邮票上的物理学史--气体动理论和统计力学的建立

气体动理论是热学的一种微观理论,用分子的运动来解释物质的宏观性质.它的基本概念有两个:一是物质由大量分子和原子组成;二是热现象是这些分子无规运动的一种表现形式.     

布朗运动相关科学史

 19 世纪中叶,麦克斯韦和玻尔兹曼提出了分子运动论学说。这个学说建立在物质是由原子和分子组成这一前提下。在该前提下,以前用能量观点解释的宏观物理量,如热能,可看成是众多分子或原子热运动行为的统计结果。     

邮票上的物理学史——气体动理论和统计力学的建立

气体动理论是热学的一种微观理论 ,用分子的运动来解释物质的宏观性质 .它的基本概念有两个 :一是物质由大量分子和原子组成 ;二是热现象是这些分子无规运动的一种表现形式 .首先看气体的状态方程 .状态方程是描写气体状态的宏观参数 ｐ、Ｖ、Ｔ所满足的方程 ,它本身是一项宏观性质 .但是任何微观理论都应当能够导出状态方程 ,而且真实气体的状态方程即范德瓦尔斯方程的确是由气体动理论导出的 .英国化学家玻意耳于 1 662年 (他的邮票见本专栏“真空和大气压”一节 )由实验发现 ,对于一定量的气体 ,在恒定温度下 ,其体积与压力成反比 ,即 ｐ…     

一个说明分子间作用力的模拟用具

分子运动论是用来解释宏观热现象的基本微观理论。其中,分子间作用力的规律是分子运动论的重要内容。由于分子微小,不能直接观察到,学生对分子作用力与距离的关系往往感到抽象难懂。为了帮助学生理解,笔者设计制作了一个说明分子间相互作用力的模拟演具。实践表明,利用它可以较准确地模拟分子间的作用力与距离的关系。并且取材容易、制作简单、操作方便、效果明显。在突破分子作用力这一教学难点时起了关键性的作用。现介绍如下: 一、制作要点1、螺线管AB和CD:用马粪纸按图1     

激光控制原子运动

 众所周知,运动是物质的基本属性,运动是绝对的,静止是相对的。对于物质运动表现可以划为两种类型:有规运动和无规运动。在物理学中无规运动即热运动,在不少情况下是力图克服的。对于质量较大的粒子,如原子,热运动一旦极大削弱其量子波动性就表现出来,这成了当今物理学家追求的一种趋势。但怎样才能控制原子的运动,使其无规性得以克服呢?显然必须靠力的作用。     

原子和分子

一、原子-分子学说的历史发展概述原子-分子学说是近代物理学,尤其是近代化学的基础。从古代起,为了解释自然界的现象,希腊的唯物论学者们就推想到世界上的物质都是由不停的运动着的微粒组成的,然而     

物理教学中的几点思考

搞好物理教学,涉及的方面很多,本文就以下几个问题作一些探讨.1 注意培养学生的物理空间感 自然界是由物质组成的.大到日月星辰,小到分子、原子、电子等,都是物质.对于日月星辰桌椅等,人的视觉可以感受,好理解.但对分子、原子、电子及电场、磁场等,学生很难理解,这就需要给学生一个空间思维感.如讲分子运动论时,可举例:点着火     

原子与分子物理学的发展概况和动向

一、研究和发展原子与分子物理的重要意义 按物质结构的层次来分,近代物理的主要发展方向,基本上有五个方面,形成了五个重要分支:1.基本粒子物理;2.原子核物理;3.原子与分子物理;4.凝聚态物理;5.天体物理。物质世界这些层次的结构和运动变化,是相互联系、相互影响的。对这些层次的研究,既要有所侧重,又要法意到它们之间的联系,才能把问题搞得更清楚,不应忽视其中任何一个层次的研究。原子与分子物理学是研究原子与分子的结构、运动规律以及相互作用的科学。主要研究内容有:1.原子与分子的电子结构;2.原子与分子光谱;3.原子与分子的碰撞过程…     

