真空中的物理学问题

真空中的物理学问题

在宇宙中,真空是一种非常特殊的状态,它是一种没有物质的空间环境。对于物理学家来说,真空是一种非常重要的研究对象,因为在真空中,很多物理现象会发生非常微妙的变化,这为我们研究宇宙、深入探索物质属性等方面提供了很多有价值的信息。本文将介绍一些真空中的物理学问题。

一、真空和虚粒子

在真空中,我们通常认为没有任何物质,然而,根据现代量子场论的理论,真空中其实是包含了虚粒子的,这些虚粒子并不真实存在于真空中,而是一种虚幻的粒子状态,只能通过特定的方法来感应。

虚粒子的产生,是由于量子效应的存在所导致的。在量子场论中,每一个量子场都有充分的自由度,因此也存在零点能的存在,这意味着在真空中的量子场中,即使不存在任何物质,也会产生一个极弱的电磁场,而这个弱电磁场便是因为虚粒子的存在而产生的。

这一现象对我们有什么意义呢?其实,虚粒子的存在可以帮助我们更好地解释一些物理现象。比如,真空的折射和反射现象,实际上都受到了虚粒子的影响。

二、真空中的强相互作用

真空中的强相互作用,也是一个非常有趣的物理学问题。在量子色动力学(QCD)中,介子和胶子是负责强相互作用的基本粒子,它们的行为方式和性质都非常复杂。

在真空中,我们可以看到一种名为“吸引”,也就是介子围绕在一起的现象。而当介子非常接近时,胶子的相互作用会变得非常强烈,这就会导致它们的能量变得非常高,进而形成一个非常密集的物质团。

这个过程,有一种非常特殊的形式,称为李-约穆尔极化。它是一种通过物质

和真空中互动产生的极化效应,其本质就是介子和胶子之间相互作用的结果。

三、真空的稳定性问题

真空的稳定性,也是一个非常重要的物理学问题。在经典牛顿力学中,我们认

为真空是不稳定的,因为一个不稳定的系统会很快崩溃并失去它的能量。

然而,当我们进入了量子力学领域后,我们发现真空是一种非常稳定的状态,

并且在真空中,所有量子场的能量都是非常低的。这一点,也可以通过观察虚粒子的行为来证明。

虽然真空是稳定的,但是在某些条件下,真空中的能量状态可能会产生微小的

变化。这就需要特定的实验和研究来探索,比如,量子涨落现象、量子反常效应等,都可以为我们提供一些有关真空能量状态的有价值信息。

以上,便是一些真空中的物理学问题,这些问题的研究和探索,可以帮助我们

更好地了解物质的性质、宇宙的起源以及人类所在的这个世界的本质。

基础物理学上册第四章习题解答和分析

习题四 4-1 观察者A 测得与他相对静止的Oxy 平面上一个圆的面积是12 cm 2 ,另一观察者B 相对于A 以 0.8 c (c 为真空中光速)平行于Oxy 平面作匀速直线运动,B 测得这一图形为一椭圆,其面积是多少? 分析:本题考察的是长度收缩效应。 解:由于B 相对于A 以0.8v c =匀速运动,因此B 观测此图形时与v 平行方向上的线度将收缩为b c R 2)/(122=-v ,即是椭圆的短轴. 而与v 垂直方向上的线度不变,仍为2 2 R a =,即是椭圆的长轴. 所以测得的面积为(椭圆形面积) R c R ab S ?-π=π=2)/(1v 22)/(1c R v -π==7.2cm 2 4-2 长度为1m 的米尺L 静止于'K 中,与x 轴的夹角'30,'K θ=?系相对K 系沿x 轴运动,在K 系中观察得到的米尺与x 轴的夹角为45θ=?,试求:(1)'K 系相对K 系的速度是多少?(2)K 系中测得的米尺的长度? 分析:本题考察的是长度收缩效应。根据两个参考系下米尺的不同长度再结合长度收缩效应我们可以很方便的得到两个参考系之间的相对速度 解:(1)米尺相对'S 系静止,它在''x y 和轴的投影分别为: 00'cos '0.866'sin '0.5x y L L m L L m θθ==== 米尺相对S 系沿x 方向运动,设运动速度为v ,为S 系中的观察者,米尺在x 方向将产生长度收缩,而y 方向的长度不变,即 x x L L ='y y L L = 故米尺与x 轴的夹角满足 'y x L L tg L θ= = 将θ与'x L 、'y L 的值代入可得: 0.816v c = (2)在S 系中测得米尺的长度为: 0.707()sin 45y L L m = =? 4-3 已知x 介子在其静止系中的半衰期为8 1.810s -?。今有一束π介子以0.8c υ=的速度 离开加速器,试问,从实验室参考系看来,当π介子衰变一半时飞越了多长的距离? 分析:本题考察的是时间膨胀效应。根据静止系中的半衰期加上时间膨胀效应我们可以求出在实验室参考系中的半衰期,然后根据该半衰期求出飞行距离。 解:在π介子的静止系中,半衰期8 0 1.810t s -?=?是本征时间。由时间膨胀效应,实验室

