物理学前沿
陕西师范大学2014～2015学年第一学期期末考试
物理学院2012级教育硕士
物理学前沿试题
答卷注意事项：
1、学生必须用蓝色（或黑色）钢笔、圆珠笔或签字笔直接在答题纸上答题。
2、答卷前请将密封线内的项目填写清楚。
3、字迹要清楚、工整，不宜过大，以防试卷不够使用。 4
、本卷共4大题，总分为100分。 1.理论物理部分 ( 共5题，每题5分，共25分)
1.混沌现象的主要特征是什么
对于什么是混沌，目前科学上还没有确切的定义，但
随着研究的深入，混沌的一系列特点和本质的被揭示，对混沌完整的、具有实质性意义的确切定义将会产生。目前人们把混沌看成是一种无周期的有序。它包括如下特征：
（1）内在随机性。它虽然貌似噪声，但不同于噪声，系统是由完全确定的方程描述的，无需附加任何随机因数，但系统仍会表现出类似随机性的行为； （2）分形性质。前面提到的lorenz 吸引子，Henon 吸引子都具有分形的结构；
（3）标度不变性。是一种无周期的有序。在由分岔导致混沌的过程中，还
遵从Feigenbaum常数系。
（4）敏感依赖性。只要初始条件稍有偏差或微小的扰动，则会使得系统的最终状态出现巨大的差异。因此混沌系统的长期演化行为是不可预测的
2.分形结构的特点是什么请举例说明。
特点是无定形，不光滑，具有自相似性。如弯弯曲曲的海岸线、起伏不平的山脉，粗糙不堪的断面，变幻无常的浮云，九曲回肠的河流，纵横交错的血管，令人眼花缭乱的满天繁星等。它们的特点都是，极不规则或极不光滑。即每一元素都反映和含有整个系统的性质和信息，从而可以通过部分来印象整体。
3.分析小世界网络、无标度网络和随机网络三者之间的相同点和不同点。
共同点：都是用特征路径长度和聚合系数来衡量网络特征。不同点：在网络理论中，小世界网络是一类特殊的复杂网络结构，在这种网络中大部份的节点彼此并不相连，但绝大部份节点之间经过少数几步就可到达。规则网络具有很高的聚合系数，大世界（largeworld，意思是特征路径长度很大），其特征路径长度随着n(网络中节点的数量)线性增长，而随机网络聚合系数很小，小世界（smallworld，意思是特征路径长度小），其特征路径长度随着log(n)增长中说明，在从规则网络向随机网络转换的过程中，实际上特征路径长度和聚合系数都会下降，到变成随机网络的时候，减少到最少。无标度网络具有严重的异质性，其各节点之间的连接状况（度数）具有严重的不均匀分布性：网络中少数称之为Hub点的节点拥有极其多的连接，而大多数节点只有很少量的连接。少数Hub点对无标度网络的运行起着主导的作用。从广义上说，无标度网络的无标度性是描述大量复杂系统整体上严重不均匀分布的一种内在性质。随机网络，任意两个点之间的特征路径长度短，但聚合系数低。而小世界网络，点之间特征路径长度小，接近随机网络，而聚合系数依旧相当高，接近规则网络。发现规则网络具有很高的聚合系数，大世界（large world，意思是特征路径长度很大），其特征路径长度随着n(网络中节点的数量)线性增长，而随机网络聚合系数很小，小世界（small world，意思是特征路径长度小），其特征路径长度随着log(n)增长中说明，在从规则网络向随机网络转换的过程中，实际上特征路径长度和聚合系数都会下降，到变成随机网络的时候，减少到最少。
4.从自组织临界态的角度来看，地震的物理原理是什么
所谓“自组织”是指该状态的形成主要是由系统内部组织间的相互作用产生，而不是由任何外界因素控制或主导所致。所谓“临界态”是指系统处于一种特殊敏感状态，微小的局部变化可以不断放大、扩延至整个系统。也就是说，系统在临界态时，其所有组份的行为都相互关联。地震有很多种类，而根据自组织临界态的定义来看，构造地震是可以用自组织临界态来解释的，构造地震是由于岩层断裂，慢慢的发生变位错动，从而在地质构造上发生巨大变化而产生的地震，也叫断裂地震。由于断层带的地壳是有规则的移动，地壳外部是硬的，而内部是一个流动的层，内部流动的层会推挤外部并使其变形，导致能量积累，当地下的能量积累到必须使地壳发生移动时，就会导致板块断裂，从而释放出能量，然而这种地震是有周期的。而绝不是所有的运动都是有规则的，规则之外的运动，就促生偶然的地震，偶然的地震往往能量巨大，瞬时引发，并不是周期内。
5.讨论存在外磁场时的铁磁相变过程，Gibbs 自由能为
240011
(,)()()24
C G T M G T a T T M bM HM =+-+-。
Landau 引入序参量，G=G(T,p,η),通过η的取值，使得G-T 图像在,0c T T η>=，表示无序；,0c T T η<≠，表示一种有序态。无序到有序，称为对称性破缺，或对称性降低。G 在η=0附近展开2401
1(T,)G (T)(T,p)(T,p)24
G a b ηηη=++
+……，平衡时G 取极值
3(T,p)b(T,p)0G a ηηη?=+=?，两个根0,ηη==定，需要判断二阶导数22
2a(T,p)2b(T,p)G ηη?=+?，如果a>0则20
2
0G ηη
=?>?,G 对应
极小值，相稳定，如果,a<0，则20
2
0G
ηη
=?
对应相变，一般设a(T,p)a(T T )C =-，应用于铁磁相变，序参量选M ，Gibbs 自由能为'2400,,11(T,M)G (T )(T )M b 24
m c m m G a T M =+-+，铁磁属于二级相变，一阶偏导数连续，得自发磁化强度随温度变化0,2c,(T T )m s m m
a M
b =-
-，磁场：
30,m ,a (T T )M c m m G
H b M M
?=
=-+?，磁导率
20,m ,0,m 1(T T )3b c m m H a M M χ?==-+?，,c m T 为居里温度
2.光学部分( 共5题，每题5分，共25分)
6.请阐述全息学的基本原理以及 x射线全息学具有
哪些诱人的前景
全息，又称全息投影，是一种记录被摄物体反射（或透射）光波中全部信息（振幅、相位）的照相技术，而物体反射或者透射的光线可以通过记录胶片完全重建，其位置和大小同之前一模一样。通过不同的方位和角度观察照片，可以看到被拍摄的物体的不同角度，因此记录得到的像可以使人产生立体视觉。基本原理：其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束（图A）；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片；其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成象过程：全息图犹如一个复杂的光全息术栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦全息图的衍射光波一般可给出两个象，即原始象（又称初始象）和共轭象。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。x射线全息学的前景：可以被应用于医学领域进行诊断，治疗和防护，放射医学是医学的一个专门领域，它使用放射线照相术和其他技术产生诊断图像，这可能是X射线技术应用最
广泛的地方。X射线的用途主要是探测骨骼的病变，但对于探测软组织的病
变也相当有用。工业领域：X射线可激发荧光、使气体电离、使感光乳胶感光，故X射线可用电离计、闪烁计数器和感光乳胶片等检测。研究领域：晶体的点阵结构对X射线可产生显着的衍射作用，X射线衍射法已成为研究晶体结构、形貌和各种缺陷的重要手段。全息学以波动光学为基础，利用光的干涉和衍射原理，将物体发出的特定的波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定的条件下使其重现。全息学分为两步，波前记录和波前重现，波前记录是将物体光波与另一相干光波——参考光波干涉，用照相的方法将干涉条纹记录下来，获得全息图或者全息照片；波前重现是利用原纪录的参考光波或其他合适的光波照射全息图，光通过全息图发生衍射，甚至衍射光波会形成原物体逼真的立体像。与普通照相技术相比它有如下几点基本特征，1）可以形成三维图像；2）全息照相可以进行多重记录，信息容量大；3）光学系统简单——原理上无需透镜成像，是一种无透镜成像方法；4）全息照片的重现可放大或者缩小。全息图有多种类型，从记录时物体与全息图的相对位置来分类，可分为菲涅耳全息图和夫琅禾费全息图。
1971年诺贝尔物理学奖授予了伽博，以表彰他发明和发展了全息学——x射线全息学，尽管x射线无法利用透镜成像，但是原子的间距与x射线的波长同数量级，周期性排列的原子对入射的x射线散射的相互干涉，会产生衍射点阵；用相干光对这种衍射图样作第二次衍射，便可恢复晶格的像，这就是伽博x射线全息学两步成像法的由来。
未来世界，x射线全息学将在医学成像、生物、科研、统计计量、信息科技、文字图像、装饰、防伪、海洋科学、军事领域等有不可或缺的地位。现在全
息学技术已经逐步走向市场，如高聚物全息防伪标志、透明激光全息防伪膜等，其发展前景无限美好。
7.表面等离极化激元分哪两类，各有什么特点
答：表面等离极化激元在传播方向上具有比光波大的传播波矢（更短的波长）；与光的传播方向垂直的方向上是消逝场（限制光场）。在分类上包括金属纳米线波导和金属—介质—金属波导。
金属纳米微粒链状结构所支持的SPP特性与计算得出的金属纳米圆柱体波导中的情况非常相似，对SPP场具有亚波长尺寸的强束缚性，传播距离仅仅为数百纳米。
