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海森伯（Werner karl Heisenberg 1901～1976）德国物理学家。生于维尔茨堡。1920 年入慕尼黑大学，在索末菲、维恩、普林舍姆和罗森塔尔等名师指导下攻读物理学。第一学期在解释反常塞曼效应的谱线中与众不同地首先引进了半量子数。第二学期结合流体力学，写出一篇关于“卡门”涡流的绝对大小的论文。1923 年获哲学博士学位。1924 年赴哥本哈根大学深造，协助玻尔工作。1927 年任莱比锡物理学院教授。1942 年任柏林理论物理研究所所长，兼任格丁根大学教授。1958 年任慕尼黑大学教授，兼任普朗克物理和天体物理研究所所长。

海森伯是矩阵力学的创始人，获 1933 年诺贝尔物理学奖。1925 年，提出用实验所能观察的光谱线的频率和强度（即振幅）的整体来代替看不见的电子轨道，以计算氢原子谱线的强度。为了对这个整体作数学处理，建立了有关计算符号和规则。这个规则把普朗克常数作为决定性因素引入，并写成《关于运动学和力学关系的量子论新释》一文。随即，与玻尔、约旦合作建立了矩阵力学。1927 年，在玻恩观点的基础上，提出了不确定关系。这个关系表明，一个微观粒子的某些物理量，如位置和动量，不可能同时具有确定的数值，其中一个量愈确定，另一个量不确定程度愈大。或者说，同时确定位置和动量时必有误差，两误差之积不能小于量子常数h0 尽管按照一般人的标准，这些误差是微不足道的，但在研究微观粒子时就不能忽略它们。不确定关系和玻恩的波函数概率解释一起，奠定了量子力学诠释的物理基础。

1928 年，与狄拉克同时提出交换相互作用的概念，引入交换力。与弗伦克尔各自独立地提出铁磁性的第一个量子力学理论，该理论以电子的交换相互作用为基础。1929 年，与泡利一起试图引入场量子化的普遍方案，给出量子电动力学的表述形式，为量子场论的建立打下基础。1932 年，提出原子核由质子和中子构成，并把它们看作是同一种粒子（核子）的两种不同状态，这是基本粒子特性同位旋概念的先驱。1934～1936 年，发展了狄拉克的空穴理论，假定真空极化效应的存在。1958 年，认为凡是符合能量和动量守恒定律以及有关粒子的“耦合”对称性的这些粒子，总是能够互相转变，它们不过是同一“物质”层次的不同特殊状态。把伊万年科的非线性自旋方程量子化，被称为伊万年科-海森伯方程。著有《量子论的物理原理》（1930）、《原子核物理学》（1943）、《基本粒子物理导论》

（1962）、《基本粒子统一场论导论》（1966）。

海洋光学（ocean optics）光学与海洋学之间的边缘学科。主要研究海洋的光学性质、光辐射与海洋水体的相互作用、光在海洋中的传播规律等。海洋光学的历史可追溯到 20 世纪 30 年代，当时着手研制了测定海洋水体光学性质的海洋光学仪器，对各大洋光学性质进行了现场测量和调查。20 世纪 60 年代以来，海洋光学进入发展阶段。在理论方面，主要是研究海洋水体对光辐射的散射、吸收、光谱等性质及光辐射在海洋中的传播规律。由于海水光散射函数的复杂性，使方程难以解析求解。近年来在理论上用蒙特-卡罗法求解，使海洋辐射传递的基础研究日趋完善，并对光散射方程取得了精度达 5%的结果。在应用方面，主要是研究海洋-大气非均匀系统的光信息传递、海洋水体激光光谱、海洋水体光学传递函数等。

其中海洋的光学遥感模式研究是现代海洋光学应用研究的重要内容之一。利用多光谱遥感资料，可测得海浪波高、波长、方向谱、海面粗糙度、海洋叶绿素含量和浅海水水深。河口泥沙分布、海区峰面运动、水团分布等也可由多光谱遥感信息经过数据处理获取。海洋光学目前使用的测量仪器主要有：①海洋探测激光雷达系统；②水中观察系统，包括水中照度计、水中准直光透射率计、水中光散射仪、水中分光光度计；③水下摄影系统；

④空中-水下激光通信系统。

海洋能（oceanic energy）海水中蕴藏着的可再生能。包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能、盐浓度差能。其中除潮汐能源于月球、太阳和其他星球引力外，其他海洋能均源于太阳辐射，或太阳辐射与大气的相互作用。

潮汐能、波浪能、海流能都属机械能。前两者是水面随时间作上、下运动的位能变化。海流是具有动能的流动水路，动能功率与流量及流速的平方成正比。海水温差是一种热能，海水的温度随着水深而变化，它的表面温度与深层温度之差达 20℃。近海水域及江河水的入海处的海水盐度差能是海洋的物理化学能。若在有盐度差的两种海水中隔以半透膜或阴离子透过膜，则在两种海水之间会产生压力差或电位差，见图 1、图 2。

■图 1 渗透压示意图

图 2 浓差电池的原理图

上述海洋能均可经能量转换装置而被利用。把潮汐能变换为电能的“潮汐发电系统”就是利用潮差的水力发电系统。即将潮汐能以位能的形式储存在水库内，然后利用水力推动水轮机，再由水轮机带动发电机变成电能。潮差越大，电能就越大。世界上最大的潮差为 15～16 米，目前法国的朗斯电站是世界上最大的潮汐电站，最大潮差为 13.5 米，总输出功率为 24 万千瓦。

海上的波浪能发电装置，就像一个倒置着的打气筒漂浮在海面上，其活塞连接着浮标，随着波浪的上下起伏，浮标带动活塞上下运动，波浪的机械能就转换成压缩空气的动力，然后再冲动空气涡轮机，带动发电机，最后转化为电能。也有直接利用装置将波浪变成巨浪而发电的。日本于1964 年制成了世界上第一盏用波浪发电的航标灯。

海流能的变换需将单向性的水流变成其他形态的运动，如旋流运动，进而通过增速装置使之能驱动发电机旋转。目前世界上对海流的利用还没有实际运转的成套设备。

海水温差能的利用是从海水的温度差异中提取有用功来推动热机，然后再转化为电能。目前在夏威夷海面上已建成的海洋温差电站是闭式循环系统（见图 3）。温热的海水使低温汽化的液体变成气体，从而冲击汽轮发电机发电，冷海水使气体冷却凝结。

■图 3 温差电站的闭式循环系统

盐度差能的能量转换装置之一是利用电化学中的浓差电池原理，而河流入海口是最理想的地方。另一种装置是利用海水和淡水间的盐份浓度差产生的渗透压来推动水轮发电机发电。目前，浓差能转化为电能这一课题尚属研究阶段。

海洋能是一种能循环不息地为人类所利用的可再生能源，单是温差能的可用功率估计就达 1010 千瓦数量级。可是海洋能的能量密度较低，致使

利用海洋能的装置极为庞大，耗资巨大。此外，海洋能量不稳定，如潮汐发电的间隙性及波浪能的显著随机性、海水温度变化的季节性等。海洋能的利用目前虽很昂贵，但它不占农田、不污染环境、不消耗任何燃料和资源，在能源严重缺乏的沿海地区或岛屿，将它作为一种补充能源加以利用还是十分可取的。

海洋卫星（seasatellite）用于观察海洋，为海洋研究和资源开发提供海洋信息资料的一种人造地球卫星。研究重大的海洋学问题需要大范围的水域资料，但由于大洋与大气间复杂的热动力相互作用引起的不稳定的各种尺度的海流和涡旋系统，使得海洋结构具有明显的分散性，海洋的各种参数也具有空间分布的不均匀性与时间上的多变性，而海洋卫星可提供从宇宙空间对海洋的大面积、长期、连续甚至于同步的系统观测。

利用海洋卫星电视像片可获大量海流信息，若配以卫星导航设备，能直接测量海流流速。根据云涡旋与风浪的关系，卫星云像片可用于研究密云下的风浪、与海洋地质有关的津浪（也称海啸）参数，例如对于传播速度约为 700 公里/小时的津浪，飞行在 200～300 公里高空的卫星完全能观测津浪所经过的路程，获得各种参数，并能预报津浪的运动趋向。海洋卫星上装备的红外辐射仪可根据海表面水释放的辐射能量来测定海面温度，它几乎能同时记录整个洋面的温度场，正确反映海洋温度特征。这类海洋卫星还可研究海洋与大气的相互作用，使长期天气预报的准确性大为提高。对海洋污染程度和性质进行系统测量是环境保护的一项具体重要措施。石油及其产品是海洋的主要污染物，鉴于油膜荧光的光谱特性以及油膜能减少面蒸发量的特征，从卫星上的可见光谱仪、冷发光遥测记录仪所获得的信息还可显示石油及其产品对海洋的污染程度。

美国于 1978 年 6 月发射了海洋卫星—1，这是一颗海洋监测实验卫星，它能全天候地监测全球海面的温度、有效波高、海面风速、风向和与海洋动力过程相应的海洋水准面的偏差。海洋卫星—1 每天在绕地球的轨道上转 14 圈，每 36 小时监测达 96%的洋面。卫星上装备有多台仪器，短脉冲

雷达高度计可测定有效波高，波高为 20 米左右时，精度达 10 厘米。风场散射计可测量近海风速和风向，在风速为 40～50 米/秒时，精度为 2 米/ 秒，角度差为 20 度。扫描式多通道微波辐射计用于测量全球海面水温，精度为 1～2K。卫星上还有合成孔径图像雷达用来监测海冰。

海震（oceanic earthquake）发生在海洋地区的地震，地下岩石突然断裂而引起地面剧烈摇动。海洋大震发生时，不仅地面摇动，而且会使海岸隆起形成沙滩或下沉于海面以下，或者造成海啸，同时在陆地上发生断层、裂隙和地滑等大地变形和破坏现象。此外，还有余震不断发生。

■海底地形示意图

海底地震主要分布在陆架狭窄、陆坡陡峭、陆隆不发育而被海沟代替的活动大陆边缘和大洋中脊。活动大陆边缘地震带的主体是环太平洋地震带，它释放的地震能量占全球总量的 80%。大洋中脊地震带释放的能量占全球总量的 5%。

海底大震的能量包括以地震波的形式被辐射出来的动能，地壳变动时的重力所具有的势能，因地壳变形产生或释放出的弹性应变能以及被消耗的热能。这些能量可以根据弹性波理论、地壳隆起和下沉量相应重力所做的功及弹性理论来估算。

亥姆霍兹（Hermann Von Helmholtz 1821～1894）德国物理学家、生理学家。生于玻茨坦。中学毕业后由于经济原因未能进大学。1838～1842 年，以毕业后需在军队服役 8 年的条件，取得公费在柏林皇家医学院学习。

1842 年发表了有关生理学的论文，并获得医学博士学位。1843～1848 年在玻茨坦任军医。1849 年任柯尼斯堡大学生理学副教授。1855 年任玻恩大学解剖学和生理学教授。1857 年任海德堡大学生理学教授。1871 年任柏林大学物理学教授。1860 年被选为英国皇家学会会员。

