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第一篇第四章宇宙的结构层次与物质的基本单元（p78-79）第一节宇宙的宇观、宏观和微观三个层次构成物质的基本单位是夸克、轻子和传播子。

宇宙按其空间尺度和质量大小可分为宇观、宏观和微观三个层次。

一、微观层次（弱、强相互作用和电磁相互作用是支配微观层次的决定性因素）微观层次通常又分为粒子亚原子和原子分子两个层次。

随着原子核增大，质子间静电排斥逐渐增大，最终超过核力的约束，就不存在稳定的原子核，强相互作用与电磁相互作用的平衡条件决定原子大小的上限。

二、宏观层次（电磁相互作用是支配宏观层次的决定性因素）宏观物质是由大量原子分子形成的凝聚体系，其稳定条件是电子受原子核的为库伦吸引与电子之间因泡利不相容而有的排斥之间的平衡。

密度随体积或质量的增加而略有增加，万有引力逐渐增强并开始起作用。

三、宇观层次（万有引力相互作用则是支配宇观层次的决定性因素。

）在这个系列中，随着尺度和质量的增加，密度逐渐减小。

万有引力作用与电磁相互作用不同，它不能屏蔽和中和，随着质量的增加，万有引力逐渐占支配地位的相互作用。

弱强相互作用和电脑相互作用是支配微观层次的决定性因素，电磁相互作用是支配宏观层次的决定性因素，而万有引力相互作用则是支配宇观层次的决定性因素。

1661年，英国科学家玻意耳提出了化学元素概念，为科学地研究化学奠定了基础。

1803年，英国化学家和物理学家道尔顿用原子的概念阐明化合物的组成及其所服从的定量规律，并通过实验来测定不同元素的原子质量之比。

这种始于化学的原子假说叫做“化学原子论”。

1811年，意大利科学家阿伏伽德罗提出了分子假说，弥补了道尔顿原子学说中忽视了原子和分子区别的缺陷，两者结合成为“原子——分子学说”。

1869年，俄国科学家门捷列夫发现了元素的周期性递变规律并制成了元素周期表。

在人类认识物质结构的进程中，这是一个重大的成就。

第三节物质结构的基本单元1964年，盖尔曼提出了夸克模型，认为强子，包括质子和中子，都是由夸克组成的。

2024年浙江省绍兴市高三上学期11月选考科目诊断性考试高效提分物理试题一、单项选择题（本题包含8小题，每小题4分，共32分。

在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）(共8题)第(1)题2020年7月23日，“天问一号”探测器成功发射，开启了探测火星之旅。

截至2022年4月，“天问一号”已依次完成了“绕、落、巡”三大目标。

假设地球近地卫星的周期与火星近火卫星的周期比值为k，地球半径与火星半径的比值为n。

则下列说法正确的是（ ）A．地球质量与火星质量之比为B．地球密度与火星密度之比为C．地球第一宇宙速度与火星第一宇宙速度之比为D．如果地球的某一卫星与火星的某一卫星轨道半径相同，则两卫星的加速度之比为第(2)题我国科学家钱三强、何泽慧夫妇在实验中发现铀核也可能分裂为三部分或四部分。

如图是铀核俘获中子后，裂变成三个质量较大的核和一个质量较小的核时产生的径迹。

下列说法错误的是（）A．铀核裂变过程质量数守恒B．铀核裂变过程质子数守恒C．铀核裂变过程如果生成物不同，释放的能量可能会有差异D．铀核中使核子紧密结合在一起的作用是弱相互作用第(3)题质量相等的、两小球（视为质点）在同一竖直线的不同高度以不同的初速度同时竖直上抛，在球到达最高点时两球发生正碰且碰撞时间极短。

图中实线和虚线分别表示、两小球位置随时间变化的曲线，图线Ⅰ前半部分、Ⅱ后半部分关于时刻对称。

则下列说法正确的是（ ）A．时刻，球的速率大于球的速率B．碰撞前后瞬间，球的动量不变C．球先落回地面D．碰撞后球的机械能大于球的机械能第(4)题真空轮胎在轮胎和轮圈之间封闭着一定质量的空气。

海南夏天天气炎热，胎内气体开始升温，假设此过程胎内气体的体积不变，则此过程中（ ）A．每个气体分子动能均增大B．气体对外做功C．速率大的区间内分子数减少D．气体压强增大第(5)题以下四幅图中所涉及热学知识的论述，说法正确的是（ ）A．图甲为中间有隔板的绝热容器，隔板左侧装有温度为T的理想气体，右侧为真空。

