1面的平均作用力,壓強,分子的平均平動動能,平衡態(tài)下,?,三、分子的平均平動動能與溫度的關(guān)系,溫度是氣體分子平均平動動能大小的量度,例1（1）在一個具有活塞的容器中盛有一定的氣體。如果壓縮氣體并對它加熱，使它的溫度從270C升到1770C，體積減少一半，求氣體壓強變化多少（2）這時氣體分子的平均平動動能變化多少,解,氣體分子的方均根速率,氣體分子的方均根速率與氣體的熱力學(xué)溫度的平方根成正比，與氣體的摩爾質(zhì)量的平方根成反比。,1自由度,確定一個物體的空間位置所需要的獨立坐標(biāo)數(shù)目。,以剛性分子（分子內(nèi)原子間距離保持不變）為例,四、能量按自由度均分定理,平動自由度T3,實際氣體不能看成剛性分子，因原子之間還有振動,二、能量均分定理,,氣體分子沿X,Y,Z三個方向運動的平均平動動能完全相等，可以認(rèn)為分子的平均平動動能均勻分配在每個平動自由度上。,平衡態(tài)下，不論何種運動，相應(yīng)于每一個可能自由度的平均動能都是,能量按自由度均分定理,如果某種氣體的分子有個T個平動自由度,R個轉(zhuǎn)動自由度,S個振動自由度則分子具有,注意對應(yīng)分子的一個振動自由度，除有一份振動的動能外，還有一份平均勢能。,結(jié)論分子的平均總能量,對剛性分子氣體分子無振動，則分子的平均動能為,五、理想氣體的內(nèi)能,分子間相互作用可以忽略不計,理想氣體的內(nèi)能所有分子的熱運動動能之總和,1MOL理想氣體的內(nèi)能為,一定質(zhì)量理想氣體的內(nèi)能為,溫度改變，內(nèi)能改變量為,例2就質(zhì)量而言，空氣是由76的N2，23的O2和1的AR三種氣體組成，它們的分子量分別為28、32、40?？諝獾哪栙|(zhì)量為289?103KG，試計算1MOL空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的內(nèi)能。,解在1摩爾空氣中,N2質(zhì)量,摩爾數(shù),O2質(zhì)量,摩爾數(shù),AR質(zhì)量,摩爾數(shù),1MOL空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的內(nèi)能,平衡態(tài)下，理想氣體分子速度分布是有規(guī)律的，這個規(guī)律叫麥克斯韋速度分布律。若不考慮分子速度的方向，則叫麥克斯韋速率分布律。,溫度和壓強都涉及到分子的平均動能，即有必要研究一下分子速率的規(guī)律。這個規(guī)律早在1859年由麥克斯韋應(yīng)用統(tǒng)計概念從理論上推導(dǎo)出耒，爾后被實驗證實。,43麥克斯韋分子速率分布率,一、分子速率分布的實驗測定,測定分子速率分布的實驗裝置,圓筒不轉(zhuǎn)，分子束的分子都射在P處,圓筒轉(zhuǎn)動，分子束的速率不同的分子將射在不同位置,下面列出了HG分子在某溫度時不同速率的分子數(shù)占總分子的百分比。,,速率分布函數(shù),速率分布曲線,,歸一化條件,麥克斯韋速度分布律,二、麥克斯韋分布律及三種統(tǒng)計速率,麥克斯韋速度分布律,麥克斯韋速度分布函數(shù),,麥克斯韋速率分布律,麥克斯韋速率分布函數(shù),麥克斯韋速度分布律,一個分子處于VVDV區(qū)間內(nèi)的概率,麥克斯韋速率分布函數(shù),1、最可幾速率,極值條件,2、平均速率,分子速率的三個統(tǒng)計值,對于連續(xù)分布,3、方均根速率,1、溫度與分子速率,溫度越高，分布曲線中的最可幾速率VP增大，但歸一化條件要求曲線下總面積不變，因此分布曲線寬度增大，高度降低。,麥克斯韋分布曲線的性質(zhì),氧氣分子分布函數(shù)和溫度的關(guān)系,2、質(zhì)量與分子速率,分子質(zhì)量越大，分布曲線中的最可幾速率VP越小，但歸一化條件要求曲線下總面積不變，因此分布曲線寬度減小，高度升高。,N為分子數(shù)密度,說明下列各量的物理意義,,思考題,解,分布在速率V附近VVDV速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的比率。