主要贡献是发现能量守恒和转化定律。1847 年，在新成立的德国物理学会发表了著名的《关于力的守恒》讲演，系统地论述了能量守恒和转化定律。主要论点是：①一切科学都可以归结到力学，给出了不同性质的力或能量的定量表示式；②把牛顿力学同拉格朗日力学统一起来，指出可用拉格朗日的方法以力所传递的能量或它所作的功来量度力；③把当时生理学的“有生命力的”能量同物理学的能量统一起来，并给出了数学表示式；

④所有这些能量是守恒的；⑤能量守恒定律不仅在机械运动中适用，而且在其他物理过程中也适用，主要包括：无摩擦的力学过程，引力作用下的运动，不可压缩的液体和气体的运动，理想弹性体的运动，光的干涉中出现的明暗条纹并不表示能量的消失而是能量的重新分布。这次讲演的内容后来写成专著《论力的守恒》出版。

亥姆霍兹在物理学的其他众多领域中也作出了重要贡献。生理光学方面，对眼睛的光学结构、色觉理论都有极为出色的研究。1851 年，发明了检眼镜，用于眼科检查，并提出了这种仪器的数学理论。生理声学方面，提出听觉的共振理论，建立了耳朵的模型，并利用共鸣器（称亥姆霍兹共鸣器）来分离和加强声音的谐音。流体动力学方面，提出有关涡旋守恒的基本定律，奠定了流体涡动理论的基础。化学过程的热力学方面，提出区别化学反应中的自由能和束缚能的概念，从而使前者成为判断等温过程进行方向的重要物理量。电磁学方面，1869 年，研制出由电感和电容组成的振荡电路。1870 年，发展了不规则导电体中电动力学过程的理论。著有《音调的生理基础》（1863）、《生理光学手册》（1867）、《化学过程的热力学》（1882）。■亥姆霍兹线圈

亥姆霍兹线圈（Helmholtzcoil）用以产生均匀弱磁场的装置。由半径相同、且结构完全一样的两个圆形线圈（通常是多匝线圈）组成。两线圈共轴平行放置，间距等于各线圈的半径（如图）。由毕奥—萨伐尔定律和磁场叠加原理可以证明，在两线圈中通以强度相同的同向电流时，在中央区域产生非常均匀的磁场，公共轴线中点 P 处的磁感应强度大小为

B = ( ) 5

3/2 μ0 NI ，

式中 R、N 分别是每只线圈的半径和匝数，μ0 为真空磁导率，I 为电流强度。

在实验室和工厂中，常用亥姆霍兹线圈产生不太强的均匀磁场，作为

磁场基准。

氦氖激光器（helium-neonlaser）一种能连续运转的气体激光器。工作物质为氖气。1961 年由杰文研制成功。图 1 所示为常见的内腔式结构氦氖激光器。谐振腔、放电管和激励电源是这种激光器的三个主要组成部分。直流高压使由铝筒阴极发射出来的电子加速，使它在气体放电管内向

阳极运动。高速电子与氦原子相撞，使基态氦原子跃迁到 21S0 态和 23S1 态。图 2 为氦和氖的能级图。氦的 21S0 和 23S1 能级的能量为 20.61 和 19.82 电子伏特，分别与氖的 3S 和 2S 能级的能量接近，因此很容易使氦的能量转移到氖原子。于是在氖原子的 3S—3P、3S—2P、2S—2P 等三对能级间可形成粒子数反转，实现波长为 3.39、0.6328 和 1.15 微米的三条激光谱线。这些激光的下能级都不是氖原子的基态，氦氖激光器是一种四能级系统。

一般实验室使用 0.6328 微米的可见光激光。它的谐振腔长度有 250

毫米到 1 米等多种规格，放电管直径在 1 毫米左右，储气套玻管直径约 45 毫米。阳极用钨棒，阴极用铝皮圆筒。反射镜反射率为 99.85%和 98%。氦氖气压比为 5∶1 到 7∶1，总气压为 266 帕。

■图 2He 及 Ne 部分能级图

为了输出波长为 0.6238 微米的激光，须抑制 3.39 和 1.15 微米波长的

光振荡。常用的方法是使反射镜只对 0.6328 微米波长的光有高反射率。还

可采用其它方法，如在谐振腔中放置对 3.39 微米光有吸收而对 0.6328 微米光为透明的甲烷气体吸收盒，或者在谐振腔中插入一块棱镜，利用它对不同波长的光的色散作用，只让 0.6328 微米光在腔中往返而让 3.39 微米光逸出腔外。

氦氖激光器由于其频率稳定性高、相干性和方向性好，经常应用于实验、测量、准直和全息照相。缺点是输出功率较小，约在 1 毫瓦到 100 毫瓦之间。

航天飞机（spaceshuttle）可往返于地球表面与近地轨道之间，运送有效载荷和人员，并能重复使用的航天器。它用火箭送入轨道，在轨道上像飞船一样运行，完成任务后，利用机上的小型推进器再入大气层，然后像飞机一样滑翔与着陆。航天飞机是航天与航空技术相结合的产物。

用火箭助推飞机的设想，始于本世纪 20～30 年代。现代航天飞机研制计划的实际执行，则由美国在 1972 年开始。1981 年 4 月，“哥伦比亚” 号航天飞机试飞成功，1982 年 11 月投入实际使用。此后又有“挑战者” 号、“发现”号、“亚特兰蒂斯”号等多架相同型号的航天飞机往返于地面和太空执行任务。航天飞机的出现标志着航天运载器由一次使用的运载火箭转向多次重复使用的航天推进器的新阶段。

航天飞机一般由轨道器、助推器和外贮箱三部分组成。助推器实际上是两枚固体火箭，为航天飞机垂直起飞和飞出大气层提供大部分推力，它们平行地安放在外贮箱两侧（图 1）。固体火箭助推器完成助推任务以后，与外贮箱脱离，由降落伞减速，溅落在海面上被

■图 1

回收，经适当整修以后，可以重复使用达二十次以上。外贮箱在起飞阶段将轨道器和助推器连结在一起，待固体火箭完成助推任务以后，将箱内贮存的液氢、液氧供轨道器的主发动机使用，将轨道器送入轨道后，自行脱落，它是航天飞机上的一次性使用的部件。轨道器是可返回地面的部分，它是一个类似于飞机的薄壁结构，外表的大部分覆以陶瓷防热瓦，能承受再入大气层时的气动加热，完成运载任务返回地面后能再次使用。轨道器分为前机身、中机身、后机身和机尾及尾翼几部分。乘员舱在前机身中。中机身是一个大型货舱，舱中装有各种有效载荷如人造地球卫星等，在轨道器入轨后，可通过操作设备（如机械手等）将它们直接送入近地轨

道，或由轨道器送入近地轨道后，再从这个轨道发射进入高轨道，或者，轨道器可以把在近地轨道上运行的航天器回收，置入这个大型货舱中，再带回地面。轨道器的货舱很大，例如“哥伦比亚”号航天飞机，可以把 29.5

吨重的有效载荷送入近地轨道，并可把 14.5 吨重的载荷带回地面。轨道器的后机身装有三台可重复使用五十次以上的主发动机和二台轨道机动发动机，是入轨和出轨的动力装置。轨道器内还装有控制、导航、数据处理、通讯、生命保障和电源等分系统。航飞天机的飞行程序如图 2 所示。

航天飞机具有多种功能。它具有载人宇宙飞船的作用，也能与各种有效载荷相配合，进行通讯、侦察、

■图 2

空间救生和攻击以及空间科学实验等一系列工作。与火箭相比，航天飞机所涉及的科学技术问题更为复杂。火箭发动机通常是一次使用的，工作时间一般不超过几分钟，而航天飞机的发动机却要使用多次，累计工作时间大为加长，因此，在发动机的设计、工艺和材料等方面的要求大大高于一般的火箭发动机。航天飞机的外形远比火箭复杂，因此在升空和轨道器返回大气层的过程中，所遇到的空气动力学问题也远较火箭的空气动力学问题复杂。一般航天器只使用一次，再入防热问题比较容易解决，航天飞机的轨道器是重复使用多次的，所以对防热材料的要求更高。固体火箭和轨道器的无损回收，也是一个难题，尤其是因技术上的原因，在轨道器上往往不再安装一般飞机在大气层中飞行所使用的空气喷气发动机，轨道器在稀薄大气层中以高速、大攻角的飞行姿态，转变到在稠密大气层中以接近零度的小攻角用通常飞机的速度进行复杂的滑翔飞行，包括寻找机场、对准跑道、下滑、放襟翼和起落架等，都只有一次机会，这要求地面导航系统具有极高的精度和可靠性。以上都是航天飞机设计、制造、出入轨道、发射和回收中所遇到的高技术问题。但因航天飞机可以重复使用，且有多种功能，因而为人类的航天活动开辟了更广阔的前景，使航天活动和航天技术进入了一个新的阶段。

毫伏表（millivoltagemeter）一种测量电压的电子仪器。由于毫伏表中在指示仪表前面加上放大电路，因此具有灵敏度高、量程大、输入阻抗大等优点。整机一般由检波电路、放大电路、表头和稳压电源四个环节组成。图 1 为检波—放大式，其特点是被测电压 Ux 加到仪表输入端后，先检波，后放大。由于检波后的电压已是直流，所以频率测量范围可以做得很高，达几十兆

■图 1 检波—放大式

赫，但是被测电压未经放大先检波，在测量较小电压时，受外界干扰影响较大，因此只能作伏特表。图 2 是放大—检波式，其特点是被测电压Ux 先作交流放大，后检波，便于对弱电压的测量。毫伏表具有测量范围大

图 2 放大—检波式

（lmV～1000V，分十档左右）、输入阻抗高（约 1MΩ左右）、被测电压频率范围宽（20Hz～1MHz）等优点，它是实验室中常用的仪器之一。

耗散结构（dissipative structure）热力学系统远离平衡时可能出现的宏观自组织有序结构。以比利时科学家普里戈金为代表的布鲁塞尔学派在 1969 年首次提出了关于耗散结构的理论，把只涉及热平衡状态和近平衡的线性不可逆过程的热力学理论，推广到远离平衡的非线性非平衡

区，揭示出非平衡和不可逆过程在建立自组织有序结构方面所起的重要作用。自然界中发生的许多实际过程，尤其是生命过程，都是某种远离平衡的不可逆过程，因而耗散结构理论不但在物理学，而且在化学和生物学等其他领域中，都有广泛的应用前景。

