物理学与新技术
物理学是一门基础学科，是自然科学的重要组成部分，为工业生产和许多技术的进步、开发和应用提供了重要的理论依据。因而，物理学的发展和巨大成就对人类活动的许多领域产生了重大而深远的影响。可以毫不夸张地说，物理学为所有领域提供了可用的理论、实验手段和研究方法。诸如光源的更新换代、新能源的开发利用、超导的研究、宇宙奥秘的探索、航天技术的发展等等。下面简要说明物理学在以下几个技术领域中的应用。
一、传感器技术
在科学技术和工程上所要测量的参数大多都是非电量，如机械量(尺寸、位移、力、振动等)、热功量(温度、压力、流量、物位等)和化学量
等等，往往难以直接测量，从而促使人们研究用电测的方法来测量非电量，从而形成一门新的技术学科——非电量的电测技术，传感器就是这一技术中非常关键的器件。传感器由两个环节组成：(1)敏感元件。许多非电量
不能直接转换为电量，敏感元件的作用是对它们预变换，把被测非电量变换为易于转换成电学量的一种非电量。(2)转换元件，又称为变换器。它
的作用是将非电量转换为电学量。传感器又分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、光纤传感器、频率式传感器、光电传感器等。绝大多数传感器都是依据各种物理原理或物理效应设计制成的。
二、激光技术
激光具有其他光源无法比拟的优越性。第一，它的能量在空间高度集中，由于谐振腔对光束方向的选择作用，使激光器输出的光束发散角很小，即激光的方向性很强。激光的这一特性又带来了两个后果，一是光源表面的亮度很高，二是被照射的地方光的照度很大。以H e—N e激光器为例，
它以10m W的功率，能产生比太阳大几千倍的亮度。第二，时间相干性高，即它的谱线宽度很窄，只在10-8?左右。第三，光束的空间相干性好，从激光器端面输出的光束是相干光束，在其传播的波场空间中，波前上的一点是相干的。由于有这3个方面的特征，所以它在应用方面有很大的潜力。例如在激光通讯、激光测距、激光定向、激光准直、激光雷达、激光武器、激光切削、激光手术、激光显微光谱分析、激光受控热核反应等方面有很广泛的应用。
三、红外成像技术
理论和实践证明，凡是温度高于绝对零度的物体都有红外辐射。红外辐射的普遍性是红外技术有着广泛应用的根本原因。热像仪是红外成像技术的结晶，是一种被动的红外成像装置。它是利用目标各部分之间或与环境之间的辐射差异，将红外辐射能量密度分布图示出来，成为热像。由于人的视觉对红外光不敏感，所以热像仪必须具有把红外光变成可见光的功能，从而将红外图像转化为可见光图像。红外成像具有被动工作、抗干扰性好、目标识别强、全天候工作等特点。因此，红外成像技术在军事上有着广泛的应用，例如，陆军主要用于夜间监视、瞄准、侦察、制导和防空等；海军主要用于监视、巡逻、观察和导弹跟踪等；空军主要用于轰炸机、
侦察机、攻击机等的导航、着陆、空中摄影和射击投弹等。
四、超导电技术
一些物质在一定温度下，出现电阻完全消失的现象称为超导现象，这
类物体称为超导体。超导体具有两个特征：(1)零电阻率。(2)迈斯纳效应。即在临界温度下，物体的电阻为零，如果把它置于磁场中时，具有绝对抗磁性(磁悬浮)。利用这些特点，可以用于超导量子干涉器、超导计算机、超导发电机、低能耗电能传输、磁悬浮列车等。这些应用有些正在实验阶段，有些已步人实用阶段。关键问题是选择合适材料以提高临界温度。
五、液晶显示技术
液晶可分为热致性液晶和溶致性液晶，显示器件中应用的都是热致性
液晶，即加热液晶物质时形成的液晶。由于液晶具有特殊的分子排列结构，其在平行于分子长轴方向上和垂直于分子长轴方向上的物理常数(如折射率、电容率、磁化率、电导率等)各不相同，因此液晶是各向异性的材料，这对液晶的光学性质有重要的影响。液晶除了具有双折射、旋光性等光学特性外，还有电光效应和磁光效应，其中电光效应是致使液晶作为显示器件应用的重要原因。自从1968年第一台液晶显示器问世以来，计算器、
手表中的液晶显示是液晶显示器的第一代应用，液晶在电子翻译机、游戏机、液晶电视中的应用则属于第二代应用。而目前已进入第三代发展阶段，用于笔记本电脑、便携式彩电、高分辨率大屏幕显示、高速快门等高科技领域。
六、纳米材料与纳米技术
纳米材料是指几何尺寸为纳米量级的微粒或由纳米大小的微粒在一定条件下加压成形得到的固体材料。纳米材料包含纳米金属和金属化合物、纳米陶瓷、纳米非晶态材料等。纳米技术是指制备纳米材料所使用的技术。纳米微粒由于其尺度很小，微粒内包含的原子数仅为102-104个，其中有50％左右为界面原子。纳米微粒的微小尺寸和高比例的表面原子数导致了它的量子尺寸效应和其他一些特殊的物理性质。纳米材料具有很多潜在的应用价值，也是目前的研究热点。(1)在微电子器件方面的应用，现在已
有人尝试用纳米硅材料制作单电子隧穿二极管，也有人尝试制作纳米硅基超晶格。另外，纳米磁性材料的发展也十分迅速，纳米尺寸的多层膜除了可在微电子器件方面应用外，还在磁光存贮、磁记录等方面具有优越的性能。(2)在磁记录方面的应用，磁性纳米微粒由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很高，用它制成磁记录材料可提高信噪比，改善图像质量。目前，日本松下公司已制成纳米级微粉录像带。(3)在传感器上的应用，由
于纳米微粒材料具有巨大的表面和界面，对外界环境如温度、光湿度等十分敏感，外界环境的改变会迅速引起表面或界面离子价态和电子输运的变化，而且响应速度快，灵敏度高。所以用于传感器也具有巨大的潜力。