大学物理第9章 真空中电场解答

题9-12解图 第九章习题解答 9-4 直角三角形ABC 如题图9-4所示,AB 为斜边,A 点上有一点荷91 1.810C q -=?,B 点上有一点电荷9 2 4.810C q -=-?,已知BC =0.04m ,AC =0.03m ,求C 点电场强度E 的大 小和方向(cos37°≈0.8, sin37°≈0.6). (分析:运用点电荷场强公式及场强叠加原理求解。) 解:如图所示C 点的电场强度为12E E E =+ 9941122 0 1.810910 1.810(N/C)(0.03)4π()q E AC ε-???===? 994 2222 0 4.810910 2.710(N/C)(0.04)4π() q E BC ε-???===? 4 4 103.2410(N/C) E ===? 方向为:o 4 4217.3310 7.2108.1arctan E E arctan =??==α 即方向与BC 边成33.7°。 9-12 一细棒被弯成半径为R 的半圆形,其上部均匀分布有电荷+Q ,下部均匀分布电荷-Q .如题图9-12所示,求圆心O 点处的电场强度。 (分析:微分取电荷元,运用点电荷场强公式及场强叠加原理积分求解。将带电半圆环分割成无数个电荷元,运用点电荷场强公式表示电荷元场强。将电荷元电场进行矢量分解,再进行对称性分析,然后积分求解。) 解:把圆环分成无限多线元d l ,d l 所带电量为2d d πQ q l R =,产生的场强为d E 。 则d E 的大小为: 2322 00d d d 2π2πQ l Q E R R θ εε= = x y dE dE i dE j =+,且:d sin d x E E θ=, d c o s d y E E θ = 由于+Q 、-Q 带电量的对称性,x 轴上的分量相互抵消,则:0x E = 题图 9-12 C

大学物理第7章真空中的静电场答案解析

第七章 真空中的静电场 7-1 在边长为a 的正方形的四角,依次放置点电荷q,2q,-4q 和2q ,它的几何中心放置一个单位正电荷,求这个电荷受力的大小和方向。 解:如图可看出两2q 的电荷对单位正电荷的在作用力 将相互抵消,单位正电荷所受的力为 )41()2 2( 420+= a q F πε= ,252 0a q πε方向由q 指向-4q 。 7-2 如图,均匀带电细棒,长为L ,电荷线密度为λ。(1)求棒的延长线上任一点P 的场强;(2)求通过棒的端点与棒垂直上任一点Q 的场强。 解:(1)如图7-2 图a ,在细棒上任取电荷元dq ,建立如图坐标,dq =λd ξ,设棒的延长线上任一点P 与坐标原点0的距离为x ,则 2 02 0)(4)(4ξπεξ λξπεξ λ-= -= x d x d dE 则整根细棒在P 点产生的电场强度的大小为 )1 1(4)(400 20 x L x x d E L --=-= ? πελξξπελ = ) (40L x x L -πελ方向沿ξ轴正向。 (2)如图7-2 图b ,设通过棒的端点与棒垂直上任一点Q 与坐标原点0的距离为y 习题7-1图 0 dq ξ d ξ 习题7-2 图a

2 04r dx dE πελ= θπελcos 42 0r dx dE y = , θπελsin 42 0r dx dE x = 因θ θθθcos ,cos ,2y r d y dx ytg x = ==, 代入上式,则 )cos 1(400θπελ-- =y =)11 (42 2 0L y y +--πελ,方向沿x 轴负向。 θθπελ θd y dE E y y ??==0 00cos 4 00sin 4θπελy = =2204L y y L +πελ 7-3 一细棒弯成半径为R 的半圆形,均匀分布有电荷q ,求半圆中心O 处的场强。 解:如图,在半环上任取d l =Rd θ的线元,其上所带的电荷为dq=λRd θ。对称分析E y =0。 θπεθ λsin 42 0R Rd dE x = ??= =πθπελ 00sin 4R dE E x R 02πελ = θθπελθd y dE E x x ? ?-=-=0 sin 4 x dx 习题7-2 图b y x 习题7-3图

真空效应及其在生活中的应用

真空效应及其在生活中的应用 林海奇 (哈尔滨工业大学英才学院飞行器设计与工程) 摘要:真空即虚空,即一无所有的空间。工业和真空科学上的真空指的是,当容器中的压力低于大气压力时,把低于大气压力的部分叫做真空;另一种说法是,凡压力比大气压力低的容器里的空间都称做真空。工业真空有程度上的区别:当容器内没有压力即绝对压力等于零时,叫做完全真空;其余叫做不完全真空。按现代物理量子场论的观点,真空不空,其中包含着极为丰富的物理内容。在真空环境下,会产生许多特殊的效应。近年来,真空效应在国防、工业生产、日常生活中均有非常广泛的应用。 关键词:真空概念真空效应真空的应用 一:真空的概念 真空是一种不存在任何物质的空间状态,是一种物理现象。在“真空”中,声音因为没有介质而无法传递,但电磁波的传递却不受真空的影响。粗略地说,真空系指在一区域之内的气体压力远远小于大气压力。 [1]真空常用帕斯卡(Pascal)或托尔(Torr)做为压力的单位。目前在自然环境里,只有外太空堪称最接近真空的空间。 历史上有许多注明的关于真空的实验。比如1641年意大利数学家托里拆利做的“托里拆利实验”,完成实验的玻璃管为“托里拆利管”[2]。以及1654年马德堡市长奥托·冯·格里克做的“马德堡半球实验”。[3] 在真空技术中按照压力的高低我们可 以区分为:[4] 1.粗略真空(Rough Vacuum) 760 ~ 1 Torr 2.中度真空(Medium Vacuum) 1 ~ 10-3 Torr 3.高真空(High Vacuum) 10-3 ~ 10-7 Torr 4.超高真空(Ultra-High Vacuum)10-7 Torr以下 二:真空效应 1: 压力差效应 压力差效应在105Pa~102Pa的真空范围内发生。压力差效应会使密封舱变形或损坏,因此增大了贮罐中液体或气体的泄漏,缩短了使用时间。真空环境下的泄漏故障基本是有压力差效应造成的,约50%的重大故障与真空环境泄漏有关。例如1971年6月30日苏联“联盟”11号飞船的3名航天员返回地面时,因返回舱真空室漏气均窒息死亡。据统计,因真空环境下泄漏,全世界至少有20枚火箭发生爆炸。其中:有造成火箭发动机试验时提前关机或未能二次点火;有火箭升空后未达到预定推力,卫星偏离轨道不能入轨;有火箭升空后引起爆炸,星箭自毁等。 因而,有效防止和控制由真空压力差效应对于航空的危害,才能保障航天员的安全和减少财产损失。 2:真空放电效应 真空放电效应发生在103Pa~10-1Pa低真空范围。当电极之间发生自激放电时称为电击穿。对于航天器发射上升阶段必须工作或通电的电子仪器,应防止任何放电的可能。当真空度达到10-2Pa或更高时,在真空中分开一定距离的两块金属表面受到具有一定能量的电子碰撞时,会从金属表面激发出更多的次级电子,形成微放电。 金属由于发射次级电子而受到侵蚀,电子碰撞会引起温度升高,而使附近气体压力升高,甚至会造成严重的电晕放电。射频空腔波导管等装置有可能由于微放电而使其性能下降,甚至产生永久性失效。[5] 3:真空出气效应 当真空度高于10-2Pa时,气体会不断地从材料表面释放出来。这些气体的来源是: ①原先在材料表面吸附的气体,在真空