,分布在速率V附近VVDV速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)。,單位體積內(nèi)分子速率分布在速率V附近VVDV速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)。,分布在有限速率區(qū)間V1V2內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的比率。,分布在有限速率區(qū)間V1V2內(nèi)的分子數(shù)。,分布在0～∞速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的比率。（歸一化條件）,V2的平均值。,解1氣體分子的分布曲線如圖,由歸一化條件,,平均速率,方均速率,方均根速率為,3速率介于0V0/3之間的分子數(shù),4速率介于0V0/3之間的氣體分子平均速率為,討論,速率介于V1V2之間的氣體分子的平均速率的計算,對于V的某個函數(shù)GV，一般地，其平均值可以表示為,,,,1畫出分布函數(shù)的示意圖,2用N,定常數(shù)A,由分布函數(shù)的歸一化條件可定出A,3求,,,,與最大值對應(yīng)的最可幾速率就是,,奧地利物理學(xué)家玻耳茲曼,（18441906）,44玻耳茲曼分布律,若氣體分子處于恒定的外力場（如重力場）中,氣體分子分布規(guī)律如何,一、玻耳茲曼分布律,如氣體分子處于外力場中，分子能量EEPEK,在麥克斯韋速度分布律中，,因子,,理想氣體分子僅有動能,麥克斯韋速度分布可以看作是無外場中分子數(shù)按能量的分布,玻耳茲曼將麥?zhǔn)戏植纪茝V為,在溫度為T的平衡態(tài)下，任何系統(tǒng)的微觀粒子（經(jīng)典粒子）按能量分布都與成正比。,經(jīng)典粒子按能量的分布函數(shù)為,麥克斯韋玻耳茲曼分布,（MB分布）,外力場中，粒子分布不僅按速度區(qū)間VXVXDVX、VYVYDVY、VZVZDVZ分布，還應(yīng)按位置區(qū)間XXDX、YYDY、ZZDZ分布,,該區(qū)間內(nèi)的粒子數(shù)為,玻耳茲曼分布律,對速度區(qū)間積分可得分布在位置區(qū)間的分子數(shù)為,?,則分子數(shù)密度,粒子數(shù)按勢能分布,為勢能等于零處的分子數(shù)密度,?,,,按近代理論，粒子所具有的能量在有些情況下只能取一系列分立值E1,E2,EI,EN,處于EI狀態(tài)的粒子數(shù),對于兩個任意能級,在正常狀態(tài)下，粒子總是優(yōu)先占據(jù)低能級狀態(tài)。,粒子數(shù)分布服從玻爾茲曼分布,二、重力場中粒子按高度的分布,,由氣體狀態(tài)方程,,式中P0為H0處的大氣壓強，P為H處的大氣壓強，M是大氣分子質(zhì)量。,大氣密度和壓強隨高度增加按指數(shù)規(guī)律減小（高空空氣稀薄，氣壓低）,,,兩邊取對數(shù),測知地面和高空處的壓強與溫度，可估算所在高空離地面的高度。,例5氫原子基態(tài)能級E1136EV，第一激發(fā)態(tài)能級E234EV，求出在室溫T270C時原子處于第一激發(fā)態(tài)與基態(tài)的數(shù)目比。,解,在室溫下，氫原子幾乎都處于基態(tài)。,47范徳瓦爾斯方程,范徳瓦爾斯方程是對理想氣體的模型的修正,1摩爾理想氣體的狀態(tài)方程,V0分子自由活動空間理想氣體分子是沒有體積的質(zhì)點，故V0等于容器的體積。,1考慮分子體積引起的修正,理想氣體狀態(tài)方程的修正為,可估算,V0為氣體所占容積,V0B為分子自由活動空間,2進一步考慮分子間引力引起的修正,R?R0斥力,R?R0引力,R?R幾乎無相互作用R稱為分子力的有效作用距離,RR0無相互作用R0稱為平衡距離,當(dāng)兩個分子彼此接近到R?R0時斥力迅速增大，阻止兩個分子進一步靠近，宛如兩個分子都是具有一定大小的球體。,,設(shè)想氣體中任一分子都有一個以其為中心，以R為半徑的力作用球，其它分子只有處于此球內(nèi)才對此分子有吸引作用。,?處于容器當(dāng)中的分子?,平衡態(tài)下，周圍的分子相對于?