物理学的发展而导致的新技术还表现在很多方面，例如空间技术、核
技术、新一代扫描显微镜、等离子体等等，不再一一赘述。总之，物理学的迅速发展，进一步为人类提供了新型材料、新型能源、新的通讯和控制手段。使生产过程由机械化、电气化向机电一体化方向发展。物理学在科学技术是第一生产力的今天更显示了其强大的生命力。
物理科学与技术学院物理学基地班专业 （中法理学、工学本硕连读试验班）本科人才培养方案 一、专业代码、专业名称 专业代码：070201 专业名称：物理学 Physics（中法理学、工学本硕连读试验班） 二、专业培养目标 该班旨在培养法语水平高，适应全球（特别是欧洲）科技发展需要的高级理学、工学的复合型人才。除系统地掌握物理学、电子或材料科学的基础知识和较强的实验技能外，还需要精通法语、懂英语，特别要求了解国际相关学科的发展动向，具有良好的科学素养，具有创新精神，适应高新技术发展的需要，具有较强的知识更新能力和较广的科学适应能力，能在所学专业及相关科学技术领域中从事科研、教学、技术开发和相关的管理工作的高级人才。 三、专业特色和培养要求 本专业的特色即中法联合培养，让学生博采中法教育的精华，使学生具有扎实、宽厚的数理基础，较强的实验技能，并对所学专业及交叉学科和新技术的发展有所了解。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： (1)较系统地掌握物理、数学、电子、计算机的基本理论、基本知识、基本实验方法和 技能，具有基础扎实、适应性强的特点和自学新知识、新技术的能力。 (2)较熟练地掌握二门外国语（法、英），能够阅读专业的外文书刊、资料。 (3)了解相近专业以及应用领域的一般原理和知识。 (4)了解所学专业的理论前沿、应用前景和最新发展动态以及相关高新技术的发展状况。 (5)掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获得最新参考文献的基本方法；具有 一定的实验设计、归纳、整理分析实验结果、撰写论文、参与学术交流的能力。 (6)了解我国科学技术、知识产权等方面的方针、政策和法规。 四、学制和学分要求 学制：本科四年（武大二年、法国二年），硕士二年（法国）。 学分：100（武大）+ X（法国） + Y（硕士） 五、学位授予：
第十八章量子力学简介 1905年，爱因斯坦提出光量子假说，提出光具有波粒二象性。应用光量子与物质相互作用时遵守能量守恒原理，得到光电效应方程，完满解释了光电效应。1913年，玻尔在角动量量子化假设，定态假设和跃迁假设基础上建立了氢原子理论，完满解释了氢原子光谱规律。从1900年普朗克提出量子假说，到玻尔理论以及后来对它的修正，一般认为是旧量子论。旧量子论理论结构上的特点是量子化条件加经典理论，其理论结构本身的不协调使它具有各种缺陷。也正因为如此，旧量子论能解决的问题很有限，当时已发现的很多问题不能给出满意的解释。 1924年法国科学家德布罗意在著名论文《量子理论的研究》中提出物质波假设，把爱因斯坦提出的光的波粒二象性观念扩展到运动粒子，提出实物粒子具有波粒二象性，为量子力学的建立奠定了基础。1924年，海森伯创立了矩阵力学；1926年薛定谔创立了波动力学，薛定谔证明了矩阵力学和波动力学两种量子理论是等价的。1933年，狄拉克提出了量子力学的第三种表达方式：“路径积分量子化形式”。 §18-1德布罗意假设不确定关系 一、德布罗意假设 根据所学过的内容，我们可以说，光的干涉和衍射等现象为光的波动性提出了有力的证据，而新的实验事实——黑体辐射、光电效应和康普顿效应则为光的粒子性（即量子性）提供了有力的论据。在1923年到1924年，光的波粒二象性作为一个普遍的概念，已为人们所理解和接受。法国物理学家路易·德布罗意认为，如同过去对光的认识比较片面一样，对实物粒子的认识或许也是片面的，二象性并不只是光才具有的，实物粒子也具有二象性。德布罗意说道：“整个世纪以来，在光学上，比起波动的研究方面来，是过于忽视了粒子的研究方面；在物质粒子理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把关于粒子的图象想的太多，而过分地忽视了波的图象？”德布罗意把光中对波和粒子的描述，应用到实物粒子上，作了如下假设： 每一运动着的事物粒子都有一波与之相联系，粒子的动量与此波波长关系如同光子 情况一样，即 h p λ =（18-1） h h p mv λ==（18-2）
题目：浅谈物理学与科学技术的关系姓名：李焘 专业：物理学类 学号：20112200207
浅谈物理学与现代科学技术的关系 摘要：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…… 关键词：物理学科学技术关系 一、物理学在现代科学技术发展中的作用与地位 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。 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。 19世纪中期开始，电力在生产技术 中日益发展起来了，这是与物理中 电磁学理论建立与应用分不开的。 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中的得到了广泛的应用。 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。 …… 物理学本身就是以实验为基础的科学，物理学实验既为物理学发展创造了条件，同时也为了现代工农业生产技术的研究打下了物质基础。
