物理讲座11核物理学
物理学中的核物理学
物理学中的核物理学核物理学是物理学中的一个重要分支，研究原子核的组成、性质和相互作用。
它对理解宇宙的起源、洞察物质的本质以及推动核能技术的发展具有重要意义。
本文将介绍核物理学的基本概念、研究方法和应用领域。
一、核物理学的基本概念核物理学研究原子核的结构和性质，涉及到质子、中子等粒子的相互作用。
在核物理学中，质子与中子的结合形成了原子核，同时也形成了核力场。
核力是一种极强的相互作用力，使质子和中子紧密结合在一起，保持了原子核的稳定。
另外，核物理学还涉及到原子核的衰变和核反应等过程。
二、核物理学的研究方法核物理学采用了多种研究方法，其中实验方法是最主要的手段之一。
科学家利用加速器将粒子加速到高能量，用来研究粒子的碰撞和反应。
通过观察和测量产生的粒子、辐射等，科学家可以获得有关核结构和相互作用的重要信息。
另外，理论计算在核物理学中也起着重要作用。
科学家使用数学模型和计算机模拟，模拟和预测原子核的行为和性质，从而增进对核力的理解。
理论计算为实验结果的解释和验证提供了重要的支持。
三、核物理学的应用领域核物理学的研究成果在许多领域具有广泛的应用价值。
其中最为人熟知的就是核能技术。
核能技术利用核反应释放的能量，用于发电、航天和医疗等领域。
例如核电站利用核裂变反应产生的热能转化为电能，为人们的生活提供可靠的电力供应。
另外，核物理学的研究对于医学诊断和治疗也起到了重要的推动作用。
例如，正电子发射断层扫描（PET）技术通过核反应产生的正电子与电子相遇并发生湮灭，通过探测器记录下产生的γ射线，从而提供了人体内器官的精确三维图像。
核物理学还在放射治疗中发挥重要作用，例如利用放射性同位素对癌细胞进行杀灭。
此外，核物理学还涉及到宇宙学的研究。
通过研究宇宙中的星体、宇宙射线等现象，科学家获得了关于宇宙起源和演化的重要信息。
总结：核物理学作为物理学中的一个重要分支，研究原子核的组成、性质和相互作用，在理解宇宙起源、推动核能技术发展等方面发挥着重要作用。
核物理学基础知识
核物理学基础知识核物理学是研究原子核的结构、性质和相互作用的一门学科。
它是现代物理学的重要组成部分，对于人类的科学和技术发展起着重要的推动作用。
本文将介绍核物理学的基础知识，包括原子核的构成、放射性衰变、核反应以及核能的应用等。
一、原子核的构成原子核由质子和中子组成。
质子带正电，中子不带电。
它们都凝聚在原子核的中心，构成了原子核的主要部分。
质子和中子的质量几乎相等，都比电子要重得多。
二、放射性衰变放射性衰变是指某些不稳定核在放出粒子或电磁辐射的过程中逐渐转变成稳定核的过程。
放射性衰变有几种常见的类型，包括α衰变、β衰变和γ衰变。
α衰变是指放射性核放出一个α粒子，其实质是两个质子和两个中子的组合。
通过α衰变，原子核的质量数减少4，原子序数减少2。
这种衰变常见于重元素的放射性同位素。
β衰变分为β-衰变和β+衰变。
β-衰变是指过量中子转变成质子和电子，并放出一种称为β-粒子的高速电子。
β+衰变则是过量质子转变成中子和正电子，并放出一种称为β+粒子的高速正电子。
γ衰变是指核在电子能级跃迁中释放出γ射线。
γ射线是一种高能量的电磁辐射，它不带电，可以穿透物质。
三、核反应核反应是指两个或多个核粒子发生相互作用，产生新的核粒子的过程。
核反应可以是自发的也可以是人为引发的。
核反应的两个重要特点是核能量变化和质量守恒。
核能量变化是指核反应中，核粒子之间发生相互作用，能量可以转化为其他形式。
核能的变化常常伴随着放出或吸收高能粒子或电磁辐射。
质量守恒是指核反应中，参与反应的核粒子的质量总和在反应前后保持不变。