大学物理课后习题答案 真空中的静电场

第八章 真空中的静电场 1、[D] 2、[C] 要使p 点的电场强度为零,有两种可能:1、在p 点的右侧放正电荷;2、在p 点的左侧放负电荷。根据题意为负电荷,根据点电荷强度的公式:2 04r Q E πε= 。其中r=1,负 电荷产生的电场: 244212 02 1 0= ?= r r Q r Q πεπε,该点在原点的左边。 3、[D] 1、粒子作曲线运动的条件必须存在向心力。 2、粒子从A 点出发经C 点运动到B 点是速率递增,存在和运动方向一致的切向力。 3、依据粒子带正电荷,作出作用在质点上的静电力后,符合上诉1、2条件的是[D]。 4、[C] 5、[B] 6、[D] 1、点电荷的电场强度:r e r q E 2 04πε= ; 2、无限长均匀带电直导线:r r q e r q E r 2 0022πεπε= = ; 3、无限大均匀带电平面:r e E 2εσ= 4、半径为R 的均匀带电球面外的电场强度: r r R r R r e r q E r 3 02 2 302 0441 4εσσππεπε=?= = 7、[C] 对高斯定理的理解。E 是高斯面上各处的电场强度,它是由曲面内外所有静止点和 产生的。∑=0q 并不能说明E 有任何特定的性质。 8、[A] 应用高斯定理有:?=?s S d E 0 ,即: ????=?Φ +?= ?+ ?= ??s e s s s S d E S d E S d E S d E 0

??Φ -=?s e S d E 9、[B] 10、[C] 依据公式:R r r Q E ≥= ,42 0πε 已知:,4,22 σπR Q R r ==代入上式可得: 2 02 4444εσ πεσπ= =R R E 11、[D] 先构建成一个边长为a 的立方体,表面为高斯面,应用高斯定理,一个侧面的磁通量 为: 0 66 1εq S d E S d E s s =?= ?? ? 12、[D] 13、[D] 半径为R 的均匀带电球面:R r R Q U <= ,40πε R r r Q U >=,40πε 半径为R 的均匀带电球体: R r r Q U >=,40πε R r R Q r R R Q U <+ -=,4)(802 23 0πεπε 正点电荷: ,40r Q U πε= 负点电荷: ,40r Q U πε-=

真空技术在物理实验中的应用与注意事项

真空技术在物理实验中的应用与注意事项 在物理实验中,真空技术是不可或缺的一部分,它广泛应用于各个领域,包括 粒子物理、材料科学、电子工程等。本文将探讨真空技术在物理实验中的应用以及需要注意的事项。 一、真空技术在实验中的应用 1. 真空室 真空室是实验中最基本的组成部分之一。通过将实验环境置于真空室中,可以 排除气体分子的干扰,提供一个更加纯净的实验环境。真空室常用于电子器件的测试和研究中,例如半导体材料的研究、电子器件的退火处理等。 2. 真空泵 真空泵是实验中用来产生和维持真空环境的关键设备。常见的真空泵包括机械泵、扩散泵和离子泵等。机械泵通过机械运动将气体排出真空室,扩散泵通过碰撞分子的方式增大气体流量,而离子泵则通过电离气体分子并加速运动来达到抽气的目的。根据实验需要,可以选择不同类型的真空泵来满足要求。 3. 真空度测量与控制 在物理实验中,准确地测量和控制真空度是非常重要的。常用的真空度测量设 备包括热电偶、霍尔传感器和毛细管真空计等。通过这些设备,可以实时监测实验环境中的气体压强,确保真空度符合实验要求。此外,还需要采取相应的措施,如使用密封材料、使用真空阀门等,来维持稳定的真空环境。 4. 真空干燥与转移 在物理实验中,有时需要在真空条件下进行物质的干燥和转移。例如,对于一 些易于氧化或吸湿的材料,可以将其置于真空室中进行干燥,以提高实验的精确度。