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
大学物理 量子物理基础知识点 1.黑体辐射 （1）黑体：在任何温度下都能把照射在其上所有频率的辐射全部吸收的物体。 （2）斯特藩—玻尔兹曼定律：4 o M T T σ（）= （3）维恩位移定律：m T b λ= 2.普朗克能量量子化假设 （1）普朗克能量子假设：电磁辐射的能量是由一份一份组成的，每一份的能量是：h εν= 其中h 为普朗克常数，其值为346.6310h J s -=?? （2）普朗克黑体辐射公式：2 5 21M T ( )1 hc kt hc e λπλλ =-（,） 3.光电效应和光的波粒二象性 （1）遏止电压a U 和光电子最大初动能的关系为：21 2 a mu eU = （2）光电效应方程： 21 2 h mu A ν= + （3）红限频率：恰能产生光电效应的入射光频率： 00V A K h ν= = （4）光的波粒二象性（爱因斯坦光子理论）：2mc h εν==；h p mc λ ==；00m = 其中0m 为光子的静止质量，m 为光子的动质量。 4.康普顿效应： 00(1cos )h m c λλλθ?=-= - 其中θ为散射角，0m 为光子的静止质量，1200 2.42610h m m c λ-= =?，0λ为康普顿波长。 5.氢原子光谱和玻尔的量子论： （1）里德伯公式: ()221 11 T T H R m n n m m n ν λ ==-=->（）()(), % （2）频率条件: k n kn E E h ν-= (3) 角动量量子化条件：, 1,2,3...e L m vr n n ===
其中 2h π = ，称为约化普朗克常量，n 为主量子数。 （4）氢原子能量量子化公式： 122 13.6n E eV E n n =-=- 6.实物粒子的波粒二象性和不确定关系 （1）德布罗意关系式： h h p u λμ= = （2）不确定关系: 2 x p ??≥ ； 2 E t ??≥ 7.波函数和薛定谔方程 （1）波函数ψ应满足的标准化条件：单值、有限、连续。 （2）波函数的归一化条件: (,)(,)1V r t r t d ψψτ* =? （3）波函数的态叠加原理: 1122(,)(,)(,)...(,)i i i r t c r t c r t c r t ψψψψ=++= ∑ （4）薛定谔方程: 22(,)()(,)2i r t U r r t t ψψμ??? =-?+????? 8.电子自旋和原子的壳层结构 （1）电子自旋： 1,2 S s = = ；1, 2 z s s S m m ==± 注：自旋是一切微观粒子的基本属性. （2）原子中电子的壳层结构 ①原子核外电子可用四个量子数(,,,l s n l m m )描述： 主量子数：0,1,2,3,...n = 它主要决定原子中电子的能量。 角量子数：0,1,2,...1l n =- 它决定电子轨道角动量。 磁量子数：0,1,2,...l m l =±±± 它决定轨道角能量在外磁场方向上的分量。 自旋磁量子数：1 2 s m =± 它决定电子自旋角动量在外磁场方向上的分量。
现代物理学在航天技术中的应用 我国航天技术持续的不断发展，为我国空间科学的发展以及空间探测奠定坚实的基础。空间的物理学研究将不仅带动我国基础科学研究，而且将引领我国航天技术水平的进一步提高，有效促进空间科学与航天科技水平的协调发展。自上世纪90年代开始，我国利用“神舟”号飞船和返回式卫星，在空间材料和流体物理以及空间技术研究等领域开展了大量实验研究，取得一批重要成果。根据我国空间科学中长期发展规划，将利用返回式卫是进行微重力科学实验，同时探讨进行引力理论验证的专星方案。空间的物理学研究涉及空间基础物理、微重力流体物体、微重力燃烧、空间材料科学和空间生物技术等学科领域。空间基础物理涉及当今物理学的许多前沿的重大基础问题，在科学上极为重要，在我国还是薄弱领域。随着我国经济实力的增长，应该适时地安排引力理论家验证的专星研究。一、空间引力实验与引力波探测基础物理实验研究检验现有引力理论的假设和预言、寻找新的相互作用和引力波探测将为认识引力规律和四种相互作用的统一理论提供实验依据。加强空间引力实验和空间天文观测对于我国在空间基础科学领域参与国际竞争和发展高新空间技术具有重要牵引意义。与会专家认为应开展如下研究工作: 1、空间等效原理实验检验(TEPO); 2、空间微米作用程下非牛顿引力实验检验(TISS); 3、激光天文动力学空间计划(ASTROD); 4、空间引力波探测。 二、空间的冷原子物理和原子钟研究 冷原子和玻色爱因斯坦凝聚是当代物理学中最活跃的领域之一，它为探索宏观尺度上物质的量子性质提供了独一无二的介质。该领域的研究可以加深人们对基本物理规律的理解，同时具有重要的应用前景。此外，高准确度的时间频率标准是精密测量和探索研究基本物理问题的关键和基础，在应用技术上均占有是十分重要的地位。微波原子钟与光钟在空间物理有着广泛的应用前景，它不仅可以改进卫星定位导航系统，而且在深空跟踪和星座定位等深空科学上有着不可替代的作用。为了突破地面实验的温度极限和空间尺度，增加测量时间，以便进行更高精度的测量和探索新的物理现象，在微重力环境下进行冷原子物理实验是非常必要的。专家建议开展如下研究工作: 1、空间实验室中的物质波及其相干性研究; 2、微重力条件下用冷原子和玻色爱因斯坦凝聚探索物理极限; 3、空间超高精度微波原子钟; 4、空间高精度光钟。 三、微重力流体物理 微重力流体物理是微重力科学的重要领域，它是微重力应用和工程的基础，人类空间探索过程中的许多难题的解决需要借助于流体物理的研究。在基础研究方面，微重力环境为研究新力学体系内的运动规律提供了极好的条件，诸如非浮力的自然对流，多尺
