每期一题(工科大学物理课程试题选登)

地球可看作半径 R=6400km 的球体,一颗人造卫星在地面上空高度为 h=800km 的圆形轨道上以速度 v_i=7.5km/s 绕地球运动。假定在该卫星的外侧发生了一次爆炸,其冲量使卫星在原有的速度上增加了一个指     

势垒高度对Cl+H2(D2)反应的影响

使用三维含时波包方法在两个势能面上研究了Cl+H2(D2)反应．所使用的两个势能面都是从CW(Capecchi和Wener)势能面得到的，第一个是CW势能面的基态面加自旋轨道耦合修正，第二个是CW势能面的基态面没有自旋轨道耦合修正．在这两个势能面上得到了碰撞能从0.1到1.4 eV的积分截面以及反应几率．对于Cl与D2反应，考虑自旋轨道耦合后由于势垒高度的增加反应截面向高能处有一个平移，但Cl与H2反应在低能处的反应活性反而增大了，原因是虽然自旋轨道耦合效应增加了势垒高度，同时减小了势垒宽度，隧道效应更加明显，而隧道效应在低能处起着比较重要的作用，所以反应活性比较大．当碰撞能大于0.7 eV时，没有考虑自旋轨道耦合时势垒高度较低，因而反应活性较大．     

TDICCD相机的卫星姿态稳定度确定

为解决卫星平台振动造成的图像质量下降问题,提高TDI CCD相机成像质量,分析了卫星姿态稳定度的范围及影响。讨论了卫星平台振动与TDI CCD成像质量的相关性,推导了卫星平台姿态稳定度和像移的关系公式,得出TDI CCD相机对卫星姿态稳定度的要求与轨道高度以及积分级数有关。实验验证了公式推导,结果显示：轨道高度越高,积分级数越大,对卫星姿态稳定度的要求就越严格。数据表明：轨道高度在200～1000 km变化时,对卫星姿态稳定度的要求从0.0377 rad/s提升至0.00635 rad/s;TDI CCD 相机的积分级数在1～100间变化时,对卫星姿态稳定度的要求从0.014 rad/s提升到0.00014 rad/s。本文工作确定了卫星姿态稳定度和轨道高度以及积分级数的关系,有助于TDI CCD成像质量的提升。     

直接键连原子间的NMR偶合常数的自然杂化轨道研究V.~(13)C-~(13)C和~(13)C-~(31)P核自旋偶合常数~1J_(CC)和~1J_(CP)

在前文工作的基础上，结合ＭＮＤＯ／ＥＨＭＯ分子轨道方法和自然杂化轨道方法，具体计算了ＣＣ键和ＣＰ键的核自旋偶合常数．计算结果表明，１ＪＣＣ和１ＪＣＰ主要由成键原子的轨道杂化作用和键极性这两种结构因素所决定．为从简单价键理论角度解释和计算１ＪＣＣ和１ＪＣＰ值提供了简便直观的方法．     

对流层晴空湍流耗散率的风廓线雷达测量及特征

从Airda16000低平流层风廓线雷达的谱宽出发,扣除非湍流因素引起的谱宽加宽,得到湍流对谱宽的贡献,并计算出湍流耗散率。对对流层湍流耗散率的变化特征进行了分析,得出结论:对流层以下耗散率的量级在10-6~10-2m2.s-3之间,并且随高度增加而减小。在3 km以下,晴空湍流耗散率具有明显的日变化特征,中午逐渐增大,在夜间和清晨偏小,并且随着高度增加,日变化规律随时间向后延迟;3 km以上则不具有明显的日变化规律。耗散率的季节变化很突出,不同季节耗散率随高度递减的程度有差异,2008年夏季耗散率随高度的递减率为5.67%;冬季耗散率随高度递减率为14.7%;秋季分别为12.5%;而09年春季递减率为11.5%。耗散率的变化可以反映出雷达的探测高度,夏季雷达探测高度可达12 km;冬季雷达探测高度很低,仅为7 km;春秋两季探测高度为8~10 km。     

卫星发射情况的数理分析

在地球表面发射一颗卫星,若发射速度v〈7．9km／s,则卫星会落回地面;若发射速度v=7．9km／s,卫星恰好能绕地球做匀速圆周运动,即轨道为圆;     

有机超导体κ-(BEDT-TTF)_2Cu(SCN)_2单晶的SHUBNIKOV-DE HAAS效应

测量了有机超导体κ（ＢＥＤＴＴＴＦ）２Ｃｕ（ＳＣＮ）２单晶的Ｘ射线衍射和强磁场下磁阻．样品沿垂直于传导面的晶格常数为１．４９ｎｍ．在１．２Ｋ温度，磁场垂直于传导面的位形下，在６Ｔ以上观测到磁阻振荡，即ＳｈｕｂｎｉｋｏｖｄｅＨａｓ效应．由ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）谱图，我们发现了对应于κ（ＢＥＤＴＴＴＦ）２Ｃｕ（ＳＣＮ）２单晶Ｆｅｒｍｉ面闭合轨道Ｆα频率和开放轨道磁突破频率Ｆβ的存在，Ｆα＝６２０±３０Ｔ，Ｆβ＝４１００±２００Ｔ．     