原子核相干结构原子核的相干结构是指原子核内部的有序排列和组织结构。

原子核主要由质子和中子组成，它们通过强相互作用力相互吸引，形成相对稳定的结构。

下面是有关原子核相干结构的一些重要概念：1.质子和中子的排列：原子核中的质子和中子呈现一种有序排列的结构。

这种排列决定了原子核的性质，包括其质量数（质子和中子的总数）和原子序数（质子的数量）。

2.核子排列和壳模型：核子（质子和中子）的排列可以通过核壳模型来描述，该模型类似于原子的电子壳层结构。

核子填充能级，形成核壳层，这对于解释原子核的稳定性和反应性非常重要。

3.核子激发态：原子核可以处于基态（最低能量状态）或激发态（高能量状态）。

核子的激发态通常是通过吸收或释放光子或其他粒子而发生的。

原子核的激发态也与核子的排列有关。

4.原子核的形状：原子核的形状可能不是球对称的，特定的核子排列可能导致核形成椭球形、三角形或其他形状。

这种形状对于了解原子核的性质和动力学行为至关重要。

5.核力的作用：质子和中子之间通过强相互作用力相互吸引，这种力使得原子核内的核子相对稳定。

核力的作用决定了原子核的结构和能级分布。

6.同位素和同质异能素：具有相同质子数但中子数不同的原子核称为同位素，它们共享相似的核子排列。

同位素的变化可能影响原子核的相干结构。

同质异能素则指的是具有相同的质子数和中子数，但核子排列不同的核。

理解原子核的相干结构对于核物理、核工程和天体物理等领域的研究具有重要意义。

科学家通过实验和理论模型来深入探索原子核的结构和性质，从而更好地理解物质的基本构建块。

超原子结构的制备与构筑超原子结构是指由多个原子组成的一种新型材料，其尺寸通常为纳米或亚纳米级别，具有独特的物理和化学性质，因此在许多领域有着广泛的应用前景，如电子学、能源材料、催化剂等。

然而，由于其制备过程的复杂性和成本的高昂性，目前超原子结构的研究仍然处于初步阶段。

本文将介绍超原子结构的制备方法和构筑技术，并讨论其在未来的应用前景。

一、制备方法超原子结构的制备方法主要有两种，即自组装技术和化学还原法。

自组装技术是通过在适当的条件下，利用分子之间的特殊相互作用和化学反应来构造具有特定形状和功能的分子结构。

这种方法具有制备复杂超原子结构的优点，如具有良好的晶体结构、可控的成分和尺寸、高度有序等，但是制备的过程比较繁琐，需要较高水平的化学合成技术和仪器设备。

化学还原法是指通过还原剂对金属离子进行还原，将其还原为金属原子，并形成超原子结构。

这种方法具有制备单一超原子结构的优点，如高度纯度、形成晶体结构等，同时实验操作简单，具有较大的可操作性。

但是其制备的超原子结构尺寸较小，并且容易受到还原剂的影响，因此制备过程需要严格控制条件。

二、构筑技术超原子结构的构筑技术主要包括两种，即自组装构筑技术和高分辨率扫描探针显微镜技术。

自组装构筑技术可以通过自组装材料的分子结构来实现超原子结构的构筑。

这种技术已经应用于超原子结构的制备，不仅可以得到复杂的超原子结构，而且可以控制超原子结构的形状和尺寸，以及化学/物理性质。

但是使用自组装构筑技术的超原子结构的稳定性和可调性有待进一步研究。

高分辨率扫描探针显微镜技术是一种应用于获取样品表面准确三维形态的技术。

这种技术可以在纳米级别下观察样品表面的形貌和物理性质，以及与其相邻的分子和原子的位置和性质。

这种技术非常有用，可以用于实时跟踪超原子结构的构筑和稳定性。

三、应用前景超原子结构具有独特的物理和化学性质，因此在许多领域有着广泛的应用前景。

在电子学方面，超原子结构可以被用于构建更快、更小和更节能的电子设备。

中子npdf谱
中子npdf谱是指中子的结构函数的分布函数谱。

中子是由夸克组成的一种粒子，其结构函数描述了中子的内部组成和性质。

结构函数可以通过散射实验来测量，从而得到中子的分布函数谱。

分布函数谱可以描述中子中夸克和胶子的分布情况。

夸克分布函数描述了中子中不同类型夸克（上夸克、下夸克和奇异夸克）的分布数量和动量分布，胶子分布函数描述了中子中胶子的分布情况。

中子npdf谱的研究对于了解中子的内部结构、核物理等研究
领域具有重要意义。

它们可以用于计算中子的动力学性质，比如能量、动量和角动量等。

研究中子npdf谱的方法包括实验测量和理论模型计算。

实验
测量通常通过散射实验来获得结构函数数据，然后通过分析得到分布函数谱。

理论模型计算则是基于夸克和胶子的结构函数的理论框架，通过计算得到分布函数谱。

目前，中子npdf谱的研究仍然是一个活跃的研究领域，科学
家们不断提出新的实验方法和理论模型来探索中子的内部结构和性质。

超精细结构与能量能级的分析与计算超精细结构是物理学中一个重要的研究领域，涉及原子和分子的微观结构。

它描述了原子核自旋、电子自旋和电子轨道角动量之间的相互作用，对于理解原子和分子的性质具有重要意义。

本文将介绍超精细结构的基本概念，并探讨与之相关的能量能级的分析与计算方法。

超精细结构的研究起源于原子光谱的观测。

早期的实验观测发现，原子光谱中存在细微的分裂，这被称为超精细结构。

超精细结构的形成是由于原子核的自旋和电子的自旋以及电子轨道角动量之间的相互作用。

原子核的自旋会产生磁场，而电子的自旋和电子轨道角动量也会受到磁场的影响。

这些相互作用导致了原子光谱的细微分裂，形成了超精细结构。

超精细结构的分析与计算需要使用量子力学的方法。

量子力学是描述微观粒子行为的理论框架，它能够解释和预测原子和分子的性质。

在超精细结构的计算中，我们需要考虑原子核的自旋、电子的自旋和电子轨道角动量之间的相互作用。

这可以通过量子力学中的哈密顿算符来描述。

在超精细结构的计算中，一个重要的参数是超精细结构常数。

超精细结构常数是描述超精细结构强度的物理量，它与原子核的自旋、电子的自旋和电子轨道角动量之间的相互作用强度有关。

计算超精细结构常数需要考虑原子核和电子的相互作用以及它们的量子力学性质。

目前，计算超精细结构常数的方法主要有两种：一种是基于量子力学的方法，另一种是基于实验数据的方法。

基于量子力学的方法可以通过求解哈密顿算符的本征值和本征函数来计算超精细结构常数。

这种方法需要考虑原子核和电子的量子力学性质，例如薛定谔方程和波函数。

然而，由于原子核和电子之间的相互作用非常复杂，这种方法往往需要进行复杂的数值计算。

另一种计算超精细结构常数的方法是基于实验数据的方法。

这种方法通过观测和测量原子光谱中的超精细结构分裂来确定超精细结构常数。

实验数据可以提供超精细结构常数的准确值，但是需要进行精确的实验测量。

除了超精细结构常数的计算，还可以通过计算能量能级来研究超精细结构。

左手材料的构造介电常数主要反映媒质在电场中发生的极化对原电场产生的影响。

磁导率是反映媒质在磁场中发生的磁化对原磁场的影响。

故介电常数和磁导率都是微观粒子在电场和磁场作用下运动效果的宏观反映。

当构成媒质的结构尺寸比电磁波的波长小得多时，媒质与电磁波的相互作用的效果也可以用等效介电常数和等效磁导率来描述。

1. 等效负介电常数的产生方法等离子体频率：当电磁波的入射频率低于等离子体频率时，等离子体的等效介电常数为负值1。

等离子体的等效介电常数服从Drude 模型，即()2021p p ωωεεω=-⎛⎫ ⎪⎝⎭(1.1)式中：p ω=(1.2)为等离子体频率，等效介电常数随频率变化。

当工作频率小于p ω时，()0p ωε<。

此时，磁导率大于0，波矢为虚数，电磁波为倏逝波状态，电磁波在等离子体中不能传播。

大气中的电离层即为等离子体，对于频率较低的无线通信信号，由于等离子体效应产生全反射；金属在光频段和近紫外频段可以看做等离子体，但在较低频段其损耗较大，导致等离子体效应非常微弱，难以观察到。

1996年，J.B.Pendry 等人通过周期性的细金属棒阵列，实现了负等效介电常数特性2。

假定细金属棒在z 方向上为无限长，半径为r ，在x 和y 方向上的排列周期为a （a r ）。

设外加电场沿z 方向极化，并且满足低频近似条件（即工作波长a λ>>）。

1Jackson J D.Classical Electrodynamics [M]. New York: Wiley, 1975 2Pendry J B, Holden A J, Robbins D J, et al. Low frequency plasmons in thin –wire strctures[J]. J Phys: Condens Matter.1998,10:4785-4809.在这种金属Wire 周期阵列中，电子被限制在细金属棒里运动，辐射时仅仅能“发现”平均电荷密度，不能“看见”周期性排列的细金属棒，细金属棒阵列就构成一个整体，等效电子密度为2eff 2r nn aπ=(1.3)式中：n 为金属棒内实际的电子密度。