浅谈物理学与科学技术的关系 -----高一（13）班李倩 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。 ……
第十八章 量子物理基础 18—1 用波长为1800?的紫外光照射红限波长为2730?的钨，那么从钨表面逸出的电子的最大初动能为多大?初速度是多大(1eV=J 106.119?×)? [解] 由Einstien 光电效应方程 ()??? ??????=?=002 1121λλυυhc h mv max 1083410 12730118001 103106266??×???????××××=. eV .J .3521076319=×=? 已知kg m 311011.9?×=，因此s m 101.95max ×=v 18—2 当波长为3000?的光照射在某金属表面时，光电子的能量范围从0到J .191004?×。在做上述光电效应实验时遏止电压是多大?此金属的红限频率是多大? [解] ()022 1υυ?=h mv max 2 202 121max max mv hc mv h h ?=?=λυυ 1919191062621004106266???×=×?×=... 红限频率Hz 1097.3140×=υ 遏止电压a U 满足 J mv eU a 192 max 100.42 1?×== ∴V 5.2106.1100.41919 =××== ??e eU U a a 18—3 已知铯的逸出功为1.9eV ，如果用波长为3.5710?×m 的光照射在铯上，问光电效应的遏止电压a U 是多大?从铯表面逸出的电子的最大速度是多大? [解] A hc mv max ?=λ 2 21 J 1919191064.21004.31068.5???×=×?×=
V e mv U a 65.1106.11064.22119192max =××==?? s m 1062.725max max ×= me E v 18—4 图中所示为一次光电效应实验中得出的遏止电压随入射光频率变化的实验曲线。 (1)求证对不同的金属材料，AB 线的斜率相同； (2)由图上数据求出普朗克常量h 的值。 [解] (1) 由Einstien 光电效应方程得 A h U e a ?=υ 即 e A e h U a ?=υ 仅A 与金属材料有关，故斜率e h 与材料无关。 (2) ()s V 100.410 0.50.100.21514?×=×?=?e h 所以s J 104.6106.1100.4341915?×=×××=???h 18—5 有一单色光照射在钠表面上，测得光电子的最大动能是1.2eV ，而钠的红限是5400?，试求入射光的频率。 [解] 022 1υυh h mv max ?= 0 221λυc h mv max += Hz 1410 8 34191046.810 540010310626.6106.12.1×=××+×××=??? 18—6 在康普顿散射中，入射光子的波长为0.03?，反冲电子的速度为光速的60％。求散射光子的波长和散射角。 [解] (1) 电子能量的增加υυΔh h E ?=0
考点一、科学和技术的概念 一、科学的基本概念 1、科学是一种特殊形式的社会活动，即知识生产活动，是一种创造性智力活动； 2、其次，科学是一种知识体系。科学是关于自然界、社会和思维的知识体系"。 3、第三，科学是社会发展的实践力。科学不仅是知识生产活动和知识体系，而且是社会发展的实践力量。科学作为实践力量，通过被人们掌握、利用而发展着，起到改造客观世界的作用。 二、技术的基本概念 1、狭义的理解，只把技术限制在工程学的范围内，如机械技术、电子技术、化工技术、建筑技术等； 2、广义的理解，则把技术概念扩展到社会、生活、思维的领域。人类在为自身生存和社会发展所进行的实践活动中，为了达到预期目的而根据客观规律对自然、社会进行调节、控制、改造的知识、技能、手段、规则方法的集合。"三、科学与技术的关系 科学与技术既有内在的联系也有重要的区别，从本质上看，科学是反映客观事物属性及运动规律的知识体系，回答"为什么"的问题。技术是利用客观规律，创造人工事物的过程、方法和手段，回答"怎么做"的问题。二者既有原则性的区别，又有着相互依存、相互转化的密切关系。 1、科学与技术的内在联系 现代科学与技术是一个辩证统一的整体。科学离不开技术，技术也离不开科学，它们互为前提、互为基础。科学中有技术，技术中有科学。 现代科学技术的关系表现在： A、现代科学是高技术之母，是技术的先导和发源地，科学为技术研究提供了理论基础，开辟了新的技术研究领域，为技术创新作好了各种知识准备。 B、技术的发展为科学研究提供了物质基础和新的探索手段，科学研究成果通过技术应用物化为直接的生产力。 2、科学与技术的区别 A、科学与技术的构成要素不同