从热力学观点看，自然界中存在两类有序结构。一类是在分子水平上形成的有序结构，它可以作为孤立系统而存在。例如固体中的晶格点阵结构。另一类是在宏观层次上的有序结构，它只能通过与外界交换物质和能量才能得以实现。例如生物体在结构和功能上高度复杂的有序行为。传统热力学可以解释前一种有序结构的成因，但不能说明第二种有序结构的起源。因为在平衡态热力学中，非平衡是暂时的，不可逆过程只能起着耗散能量和破坏有序结构的作用。本世纪 30～40 年代，虽然已形成了不可逆过程热力学，但它仅限于讨论接近平衡态的非平衡过程，因而又称为线性不可逆过程热力学。它的主要理论成果是美国科学家昂色格提出的“倒易关系”（见不可逆过程热力学）。他发现，在不可逆过程的线性范围，与各种不可逆过程分别对应的唯象系数的矩阵是对称的，这种对称性的存在也是与各种不可逆现象联系的元过程的时间反演不变性的严格结果。根据这种倒易关系，可以讨论非平衡体系的种种不可逆过程。普里戈金等人成功地把平衡态热力学以及不可逆过程热力学推广到远离平衡的非线性区，他论证了，当系统远离平衡时，有可能通过与外界交换物质和能量以及依靠内部的不可逆过程形成宏观上的有序结构——耗散结构。耗散结构的典型例子是贝纳德对流。它的实验装置和结果大致如下：在两块很大的平板之间充满流体，然后使两板产生温度差，并在液体内部形成温度梯度。当温度梯度较小时，液体内的热流以热传导方式传递；一旦当温度梯度超过一定的临界值时，流体内部便开始出现有序排列的六角形晶胞，并伴随有宏观上的对流，这就形成了贝纳德花纹。之所以称它为耗散结构，正是为了强调这种结构的形成必须依靠外界提供热量或物质的交换，没有足够的热流或物质流，耗散结构就不会出现。普里戈金还指出，这类有序结构的出现，总可以被看成是某种无序状态（例如均匀的稳定状态）失去稳定性并且被涨落放大的结果。当非平衡系统处于外界条件的临界值附近时，它可能对外场（例如电磁场、引力场）的扰动特别敏感，从而导致对描述该系统的宏观非线性方程的机制上的涨落，引起系统状态的改变。

在耗散结构的热力学理论中，非平衡是有序之源，涨落触发新结构，因而它不是抛弃传统热力学的基本结论，而是对传统热力学作了重要的补充和推广。这种理论不但为弄清自然界的各种自组织现象指出了方向，也为阐述生命起源、宇宙演化等复杂问题提供了启示。由于普里戈金的这一杰出成就，他荣获了 1977 年诺贝尔化学奖。

核磁共振（nuclear magnetic resonance）核磁矩受外加交变磁场作用而出现的强烈吸收能量的现象。原子核磁矩在外界恒定磁场作用下将绕着磁场方向作进动，这时如果再在沿着垂直于磁场的方向上施加一高频交变磁场，则当其频率与原子核磁矩的进动频率相等时，便会发生核磁共振。从量子论的观点来看，核磁矩在外场中的取向是量子化的，由于原子核与外磁场的相互作用将使其能级发生分裂。当外加高频交变电磁场光子的能量 hv（h 为普朗克常数，v 为频率）等于某两个分裂能级的间距时，原子核使可能从较低能级的状态跃迁到较高能级的状态。因此在该电磁场

频率 v 附近存在一个能量共振吸收峰。

核磁共振频率与外加恒定磁场的强度与原子核磁矩的乘积成正比，所以核磁共振技术可用于磁场和原子核磁矩的精确测量。对于实际材料来说，样品核所在处的磁场除外加磁场外，还有内磁场。内磁场来源于样品核周围的其他核以及电子和离子的场。内场的作用使物质的核磁共振谱线呈现复杂结构。所以原子核可视为安置于物质内部的微小探针，通过对它的共振谱线结构的分析来探测物质的微观结构以及微观相互作用。核磁共振技术已成为一种重要的材料无损分析手段。若在样品的不同位置处外加不同强度的磁场（如线性梯度磁场），则样品材料不同位置处的原子核具有不同的磁共振频率，共振吸收谱线强度的频率分布便对应于共振核的空间分布。再借助于计算机，便可重新组建出原来物体的图像，这就是核磁共振成像技术。

与核磁共振原理相同的其他磁共振现象还有电子顺磁共振和铁磁共振。顺磁质离子或顺磁质点缺陷的电子磁矩与外磁场作用而出现的磁共振现象称为电子顺磁共振。铁磁质中的电子磁矩所产生的磁共振现象称为铁磁共振。

核磁共振成像（nuclear magnetic resonanceimaging）简称 MRL，是 70 年代末随电子计算机技术、电子技术和超导技术的发展而出现的新颖医疗诊断技术。它利用核磁共振原理，采用精确的磁场扫描技术，由电子计算机完成复杂的信息处理工作。它可以把生物体和人体内各部分的元素分布和不同状态显现出来，从而得到运动器官、组织细微改变（如癌的扩散）以及其他成像方法难观察到的病变（如脑瘤）的像。该技术与 X 射线断层成像、正电子断层成像和超声断层成像相比，无辐射伤害，使用安全，目前已广泛应用于临床研究和诊断。

核磁共振原理是由美国的 Purcell 和 Bloch 首先于 1946 年发现的，此后在物质的化学分析方面得到了广泛应用。核磁共振技术最早应用于生物学中是利用其高分辨谱来研究生物大分子的结构。由于它具有非破坏性、测量迅速、分辨率高等特点，因此发展很快。1972 年 Damadian 首先提出把核磁共振成像用于医学诊断的可能性。 1973 年 Lauterbur 首先用投影重建技术得到 MRI 图像。1979 年他又提出在均匀磁场上附加一个梯度磁场，使磁场成为空间函数。如果改变梯度对样品的取向，并积累各方向上的波谱数据，就可得到样品中某一截面上的共振核密度分布图形，从而奠定了核磁共振成像技术的理论基础。核磁共振成像仪可以在不改变被测者位置的情况下，通过改变脉冲序列，完全自由地按照医生所需成像层面的方位，获得任意方向断面的图像，而且可以任意取出任何角度切片的图像进行研究，给临床诊断工作带来极大的方便。因此，核磁共振成像被称为是诊断医学上的一种技术革命。

我国于 1982 年开始研制 MRI，1984 年组建了科健公司，于 1988 年开发成功第一套永磁式 MRI 系统，其图像质量达到国外同类机型水平。目前正研制性能更完备及适应多种场合使用的核磁共振成像仪。

核反应（nuclear reaction）具有一定能量的粒子与原子核碰撞，发生相互作用后使原子核的状态发生变化或成为另一种原子核的过程。一般核反应可用符号记为 A（a，b）B，A 为靶核，a 为入射粒子，b 为出射粒子，B 为剩余核。按照参加反应粒子的能量，可将核反应区分为低能核反

应（小于 102MeV），中能核反应（102～103MeV）和高能核反应（大于 103MeV）。按照入射粒子的种类，核反应又可区分为中子核反应，光核反应，电子引起的核反应，轻离子（指α粒子以及比它更轻的离子）核反应，重离子（指比α粒子更重的离子）核反应等。

为了描写反应过程的能量关系，核反应 A（a，b）B 常记为 A+a→B+b+Q，其中 Q 称为反应能，是核反应过程中释放的能量。Q＞0 时，反应中将放出能量，称为放热反应；Q＜0 时，反应中将吸收能量，称为吸热反应。对于吸热反应，只有当入射粒子的动能大于某一值（称为阈能）时，反应才可能发生。对于一定的入射粒子和靶核，可能发生多种核反应。产生各种反应的概率用“反应截面”这一物理量来描述。研究原子核反应对于了解原子核的性质、核反应机制、新原子核的形成以及核技术应用等方面都有重要的意义。

核聚变（nuclear fusion）轻核结合成质量较大的核的反应。从原子核中核子的平均结合能（参见原子核）来看，质量小于α粒子的轻核结合成较重的核时将放出能量。几种典型的放能聚变反应是

D+D→T（1.01MeV）+p（3.03MeV） D+D→3He（0.82MeV）+n（2.45MeV） D+T→4He（3.52MeV）+n（14.06MeV） D+3H→4He（3.67MeV）+p（14.67MeV）

其中 D 为氘（2H），T 为氘（3H），P 为质子，即氢核，n 为中子。在上述第三个氘—氚反应中，释放的能量为 17.58MeV，平均每个核子放出3.5MeV。上述第一和第二种氘—氘反应概率相等，以纯氘为燃料的反应当温度足够高时，上述四种反应都可发生，总效应为

3D→4He（3.59MeV）+p（8.85MeV）

+n（8.25MeV）+0.915MeV

即每燃烧掉一个氘核可得 7.2MeV 能量，或平均每个核子放出 3.6MeV。作为比较，铀—235 裂变时放出的能量为 200MeV，平均每个核子放出约1MeV。除上述氘—氘和氘—氚反应外，未来可能采用的聚变反应还有锂— 氢、锂—氘、以及锂—氚反应等。

核力（nuclear force）使核子能够紧密束缚为原子核的相互作用。核力并不是一种基本力，它具有较复杂的性质。

核力的性质 核力的性质主要是它的短程性、电荷无关性与饱和性。核力主要是一种吸引力，但是随着距离的不同，核力的表现有所不同。当两核子间的距离大于 5×10-15 米时，核力便消失，所以它是一种短程力。当核子间的距离为 2～5×10-15 米时，它是一种弱吸引力（称为长程弱吸引力）。当距离为 0.8～2×10-15 米时，它是一种很强的吸引力，其强度比该距离上两质子间的库仑力大得多，因此足以克服静电斥力，从而使核子紧密地束缚在一起而形成原子核。当两核子间的距离小于 0.8×10-15 米时，核力又表现为排斥力（称为排斥芯）。

核力本质上不是电磁力，所以核力与核子所带电荷无关。质子—质子、质子—中子、中子—中子间的核力相互作用都是相同的，这就是所谓核力的电荷无关性。最后，较重（A＞40）原子核中每个核子所占体积大致相同，每个核子的平均结合能也大致相同。这一事实表明，每个核子仅仅与最邻近的几个核子发生较强的吸引力作用。因此核力与分子之间的作用力一样

具有饱和性。

核力的起源 1935 年，日本物理学家汤川秀树建立了“核力的介子理论”，认为核力是通过交换后来被定名为π介子的粒子而发生作用的。60 年代后人们开始认识到核子和介子等粒子都具有内部结构，它们都是由更基本的粒子——夸克所构成。核力并非一类基本力。存在于夸克之间的通过交换胶子的强相互作用力才是一种基本力。核力是组成核子的夸克之间强作用力的一种次级作用力或剩余作用力。不过，怎样用夸克理论导出核力在目前尚不清楚。

核裂变（nuclear fission）重原子核分裂成两个（或多个）中等质量原子核（亦称碎片）的过程。可分为自发裂变和感生裂变。自发裂变是没有外界作用时的裂变，是重核不稳定性的一种表现。在一般情况下，重核的自发裂变是一个十分缓慢的过程，且常常不是这种核的主要衰变方式（主要是α衰变）。感生裂变是指外来粒子，如中子、质子、氘、α粒子以及光子等诱发的裂变，其中由中子引起的裂变最为重要。中子不带电，穿透性很强，因此很容易接近重核并诱发裂变反应。裂变产生的碎块可以有多种组合方式，例如中子引起的铀—235 的裂变，可以分裂为钡—144 和氪—89，也可以分裂为氙—140 和锶—94，以及其他多种可能性。