质量守恒的实质是通过质能关系，将能量转化为质量或质量转化为能量。
四、核能的应用核能的应用广泛存在于生活中。
核能可以用于发电、医学诊断和治疗、食品辐照等领域。
核能发电是目前最为常见的核能应用。
通过核裂变或核聚变反应，将核能转化为热能，再通过蒸汽转动涡轮发电机，产生电能。
核医学利用放射性同位素来进行诊断和治疗。
例如，放射性同位素碘-131常用于甲状腺癌的治疗，放射性同位素技术可以精确地定位肿瘤细胞并进行切除。
第11讲 功和功率-2023年中考物理重点核心知识点专题讲练(全国通用)(原卷版)
第11讲功和功率及其计算类型一：功及其计算1.做功的两个必要的因素：一个是力作用在物体上，二是在力的作用方向上通过了一定的距离。
2.其中不做功的三种情况，有力无距离（物体虽然受力，但是物体没有在力的方向上通过距离），有距离无力（物体移动了一段距离，但在此运动方向上没有受到力的作用）和距离垂直及物体受力没有移动，是物体沿力方向通过的距离，物体凭惯性运动。
【例1】如图所示，服务员送餐时，当服务员托着餐盘在水平路面上匀速行走时，他的手对餐盘______；当服务员托着餐盘从一楼厨房端上二楼的餐厅时，他的手对餐盘______。
（选填“做了功”或“没做功”）1．（湖北孝感·中考真题）对生活中的有关物理现象，其说法正确的是()A．利用斜面搬运物体，既可省力也可省功B．建筑工地上尘土飞扬，不能说明分子在不停地作无规则运动C．开车要系安全带，是为了在紧急刹车时减少驾驶员的惯性D．刮大风时窗户有时会被向外推开，这是由于室外的大气压强大于室内的大气压强2．（贵州安顺·统考中考真题）仅用8天就建成的武汉火神山医院，彰显的不仅是中国速度，更是战胜疫情的坚强决心。
如图所示，为了在最短的时间完成地面基础建设，上百台挖掘机同时工作，其目的是增大所有挖掘机总的（）A．机械效率B．功率C．功D．有用功3．（湖北黄冈·统考中考真题）成语“水滴石穿”，比喻力量虽小，但只要坚持，功到自然成｡从物理的角度分析∶①力改变了石头的形状；②水滴冲击石头时，石头对水滴没有作用力；③水滴加速下落过程，重力对水滴做了功；④水滴加速下落过程，受到了平衡力的作用｡完全正确的一组是A．①③B．①②C．①④D．②④4．（2022·四川自贡·统考中考真题）小明同学用15N的水平推力推动重为100N的超市购物车。
购物车自静止开始在10s内沿水平方向前进了10m。
在整个过程中推力做功为___________J，重力做功为___________J。
永康市第一中学九年级物理下册 第十一章 物理学与能源技术第4节 核能教案教科版
B．改变开关S的位置，再次测量a、b、c三处的电流
C．将图中两只灯泡位置对调，再次测量a、b、c三处的电流
D．换用不同规格的灯泡，再次测量a、b、c三处的电流
【答案】D
【解析】在探究串联电路中电流规律的过程中，为了避免使用存在偶然性，使实验பைடு நூலகம்论具有普遍性，要选用不同规格的灯泡重复测量三次以上。所以D选项正确。
两个城市毁坏程度达60%～80%.
师 : 我国用了短短4年时间完成了原子弹的研制工作 , 并于1964年10月16日成功地爆炸了第一颗原子弹.1967年6月17日又成功地爆炸了第一颗氢弹 , 完成了其他国家要十几年或几十年才能完成的工作.
师 : 原子弹和氢弹为什么会具有这么大的威力呢 ？
生 : 因为原子弹和氢弹都利用了核能.
师 : 铀-235只有在中子的轰击下才能发生裂变 , 放出核能 , 那么是不是要不断地从外界提供中子 , 才能维持铀核的不断裂变呢 ？
学生活动 :用火柴模拟链式反映(详见教材50页图11-4-3).