此外,真空条件下的物质转移也常见,如通过真空系统将实验样品从一个实验室转移到另一个实验室。 二、真空技术应用中的注意事项 1. 安全性 在使用真空技术时,必须遵守相关安全操作规程,确保操作人员的安全。例如,应佩戴适当的防护眼镜和手套,操作真空泵时要注意防止泵油溅出造成的伤害。此外,对于高真空系统,要注意防止压力突然降低引起的爆炸危险。 2. 泄漏检测与处理 在真空系统中,泄漏是一个常见问题。泄漏会导致真空环境的失效,影响实验 的准确性。因此,检测和处理泄漏问题非常重要。常用的泄漏检测方法包括泄漏检漏仪和质谱仪等。一旦发现泄漏,应及时处理,如更换密封件或修复泄漏口。 3. 材料选择 在真空系统中,材料的选择至关重要。由于真空环境的特殊性,一些材料在高 真空下可能存在挥发物质释放、气体吸附等问题,从而影响实验的结果。因此,在选择实验装置和材料时,需要考虑材料的挥发性和吸附性,并选择适合高真空环境的材料,如不锈钢和铝合金等。 4. 真空技术的局限性 虽然真空技术在物理实验中具有广泛的应用,但也有一些局限性。例如,在超 高真空环境下,各种杂质和污染物的影响变得更加显著,可能需要采取特殊的处理方法。此外,真空系统也对温度和压力等因素敏感,需要进行相应的控制。 综上所述,真空技术在物理实验中起着重要的作用,广泛应用于各个领域。然而,在应用真空技术时需要注意安全性、泄漏问题、材料选择以及真空技术的局限性等方面。只有正确使用和处理真空技术,才能确保实验结果的准确性和可靠性。

物理化学问答题

物理化学问答题 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

1. 什么在真实气体的恒温PV-P曲线中当温度足够低时会出现PV值先随P的增加而降低,然后随P的增加而上升,即图中T1线,当温度足够高时,PV值总随P的增加而增加,即图中T2线? 答:理想气体分子本身无体积,分子间无作用力。恒温时pV=RT,所以pV-p线为一直线。真实气体由于分子有体积且分子间有相互作用力,此两因素在不同条件下的影响大小不同时,其pV-p曲线就会出现极小值。真实气体分子间存在的吸引力使分子更靠近,因此在一定压力下比理想气体的体积要小,使得pV<RT。另外随着压力的增加真实气体中分子体积所点气体总体积的比例越来越大,不可压缩性越来越显著,使气体的体积比理想气体的体积要大,结果pV>RT。 当温度足够低时,因同样压力下,气体体积较小,分子间距较近,分子间相互吸引力的影响较显著,而当压力较低时分子的不可压缩性起得作用较小。所以真实气体都会出现pV值先随p的增加而降低,当压力增至较高时,不可压缩性所起的作用显著增长,故pV 值随压力增高而增大,最终使pV>RT。如图中曲线T1所示。 当温度足够高时,由于分子动能增加,同样压力下体积较大,分子间距也较大,分子间的引力大大减弱。而不可压缩性相对说来起主要作用。所以pV值总是大于RT。如图中曲线T2所示。 2.为什么温度升高时气体的粘度升高而液体的粘度下降? 答:根据分子运动理论,气体的定向运动可以看成是一层层的,分子本身无规则的热运动,会使分子在两层之间相互碰撞交换能量。温度升高时,分子热运动加剧,碰撞更频繁,气体粘度也就增加。但温度升高时,液体的粘度迅速下降,这是由于液体产生粘度的原因和气体完全不同,液体粘度的产生是由于分子间的作用力。温度升高,分子间的作用力减速弱,所以粘度下降。 3.压力对气体的粘度有影响吗? 答:压力增大时,分子间距减小,单位体积中分子数增加,但分子的平均自由程减小,两者抵消,因此压力增高,粘度不变。 4.两瓶不同种类的气体,其分子平均平动能相同,但气体的密度不同。问它们的温度是否相同压力是否相同为什么 答:温度相同。因为气体的温度只取决于分子平移的动能,两种不同的气体若平移的动能相同则温度必然相同。但两种气体的压力是不同的,因为气体的压力与气体的密度是成正比的。两种气体的密度不同,当然它们的压力就不同。

电动力学复习题库02(修改)

三、简答题 1. 电磁场理论赖以建立的重要实验及其重要意义。 2. 静电场能量公式12e W dV ρ?= ?、静磁场能量公式1 2m W J AdV =??的适用条件。 3. 静电场能量可以表示为1 2 e W dV ρ?=?,在非恒定情况下,场的总能量也能这样完全通过电荷或电 流分布表示出来吗?为什么? 4. 写出真空中Maxewll 方程组的微分形式和积分形式,并简述各个式子的物理意义。 5. 写出线性均匀各向同性介质中麦克斯韦方程微分形式和积分形式,其简述其物理意义。 6. 电象法及其理论依据。 答:镜像法的理论基础(理论依据)是唯一性定理。其实质是在所研究的场域外的适当地方,用实际上不存在的“像电荷”代替真实的导体上的感应电荷或介质中的极化电荷对场点的作用。在代替的时候,必须保证原有的场方程、边界条件不变,而象电荷的大小以及所处的位置由Poisson 方程和边界条件决定。 7. 引入磁标势的条件和方法。 答:在某区域内能够引入磁标势的条件是该区域内的任何回路都不被电流所链环,就是说该区域是没有自由电流分布的单连通区域。若对于求解区域内的任何闭合回路,都有 则 引入φm , 8. 真空中电磁场的能量密度和动量密度,并简述它们在真空中平面电磁波情况下分别与能流密度及动量流密度间的关系。 9. 真空中和均匀良导体中定态电磁波的一般形式及其两者的差别。 10. 比较库仑规范与洛伦兹规范。 11. 分别写出在洛仑兹规范和库仑规范下电磁场标势矢势所满足的波动方程,试比较它们的特点。 12. 写出推迟势,并解释其物理意义。 答:推迟势的物理意义: 推迟势说明电荷产生的物理作用不能立刻传至场点, 而是在较晚的时刻才传到场点, 所推迟的时间r /c 正是电磁作用从源点x ’传至场点x 所需的时间, c 是电磁作用的传播速度。 13. 解释什么是电磁场的规范变换和规范不变性? 答:设ψ为任意时空函数,作变换ψ?+='→A A A ,t ??-='→ψ ??? 有B A A =??='??,E t A t A =??--?=?'?- '?-?? 即()?'',A 与()?,A 描述同一电磁场。上述变换式称为势的规范变换。当势作规范变换时,所有物理量和物理规律都应该保持不变,这种不变性称为规范不变性。 , 0d =??L l H 0 =??H m H ?-?=V r c r t t '-'= ?d ) /,(4),(0x J x Απμ