核裂变现象可用核的液滴模型和复合核反应机制来解释。中子被核俘获后形成复合核，复合核处于激发态，它将发生集体振荡并改变其形状。此时存在两种作用，表面张力将试图使原子核恢复球形；库仑斥力将使核的形变增大，并最终使它一分为二。库仑能与表面能的比值愈大，裂变的可能性也愈大。

原子核裂变过程中不但释放出巨大能量，而且每次裂变时还伴随着中子的发射。发射的中子数有多有少，平均来说，铀—235 裂变产生的中子是 2.5 个。这些中子又可能被附近的核吸收，引起这些核的裂变。只要中子没有损失或损失很少，铀—235 的裂变反应就会持续不断进行下去，这就是所谓裂变链式反应。这种链式反应的发现，使原子能的大规模利用成为可能。例如作为估计，当重核分裂成两块中等质量原子核时，平均结合能将增加 1MeV。精确的数值将依赖于裂变碎片的具体情况，但平均来说，每个铀—235 裂变时将释放出约 200MeV 的能量。1 千克铀—235 约有 2.55

×1024 个原子，因此 1 千克铀—235 通过链式反应所释放的全部能量约为

（2.55×1024）·（200×106）·（1.6×10-19）≈8.2×1013 焦耳。

核模型（nuclear model）原子核物理学研究中反映原子核的结构及其性质的物理图像。由于目前对原子核的结构及其性质尚无完整的统一理论，各种核模型都并不完整，只是各自根据部分已知事实而建立起来的。目前最重要的核模型有液滴模型、壳层模型、综合模型，以及光学模型和统计模型等。

液滴模型 根据各种原子核中每一核子的平均结合能和占有体积几乎是常数这些事实，将原子核看成是一种不可压缩，且有很大表面张力的带有电荷的理想“液滴”，根据液滴的运动规律对原子核的行为进行描述。这一模型可以解释原子核的结合能、核裂变和某些核反应等。

壳层模型 一种半唯象的原子核结构模型。原子核的某些性质随中子或质子数的增加显示出周期性变化，当质子数或中子数等于某些值（这些值称为“幻数”）时，原子核特别稳定。因此人们设想整个原子核与原子

的情况类似，也存在壳层结构。该模型假设原子核中每一核子都独立地处在其余核子的球对称势场中运动。在计入核子的自旋和轨道相互作用后，利用量子力学中处理原子结构的类似方法，便可导出原子核的壳层结构。幻数即相当于完整壳层的核子数。此模型能解释原子核的基态和低激发态的宇称和角动量等性质，但无法解释另一些性质，如激发态能量、磁矩、电四极矩等。

综合模型 能统一描写原子核内核子的单粒子运动和集体运动，兼有液滴模型和壳层模型优点的一种原子核结构模型。该模型假设，原子核内满壳层（亦称核实）中的核子具有液滴模型所描述的集体运动性质，存在整体的振动、转动和变形运动。满壳层外的价核子则在核实的平均势场中运动，具有壳层模型所描述的单粒子运动性质。该模型能够解释原子核的磁矩、电四极矩以及原子核的转动和振动等性质。

核污染（nuclear pollution）由于人们活动所引起的剂量超过自然本底辐射或规定标准的放射性物质的排放。放射性物质能自发地发射α 射线、β射线和γ射线，实际上它们分别是氦的原子核、电子和波长在毫微米以下的电磁波。射线与受照物质会产生相互作用，主要形式表现在电离和激发，使受照物质的状态发生变化，对生物体来说，会造成损伤。

在周围环境中到处都有天然存在的放射性物质及电离辐射，这构成了自然本底辐射，其中来自地面的辐射有 50%，海平面的宇宙射线为 30%，人体内的辐射为 20%。来自 X 光机、钟表夜光装置及电视机的人工辐射，即使是核设施向大气和水环境的常规、连续的放射性气体和液体的排放，其剂量都远小于天然本底辐射。因此可以认为这是放射性对环境的正常影响。

随着核工业的日益扩大、核电站的不断建立，污染可能增加，若核企业的放射性物质的排放超过允许标准以及核设施发生事故，逸出大量放射性物质，则会造成严重的环境污染。

在核工业体系中，铀矿的开采和加工以及核燃料后处理是环境污染的重要环节。前者所造成的废物放射性较低，但排放量大、分布广。固体废料有废矿石、矿渣和尾矿。液体废料是作业过程中的废水，废水中含有较高浓度的放射性物质，它所携带的放射性泥沙沉积在排放口附近又会造成新的污染源。废液的长期、任意排放会使河水不能饮用，鱼类与水生生物绝迹。某些水生生物具有浓缩环境中的放射性物质于自己体内的能力，这些生物若被食用，大量放射性同位素就会进入人体。利用污水灌溉的土壤，会使农作物中含放射性物质的含量提高。铀矿山排放出的有害气体主要是氡及其衰变子体和放射性粉尘等。通常在排风口浓度较高，超过居民容许标准，引起环境大气污染。

核燃料的后处理是指从反应堆取出的含有大量裂变产物的核燃料元件中提取钚 239 和回收铀。作业过程中的大量工艺冷却水、设备去污水和洗涤水经简单的沉淀、过滤等处理后排放入河流，这是后处理过程最易造成环境污染的一环。至于生产过程中产生的高放射性水平的酸性废水，则通过浓缩后贮存在不锈钢罐内。中等放射性水平的废液经处理后也可排入具有较好离子交换性能的土壤结构的渗坑内。

核事故的发生会造成环境的严重污染，如反应堆运行发生故障、操作不当、放射性物质运输事故、废液贮存容器泄漏等。1957 年，英国温茨凯

尔后处理厂 1 号反应堆由于操作不当引起事故。共排放出放射性物质 3 万

多居里，其中碘 131 为最高，工厂周围牧场牛奶中的碘 131 浓度迅速升高，使牛奶报废，造成一定的经济损失。居民甲状腺受照射的剂量显然高于非事故区的居民受照量。污染范围也超出英国国界而波及到法国、西德、荷兰、挪威等国。1986 年 4 月，原苏联切尔诺贝利核电站因工作人员违反操作规程而使反应堆熔化燃烧，安全壳被爆破，死亡 2 人。辐射受伤 204 人。

当地的核辐射值为正常允许量的 1500 倍。

核试验也会带来全球性污染。在核爆炸的瞬间能产生穿透性很强的中子和γ射线，而后还会留下不断放射α、β和γ射线的放射性物质。大气层核试验所产生的放射性物质有裂变产物、没有起反应的核材料以及核弹体材料与中子反应生成的感生放射性物质，它们以小颗粒形式随烟云升到对流层顶以至到达平流层，并随高空的大气环流流动，最后慢慢地沉降到地面。这种全球性沉降产生于当量足够大的地面爆炸和低空爆炸，或者当量较小但爆炸高度较高的核试验。受气象条件的影响，在爆炸区附近和下风方向可能造成较为严重的污染。1954 年，美国在太平洋比基尼岛上进行氢弹试验，由于风向的突然变化，使放射性沉降物落到附近的岛上以及日本渔船上，总受害人员达 260 人。

地下核试验主要对地下水产生污染，当地下水流经地下爆炸空腔和“烟囱”区时，核爆炸产生的放射性物质会溶入水中而被带走。“泄漏”也是地下核试验时有可能发生的问题。在核试验后的一段时间内，近地面空气中的放射性浓度明显增高，通过降雨、降雪，大气层中的放射性同位素沉降到地面土壤中，其含量高低与核试验有关。海洋中放射性同位素的主要来源也是核试验所产生的放射性沉降物，核工业排出的废水和核动力船舰所排出的放射性废物也会引起海洋污染。

由于大气、土壤及水域的核污染，人类的体内、外通过户外活动、饮水、呼吸等直接受到放射性物质的照射，并且因植物直接、间接地得到污染，通过食物链人类体内也会摄入更多的放射性同位素。当放射性物质与生物体作用时，引起机体细胞、组织、体液等物质的原子或分子电离，从而可以直接破坏机体内某些大分子结构，扰乱、破坏机体细胞及组织的正常代谢活动。如使蛋白分子链断裂，破坏一些对物质代谢有重要意义的酶等。当人类机体受到短期的大剂量照射时，各组织、器官和系统受到损伤，并有恶心、呕吐、腹泻、内脏出血等症状，严重的会衰竭死亡。辐射损伤的远期效应是会引起各种脏器的癌症、寿命缩短以及遗传效应。

核武器（nuclear weapon）原子弹和氢弹的通称。原子弹或氢弹可以直接从飞机上投下，也可作为弹头，安装在导弹或鱼雷上，以便投向预定目标。

原子弹 亦称裂变弹。利用重元素原子核裂变时释放的巨大能量而引起大规模杀伤破坏作用的一种核武器。最主要部分是两块用纯铀—235 或纯钚—239 做成的核燃料（见图），其中每块燃料的体积小于“临界体积”。临界体积是指核燃料裂变链式反应能持续进行所需的最小体积。若一次裂变反应释放的中子数平均

■原子弹示意图

能引起一次新的裂变，反应就能持续进行下去。在核反应中，中子的产生量通常与反应区域的体积成正比，而中子的逃逸量与反应区域的表面

积成正比。如果反应区域体积太小，其表面积与体积之比很大，中子逃逸量与产出量之比很大，裂变反应便不能继续进行。只有当反应区具有一个最低限度的体积，使逃逸量与产出量之比足够小，反应才能继续进行。这一最低限度的体积就是临界体积。

将两块裂变燃料先分开安装在炸弹中，其中一块固定，另一块后面安上普通炸药和引爆装置。当引爆装置引起普通炸药爆炸时，迫使两块核燃料迅速挤压在一起，这时核燃料体积大于临界体积，裂变链式反应便迅速进行，在瞬间释放出巨大能量。典型裂变弹的能量大致按如下分配：爆震和冲击波 50%；热辐射 35%；早期辐射 5%；剩余辐射 10%。

氢弹亦称聚变弹。利用轻元素原子核聚变反应（热核反应）瞬间释放的巨大能量而引起大规模杀伤破坏作用的一种核武器。主要由氘、氚和氚化锂等核聚变燃料和一个作为引爆装置的原子弹组成。当原子弹爆炸时，产生几千万度高温，诱发更剧烈的热核聚变反应。纯聚变反应不产生剩余辐射，但早期瞬间核辐射则大量增加，特别是其中的中子辐射。为了使核武器爆炸释放的能量分配中，早期中子辐射能量百分比大大增加，同时爆震和冲击波、热辐射等部分能量百分比相对减少，就必须设法增加氢弹中聚变与裂变所释放的能量值之比，使聚变贡献大大超过裂变贡献。这种“纯氢弹”也称为“中子弹”或“增强辐射武器”。

核子（nucleon）质子和中子的总称。原子核的性质以及质子-质子和质子-中子散射实验的数据表明，它们之间的核力作用与它们是否带电无关，这就是核力的电荷无关性。根据这些实验结果，人们把质子和中子看作同一种粒子，即核子的不同状态。当只考虑强作用时，这两种粒子没有什么不同。质子和中子的质量差以及其他性质的差别均来源于电磁作用和弱作用。

