第四章云的微物理特征
1 大气气溶胶简介
1.1 气溶胶和气溶胶质粒的概念
气溶胶：指在气体中悬浮有液体或固体微粒时的气体和悬浮物的总体系。而其中的悬浮物就称为气溶胶质粒。
有些书中将气溶胶质粒也简称为气溶胶，那是不妥当的。对我们所研究的对象而言，研究的是大气气溶胶。大气中的冰核、凝结核，尘埃等均属大气气溶胶微粒，云雾滴、小雨滴等也属大气气溶胶质粒。
气溶胶质粒中，分子及原子的尺度约为10-4μm，最大的冰雹在10厘米以上。一般直径大于100μm的质粒，就不易在空中停留。因此，气溶胶质粒，主要是指正10-3μm到100μm 之间的微粒。
1.2 气溶胶研究在大气科学中的重要性
气溶胶在大气系统中起着十分重要的作用：
1）改变云的微物理过程和性质；
2）对太阳辐射和红外辐射产生吸收和散射作用，还包括其自身的放射；
3）作为媒介和（或）终极产物，气溶胶在大气化学和大气污染过程中也起着重要作用。
1.3 气溶胶粒子的分类
在云物理学中，将大气气溶胶粒子按大小可分为：
爱根核：半径在0.01到0.1微米之间的尘粒,起凝结核的作用是明显的。习惯把这一半径范围的尘粒，称为爱根核。其中具有吸湿性的尘粒只要过饱和度达0.5%到2.0%，就可使水汽凝为液水；
大核：比爱根核稍大，半径在0.1到3微米之间的，称为大核，一般只要过饱和度不到0.5％，就可使水汽凝结。如果这些核是吸湿性的，那末即使大气尚未达水汽饱和，液水也能凝结于其上。
巨核：半径大于3微米的核，在大气中也存在。它们在吸收大气中的水汽，使之转化为液水方面，有很大作用。例如10-8克干物质的氯化钠，其大小约相当于半径10微米的球，在相对湿度为99%时，即可增大为50微米(半径)的水滴，下降速度可达30厘米／秒。如果下降，就易兼并云滴而很快增大。
在可核化前题下，核越大，所要求的环境过饱和度越小。
1.4 来源
据估计，全球气溶胶质粒主要是自然界产生的，人工来源仅为自然来源的五分之一。自然源按产生量大小主要包括：海盐、气粒转换、风砂扬尘、林火烟粒、火山喷发（变化很大）、陨星余烬、植物花粉等；人为源主要有：气粒转换、工业过程、燃料燃烧、固废处理、交通运输、核弹爆炸、人工播云等。可见，大多数气溶胶质粒是由海水飞沫中的盐和气粒转换所造成的。
所谓气粒转换，是指大气中通过气体之间或气体与液滴、或固粒之间的相互作用，形
成新的大气悬浮物的过程。次生粒子。次生质粒占大气气溶胶总质量的25%左右。
海盐核的形成过程：
空中盐核主要是洋面气泡破裂所造成的。
原始的气泡的形成：
有许多不同过程可以产生原始气泡。
影响海盐核产生的主要因子是风速。A．H．Woodcock曾对风力与空中大于一定尺度的海盐数密度的关系进行测量。结果表明，对大于某一干半径的盐粒来说，风力愈强，则盐粒数密度愈大。N∝v。
一般来讲，气溶胶在对流层的生命史是几天或几个星期的时间，但由于各种过程不断地产生新的气溶胶，因此，大气中气溶胶的含量一直是比较高的。
1.5 气溶胶粒子移出大气的过程
气溶胶质粒不仅不断有输入大气的过程，而且还有不断被移出大气的过程。移出过程可分干、湿两类。
干移出过程：指质粒在干的状况下移出大气的过程；
湿移出过程：指质粒受雨雪或云雾滴等影响而下沉到下垫面移出大气的过程。
湿移出过程主要有：
(1) 扫并下沉：即干气溶胶质粒被降水质粒扫并而下堕到地面；
(2) 扩并下沉；即小的气溶胶质粒因布朗扩散而附于降水质粒上，然后下沉到地面；
(3) 拖并下沉：即悬浮微粒受介质气体分子有规则流动的影响而被拖并到降水物上并下沉到地面；
以上三种过程的共同点是：气溶胶粒子碰并到降水质粒上，然后由降水质粒带出大气。
(4) 凝长下沉：即气溶胶质粒以凝结核或凝华核的身份吸收水分，并渐渐地增大成降水物而下沉到地面。
干移出过程主要有：
(1) 重力下沉：即大的干悬浮质粒受重力作用而下沉；
(2) 碰并附粘：即悬浮质粒随气流运动时，悬浮质粒受惯性支配，在遇障碍物时与障碍物相碰而附粘于障碍物上；
(3) 扩散附粘：即小质粒因布朗运动或乱流扩散而与地表或地物相碰并被附粘；
(4) 吸并附粘：即地物表面对微小质粒的吸附，而减少了大气悬浮物。
从云雾降水物理观点看，湿移出过程更引起我们注意。这要主要介绍一下拖并下沉。
气溶胶质粒悬浮于大气中，它既受到大气分子混乱运动的影响而发生布朗运动，也受到大气分子的有规则移动的影响（例如水汽分子流—水汽梯度的影响）而被拖带到降水物上，并合而下沉。
在发生凝结或蒸发时，就有水汽梯度存在。它能产生水汽扩泳现象（Diffusiophoresis），使水汽分子在扩散过程中出现了向低水汽密度方向的净扩散运动；另一种情况是：当空气中有两处温度高低不同时，高温处的空气分子热扩散能力（动能）大于低温处，于是空气就有了向低温方向净热扩散的运动，形成了热力扩泳现象（Thermophoresis）。
当云滴在蒸发时，水汽扩泳现象必使净水汽分子流背离云滴运动，但蒸发造成冷却，却能通过热扩泳而造成净空气分子流向着云滴运动。反之，当云滴在凝结时，水汽扩泳现象必使净水汽分子流向着云滴运动，热力扩泳现象却造成净空气分子流背离云滴运动。可见当云滴在进行相变时，水汽分子流的方向常与空气分子流的方向是相反的。
1.6 气溶胶粒子的基本特性
出于实际应用的目的，对大气气溶胶粒子不可能采用枚举法进行研究（除了理论基础研究需要对单个粒子的特性进行考查，目的也是为了研究其群体特性），与我们关系最为密切的大气气溶胶质粒的特性主要包括：谱分布、化学成分及由化学成分决定的折射指数。其它如形状、密度等由于测量研究的困难，暂研究中处理的还很粗糙。
1.6.1 谱分布
气溶胶中的液态粒子接近于球形，但固态粒子的形状却是明显不规则和可变的。目前的理论研究和实验方法、设备，均是在球形粒子的假设前提下发展起来的，对非球形粒子的讨论还仅仅只是局限于一些特殊形状。实际上，这一假设从统计学的角度来看是合理的，即：大量不规则粒子表现出来的各种特性的统计平均和整体效果，可近似认为与大量球形粒子的效果等价。
较常使用的谱分布形式：主要有Junge（1953，1963）幂函数分布、Deirmedjian（1969）修正Γ分布、对数正态分布和Zold分布。各分布形式在许多研究者的模式中均有所运用。实际的气溶胶粒子谱比上述几种谱形更复杂。
气溶胶粒子的幂指数分布—Junger分布
设r(μm)为大气气溶胶质粒的半径，n(r)为气溶胶质粒的半径分布函数（个/cm3μm），其值随半径不同而异。则n(r)Δr为半径介于r与r+Δr间的气溶胶质粒数密度（个/cm3）。如果我们将纵坐标用n(r)表示，横坐标以r表示，则当已测得不同半径范围的气溶胶质粒数密度[n(r)Δr]后，可将它除以半径区间Δr，而得不同半径处的n(r)值。然后可将各[r，n(r)]值点在图上，形成一条曲线，以表示气溶胶质粒的尺度谱，该曲线便是所说的大气气溶胶的数密度谱分布曲线。
由于大气气溶胶粒子半径存在几个数量级的变化，因此谱分布的横坐标常采用对数坐标。
在四十年代到五十年代初，C. E. Junger曾得到下面的观测规律。即“在大气中的质粒，从十分之几微米到几十微米尺度之间的等间隔对数半径区间内，质粒的总累积体积为一常数”。设半径介于r及r+dr间的质粒共有n(r)dr个，它们的平均半径为r，则这些质粒
共有体积当为。按上述观测规律，可得其数密度谱分布
或