物理知识之真空

物理知识之真空 为了阐述真空技术中经常遇到的一些物理知识,特别是那些在真空行业中会经常遇到的一些基本物理定律和相关的理论问题,如理想气体定律、气体与蒸气的*质,气体内部各种动力过程的规律以及气体与固体间相互作用的规律等一系列问题,对真空物理中的一些问题进行一些介绍是十分必要的。 2.1理想气体定律及其状态方程 本节所介绍的定律及相关公式是针对平衡状态下,符合理想气体的有关假设条件的前提下而得出的。由于在真空技术中研究的气体大多数处于常温和低压状态下,因此在工程计算中应用这些定律基本上是符合实际的。现就有关问题分述如下: 2.1.1气体定律 气体的压力p(pa)、体积v(m3)、温度t(k)和质量m(kg)等状态参量间的关系,服从下述气体实验定律: 2.1.1.1波义耳—马略特定律: 一定质量的气体,当温度维持不变时,气体的压力和体积的乘积为常数。即:pv=常数2-1 2.1.1.2盖·吕萨克定律: 一定质量的气体,当压力维持不变时,气体的体积与其绝对温度成正比,即:v?常数t2-2 2.1.1.3查理定律: 一定质量的气体,当体积维持不变时,气体的压力与其绝对温度p?常数t2-3成正比,即: 上述三个公式习惯上称为气体三定律。具体应用方式常为针对由一个恒值过程连结的两个气体状态,已知3个参数而求第4个参数。例如:初始压力和体积为p1、v1的气体,经等温膨胀后体积变为v2,则由波义耳—马略特定律,即可求出膨胀后的气体压力为p2=p1v1/v2。这正是各种容积式真空泵最基本的抽气原理。 2.1.1.4道尔顿定律:

相互不起化学作用的混合气体的总压力等于各种气体分压力之和,即:p=p1+p2+……pn2-4这里所说的混合气体中某一组分气体的分压力,是指这种气体单独存在时所能产生的压力。道尔顿定律表明了各组分气体压力的相互*和可线*叠加的*质。 2.1.1.5阿佛加德罗定律: 等体积的任何种类气体,在同温度同压力下均有相同的分子数,或者说,在同温度同压力下,相同分子数目的不同种类气体占据相同的体积,人们把1mol任何气体的分子数目na叫做阿佛加德罗数,na=6.022×1023mol-1。在标准状态下(p0=1.01325×105pa,t0=0℃),1mol任何气体的体积v0称为摩尔体积。 v0=2.24×10-2m3/mol。 根据上述气体定律,可得到反映四个气体状态参量p、v、t、m之间定量关系的理想气体状态方程: pv?mrtm2-5式中的m为气体的摩尔质量(kg/mol),r为普适气体常数,r=8.31j/(mol.k)。在已知p、v、t、m四参量中的任意三个量时,可由此式求出另外一个量的值。

探究物理学中的波动性问题

探究物理学中的波动性问题 作为一门自然科学,物理学深入研究了世界的基本原理和规律,而波动性是物 理学中一个非常重要的问题。波动性是指某些物质或能量在传播时,表现出波动的性质,像光、声音、电磁波等都表现出波动性。探究物理学中的波动性问题,可以帮助我们更好地理解世界,也有助于在科技领域中实现更多创新和进步。 一、波动性是什么? 波动性是物理学中一个非常重要的问题,它指的是某些物质或能量在传播时, 表现出波动的性质。不同的物质或能量在传播时表现出不同的波动性。例如,光和电磁波都是电磁波动,它们可以在真空中传播,而声音则需要物质质点作为媒介传播。 二、波的特性 波的传播包括波长、频率、振幅、波速等特性。波长指的是波的一个完整周期 所占据的距离,以λ表示。频率是波的周期数在单位时间内的数量,通常以f表示,单位为赫兹(Hz)。振幅表示波的最大偏移量,它是一个正数,通常用A来表示。 波速指的是波的传播速度,以v表示。 三、波动方程 波动方程是描述波的传播过程的数学表达式。通常,对于一维波动,波动方程 可以写成y(x,t) = Asin(kx - ωt + φ),其中y表示波的振幅,t是时间变量,x表示 空间变量,k和ω是波数和角频率,φ是初相位。波动方程可以用来计算声波、电 磁波等各种波的传播特性。 四、干涉与衍射 波的传播过程中会产生干涉和衍射现象。干涉是指两个或多个波相遇并相互影 响的现象。当波峰与波峰、波谷与波谷相遇时,两个波叠加,形成更大的波;而当

波峰与波谷相遇时,两个波相消,形成更小的波。衍射是指波通过障碍物之后,从障碍物的边缘弯曲或弯曲,产生反射现象。波的干涉和衍射现象是物理学中重要的现象,广泛应用于光学、声学等领域。 五、波粒二象性 在物理学的早期,人们认为光是一种波动现象,但后来通过实验发现了光的粒 子性现象,这就是著名的波粒二象性。波粒二象性指的是物质在某些情况下能够表现出粒子性,而在其他情况下则表现出波动性。例如,电子在经过一个狭缝时,会显示出干涉和衍射现象,这表明电子有波动性。但是,当电子和其他物质相互作用时,表现出的是粒子性,这可以用来解释化学反应、电子显微镜等实验现象。 六、结语 探究物理学中的波动性问题,可以帮助我们更好地理解世界,也有助于在科技 领域中实现更多创新和进步。波动性是物理学中一个非常重要的问题,它涉及到光、声音、电磁波等各种波的传播特性,对人类文明进步做出了重要贡献。通过学习波动性问题,我们可以更加深入地了解科学研究的精神和方法。

诺贝尔奖得主发现物理新规律:真空并不空,存在一种神奇的排斥力

诺贝尔奖得主发现物理新规律:真空并不空,存在一种神奇的 排斥力 展开全文 真空,如果从气压角度来说,是指某一空间内低于一个大气压力的气体状态,如果从更广义层面上来理解真空,是指某一空间内空无一物,不存在任何物质和能量,下面我们来想象一这样一个小实验:我们将一对金属板平行、近距离的放置在真空中,这两块金属板会发生什么现象?