师介绍 :科学家们从实验中发现 , 铀-235核在受到中子的轰击后 , 裂变成2个差不多大小的新粒子的同时 , 还释放出2～3个新中子 , 这2～3个中子又去轰击其他铀-235核 , 引起2～3个新的铀核裂变 , 又各放出2～3个中子 , 这些中子又去轰击更多的铀核发生裂变……随着一个铀核裂变的发生 , 会引起越来越多的铀核发生裂变.这样 , 裂变就不断地自行持续下去 , 这种现象叫做链式反映.
3.自然界中 , 太阳内部的温度高达1000万摄氏度以上 , 在那里就进行着大规模的聚变反映.太阳辐射出的光和热 , 正是由聚变反映释放的核能转化而来的.可以说 , 地球上的生物每天都享用着聚变释放出的能量.
2024版《大学物理》全套教学课件(共11章完整版)
01课程介绍与教学目标Chapter《大学物理》课程简介0102教学目标与要求教学目标教学要求教材及参考书目教材参考书目《普通物理学教程》（力学、热学、电磁学、光学、近代物理学），高等教育出版社；《费曼物理学讲义》，上海科学技术出版社等。
02力学基础Chapter质点运动学位置矢量与位移运动学方程位置矢量的定义、位移的计算、标量与矢量一维运动学方程、二维运动学方程、三维运动学方程质点的基本概念速度与加速度圆周运动定义、特点、适用条件速度的定义、加速度的定义、速度与加速度的关系圆周运动的描述、角速度、线速度、向心加速度01020304惯性定律、惯性系与非惯性系牛顿第一定律动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律牛顿第二定律作用力和反作用力、牛顿第三定律的应用牛顿第三定律万有引力定律的表述、引力常量的测定万有引力定律牛顿运动定律动量定理角动量定理碰撞030201动量定理与角动量定理功和能功的定义及计算动能定理势能机械能守恒定律03热学基础Chapter1 2 3温度的定义和单位热量与内能热力学第零定律温度与热量热力学第一定律的表述功与热量的关系热力学第一定律的应用热力学第二定律的表述01熵的概念02热力学第二定律的应用03熵与熵增原理熵增原理的表述熵与热力学第二定律的关系熵增原理的应用04电磁学基础Chapter静电场电荷与库仑定律电场与电场强度电势与电势差静电场中的导体与电介质01020304电流与电流密度磁场对电流的作用力磁场与磁感应强度磁介质与磁化强度稳恒电流与磁场阐述法拉第电磁感应定律的表达式和应用，分析感应电动势的产生条件和计算方法。
法拉第电磁感应定律楞次定律与自感现象互感与变压器电磁感应的能量守恒与转化解释楞次定律的含义和应用，分析自感现象的产生原因和影响因素。
介绍互感的概念、计算方法以及变压器的工作原理和应用。
分析电磁感应过程中的能量守恒与转化关系，以及焦耳热的计算方法。
电磁感应现象电磁波的产生与传播麦克斯韦方程组电磁波的辐射与散射电磁波谱与光子概念麦克斯韦电磁场理论05光学基础Chapter01光线、光束和波面的概念020304光的直线传播定律光的反射定律和折射定律透镜成像原理及作图方法几何光学基本原理波动光学基础概念01020304干涉现象及其应用薄膜干涉及其应用（如牛顿环、劈尖干涉等）01020304惠更斯-菲涅尔原理单缝衍射和圆孔衍射光栅衍射及其应用X射线衍射及晶体结构分析衍射现象及其应用06量子物理基础Chapter02030401黑体辐射与普朗克量子假设黑体辐射实验与经典物理的矛盾普朗克量子假设的提普朗克公式及其物理意义量子化概念在解决黑体辐射问题中的应用010204光电效应与爱因斯坦光子理论光电效应实验现象与经典理论的矛盾爱因斯坦光子理论的提光电效应方程及其物理意义光子概念在解释光电效应中的应用03康普顿效应及德布罗意波概念康普顿散射实验现象与经德布罗意波概念的提典理论的矛盾测不准关系及量子力学简介测不准关系的提出及其物理量子力学的基本概念与原理意义07相对论基础Chapter狭义相对论基本原理相对性原理光速不变原理质能关系广义相对论简介等效原理在局部区域内，无法区分均匀引力场和加速参照系。
核物理学与粒子物理学实验
粒子物理学实验成果在科技、经济和社会领域的应用和前 景