其中一般情况下，2<α<4，常取为3。式表示的分布曲线在对数坐标中便是一条斜率为-α的直线。
由式可计算得到以下特征量：
总的数密度N T（单位体积中粒子总数）：
注意，上式积分下限取为零是没有意义的。
平均半径（粒子的平均线性大小）：
均方根半径（面积平均半径—表示粒子平均截面积大小）：
均立方根半径（体积平均半径—表示粒子平均体积或质量大小）：
峰值半径r p—峰值数密度处的相应半径，即满足下式所对应的半径
中值半径r m—小于此半径的数密度=大于此半径的数密度，即
与数密度分布函数类似，将上述谱分布定义中的粒子数密度换成粒子的表面积、体积和质量，就得到相应的表面积、体积和质量的谱分布。在研究中根据不同的需要，采用不同的谱分布模型。
谱分布函数的意义：1）理论分析和计算的方便；2）不同气溶胶类型的比较。
1.6.2 气溶胶粒子随高度的变化
在地面至5公里高度范围内气溶胶粒子浓度随高度按指数率减少。对流层中粒子谱形随高度而变窄，进入平流层后，粒子谱形有显著变化。
1.6.3 化学成分
气溶胶粒子的化学成分，从无机物到有机物，从简单到复杂，范围很广泛。大体上可以分成五种基本组成：矿物质、海盐、烟煤、气体转换物或水溶性物、火山灰。
自然源中的大陆性粒子主要与源地地表和土壤成份有关，大部分由矿物元素（铝、硅、钠、钾、钡等）组成。海洋性粒子主要由NaCl、KCl、(NH4)2SO4等吸湿性物质组成。处于正
常状态下的平流层，其粒子也主要由气粒转换形成，不要成份是H2SO4和(NH4)2SO4等。当有火山喷发时，大量火山灰将成为平流层粒子的主要成份。
人为源中的工业城市粒子大部分来自于城市污染气体的转换，其中主要是由SO2、NO x、NH4等污染气体转换为酸性粒子。城市粒子也含有矿物元素，但和自然源的大陆粒子不同，它主要来源于工业交通污染的各种元素，如氯、钨、银、锰、锌、镍、砷等。
由于不同来源形成的气溶胶粒子化学成份的差异，所以可以对采集到的粒子进行化学分析来判断其来源，称为源解析。
在单个粒子内部和整个大气中，各种化学成分的分布是不均匀的。而且，在各种物理、化学过程的作用下，大气气溶胶的化学成分具有明显的可变性。这对研究大气中气溶胶的形成与移出是至关重要的（Twomey, 1977）。
1.6.4 吸湿性
物质的化学性质与结构会影响到物质的吸湿性。由常识可知，当下毛毛雨时，路上有的地方先被湿润，而且经常还存在明显界限，这是由下垫面的吸湿性造成的。还有衣物表面也有类似现象。
如图液体附着固体表面，液相表面切线与下垫面夹角为θ度，称为接触角或湿润角。
在图中所示的界面或界线上有下列三种张力存在：
（1）汽液界面间αlv，它与下垫面交角为θ，并指向球冠顶；
（2）液固界面间αsl，指向胚底中心；
（3）汽固界面间αsv，指向与相αsl反。
当此三力平衡时，必有
所以
可见若，αlv>αsv-αsl>0，则1>cosθ>0，θ<90°，表示液体能够润湿固体表面。这种物质称为亲液物质，凡能够被水所润湿的物质称之为亲水性物质。否则称为憎水性物质。与θ等于0°和180°对应的为完全亲水性物质和完全憎水性物质。一个水滴在玻璃上
θ<90°，所以水能润湿玻璃。
实际大气中存在着许多固体微粒，它们的吸湿性除受湿润角这一参数决定外，还应考虑微粒大小。对于不同的湿润角θ，存在一个最有效吸湿成核的大小。
1.6.5 折射指数
化学成分在气溶胶的辐射效应中的作用主要表现在对气溶胶复折射指数
的影响上。其实部n主要描述粒子对辐射的散射特性，虚部k直接与气溶胶物质的吸收系数成比例。数值实验结果表明，含量日益增多的大气气溶胶对地气系统产生增温效应还是冷却效应，主要取决于气溶胶折射指数虚部数值的大小。尽管已经知道一些主要气溶胶物质的整体折射指数，但由于悬浮粒子的非均匀结构和不纯净，以及观测和分析中的困难，还不可能
得到各种化学成分的相应k值。
2 云滴谱表示法及其特征量
云的微物理特征主要包括：数密度及其尺度谱分布、相态结构等。对于某一特定云个体，这些特征参量变化很大。
2.1 云滴谱与滴谱特征
2.1.1 云滴谱公式
云滴谱的分布密度函数曲线的一般特点：小滴较少，中等尺度滴较多，大滴较少，且在大滴方向有长尾巴。
为了便于理论分析和比较，常用数学函数的形式对分布曲线进行拟合。较为常用的是Khrgian-Mazin分布：
就此函数与气溶胶粒子的Junge幂函数形式比较。
对于从谱分布曲线上峰值数密度分布函数的峰值（n p）及其所对应的半径（r p）可以得到如下关系：
虽然可以由此确定A和B值，但仅仅由一个点所确定的函数关系显然不能代表整体分布形式。因此从物理意义的角度确定式中的系数还需要考虑其它特征参量。
2.1.2 滴谱特征量
由积分表可知：，故可以得到式所代表的各种特征参量：
数密度：
平均半径：
含水量：
能见距离（假定水的无量纲散射效率因子为2）：
雷达反射率因子：
通过多种特征参量的组合（基于不同探测手段）可以确定中的系数，但不同组合确定的结果往往不能完全相符。对实际观测到的谱分布多采用纯数学拟合，可将该种形式的曲线可转化为线性关系进行。
3 云的微物理特征
3.1 云内相态
积云
中低纬地区暖季的淡积云和浓积云，温度都比较高。云由水滴组成，0度线以上为过冷云滴。当云发展为积雨云时，顶部冰晶化。冰晶长大后降落到下面过冷水层中，使云的中部由冰、水二相组成。当然0度线以下，仍是液水区。
高纬地区因为温度低，冰相出现的机率增大，即使淡积云也可以由冰晶组成。
层云：
层云和层积云因为高度较低，因此温度较高，一般多为暖云，云体由水滴组成，也有上部存在过冷水滴的情形，但高纬冬季也可以出现冰晶。As、Ns往往上部由冰晶、中部由过冷水和冰晶、下部由非过冷水组成；卷层云（Cs）都由冰晶组成。
Adv. in Geophys.5, 244 (1958)
3.3 云的胶性稳定性胶性稳定和胶性不稳定
随高度增加，云滴谱展宽，多峰出现，云体胶性不稳定度增强
大陆性积云和海洋性积云的差异：大陆性积云稳定，不易降水，因为大陆上空凝结核多，形成的云滴谱窄，大粒子少。
大陆地区淡积云中云滴浓度多为200-600个/立方厘米，海洋地区的云滴浓度比大陆地区低一个数量级，约为数十个。
浓积云和积雨云中云粒子浓度比淡积云中的要小。
层状云云滴浓度约为101~102cm-3。
3.4 云滴谱差异积云
淡积云中云滴比较小，算术平均半径约5微米，最大滴半径约25微米，滴谱曲线为非
对称单峰型，峰位于半径为7~8微米处。
浓积云中云滴要大些，但云底处的谱仍较窄，与淡积云的差不多，例如庐山测得算术平均半径为6.1微米，最大滴半径为20.8微米，峰在7.9微米处。再如衡山测得的最大滴半径为27微米。在浓积云的中部和上部，云滴要大一些，例如衡山在该部位测得的最大滴半径为37微米。这表明云内空气上升时，云滴谱经历一个拓宽的过程。至于谱型，在云底为单峰型，中部出现双峰和多峰型。
积雨云中云滴谱更宽，在衡山曾测得云底部和中部最大滴半径分别为30和65微米，谱型则频繁出现双峰和多峰型。积雨云的顶部是冰晶化的，加之高度较高，观测困难，资料较少。
层云
层云和层积云因为气流上升速度小，云层薄，所以云滴较小。刚形成的云，其底部云滴小而且均匀，半径约2~3微米，随着时间的推移逐渐拓宽其谱分布，平均半径为5微米。