根据电磁学的常识,如果这两块金属是带电的,那么两块金属板之间会产生电磁力,如果两金属板带有同种电性,那么两块金属板之间会产生排斥力,如果带有不同电性,那么会产生吸引力,那么如果这两块金属板是不带电,可能大多数的读者会认为两块金属板不存在任何力,也是真空。 卡西米尔效应 是的,如果根据经典物理学来预测这个小实验,那么这两块金属板之间的确什么也没有,但是由于两块金属板之间的距离很近,在如此小的范围内,可能某些物理学的规律就不适用了, 就像物体在高速运动时,被奉为真理的牛顿经典力学同样不适用是一个道理,在如此小的范围内,我们就要应用到量子力学的知识,量子理论认为:不存在绝对的真空,看似平静的真空都充斥着激烈的量子涨落(真空涨落),真负虚粒子会不断的产生、湮灭,所以在微观量子领域,真空中是充满能量的,当两块金属板靠近时,两块金属板之间的能量会被挤出去,金属板之间的空间会与周围空间形成一个

能量差,这个能量差会使两块金属板不断靠近。 从宏观角度看,这种能量差导致两块金属板相互靠近,所表现出的现象就是两块金属板之间产生了一种吸引力,我们将这种现象称为卡西米尔效应。 卡西米尔效应的重要意义 后来物理学家对于卡西米尔效应进行了具体测量,虽然卡西米尔效应在宏观角度来说微乎其微,但卡西米尔效应却对于物理学,尤其是对于宏观物理学与微观量子力学的统一具有重要意义,因为卡西米尔效应真实的将微观量子效应体现在了宏观物体上。 不过,近期诺贝尔物理学奖得主维尔切克与斯德哥尔摩大学的蒋庆东的一项新发现似乎要刷新我们对于卡西米尔效应的认知,因为维尔切克与蒋庆东发现:在相同的实验中,如果改变了实验材料,两块金属板之间的吸引力会消失,甚至会产生一种与其完全相反的排斥力,这又是怎么回事呢?

真空中的物理定律

真空中的物理定律 真空是指没有任何物质存在的空间。在真空中,没有空气、水、 固体等物质,因此物质之间的相互作用非常微弱。然而,尽管真空中 没有物质,但物理定律仍然适用于这个特殊的环境。本文将介绍一些 在真空中适用的物理定律。 一、牛顿第一定律:惯性定律 牛顿第一定律也被称为惯性定律,它表明一个物体如果没有外力作用,将保持静止或匀速直线运动的状态。在真空中,没有空气阻力或其他 外力的干扰,物体将保持其原有的运动状态。这意味着如果一个物体 在真空中静止,它将保持静止;如果一个物体在真空中匀速直线运动,它将保持匀速直线运动。 二、牛顿第二定律:力的作用定律 牛顿第二定律描述了力与物体运动之间的关系。它表明物体的加速度 与作用在物体上的力成正比,与物体的质量成反比。在真空中,物体 受到的力将直接影响其加速度。例如,如果一个物体在真空中受到一 个恒定的力,它将以恒定的加速度运动。 三、牛顿第三定律:作用与反作用定律 牛顿第三定律表明,任何两个物体之间的相互作用力大小相等、方向 相反。在真空中,这个定律同样适用。例如,当一个物体对另一个物 体施加一个力时,另一个物体将对第一个物体施加一个大小相等、方 向相反的力。

四、万有引力定律 万有引力定律是描述物体之间引力相互作用的定律。根据这个定律, 两个物体之间的引力与它们的质量成正比,与它们之间的距离的平方 成反比。在真空中,没有其他力的干扰,物体之间的引力将遵循万有 引力定律。 五、电磁力定律 电磁力是描述带电粒子之间相互作用的力。根据库仑定律,两个带电 粒子之间的电磁力与它们的电荷量成正比,与它们之间的距离的平方 成反比。在真空中,没有其他电荷的干扰,带电粒子之间的电磁力将 遵循库仑定律。 六、热力学定律 热力学定律描述了热量传递和能量转化的规律。在真空中,热量传递 将通过辐射的方式进行,因为没有空气或其他物质来传导热量。根据 斯特藩-玻尔兹曼定律,辐射热量与物体的温度的四次方成正比。 总结: 尽管真空中没有物质存在,但物理定律仍然适用于这个特殊的环境。 牛顿的三大定律、万有引力定律、电磁力定律和热力学定律在真空中 同样适用。这些定律揭示了物体之间的相互作用规律,为我们理解和 研究真空中的物理现象提供了基础。通过深入研究真空中的物理定律,我们可以更好地理解宇宙中的各种现象和过程。