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。 ……
第18章原子结构知识点总结-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
选修3-5知识点 第十八章原子结构 电子的发现 一、阴极射线 1876 年，德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到的阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种未知射线称之为阴极射线。 二、电子的发现 1、汤姆逊发现电子，认为阴极射线的粒子是 电子且带负电，电子是原子的做成部分，是比原子更基本的物质单元。 2、密立根“油滴实验”测出电子电荷量： 3、密立根“油滴实验”发现是电荷是量子化的，即任何带电体倍。 4、电子的质量为: 5、质子质量与电子质量的比值为: 原子的核式结构模型 1、汤姆孙的西瓜模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。 一、卢瑟福的α粒子散射实验——利用碰撞中动量守恒原理
1、α粒子是从放射性物质(如铀和镭)中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质 量的4倍.电子质量的7300倍。 2、核式结构模型 ①在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核。 ②原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里。 ③带负电的电子在核外空间绕着核旋转。 二、原子核的电荷与尺度 1、原子核的电荷等于核外电子数 2、原子核的半径10-15m，原子的半径10-10m，原子内十分空旷。 氢原子光谱 一、光谱 1、光谱是用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得波长（频率）和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。 2、有些光谱是一条条的亮线，我们把它们叫做谱线。 3、光谱可分为两类：线状谱和连续谱。 ①线状谱：由一条条分立的谱线（亮线）组成。 ②连续谱：由谱线（亮线）粘在一起的光带。
——教学资料参考参考范本——高中物理第十八章原子结构18 ______年______月______日 ____________________部门
新提升·课时作业 基础达标 1．(多选)下列对玻尔理论的评价不正确的是( ) A．玻尔原子理论解释了氢原子光谱规律，为量子力学的建立奠定了基础 B．玻尔原子理论的成功之处是引入量子概念 C．玻尔原子理论的成功之处是它保留了经典理论中的一些观点 D．玻尔原子理论与原子的核式结构是完全对立的 【解析】玻尔理论成功解释氢原子光谱，但对复杂的原子光谱不能解释，选项C、D错误． 【答案】CD 2．(多选)光子的发射和吸收过程是( ) A．原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差 B．原子不能从低能级向高能级跃迁 C．原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级 D．原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差值 【解析】原子从基态跃迁到高能级激发态要吸收能量，从高能级激发态跃迁到低能级激发态要放出能量，故选C、D 【答案】CD 3．氢原子的基态能量为E1，如图所示，四个能级图能正确代表氢原子能级的是( )
【解析】根据氢原子能级图特点：上密下疏，根据题意联系各激发态与基态能量关系En＝E1，故C正确． 【答案】C 4．根据玻尔的原子结构模型，原子中电子绕核运转的轨道半径( ) A．可以取任意值 B．可以在某一范围内取任意值 C．可以取不连续的任意值 D．是一些不连续的特定值 【解析】按玻尔的原子理论：原子的能量状态对应着电子不同的运动轨道，由于原子的能量状态是不连续的，则其核外电子的可能轨道是分立的，且是特定的，故上述选项只有D正确． 【答案】D 5．根据玻尔的氢原子理论，电子在各条可能轨道上运动的能量是指( ) A．电子的动能 B．电子的电势能 C．电子的电势能与动能之和
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
1 物理选修3---5第十八章：原子结构知识点汇总 （训练版） 知识点一、电子的发现和汤姆生的原子模型： 1、电子的发现： 1897年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进行了一系列的研究，从而发现了电子。电子的发现表明：原子存在精细结构，从而打破了原子不可再分的观念。 2、汤姆生的原子模型： 1903年汤姆生设想原子是一个带电小球，它的正电荷均匀分布在整个球体内，而带负电的电子镶嵌在正电荷中。这就是汤姆生的枣糕式原子模型。 知识点二、α粒子散射实验和原子核结构模型 1、α粒子散射实验：1909年，卢瑟福及助手盖革手吗斯顿完成 ①实验装置的组成：放射源、金箔、荧光屏 ②实验现象： a. 绝 大多数α 粒子穿过 金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。