封面照片说明

伽利略计划（欧洲全球导航卫星计划）是欧盟为打破美国GPS在全球的垄断而与欧空局联合研制的民用导航卫星系统。伽利略系统由分布在3个轨道面上的30颗卫星组成，每个轨道面上有10颗卫星．轨道高度23616千米．轨道面倾角56度，运行周期14小时04分．并能与GPS完全兼容。     

封面故事

正实践十号返回式科学实验卫星(简称"SJ-10卫星")工程是专门用于"微重力科学和空间生命科学"空间实验的返回式科学实验卫星,于2016年4月6日成功发射。SJ-10卫星总质量约3600 kg,由长征-2D运载火箭发射,轨道倾角63°,近地点轨道高度220 km,远地点轨道高度482 km。卫星在轨工作寿命15天,回收舱设计在轨运行寿命为12天,12天后回收舱返回地球,而留轨舱将继续在轨工作3天。实践十号将完成     

例析电磁感应的实际应用

超导磁悬浮列车的基本构造是在列车底部安装超导磁体，在轨道两侧埋设一系列闭合的铝环，如图1所示．当列车运行时将浮起，使车与轨道间的摩擦力减小到零，并设想车在抽成真空的地下隧道行驶，以减小空气阻力，车速可达到1km／s．列车只需在加速过程做功，在减     

天宫启程之太空之吻

天宫一号于2011年9月29日21:16:03发射成功,标志着我国的航天事业上了一个新的台阶.天宫一号的发射,与前几次发射神舟号宇宙飞船类似,先由长征二号FT1火箭运载,然后与火箭脱落,经两次变轨进入高度约为350km的近圆轨道进行在轨测试.它的最大特点是:神八发射前,天宫一号降轨至高度约343km的近圆轨道进行"太空之吻",即等待交会对接.     

高空核爆炸X射线电离的时空分布数值模拟

利用数值模拟程序模拟了高空核爆炸辐射的X射线对不同高度大气的电离及演化过程,给出了电子的时空分布曲线．结果表明：在80km爆高1kt小当量高空核爆炸情况下,电子数密度随高度只出现一个极大值,而在80kin以上爆高情况下,电子数密度出现两个极大值,一个位于爆点附近,另一个位于90km高度附近,在这个高度电离的影响范围最大;高空核爆炸辐射的X射线在70km高度附近截止,对70km以下高度没有电离影响;随着辐射角度的增加,电子数密度出现第二个极大值的高度有所上升,X射线截止高度也有所上升．     

静止轨道卫星红外探测大气透过率与蒙气差分析

静止轨道卫星采用CO2和水汽吸收波段进行红外探测,探测性能受观测波段的大气透过率影响显著,同时,大气折射率随空间位置的变化影响目标的定位精度。通过建立大气中探测路径几何模型,利用FASCODE软件计算出路径上2.7μm和4.3μm波段大气透过率和蒙气差并制成图表,蒙气差计算结果与理论估算一致。结果表明,2.7μm波段大气透过率在5～25km高度变化显著,35km以上透过率达95%;4.3μm波段大气透过率在5～45km高度变化显著,50km以上透过率达95%。两个波段的蒙气差相同,对目标位置的影响较少,天顶角8°以内,影响只有50m量级,超过8°,偏差随角度增长很快,到地球圆盘边缘时达到1km。通过插值,透过率数据和蒙气差数据可用于系统设计、性能评估和实时仿真。     

星尘号飞船掠过彗星Wild 2

彗星的发源地分为两类：其一是远在冥王星轨道之外的Oort云，著名的哈雷彗星即起源于此；其二是位于刚刚超越冥王星轨道的Kuiper带，这个圆环形带在黄道平面内．彗星在进入太阳系内部之前，曾在远离太阳的环境中度过了漫长岁月．因此研究它们将有助于了解太阳系演化的历史．在2004年6月18日出版的Science周刊上，编者以专辑的形式刊出了一组(7篇)文章，讨论星尘号(Stardust)探测飞船在掠过彗星Wild2(最近距离为236km)时所收集到的信息．     

空间站问天舱等离子体原位成像探测技术

等离子体原位成像探测器是中国空间站的第一批舱外空间环境科学载荷,安装在问天舱的舱外暴露平台,将首次在空间站平台上开展电离层等离子体原位、成像、充电电位等多要素综合探测任务.其中,原位探测要素包括空间站轨道等离子体的密度、温度以及问天舱表面电位强度等.成像探测要素包括离子能量、运动方向和成像时间分辨率等.等离子体原位成像探测器采用多传感器的一体化设计,集成了朗缪尔探针、阻滞势分析仪、参考电位计和离子成像仪等技术.其中,离子成像技术是首次应用于我国的空间环境探测领域.等离子体原位成像探测技术在中国科学院国家空间科学中心定标实验室完成了测试验证,探测器已随问天舱成功发射,即将开展中低纬电离层的精细化探测,为完善空间站轨道电离层模型提供等离子体探测数据.通过探测累积长周期的充电电位数据,为研究等离子体对空间站的充电效应,促进空间站充电评估体系的建立提供支持.     