第一章 1为何蛋白质的含氮量能表示蛋白质相对量？实验中又是如何依此原理计算蛋白质含量的？ 答：因为蛋白质中氮的含量一般比较恒定，平均为16%。这是蛋白质元素组成的一个特点，也是凯氏定氮测定蛋白质含量的计算基础。蛋白质的含量计算为：每克样品中含氮克数×6.25×100即为100克样品中蛋白质含量（g%）。（P1） 2.蛋白质有哪些重要的生物学功能？蛋白质元素组成有何特点？ 答：蛋白质是生命活动的物质基础，是细胞和生物体的重要组成部分。构成新陈代谢的所有化学反应，几乎都在蛋白质酶的催化下进行的，生命的运动以及生命活动所需物质的运输等都需要蛋白质来完成。蛋白质一般含有碳、氢、氧、氮、硫等元素，有些蛋白质还含有微量的磷、铁、铜、碘、锌和钼等元素。氮的含量一般比较恒定，平均为16%。这是蛋白质元素组成的一个特点。（P1） 3.组成蛋白质的氨基酸有多少种？如何分类？ 答：组成蛋白质的氨基酸有20种。根据R的结构不同，氨基酸可分为四类，即脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环族氨基酸、杂环亚氨基酸。根据侧链R的极性不同分为非极性和极性氨基酸，极性氨基酸又可分为极性不带电荷氨基酸、极性带负电荷氨基酸、极性带正电荷氨基酸。（P5） 4.举例说明蛋白质的四级结构。 答：蛋白质的四级结构含有两条或更多的肽链，这些肽链都成折叠的α-螺旋。它们相互挤在一起，并以弱键互相连接，形成一定的构象。四级结构的蛋白质中每个球状蛋白质称为亚基。亚基通常由一条多肽链组成，有时含有两条以上的多肽链，单独存在时一般没有生物活性。以血红蛋白为例：P11-12。 5、举例说明蛋白质的变构效应。 蛋白质的变构效应：当某种小分子物质特异地与某种蛋白质结合后，能够引起该蛋白质的构象发生微妙而有规律的变化，从而使其活性发生变化，P13。 血红蛋白（Hb）就是一种最早发现的具有别构效应的蛋白质，它的功能是运输氧和二氧化碳，运输氧的作用是通过它对O2的结合与脱结合来实现。Hb有两种能够互变的天然构象，一种为紧密型T，一种为松弛型R。T型对氧气亲和力低，不易于O2结合；R型则相反，它与O2的亲和力高，易于结合O2。 T型Hb分子的第一个亚基与O2结合后，即引起其构象开始变化，将构象变化的“信息”传递至第二个亚基，使第二、第三和第四个亚基与O2的亲和力依次增高，Hb分子的构象由T型转变成R型…这就微妙的完成了运送O2的功能。书P13最后两段，P14第一段 6.常用的蛋白质分离纯化方法有哪几种？各自的原理是什么？ １、沉淀：向蛋白质水溶液中加入浓的无机盐溶液，可使蛋白质的溶解度降低，而从溶液中析出。 ２、电泳：蛋白质在高于或低于其等电点的溶液中是带电的，在电场中能向电场的正极或负极移动。根据支撑物不同，有薄膜电泳、凝胶电泳等。 ３、透析：利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。 ４、层析：a.离子交换层析，利用蛋白质的两性游离性质，在某一特定pＨ时，各蛋白质的电荷量及性质不同，故可以通过离子交换层析得以分离。如阴离子交换层析，含负电量小的蛋白质首先被洗脱下来。 b.分子筛，又称凝胶过滤。小分子蛋白质进入孔内，滞留时间长，大分子蛋白质不能进入孔内而径直流出。5、超速离心：既可以用来分离纯化蛋白质，也可以用作测定蛋白质的分子量。不同蛋白质因其密度与形态各不相同而分开。 7.什么是核酸？怎样分类？各类中包括哪些类型？ 核酸是生物体内极其重要的生物大分子，是生命的最基本的物质之一。（P15第一段） 核酸分为脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA。（P15第一段）
食品物性学复习知识点 一、名词解释 1、食品物性学:就是以食品(包括食品原料)为研究对象,研究其物理性质与 工程特性的一门科学。 2、内聚能:定义为1mol的聚集体汽化时所吸收的能量。 3、结晶态:分子(或原子、离子)间的几何排列具有三维远程有序。 4、液晶态:分子间几何排列相当有序,接近于晶态分子排列,但就是具有一定 的流动性(如动植物细胞膜与一定条件下的脂肪)。 5、玻璃态:分子间的几何排列只有近程有序,而远程无序,即与液态分子排列 相似。 6、粒子凝胶:具有相互吸引趋势的离子随机发生碰撞会形成粒子团,当这个 粒子团再与另外的粒子团发生碰撞时又会形成更大的粒子团,最后形成一定的结构形态。 7、聚合物凝胶:就是由细而长的线形高分子,通过共价键、氢键、盐桥、二硫 键、微晶区域、缠绕等方式形成交联点,构成一定的网络结构形态。 8、黏性:就是表现流体流动性的指标,阻碍流体流动的性质。 9、牛顿流体:流动状态方程符合牛顿定律的流体统称为牛顿流体;非牛顿流 体:流动状态方程不符合牛顿定律,且流体的黏度不就是常数,它随剪切速率的变化而变化,这种流体称为非牛顿流体。 10、胀塑性流体:在非牛顿流动状态方程式中,如果1 名词解释： 光谱红移：任一物质的荧光光谱及其峰位的波长总是比它的吸收光谱及峰位波长要长，这现象称为光谱红移 荧光标记：利用荧光探针标记到无荧光的分子或系统内，以研究后者的特性，这种方法称为荧光标记 相分离：由两种磷脂组成的脂质体，当温度在两种磷脂相变之间时，一种磷脂已发生相变处于液晶态，另一种磷脂仍处于凝胶态，这两相共存的现象称为相分离 拉曼散射：频率为v的单色光与物质分子相互作用时，部分被吸收，部分向各个方向散射。 散射光可分裂为若干不同波长的谱线，其中最强的一条（约为入射强度的10-3） 称为瑞利散射线（属于弹性散射），其频率域入射光频率相同。还有一些很弱的谱 线（约为10-7）.称为拉曼散射（属于非弹性散射）其频率与入射光频率不同 生色团：分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团（含有π键的不饱和基团） 隧道贯穿：在物质表面之外的空间里发现电子的几率，会随着与表面距离的增大而呈指数式的衰减，这样的电子就像是在表面边界上穿挖隧道而出的，而这一效应称为隧道 贯穿 三重态：指分子中电子自旋量子数S=1，即原来两个配对的自旋方向相反的电子之一自旋方向改变，以至电子自旋之和不为0的情况 易化扩散：溶质分子的跨膜易化扩散依赖于特殊的膜内在蛋白载体（运输蛋白或载体）。溶质分子从膜的一侧结合到载体蛋白上，引起蛋白构象变化，使溶质分子移向膜的 另一侧，暴露于膜表面，顺着电化学梯度扩散到膜的这一侧 旋光度：通过光学活性物质的出射平面偏振光其偏振面较入射平面偏振光的偏振面旋转了一定的角度，通常用α表示。其大小随入射光波长而变化的关系称为旋光色散 膜融合：指两个不同的膜相互接触和融合的过程。膜融合导致两膜的脂类和蛋白质相互混合，以及两膜包围的内含物的混合 基态：一个分子在未吸收光能前所处的最低能量的状态，叫基态 激发态：当吸收光能后分子就会使一个电子提高的高能量轨道，这种能量提高的状态叫做电子激发态，简称激发态 简答题： 1.为什么手性物质具有非手性物质所不具备的光学活性？ 含有不对称碳原子的物质称为手性物质 第一，手性物质对左右圆偏振光的吸收程度不同，出射时为椭圆偏振光 第二，左右圆偏振光在手性物质中的旋转速度不同，左右偏振光再次合成的偏振光相对于入射光的偏振面旋转了一定的角度α（旋光度） 2.CD,ORD和吸收光谱间的关系 （1）曲线：吸收光谱：均为正值ORD：S型CD：钟型 （2）分析：CD与ORD均由光学活性物质分子中的结构不对称生色团与左、右旋圆偏振光发生不同作用所引起的（相同） ORD：所有波长都能引起旋光性，任意波长处的旋光性是分子中所有生色团贡献之和，且极值处的波长与吸收峰不一致，若同时存在几个旋光带，分析起来较困难 CD：只存在于吸收波长，其值可正可负，极值处的波长与吸收谱极值处的波长是一致的，可确定某个生色团在CD谱中的贡献，比ORD容易 吸收光谱：均为正值，若同时存在几个吸收峰，且这些吸收峰相互交叠，分析起来比较困难 2 食品的主要形态和物理性质 一名词解释 1.