SPP利用金属缝隙结构来实现波导，即（金属—介质—金属），利用两个界面的耦合，形成被限制在介质核心层中的缝隙SPP模式。在缝隙宽度为50nm，激发光波长1550nm时，其典型传播距离约为10微米。
8.简要概述电磁诱导透明技术。
电磁诱导透明技术是指通过外加控制场与吸收介质相互作用，使得介质对探测场的吸收发生改变，透射率增加甚至完全透明，即某种介质强烈地吸收某一频率的探测场，而当再加一束能被介质吸收的控制场时，介质对探测场就不再吸收了。这种现象就是电磁诱导透明技术。起源于跃迁通道之间的干涉作用，当探测光与控制光满足双光子共振时，由于两条通道的跃迁几率反号而产生干涉相消。电磁诱导透明技术在光速减慢，信息存储以及高效非线性相互作用过程等方面存在重要应用。
9.利用高次谐波辐射实现分子轨道成像的条件是什么
高次谐波通常是逐次利用低阶的非线性电极化项而产生的。利用高次谐波辐
射实现分子轨道成像的条件：一是存在一个和待成像分子的电离能相近的参考原子；二是这个参考原子的再碰撞电子波包的谐振幅总是相似的，不依赖于这个分子的取向例如μ的基频波先由磷酸二氢钾倍频；再用磷酸二氘钾倍频而获得四次谐波——2661Å的紫外光；最后再以高压气体氖进行五倍频得到532Å的相干辐射，这相当于μ的基频波的20次高次谐波。在准分子激光器及1971年氢分子真空紫外激光器制成之前，高次谐波技术是获得相干真空紫外光波的唯一有效方法，它可望发展成为实现相干X光的重要手段。
10.目前负折射率材料的制备方法有哪几种，各有什么优缺点
在一定频率范围内介电常数和磁导率都是负数的材料，称之为负折射材料（NIM），也叫做双负材料（DNM
1、开口谐振环—金属线阵列法；
2、传输线模拟方法；
3、光子晶体结构法；
4、负折射手征介质法。包括用手征介质和共振电偶极子离子的混合物来获得负折射，或是金属螺旋法其优点是没有激发磁共振也可实现负折射，在实现光频段负折射上有很大的前景，缺点是折射率的绝对值小。
5、量子相干法，其优点是不需要复杂的周期性结构，对加工工艺要求不高，而且可以实现均匀地负折射材料，也是一种可以利用外加场调控的负折射材料，还可以在光频范围内实现负折射。缺点是由于要满足电偶极跃迁和磁偶极跃迁，对于原子能级的要求比较严格。
处理以上5种方法外，还可以通过金属颗粒复合材料，金属纳米线，
压电压磁多层膜，铁电耦合双相各向异性等方法来实现负折射材料的
制备。
3.凝聚态部分 ( 共5题，每题5分，共25分) 11. 极化分哪几类各类极化机制
极化（polarization ），指事物在一定条件下发生两极分化，使其性质相对于原来状态有所偏离的现象。如分子极化(偶极矩增大)、光子极化(偏振)、电极极化等。表征均匀平面波的电场矢量（或磁场矢量）在空间指向变化的性质，通过一给定点上正弦波的电场矢量E 末端的轨迹来具体说明。光学上称之为偏振。按电场矢量轨迹的特点它可分为线极化、圆极化和椭圆极化三种。由于H 的方向和E 的方向之间有明确的关系，因此没有必要另行描述H 的特性。
电介质极化机制：把电介质看成大量微观带电粒子组成的电荷体系，从电磁学的基本公式出发，利用矢量分析和电动力学的有关公式，通过定量计算得出单个原子在空间某处产生的电势相当于一个电偶极子的势，从理论层次说明分子或原子固有电矩的存在、电介质分子的分类、电介质在外电场中的极化模型及电介质极化的规律。
①电子极化，是在电场作用下原子核与负电子云之间相对位移，它们的等效中心不再重合而分开一定的距离l 形成电偶极矩p e=el (l 由负电中心指向正电中心,e 是电荷量
,见电偶极子)。当电场不太强时,电偶极矩p e 同有效电场成正比,p e=αe E ,式中αe 称为电子极化率。
②离子极化又称为原子极化，是在正负离子组成的物质中异极性离子沿电场向相反方向位移形成电偶极矩p a 。p a 与有效电场成正比,p a=αa E ，αa 称为离子极化率，这两种极化都同温度无关。
③偶极子转向极化，某些电介质分子由于结构上的不对称性而具有固有极矩p。在无外电场时，由于热运动,这些分子的取向完全是无规的，电介质在宏观上不显示电性。在外电场的作用下，每个分子的电矩受到电场的力矩作用,趋于同外场平行,即趋于有序化；另一方面热运动使电矩趋于无序化。在一定的温度和一定的外电场下，两者达到平衡。固有电矩的取向极化也可以引入取向极化率αd描述,当电场强度不太大而温度不太低时,，k是玻耳兹曼常数，T是热力学温度。这种极化同温度的关系密切。
④夹层极化，由于电介质组分的不均匀性以及其他不完整性，例如杂质、缺陷的存在等，电介质中少量自由电荷停留在俘获中心或介质不均匀的分界面上而不能相互中和，形成空间电荷层，从而改变空间的电场。从效果上相当于增强电介质的介电性能。
电介质的极化是这四种极化机制的宏观总效果。
12.半导体的能带结构与金属导体、绝缘体的能带结构有何区别
固体材料的能带结构由多条能带组成，能带分为传导带（简称导带）、价电带（简称价带）和禁带等，导带和价带间的空隙称为能隙。
能带结构可以解释固体中导体、半导体、绝缘体三大类区别的由来。材料的导电性是由“传导带”中含有的电子数量决定。当电子从“价带”获得能量而跳跃至“传导带”时，电子就可以在带间任意移动而导电。
一般常见的金属材料，因为其传导带与价带之间的“能隙”非常小，在室温下电子很容易获得能量而跳跃至传导带而导电，而绝缘材料则因为能隙很大（通常大于9电子伏特），电子很难跳跃至传导带，所以无法导电。一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特，介于导体和绝缘体之间。因此
只要给予能带适当条件的能量激发，或是改变其能隙之间距，此材料就能导电。
13.选取催化剂材料为什么受材料禁带宽度的制约
禁带宽度(Band gap)是指一个能带宽度(单位是电子伏特(ev))，固体中电子的能量是不可以连续取值的，而是一些不连续的能带，要导电就要有自由电子存在，自由电子存在的能带称为导带（能导电），被束缚的电子要成为自由电子，就必须获得足够能量从而跃迁到导带，这个能量的最小值就是禁带宽度。禁带宽度是半导体的一个重要特征参量，其大小主要决定于半导体的能带结构，即与晶体结构和原子的结合性质等有关。半导体价带中的大量电子都是价键上的电子（称为价电子），不能够导电，即不是载流子。只有当价电子跃迁到导带（即本征激发）而产生出自由电子和自由空穴后，才能够导电。空穴实际上也就是价电子跃迁到导带以后所留下的价键空位（一个空穴的运动就等效于一大群价电子的运动）。因此，禁带宽度的大小实际上是反映了价电子被束缚强弱程度的一个物理量，也就是产生本征激发所需要的最小能量。半导体禁带宽度与温度和掺杂浓度等有关：半导体禁带宽度随温度能够发生变化，这是半导体器件及其电路的一个弱点（但在某些应用中这却是一个优点）。禁带宽度对于半导体器件性能的影响是不言而喻的，它直接决定着器件的耐压和最高工作温度；对于BJT，当发射区因为高掺杂而出现禁带宽度变窄时，将会导致电流增益大大降低。
14.超导体应用时必须满足那些条件这些条件之间的关系是什么
超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性。超导体区别于理想金属导体，除了零电阻外，它还具有另一种独立的神奇特性——完全抗磁性。超导体一
旦进入超导态，就如同练就了“金钟罩、铁布衫”一样，外界磁场根本进不去，材料内部磁感应强度为零。同时具有零电阻和抗磁性是判断超导体的双重标准，单凭这两大高超本领，超导就具有一系列强电应用前景。应用超导一般是指关于超导技术的应用研究，这是相对于超导的物理机理研究而言的高温超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。
15.非常规超导的共性主要有哪些
非常规超导体（non-normalsuperconductors）指不同于传统研究的超导体，机理研究有新发展和新探索。如低载流子密度超导体（包括层状结构超导体），有机超导体，超晶格超导体，非晶态超导体，磁性超导体等。在机理研究上除进深的电-声子机制外，有激子机制，双极化子，重费米子，等离子体激元，共振价键，费米液体，自旋涨落，自旋口袋模型等等，在电子配对上（包括空穴型）仍有S波配对外，有P波配对，D波配对等选择。
4.声学部分( 共5题，每题5分，共25分)
16.试举三例说明超声波都有哪些应用这些应用基于
超声波的什么特点
（1）超声检验：超声波的波长比一般声波要短，具有较好的方向性，而且能透过不透明物质，这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术。把
从换能器发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上，从试样透出的超声波
携带了被照部位的信息（如对声波的反射、吸收和散射的能力），经声透镜汇聚在压电接收器上，所得电信号输入放大器，利用扫描系统可把不透明试样的形象显示在荧光屏上。上述装置称为超声显微镜。超声成像技术已在医疗检查方面获得普遍应用，在微电子器件制造业中用来对大规模集成电路进行检查，在材料科学中用来显示合金中不同组分的区域和晶粒间界等。声全息术是利用超声波的干涉原理记录和重现不透明物的立体图像的声成像技术，其原理与光波的全息术基本相同，只是记录手段不同而已（见全息术）。用同一超声信号源激励两个放置在液体中的换能器，它们分别发射两束相干的超声波：一束透过被研究的物体后成为物波，另一束作为参考波。物波和参考波在液面上相干叠加形成声全息图，用激光束照射声全息图，利用激光在声全息图上反射时产生的衍射效应而获得物的重现像，通常用摄像机和电视机作实时观察。