热的本质

一、引言在高級中学的物理課本上有下列关于热的本質的叙述: “物体的热狀态跟物体分子的無规則运动有密切的关系。虽然热狀态跟物体分子的运动有关系,可是,每个單独分子的运动并不能產生热现象。產生热现象必須有很多的分子才行。有了很多的分子,还是不見得產生热现象。必須很多的分子做無規則的混乱运动,才能產生热现象。从这里可以知道,热是一种比机械运动更复雜的运动形式。”     

利用阿秒激光追踪和控制原子分子内部电子的运动(英文)

随着强激光技术的快速发展,在物质与激光相互作用下,实验上发现了很多新奇的物理现象。这些现象成功地被各种理论模型和数值模拟所解释和证明。一种很重要的现象就是所谓的高次谐波产生:在原子和分子与强激光相互作用时,能够放出能量为基频光子能量几倍到几百倍的大能量光子。在实验上,人们已经可以通过合成截止频率附近的几个谐波来产生脉冲长度在阿秒量级的激光脉冲(1阿秒=10~(-18)s)。阿秒脉冲的获得开启了超快科学一个全新的领域:人们可以在电子运动的自然时间尺度上去探测和操控原子分子内部电子的运动,这是继飞秒科学后人们操控微观世界物质运动的又一大飞跃。在本文中,我们就最近几年我们在理论上所开展的阿秒物理做一个简单的综述,重点强调利用阿秒光去控制电子的电离动力学以及探测分子内部电子运动。     

运动原子多光子J-C模型中的熵交换与纠缠

考虑一个运动的二能级原子与单模热光场经由多光子过程相互作用, 利用量子约化熵理论研究原子与场之间的熵交换、用Concurrence量度原子与场之间的纠缠, 讨论原子初态、原子运动、热场平均光子数以及跃迁光子数对熵交换和纠缠的影响. 结果表明: 考虑原子运动时, 原子和光场熵变呈现周期性, 且发生熵交换现象; 与热光场的相互作用导致运动原子与场纠缠, 多光子过程有利于纠缠加强. 在原子和光场熵变均为零处, 纠缠也为零.     

从原子分子体系出发建立热运动理论新体系

长期以来把研究热运动规律性的理论分割成热力学与统计物理两门课来讲，是不正确的。此文阐明从原子分子体系出发来研究热运动的规律，可使两者融合为一体，建立一个新的热运动理论体系。     

物理学的新延拓——经济物理学

 经济物理学的提出及其发展近年来,由大量的、存在强相互作用的组分组成的、远离平衡的复杂系统研究中,发展起来的复杂性理论取得了很大进展,由于经济系统与其他复杂系统具有相同或十分相似的性质,比如,热力学系统中的分子运动和经济系统中的商品运动都具有数量极大和运动随机的特征,其运动的相似性如下表:分子运动分子扩散涨落分子密度速率碰撞商品运动商品扩散价格波动商品密度流通速率竞争这使得人们自然想到运用处理复杂系统的熵理论和方法对经济系统进行分析。根据热力学第二定律,一个孤立系统必定自发向熵极大的平衡态发展。由此可以定性推定,市场的某些表征量发展,也是符合热力学第二定律的。     

五彩缤纷的物质形态

 “一尺之棰,月取其半,万世不竭。”这是2000多年前春秋时期公孙龙的著名立论。现代科学的发展,正在检验这个立论。这个物质无限可分的思想,也给近代物理学的发展提供了参考。要了解物质的微观运动,就要了解物质的微观结构层次及各层次的粒子运动。众所周知,实体物质是由分子组成,分子是由原子组成。到目前为止,化学上已发现109种元素,数千种同位素。而原子呢,在化学反应里是不能再分的颗粒,但在物理学里,却是可分的。原子是由带正电的原子核和绕核运转的带负电的若干电子所组成。     