物质的结构：物质的原子或分子之间的吸引和排斥的作 用达到平衡时在空间的几何排列。*****分子内原子之间的几何排列称为分子结构，分子之间的几何排列称为聚集态结构。 2.静电力：是极性分子间的作用力。 3.诱导力：是极性分子与其他分子（包括极性分子和非极 性分子）之间的作用力。 4.色散力：一切分子的作用力。*****键合力（分子内） 包括共价键，离子键和金属键。次级键（分子间的力，又称次价力，具有*加和性*）包括范德华力（包括静电力，诱导力，色散力），氢键和疏水键。离子键和范德华力都没有方向性和饱和性，而共价键和氢键都有方向性和饱和性。***** 5.链段：指高分子链中划分出来的可以任意取向的最小单 元。 6.末端距：指分子链两端点之间的直线距离r，表示高分 子链柔性。*****分子链柔性越好，末端距越短。 7.内聚能：1 mol的聚集体气化时所吸收的能量。 8.分散体系：指数微米以下，数纳米以上的微粒子在气体、 液体或固体中悬浮的系统。 9.乳胶体：指两种互不相容的液体，一方为微小液滴，分 散在另一方液体的胶体中。 二问答题 1.食品形态结构在微观上分为哪几种类型？各有何特 点？ 答：气态，液态，结晶态，液晶态，玻璃态。 气态：分子间的几何排列近程无序远程无序； 液态：分子间的几何排列近程有序远程无序； 结晶态：三维远程有序； 液晶态：分子间的几何排列相当有序，在某方向上接近于晶态，有一定的流动性； 玻璃态：与液态相似，黏度大。 2.食品中水与溶质间的相互作用？（离子，亲水溶质，非 极性物质） 答：水与离子形成水-离子键，键能远大于氢键，使分子流动性下降；水与亲水溶质形成水-溶质氢键，键能远小于水-离子键，与氢键相似；水与非极性物质混合时，形成笼状结构，增大水界面自由能，使体系不稳定。 3.为什么陈酒的口感好？（疏水性的水合物） 答：陈酒在杯中显得黏，酒精挥发也慢一些，酒在长期存放中，水分子与乙醇分子形成了疏水性的水合物，因此口感温和，没有即时调制的酒那么辣。 生物力学 一.基本概念 1生物力学：应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。 2应力：受力物体截面上（△A）内力（△F）的集度，即单位面积上的内力。当△A趋于0时，为某一点的应力。 3应变：当材料在外力作用下发生形状的改变。 4应变率：应变的变化速率，即单位时间内增加或减少的应变；应变率是表征材料快速变形的一种度量，应变对时间的导数。 5本构方程：阐明应力、应变、应变率之间关系的方程式，它取决于物体的结构。 6生物力学研究基础：能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的本构方程。 7生物力学研究类型：固体生物力学流体生物力学运动生物力学（传统） 组织与器官力学生物动力学生物热力学（现代） 8粘弹性：具有弹性固体的弹性和粘性液体的粘性 9泊松比：当细长物体被拉长时，同时会发生横向线度的相对缩短。实验表明横向的线应变与纵向线应变成正比，比例系数是材料的特征常数，称为泊松比。 10骨的弯曲与扭转：弯曲是连续变化的线应变的组合，扭转是连续变化的剪切应变的组合分布。 二．简答题 1.简述生物力学的不同分类： 固体生物力学流体生物力学运动生物力学（传统） 组织与器官力学生物动力学生物热力学（现代） 2.简述应力的不同类型： 同截面垂直的称为正应力，同截面相切的称为切应力。 3.弹性体和粘性体的本构方程： 对于拉伸和压缩：Ee τ=； 对于剪切变形： tan G G ταγ==； 对于体积变形：Kv τ=。 其中，τ为应力，E 、G 、K 分别为杨氏模量（弹性模量）、刚性模量（剪切模量）和体积模量；e ，tan α和v 分别为线应变、切应变和体应变。 粘性体的本构方程——牛顿粘度定律。 粘性是物体形变时，内部反抗形变的摩擦力的表现，应力与应变率的最简单关系是二者成正比，切应变率公式为： /d dt τηγηγ? == 其中，η称为粘滞系数，简称粘度。上式称为牛顿粘滞性定律。 4.粘弹性的特征表现：松弛性 滞后性 蠕变性 5.骨受力（弯曲、扭转）应力-应变表现 弯曲：显然，梁的内部应力很小。骨骼的层状结构十分巧妙，最外层为韧性很好的骨膜，再向里为密质骨、疏质骨、骨髓腔，充分地发挥了骨组织的力学效能。 扭转：长度为l 的圆柱体在力矩作用下产生的扭转形变如图1。扭转圆柱体剪切应变沿径向的分布及沿轴向的分布如图2. 三．论述题（计算） 1.解释如图所示的拉伸应力与应变的关系曲线 1.食品有哪些功能和特性 答:营养功能：食品最基本的功能，为人体提供所需营养和能源如：蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、矿物质、膳食纤维等。 感官功能：满足消费者在视觉、触觉、味觉、听觉等感官方面的需求。体现在外观、质构、风味方面。 保健功能：食品第三功能，是食品功能的新发展，调节人体生理功能，预防疾病，还有益智、美容、抗衰老等多方面功能。 食品特性 安全性：食品必须是无毒、无害、无副作用的。保藏性：食品必须具有一定的保藏期，在一定时间内食品应该保持原有的品质或加工时的品质或质量。方便性：食品应具有方便实用性，应便于食用、携带、运输及保藏。 2.食品加工、工艺概念 答：食品加工：将食物或原料经过劳动力、机器、能量及科学知识，把它们转变成半成品或可食用的产品的过程 食品工艺：将原料加工成半成品或将原料和半成品加工成食品的过程和方法。包含了从原料到成品或将配料转变成最终消费品所需的加工步骤或全部过程。 3.食品原料有哪些特点 答：有生命活力（活体组织中的生化反应任然继续进行）、季节性地区性（同种原料，由于生态环境不一样，其生长期、收获期、原料品质有所差异)、复杂性(原料种类多，构造、形状、大小、化学组成各不相同）易腐性（食物含有大量营养物质和水分，极易腐败) 4.食品的质量要素有哪些 感官指标：包括色、香、味、质构等方面 营养价值 卫生指标 耐储藏性 5.常见食品的变质主要由哪些因素引起？如何控制？ 答：微生物的作用：有害的微生物生长繁殖会引起食品腐败变质或产生质量危害酶的作用 物理化学作用： 控制途径，加工和保藏主要有四大途径：无菌原理：加热、电离辐射、过滤杀菌和利用压力、电磁等杀菌手段。抑制微生物活动：利用某些物理、化学因素抑制食品中微生物和酶的活动。利用发酵原理：生物化学保藏，利用某些有益微生物的活动产生和积累的代谢产物如酸和抗生素来抑制其他有害微生物的活动。生机原理（维持食品最低生命活动）：用低温、气调等技术，维持果蔬原料的最低生命活动。 6.谈谈食品工艺学研究的内容和范围 答：①根据食品原料的特性，研究食品的加工保藏 ②研究食品质量要素和加工对食品质量的影响 ③创造满足消费者需求的新型食品 ④研究充分利用现有食物资源和开辟食物资源的途径 ⑤研究加工或制造过程，实现食品工业生产的合理化、科学化和现代化。 