科技领域应用：粒子物理学实验为科技领域提供了基础理论和技术支持，如电子显微镜、 医学影像技术等。
经济领域应用：粒子物理学实验成果在材料科学、能源等领域有广泛应用，如新型材料、 新能源等。
社会领域应用：粒子物理学实验成果在环保、安全等领域有重要应用，如辐射检测、核 能安全等。
前景展望：随着科技的不断进步，粒子物理学实验成果的应用前景将更加广阔，如未来 科技、新兴产业等。
实验技术的发展趋势和未来挑战
实验技术不断进步，对微观世界的认识越来越深入 高能物理实验技术不断创新，加速器、探测器等设备日益先进 核能实验技术发展迅速，核聚变、核能发电等应用前景广阔 实验技术面临的挑战：高精度测量、数据处理与分析、实验安全等
ห้องสมุดไป่ตู้数据分析：采用先进的数据处理和分析方法，挖掘更多有价值的信息
实验设计：优化实验方案，减少实验误差和不确定度
05
实验技术的应用和前景
核能和核技术在能源、工业、医学等领域的应用现状和前 景
添加标题
核能在能源领域的应用：核能发电是核能应用的主要领域，具有高效、环保、安全 等优点，是解决能源危机的重要途径之一。
粒子物理实验中常用的探测器类型包括：气泡室、云室、切伦科夫计数器和闪烁计数器等
粒子加速器在粒子物理实验中具有重要作用，可提供高能态的带电粒子束流，以研究粒 子的基本性质和相互作用
粒子实验的主要成果
发现夸克： 1968年，科学 家在粒子加速器 中发现了J/ψ粒 子，进而发现了 夸克的存在。
发现中微子： 1930年，科学 家在核反应堆中 发现中微子的存 在。
03
粒子物理学实验
粒子的基本性质和分类
核物理实验基础知识
核物理实验基础知识许景周核能的开发应用，是二十世纪人类取得的最伟大的科学成就之一。
核武器的出现和核能的应用大大地改变了世界的面貌。
原子核物理学的发展始终和核物理实验技术的发展紧密联系在一起。
这种实验技术的一个重要方面是对于微观粒子性质的探测和研究，它包括探测器的原理和使用, 实验方法和数据处理等内容。
在核能工程，同位素应用，医疗卫生，环境保护等领域。
也经常需要对核辐射粒子，放射性元素进行测量分析，因此，核物理实验技术已日益普及。
下面简单介绍有关的基本知识。
一. 射线和物质的互相作用各种类型的快速微观粒子，例如，α、β、γ射线和中子等都称之为核辐射或射线，射线有三类：带电粒子：α粒子、正负电子（β射线）、±π、±µ介子等。
中性粒子：中子、中微子等。
电磁辐射：ⅹ、γ光子。
这里只讲述带电粒子、电磁辐射和物质的相互作用。
中子和物质的相互作用要复杂的多，有弹性散射、非弹性散射、吸收及核反应等，可参阅有关书籍。
1. 带电粒子带电粒子对它所穿过的物质主要作用是使之电离和激发。
放射性同位素辐射的α、β等射线不可能深入到原子核的核力场范围之内，因此它们同物质中原子核和核外电子的作用主要是电磁作用，其效果是使原子的电子受到激发或电离，而带电粒子本身能量逐渐损失。
我们把由于电离和激发作用而在单位路程上损失的能量叫做能量损失率，它与粒子电荷、速度及通过物质的原子序数等有关。
α粒子的能量239P的能量为5.1Mev的α粒子, 它在空气中射程只有3.5cm，损失率较大，它在物质中射程很小，对于u在固体中的射程只有几十微米。
β射线的射程较α粒子大得多，在空气中可达数米，对金属如铝为若干毫米。
2. γ射线与物质的互相作用γ射线光子与物质的互相作用有三种方式，即光电效应、康普顿散射和电子偶效应。
通过这三种作用，γ射线被物质吸收，ⅹ射线与γ射线相同，只是光子能量较低，来源不同，故以下所讨论的γ射线的性质同样适用于ⅹ射线。
粒子物理与核物理实验中的数据分析lecture_11-置信区间
得到a与b的区间极限。
8
高斯分布估计量的置信区间
如果存在
ˆ − θ )2 ⎞ ⎛ − (θ ˆ;θ ) = ⎟ exp⎜ g (θ 2 ⎜ 2σ ˆ ⎟ 2πσ θ2 θ ⎝ ⎠ ˆ 1
为了找到 θ 置信区间，解下列方程
ˆ −a⎞ ⎛θ ⎟, α = 1 − G (θˆobs ; a, σ θˆ ) = 1 − Φ⎜ obs ⎜ σˆ ⎟ θ ⎝ ⎠ ˆ −b⎞ ⎛θ ⎟, β = G (θˆobs ; b, σ θˆ ) = Φ⎜ obs ⎜ σˆ ⎟ θ ⎝ ⎠