（2）超声处理：利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等，在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。
（3）基础研究：超声波作用于介质后，在介质中产生声弛豫过程，声弛豫过程伴随着能量在分子各自电度间的输运过程，并在宏观上表现出对声波的吸收（见声波）。通过物质对超声的吸收规律可探索物质的特性和结构，这方面的研究构成了分子声学这一声学分支。普通声波的波长远大于固体中的原子间距，在此条件下固体可当作连续介质。但对频率在1012赫以上的特
超声波，波长可与固体中的原子间距相比拟，此时必须把固体当作是具有空间周期性的点阵结构。点阵振动的能量是量子化的，称为声子（见固体物理学）。特超声对固体的作用可归结为特超声与热声子、电子、光子和各种准粒子的相互作用。对固体中特超声的产生、检测和传播规律的研究，以及量子液体——液态氦中声现象的研究构成了近代声学的新领域。
超声波治疗的概念：
超声治疗学是超声医学的重要组成部分。超声治疗时将超声波能量作用于人体病变部位，以达到治疗疾患和促进机体康复的目的。
在全球，超声波广泛运用于诊断学、治疗学、工程学、生物学等领域。赛福瑞家用超声治疗机属于超声波治疗学的运用范畴。
（一）工程学方面的应用：水下定位与通讯、地下资源勘查等。
（二）生物学方面的应用：剪切大分子、生物工程及处理种子等。
（三）诊断学方面的应用：A型、B型、M型、D型、双功及彩超等。
（四）治疗学方面的应用：理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科等。
超声除螨
科研人员发现，螨虫的听觉神经系统很脆弱，对特定频率的超声非常敏感，针对螨虫的这种生理特性，已有科技公司的研究人员开发出了超声波除螨仪。这种新型的除螨产品采用现代微电子技术手段，直接用特殊频率的超声作用于螨虫的听觉神经系统，使其生理系统紊乱，烦躁不安，食欲不振，最终奄奄一息逐渐死亡。采用这种原理的除螨产品不用添加任何化学药剂，无毒无二次污染，对人体和家中宠物都没有伤害，是比较理想的除螨产品。
超声除油
将黏附有油污的制件放在除油液中，并使除油过程处于一定频率的超声波场作用下的除油过程，称为超声波除油。引入超声波可以强化除油过程、缩短除油时间、提高除油质量、降低化学药品的消耗量。尤其对复杂外形零件、小型精密零件、表面有难除污物的零件及绝缘材料制成的零件有显着的除油效果，可以省去费时的手工劳动，防止零件的损伤。
超声波除油的效果与零件的形状、尺寸、表面油污性质、溶液成分、零件的放置位置等有关，因此，最佳的超声波除油工艺要通过试验确定。超声波除油所用的频率一般为30kHz左右。零件小时，采用高一些的频率；零件大时，采用较低的频率。超声波是直线传播的，难以达到被遮蔽的部分，因此应该使零件在除油槽内旋转或翻动，以使其表面上各个部位都能得到超声波的辐照，受到较好的除油效果。另外超声波除油溶液的浓度和温度要比相应的化学除油和电化学除油低，以免影响超声波的传播，也可减少金属材料表面的腐蚀。
超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大于人的听觉上限而得名。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹(Hz)。我们人类耳朵能听到的声波频率为20Hz-20000Hz。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1兆赫兹-30兆赫兹。
理论研究表明，在振幅相同的条件下，一个物体振动的能量与振动频率成正比，超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大.在中国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气湿度，这就是超声波加湿器的原理。如咽喉炎、气管炎等疾病，很难利用血流使药物到达患病的部位，利用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够提高疗效。利用超声波巨大的能量还可以使人体内的结石做剧烈的受迫振动而破碎，从而减缓病痛，达到治愈的目的。超声波在医学方面应用非常广泛，可以对物品进行杀菌消毒。
17.简述超声清洗的工作机理与特点。
工作机理：超声清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速作用及直进流作用对液体和污物直接、间接作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。所有的超声清洗机中，空化作用和直进流作用应用得更多。[1]超声波由于频率高、波长短，因而传播的方向性好、穿透能力强，这也就是为什么设计制作超声波清洗机的原因。超声波清洗的物理机制主要是超声波空化，空化作用非常容易在团体与液体交界处产生，因而对于浸入超声作用下液体中的物体，具有超乎寻常的清洗作用，另外，由于超声波具有很强的穿透固体的作用、可以穿透到被清洗物，另一侧表面，以及所有浸入介质中的内腔，盲孔、狭缝，将清洗物体表面附着的污垢剥落，达到完美的清洗效果。
超声波同时还有乳化、中和作用，能更有效防止被清洗掉的油污重新附着在清洗物件上。所以这种空化作用对浸入超声波作用下的液体中物体内表
面（如管件、箱体件）均能清洗。这是超声波清洗优于其他清洗手段的重要方面。
所用的超声波清洗机中，空化作用和直进流作用应用得更多。超声波清洗是一项物理清洗技术，能强力分离蔬菜水果表面的残留农药，杀死表面细菌病毒。
超声波由于频率高、波长短，因而传播的方向性好、穿透能力强，这也就是为什么设计制作超声波清洗机的原因。
特点：速度快、质量高、易于自动化控制；
不受清洗件表面复杂形状的限制；
某些场合可以用水剂代替油或有机浴液进行清洗。对于需要用酸或碱清洗的某些零部件，用超声波清洗可以降低酸碱的浓度，因而能减少污染，降低成本和改善劳动条件；
在另一些难于清洗且有损人体健康的场合，如核工业及医疗中的放射性污族物的清洗，也可以用超声完成。可以有效地降低污染，减少有毒溶剂对操作人员的损害；
超声清洗对超声反射强度大的材料，清洗效果好，而对超声波吸收较大的材料则清洗效果较差；
超声波清洗的成本较低。
18.声空化是如何产生的，有什么特点
声波（超声波发射器产生）在液体中传播，在时空上产生压力起伏，出现低于静态压力的负压现象。在液体的负压区域，液体中的结构缺陷（空化核[1]）会逐渐成长，形成肉眼可见的微米量级的气泡，这就是声空化。它是一种
稳态的振荡发光，是破裂发光。声波在液体中传播，时空上产生压力起伏，在出现低于静态压力的负压现象。在液体的负压区域，液体中的结构缺陷（化核）空会逐渐成长，成肉眼可形见的微米量级的气泡，这就是声空化。液体声空化过程是集中声场能量并迅速释放的过程.空化泡崩溃时,在极短时间和空化泡的极小空间内,产生 5000K 以上的高温和大约× 10 ^8 Pa 的高压,速度变化率高达 1010Ks, 并伴生强烈的冲击波和时速高达400Km 的微射流, 强超声在液体中产生气泡和气泡在强超声作用下的特殊运动. 在液体内施加超声场, 当超声强度足够大时, 会使液体中产生成群的气泡, 成为“声空化泡”
19.请简述水下为什么用声呐系统来探测目标为什么不用光、电磁等探测方
法
声呐就是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。它是SONAR一词的“义音两顾”的译称（旧译为声纳），SONAR是Sound Navigationand Ranging（声音导航测距）的缩写。由于电磁波在水中衰减的速率非常的高，无法做为侦测的讯号来源，以声波探测水面下的人造物体成为运用最广泛的手段。无论是潜艇或者是水面船只，都利用这项技术的衍生系统，探测水底下的物体，或者是以其作为导航的依据。作远距离传输的能量形式。于是探测水下目标的技术——声呐技术便应运而生。声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术，用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航，保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。此外，声呐技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船
舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。在水中进行观察和测量，具有得天独厚条件的只有声波。这是由于其他探测手段的作用距离都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人们也只能看到十几米到几十米内的物体；电磁波在水中也衰减太快，而且波长越短，损失越大，即使用大功率的低频电磁波，也只能传播几十米。然而，声波在水中传播的衰减就小得多，在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹，在两万公里外还可以收到信号，低频的声波还可以穿透海底几千米的地层，并且得到地层中的信息。在水中进行测量和观察，至今还没有发现比声波更有效的手段。
20.请简述多自由度圆柱形超声电机的工作原理
超声波电机利用压电材料的逆压电效应，将弹性材料的微观形变转化为宏观运动，
结构紧凑、可直驱、运动实现多样化等特点，
可部分代替电磁型电机，特别在航空航天、光学调焦、仪器仪表、机器人等领域得到了很好的应用。多自由度超声波电机可实现多个自由度的运动，具有机械集成度高的特点。
可将多自由度超声波电机分成旋转型、直线型、旋转‐直线复合型三类。
圆柱定子一般通过弯振和纵振模态的组合来驱动球转子。圆柱定子采用兰杰文振子结构，利用压电振子的两个正交二阶弯振模态和一个一阶纵振模态，驱动球转子产生三自由度运动。Φ10mm电机可实现最高转速250r/min和堵转转矩7mNm。此类电机的轴向尺寸较长，定、转子之间的预紧力常采用永磁体的吸引力，故驱动力矩则较小，姿态控
制也较困难。
【毕业论文选题】物理学本科毕业论文题目
物理学本科毕业论文题目 20世纪是科学技术飞速发展的时代。在这个时代，目睹了人类分裂原子、拼接基因、克隆动物、开通信息高速公路、纳米加工和探索太空。很难设想，若没有科学技术的飞速发展，现代生活将是什么样子。与科学技术的发展一样，物理学也经历了极其深刻的革命。可以说，物理学每时每刻都在不停的发展，其活跃的前沿领域很多，是最有生命力、成果最多的之一。下面学术堂为你提供了物理学本科毕业论文题目，希望对你有所帮助。 1
物理学本科毕业论文题目一： 1、MATLAB在大学物理实验仿真中的应用 2、基于Flash的大学物理电学仿真实验的设计与实现 3、量子点和一维量子线相耦合系统在Kondo区物理性质的研究 4、基于时域物理光学方法的半空间上方目标散射研究 5、有机光电材料的光物理特性研究 6、基于激光混沌的全光物理随机数发生器 7、基于超导电路系统的量子模拟和基础量子物理研究 8、金属亚波长结构阵列电磁场增强及光学异常透射的机理研究 9、微型热电系统的多物理场耦合模型与性能优化研究 10、外尔半金属的反常物理性质研究 11、中子光子输运物理过程蒙特卡罗处理方法研究 12、红外视景仿真关键技术研究 13、关于拓扑物理的量子模拟研究 14、高真实感红外场景实时仿真技术研究 15、氢化非晶硅薄膜结构及其物理效应 16、PIC数值方法以及激光-物质相互作用若干物理研究 17、目标电磁散射特性的快速计算方法研究 18、钙钛矿半导体中的瞬态物理过程研究 19、基于激光自混合效应的多物理参数同步测量方法研究 20、高性能多物理场数值算法研究及其应用 21、超薄Bi薄膜的电子态研究 22、铁电基复合薄膜的光伏效应及其调控研究 23、高增益短波长自由电子激光相关物理研究 2
物理学最前沿八大难题
物理学最前沿八大难题 当今科学研究中三个突出的基本问题是：宇宙构成、物质结构及生命的本质和维持，所对应的现代新技术革命的八大学科分别是：能源、信息、材料、微光、微电子技术、海洋科学、空间技术和计算机技术等。物理学在这些问题的解决和学科中占有首要的地位。 我们可以从物理学最前沿的八大难题来了解最新的物理学动态。 难题一：什么是暗能量 宇宙学最近的两个发现证实，普通物质和暗物质远不足以解释宇宙的结构。还有第三种成分，它不是物质而是某种形式的暗能量。 这种神秘成分存在的一个证据，来源于对宇宙构造的测量。爱因斯坦认为，所有物质都会改变它周围时空的形状。因此，宇宙的总体形状由其中的总质量和能量决定。最近科学家对大爆炸剩余能量的研究显示，宇宙有着最为简单的形状——是扁平的。这又反过来揭示了宇宙的总质量密度。但天文学家在将所有暗物质和普通物质的可能来源加起来之后发现，宇宙的质量密度仍少了2／3之多！ 难题二：什么是暗物质 我们能找到的普通物质仅占整个宇宙的4％，远远少于宇宙的总物质的含量。这得到了各种测算方法的证实，并且也证实宇宙的大部分是不可见的。
最有可能的暗物质成分是中微子或其他两种粒子： neutralino和axions（轴子），但这仅是物理学的理论推测，并未探测到，据说是没有较为有效的测量方法。又这三种粒子都不带电，因此无法吸收或反射光，但其性质稳定，所以能从创世大爆炸后的最初阶段幸存下来。如果找到它们的话，很可能让我们真正的认识宇宙的各种情况。 难题三：中微子有质量 不久前，物理学家还认为中微子没有质量，但最近的进展表明，这些粒子可能也有些许质量。任何这方面的证据也可以作为理论依据，找出4种自然力量中的3种——电磁、强力和弱力——的共性。即使很小的重量也可以叠加，因为大爆炸留下了大量的中微子，最新实验还证明它具有超过光速的性质。 难题四：从铁到铀的重元素如何形成 暗物质和可能的暗能量都生成于宇宙初始时期——氢、锂等轻元素形成的时候。较重的元素后来形成于星体内部，核反应使质子和中子结合生成新的原子核。比如说，四个氢核通过一系列反应聚变成一个氢核。这就是太阳发生的情况，它提供了地球需要的热量。当然也还有其它的种种核反应。 当核聚变产生比铁重的元素时，就需要大量的中子。因此，天文学家认为，较重的原子形成于超新星爆炸过程中，有大量现成的中子，尽管其成因还不很清楚。另外，最近一些科学家已确定，至少一些最重的元素；如金、铅等，是形成于更强的爆炸中。还有一点需要确定，即当两颗中子星相撞还会塌陷成为黑洞。
物理学前沿
陕西师范大学2014～2015学年第一学期期末考试 物理学院2012级教育硕士 物理学前沿试题 答卷注意事项： 1、学生必须用蓝色（或黑色）钢笔、圆珠笔或签字笔直接在答题纸上答题。 2、答卷前请将密封线内的项目填写清楚。 3、字迹要清楚、工整，不宜过大，以防试卷不够使用。 4 、本卷共4大题，总分为100分。 1.理论物理部分 ( 共5题，每题5分，共25分) 1.混沌现象的主要特征是什么 对于什么是混沌，目前科学上还没有确切的定义，但 随着研究的深入，混沌的一系列特点和本质的被揭示，对混沌完整的、具有实质性意义的确切定义将会产生。目前人们把混沌看成是一种无周期的有序。它包括如下特征： （1）内在随机性。它虽然貌似噪声，但不同于噪声，系统是由完全确定的方程描述的，无需附加任何随机因数，但系统仍会表现出类似随机性的行为； （2）分形性质。前面提到的lorenz 吸引子，Henon 吸引子都具有分形的结构； （3）标度不变性。是一种无周期的有序。在由分岔导致混沌的过程中，还
遵从Feigenbaum常数系。 （4）敏感依赖性。只要初始条件稍有偏差或微小的扰动，则会使得系统的最终状态出现巨大的差异。因此混沌系统的长期演化行为是不可预测的 2.分形结构的特点是什么请举例说明。 特点是无定形，不光滑，具有自相似性。如弯弯曲曲的海岸线、起伏不平的山脉，粗糙不堪的断面，变幻无常的浮云，九曲回肠的河流，纵横交错的血管，令人眼花缭乱的满天繁星等。它们的特点都是，极不规则或极不光滑。即每一元素都反映和含有整个系统的性质和信息，从而可以通过部分来印象整体。 3.分析小世界网络、无标度网络和随机网络三者之间的相同点和不同点。 共同点：都是用特征路径长度和聚合系数来衡量网络特征。不同点：在网络理论中，小世界网络是一类特殊的复杂网络结构，在这种网络中大部份的节点彼此并不相连，但绝大部份节点之间经过少数几步就可到达。规则网络具有很高的聚合系数，大世界（largeworld，意思是特征路径长度很大），其特征路径长度随着n(网络中节点的数量)线性增长，而随机网络聚合系数很小，小世界（smallworld，意思是特征路径长度小），其特征路径长度随着log(n)增长中说明，在从规则网络向随机网络转换的过程中，实际上特征路径长度和聚合系数都会下降，到变成随机网络的时候，减少到最少。无标度网络具有严重的异质性，其各节点之间的连接状况（度数）具有严重的不均匀分布性：网络中少数称之为Hub点的节点拥有极其多的连接，而大多数节点只有很少量的连接。少数Hub点对无标度网络的运行起着主导的作用。从广义上说，无标度网络的无标度性是描述大量复杂系统整体上严重不均匀分布的一种内在性质。随机网络，任意两个点之间的特征路径长度短，但聚合系数低。而小世界网络，点之间特征路径长度小，接近随机网络，而聚合系数依旧相当高，接近规则网络。发现规则网络具有很高的聚合系数，大世界（large world，意思是特征路径长度很大），其特征路径长度随着n(网络中节点的数量)线性增长，而随机网络聚合系数很小，小世界（small world，意思是特征路径长度小），其特征路径长度随着log(n)增长中说明，在从规则网络向随机网络转换的过程中，实际上特征路径长度和聚合系数都会下降，到变成随机网络的时候，减少到最少。 4.从自组织临界态的角度来看，地震的物理原理是什么
物理研究性学习论文