生物物理考试题目及解答 庞小峰老师给的题目及解答： 一、突触后电位的形成机理及特点 突触前神经元释放神经递质与突触后受体结合后，可产生多种突触后效应。 直接开启突触后膜递质门控通道，突触后膜通透性改变，进而引起突触后电位改变，通常其形状及大小是突触前神经元的轴突上传导的动作电位的频率和振幅的反映。膜电位的主要表现为： 兴奋性突触后电位 抑制性突触后电位 兴奋性突触后电位： 突触后膜在接受突触前膜释放的兴奋性神经递质作用下，发生去极化改变，使突触后神经元对其它刺激的兴奋性上升（产生动作电位）。 机制：兴奋性神经递质作用于突触后膜受体，使后膜Na+通透性增强，导致局部去极化。抑制性突触后电位： 突触后膜在抑制性神经递质作用下，产生超极化改变，使突触后神经元对其它刺激的兴奋性下降。 机制： 抑制性递质作用于突触后膜，使后膜上Cl-通道开放，致Cl-内流，膜电位发生超极化。 k+通透性增加导致k+外流增强 Na+，Ca2+通道关闭 特性： EPSP的整合：突触后膜含许多的门控通道，其被激活的数量神经递质的释放量，EPSP是量子化的，整合包括空间总和，是在树突上不同突触处同时产生的许多EPSPs进行叠加，以及时间总和，即在同一个突触产生的时间间隔在1~15ms之类的EPSP的总和。 IPSP的整合：多数突触后抑制性受体也是递质门控离子通道。其具有分流抑制作用，其物理基础是Cl-内向流动。其抑制作用主要是由抑制性突触处膜电导的增加来控制。由于抑制性突触与兴奋性突触在电学上是并联的，前者电导的增加效果是使膜电位倾向于钳制在抑制性突触电位的平衡值上，致使兴奋性突触后电位的值减小。 二、乙酰胆碱的生物动能和他的循环特性及它与肌肉收缩的关系 乙酰胆碱循环过程：突触前动作电位使得乙酰胆碱在突触前膜释放，然后在突触间隙弥散，与突触后膜的乙酰胆碱受体结合，打开离子通道。但乙酰胆碱与受体结合只有1~2ms，于是乙酰胆碱被胆碱酯酶分解为胆碱和乙酸，这些产物大部分被突触前末梢再次摄取，并通过 万方数据 １７２ 医用生物力学第２３卷第２期２００８年４月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＢｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ．Ｖ０１．２３Ｎｏ．２．Ａｐｒ．２００８ 通道具有生物力学意义。 １ＢＫ通道的分子结构基础 ＢＫ通道由０ｃ亚基与１３亚基组成四聚体结构，每个单体包括一个１７，亚基或ｉｆ，亚基与ｐ亚基对的结合体，其中０ｃ亚基是孔道形成单位，ｐ亚基是调控单位…６．７】。０ｃ亚基由ｓｌｏ基因编码，具有６个跨膜区域（Ｓ１．Ｓ６），这些结构域是电压门控Ｋ＋离子通道超家族（Ｋｖ家族）共有的，与钾离子通道家族不同的是，ＢＫ通道在ＮＨ，端还多一个跨膜的Ｓ０区，在Ｃ端还有４个输水区Ｓ７一Ｓ１０，Ｎ端是ａ亚基与Ｄ亚基的结合区…。ＢＫ通道的四聚化是由结合区介导的，ＢＫ通道中该结合域被称为ＢＫ—Ｔ１，位于Ｓ６及Ｃ端调节区之间［１１。ｉｆ，亚基与１３亚基的结构如图１所示。 图１ＢＫ通道Ｏｒ，亚基与Ｂ亚基分子结构示意图【，Ｉ包括０【亚基Ｎ端，Ｓ０．Ｓ６区域，孔道区，Ｓ７．Ｓ１０区域，钙球及长Ｃ端，Ｂ亚基的ＴＭｌ与ＴＭ２区域 Ｆｉｇ．１ＴｈｅｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅａｓｕｂｕｎｉｔａｎｄｔｈｅＢｓｕｂｕｎｉｔｏｆＢＫｃｈａｎｎｅｌｓ．ＴｈｉｓｆｉｇｕｒｅｓｈｏｗｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｓｏｆｔｈｅａｓｕｂｕｎｉｔａｎｄｔｈｅＢｓｕｂｕｎｉｔ，ＩｎｃｌｕｄｌｎｇｔｈｅＮ－ｔｅｒｍｌｎａｌ，Ｓ０－Ｓ６ｄｏｍａｉｎｓ，ｔｈｅｐｏｒｅｒｅｇＩｏｎ，Ｓ７－Ｓ１Ｏｄｏｍａｉｎｓｔｈｅｃａｌｃｉｕｍｂｏｗｌ，ａｎｄｔｈｅｌｏｎｇＣ－ｔｅｒｍｉｎｕｓｏｆｔｈｅａａｕｂｕｎｉｔ；ｔｈｅＴＭｌａｎｄＴＭ２ｄｏｍａｉｎｓｏｆｔｈｅＢｓｕｂｕｎｉｔ． 迄今为止仅发现了一种０ｃ亚基，但是已经克隆出了４种公认的Ｂ亚基（见表１），Ｄ亚基包括２个由１个细胞外环连接的跨膜区，其Ｎ端与Ｃ端均朝向胞质，胞外连接环具有由４个保守半胱氨酸残基形成的二硫键连接，这些亚基多数在平滑肌与心肌细胞中转录，淋巴，肝脏及脑中较少…。表１ａ亚基与ｐ亚基的大小及组织分布１９１ Ｔａｂ．１Ｔｈｅｓ‘ｉｚｅｏｆｔｈｅａｓｕｂｕｎｉｔａｎｄＢａｕｂｕｎｌｔ ２ＢＫ通道的选择过滤的分子机制 与钾离子通道家族的所有成员一样，ＢＫ通道能有效通透半径为１．３３Ａ的Ｋ＋，却排斥半径更小（０．９５Ａ）的Ｎａ＋，即具有特异性保持Ｋ＋高速流通的功能【１０?Ｉ¨。Ｋ＋的选择性孔道位于４个０【亚基中间，在膜中间形成一个含水的半径较大的孔道内腔，孔道上部最窄的部分称为选择性过滤器【１２】。选择性过滤器突出体现了Ｋ＋通道家族的保守性。ＢＫ通道的Ｓ６区被认为是Ｋ＋选择性孔道的大门，Ｓ５与Ｓ６之间的孔道环则形成了上述选择性过滤器，并能作为孔道阻断剂非洲蝎毒（ｉｂｅｒｉｏｔｏｘｉｎ，ＩｂＴＸ）与北非蝎毒素（ｃｈａｒｙｂｄｏｔｏｘｉｎ，ＣｈＴＸ）的受体【１３】。图２ａ所示的是４个Ｐ一环内陷构成的离子过滤器，每个Ｐ环上具有的高度保守的序列ＴＶＧＹＧ（又称标识序列）是几乎所有钾离子通道选择通过性的基础…ｌ。图２ｂ所示，标识序列中的甘氨酸（Ｇ）位于或者接近于拉氏构象图（ＲａｍａｃｈａｎｄｒａｎＰｌｏｔ）的左手螺旋区，苏氨酸（Ｔ）残基也是如此，使得主链的羧基氧原子均指向一个方向，沿孔道指向Ｋ＋，交替的甘氨酸残基形成了合适的二面角，苏氨酸羟基氧原子与Ｋ＋相配，缬氨酸（Ｖ）与酪氨酸（Ｙ）的侧链朝向过滤器周围的孔道蛋白核以影响通道几何构型的约束。最终，亚基聚集成的狭窄孔道包括了４个空间结构完全相等的Ｋ＋结合位点，每一个结合位点都是由以８个氧原子为顶角形成的笼子，或是一个称为四方反棱柱（ｓｑｕａｒｅａｎｔｉｐｒｉｓｍ）的扭曲的立方体。 选择性滤过器中Ｋ＋周围的氧原子类似于孔道内腔中水化的Ｋ＋周围的水分子，这一过滤器结合位点抵消了水化Ｋ＋脱水的能量。相比而言，Ｎａ＋离子尺寸对于这些结合位点“围成”的空间区域明显过 小，脱水的能量不能得到合适的补偿，因此通透 万方数据 理学院研究生《生物物理研究进展》课程教学大纲 课程编号： 课程中文名称：生物物理研究进展 课程英文名称：Advances in Biophysics Research 总学时：60 总学分：3 实验学时：0 讲授学时：60 开课学期：春V □ 秋口 主要适用专业及学位层次：生物物理专业博士研究生以及硕博连读生。 必备基础知识及先修课程：具备普通物理学、高等数学、生物化学等学科基础知识。先修高级生物物理 学、分子生物学、高级植物生理、高级生物化学等课程。 参考教材：1.《生物物理学》丘冠英等编著，武汉大学出版社，2000年。 2.《生物物理学》赵南明、周海梦主编（2000第一版，高等教育出版社） 推荐参考书及期刊： 1.《生物物理学报》中国生物物理学会主办。 2.《生物化学与生物物理进展》中国生物物理学会主办。 3.《生物物理与生物化学学报》中国科学院主办。 4.