b. 有少数α粒子发生较大角度的偏转 c. 有极少数α粒子的偏转角超过了90度，有的几乎达到180度，即被反向弹回。 2、原子的核式结构模型： 由于α粒子的质量是电子质量的七千多倍，所以电子不会使α粒子运动方向发生明显 的改变，只有原子中的正电荷才有可能对α粒子的运动产生明显的影响。如果正电荷在原子中的分布，像汤姆生模型那模均匀分布，穿过金箔的α粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡，α粒了运动将不发生明显改变。散射实验现象证明，原子中正电荷不是均匀分布在原子中的。 1911年，卢瑟福通过对α粒子散射实验的分析计算提出原子核式结构模型：在原子中心存在一个很小的核，称为原子核，原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质 量，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。原子核半径小于1014-m,原子轨道半径约1010-m。 3、卢瑟福对实验结果的解释 电子对α粒子的作用忽略不计。 因为原子核很小，大部分α粒子穿过原子时离原子核很远，受到较小的库仑斥力，运动几乎不改变方向。 极少数α粒子穿过原子时离原子核很近，因此受到很强的库仑斥力，发生大角度散射。 4、核式结构的不足 认为原子寿命的极短；认为原子发射的光谱应该是连续的。 知识点三、氢原子光谱
第 42 次课 日期 周次 星期 学时：2 内容提要： 第十一章量子物理基础 §11.1 实物粒子的波粒二象性 一．德布罗意假设 二．德布罗意假设的实验验证 三．德布罗意假设的意义 四．电子显微镜 目的与要求： 1.理解德布罗意的物质波假设及其正确性的实验证实。理解实物粒子波粒二象性。 2.理解物质波动性的物理量(波长、频率)和粒子性的物理量(动量、能量)间的关系。 重点与难点: 德布罗意假设; 物质波动性的物理量(波长、频率)和粒子性的物理量(动量、能量)间的关系。 教学思路及实施方案： 本次课应强调： 类比法是科学研究中的一种重要方法。科学理论的发展总是在前人已有的理论基础上发展和创新的，学生既要善于继承前人已有的知识，又要有所创新。电子通过不均匀电场和磁场时要发生偏转是电子显微镜成像原理的主要部分。 教学内容： §11.1 实物粒子的波粒二象性 一．德布罗意假设 1．德布罗意假设 1924年德布罗意大胆地提出假设：实物粒子也具有波动性。他并且把光子的能量一频率和动量—波长的关系式借来，认为一个实物粒子的能量E 和动量P 跟和它相联系的波的频率ν和波长λ的定量关系与光子一样，为 υh mc E ==2 λh mv p = = 这些公式称为德布 罗意公式或德布罗意假设。和实物粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波。 德布罗意波长 k k E E E hc c v v m h mv h p h 0222021+=-=== λ 其中2 02c m mc E k -=是粒子的相对论动能。 如果c v <<，因而粒子的动能k E 也就远小于粒子的静能0E 。在这种情况下，可用非相对论公式计算德布罗意波长 k E m h v m h 002=≈ λ 以电子为例，电子经电场加速后(设加速电势差为U)电子的速度在c v <<的情况下，将由下式决定 eU v m E k == 2021 ο A U U em h 2 .121 20= ? =?λ 应强调指出的是： 1.实物粒子的德布罗意波长一般是很短的，在通常实验条件下显露不出来。
厦门大学物理科学与技术学院本科生 奖学金和荣誉称号评定实施细则 第一章总则 第一条为进一步加强我院学风建设，积极引导我院学生刻苦学习、奋发向上，促进学生德、智、体等全面发展，规范学院学生的评奖评优工作标准，保证测评工作的公正性、透明度和可操作性，现根据学校的有关文件精神，并结合我院具体情况，制定《厦门大学物理科学与技术学院本科生奖学金和荣誉称号评定实施细则（试行）》。 第二条本办法适用于物理科学与技术学院正式注册的全日制在校本科生。 第三条本办法是我院学生申报校级和院级各类奖学金；以及校级和院级“优秀三好学生”、“三好学生”、“优秀学生干部”、“优秀毕业生”等荣誉称号的主要依据。 第二章评定细则 第四条凡参评的本科生必须具备以下基本条件： （一）热爱祖国，热爱社会主义，拥护中国共产党的领导； （二）遵守国家法律法规，遵守校规校纪，品行端正，无违法违纪为； （三）诚实守信，道德品质优良，模范履行公民义务； （四）学习态度端正，勤奋刻苦，上一学年所有修读课程（包括往年应当重修的课程）全部合格，全校性选修课不计入在内。 （五）积极参加社会实践、志愿服务和公益活动，具有较强的社会责任感；（六）关心集体，积极参加各项集体活动，自觉维护集体荣誉； 第五条为对学生在校期间的表现进行全面评价，从学业成绩和综合表现两部分对学生进行综合测评，按百分制计分。 （一）综测总分=学业成绩分（70%）+综合表现分（30%） （二）综合表现分主要从德育素质、科研创新和文体活动这三方面进行考核。（三）综测总分每学期计算一次，一般在开学的第一周至第二周。学年综测总排名根据每位同学两个学期的综测总分取平均分后进行排名。 第六条学业成绩（总70分） 学业成绩计算方法：学业成绩=上学期绩点成绩/4 ×70 注：绩点成绩由教务系统生成，不包含全校性选修课。（其中，小学期成绩计入第