物理学与世界进步论文 摘要：物理学是一科探究一切物质的运动规律及其组成揭示它们之间的联系和各种运动之间的关系的广博而丰富的学问。物理学的进展密切联系着人类社会的进步和发展，物理学在自身的发展进步中积累的思想方法是人类思想领域的瑰宝。对物理的研究或学习要永远抱着一颗敬畏和永不止步的心。 关键词：物理学、牛顿、工业革命、物理思想、物理与战争、中国的物理 物理学是一科探究一切物质的运动规律及其组成揭示它们之间的联系和各种运动之间的关系的广博而丰富的学问。作为自然科学的一门重要基础科学，物理学历来是人类物质文明发展的动力和基础。同时作为人类追求真理、探索未知世界奥秘的强有力工具，物理学又是一种方法论和哲学观。在人类文明漫长的岁月中，这种古老而又生机勃勃的学科为我们造就了一个个光辉的里程碑。 物理学的进展密切联系着人类社会的进步和发展，从电话的发明到当代互联网络实现的实时通信；从蒸汽机车的制造成功到磁悬浮列车的投入运行；从晶体管的发明到高速计算机技术的成熟等等。这些无不体现着物理学对社会进步与人类文明的贡献。当今时代，物理学前沿领域的重大成就又将会引领着人类文明进入一片新天地。 在历史的滚滚长河中，涌现了一大批物理学先驱，大师，他们性格可能或好或坏，但无可争议的是他们为人类进步和社会发展做出了巨大贡献。牛顿在担任皇家学会会长期间发生了一些不好的事，甚至到晚年还开始研究神学，但也有许多人认为牛顿还是有许多用当时科学和他的学识无法解释的事，所以才开始研究神学，以得到解释，但不管怎么说牛顿是经典物理学的创始人之一，为人类的进步和社会的发展做出过巨大贡献是无可争议的。 物理学作为自然科学的一门重要基础学科，它的研究成果和研究方法可以直接应用于化学、生物、地理、气象等自然科学，大大加速了自然科学的发展和分化独立，甚至形成了新的独立学科或分支学科.如天体物理学、空间物理学、地球物理学、流体力学、生物物理、物理化学、量子化学等等，使人们更全面地探索、认识自然界的规律。作为现代科学基石的物理学，在科学文化和创立现代世界的技术文化中同样扮演了重要角色，物理学是文化不可分割的一部分。物理学的成就直接发展了各种各样的工程技术，形成了今天门类齐全、多样的工业体系.今天的许多高新技术也仍然是以物理学的研究成果为基础的.这些工程技术的发展应用，极大地提高了社会生产力水平，改变了人类的生活、生产方式，创造了辉煌的物质文明.比如，机械、建筑科学就是经典力学原理的实际运用.今天的电力、电子工业是电磁学发展的结果，光学特别是激光技术使得光纤通信、互联网、激光医学等蓬勃发展，在万有引力定律基础上发展起来的航天技术使得人类的足迹不断地向宇宙深处延伸。 在近代一次又一次的世界大变革中，好像没有中国的身影，特别是物理学中更是不见了以往“天朝上国”的身姿，这和中国自古传统以及和中国以人为核心的思想有关，当然最大的关系是，中国自古的教育体系有关，我们也无法去评价他的好坏，他阻碍了中国的科学发展，但不得不说，中国能在历史长河中一直保持自身的完整性，也是这种教育模式的功劳。但其实在中国物理并不是没有发展，而是一直得不到壮大和正视。 在中国，早在2300年之前，有关物理的名词就出现了。与今日之含义相比较，那时的含义要宽泛得多。它泛指人类对自然界及人类自身的理性认识。中国古代思想家认为自然界的规律和人文社会的规律是统一的，人文社会的法则也应该归结为天地、自然的法则；后来有人把这个观点概括为“天人合一”。从这点来看，当时的物理学与哲学是混为一体的。 中国古代的学者很关注对自然现象的观察和理解。在儒家经典著作之一的《大学》中，曾把对人的教育过程描写为：“物格而后知至，知至而后意诚，意诚而后心正，心正而后身修，
关于现代物理学在科技中的应用
现代物理学在航天技术中的应用 我国航天技术持续的不断发展，为我国空间科学的发展以及空间探测奠定坚实的基础。空间的物理学研究将不仅带动我国基础科学研究，而且将引领我国航天技术水平的进一步提高，有效促进空间科学与航天科技水平的协调发展。自上世纪90年代开始，我国利用“神舟”号飞船和返回式卫星，在空间材料和流体物理以及空间技术研究等领域开展了大量实验研究，取得一批重要成果。根据我国空间科学中长期发展规划，将利用返回式卫是进行微重力科学实验，同时探讨进行引力理论验证的专星方案。空间的物理学研究涉及空间基础物理、微重力流体物体、微重力燃烧、空间材料科学和空间生物技术等学科领域。空间基础物理涉及当今物理学的许多前沿的重大基础问题，在科学上极为重要，在我国还是薄弱领域。随着我国经济实力的增长，应该适时地安排引力理论家验证的专星研究。一、空间引力实验与引力波探测基础物理实验研究检验现有引力理论的假设和预言、寻找新的相互作用和引力波探测将为认识引力规律和四种相互作用的统一理论提供实验依据。加强空间引力实验和空间天文观测对于我国在空间基础科学领域参与国际竞争和发展高新空间技术具有重要牵引意义。与会专家认为应开展如下研究工作: 1、空间等效原理实验检验(TEPO); 2、空间微米作用程下非牛顿引力实验检验(TISS); 3、激光天文动力学空间计划(ASTROD); 4、空间引力波探测。 二、空间的冷原子物理和原子钟研究 冷原子和玻色爱因斯坦凝聚是当代物理学中最活跃的领域之一，它为探索宏观尺度上物质的量子性质提供了独一无二的介质。该领域的研究可以加深人们对基本物理规律的理解，同时具有重要的应用前景。此外，高准确度的时间频率标准是精密测量和探索研究基本物理问题的关键和基础，在应用技术上均占有是十分重要的地位。微波原子钟与光钟在空间物理有着广泛的应用前景，它不仅可以改进卫星定位导航系统，而且在深空跟踪和星座定位等深空科学上有着不可替代的作用。为了突破地面实验的温度极限和空间尺度，增加测量时间，以便进行更高精度的测量和探索新的物理现象，在微重力环境下进行冷原子物理实验是非常必要的。专家建议开展如下研究工作: 1、空间实验室中的物质波及其相干性研究; 2、微重力条件下用冷原子和玻色爱因斯坦凝聚探索物理极限; 3、空间超高精度微波原子钟; 4、空间高精度光钟。 三、微重力流体物理 微重力流体物理是微重力科学的重要领域，它是微重力应用和工程的基础，人类空间探索过程中的许多难题的解决需要借助于流体物理的研究。在基础研究方面，微重力环境为研究新力学体系内的运动规律提供了极好的条件，诸如非浮力的自然对流，多尺
《星际穿越》中的物理学
《物理学基础与前沿专题》课程论文 题目：《星际穿越》中的物理学 姓名：林亚南 学号：SY140954 年级：2014 院系：理学院 专业：学科教学（物理）专业 任课教师：邹斌 2014年 12月 30 日
《星际穿越》中的物理学 一、为什么宇宙飞船要旋转 这是一个比较简单的问题。首先简单解释一下对于在太空飞行的宇航员来说何谓“失重”。 下面是一些关键点： （1）太空里仍有万有引力； （2）当宇航员（和飞船）只在万有引力的作用下加速时，宇航员就会有失重感； （3）对于宇航员来说，这种感觉就像重力“消失”了； （4）但人类并不怎么能感觉到重力，因为它作用于我们身体的每一个部分。 事实上，我们将重量和接触到的外力，例如地面支撑我们的力，联系起来。我们称这种力为“表观重量”（apparent weight）。 飞船当然受到引力，但引力都用来改变飞船的速度了。宇航员感到的“失重”，失去的其实是表观重量。而解决失重感的方法，就是对物体施加某种力，使之具有表观重量。 图1 地球上与飞船上的宇航员所受的力 上面的图中有两个宇航员。左边那个站在地球上，右边那个站在宇宙飞船里。如果宇航员处于引力非常小的地方（如深空），唯一使他“感受到重量”的方法办法就是令地面对他施加支持力。这种情况下，右边的宇航员也能像左边的一样感受到重量。 那么要如何在太空里对宇航员施加这个力呢这就要从力的性质入手了。大家对
下面这个公式应该十分熟悉： 这个公式表明物体会在其受到的（净）合力下加速。力和速度都是矢量，现在我们只研究极短时间内物体的运动状况。在这个极短的时间段内，物体的平均加速度是： 图2 宇宙飞船中的宇航员的速度 做圆周运动需要加速度，这一点其实我们早就知道了——每次开车转弯时，你都能感受到这股沿着角加速度方向的力。宇宙飞船在旋转时的原理亦是如此。宇航员（在旋转飞船里）受到的表观重量只取决于两点——圆周的半径和旋转的速度（通常用角速度ω表示）。以合适的速度做匀速圆周运动，飞船里的宇航员也可以获得表观重量。下面是在旋转飞船里的表观重量的表达式（用重力加速度g 来衡量）： 大的宇宙飞船（半径r比较大）不需要转得太快。如果飞船比较小，就要转快一些。 图3 《星际穿越》中的宇宙飞船 二、宇航员能活着穿过虫洞吗 (一)虫洞是什么 虽然爱因斯坦和他的助手纳森·罗森（Nathan Rosen）最早不这么叫它，但是虫洞最初的确是他们的智慧结晶。当时他们正在试图用各方法来解爱因斯坦的广义相对论方程，以及用一个纯粹的数学模型来解释整个宇宙，包括重力，以及构成物质的各种粒子。其中包括的一种方法是将空间描述成两个几何面，其间由“桥”连接，而在我们的感知中，这些桥就是粒子。
物理学最前沿八大难题资料
物理学最前沿八大难 题
物理学最前沿八大难题 当今科学研究中三个突出的基本问题是：宇宙构成、物质结构及生命的本质和维持，所对应的现代新技术革命的八大学科分别是：能源、信息、材料、微光、微电子技术、海洋科学、空间技术和计算机技术等。物理学在这些问题的解决和学科中占有首要的地位。 我们可以从物理学最前沿的八大难题来了解最新的物理学动态。 难题一：什么是暗能量 宇宙学最近的两个发现证实，普通物质和暗物质远不足以解释宇宙的结构。还有第三种成分，它不是物质而是某种形式的暗能量。 这种神秘成分存在的一个证据，来源于对宇宙构造的测量。爱因斯坦认为，所有物质都会改变它周围时空的形状。因此，宇宙的总体形状由其中的总质量和能量决定。最近科学家对大爆炸剩余能量的研究显示，宇宙有着最为简单的形状——是扁平的。这又反过来揭示了宇宙的总质量密度。但天文学家在将所有暗物质和普通物质的可能来源加起来之后发现，宇宙的质量密度仍少了2／3之多！ 难题二：什么是暗物质 我们能找到的普通物质仅占整个宇宙的4％，远远少于宇宙的总物质的含量。这得到了各种测算方法的证实，并且也证实宇宙的大部分是不可见的。