《激光生物学报》，中国遗传学会主办 一、课程目的及要求 生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系，生命活动的物理、物理化学过程，以及物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。《生物物理研究动态》课程通过介绍目前生物物理学研究领域的最新动态，展示当前最新的生物物理研究技术研究路线、及研究内容等，旨在扩展学生研究视野，开拓学生新思路。 二、课程内容及学时分配 序号章节名称学时讲授方式教学重点与难点备注 1 量子生物物理研究进 展15 讲述 DNA双螺旋中碱基对的配对规律的量子力学 分析 生物大分子氢键的双势阱模型及其生物学 意义 生物大分子中质子隧道效应的意义和价值量 子生物物理与“亚分子生物学”、“电子生 生物技术学院 课程论文 课程名称：大学物理 学号：222012********* 姓名：马平凡 专业班级：明珠班 成绩： 教师签名： 物理学在生物上的应用——生物物理学 摘要：生物物理学（ Biological Physics）是物理学与生物学相结合的一门交叉学科，是生命科学的重要分支学科和领域之一。生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系、生命活动的物理、物理化学过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。 关键词：物理学生物学交叉学科分支规律 物理学和生物学互相促进，共同发展。物理学和生物学在两方面有联系：一方面，生物为物理提供了具有物理性质的生物系统，另一方面，物理为生物提供了解决问题的工具。生命科学是系统地阐述与生命特性有关的重大课题的科学。支配着无生命世界的物理定律同样也适用于生命世界，无须赋予生活物质一种神秘的活力。 发展简史： 17世纪A.考伯提到发光生物萤火虫。 1786年L.伽伐尼研究了肌肉的静电性质。 1796年T.扬利用光的波动学说、色觉理论研究了眼的几何光学性质及心脏的液体动力学作用。 H.von亥姆霍兹将能量守恒定律应用于生物系统，认为物质世界包括生命在内都可以归结为运动。他研究了肌肉收缩时热量的产生和神经脉冲的传导速度E.H.杜布瓦－雷蒙德第一个制造出电流表并用以研究肌肉神经，1848年发现了休止电位及动作电位。 1895年W.C.伦琴发现了 X射线后，几乎立即应用到医学实践。 1899年K.皮尔逊在他写的《科学的文法》一书中首次提到：“作为物理定律的特异事例来研究生物现象的生物物理和生物物理学……”，并列举了当时研究的血液流体动力学、神经传导的电现象、表面张力和膜电位、发光与生物功能、以及机械应激、弹性、粘度、硬度与生物结构的关系等问题。 物理是否帮助了食物 陈禧祥 学前教育 201010050659 【摘要】代用于食物的物理技术有, 杀菌技术、脱水干燥技术, 冷冻技术、气体压缩、真空技术等。。它们与传统的化学技术相比在达到同样的技术效果情况下，有成本低、省时、省工，处理条件易于控制，受外界环境影响小，特别是没有化学污染及不破坏食品营养结构和自然风味等诸多优点， 关键字：胃疾病物理技术微波食品 科学家警告：现代人食物中毒机会增加。与50年前相比现代人更容易得肠胃疾病，这主要是因为人们的饮食习惯在变化，以及食品可选择的范围越来越大。据美国联邦疾病防治中心调查，美国每年有7600万人因食物中毒而生病，其中有32．5万人住院治疗，并造成5000人死亡。 为什么在科学技术如此发达的今天，人们仍然容易食物中毒呢？原因之一是人们现在生吃新鲜水果和蔬菜的数量增加，因而也就增加了感染病菌和病毒的机会；二是人们现在食用预先加工好的熟食数量增加，这类食品很容易感染细菌；还有，在过去10年间，全世界的食品种类至少增加了一倍，其中一些食品带有科学家尚未能鉴定出的新的微生物。 美国食品药物管理局的食品安全主管乔.莱维特承认：美国确实存在这个问题。他指出，健康人能够抵御大部分感染，孩子和老人就比较容易得病。由于美国已经开始进入老年化社会，科学家担心会有越来越多的美国人对被污染的食品越来越敏感，容易患上与饮食有关的疾病。科学家还希望人们关注这个事实：尽管普通人对食品安全的疑虑主要集中在肉类和禽蛋类，尤其是牛肉上，但85％的食品的毒源来自水果、蔬菜、海产品和乳酪。 据国内有关报道，多菌灵、托布津等化学农药对人、畜有致畸作用，2、4-D 中含有极微量的有毒物质对人体的威胁也很大，三唑类有机化合物有一定的致癌性，残留在食品中的二氧化硫能引起严重的过敏反应。 随着人们消费水平的提高与消费观念的转变，今天的消费者不仅要求食品新鲜安全，而且要求食品保持原有的天然风味和营养结构，传统的化学方法已不能满足上述要求。近几年来, 食品科技界把现代高新技术引入食品工业, 例如,原子射线辐射保藏技术, 杀菌技术、脱水干燥技术, 冷冻技术、气体压缩、真空技术等。。物理技术与传统的化学技术相比在达到同样的技术效果情况下，有成本低、省时、省工，处理条件易于控制，受外界环境影响小，特别是没有化学污染及不破坏食品营养结构和自然风味等诸多优点，所以物理技术在食品的应用应该引关注。 1、原子射线辐射保藏技术 经过辐射处理可以延缓果实成熟，并具有杀虫、 杀菌、消毒及防腐作用，既不破坏外形，又能保持食 品原有色、香、味及营养成份，并在常温下保存期长，且节约能源，更没有化学药剂的残留! 2、磁场技术的应用 大量实验证明低频磁场对微生物有很强的影响，它能促进或抑制微生物的生长、繁殖，于是一种新的食品保鲜技术———低频磁场保鲜技术便在最近物理学和高新技术物理几年悄然诞生了! 低频磁场保鲜技术主要是利用它对微生物的抑制作用来实现保鲜的! 与传统的保鲜方法相比，这种方法有很多的优点，它不会损失食物的营养成分和改变其质量特性，更不会污染食物，避免了对人体产生不良影响，同时也更加安全! 因为在强度不超过"# 的交变磁场的作用下，微生物在很大程度上就被杀死了! 3、微波技术的应用 微波保鲜技术主要是利用其热效应和非热效应使食品中的微生物体内的蛋白质和生理活性物质发生变异或破坏，从而导致生物体生长发育异常，直至死亡! 目前，国内外应用微波进行食品保鲜的研究已取得了很大进展，并已大规模地应 2012年生物物理复习要点 第一章生物物理绪论 1. 生物物理的定义、研究内容和研究手段； 2. 生物物理的研究方法； 3. 为什么学多年来“生物物理学”的确切定义一直是该学科领域认 为不易回答的问题？ 4. 在17-19世纪生物物理发展的早期，主要涉及哪些方面的零散研究？那时为什么没能出现生物物理这门学科？ 5. 为什么说X射线及其X射线衍射定律的发现是生物物理迅速发展的先决条件？ 6. 1934年薛定谔（Schrodinger）在其系列演讲“生命是什么？--活细胞的物理观”中，倡导用物理学的观点和方法研讨生命的奥秘。他在 报告中提出了三个重要观点是什么？ 7. 近几十年来生物物理的发展和现状说明了什么观点？ 8. 生物物理仪器与实验技术包括哪几个方面？并列举各类中代表设备。 9. 生物物理研究内容是如何分类的？不同分类中包含哪些内容？ 10. 说明鸟为什么会飞的主要原因？ 第二章生物物理的量子力学基础 1. 掌握概念：热辐射、平衡热辐射、单色辐射强度、绝对黑体、光 电效应、光量子、发射光谱、吸收光谱、德布罗意假设、德布罗波、 海森伯测不准关系、 2. 基尔霍夫定律的内容； 3. 什么是普朗克能量量子化假设？ 4. 光电效应表现出哪四个实验规律？