2013中學(xué)綜合素質(zhì)復(fù)習(xí)資料：4.4科學(xué)常識

　　二、現(xiàn)代物理學(xué)

　　(一)原子核物理學(xué)

　　電力的發(fā)現(xiàn)和原子結(jié)構(gòu)的研究表明.原子是由原子核和電子組成的。原子核物理學(xué)是以原子核的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其內(nèi)在規(guī)律為研究對象的，是20世紀20年代建立起來的。

　　1.對核子的研究

　　1919年.著名物理學(xué)家盧瑟福用d粒子做炮彈轟擊原子核時，首次發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。由于核內(nèi)所含質(zhì)子的總質(zhì)量與原子量差別很大，這又促使人們?nèi)ヌ剿鹘M成原子核的其他基本粒子。l932年，英國的查德威克又在實驗中發(fā)現(xiàn)了構(gòu)成原子核的另一種基本粒子，即中子。質(zhì)子和巾子統(tǒng)稱為核子。

　　2.核裂變與核能應(yīng)用

　　原子和中子的發(fā)現(xiàn)是物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)說的進步，也為進一步揭開微觀領(lǐng)域的奧秘提供了新的武器——質(zhì)子和中子炮彈。1938年，德國的哈恩在用慢中子轟擊鈾核時，首次發(fā)現(xiàn)了原子核的裂變現(xiàn)象，并放出新的中子。此后，意大利物理學(xué)家費米又提出了原子核裂變的鏈式反應(yīng)觀點，即用鈾核裂變對放出的新中子再去轟擊其他鈾核使之發(fā)生連鎖反應(yīng)，裂變時由于質(zhì)量虧損會放出巨大能量的觀點。這就是原子彈和原子能反應(yīng)堆的基本原理。1942年，費米制成世界上第一個原子能反應(yīng)堆后，原子能從實驗轉(zhuǎn)向應(yīng)用。

　　(二)粒子物理學(xué)

　　粒子物理學(xué)是研究最微觀層次的物質(zhì)(即基本粒子)的存在形式、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化和運動規(guī)律的物理學(xué)兮支，也稱高能物理學(xué)。

　　1.三類基本粒子

　　迄今，人們已認識到構(gòu)成物質(zhì)的最小組分：12種輕子——只參加弱相互作用、電磁相互作用的費米子，36種夸克——感受強作用力的帶電粒子，12種媒介子——傳遞相互作用的粒子，共計60種。

　　2.三種作用力

　　作用在物質(zhì)上的所有的力可歸結(jié)為三種：

　　引力——由引力子傳遞的最弱的力，但在宇宙大距離、大質(zhì)量尺度上卻是強有力的一種力;

　　強力——由膠子攜帶僅在原子核內(nèi)夸克之間起作用的短程力，即將夸克膠結(jié)在一起的色力，使原子核保持為一個整體：

　　統(tǒng)一的電弱力——以電磁力和弱力兩種表現(xiàn)形式出現(xiàn)的同一基本力.經(jīng)受了實驗檢驗的電弱統(tǒng)一理論描述的一種力。

　　(三)熱力學(xué)三定律

　　熱是最普遍的能量傳遞形式。氣體溫度是大量氣體分子熱運動的宏觀表現(xiàn).固體的熱傳導(dǎo)是物質(zhì)原子在平衡位置附近機械振動時的能量傳遞，熱輻射是物體內(nèi)部帶電粒子熱運動時引起的電磁輻射。所以，熱、電磁、光等現(xiàn)象和機械運動都是能量的不同形式，可以相互轉(zhuǎn)化，并且遵循能量守恒定律。

　　(四)電磁理論

　　1864年，麥克斯韋用一組偏微分方程概括了電場、磁場本身，以及電轉(zhuǎn)化為磁、磁轉(zhuǎn)化為電等全部電磁現(xiàn)象所滿足的數(shù)學(xué)關(guān)系，預(yù)言了電磁波的存在，并預(yù)言光是一種電磁波。l888年，赫茲發(fā)現(xiàn)了電磁波。麥克斯韋的電磁理論成為描述電磁運動的基本理論，被稱為自然科學(xué)的第三次理論大綜合。電磁波的預(yù)言和發(fā)現(xiàn)，為無線電通訊開辟了道路。

　　(五)相對論

　　相對論是愛因斯坦創(chuàng)立的物理學(xué)理淪，描述物體的高速運動和相關(guān)的時空性質(zhì)。相對論引發(fā)了現(xiàn)代物理學(xué)革命，同時也深刻地影響了人類的時空觀。相對論包括狹義相對論和廣義相對論。相對論與量子力學(xué)、基因理論和系統(tǒng)理論被稱為現(xiàn)代科學(xué)四大基礎(chǔ)理論。廣義相對論的兩個基本原理是：一.等效原理：引力與慣性力等效;二，廣義協(xié)變原理：即廣義相對性原理，指所有的物理定律在任何參考系中都取相同的形式。

　　(六)量子力學(xué)

　　量子力學(xué)是描述微觀世界結(jié)構(gòu)、運動與變化規(guī)律的物理科學(xué)。量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論，對半導(dǎo)體物理、凝聚態(tài)物理、粒子物理、低溫超導(dǎo)物理、量子化學(xué)以及分子生物學(xué)等學(xué)科的發(fā)展都具有重要的理論意義。量子力學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展標志著人類認識自然實現(xiàn)了從宏觀世界向微觀世界的重大飛躍。

　　1905年，愛因斯坦提出了光量子說。

　　1924年，法國物理學(xué)家德布羅意證明了物質(zhì)具有波粒二象性。

　　1925年，德國物理學(xué)家海森伯和玻爾，建立了量子理論第一個數(shù)學(xué)描述——矩陣力學(xué)。l926年，奧地利科學(xué)家提出了描述物質(zhì)波連續(xù)時空演化的偏微分方程——薛定諤方程.給出了量子論的另一個數(shù)學(xué)描述——波動力學(xué)。后來，物理學(xué)家將矩陣力學(xué)與波動力學(xué)統(tǒng)一起來，統(tǒng)稱量子力學(xué)。

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