最有可能的暗物质成分是中微子或其他两种粒子： neutralino和axions（轴子），但这仅是物理学的理论推测，并未探测到，据说是没有较为有效的测量方法。又这三种粒子都不带电，因此无法吸收或反射光，但其性质稳定，所以能从创世大爆炸后的最初阶段幸存下来。如果找到它们的话，很可能让我们真正的认识宇宙的各种情况。 难题三：中微子有质量 不久前，物理学家还认为中微子没有质量，但最近的进展表明，这些粒子可能也有些许质量。任何这方面的证据也可以作为理论依据，找出4种自然力量中的3种——电磁、强力和弱力——的共性。即使很小的重量也可以叠加，因为大爆炸留下了大量的中微子，最新实验还证明它具有超过光速的性质。 难题四：从铁到铀的重元素如何形成 暗物质和可能的暗能量都生成于宇宙初始时期——氢、锂等轻元素形成的时候。较重的元素后来形成于星体内部，核反应使质子和中子结合生成新的原子核。比如说，四个氢核通过一系列反应聚变成一个氢核。这就是太阳发生的情况，它提供了地球需要的热量。当然也还有其它的种种核反应。 当核聚变产生比铁重的元素时，就需要大量的中子。因此，天文学家认为，较重的原子形成于超新星爆炸过程中，有大量现成的中子，尽管其成因还不很清楚。另外，最近一些科学家已确定，至少一些最重的元素；如金、铅等，是形
物理学前沿论文
物理学前沿课程作业 题目：一、超导材料的研究与发展 光催化反应机理 二、TiO 2 姓名：谭琳 学号：S130720032
一、超导材料的研究与发展 1、 引言 1911年荷兰物理学家翁奈在研究水银低温电阻时首先发现了超导现象。后来又陆续发现了一些金属、合金和化合物在低温时电阻也变为零，即具有超导现象。物质在超低温下，失去电阻的性质称为超导电性；相应的具有这种性质的物质就称这超导体。超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。目前，超导材料已被应用于很多领域，本文拟就超导材料的分类、性质、应用、原理等方面展开论述，以帮助人们更好的认识超导材料。 2、 分类 2.1按成分分为： 元素超导体、合金和化合物超导体，有机高分子超导体三类。 2.2按Meissner 效应分为： 第一类超导体： 超导体在磁场中有一同的规律，如图a 所示：当H
物理学前沿简介
放射物理与防护绪论 物理学是自然科学中基本的学科，是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。在尺寸标度上涉及从基本粒子到整个宇宙，在时间标度上从飞秒级的短寿命到宇宙纪元。物理学确立的新概念和理论，已经成为人类对周围世界认识的不可分割的部分，直接影响到社会生产和生活，对社会发展起着推动作用。一、物理学的发展 纵观物理学的发展史，根据它不同阶段的特点，大致可以分为物理学萌芽时期、经典物理学时期和现代物理学时期三个发展阶段。 (一)物理学萌芽时期 在古代，由于生产水平的低下，人们对自然界的认识主要依靠不充分的观察，和在此基础上进行的直觉的、思辨性猜测，来把握自然现象的一般性质，因而自然科学的知识基本上是属于现象的描述、经验的总结和思辨的猜测。那时，物理学知识是包括在统一的自然哲学之中的。 在这个时期，首先得到较大发展的是与生产实践密切相关的力学，如静力学中的简单机械、杠杆原理、浮力定律等。在《墨经》中，有力的概念(“力，形之所以奋也”)的记述；光学方面，积累了关于光的直进、折射、反射、小孔成像、凹凸面镜等的知识。《墨经》上关于光学知识的记载就有八条。在古希腊的欧几里德(公元前450-380)等的著作中也有光的直线传播和反射定律的论述，并且对光的折射现象也作了一定的研究。电磁学方面，发现了摩擦起电、磁石吸铁等现象，并在此基础上发明了指南针。声学方面，由于音乐的发展和乐器的创造，积累了不少乐律、共鸣方面的知识。物质结构和相互作用方面，提出了原子论、元气论、阴阳五行说、以太等假设。 在这个时期，观察和思辨虽然是人们认识自然的主要手段和方法，但也出现了一些类似于用实验来研究物理现象的方法。例如，我国宋代沈括在《梦溪笔谈》中的声共振实验和利用天然磁石进行人工磁化的实验，以及赵友钦在《革象新书》中的大型光学实验等就是典型的事例。 总之，从远古直到中世纪(欧洲通常把五世纪到十五世纪叫做中世纪)末，由于生产的发展，虽然积累了不少物理知识，也为实验科学的产生准备了一些条件
物理学前沿问题探究
课程名称：前进中的物理学 论文题目：物理学前沿问题探究 学号： 姓名： 年级： 专业： 学院： 完成日期：
物理学前沿问题探究 我是南开大学物理学院的学生，自然对物理学的前沿问题较一般的同学有更多的了解，对这方面也更感兴趣，我希望能更多地了解这方面的知识，以使自己对物理学的未来有一个更清晰的认识。 物理学——一门非常严肃的科学，源自哲学，由于数学方法的引进而成为一门独立的科学，其终极目的是探知宇宙的精神。 我们的物理学发展到现在已经为我们认识和改造世界提供了一件又一件法宝： 光学显微镜，使生物学拥有了细胞学说； 蒸汽机，引发了工业革命； 引力理论，成为了太空航行的理论依据； 电力的发现，让化学出现了新的分支——电化学； 能量守恒定律，使人们不在盲目建造永动机； 热力学第二定律，指出了时间的方向性； 电子显微镜，使生命科学进入分子生物学时代； 电子计算机，引领世界进入信息时代； 将来，量子通信，量子计算机，必将使世界进入全新的量子时代！ 我相信物理学必将继续引领世界前进的步伐，但是其基础是一个个前沿难题的解决或新发现，物理领域有着大量的前沿课题，相信我们年轻的一代，以及其他未来的科学家必将在这些方面有所建树。 下面我将对这些疑难问题做一个概述： 1、关于整个宇宙和天体的创生和演化 宇宙起源问题、黑洞的研究、宇宙年龄问题、宇宙有怎样的结构、暗物质、暗能量、类星体的结构、引力波的存在问题、太阳系诞生问题、地-月创生和演化、生命起源于哪里、外星生命是否存在、宇宙加速膨胀之谜…… 2、微观世界中物质结构和基本粒子的相互作用及其运动规律 物质深层结构之谜（质子自旋危机）、概率论和决定论的争论、统一场论的最终导出（大统一、超统一）、超弦、真空不空问题、量子计算机、量子隐形传态、量子非局域性、量子论与相对论之矛盾、狭义相对论与超光速疑难…… 3、宏观范围内的非线性复杂性问题 自组织与耗散结构、分形与分维、多体问题、混沌理论、孤立波、
应用物理专业前沿小论文
实现光存储的关键——电磁感应透明（EIT）技术 辽宁大学 2015级 应用物理学 强子薇 151006132
【摘要】 自上世纪60年代激光发明以来，人们对光的性质的研究已经从经典光学拓展到非线性光学和量子光学等领域。由于激光的高度相干性和高强度等特点，光与物质的相互作用被广泛而渗入地研究。光与原子相互作用是量子信息科学的一个重要研究领域，自从频率与原子共振跃迁线匹配的激光器问世以后，这一领域的研究进展迅速。原子相干效应可以使原子共振跃迁频率附近的光学性质如吸收和折射（线性极化率）、非线性极化率等发生奇特的变化，产生电磁感应透明现象，即EIT(electromagneti-cally induced transparency )。1999年Harvard大学Hau 等人利用电磁感应透明（EIT）技术在450nK的超冷原子中实现了17m/s的极慢光速。基于EIT的慢光技术具有实现光存储的巨大潜力。 【关键词】 电磁感应（EIT）透明量子干涉慢光技术光存储 【正文】 一、慢光的产生 慢光原理：让我们来用相速度和群速度这两个概念来说明慢光的产生。一般而言，光在介质中的速度和介质折射率有关，而光的传播速度又可以分为单一频率光波传播的相速度都和许多频率成分组成的光波波包传播的群速度。相速度是指单色平面波在介质中其等相位面的传播速度。对于色散介质因不同频率的单色平面波将以不同的相速度在介质中传播。对由多个单色平面波构成的波包络，其传播速度用群速度。 从本质上说，控制群速度就是控制介质的色散特性，要想实现大的群速度改变，就得产生强色散曲线。而获得强色散曲线的其中一类方法便是在介质中通过控制光的吸收和增强来改变介质的色散特性。对普通介质来说，当光脉冲的能量不等于介质中原子的电子能级的能量差（即光是远离共振）时，发生“正常”色散。即在色散曲线中，折射率n随频率的增加而单调增加，这意味着折射率对频率的偏导大于零。因此，这种“正常”色散减小了群速度。[6] 由介质极化率的微观机理可知，在介质共振频率处存在大的折射率改变，可有效减慢光的传播速度，但与此同时，介质共振频率处存在强吸收，使得光波很难透过介质而被实验观察，因而在很长一段时间内对慢光的研究都停滞不前。 转机出现在上世纪80年代，人们意识到叠加的电子态被激发时介质的光学性质可以发生极大的变化。这种叠加态的激发涉及到量子光学中极其重要且影响深远的物理概念——量子干涉。由于量子干涉对介质的色散性质的改变，原本共振处的反常色散变为正常色散，这能引起介质折射率的加强及非线性效应的改变。介质色散改变的同时，其吸收特性也发生了变化。光可以透过高吸收的光密介质，不但没有损耗甚至出现放大，而且是无粒子数反转的放大。基于此的EIT 技术可以克服瓶颈，克服介质共振频率处的强吸收。 二、EIT技术的原理 电磁波本身是一种能量，感光材料一般都是混合物，其中的一种材料会吸收电磁波的能量，（原子吸收电磁能量会导致电子跃迁而改变化学性能），发生反应，由不透明变成透明，或者由透明变成不透明。这点和变色镜的道理是一样的，因为光也是一种电磁波，都是能量的形式存在的物质。最简单的变色镜原理：玻璃