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
第十七章 量子物理基础 17–1 用辐射高温计测得炉壁小孔的辐射出射度为22.8W/cm 2，则炉内的温度为 。 解：将炉壁小孔看成黑体，由斯特藩—玻耳兹曼定律()4T T M B σ=得炉内的温度为 34 8 44 10416.11067.5108.22) (?=??==-σ T M T B K 17–2 人体的温度以36.5?C 计算，如把人体看作黑体，人体辐射峰值所对应的波长为 。 解：由维恩位移定律b T =m λ得人体辐射峰值所对应的波长为 33m 10363.95.30910898.2?=?== -T b λnm 17–3 已知某金属的逸出功为A ，用频率为1ν的光照射该金属刚能产生光电效应，则该金属的红限频率0ν= ，遏止电势差U c = 。 解：由爱因斯坦光电效应方程W m h += 2 m 2 1v ν，A W =，当频率为1ν刚能产生光电效应，则02 12 m =v m 。故红限频率 h A /0=ν 遏止电势差为 ()01011ννννν-=-=-= e h e h e h e W e h U c 17–4 氢原子由定态l 跃迁到定态k 可发射一个光子，已知定态l 的电离能为0.85eV ，又已知从基态使氢原子激发到定态k 所需能量为10.2eV ，则在上述跃迁中氢原子所发射的光子的能量为 eV 。 解：氢原子的基态能量为6.130-=E eV ，而从基态使氢原子激发到定态k 所需能量为 E ?=10.2eV ，故定态k 的能量为 eV 4.32.106.130-=+-=?+=E E E k 又已知eV 85.0-=l E ，所以从定态l 跃迁到定态k 所发射的光子的能量为 eV 55.2=-=k l E E E 17–5 一个黑体在温度为T 1时辐射出射度为10mW/cm 2，同一黑体，当它的温度变为2T1时，其辐射出射度为[ ]。 A ．10mW/cm 2 B ．20mW/cm 2 C ．40mW/cm 2 D ．80mW/cm 2 E ．160mW/cm 2 解：由斯特藩—玻耳兹曼定律，黑体的总辐射能力和它的绝对温度的四次方成正比，即 ()4T T M B σ= 故应选（E ）。
现代科学技术革命的诞生、特征和影响 一、现代科学技术革命的诞生 （一）20世纪的科学革命 1.现代科学革命产生的背景：到19世纪，机械决定论和还原论仍然影响着物理学、化学、生物学、医学、心理学。它已经根深蒂固地渗透到自然科学的各个研究领域，甚至人类的文化方面。人们在研究复杂事物的过程中，主要采取从实体上进行还原的方法，“试图在所有复杂的现象中找到共同具有的物质实体（如原子），将其作为差异性的共同基础。”爱因斯但指出：“从希腊哲学到现代物理的整个科学史中，不断有人力图把表面上极为复杂的自然现象归结为几个简单的基本观念和关系。”近代科学在诸如力的分解、元素的离解，生物的解剖等方面取得的成功，使人们坚信“机械分割”的思想是无往不胜的，并试图把这种方法推广到对生命现象和社会现象的研究上。机械还原论者坚信，任何复杂的运动形式，都可以最终分解为机械的或力学的运动形式。尽管19世纪的自然科学取得的某些成就已经部分地揭露了机械决定论和机械还原论的局限性，但是要动摇和突破这种规范是不容易的，因为它们是构成近代科学赖以产生和发展的基础。恩格斯说：“把自然界分解成各个部分，把自然界的各种过程和事物分成一定的门类，对有机体的内部按其多种多样性的解剖形态进行研究，这是最近400年来在认识自然界方面获得巨大进展的基本条件。” 19世纪末，许多科学家都认为，以力学为基础的经典物理学大厦已经峻工，人们在对这幢雄伟大厦表示赞叹之余，又多少流露出满足和无所作为的情绪。著名的德国科学家基尔霍夫（G.R.Kirchhoff）表示：“物理学将无所作为了，至多只能在已知规律的公式的小数点后加上几个数字罢了”。英国大物理学家W.汤姆逊在刚跨入20世纪的第一天的《元旦献辞》中也说：“在已经建成的科学大厦中，后辈物理学家只能做一些零碎的修补工作。” W?汤姆逊在对科学大厦赞叹的同时，又不得不承认在物理学晴朗的天空还有两朵小小的令人不安的乌云。这两朵乌云是什么？为什么它们会引起这位著名物理学家深深的忧虑呢？物理学进入19世纪80年代以来，人们在实验中发现了一系列令人困惑的现象，经典理论对此显得无能为力。其中现象之一，就是迈克尔逊——莫雷实验。 1880年，美国物理学家迈克尔逊和化学家莫雷利用光学干涉仪进行了一项搜索“以太风”的著名实验来测量所谓的“以太漂移”。“以太”是根据牛顿经典力学观点所设想的用来传播光的介质，经典力学认为以太充满整个宇宙空间，而且是静止不动的。在牛顿力学中，任何机械运动都是相对于一个参考系进行的。地球相对太阳运动，必然能测得所谓的“以太飘移速度”（即地球和以太之间的相对运动速度）。迈克尔逊和莫雷经过不懈努力，昼夜不停地观察了五天，试验的精密度达到四十亿分之一，也没有找到“以太风”或地球相对于“以太”漂移的运动迹象，于1887年12月宣布实验测得以太“漂移速度”为零的结果。这一否定性的实验结果说明地球和以太之间不存在相对运动。这就是物理学史上有名的“零结果”，人们曾试图从各个角度对此作出说明，但都难以自圆其说。