光电效应中经典物理理论的困 难是什么？ 5. 研究原子结构规律有哪两条途径？原子核式结构的缺陷是什么？ 玻尔原子理论有哪三个基本假设？玻尔原子理论有何重要意义？ 6. 解释光的波粒二象性；波动性和粒子性的具体体现； 7. 质量为m的粒子，以速度v运动时，不但具有粒子的性质，也具有波动的性质；波动性和粒子性的联系式即德布罗意关系式是什么？ 8. 如何从从德布罗意波导出氢原子玻尔理论中角动量量子化条件？ 9. 1923年戴维逊物质波验证实验内容；1927年汤姆孙电子衍射实验内容； 10. 德布罗意波为概率波的含义是什么？ 11. 无数实验证明了实物粒子都具有波动性，如何描述其运动规律 呢？ 12. 薛定谔方程是如何建立的？ 13. 解释波函数物理意义； 14. 如何从测不准关系说明原子光谱宽度？ 第三章生物分子的相互作用 1. 分子的性质有哪些因素决定？ 2. 构型和构象的概念和区别；什么是分子构造？ 3. 化学键按成键时电子运动状态的不同可分为几种类型？分子间弱 相互作用有哪些？ 4. 离子键的定义和特点； 5. 共价键的定义和特点；用测不准关系说明共价键形成的要点； 6. 阐述价键理论的要点； 7. 什么是杂化轨道？sp、sp2和sp3的含义； 8. 分子轨道理论的主要内容； 9. s-s原子轨道和p-p原子轨道的含义； 10. 分子轨道：轨道、σ键和σ电子；π轨道、π键和π电子的含义； 11. 诱导偶极子的概念；电相互作用有哪些类型？ 12. 分子间存在的范德华力有三种来源，即色散力(London力)、诱导力(Debye力)和取向力(Keesom力) ，它们的作用机制是什么？ 13. 范德华力的特点、作用范围、受影响的主要因素对分子构成的物 质性质的影响； 14. 氢键的概念和特征；形成氢键必须具备的条件； 15. 什么是孤对电子？ 生物物理学 一生物物理学的定义 生物物理学（Biological Physics）是物理学与生物学相结合的一门交叉学科，是生命科学的重要分支学科和领域之一。生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系、生命活动的物理、物理化学过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。 关于生物物理学属于生物学的分支还是物理学的分支，一些生物学家认为他们研究生命现象时只是引入了物理学的理论和方法，属于生物学的一个分支。但有些物理学家认为，研究生命的物质运动，只是物理学研究对象由非生命物质扩展到生命物质。应该属于物理学的分支。不同研究领域的学者处于不同的角度，也就有了不同的定义 二生物物理学的研究内容和现状 (一) 生物物理学的研究内容 生物物理学研究的内容十分广泛，涉及的问题则几乎包括生物学的所有基本问题。由于生物物理学是一门正在成长着的边缘学科，其具体内容和发展方向也在不断变化和完善，它和一些关系特别密切的学科（生化、生理等）的界限也不是很明确。现阶段，生物物理的研究领域主要有以下几个方面： 1 分子生物物理。分子生物物理是本学科中最基本、最重要的一个分支。它运用物理学的基本理论与技术研究生物大分子、小分子及分子聚集体的结构、动力学，相互作用和其生物学性质在功能过程中的变化，目的在于从分子水平阐述生命的基本过程，进而通过修饰、重建和改造生物分子，为实践服务。 生物大分子及其复合物的空间结构与功能的关系是分子生物物理的核心问题。自从50年代X射线衍射晶体分析法应用于核酸与蛋白质获得成功，奠定了分子生物学发展的基础，至今已有40余年历史。在这段时期中，有关结构的研究大体上经历了3个主要阶段：①晶体结构的研究；②溶液中生物分子构象的研究；③分子动力学的研究。分子构象随时间变化的动力学，分子问的特异相互作用，生物水的确切作用等是分子生物物理今后的重要课题。 2 膜与细胞生物物理。膜及细胞生物物理是仅次于分子生物物理的一个重要部分。要研究膜的结构与功能，细胞各种活动的分子机制；膜的动态认识，膜中脂类的作用，通道的结构及其启闭过程，受体结构及其与配体的特异作用，信息传递机制，电子传递链的组分结构及其运动与能量转换机制都是膜生物物理的重要课题。细胞生物物理目前研究的深度还不够，随着分子与膜生物物理的进展，细胞各种活动的分子机制也必将逐步阐明。 3 感官与神经生物物理。生命进化的漫长历程中出现了能对内、外环境作出反应的神经系统。神经系统连同有关的感觉器官在高等动物特别是在人体内已发展到了高度复杂的程度，其结构上的标志是出现了大脑皮层，功能上大脑是最有效的信息处理、存贮和决策机构。因此感官和脑的问题已经成为神经生物学注意的中心。研究的主要问题有：①离子通道； ②感受器生物物理；③神经递质及其受体；④神经通路和神经回路研究；⑤行为神经科学。这是生物物理最早发展，但仍很活跃的一个领域，特别应该指出的是目前“神经生物物理”受到极大重视，因为这是揭开人类认识、学习、记忆以至创造性活动的基础。 第一章 生物大分子：蛋白质、核酸、多糖和脂质。生物大分子特定的生物学功能取决于其特定的空间构象。 蛋白质的意义：是生命活动的物质基础，是细胞和生物体的主要组成成分。 蛋白质的化学组成：构成元素：碳C，氢H，氧O，氮N，硫S等。N的含量一般较恒定：平均为16%，每克样品中含氮克数×6.25×100即为100克样品中蛋白质含量 等电点：将氨基酸水溶液的酸碱度加以适当调节，使羧基与氨基的电离程度相等，即氨基酸所带正、负电荷数目正好相等，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点，用pI表示。 中性溶剂中，羟基的电离程度略大于氨基，溶液呈微弱酸性 蛋白质：在水溶液中形成的颗粒具有胶体溶液的特征(布朗运动、丁道尔现象、不能透过半透膜、吸附能力等)。 按形状分类：球状蛋白质、纤维蛋白质 按化学结构分：简单蛋白质、结合蛋白质 根据溶解度分类：可溶蛋白质、醇溶性蛋白质、不溶性蛋白质 蛋白质的一级结构： 由共价键结合在一起的氨基酸残基的排列序列。一级结构是蛋白质功能的基础蛋白质的二级结构： 指多肽链向单一方向卷曲而形成的有周期性重复的主体。α-螺旋、β-片层、无规卷曲、回折。作用力：以肽链内或各肽间的氢键。α螺旋：肽链骨架形成每周3.6个氨基酸的右手螺旋上升0.54nm，每个残基旋转100度。 蛋白质的三级结构： 是线状、螺旋片状结构的进一步卷曲和折叠，形成球形或椭圆形的结构，它是蛋白质分子在二级结构的基础上进一步卷曲折叠，构成一个很不规则的具有特定构象的蛋白质分子。α螺旋、β折叠、β卷曲及无规卷曲等二级结构的多肽链在三维空间的排列方式。作用力：疏水作用（主要）、氢键、离子键、偶极与偶极间的相互作用、二硫键。若蛋白质分子仅有一条多肽链组成，三级结构就是它的最高结构层次。 蛋白质的四级结构： 具有三级结构的蛋白质亚单位通过非共价键缔合的结果。亚基之间(维持蛋白质四级结构)的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。 氨基酸链接的基本方式：肽键—CO—NH— 结构域：是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次 蛋白质特定的构象和功能是由其一级结构所决定的。 蛋白质的变性：天然构象一旦发生变化，必然会影响到它的活性。