核子的电磁半径（electromagnetic radiusof nucleon）核子的电荷和磁矩的分布半径。1956 年美国物理学家霍夫斯塔特通过高能电子对核子的散射实验（类似于卢瑟福实验，但散射粒子的能量要高得多）发现，核子（质子和中子）并非点状粒子，这表现在散射截面的表式中出现所谓“电形状因子”和“磁形状因子”。在散射过程中，被散射的电子将部分动量转移给核子。若核子是点状粒子，没有内部结构，则这些形状因子将是不随动量转移而改变的常数因子，与卢瑟福实验（即点状α粒子对点状原子的核的散射）结果相同。但实验结果表明，在核子线度上其电磁形状因子不是常数，质子的电荷和磁矩分布以及中子的磁矩分布均随其半径大致按指数规律衰减，平均分布半径为 0.84×10-15 米。后来人们又对π介子作了类似的研究，测量了π介子的平均半径。核子和π介子的电磁形状因子和电磁半径的测量为强子具有内部结构提供了有力的证据。

河外星系（external galaxy）银河系以外的星系，是和银河系同级的恒星系统，一般即简称为星系。1917 年美国天文学家里奇在所摄的NGC6946 的照片中发现了一颗新星，因这新星极其暗弱，认为应在极遥远处，属银河系以外的天体。1924 年美国天文学家哈勃发现造父变星，并根据造父变星的周光关系定出这几个星云之间的距离，终于肯定它们是银河系以外的天体系统，于是称它们为河外星系。目前观测到的河外星系有着对称和规则的形态，它们的直径约为 5 万光年，而其亮度约为太阳的 5×

1010 倍。星系的特征质量还不是一个普遍知道的量，但其值据估计介于 1010

到 1012 太阳质量之间。离我们最远的星系约为 1010 光年。河外星系是人类研究宇宙大尺度结构的界标。

何育杰（1882～1939）中国较早的物理学工作者之一。字吟若，浙江省慈溪县人。1901 年入京师大学堂师范馆学习，1903 年赴英留学，1909 年回国。

何育杰的重要贡献是在中国开拓物理学的教学和人才培养工作。在此以前，尽管西方的力学、热学、电学、光学等著作已输入我国，但时至 1901 年，江南制造局才刊印了我国第一次称为物理学的著作《物理学》（由日本人饭盛挺造编纂）。何育杰回国后不久，就在北京大学任理科物理门、物理系教授（1912～1927），不仅讲授普通物理、数学物理、热力学、气体动力学等课程，而且编写了普通物理学中文讲义，培养了一批中国早期的物理学人才。此后在东北大学任物理系系主任期间（1927～1931），还讲授相对论和量子力学等课程，翻译有《自然与机构》、《物质与量子》二书。

荷质比（charge-mass ratio）又称比荷（speciflecharge）。带电粒子的电量与质量之比。1897 年汤姆孙最早利用阴极射线管实验测定了电子的荷质比。电子的荷质比的测定在一定意义上说就是电子的发现。任何粒子在测定电荷的基础上，测得荷质比就可算出其质量。电子的荷质比为 1.759×1011 库仑·千克-1。汤姆孙于 1913 年还利用同一种元素不同同位素的荷质比不同而实现了同位素分离。

合成孔径雷达（composed aperture radar）又称为成像雷达，利用无线电波照射物体并接受其回波的幅度信息和相位信息来成像的新型遥感雷达，采用的是全息成像原理。由于无线电波具有全天时和全天候辐射及穿透沙土植被的能力，因而合成孔径雷达在矿产资源普查、工程地质勘探、地形测绘、洪水灾害监测、森林资源和农作物普查、军事侦察、边境巡逻等领域得到广泛应用。

合成孔径雷达成像的基本原理是：指目标的回波信号和雷达系统中的基准信号进行相位检波，获得带有多普勒相位信息的视频信号，通过飞点扫描管显示出来，并记录在照相用的胶片上，成为数据胶片，然后用单色光（激光）照射数据胶片，经数据胶片产生衍射波，再送往一套透镜组成的光学处理系统，调整聚焦，就得到图像胶片。由于合成孔径雷达是依据全息原理成像，即不仅接收经目标反射的回波的幅度信号，同时接收相位信号，故其分辨率与目标至雷达的距离无关，而仅取决于全息图的大小。这一优点尤其适宜于将合成孔径雷达装载于高空航天器或人造卫星上。星载或机载合成孔径雷达通常采用侧视工作方式，即雷达向航线的侧向发射波束并接收地物回波。这种雷达用于军事侦察或边境巡逻，可侦察到敌方纵深几十到几百公里的目标；若用于地质勘探，侧视方式可显示地形、地貌特征，对探矿具有十分重要的意义。所谓合成孔径是指用真实小天线来合成大天线阵的意思。近代天线理论研究表明，天线的孔径越大、雷达的分辨率就越高，因此在作远距离的天文观察中，往往建造庞大的天线阵来探测更远的星体，以提高分辨能力。运用合成孔径原理，1 米天线的载机作均速直线飞行就能“合成”数百米乃至上千米的天线阵，分辨率得到成百成千倍的提高，从而达到成像的水平。

成像雷达的概念起始于 50 年代初，随着技术的发展，人们将全息原理

引入雷达，找到了光学成像方法，从而在 60 年代诞生了第一代实用的合成孔径雷达。1978 年，美国发射海洋卫星一号，标志着合成孔径雷达进入宇航领域。随着地球资源和环境监测科学的发展及对气象预测的需要，且由于星载合成孔径雷达测绘带很宽、测绘效率极高，因而世界各国竞相发展星载合成孔径雷达。我国于 70 年代末开始研制合成孔径雷达，于 1979 年

研制成我国第一台机载合成孔径雷达，获得首批雷达图像，1983 年和 1987 年研制成单测绘通道、单极化成像及多带多极化成像两代合成孔径雷达，达到 80 年代国际先进水平，目前正在研制星载合成孔径雷达。

合金（alloy）一种或多种元素溶解在金属中而形成的固溶体。合金有两种：一是溶质原子占据金属原子间的间隙位置而形成的填隙式合金，如碳进入铁中而形成钢；另一种是溶质原子替代占据金属原子的位置而形成的替代式合金，如锌加入铜中形成黄铜。

通过冶炼合金，可以增加材料的机械强度，克服纯金属太软和易变形的缺点，因而合金在工业上有广泛应用。

■二元合金相图

合金的相图，也称平衡图。是合金熔解特性的一种直观的图形表示。二元合金 AB 相图如图所示。图中横轴代表 B 种金属的浓度，纵轴代表温度。固线和液线把合金的相分成三个区域：①固线下面，具有各种可能组分的合金均呈固相；②液线上面，合金将呈均匀的液相；③固线和液线之间，合金的状态由固相和液相互相平衡的两个相组成。例如，组分为 C 的合金加热逐渐熔解过程如箭头所示，在到达 D 点前，其状态是均匀的固体，当温度进一步提高，就有更多的固相成份转变成液相，D 和 F 点之间是液相和固相共存的区域。E 点处状态中的液相组分可用液线上的 G 点给出，其浓度为 CL；固相组分用固线上的 H 点给出，其浓度为 Cs。从图中可见 Cs

＞CL，即固相比液相具有更多的元素 B。

合力（resultantofforces）见力的合成。

赫歇耳（Frederick William Herschel 1738～1822）英国天文学家。生于德国汉诺威。早年跟随父亲学习音乐，后在近卫军团中担任乐师。1757 年迁居英国，担任过音乐教师、演奏员、作曲家和琴师。1781 年当选为英国皇家学会会员。1821 年任英国皇家天文学会会长。

1781 年 3 月 13 日夜，用自制的望远镜在作巡天观测时，发现了太阳系的一颗新行星——天王星。当时，人们一直以为太阳系只有金、木、水、火、土和地球六颗行星。天王星的发现大大开阔了人们的视野。1783 年，考察天狼等七颗恒星的运行规律后，发现太阳系不是静止的，而是向着武仙座方向的空间运动。1784 年，提出太阳系所在的银河系的形状是盘形的，中间厚、两边薄，同时还在旋转。他还发现了红外线，并研究了它的性质。著有《双星表》、《第二双星表》、《一千个新星云和星团表》等。

赫兹（HeinrichRudolfHertz1857～1894）德国物理学家。生于汉堡。早年向往当一名建筑工程师而进入德累斯顿工程学院学习工程，不久产生对自然科学的爱好，转入慕尼黑大学学习数学和物理。1880 年毕业于柏林大学获博士学位，成为亥姆霍兹的助手。1885 年任卡尔斯鲁厄大学物理学教授。1889 年起任玻恩大学物理学教授。1894 年因患血中毒而逝世，年仅36 岁。

主要贡献是证实电磁波的发现。1884 年，证明了麦克斯韦方程组与所

有电动力学的物理假设相一致。1886 年，进行阴极射线管放电效应的实验时，发现近旁未闭合的线圈也出现火花，由此开始直到 1888 年持续进行了关于电磁波的多项实验。设计了与感应线圈连接的未闭合电路产生电振荡，并且设计了探测器，用实验发现探测器气隙中能产生微弱电火花，从而证实了电磁波的存在。后又测得电磁波的波长，该电磁波被称为赫兹波。1888 年，进行了一系列关于电磁波与光波类比的实验，证明了电磁波能够穿透障碍物，并且具有反射、折射和偏振等性质，同时还测定了电磁波的速率和光速相等，从而完全证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电通信的发展创造了条件。1887 年，观察到如果用富含紫外线的光照射电极之间的火花隙时，两个电极之间的放电会增强的现象，即发现了光电效应，并认为这一效应对于光与电的联系具有深刻的理论意义。1892 年，发现阴极射线能够穿透薄金属片，为深入探讨阴极射线的性质，提供了新课题。

赫兹实验（Hertz experiment）历史上首次直接验证电磁波存在的实验。由德国物理学家赫兹所作，因而得名。麦克斯韦于 1865 年由电磁场理论预言了电磁波的存在。由于他的电磁场理论是在两个假设的基础上得到的，需要通过实验证实。因此，能否获得电磁波，成了一个关键性问题。为此，柏林科学院 1879 年悬赏征求证实电磁波存在的实验。赫兹在其老师

——柏林科学院院长亥姆霍兹的鼓励和支持下，受命致力于这一实验研究，经数年努力终于成功，并于 1888 年公布了他的实验结果。

■赫兹实验装置示意图

该实验的装置如图所示。装置可分为两部分。一为发射电磁波的振荡器。将感应圈的两端接在一对铜棒上，棒端焊有一对黄铜球，两球间留有适当间隙。当感应圈的电流突然中断时，数万伏感应高压使间隙产生火花，两段金属杆连成一条导电通路，这就相当于一个振荡偶极子。根据麦克斯韦理论，此时应产生电磁波辐射。另一部分称为谐振器，是将一段导线弯成圆环，两端也装有金属小球，球间留有间隙，距离可作微小调节。赫兹的预想是电磁波应在此线圈内产生感应高压，从而使间隙内出现火花。实验开始时，赫兹在暗室中将振荡器和谐振器放在相距 10 米左右的地方，结果观察到在振荡器的间隙中有火花跳过的同时，谐振器的间隙中也立即有火花发生，从而确证了电磁波的存在。赫兹继而又用改进了的振荡器和谐振器作了一系列实验，证明了电磁波与光一样，都有反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。他还利用入射波与反射波叠加产生的驻波，测了电磁波的波长和传播速度。