物理学前沿学习心得
物理学前沿学习心得 专业班级：物联网13-01 姓名：司文哲 学号：311309080116
物理学前沿这门课是我看名字就选的一门选修课，因为本身对于物理拥有极大的兴趣，喜欢物理这门学科，并且还因为对物理前沿的知识感到好奇和前沿物理学的研究对世界的改变让我感到惊奇而选的这门课。在上前几节课的时候，一直听老师讲的是有关物理学历史的问题，这让我有困惑和不解，为什么报了个物理学前沿却在这听物理学历史，后来在一节课中老师也说到这个问题，然后思考过后，才觉得对于物理学的历史学习还是很有必要的，有助于整个对物理学的发展有个看法和了解，这样对物理学前沿问题才会感到有兴趣。经过4个星期的上课，多多少少也了解了点屋里前沿知识的大概皮毛，这篇心得就把老师提到的几个21世纪物理学的发展方向以及各个前沿的基本概念、前景总结一下，也算是对物理学前沿这门课程的学习总结。 在查阅物理前沿的资料之前，我先对有一节课老师放的宇宙的视频说一点我对宇宙的看法和认识，我觉得我们生活在繁杂世界中，纷纷扰扰，喜怒哀乐，总以为人才是世界的中心，殊不知这是多么渺小的想法。一个大自然就能轻轻松松把人类毁灭，更不用说浩瀚无边的宇宙了，宇宙就像心胸广袤，坐定如山的巨大长者。又如各个地方都在发生着变换，停歇不得的魔鬼。我们对宇宙的认识从华夏大地的人们认为的盖天说和巴比伦的拱形天地被大海环绕的世界，到无锡拉人从美学观念觉得地球是圆形的，认为天体和我们居住的大抵都是圆形的，再到地心说，日心说和万有引力定律的发现，再到发现银河系以外的星系，期间经过了人类多少的努力和困难，才认识到我们生活千万年的外界是什么东西，然而宇宙却千万年间一直在这里，巍然无比，让人心生敬畏。 21世纪物理学发展的前景还是非常巨大的，有许多我认为改变世界的发现还在研究当中在本篇中我查阅一些物理前沿的研究分支，作为自己简单的学习。 1.暗物质和暗能量 暗能量和暗物质是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量，宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量与万有引力来推动的。根据“普朗克”探测器收集的数据，科学家对宇宙的组成部分有了新的认识，宇宙中普通物质和暗物质的比例高于此前假设(73%)，而暗能量这股被认为是导致宇宙加速膨胀的神秘力量则比想象中少，占不到70%。]暗能量是宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要证据有两个。一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明，宇宙在加速膨胀。按照爱因斯坦引力场方程，加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的“暗能量”。暗能量是什么，它的存在意味着什么？科学家才刚开始尝试回答这些问题。暗能量对宇宙整体的作用泄漏了它的行踪，而人们逐渐意识到，暗能量不仅对整个宇宙有影响，似乎也能操控宇宙的居民，指引恒星、星系和星系团的演化进程。虽然以前并没有意识到暗能量对这些结构的影响，但天文学家们几十年来一直在研究它们的演化过程。 讽刺的是，暗能量的无处不在，反而让人们很难意识到它的存在。暗能量与物质不同，它是均匀分布的，不会在某个地方聚集成团。不论是在你家的厨房，还是在星际空间，暗能量的密度都完全一样，约为10^-26千克/立方米，相当于几个氢原子的质量。太阳系中所有的暗能量加起来，与一颗小行星的质量差不多，在行星的“舞蹈”中，几乎起不了作用。只有在巨大的空间尺度上和时间跨度上，才能体现出暗能量的影响力。 2.广义相对论 广义相对论是阿尔伯特·爱因斯坦于1916年发表的用几何语言描述的引力理论，它代表了现代物理学中引力理论研究的最高水平。广义相对论将经典的牛顿万有引力定律包含在狭义相对论的框架中，并在此基础上应用等效原理而建立。在广义相对论中，引力被描述为
工程热物理前沿课程论文(DOC)
研究生“工程热物理前沿”论文 重庆大学动力工程学院 二O一四年一月
摘要 我国是世界上能源结构以煤为主的国家之一，也是世界上最大的煤炭消费国。随着经济的发展，能源问题成为社会与经济发展的一个长期制约因素。关系全局的主要能源问题有：能源需求增长迅速，供需矛盾尖锐；能源结构不合理，优质能源短缺；效率低下，浪费惊人；环境影响更加严重。面对时代的召唤，工程热物理等相关学科将承担起我国国民经济发展的能源与环境的重大需求，努力推进节能和科学用能已成为学科的指导思想和核心，而抓紧化石燃料的洁净技术、大力开发可再生能源和新能源技术则是工程热物理学科的发展战略重点。本文主要介绍了工程热物理学科在核能发电技术、太阳能发电技术、生物质气化技术、燃料电池技术等新能源领域，及循环流化床洁净高效燃烧技术方面取得的成绩及未来发展方向。 关键词：工程热物理，核能发电，太阳能发电，生物质气化技术，燃料电池，循环流化床
ABSTRACT China is not only one of the countries whose energy structure is coal-based, but also one of the world's largest coal consumers. With the development of economy, the energy issue is the social and economic development of a long-term relationship factors, the main energy problem has global demand is growing rapidly, energy sharp contradiction between supply and demand, The energy structure unreasonable, high-quality energy shortage, Low efficiency and waste astonishing, The environmental impact is more serious. Facing the call of The Times, engineering thermal physical related subject will assume the development of our national economy energy and environment of the great demand to promote energy conservation and science use has become disciplines guiding ideology and the core, to grasp fossil fuel clean technology, vigorously develop renewable energy and new energy technology is engineering thermal physical development of the discipline of strategic emphasis. This article mainly introduced the engineering thermal physical sciences in solar power generation technology, nuclear power technology, biomass gasification technology, fuel cell technology and other new energy field, and circulating fluidized bed clean efficient combustion technology's achievements and future development direction. Keywords：Engineering thermal physical, nuclear power, solar energy, biomass gasification, fuel cells, fluidized bed
2020当代科学技术前沿知识92分