球?qū)ΨQ分布，它們對?的引力平均說來相互抵消。,?處于器壁附近厚度為R的表層內(nèi)的分子?,??的力作用球被器壁切割為球缺，?周圍分子的分布不均勻，使?平均起來受到一個指向氣體內(nèi)部的合力，,?,?,這層氣體分子由于受到指向氣體內(nèi)部的力所產(chǎn)生的總效果相當(dāng)于一個指向內(nèi)部的壓強，叫內(nèi)壓強?P。,所以，考慮引力作用后，氣體分子實際作用于器壁并由實驗可測得的壓強為,所有運動到器壁附近要與器壁相碰的分子必然通過此區(qū)域，則指向氣體內(nèi)部的力，將會減小分子撞擊器壁的動量，從而減小對器壁的沖力。,?,?,??P的相關(guān)因素,?P表面層分子受到內(nèi)部分子的通過單位面積的作用力,與表面層分子（類似?）的數(shù)密度N成正比,與施加引力的內(nèi)部分子的數(shù)密度N成正比,,,或,將氣體分子視為有吸引力剛球時,1摩爾氣體范德瓦爾斯方程,?,?,A、B由實驗確定。實際氣體在很大范圍內(nèi)近似遵守范德瓦爾斯方程。,如果氣體質(zhì)量為M,則其體積為,質(zhì)量為M氣體的范德瓦爾斯方程為,?,?,當(dāng)系統(tǒng)各部分的宏觀物理性質(zhì)如密度、溫度或流速不均勻時，系統(tǒng)就處于非平衡態(tài)在不受外界干擾時,系統(tǒng)總是要從非平衡態(tài)自發(fā)地過渡到平衡態(tài)這種過渡稱為輸運過程,47氣體的輸運過程,輸運過程有三種熱傳導(dǎo)、擴散、內(nèi)摩擦,氮氣分子在270C時的平均速率為476MS1,克勞修斯指出氣體分子的速度雖然很大，但前進中要與其他分子作頻繁的碰撞，每碰一次，分子運動方向就發(fā)生改變，所走的路程非常曲折。,氣體分子平均速率,一、平均碰撞頻率和平均自由程,在相同的?T時間內(nèi)，分子由A到B的位移大小比它的路程小得多,分子自由程,氣體分子兩次相鄰碰撞之間自由通過的路程。,分子碰撞頻率,在單位時間內(nèi)一個分子與其他分子碰撞的次數(shù)。,大量分子的分子自由程與每秒碰撞次數(shù)服從統(tǒng)計分布規(guī)律?？梢郧蟪銎骄杂沙毯推骄鲎泊螖?shù)。,假定,平均碰撞次數(shù),運動方向上，以D為半徑的圓柱體內(nèi)的分子都將與分子A碰撞,一秒鐘內(nèi),,一秒鐘內(nèi)A與其它分子發(fā)生碰撞的平均次數(shù),一切分子都在運動,,平均自由程,與分子的有效直徑的平方和分子數(shù)密度成反比,當(dāng)溫度恒定時,平均自由程與氣體壓強成反比,平均自由程,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，幾種氣體分子的平均自由程,例計算空氣分子在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的平均自由程和平均碰撞頻率。取分子的有效直徑D35?1010M。已知空氣的平均分子量為29。,解,已知,空氣摩爾質(zhì)量為29?103KG/MOL,空氣分子在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的平均速率,二、三種輸運過程,1內(nèi)摩擦,流體內(nèi)各部分流動速度不同時,就發(fā)生內(nèi)摩擦現(xiàn)象,相鄰流體層之間由于速度不同引起的相互作用力稱為內(nèi)摩擦力,也叫粘滯力,流體沿X方向流速是Z的函數(shù),流速梯度,沿Z方向所出現(xiàn)的流速空間變化率。,粘滯力的大小與兩部分的接觸面DS和截面所在處的流速梯度成正比。,內(nèi)摩擦系數(shù)或粘度,恒為正值,2熱傳導(dǎo)HEATCONDUCTION,當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)各部分的溫度不均勻時，就有熱量從溫度較高的地方傳遞到溫度較低的地方，由于溫差而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。,溫度梯度,表示流體中溫度沿Z軸方向的空間變化率。