科学常识种种10-2:真空中的能量

科学常识种种10-2:真空中的能量 科学常识种种10-2:真空中的能量 真空能量(Vacuum energy)是一种存在于空间中的背景能量,即使在没有物质的空间(称为自由空间(free space))亦然存在。真空能量导致了多数基本力1[1]的存在。它的效应可以在各式各样的实验中观测到,例如光的自发放射(spontaneous emission)、伽马辐射、卡西米尔效应、范德瓦耳斯尔力、兰姆位移等等。另外它也被认为与物理宇宙学中的宇宙常数项有关。 真空能量。量子物理告诉我们,真空中充满亚原子粒子2[2],这些粒子经常被生成然后又泯灭掉。根据相对论,转瞬即逝粒子在每立方厘米的空间中都贡献着特定的能量,产生反引力把空间推开。在宇宙平衡期,物质密度产生的引力与真空能量产生的反引力互相平衡。现在,宇宙膨胀正在加速,这很可能是真空能量引起的。 卡西米尔效应(Casimir effect)就是在真空中两片平行的平坦金属板之间的吸引压力。这种压力是由平板之间空间中的虚粒子(virtual particle)的数目比正常数目减小造成的。这一理论的特别之处是,“卡西米尔力”通常情况下只会导致物体间的“相互吸引”,而并非“相互排斥”。 量子理论预示,真空中蕴藏着巨大的本底能量,它在绝对零度条件下仍然存在,称为真空零点能。对卡西米尔(Casimir)力(一种由于真空零点电磁涨落产生的作用力)的精确测量,证实了这一物理现象。 1[1]万有引力,弱力,电磁力,强力。 2[2] 亚原子粒子又称次原子粒子,指结构比原子更小的子。其中包括原子的组成部分如电子、质子和中子(质子和中子本身又是由夸克所组成的粒子)和放射和散射所造成的粒子如光子、中微子和渺子,以及许多其它奇特的粒子。总地来说,次原子粒子可能是电子、中子、质子、介子、夸克、胶子、光子等等。

物理的经典的25个问题

物理的经典的25个问题 物理的经典的25个问题 1. 宇宙起源:宇宙学观测表明宇宙是膨胀着的。通过对微波背景辐射和宇宙大尺度结构等的观测,宇宙的历史可以追溯到极早期发生的大爆炸。我们所知的基本物理,比如广义相对论和粒子物理标准模型,在那里都不适用。为理解宇宙起源,需要了解大爆炸时期的基本物理。 2. 暗物质的本质:现代宇宙学观测表明宇宙中存在暗物质和暗能量。但是它们的起源仍然是个谜。 3. 暗能量的本质。 4. 恒星、行星的形成:天体的形成是天体物理学中的重要问题。适合生物存在的行星,在银河系中出现的几率到底是多少? 5. 广义相对论:广义相对论在所有尺度上都是正确的吗? 6. 量子力学:量子力学取得了巨大成功,但它描述的是自然的最终理论吗?也许它会在很小的距离上和非常复杂的系统中失效,是否可用来描绘整个宇宙也还值得探讨。 7. 标准模型:粒子物理标准模型无疑极为成功,但人们并没有理解夸克和轻子的质量混合的物理起源和中微子的质量等。 8. 超对称:存在低能超对称吗?超对称伴子的质量谱是? 9. 量子色动力学(QCD):量子色动力学可以完全求解吗? 10. 弦论:超弦理论是一个有望成功地统一自然相互作用的理论,但它到底是什么? 11. 时空的观念:时空是什么?超弦理论最终可能会放弃时间和空间这两个概念。 12. 物理理论是否与环境相关:物理的基本参数和规律都可以计算,还是仅由历史的或量子的偶然性决定,或者是由人择原理来确定?景观的图像是对的吗? 13. 新物态:存在常规实验可探查的一般非费米流体行为吗? 14. 复杂性:对一般的复杂大系统而言,其内在的混沌特性决定了

系统的不可预测性。如何运用计算手段来分析这类系统、鉴别哪些特征? 15. 量子计算机:如何防止量子计算中的“退相干”?如何实际制造量子计算机? 16. 物理学的应用:如何得到室温甚至室温以上的超导材料?如何用电子材料(如半导体)制造室温铁磁体? 17. 理论生物学:生物学的`理论是什么?理论物理学有助于生物学研究吗?需要新的数学吗?如何描述生物体这样呈现出多时间尺度动力学的体系? 18. 基因组学:物理学家如何参与基因组的“解密”?可能拥有一个定量的、可预测的进化理论吗?甚至能否直接从基因组出发“计算”有机体的形状? 19. 意识的研究:记忆和意识后面的自组织原则是什么?有可能在幼儿期测量到意识的发生吗?什么时候?如何发生?如何测量?能否制造一个具有“自由意志”的机器? 20. 计算物理学:计算机能代替解析计算吗?如果是,那么将来物理学家所受的训练该如何相应改变? 21. 物理学的分化:物理学自身发展日益分化,如何面对这种状况? 22. 还原论:是否应该怀疑这个物理学的根本逻辑?是否保持一个开放的态度? 23. “理论”应该扮演何种角色:“理论”是否应仅仅*实验来判断正误,或者应该是由基本物理原理发展出来的对自然“更高”层次的理解,而可以不顾及是否能在实际中实现?在对复杂系统的细节描述中,如何估价物理学家一贯坚持的“简洁性”和数学“优美性”等原则? 24. 物理学未来发展中潜在的危险:如何面对越来越大、越来越难以实现的物理学实验计划?在这种形式下,新的研究途径该是的?理论在探索自然方面应该起什么作用? 25. 物理学是否仍将是最重要的科学? 【物理的经典的25个问题】

真空状态下的物体行为

真空状态下的物体行为 随着科技的不断进步,人们对真空状态下的物体行为的研究也 越来越深入。真空状态下的物体行为表现出来的一些奇妙现象不 仅深刻地影响了物理学的发展,还有助于人们更好地理解宇宙与 人类之间的关系。本文将从三个方面探讨真空状态下的物体行为。 一、真空状态下的物质的热力学性质 在经典热力学中,空气被认为是一种气体,其原因在于我们生 活中经常呼吸到的空气内含有大量的气体分子。然而在真空状态下,空气的分子数量会大大降低,因此空气在这种状态下不再是 一种气体。在绝对真空时,物体的热力学性质将发生巨大变化。 首先,真空状态下的物体不再能通过对流散发热量,而只能通过 辐射散发能量。而由于几乎所有物体都能辐射出电磁波,因此这 也造成了真空状态下物体的辐射压力会成为一款很重要的因素。 这就是为什么人们在探索航天技术时对真空状态下辐射产生的影 响会格外关注的原因。 二、真空状态下的物体的电学性质