ˆθˆ = 5.73 ± 0.21 θˆobs ± σ
其真正的含义是什么呢？
ˆ 将服从某一概率密度函数分布 g (θ ˆ;θ )，那么上述 如果我们知道 θ 结果的正确表述应该是
θ 的估计值为 5.73
σ θˆ 的估计值为 0.21
σ θˆ测量了g (θˆ;θ )的分布宽度
3
参数估计值的分布
ˆ;θ )是多维高斯分布 通常参数估计值服从的概率密度分布函数 g (θ
分支比上限 ≤ 2.30259 = 0.59 × 10−9 9 3.93 × 10
如果实验上观察到一个事例，要给出68%的置信区间的分支比，需要给 出重复实验在(1-0.68)/2=0.16范围内观察到至少一个事例的均值下限
∑ P(n; μ ) = 1 − P(0; μ ) = 0.16
n =1 1
ˆ) ≥ θ ) = α , P(b(θ ˆ) ≤ θ ) = β . P(a (θ
在不知道真值θ 的情况下，通过估计 ˆ与函数 a, b 给出θ 的置信区间。 值θ
6
在uα (θ ),υ β (θ )之间的区域称为置信带。
ˆ) ≥ θ , a (θ
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238＝206＋4x
x＝8
92 = 82 + 2x - y
y＝6
例
图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出 的射线 在电 场的作用下分成a、b、c三束，以
下判断正确的是（ BC ）
A．a为α射线、b为β射线
√ B．a为β射线、b为γ射线 √ C．b为γ射线、C为α射线
D．b为α射线、C为γ射线
半衰期
同位素:质子数 相同，中子数不
A表示 质量数
例
A z
X
X表示 元素符号
Z表示质子数
同的元素。如氢 的同位素：
11H (氢)
2 1
H
(氘或重氢)
3 1
H
(氚)
4 2
He表示氦原子核
29325U表示铀原子核
有2个质子, 质量数为4, 有92个质子, 质量数为235,
(即有2个中子)
(即有143个中子)
例
氘和氚是氢的同位素，关于氢、氘、氚的原子，
下列说法哪个正确（ C ）
A、具有相同的质子数、相同的中子数、相同的 电子数；
B、具有不同的质子数、相同的中子数、相同的 电子数；
√ C、具有相同的质子数、不同的中子数、相同的
电子数；
D、具有相同的质子数、相同的中子数、不同的 电子数．
原子核的衰变
原子核的衰变（decay）——重的原子核由于 放出某种粒子而转变为新核的变化。
衰变 β衰变
01n
11H 10e β衰变
23900Th28286Ra 24He 衰变
例
U 238
92
经过一系列衰变和衰变后，可以变
成稳定的元素铅206 (28026Pb) ，问这一过程衰
变和衰变次数？
解：设经过x次衰变，y次衰变
U 238
92
28026Pb
x
24He
y
10e
返回
中子猜想
原子核是否只是由质子组成呢？
核的质量
≠
质子质量
核的电量 质子电量
1920年卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电 的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证 实，并得到公认。
1930年，德国物理学家玻特和贝克发现利用
中 粒子轰击铍元素时，产生了一种穿透力极强而且不
子 受电场或磁场影响的射线。1932年，伊莲娜和弗
的 里德里克·约里奥发现，这些新射线能将运动速度 发 极快的氢核从煤油中释放出来，断言这种射线是
射线。 1932年，查德威克从实验上发现了质量与
质子相近的中性粒子，并命名为“中子”。
现
约里奥－居里
伊伦.约里
奥－居 里
查德威克 (1891～1974) 英国物理学家
1932年发现中子， 于1935年获诺贝 尔奖。
原子核再分割 ——放射现象