,在DT時間內(nèi)，從溫度較高的一側(cè)，通過這一平面向溫度較低的一側(cè)所傳遞的熱量，與這一平面所在處的溫度梯度和面積元成正比,3擴散DIFFUSION,物體內(nèi)各部分的密度不均勻時，由于分子的熱運動，從而引起質(zhì)量從密度大的區(qū)域向密度小的區(qū)域遷移的現(xiàn)象。,密度梯度,表示氣體的密度沿Z軸方向的空間變化率。,,在DT時間內(nèi)，通過DS傳遞的質(zhì)量,三、輸運過程的微觀解釋,1氣體的內(nèi)摩擦現(xiàn)象在微觀上是分子在熱運動中的輸運定向動量的過程也就是分子在熱運動中通過DS面交換定向動量的結(jié)果,可認(rèn)為氣體處于平衡態(tài),宏觀流速,分子熱運動平均速率,如果,在DT時間內(nèi)從下向上垂直越過DS面的平均氣體分子數(shù),分子數(shù)密度,根據(jù)分子熱運動的各向同性,總分子中平均有的分子從下向上垂直越過DS面,它們離DS面的平均距離為平均自由程,所以,在DT時間內(nèi),由于分子熱運動從下向上帶過DS面的定向動量等于分子處于的定向動量,這些分子是經(jīng)過最后一次碰撞越過DS面的,,處的定向動量,同理,在DT時間內(nèi),由于分子熱運動從上向下帶過DS面的定向動量,可得DS面上方氣體的定向動量增量,內(nèi)摩擦力,2氣體內(nèi)的熱傳導(dǎo)在微觀上是分子在熱運動中的輸運熱運動能量的過程,熱導(dǎo)率,氣體定容比熱,3氣體內(nèi)的擴散在微觀上是分子在熱運動中輸運質(zhì)量的過程,擴散系數(shù),溫度越高,氣壓越低,擴散進行得越快在其它條件相同時,分子量小的擴散得快,熱導(dǎo)率,擴散系數(shù),,

簡介：學(xué)業(yè)分層測評,知識點一,知識點二,,核聚變,聚合,10－15M,溫度,熱核反應(yīng),產(chǎn)能效率高,聚變?nèi)剂?安全、清潔,釋放能量,磁約束,磁約束,安全,放射性,成本低,氫,粒子物理學(xué)簡介,電子,質(zhì)子,中子,正電子,相同,相反,反粒子,媒介子,輕子,強子,高速,直線加速器,回旋加速器,對撞機,學(xué)業(yè)分層測評（十三）點擊圖標(biāo)進入,,

簡介：第二章地球的起源THEFORMATIONOFTHEEARTH,地球起源的問題，不僅是地球科學(xué)，而且是自然科學(xué)中的一個基本理論問題。因為地球是太陽系的成員之一，所以地球的起源和太陽系的起源基本上是一個問題。,§21太陽系與地球THESOLARSYSTEMANDTHEEARTH地球只是太陽系中的普通一員。而太陽只是銀河系中億萬顆恒星中的一名小卒。211太陽系的成員,太陽系有九大行星。水星（MERCURY、金星（VENUS）、地球（EARTH）、火星（MARS）、木星（JUPITER）、土星（SATURN）、天王星URANUS、海王星NEPTUNE、冥王星PLUTO）,九大行星位置排列示意圖太陽、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。太陽系約有30000多個小行星，最大的小行星叫谷神（CERES）,直徑約730KM。,除此之外，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在火星和木星軌道間至少存在30000顆小行星，其中最大的一叫谷神星（CERES），是1801年發(fā)現(xiàn)的，直徑約730KM。九大行星中。大多數(shù)都有自己的衛(wèi)星，最多的是木星，已發(fā)現(xiàn)有12個衛(wèi)星。衛(wèi)星也是太陽系的組成部分?；坌且彩翘栂档某蓡T。到目前為止，已觀測到的慧星有1500多顆。,當(dāng)慧星從太陽身邊路過時，壯麗的慧尾，耀眼奪目，給人以難忘的印象。慧星的出現(xiàn)，并不表明災(zāi)難的降臨，而是一種天體的自然現(xiàn)象。它非但不是不吉祥的預(yù)兆，而且為人類提供了研究太陽系的起源和演化的難得的良機。1太陽（THESUN）太陽是太陽系的中心，是太陽系中質(zhì)量和體積最大的天體。