赫兹实验直接证明了麦克斯韦关于电磁波的预言，使麦克斯韦电磁场理论终于被公认为经典电磁学的最高成就。赫兹在这一实验和此后进行的一系列实验中所发明的电磁波发射和接收装置，也成为无线电技术的开端，促进了通讯和广播事业的迅速发展。

黑洞（blackhole）星体在完全引力坍缩后所形成的一种看不见的天体。在黑洞内，引力非常强，任何物质（包括光）都不能从中逃出，而外界的物质却能进入其中。因此观察者无法看到来自黑洞内部的辐射。但是黑洞与外界仍有引力作用，可通过引力场探测黑洞的存在。

早在 18 世纪末，物理学家拉普拉斯根据牛顿引力理论就曾预言，只要天体质量足够大，其引力就有可能强到连自身发出的光都无法逃逸到远处的程度，以致成为看不见的天体。由于黑洞的引力极强，必须用广义相对

论才能有效地描述。

然而，根据热力学的一般原理，黑洞既然是非零温度热体，就应当向外辐射能量。但是经典意义下的黑洞只能吸收辐射，而不能向外发射任何物质，包括光和热辐射。这对于从热力学原理描写黑洞是一个根本性困难。1974 年，物理学家霍金利用黑洞引力场中的量子效应，克服了这个困难。由于真空的量子场涨落和物质的量子隧道效应，黑洞也可以像一个黑体那样向外发出光。考虑到量子效应后，经典黑洞的一些性质需要作相应的改变。

从天文学观察中寻找黑洞，是当前相对论天体物理学的一个非常感兴趣的课题。现在，天鹅座 X—1 被认为可能是一个黑洞。此外，在椭圆星系M87 的核心部分可能存在 108～109M 太阳的大质量黑洞。也有人用黑洞来解释类星体或太空中的一些星体爆发现象，但均无定论。

黑光灯（black lamp）一种透紫外光的灯。一个封闭的圆柱筒内安装着高压或低压水银灯，窗口设置一块黑色滤光片，它由含氧化镍的玻璃制成，可以通过 0.4～0.32 微米的紫外光，这个波段称黑光区。黑光灯只让紫外光射出，用来激发发光物质，以便研究这种物质的发射光谱，而不被灯的可见光扰乱。

一些害虫最喜爱 0.35 微米附近的紫外光，因此可以制成诱杀害虫的黑光灯。一般用由铊做激活剂的磷酸锶钙作发光体。它发射的光，波长极大值在 0.35 微米附近。黑光灯的外形、规格与普通日光灯相同。但效率比普通电灯约高三倍。适用于环境卫生和农业。

黑体辐射（black-body radiation）绝对黑体在受热时以电磁波的形式向外辐射能量的现象。

当电磁波入射到一个物体上时，一般说来其中有一部分被吸收，另一部分被反射。如果一个物体能把入射到它上面的各种频率的电磁波全部吸收，这个物体就称为绝对黑体。

按照热力学理论，具有某一温度 T 的物体都能够以电磁波形式辐射能量。对一个绝对黑体来说，如果在单位时间内辐射的能量正好等于它吸收的入射能量，则这个黑体将达到辐射平衡，具有确定的温度。

绝对黑体是一种理想物体，而从一个几乎封闭容器中发生的辐射其性质与绝对黑体的辐射非常相似，研究在这样一个空腔内的平衡辐射就可得出黑体辐射的全部特性。

空腔辐射的能量密度 利用热力学理论可以得到空腔辐射的能量密度 u 与平衡辐射时空腔壁的绝对温度 T 的四次方成正比：u=αT4（α为常数），这就是斯忒藩—玻耳兹曼定律。

空腔辐射场的熵 从热力学基本等式出发，可得到空腔辐射场的熵

S = 4 αT³V（V为空腔体积，α为常数）。在可逆的绝热过程中，辐

射场熵不变，因此 T3V=恒量。如果空腔体积在该过程中膨胀增大一倍，则空腔辐射温度将下降为原来温度的 0.79 倍。

空腔辐射的通量密度 空腔壁上单位面积在单位时间内向一侧辐

射的总辐射能量即辐射通量密度J

与辐射能量密度u c c

为光速）。

_u 之比是 4 （

通过测量一个物体的辐射通量密度随频率的分布可以确定物体的温度，光测高温计正是依据这个原理制成的。

亨利（JosephHenry1797～1878）美国物理学家。生于奥尔巴尼。自幼勤奋好学。13 岁时准备学习演戏，16 岁时开始对自然科学发生兴趣。1819～1822 年在奥尔巴尼学院学习，后来在该校工作。1832～1846 年任新泽西学院（今普林斯顿大学）物理学教授。1846 年起任史密孙研究院秘书和首任院长。1867～1878 年，任美国科学院院长。

主要贡献在电磁学方面。1827 年，开始研究电磁现象。1829 年，最先用由绝缘导线绕成的多层绕组，制成蹄形强力电磁铁，起重量达 1 吨，这为电磁铁提供了改进的条件，也为发电机的实用发明奠定了基础。1830 年，曾独立地观测到电磁感应现象，但没有及时发表。1832 年，发现了自感现象和额外电流，确立了影响电路电感的原因。1835 年，发表了解释自感现象的论文，受到普遍的重视。1842 年，发现二层楼上的电火花，能使一层楼的指针磁化，这实际上是人们最早发现的电磁波辐射现象。

亨利一生先后发明了电动机（1829）、模型电报机（1831）和电磁继电器（1835）。他还改进了当时的互感器，发明了无感应线圈，并指导莫尔斯发明了第一架实用电报机。著有《亨利科学著作集》（共 2 卷，1886）。

横波（transversal wave）见波。

横模（transverse mode）激光光束横截面上光强的分布情况。激光谐振腔两端有反射镜，腔内激光物质也有一定大小的横截面。光在腔内传播相当于不断经过光阑，因此会引起衍射，使振幅和相位的空间分布发生畸变。最后当振幅和相位的空间分布达到稳定状态时，才从输出镜输出激光。取激光器轴向为直角坐标系的 z 轴，以谐振腔中心点为原点，在与z 轴垂直的平面上取互相垂直的 x 轴和 y 轴。用符号 TEMmn 表示各种横向模式。m、n 均为正整数，分别表示在 x 轴和 y 轴方向上光强为零的那些点的序数，称为模式序数。输出激光束横截面上横模的光斑图表示在下图中。基模又称 TEM00 模，其光斑中任何一点光强都不为零。若光斑在 x 方向上有一点光强为零，称为 TEM10 模；在 y 方向上有一点光强为零，称为 TEM01 模。以此类推，模式序数 m 和 n 越大，光斑中光强为零的点的数目越多。除基模为低次模式外，其它的模式都称为高次模式。

仅有基横模的激光束称为单横模激光，其平行性好，发散角小。有不同横向模式的激光束称为多横模

■横模光斑图

激光，其发散角较大，平行性较差。从空间相干性来说，各次横模的空间相干性都很好，但高次横模多数伴随多横模运转，因而空间相干性比基横模差些。

恒流源（constantcurrentsource）能提供恒定电流的电源。它是一种理想电源，不管负载电阻如何变化，它总是提供不变的电流 Iso 该电源的路端电压 V 则是任意的，由负载电阻 RL 和电流 Is 确定。电源的外特性曲线将是与纵轴平行的一条直线，如下图所示

(a)恒流源电路(b)恒流源的外特征恒流源图

如果一个电源的内阻 R0 远较负载电阻 RL 大（R0>>RL），则电路中的电

流强度

I = ε

R0 + RL

≅ ε ，

即不随外电阻而改变，基本上恒定，可以认为是恒流源。例如，晶体三极管就可近似地认为是一个恒流源，因为它的输出特性基本上平行于电压轴，当基极电流为某个值时，集电极电流可近似地认为不随集电极与发射极两极间的电压而变。这在电子电路中经常采用。

恒星（star）由内部能源产生辐射而发光的大质量球状天体。太阳就是一颗典型的恒星。太阳以外的其他恒星，距离地球非常遥远，最近的也有 4.3 光年，因此，用最大的望远镜观察也只是一些光点。恒星实际上都在不停地运动，但因离我们太远，在短时期内感觉不到它们相互位置的改变，故古时候称其为“恒星”，沿用至今。

结构恒星的结构可分外层大气和内部结构。恒星大气可直接观测，从里往外，可分为光球、色球和星冕。正常恒星的大气处于流体静力平衡态。光球之下到内核中心称为恒星内部。恒星内核以核反应方式产生巨大的能量。

演化现代天体演化理论认为，恒星的起源是由星际弥漫的物质如尘埃、微粒、某些元素及其分子集聚而成“原恒星”。内核温度不断增高，密度不断增大，开始发出越来越强的辐射。最初发出射电波和红外线，随着温度升高发出可见光，此时演化成年轻的恒星，称为主序星阶段。正常恒星在这阶段占绝大部分时间，它们的质量不一样，表面温度有高有低，因而恒星有不同的颜色。随着内核的氢燃料枯竭，恒星外壳膨胀，光度增大，颜色变红而成为红巨星，以后的演化要视恒星的质量、角动量以及是否为密近双星的成员而定。对于单星，当红巨星的外壳消散，残存质量小于 1.3 个太阳质量时，它将演变成高密度的白矮星。若剩余质量在 1.3～

2.0 个太阳质量之间，则会进一步塌缩为致密的中子星。若残存质量大于

2.0 个太阳质量，根据天体理论认为会塌缩成一奇点，形成黑洞。对于密近双星的双子星，由于演化过程中有物质交流，两子星各自的形态和结构都在迅速改变，当一子星演变为白矮星，又吸积另一子星的物质时，白矮星会爆发为新星或其他类型的激发变星。密近双星的演变还有可能导致灾变爆发，即一子星因失去平衡而变成超新星，塌缩的残核可能成为高速自转并向外幅射各种波段（射电、光学或 X 射线等）的脉冲星。

恒星参量 恒星参量有 4 个方面：光度、质量、直径、温度。可以通过天文观测得到方位、亮度与光谱这些参数来推算恒星的这些参量。由天文观测可确定恒星的方位，现代多利用河外星系作为固定不动的参照系来确定恒星的坐标位置，根据恒星方位，可确知恒星垂直视线方向运动（即自行），再利用多普勒原理，直接从恒星的光谱谱线位移求出恒星沿视线方向的运动速度，由恒星的自行与视向速度，可确定太阳的运动、太阳附近恒星的运动和银河系自转的情况。光度表示恒星发光的强弱，是其本身的性质；而天文观测得到的是恒星的亮度（称为“视星等”），它不仅与恒星的光度有关，还与它离观测者距离有关。由于恒星离我们的距离可测量，根据视星等的大小就可比较恒星本身发光的强弱。天文学上假定把恒星置于 32.6 光年的距离处，此时地球上看到的亮度表示恒星的本身光度，称为绝对星等。与视星等一样，绝对星等的数值越小，表示恒星越亮，光