1896年，法国物理化学 家贝克勒尔在铀矿石中发现 了放射现象，此后，居里夫 妇又发现了其他放射性元素： 钍、钋、镭。
放射性元素发出的射线包含 三种射线： 射线：带两个正电荷的氦核
射线：高速运动的电子流
射线：高能光子流
返回
天然放射现象
天然放射现象——放射性元素自发地放出射线的 现象
原子核结构
1932年，前苏联伊凡年科与海森伯 提出原子核由质子和中子组成的理论。
质子(p)和中子(n)统称为核子(N)。
mp 1.67262311027 Kg
质子质量
mp 1.67262311027 Kg
中子质量
mn 1.67492861027 Kg
质子质量微小于中子质量
Байду номын сангаас
元素符号表示
放射性不是少数几种元素才有的，研究发现， 原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线， 原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．
钡
铀
云
铀矿石
母
斜水钼铀矿
射线
射线
射线
成分
氦原子核
高速 电子流 高能量 电磁波
速度 1/10光速 接近光速
光速
贯穿能力 弱
较强 很强
电离能力 很容易 较弱 更小
优点：直观﹑作用顶点可见﹑有很 好的多重效率﹑有效空间大和测量 精度高等等。
探测射线方法的原理
1、原理：射线中的粒子与其他物质作用时 产生的现象，显示射线的存在。
2、现象举例： ① 粒子使气体或液体电离，以这些离子为核 心，过饱和的蒸汽会产生雾滴，过热液体会 产生气泡； ② 使照相乳胶感光； ③ 使荧光物质产生荧光。
威尔逊云室
射线使气体分子电离，过 饱和蒸汽以离子为中心 凝结成雾滴，显示运动 轨迹。
衰变遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒。
两 衰变:原子核放出粒子的衰变叫做衰变．
种 衰 变
A Z
X
Y A4
Z2
24He
β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变．
A Z
X
Z A1Y 10e
γ 射线伴随或衰变产生.
例 判断衰变类型
U 238
92
23940Th
24He
23940Th29314Pa 10e
原子量始终是氢原子量的整数倍。
质 1919年，卢瑟福用粒子作为高速“炮弹”来 子 轰击氮原子核，首先实现了原子核的人工破裂。
的
D
S
发
现
4 2
He
174
N187
O11H
用粒子轰击氮原子核，能释放氢核，用硼、氟、钠、铝、 磷等做实验，也能打出氢核。
卢瑟福得出结论：
氢核是原子核的组成部分。氢核定义为“质子”。
如：人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的衰变 规律，测定地球的年龄为46亿年。地壳有一部漫长的演 变历史，一部不断变化、不断发展的历史。
碳14测年技术
大气中14C是一些原子在太阳射来的高能粒子流作用下产 生的，能够自发的进行β 衰变（半衰期5730年），变成 氮。它在大气中产生和衰变存在动态平衡，含量相当稳 定。活的植物因新陈代谢含量与空气中一样，死后没有 与空气交换只有衰变因此可以根据相对含量，算出死亡 时间。
射线：比较细，而且常常弯曲。
原因：①粒子质量小，跟气体 碰撞 易改变方向。 ②电离本领小，沿途 产生的离子少。
射线：直而粗。
原因：①粒子质量大，不易 改变方向②电离本领大， 沿途产生的离子多
γ粒子的电离本领 很小，一般看不到 它的径迹
气泡室
工作原理：射线使液体分 子电离，过热液体以离子为 核心形成胚胎气泡，显示运 动轨迹。
单个的微观事件不可预测，即我
们只知道它发生的概率，不 知道它具体何时发生。
半衰期——放射性元素的原子核有半数发生 衰变所需的时间。
放射性元素的剩余质量与原有质量的关系：
m
m0
(
1
t
)
2
数量关系：
NN
0
(
1 2
t
)
衰变知识应用
半衰期的长短由核内部自身的因素决定，跟所处的 化学状态和外部条件都没有关系。利用这一知识 可以用来测量各种年龄。