,,THISIMAGEWASACQUIREDFROMNASASSKYLABSPACESTATIONONDECEMBER19,1973質(zhì)量MASSKG1989E30330,000EARTHS赤道半徑EQUATORIALRADIUSKM695,000平均密度MEANDENSITYGM/CM31410轉(zhuǎn)動周期ROTATIONALPERIODDAYS2536平均表面溫度MEANSURFACETEMPERATURE6,000°C注把地球質(zhì)量記為110123單位。,主要化學(xué)成份PRINCIPALCHEMISTRY氫HYDROGEN921氦HELIUM78氧OXYGEN0061碳CARBON0030,2水星（MERCURY,質(zhì)量MASSKG00556EARTHS平均半徑MEANRADIUSKM2,434平均密度MEANDENSITYGM/CM3603轉(zhuǎn)動周期ROTATIONALPERIODDAYS597平均距太陽距離MEANDISTANCEFROMTHESUNEARTH103871,SEETHEPRESSRELEASEOFMAY28,1998HTTP//OPOSITESTSCIEDU/PUBINFO/PR/1998/19/PRHTMLFORMOREINFORMATIONHOWEVER,THESPOTINTHELOWERLEFTHANDREGIONOFTHEABOVEHUBBLEIMAGEISVERYLIKELYALARGEABOUT23TIMESTHESIZEOFJUPITERPLANETEJECTEDFROMASETOFYOUNG3,其它二氧化硫SULFURDIOXIDE,水汽WATERVAPOR,一氧化碳CARBONMONOXIDE,氬ARGON,氦HELIUM,氖NEON,氯化氫HYDROGENCHLORIDE,AND氟化氫HYDROGENFLUORIDE,4、地球（THEEARTH）,MASSKG10000E00赤道半徑EQUATORIALRADIUSKM6,37814MEANDENSITYGM/CM35515MEANDISTANCEFROMTHESUNKM149,600,000ROTATIONALPERIODDAYS099727ROTATIONALPERIODHOURS239345,IMAGEOFEARTHTAKENFROMTHEGALILEOPROBEENROUTETOJUPITERIN1990PRODUCEDBYUSGSFLAGSTAFF,,軌道周期ORBITALPERIODDAYS365256MEANSURFACETEMPERATURE15°CATMOSPHERICPRESSUREBARS1013大氣成份ATMOSPHERICCOMPOSITION氮NITROGEN77氧OXYGEN21其它OTHER2,其它觀測資料OTHEROBSERVATIONSHASPLATETECTONICS板塊構(gòu)造HASVOLCANISM火山作用MOSTLYCOVEREDWITHWATER大部分由水覆蓋STRONGMAGNETICFIELD強磁場,月亮（MOON）,MASSKG7349E2212EARTH赤道半徑EQUATORIALRADIUSKM1,737427EARTHMEANDENSITYGM/CM3334LIGHTMEANDISTANCEFROMEARTHKM384,400ROTATIONALPERIODDAYS2732166ORBITALPERIODDAYS2732166,5、火星（MARS）,MASSKG6421E2311OFEARTHEQUATORIALRADIUSKM3,397250OFEARTHMEANDENSITYGM/CM3394MEANDISTANCEFROMTHESUNKM227,940,000ROTATIONALPERIODHOURS246229ROTATIONALPERIODDAYS1025957,,ORBITALPERIODDAYS68698MEANSURFACETEMPERATURE63°CMAXIMUMSURFACETEMPERATURE20°CATMOSPHERICPRESSUREBARS000700068TO0009大氣成份ATMOSPHERICCOMPOSITION二氧化碳CARBONDIOXIDEC029532氮NITROGENN22氬ARGONAR16氧OXYGENO2013水WATER003,OTHEROBSERVATIONSHASSEASONS季節(jié