度越大。例如太阳的视星等为—26.9，若把太阳置于 32.6 光年处，则表示其光度的绝对星等便是 4.7。恒星的光谱中含有恒星温度、化学组成和本征光度的信息，由此可判断恒星是否成双和定出自转速度，判明恒星是否有大气、物质抛射和强磁场。恒星的直径可从恒星的光度和表面温度推算得知。根据恒星光谱特征、元素的电离度和激发态，得知恒星的电离温度或激发温度。根据恒星的光度和半径算出的是有效温度。例如太阳的有效温度是 5800K，M4 红矮星的有效温度是 3200K。

恒星日（sidereal day）春分点相继两次通过地球子午线的时间间隔。与太阳日的情形相似有视恒星日和平恒星日之别，前者受岁差和章动的影响，后者仅受岁差影响。一平恒星日等于平太阳日 23 小时 56 分

4.09054 秒。某一恒星在天球上连续两次由东向西通过同一子午线所需的

时间，即是地球自转的周期，它比恒星日约长 0.0084 秒。

恒压源（constant voltage source）又称定压源。路端电压不随负载而变的电源。无内阻电源是理想的恒压源。这种电源，不管负载如何，电源提供的电压总是恒定值。

实际电源都有内阻，当电源内阻和负载电阻相比可忽略时，该电源可近似看作恒压源。在实际应用中，可通过电子技术人工制造恒压源，如稳压电源，就是一种电压随负载改变极不明显的电源。

虹吸管（siphon）见虹吸现象。

虹吸现象（siphon phenomenon）在重力作用下，利用曲管将液体经过高出液面的地方引向低处的现象。液体流过的那根曲管称为虹吸管。在虹吸管内装满液体，用手指按住两端管口，然后把管子一端放入液面较高的容器中，另一端放入液面较低的容器，松开手指，液体会从液面较高的容器经过虹吸管流入液面较低的容器，如图所示。液面高度差（图中 h2

—h1）越大，管中流速也越大。

我国在公元 2 世纪毕岚就发明了“渴乌”，即虹吸管，逐渐广为应用。我国黄河中下游的水面大都高出堤外的地面，因此在河南、山东一带都用虹吸管把黄河里的水引到堤外灌溉农田。虹吸现象广泛应用于从不能倾倒的容器吸取液体，例如汽车司机常用虹吸管从油桶中吸取汽油或柴油。

一般认为虹吸现象是大气压作用的结果，其实虹吸现象与大气压无关。因为虹吸现象在真空中也照样会发生。

■虹吸现象

红宝石激光器（rubylaser） 1960 年梅曼最早研制成功的一种激光器，其工作物质是红宝石晶体，基质成分为三氧化二铝（又称刚玉或蓝宝石），渗入少量三氧化二铬后形成带正三价的铬离子，于是使晶体呈粉红色，称为红宝石。铬离子起激光发射作用，它的能级图如图 1 所示。

激励源采用高压脉冲氙灯。图 2 为聚光器截面示意图。氙灯和红宝石棒分别置于椭圆柱面反射聚光器的两个焦点处，以便提高氙灯的光能利用率。铬离子吸收了氙灯的光能后，从基态 4A2 跃迁到两个强吸收带 4T1 和4T2。这两个能带寿命极短，大部分铬离子通过无辐射跃迁到达激光上能级

2E。2E 为亚稳态，寿命较长，从而在 2E 与 4A2 之间形成粒子数反转。在满足振荡阈值条件后，发射出中心波长为 0.6943 微米的激光。脉冲氙灯内光

持续时间为 1 毫秒，在这时间内激光器将输出一系列激光尖峰脉冲，尖峰

脉冲的持续时间约为 1 微秒。氙灯每次闪光提供 500～1000 焦耳的能量，激光输出能量约 1 焦耳，故效率低于 0.1%，大量的能量转化为热能，使激光器发热。为此必须使用冷却系统，并限制氙灯闪光的速率，不能太快。一般采用水冷的系统，重复频率为每分钟几次；采用空气冷却时，重复频率只能几分钟一次。

■图 1Cr■能级图 2 椭圆柱面聚光器

红宝石激光介质的荧光线宽很宽，例如腔长为 10 厘米的激光器输出的

纵模可达 100 个。发散角约 5 毫弧度。因此时间和空间相干性均比气体激光差。

宏观（macrocosm）指空间线度大于 10-6～10-4 厘米的物体，由极多的分子、原子组成。肉眼可见的物体都是宏观物体，包括地球上的物体、卫星、行星、恒星以及和它们相应的场所所构成的系统。宏观虽与微观有区别，但又有联系。宏观以微观为基础，宏观物体都由微观的原子、电子、基本粒子等组成，宏观和微观的物体都统一于物质之中。宏观现象一般指宏观物体和场在宏观的空间范围内的各种现象。宏观物体和宏观现象统称宏观世界。宏观世界是经典物理学研究的对象，其运动规律可用牛顿力学、麦克斯韦电磁理论以及光学、热力学的规律加以描述。从哲学角度，有人对宏观的本质特征作出概括，认为宏观是人们可以直接观测、且能以物质手段加以影响和变革的时空区域。

宏指令（macro instruction）在汇编语言中，对于多次重复出现的程序段，可以用宏定义伪指令（如 MACRO，MEND）把这个程序段定义为一条新的指令，这种自己定义的指令称为宏指令。对宏指令的定义过程称为宏定义。宏指令一经定义，就可以用一条指令的形式出现在后继程序中，在汇编程序中使用自己定义的宏指令，称为宏调用。

宏定义的一般格式：

<宏指令名>MACRO<#参数 1，#参数 2，⋯> 宏指令体

MEND

其中夹在 MACRO 和 MEND 之间的指令序列称为宏指令体（宏体），可以由助记符、伪指令和其它已定义的宏指令构成。宏定义中的“#参数”类似于高级语言过程说明中用的形式参数，在宏体中要使用。例如宏定义

ROTATE： MACRO #REG

RLC #REGRLC #REGRLC

RLC #REGRLC

RLC#REG MEND

汇编程序

LDA，B

RLC A；B → A

START∶ ROTATE A ⇒ RLC A；将A内容左

LDH，L

RLC A；L → H

ROTATEH ⇒ RLC H；将H内容

ADD A，H END

RLC H；左转四次

RLC H；A + H → A

RLC H 结束

在上述例子中，把四条 RLC 指令重新定义为一条名为 ROTATE 的宏指令。

宏定义和宏调用都允许嵌套，但嵌套层次有一定限制，在设计前必须查清楚。

厚膜混合集成电路（thick film hybrid inte-grated circuit）用丝网印刷和烧结等工艺在同一基片上制作无源网络，并在其上组装分立的半导体器件芯片或单片集成电路或微型元件，再外加封装而成的一种微型电子功能部件。它具有设计灵活、工艺简便、成本低廉等特点，特别适宜于多品种小批量生产。在电性能上，与薄膜混合集成电路相比，它能耐受较高的电压、较大的电流和功率。其工作频率可达 4×109 赫以上。适用于各种电路，特别适用于民用和工业电子产品中的模拟电路。

厚膜混合集成电路最常用的基片是含量为 96%和 85%的氧化铝陶瓷，当要求导热性特别好时，则用氧化铍陶瓷。

在基片上制造厚膜网络的主要工艺是印刷、烧结和调阻。常用的印刷方法是丝网印刷。烧结在烧结炉内完成。在烧结过程中，有机粘合剂完全分解和挥发，固体粉料溶融、分解和化合，形成致密坚固的厚膜。调阻的目的是使厚膜网络达到最佳性能，在烧结后进行。常用的调阻方法有喷砂、激光和电压脉冲调整等。

厚膜是指在基片上用印刷烧结技术所形成的厚度为几微米到几十微米的膜层。制造这种膜的厚膜材料是一种涂料或浆料。按厚膜的性质和用途，浆料有五类：导体、电阻、介质、绝缘和包封浆料。

导体浆料用来制造厚膜导体，在厚膜电路中形成互连线、多层布线、微带线、焊接区、厚膜电阻端头、厚膜电容极板和低阻值电阻。电阻浆料用来制造各种电阻，要求电阻率大，阻值温度系数小，稳定性好。介质浆料用来制造微型厚膜电容器，要求介电常数大，损耗角正切值小，绝缘电阻大，耐压高，稳定可靠。绝缘浆料用作多层布线和交叉线的绝缘层，要求绝缘电阻高，介电常数小，而且线膨胀系数能与其他膜层相匹配。

胡刚复（1892～1966）中国物理学家、教育家。江苏省无锡县人。1909 年赴美，1918 年获哈佛大学哲学博士学位。同年回国，任东南大学

（1923 年以前为南京高等师范学校）物理学教授、物理系系主任。1926 年创办厦门大学理学院并任院长。1927 年筹建第四中山大学并任理学院院长。1928 年协助创办中央研究院物理研究所并任专任研究员。1936 年任浙江大学文理学院院长和理学院院长。1918～1950 年兼大同大学教授、理工学院院长、校长。1946～1949 年再度赴英美考察，并率一批中国学者在英攻微波雷达技术。建国后，先后任唐山交通大学、北洋大学、南开大学教授。

胡刚复的重要贡献是在中国开拓物理学的教育事业。他在南京高等师范学校创建了中国最早的物理实验室，使中国物理教学走上正轨；嗣后在东南大学首先开设近代物理课程；在浙江大学把理学院办成国内著名的理学院之一。他先后培养出中国自己的一大批物理学家，如吴有训、严济慈、赵忠尧、钱临照等，备受他的几代学生的称颂，他是电位、熵等大批物理学名词的最早定名者，也是中国近代度量衡制的最早制定者，订出长度单位 1 尺=1/3 米，质量单位 1 斤=1/2 千克，时间单位 1 秒，使中国度量衡与国际单位制间有了简单的换算关系，为中国沿用公制开辟了道路。

胡克（Robert Hooke 1635～1703）英国物理学家。生于弗雷斯沃特。曾在牛津大学学习，并在该校给玻意耳当助手。1665 年起任格雷沙姆学院物理学教授。1677～1683 年任英国皇家学会秘书。

主要从事热学、光学和力学方面研究，并作出贡献。1659 年，协助玻意耳，改进了盖利克发明的空气泵，改进后的空气泵和近代使用的空气泵形式相近。1665 年，与惠更斯合作，确定了温度计的固定点——冰的熔点和水的沸点，并建议以水的结冰温度为温度计的零度。他还认为，热是物质粒子机械运动的结果。

1665 年，改进了显微镜，这使他能够进行一系列显微镜研究，特别是在光束中观察薄膜（肥皂膜、油膜等）的彩色，使他给出了有关颜色的解释。他反对牛顿的光的微粒说，反对白光是由单色光组成的说法。1672 年，完成了关于光的衍射的实验，这些实验支持了光的波动说，从而也使他成为光的波动说的创始人之一。