粒子热运动对寿命测量的影响

对原子或分子受脉冲激光激发后感生荧光的动态测量是对气态介质弛豫过程进行研究的最直接和精密的方法。但是,在这种情况下记录到的讯号中不仅包含有原子或分子的辐射衰减和碰撞弛豫的讯息,而且还受到粒子热运动的影响。出现了原子或分子态的飞过弛豫(Fly-through relaxation)。这一非碰撞弛豫的本质是:粒子热运动的结果,被激发的粒子离开实验中收集荧光的空间区域,而处于基态的粒子进入了此区域,于是在我们收集荧     

蜂毒肽与单组分脂膜相互作用的单分子研究

近年来,单分子追踪技术的出现和发展为研究细胞膜界面生物学过程提供了一条新的途径,然而细胞膜内生物分子运动的异质性特征使得从大量分子轨迹中区分和分离不同的分子运动模式变得非常困难,迫切需要发展简单易行的分析方法.本文以蜂毒肽和单组分平板支撑脂膜的相互作用体系为例,发展了一种利用单分子运动位移标准差的频数分布来区分和分离不同运动模式脂分子的数据分析方法,提供了比传统基于位移或回旋半径频数分布的分析方法更高的准确度和更多的定量信息.利用该方法成功分离得到了脂分子在平板膜内的快慢两种运动状态,并发现其分布情况部分相符于脂分子在上下叶的位置分布;在不同浓度蜂毒肽的表面吸附或跨膜成孔作用的影响下,这两部分脂分子的运动受到了不同的干扰.本文针对生物膜体系内分子运动的复杂异质性特征发展了一种实现分子运动模式分离的数据分析方法,并利用此方法获得了蜂毒肽破膜成孔的不同阶段对脂膜上下叶的不同影响.该方法的开发将对利用单分子追踪技术研究生物体系动力学过程有重要帮助.     

百年物理学的启示

一百年前，爱因斯坦在伯尔尼狭小而简陋的公寓里写出十几篇科学文章，其中的五篇论文，即讨论了光量子以及光电效应的《关于光的产生和转化的一个启发性观点》、推导出计算分子扩散速度数学公式的《分子大小的新测定》、提供了原子确实存在证明的《关于热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动》、提出时空关系新理论的《论动体的电动力学》，     

利用阿秒激光追踪和控制原子分子内部电子的运动

随着强激光技术的快速发展, 在物质与激光相互作用下,实验上发现了很多新奇的物理现象。这些现象成功地被各种理论模型和数值模拟所解释和证明。一种很重要的现象就是所谓的高次谐波产生：在原子和分子与强激光相互作用时, 能够放出能量为基频光子能量几倍到几百倍的大能量光子。在实验上, 人们已经可以通过合成截止频率附近的几个谐波来产生脉冲长度在阿秒量级的激光脉冲（1阿秒=10-18秒）。阿秒脉冲的获得开启了超快科学一个全新的领域：人们可以在电子运动的自然时间尺度上去探测和操控原子分子内部电子的运动,这是继飞秒科学后人们操控微观世界物质运动的又一大飞跃。在本文中,我们就最近几年我们在理论上所开展的阿秒物理做一个简单的综述,重点强调利用阿秒光去控制电子的电离动力学以及探测分子内部电子运动.     

强激光场下原子分子量子隧穿实验测量

强激光场下原子分子的多光子电离和隧道电离是极端条件下的量子现象,也是强场光物理中基本的动力学过程.测量原子分子在强激光场中的超快动力学对探索微观粒子内部结构和相互作用有重要意义.本文简述强场光电离中的基本概念和现象,并介绍强激光与原子分子相互作用研究中的重要仪器——冷靶反冲离子动量成像谱仪(COLT-RIMS),最后展...     

美丽而精巧的佩兰的布朗运动实验--科学的原子-分子论的最终证实

爱因斯坦以其传奇性的五篇论文宣告了1905年为物理学史上划时代的一年，可以说这五篇论文奠定了现代物理学的基础．其中《分子大小的新测定方法》采纳了玻尔兹曼的研究成果，提出了精确测定分子大小和阿伏伽德罗常量的新思路．稍后，关于布朗运动的理论《论热的分子运动理论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动》完成于1905年5月．这两篇论文的重要影响之一，