)ATMOSPHEREBUTWEAKVOLCANISM火山WEATHERWATERCLOUDS,WINDSTORMS,EVIDENCEFORFLOODS,POLARICECAPSCO2ANDH20APPEARSTOHAVEACRUST,MANTLE,ANDCOREEXTREMETOPOGRAPHICVARIATIONS4TO27KMTWOSMALLMOONS,MARTIANSOUTHPOLEABOUT400KMWIDESMALLESTEXTENT,6、木星（JUPITER）,MASSKG1900E27320EARTHEQUATORIALRADIUSKM71,492112EARTHSMEANDENSITYGM/CM3133MEANDISTANCEFROMTHESUNKM778,330,00053TIMESEARTHROTATIONALPERIODDAYS041354ORBITALPERIODDAYS433271,JUIPITERASSEENBYTHEHUBBLESPACETELESCOPEIN1995,MEANCLOUDTEMPERATURE121°CATMOSPHERICPRESSUREBARS07ATMOSPHERICCOMPOSITION氫HYDROGEN90氦HELIUM10,OTHEROBSERVATIONSEXTREMELYSTRONGMAGNETICFIELD,MAYBEPRODUCEDBYAMETALLICHYDROGENDYNAMOHASARINGCOMPLEXOFSMALLDUSTPARTICLESHIGHWINDS400KM/HOUROBSERVEDBYPROBE16KNOWNMOONS4OFWHICHYOUCANSEEWITHBINOCULARS,7、土星（SATURN）,MASSKG5688E2695EARTHSEQUATORIALRADIUSKM60,26895EARTHSMEANDENSITYGM/CM3069LOWMEANDISTANCEFROMTHESUNKM1,429,400,00095EARTHROTATIONALPERIODHOURS10233FASTPLANETVISIBLYFLATTENEDORBITALPERIODYEARS29458,MEANCLOUDTEMPERATURE125°CATMOSPHERICPRESSUREBARS14ATMOSPHERICCOMPOSITION氫HYDROGEN97氦HELIUM3發(fā)現(xiàn)甲烷METHANEDETECTEDOTHEROBSERVATIONSRINGSOFUNKNOWNCOMPOSITIONBUTSOMEKINDOFICE,18CONFIRMEDPLUS4MAYBEMOONSALSOGIVESOFFMOREENERGYTHANRECEIVES12000KATCENTERDUETOKELVINHELMHOLTZMECHANISMBUTMAYALSONEEDANOTHERSOURCETOMAKEITTHISHOTRAININGOUROFHEPROBABLYHASAMETALLICHYDROGENCORELIKEJUPITERTITANLARGESTMOONINTHESOLARSYSTEM,8、天王星（URANUS）,MASSKG8686E2514EARTHSEQUATORIALRADIUSKM25,5594EARTHSMEANDENSITYGM/CM3129MEANDISTANCEFROMTHESUNKM2,870,990,00020EARTHSROTATIONALPERIODHOURS179ORBITALPERIODYEARS8401,TILTOFAXISDEGREES9786MEANTEMPERATURE193°CATMOSPHERICPRESSUREBARS12ATMOSPHERICCOMPOSITION氫HYDROGEN83氦HELIUM15甲烷METHANE2,BUTURANUSISCOMPOSEDPRIMARILYOFROCKANDVARIOUSICES,WITHONLYABOUT15HYDROGENANDALITTLEHELIUMINCONTRASTTOJUPITERANDSATURNWHICHAREMOSTLYHYDROGENOTHEROBSERVATIONSVERYFEWFEATURESVISIBLEONPLANET,BLUEFROMABSORPTIONOFREDBYTHEMETHANE,ALSOHASRINGSFOUNDBEFOREJUPITERSPLANETSAXISOFROTATIONISNEARLY90DEGREESFROMTHEPLANEOFITSROTATIONABOUTTHESUNITISROLLINGLIKEABALLHASMAGNETICFIELDBUTORIGINUNKNOWNASMETALLICHYDROGENUNLIKELYNOTENOUGHPRESSURETHEAXISOFTHISISTILTEDAT60DEGREESFROMITSAXISOFROTATIONAPPEARSTOBECOLDINSIDE,ISNOTGIVINGOFFEXTENSIVERADIATION,9、海王星（NEPTUNE）,MASSKG1024E2617EARTHSEQUATORIALRADIUSKM24,74639EARTHSMEANDENSITYGM/CM3164MEANDISTANCEFROMTHESUNKM4,504,300,00030EARTHSROTATIONALPERIODHOURS1611ORBITALPERIODYEARS16479,MEANCLOUDTEMPERATURE193TO153°CATMOSPHERICPRESSUREBARS13ATMOSPHERICCOMPOSITION氫HYDROGEN85氦HELIUM13甲烷METHANE2OTHEROBSERVATIONSTHEFIRSTTWOTHIRDSOFNEPTUNEISCOMPOSEDOFAMIXTUREOFMOLTENROCK,WATER,LIQUIDAMMONIAANDMETHANE,COMPRISEDOFHYDROGEN,HELIUM,WATERANDMETHANEMETHANEGIVESNEPTUNEITSBLUECLOUDCOLORCIRRUSTYPECLOUDSSEENSEEFIGUREWINDSOF2000KM/HOUROBSERVEDFOURSETSOFWEAKRINGSMAGNETICFIELDTILTEDAT47DEGREESFROMROTATIONAXISANDOFFSET055THEPLANETSDIAMETERFROMITSCENTER,10、冥王星（PLUTO）,MASSKG127E220002EARTHSEQUATORIALRADIUSKM1,13717EARTHMEANDENSITYGM/CM3205MEANDISTANCEFROMTHESUNKM5,913,520,00040EARTHSROTATIONALPERIODDAYS63872ORBITALPERIODYEARS24854,TILTOFAXISDEGREES12252ORBITALINCLINATIONDEGREES17148SURFACETEMPERATURE230DEGREESATMOSPHERICCOMPOSITION甲烷METHANE03氮NITROGENPLUTOSCOMPOSITIONISUNKNOWN,BUTITSDENSITYABOUT2GM/CM3INDICATESTHATITISPROBABLYAMIXTUREOF70ROCKAND30WATERICEMUCHLIKETRITON,THEBRIGHTAREASOFTHESURFACESEEMTOBECOVEREDWITHICESOFNITROGENWITHSMALLERAMOUNTSOFSOLIDMETHANEANDCARBONMONOXIDETHECOMPOSITIONOFTHEDARKERAREASOFPLUTOSSURFACEISUNKNOWNBUTMAYBEDUETOPRIMORDIALORGANICMATERIALORPHOTOCHEMICALREACTIONSDRIVENBYCOSMICRAYSOTHEROBSERVATIONSROTATIONALPLANEHIGHLYTILTED122DEGREESWITHRESPECTTOITSECLIPTICREALLYADOUBLEPLANETWITHCHARON,流星和小行星（METEORSANDASTEROIDS）,,慧星（COMETS）,,