看来，人们原先对光传播所构想的物理图象是不正确的，使许多持有光是以太波动观点的物理学家大失所望。这一现象被称之为19世纪末20世纪初飘浮在物理学上空的一朵乌云。另一朵乌云与绝对黑体辐射的实验有关。热辐射是普遍的自然现象，物体在任何温度下都会以电磁波的形式向外辐射能量，其量值可以通过实验测定出来。由于绝对黑体在受光照达到热平衡时将会把能量全部以热辐射的形式发送出去，黑体的热辐射要比相同温度下其他任何物体的热辐射强，所以黑体是研究热辐射的理想模型。通过研究黑体辐射来揭示热辐射现象的本质和规律，是19世纪末物理学的一个重要课题。德国物理学家维恩（w?wien）发现随着辐射体温度的升高，辐射的峰值会向短波方向移动，即所谓的“位移定律”。1896年，他依据热力学，用半经验半理论的方法找到了“维恩公式”，用以说明黑体辐射谱。发现这个公式在短波段（高频辐射部分）同实验吻合，但在长波段（低频辐射部分）却系统地低于实验值。以后，英国物理学家瑞利（Lord Rayleign）根据经典统计物理学推出另一公式，它在长波段（低频辐射部分）与实验相符合，但在短波段（高频辐射部分——紫外光区）完全不能适用。按公式计算的预测值，在紫外一端辐射应趋向无穷大，而实验数据的结果却趋于零。这显然是荒谬的。经典物理学的理论在这里陷入困境和危机。这就是有名的“紫外灾难”。“紫外实验”成为飘浮在物理学上空的又一朵乌云。英国著名物理学家凯尔芬勋爵在1900年的讲演中把这两大疑难称之为经典物理学天空中的两朵乌云。他说：“动力学理论断言“热”和“光”都是运动的方式，现在这一理论的优美性和明晰性被两朵乌云遮蔽的黯然失色了。实际上，当时物理学天空并非只有两朵乌云，例如被称之为19 世纪末物理学的三大发现，即1895年德国物理学家“伦琴”发现X射线，1896年波兰物理学家居里对放射性元素的发现,以及1897年英国物理学家汤姆逊对电子的发现，都是对经典物理学理论的极大冲击：X射线可以穿透物体，说明“不可入性”不是物质的固有属性，而传统观念认为物质是不可入的；放射性辐射表明化学元素会蜕变为其他元素；发现比原子更小的电子，说明原子并非是不可再分的最小实体。原子不可再分的观念由此而发生了根本动摇，面对一系列无法纳入旧理论框架的新事实，一些物理学家感到惊恐万分，他们惊呼：“物理学的危机来临了”“科学破产了”。他们在牛顿力学体系与一些实验发生明显矛盾时，依然坚持牛顿力学必定正确的观点，从而在物理学界造成更大的思想混乱。然而在当时著名的科学家中，也不乏有远见卓识者，如法国科学家彭加勒（H.poincare），他认为，物理学理论与试验事实出现矛盾是好事而不是坏事，它预示着一种行将到来的变革，是物理学进入新阶段的前兆，他指出：要摆脱危机，就要在新实验事实基础上重新改造物理学。可惜的是，他没有跳出旧理论的框架，尽管他的电子动力学在数学形式和实验预言与以后爱因斯但的狭义相对论等价，但在物理解释上却大相径庭，他那富丽堂皇的理论，不过是经典物理学最后的宏伟建筑物而已。19世纪末的三大发现，使人类的认识第一次深入到了原子内部，彻底打破了原子不可分、元素不可变的传统物理学观念。以太漂移实验的零结果和黑体辐射研究中的“紫外灾难”，使经典物理学陷入不可克服的矛盾，成为推动这一时期科学发展的重要机制。 2.世纪之交物理学革命的产生 物理学危机是物理学革命的前夜，经典物理学天空上的乌云倾刻化为狂风暴雨，冲击和洗刷着经典物理学的基础。世纪之交，1900年量子理论的提出和1905年狭义相对论的建立，是现代物理学革命的重要标志。量子论的提出者是德国物理学家普朗克。1894年，他从研究黑体辐射问题开始，从维恩推出的有关黑体辐射能量密度的半经验公式得到启示，把电磁学方法和热力学中熵的概念结合起来，得到电磁熵的定义式。1900年10月，他经过不懈努力，应用娴熟的数学技巧，借助内插法，得到了一个与黑体辐射实验无论在短波段或长波段都吻合得非常好的新的辐射公式。在导出这个公式时，他大胆地提出了一个和“经典物理学关于能量过程必定是连续的”结论截然相反的假说，即能量的交换是不连续的，是一份一份进行的，能量的交换只能是hv的整倍数。h是普朗克常数，V是组成黑体的带电谐振子的频率，hv为能量交换的最小单位。称为“能量子”。1900年12月14比普朗克在德国物理学会年会上公布了他的这一工作。从能量子假说出发,普朗克成功地解释了他自己提出的辐射公式，解决了“紫外灾难”的问题。量子论的诞生，是对经典物理学理论的重大突破，它把经典物理学中一切因果关系都是在连续的基础上所建立的物理思想方法彻底地变革了。尽管在当时的物理学界对这一假说的反应冷淡，但在爱因斯坦、玻尔等科学家的推动下，量子理论获得了飞速发展，成为举世公认的科学理论。到20世纪30年代，经过德布罗意、薛定愕、海森伯、玻恩、狄拉克以及泡利等青年物理学家的努力，形成了量子力学的完整体系。量子力学的建立，是继相对论之后对古典物理学的又一次严重冲击。它使人们从根本上改变了只承认连续性和机械力学决定论的经典观念，揭示了连续与间断统一的自然观，揭示了自然规律的客观统一性，为各门科学的量子化奠定了理论基础。在普朗克提出能量子假说的第五年，即1905年的夏天，德国物理学家爱因斯坦完成了一篇名为《论运动物体的电动力学》的论文，这篇论文奠定了狭义相对论的基础。爱因斯坦在这篇论文中，针对经典物理学同新的实验事实之间的矛盾，批判了牛顿力学的超距作用观点，坚持电动力学中电磁场的近距作用观点