真空状态下的物体的电学性质影响了现代电子设备的设计和性能。在真空状态下,物体的电荷会受到电子自由漂移的影响,从 而导致设备中电子固有的表面电荷密度会发生很大变化。另外, 物体表面的闪烁或荧光效应也可能会发生变化。这对于开发高技 术成像、荧光标记和其他类似应用都很有用处,尤其是在微观尺 度下进行探测时。 三、真空状态下的物体的声学性质 我们在日常生活中对声音的感知来自于声波的传播,而这种传 播是需要物体承载的。当物体处于真空状态时,声波就无法传播,这也意味着在真空中,两个物体之间是无法通过声音信号相互传 递信息的。不过,即便物体在真空状态下也会产生机械振动,而 这种振动仍然会引起一些与固体振动有关的效应。在控制精密仪 器等应用中,这种振动效应必须被考虑。 结论 与其他物理现象相比,真空状态下的物体行为的研究可能看起 来要相对简单,而且对于我们日常生活中并没有太多直接的影响。然而,随着科技的发展,真空状态下物体的行为已成为许多高科

中小学物理常见问题解答

中小学物理常见问题解答 物理是自然科学中的一门重要学科,也是中小学教育中不可或缺的一部分。在学习物理的过程中,学生常常会遇到各种各样的问题。下面就是一些中小学物理常见问题的解答,希望能帮助学生们更好地掌握物理知识。 一、什么是物理? 物理是自然科学中的一门研究自然界物质和能量及其相互关系的学科。它主要研究各种现象和规律,涉及的范围极其广泛,从微观的原子和分子层面到宏观的太阳系和宇宙都有涉及。 二、物理中常用的单位有哪些? 在物理中,常用的单位有国际单位制(SI)和CGS单位制。其中SI单位制包括米、千克、秒、安培、瓦特、焦耳等,CGS单位制则包括厘米、克、秒、爱因斯坦、达因、厘压等。 三、加速度和速度有什么区别?

加速度和速度都是描述物体运动状态的概念,但它们的含义和 计算方法存在很大的区别。速度指的是物体在某一时刻沿某一方 向运动的快慢程度,通常用公式v = s/t表示,其中s表示位移,t 表示时间。而加速度则指物体在单位时间内速度变化的快慢程度,通常用公式a = (v2 - v1)/t表示,其中v2为物体的最终速度,v1为物体的初始速度,t为时间。 四、如何判断一个物体是否处于静止状态? 一个物体是否处于静止状态,取决于它是否在某一位置上保持 不动。当物体不发生任何运动,也不受到任何外力时,我们就可 以认为该物体处于静止状态。 五、电流和电压有什么区别? 电流和电压是电学中两个基本的物理量,它们的含义和计算方 法有所不同。电流指的是单位时间内通过导体横截面的电荷量, 通常用I表示,单位是安培(A)。而电压则指的是单位电荷在电 场中受到的力,通常用U表示,单位是伏特(V)。

未解决的物理学问题

纯理论方面的问题 这里列出的基础理论问题或理论构想缺乏实验证明。在这些问题之间,可能有强烈的相互关联。例如,额外维度或超对称可能有办法解释级列问题(hierarchy problem)。物理学者认为,完整无瑕的量子引力理论应该能够解释大多数列出的问题(除了稳定岛问题以外)。 量子引力、物理宇宙学、广义相对论 真空剧变(vacuum catastrophe) 从航海家探测卫星测量到的数据所推断出的真空能量密度上限为1014 GeV/m3,而从量子场论计算出的零点能密度却为10121 GeV/m3,两个数值竟然相差了107个数量级。这差异被惊叹为“物理史上最差劲的理论预测”,并且很多物理学者认为这显示出当今物理理论的重大瑕疵。 量子引力 如何整合量子力学和广义相对论成为完整一致的理论(即量子场论)?最基础而言,时空是否是连续的,还是离散的?这完整一致的理论是否涉及由一种假定的引力子所传递的作用力,还是从时空离散结构衍生的产物(圈量子引力论的理论)?在超小尺度、超大尺度或其它极端案例,广义相对论的预测与量子引力理论有什么差异? 黑洞、黑洞资讯、黑洞辐射 理论预期的黑洞热辐射现象是否属实?此种辐射是否带有关于黑洞内部结构的资讯,如同规范-引力二元性(gauge-gravity duality)所建议,还是不然,如同史蒂芬·霍金的原本计算?若为不然,则黑洞能够蒸发干净,注意到量子力学并没有给出摧毁资讯的机制,那么,储存于黑洞的资讯又会怎么样?是否黑洞蒸发到某一程度就会自动停止,只剩下残余黑洞?根据无毛定理,黑洞只有三种属性:质量、电荷量、角动量;除此以外,没有任何内部结构。这定理是否正确?为何尚未找出探勘黑洞内部的方法? 额外维度 大自然是否拥有多于四个时空维度。假若答案为“是”,则到底有多少时空维度?维度是不是宇宙的基本属性,还是其它物理定律的合理结果?物理实验能否观测到更高维度的证据?宇宙暴胀(cosmic inflation) 宇宙暴胀理论是否正确?若为正确,这段时期所发生事件的细节为何?这造成暴胀的假定暴胀场(inflation field)到底为何?假若暴胀在过去某一时间曾经发生,有否有可能借着量子力学涨落的暴胀机制,继续自我维持暴胀,因此在宇宙某超远处,这暴胀仍旧正在进行中?

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