当代科学技术前沿知识(共50题，共100分) 一. 单项选择题(共20题，共40分) 1.（）是国际上首个独立掌握火星着陆巡视探测技术的国家。[2分] A前苏联 B美国 C日本 D中国 2.无人遥控潜水器最早出现在（），主要用于考古方面的研究。[2分] A1953年 B1973年 C1993年 D2003年 3.在生命起源的理论中，（）主张从物质的运动变化规律来研究生命的起源，认为在原始地球的条件下，无机物可以转变为有机物，有机物可以发展为生物大分子和多分子体系，直到最后出现原始的生命体。[2分] A特创论 B生源论 C泛胚种论 D化学进化论 4.海洋立体观测监视系统是利用多种技术手段，进行海洋综合、立体观测监视的组合系统，下列不属于海洋立体观测监视系统的技术手段的是（）。[2分] A调查船观测 B深海生物资源 C浮标监测 D卫星遥感 5.载人潜水器，特别是载人深潜器是当代海洋科技的制高点之一。下列属于我国载人深潜器的是（）。[2分] A“双鱼座”4号 B“深海6500”号 C“和平Ⅱ”号 D“蛟龙”号 6.（）年，前苏联成功发射人类第一颗人造地球卫星，开创了空间科技的新纪元，人类从此进入空间时代。[2分] A1947 B1957 C1967 D1977
7.（）由一层石墨层片卷曲而成，是结构最简单的碳纳米管。[2分] A单壁碳纳米管 B多壁碳纳米管 C石墨烯 D富勒烯 8.海岸带生境具有独特的生物群落和极高的生态价值，下列不属于海岸带生境的是（）。[2分] A热液口 B珊瑚礁 C湿地 D三角洲 9.相比传统燃油车，以下哪点不属于纯电动汽车的缺点：（）。[2分] A续航里程短 B充电时间长 C车辆能耗高 D仅适用于市区内通勤 10.1948年，（）物理学家伽莫夫等提出了大爆炸宇宙模型，该模型取得巨大的成功。[2分] A前苏联 B美国 C德国 D英国 11.近年来，一系列信息技术的发展及其在设施农业中的结合应用，颠覆了传统农业生产方式，发展出了智能高效的设施农业。以下哪项信息技术与设施农业的智能化发展无关：（）。[2分] A物联网 B云计算 C人工智能 D集成电路 12.载人潜水器，特别是载人深潜器是当代海洋科技的制高点之一。下列不属于载人深潜器的是（）。[2分] A“海翼”号 B“蛟龙”号 C“深海勇士”号 D“鹦鹉螺”号 13.纳米材料分为零维、一维、二维和三维材料，石墨烯属于（）纳米材料。[2分] A零维
物理学前沿知识
《九年义务教育三年制初级中学教师教学用书第二册物理》试用修订版上海科学技术出版社华东地区初中物理教材编写协作组编2002年8月第一版第一次印刷 参考资料P346 1、物理学——前沿科学的支柱 自然界是无限广阔庭丰富多彩的。物理学是自然科学中最基本的科学，它研究物质运动的形式和规律，物质的结构及其相互作用，以及如何应用这些规律去改造自然界。因此，物理学又是许多科学技术领域的理论基础。 从本世纪开始，物理学经历了极其深刻的革命，从对宏观现象的研究发展到对微观现象的研究，从研究低速运动发展到研究高速运动，由此诞生了相对论和量子力学，并在许多科技领域中引发了深刻的变革。 物理学在认识、改造物质世界方面不断取得伟大成就，不断揭示物质世界内部的秘密；而社会的发展又对物理学提出无穷无尽的研究课题。例如，原子能的利用，使人类掌握了武器和新能源；激光技术的出现，焕发了经典光学物理的青春，使许多以往光学技术办不到的事情，现还能办到了；半导体科学技术的发展，导致了计算技术、无线电通信和自动控制的革命；超导电性、纳米固体材料和非晶态材料的出现，如金属物理、半导体物理、电介质物理、非晶态物理、表面与界面物理、高压物理、低温物理等。此外，物理学与其他学科之间的渗透，又产生了许多边缘交叉学科，如天体物理、大气物理、生物物理、地球物理、化学物理和最近发展起来的考古物理等。 我们可以说，物理现象存在于人类生活和每个角落，发生在宇宙的每一地方，物理学是推动科学技术发展的重要支柱，它是自然科学中应用广泛、影响深刻、发展迅速的一门基础科学和带头科学。 2、“无限大”和“无限小”系统物理学 “无限大”和“无限小”系统物理学是当今物理学发展一个非常活跃的领域之一。天体物理学和宇宙物理学就属于“无限大”系统物理学的范畴，它从早期对太阳系的研究，逐步发展到银河系，直至对整个宇宙的研究。热大爆炸宇宙模型作为20世纪后半叶自然科学中四大成就之一是当之无愧的。利用该模型可以成功地解释宇宙观测的最新结果，如宇宙膨胀、宇宙年龄下限、宇宙物质的层次结构、宇宙在大尺度范围内是各向同性的等重要结果。可以说，具有暴胀机制的热大爆炸宇宙模型已为现代宇宙学奠定了可靠的基础。但是到目前为止，关于宇宙的起源问题仍没有得到根本解决，还有待于科学工作者进一步的努力和探索。 原子核物理学和粒子物理学等属于“无限小”系统物理学的范畴。它从早期对原子和原子核的研究，逐步发展到对基本粒子的研究。 基本粒子是在物质结构层次中属于比原子核更深层次的物质单元，如光子、质子、中子、π介子等。迄今已确认有400余种基本粒子，它们都是通过宇宙射线和加速器实验发现的。基本粒子的性质可用一系列描述其内禀性质的物理量，如质量、电荷、自旋、宇称、同位旋、轻子数、重子数、奇异数、超荷等表征。基本粒子之间存在着弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用（见下面介绍的“物质间的基本相互作用”）。通过这些相互作用，基本粒子可发生创生、湮没以及相互转化等现象。 按照参与相互作用的类型，通常将基本粒子区分为三大类：轻子、强子、和规范玻色子。轻子如电子、μ子和中微子等；它们仅参与弱作用和电磁作用。强子如质了、中子、π介子等，它们参与上述全部三种作用。规范玻色子如光子、中间玻色子（W±，Z0）、胶子等，它们是传递相互作用的媒介粒子，光子传递电磁作用，中间玻色子传递弱作用，胶子传递强作用，目前人们已经知道，强子都是由更小的粒子——“夸克”构成。至今已经发现了多种夸克。
物理化学-化学前沿与进展资料
砷钼酸盐化学研究进展与展望 巩培军104753140807 物理化学 摘要：多金属氧酸盐以其丰富多彩的结构及其自身的优良分子特性，包括极性、氧化还原电位、表面电荷分布、形态及酸性，使其在很多领域，尤其是材料、催化、药物等方面具有潜在应用前景，因而受到人们的广泛关注。本文选择目前报道尚少的砷钼杂多化合物为研究重点。 Abstract: Polyoxometalates (POMs), a fascinating class of metal–oxygen cluster compounds with a unique structural variety and interesting physicochemical properties, have been found to be extremely versatile inorganic building blocks in view of their potential applications in catalysis, medicine, and materials. In this paper, the main work has been focused on the rare reported arsenomolybdates. Keywords: polyoxometalates; physicochemical properties; applications 1 多酸概述 多金属氧酸盐化学至今已有近二百年的历史，它是无机化学中的一个重要研究领域[1-3]。早期的多酸化学研究者认为无机含氧酸经缩合可形成缩合酸：同种类的含氧酸根离子缩合形成同多阴离子，其酸为同多酸；不同种类的含氧酸根离子缩合形成杂多酸阴离子，其酸为杂多酸[4]。现在文献中多用Polyoxometalates (多金属氧酸盐) 及Metal-oxygen clusters (金属氧簇)来代表多酸化合物。 从结构上多酸是由前过渡金属离子通过氧连接而形成的金属氧簇类化合物，它的基本的结构单元主要是八面体和四面体。多面体之间通过共角、共边或共面相互连接。根据多面体的连接方式不同，多金属氧酸盐可划分为不同的结构类型，如Keggin、Dawson、Silvertone、Anderson、Lindqvist 和Waugh 结构等，它们被称为多金属氧酸盐最常见的六种基本结构类型（图1）。（1）Keggin 结构，其阴离子通式可表示为[XM12O40]n– (X = P、Si、Ge、As、B、Al、Fe、Co、Cu 等；M = Mo、W、Nb 等)；（2）Wells—Dawson 结构，其阴离子通式可表示为[X2M18O60]n– (X = P、Si、Ge、As 等；M = Mo、W 等)；（3）Silverton 结构，其阴离子通式为[XM12O42]n– (X = Ce IV等；M = Mo VI 等)；（4）Anderson 结构，其阴离子通式为[XM6O24]n– (X = Al、Cr、Te、I 等；M = Mo 等)；（5）Lindqvist 结构，其阴离子的通式为[M6O19]n– (M = Nb V、Ta V、Mo VI、W VI等)；（6）Waugh 结构，其阴离子通式为[X2M5O23]n– (X = P V等；M = Mo VI等)。其结构又决定其特殊性质的，如强酸性、氧化性、催化活性、光致变色、电致变色、导电性、磁性等。多金属氧酸盐由于各种确定的结构和特异、优越的物理化学性质，使它们在催化[5]、材料科学[6]、化学及医药学[7]等方面具有重要的应用前景。多金属氧酸盐可根据组成不同分为同多(iso)和杂多(hetero)金属氧酸盐两大类。这种分类方法一直沿用早期化学家的观点:即由同种含氧酸盐缩合形成的称同多酸(盐)，由不同种含氧酸盐缩合形成的称为杂多酸(盐)。多酸化学经过近两个世纪的发展，已经成为无机化学的一个重要分支和研究领