超高精度空间站共视时间比对新方法

随着科学技术的进步和发展,许多基础前沿领域要求时间比对的精度为几十皮秒甚至更高.空间站上的原子钟系统比地面钟性能更优,但传统的共视时间比对方法应用于空间站共视存在一定的局限性.本文基于广义相对论分析了精度为几十皮秒的空间站共视时间比对原理,考虑了所有的皮秒级以上的时延项;结合空间站共视时间比对原理,仿真分析了空间站对于中国几大主要地理城市的可见性,分析结果表明部分地区存在共视时间比对的工作盲区.结合理论和仿真研究了空间站轨道误差对传统共视时间比对方法的影响,研究结果表明传统共视时间比对方法不能有效地抵消轨道误差,其对共视时间比对的影响在几百皮秒量级.提出了空间站分时共视时间比对新方法,介绍了该方法的主要原理和优势.通过仿真实验验证了新方法的有效性,能够实现几十皮秒精度的两地面站远距离共视时间比对,同时解决了传统共视方法的工作盲区问题.     

应变层异质结ZnS/ZnSe、ZnS/ZnS_xSe_(1-x)和ZnSe/ZnS_xSe_(1-x)价带带阶的研究

采用基于原子球近似下线性Ｍｕｆｉｎ－Ｔｉｎ轨道（ＬＭＴＯ－ＡＳＡ）的平均键能计算方法，研究了以ＺｎＳｘＳｅ１－ｘ为衬底，沿（００１）方向外延生长的应变层异质结ＺｎＳ／ＺｎＳｅ、ＺｎＳ／ＺｎＳｘＳｅ１－ｘ和ＺｎＳｅ／ＺｎＳｘＳｅ１－ｘ的价带带阶值ΔＥｖ（ｘ）．研究表明，ΔＥｖ（ｘ）值随衬底合金组分ｘ单调变化．且两者的关系是非线性的．在此计算结果与其它理论计算和实验结果符合较好．     

用X_α-DV方法研究CO,NO在Ⅷ族过渡金属表面的化学吸附(Ⅰ)——CO吸附在Rh(111)面的电子结构

本文用自洽Hartree-Fock-Slater分子丛方法计算了CO在Rh(111)面上(θ≤1/3)的电子结构。计算了分子丛的总能量、基态能级随吸附高度的变化。从总能量曲线确定的最佳键长为1.85A与实验值1.95±0.1A符合得较好。相应的吸附能为0.98eV比实验值1.3eV略小。在以上最佳键长处计算了总态密度,考虑终态和弛豫效应后与UPS实验结果符合更好。通过CO分子接近表面时各分子轨道能量本征值的变化,讨论了各轨道的成键、反键特征。通过Mulliken总数分析和用CO分子波函数展开总波函数的系数分析着重讨论了CO分子被过渡金属Rh吸附前后的电荷转移。这种电荷转移导致被吸附CO分子的活化。     

多普勒测风激光雷达风场探测结果分析

为了验证自行研制的瑞利散射测风激光雷达的性能及应用价值,将激光雷达测量的风速风向廓线与探空气球测量结果进行对比,结果吻合得较好,高度10 km以下风速最大差距3.0 m/s,20 km以下最大差距4.5 m/s;风向除拐点外标准差最大32。连续探测结果显示了强劲的西风急流和风向转换特征,急流中心的高度一般在10~12 km,中心最大风速接近70 m/s,最小风速不低于30 m/s,20 km左右拐点最小风速不足1 m/s,20 km以上风速逐渐增加 ;在20 km以下风向为西风,在270左右变化,20 km以上为东风,在90左右变化。探测结果表明瑞利散射测风激光雷达既能跟踪大尺度季节性气候特征的变化规律,又能突出小尺度瞬态气候特征的形成、演化过程。     

Zn/GaAs(110)系统的表面弛豫及其对费密能级钉扎的影响

在紧束缚近似下，利用自洽总能计算给出了Ｚｎ／ＧａＡｓ（１１０）系统的表面几何结构．证明了低覆盖下Ｚｎ／ＧａＡｓ（１１０）表面弛豫是一普遍现象，它对准确地描述费密能级钉扎位置十分重要．由于吸附Ｚｎ原子的高局域ｓ轨道与表面Ｇａ原子ｓｐ^３悬挂键轨道的杂化，使成键态位于能隙中距价带顶０.７３ｅＶ处．进一步给出了与其它元素吸附和清洁ＧａＡｓ（１１０）表面的理论与实验结果之比较