如发生破坏性的变化，蛋白质的生物活性就会丧失。 使蛋白质变性的物理因素：加热、紫外线、高压等；使蛋白质变性的化学因素：有机溶剂、脲、胍等 变性后性质的变化：生物活性降低、溶解度降低、易被蛋白酶水解 变性的实质：蛋白质的空间构象被破坏，一级结构保存完好。 蛋白质的复性：当去除变性因素时，变性蛋白质又恢复原来的三维结构。 别构效应：当某种小分子物质特异地与某种蛋白质（或酶）结合后（结合部位多 1 内容提要 本章主要介绍了固体食品的基本物理特征，包括单体尺寸、综合尺寸、外观形状、面积、体积等，而这些物理特征在食品工程中应用很广泛。比如: ?在固体筛分除杂和果蔬分类过程中，形状和物理尺寸起重要作用。 ?水果的形状和尺寸大小决定了在运输时，给定尺寸的包装箱或塑料袋中能装载的数量。 ?果蔬、粮食和种子质量的差异往往可以通过密度的不同检测出来。 ?液体食物的密度对于离心分离、沉降分离、流动特性以及用泵输送的能量需求来说是重要因素。 ?气流输送粮食和其他颗粒固体或水力输送果蔬时，流体流速的设计与物料密度和形状均有关。 2 重点难点 ?固体食品形状与尺寸（如圆度、球度）常用的测量方法； ?固体食品体积与表面积的测量及计算方法； ?真实密度与体积质量的测量方法； ?基本物理特征的统计回归关系及其统计学基础； ?基本物理特征在实际生产中的应用。 3.1 形状与尺寸 粮食、种子、果蔬的大小常用尺寸来描述，形状则是各种尺寸的综合体现。虽然规则形状的食品如球形食品、立方体食品等的尺寸可以用相应的几何尺寸来表示，但大部分食品和农产品的形状是不规则的，所以很难用单独的一个尺寸简单的表示出它们的形状。 有时人们用食品与农产品凸起部分的尺寸来表示其大小，所用三维尺寸分别为大直径、中径和小直径。大直径是最大凸起区域的最长尺寸，小直径是最小凸起区域的最短直径。中径是最大凸起区域的最小直径，一般人们假设它与最小凸起区域的最长直径相等。可以用测微器或测径器测量三维尺寸。当测微器或测径器接触种子表面时，种子被轻微压缩，所以应控制压力到最小。测微器上带有一个棘轮制动栓(有时也叫作螺母)，专门用于较硬物质如:粮食和种子的测量。一般用测径器测量较软的果蔬。但注意，测径器刀口接触果蔬表面是不可以造成损伤的。测径器上添加一个弹簧装置可以提高测量结构的重复性。 由于农作物生长季节、地理位置和种类等不同，所以食品和农产品尺寸大小变化范围也不尽相同。因此在检测产品尺寸时，最好选择典型地域条件下生产的特定种类的产品，测量大量试样(100个或更多)，计算尺寸平均值和标准差，并与其他样品的均值和标准差比较。有时也需要得到统计分布情况，这一点我们在后面单独论述。表3-1列出一些常见谷物果蔬的典型尺寸。小型物料如谷物籽粒和种子可以放到一个摄影放大器上进行旋转，直到在屏幕上看到其最大和最小凸起区域。 生物物理学课程论文 超声波在医学上的应用 课程名称：生物物理学 姓名：米克拉伊·尼扎买提 系别：生命科学专 班级：8班 论文评分： 2013年12月10 日 目录 摘要 3 前言 3 1.超声波的物理特性 3 2.超声诊断以及工作原理 3 2.1多普勒效应 3 2.2多普勒效应的应用 4 2.3多普勒超声仪工作原理 4 3.超声波在医学诊断中的应用 4 3.1利用超声波的反射折射原理 4 3.2利用超声波的多普勒效应 5 4.超声波在医学治疗中的应用 5 5.超声波在临床医学中的应用 5 6.超声波在医学中的发展趋势 5 6.1宽频带化 5 6.2数字化 6 6.3多维化 6 7.对我国中，近期发展生物医学超声研究的看法和建议 6 7.1超声波在医学的意义 6 7.2超声波重点研究课题 6 7.3为发展超声事业以下建议7 7.4建议有关部门取以下措施7 参考文献7 【摘要】高于人耳听觉上限值得声波，称为超声波。超声室人儿听不到的。超声 波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距，测速，清晰，焊接，碎石，杀菌杀毒等。在医学，军事，工业，农业上有很多的应用。尤其在医学生，超声波频率高，波 长短，有良好的指向性，衍射现象少，可在组织界面上反射，可悲血细胞反向散射。此外，超声波可被生物介质所吸收。吸收程度基本上决定与介质的特性和超生的频率。一般而论，介质中的含水量越大，吸收越少，频率越高，吸收越多。超生的这些特性，对于他在生物医学方面的应用极为有利。本文就以超声的这些特征为线索，阐述其应用与医学方面的优势，并提出相关的建议。 【关键词】超声波，临床医学， 激光在生物物理中的应用 前言 人类赖以生存的世界，是一个不断运动着的物质世界，而波动是物质运动的一种基本形式，其中应力波作为一种主要的形式存在着，如地震波、固体中的声波、超声波等。1949年，John Wild是一名英格兰裔美国内科医师，因为致力于这一工作被称为“医学超声之父”，超声成像等技术开始被运用于医学，使医生在诊断、治疗疾病方面不仅速度有了大幅度的提升，准确度也有了很大的提高。 1.超声波的物理特性 超声波是指频率在20kHz以上的声波，其在传播过程中一般会发生折射、反射、散射、绕射以及多普勒效应等现象。当超声波在密度均匀的介质中传播时，不会发生折射、反射等现象。当其通过不同的介质时，且两介质的交界面大于超声波的波长时，就会在两介质的交界面处发生折射和反射现象。 反射声强的大小取决于两介质声阻的差异程度及入射角的大小，当垂直入射时反射声强最大，反射声强愈强则折射声强愈弱。折射进入第二介质的超声波会继续前进，若再次遇到不同声阻介质交界面时，会再次产生反射和折射。依次类推，被测物质密度越不均匀、界面越多，产生的反射和折射的次数也就会越多。当两介质交界面小于超声波的波长时，超声波则会产生散射或绕射现象，散射是指超声波会以此小介质为中心向四周发散，使其成为新的声源；绕射是指超声波绕过介质的边缘，继续向前传播，好似此介质不存在。 2.超声诊断以及工作原理 2.1多普勒效应 多普勒效应是指当声源和接收体作相对运动时，接收体在单位时间内接收到的频率，会与声源所发出的频率不一致，如接收体与声源的距离越来越近时，那么接收体接收到的频率会增加，且增加的频率与接收体相对与声源的速度有关；反之，接收到的频率会减少，减少的频率也与接收体相对与声源的速度有关。和一切应力波相似，其在介质中传播时，随着传播距离的增加，波强会逐渐减弱，这种现象被称为超声的衰减。引起衰减的主要原因是介质对超声的吸收，超声波的频率越高介质的吸收就越多，使得波强在原传播方向上的能量逐渐减弱。而这些散失的波强都转换成了热能，这又被称为超声的热效应。 2.2.多普勒效应的应用 多普勒超声诊断技术的发展、多普勒彩色血流成像，多普勒图谱效应和色彩多普勒血流图都是基于多普勒效应。用于实现对血流参数的邪恶梁。血流参数测量的发展经历从连续多普勒血流测量，到脉冲波多普勒血流测量，到测赛多普勒血流图的过程。多普勒超声诊断仪从最初的具有CFM功能，到同时显示B型图像和多普勒血流数据的双重超声扫描成像系统，发展到采用计算方式处理技术，能生物物理习题答案
二 食品的主要形态和物理性质
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食品有哪些功能和特性
(完整版)庞小峰生物物理考试题目及解答
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