1678 年，在讲演集《态势的恢复》中首次公布了固体弹性定律：有多

大的伸长量，就有多大的力。这个定律经过柯西于 1822 年引入应力和应变

这一对概念，及格林于 1837 年的改进，成为胡克定律的现代形式，奠定了弹性理论和材料力学的基础。胡克虽然没有发现万有引力定律，但他的研究和想法对牛顿发现万有引力定律却是有力的促进。1674 年，在《试证地球周年运动》的报告中，提出一切天体都具有倾向其中心的吸引力或重力。1679 年，在给牛顿的信中，进一步提出引力与距离的平方成反比。

胡克有精湛的实验才干。有人认为，17 世纪每一项重要仪器的发展，几乎都有他的贡献，例如真空泵、钟表、显微镜和望远镜中的十字丝、光栅等。他的物理思想也很活跃，但数学素养不够，因而对问题研究往往不够透彻。于是他在钟摆、引力、光学等方面都没有像惠更斯或牛顿那样获得深入而系统的理论成果。著有《显微图集》（1665），《胡克遗著》发表于 1705 年。胡克定律（Hooke law）在弹性限度内，物体的应变与应力成正比变化。它是材料力学的基本定律之一，由英国物理学家胡克于 1660 年发现（1678 年发表），故名。严格地说，自然界中的任何物体都不是刚体，在外力作用下其质点之间距离都会发生一定变化，引起物体形状的改变，这种变化称为形变。若外力撤去，物体形变也随之消失，因而恢复原来形状，这种物体称为弹性体，相应的形变称为弹性形变。实验表明，在弹性形变条件下，形变的大小△x 与作用力 F 成正比，即

△x=kF，

k 为比例系数，由物体材料性质决定。实验还表明，同一作用力作用

于不同截面和长度的物体，其形变也不相同，但单位面积上的力σ（ =

F  △l

）与长度的相对变化ε=



 成正比，即

l 

ε = ασ = 1 σ，

α为弹性系数，E 为弹性模量（或称杨氏模量），两者互为倒数，均由材料性质决定。

互感系数（coefficient of mutual induction）简称“互感”。表示两导体回路间产生互感应能力的物理量。常用符号 M 表示。等于一回路中电流强度的时间变化率为 1 单位时，在另一回路中产生的感应电动

势，即

M = ε1

= ε2 ，

dI 2 / dt dI1 / dt

式中 1、2 是回路的序号，ε、dI2/dt 等均以绝对值计。往往也定义互感等于一回路中的电流强度为 1 单位时，在另一回路所产生的磁通链数，即

M = N 1Φm1

= N 2 φm2 ，

式中 N 为匝数，∅m 为每匝数线圈中的磁通量。对于介质的磁导率不随电流的磁场发生变化的两个确定回路系统，上述两定义式是一致的。此时的互感决定于两回路的形状、大小、线圈匝数、相对位置以及回路空间的介质分布。在国际单位制中，互感的单位为亨利，符号为 H。

互感现象（phenomenon of mutual induction）简称“互感”。一回路中的电流发生变化时，在邻近的另一回路中引起感应电动势的现象。所引起的感应电动势称互感电动势。若两回路的形状、大小、相对位置以及回路空间介质分布都不随时间变化时，则一回路中的互感电动势将与另一回路中的电流的时间变化率成正比，即

ε = −M dI 2 ，

¹ dt

式中 1、2 是回路的序号，比例系数 M 称为该两回路间的互感系数。负号则是楞次定律所要求的，它表示互感电动势总是反抗对方回路中的电流在自身回路中引起的磁通量变化。

互感现象在邻近回路之间总是存在的。互感现象有广泛的应用。例如，变压器就是利用互感原理制成的。实验室中使用的获取高压的感应圈、测量强交流电的钳形电流表等也都属于互感器。在电工、无线电和电子技术中，各种类型的互感器担负着信号的传输、放大、缩小、转移、倒相等功能。另一方面，互感现象有时十分有害，特别在电子技术中尤为突出。元器件间的互感耦合会产生干扰，甚至不能正常工作，引起损伤或损坏。密集电路中各回路间的互感会使电路的噪声加剧。可以采用多种方法减少互感，包括磁屏蔽、改变元器件间的相对位置、调整电路计等。

滑线变阻器（rheostat）一种线绕可变电阻器。它是由康铜丝（或新康铜丝）在瓷管上绕制而成。滑线变阻器在实验室和电力设备中，常可用来调节电压或电流。也可用作负载。选用滑线变阻器时应注意电阻值和额定电流值。在超过额定电流情况下过载使用，会引起过热，使绕线松动，影响正常使用。

华氏温标（Fahrenheit thermometric scale）参见温标。

化学热力学（chemical thermodynamics）研究化学变化中能量转换以及与能量转换有关的物质参数间相互关系的一门学科。研究内容包括化学反应中能、热、功之间的相互转化，物质在各种条件下的物理和化学变化。

化学热力学是伴随着热力学的发展而开始的。将热力学应用于化学过程，就形成了化学热力学。热力学在化学过程的应用中，主要解决两大问题：①化学过程中能量转化的衡算。如某一种燃料燃烧时，能释放多少能

量？燃烧时的最高温度是多少？因要保证化工生产顺利进行，必须计算出每生产一定数量的产物时，应该移去多少反应热，或者补充多少能量，才能控制反应器的温度。这些都涉及到能量衡算。②判断化学反应进行的方向和限度。如为了试制某一产品，需要判断根据所建议的某条合成路线，能否制得所需的产品，这里涉及的是反应的方向。如果该反应能行，则其最大产量是多少，应该在什么条件（温度、压力、浓度等）下才能提高产量。又如试制一个新的化学电源，它的电动势是多少？能提供的电能最多是多少？这些问题都属于反应的方向与限度。由于热力学是一种宏观理论，不需要对物质的内部结构作出某种简化的假设，就能得到许多普遍有用的结论，因此在研究化学反应中是一种有用的理论工具。但热力学的局限性在于只能指出化学反应向某方向进行的可能性，而无法指出完成该反应所需的时间以及反应历程。所以热力学只能计算出反应达到平衡时的最大产量，而不能告诉我们在某有限时间内的实际产量。

《淮南子》及《淮南万毕术》中的物理知识（Ph-ysics knowledge in Huainanzi and Huainan-wanbishu）《淮南子》及《淮南万毕术》均是中国西汉时期的淮南王刘安及其门客的著作。前者是哲学书，后者内容十分庞杂，两者都包含物理知识。

声学方面。《淮南子》记述：“风雨之变，可以音律知也。”用现代知识解释，就是大气湿度变化会引起琴弦伸缩，从而使它所发的音调改变。该书还论述了七音十二律及其相生之说，提出了音乐声学中一些值得探讨的问题，在音律学上具有一定的意义。

热学方面。《淮南万毕术》中说：“取鸡子，去其汁，然艾火纳空卵中，疾风因举之飞。”即利用鸡壳，中间用艾绒点火燃烧，利用热空气浮升的原理，使蛋壳迎风飞上天。现据实践和计算，这样的东西是飞不起来的，但它却说明中国古代对利用火所产生的热空气举起重物已有了可贵的设想，并进行试验。

光学方面。《淮南子》写道：“阳燧金也，取金杯无缘者，熟摩令热，日中时以当日下，以艾承之则燃得火也。”这是中国典籍中第一次介绍的阳燧使用方法。《淮南万毕术》写道：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”用冰作透镜，会聚太阳光取火，这是一项十分精巧的发明。又云：“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣。”这是潜望镜的雏形。

磁学方面。《淮南子》指出：“若以慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣”，“及其于铜则不通”。表明早在中国汉代已知道磁石虽能吸铁，但不能吸引其它一些物质，这是用磁石辨认物质的一种最初尝试。《淮南万毕术》还指出：“取鸡血与针磨寿之，以和磁石，用涂棋头，曝干之，置局上，即相距不休。”最早记载了同性磁极相斥的事实，并试图以胶合磁石粉末的办法来制作人造磁体。

还原论（reductionism）把高级运动形式归结为低级运动形式，用低级运动形式的规律去代替高级运动形式的规律的一种观点。如法国哲学家拉美特利主张把一切运动都简单归结为机械运动，并得出“人是机器” 的结论。他继承和发展笛卡儿的动物是机器的观点，认为人也是机器，人与动物没有本质的区别，人只是多几个齿轮，多几条弹簧，更精巧一些而已。他的《人是机器》一书，既是 18 世纪法国第一部以分开的无神论形式出现的系统的机械唯物主义的著作，也是宣扬还原论观点的用低级运动形

式的理论去概括高级运动形式的本质的著作。辩证唯物主义认为，自然界的运动形式有高级、低级之分；高级运动形式包含低级运动形式，但不能归结为低级运动形式；低级运动形式是高级运动形式的基础，但低级运动形式的规律不能代替高级运动形式的规律。

环境（environment）在环境科学中，环境是指除人类以外的所有外部自然因素及其对人类的生存、发展产生的影响。从生态学角度讲，环境是一切有机体生存所必需的外部条件的总和。用环境工程术语来表达时，环境可以指全球范围，也可以指某一局部区域。

全球环境是由大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和太阳辐射能所组成。大气圈是包围地球外部的气体圈层。它是由空气、水汽、悬浮着的液体微粒及固体杂质组成的混合体。地球上原始大气圈几乎是和原始地壳在同一过程中形成的。当原始大气圈和原始水圈在地球上出现的时候，地球上还是一个没有生命的世界。但是，自从地球上有了水和空气，就给生命的产生和生物的发展创造了条件。大气圈供应生物呼吸，并防止外层空间的宇宙线对生物的伤害。水圈是由海洋、河流、湖泊和溪流以及地表水所组成，它供应生物以水分。岩石圈是包围着地球的土壤、岩石圈层，为人类及其他生命有机体的生存与繁殖提供了基地。生物圈是地球表面有机体及其生存环境，这是太阳系九大行星中地球特有的圈层，它含有可维持人类生命的物质条件。阳光为生物生命活动提出了能源。

人类与环境的关系极其密切，为了维持生命，人类需要从周围环境中获得空气、水和食物，同时也将气态、液态和固体废料排放到周围环境中去。周围环境能够接收和吸收人类和动、植物生命所产生的废料，扩散森林火灾和人类炊烟等所产生的烟气，稀释动植物、人类粪便等到溪流和河中以及将死去的动植物肢体转化到土壤中使之含有养分以增加土壤肥力，从而维持人类生活和生产的需要。这种人类与环境的协调平衡关系已维持了千百万年。只是近二、三百年来，尤其是 19 世纪末和 20 世纪初，人们的注意转向了超越生存所需的其它需求。汽车、电器及经过处理的食品和饮料开始普及。与自然生存所需不同，它们都是与处理、提炼、制造等工业过程相联系。虽然这些需求已成为现代工业社会的主要推动力，但同时它所产生的废料却难于被周围环境所吸收。再加上世界人口的猛增，源于人类及其活动的大量污染物已使得周围环境处于超负荷运行状态。这就是人类对环境的冲击，造成了环境污染与公害问题，反过来这又引起了环境对人类的惩罚。水、空气、陆地、生物等环境要素都可以作为有害的影响来损害人类的健康和生存。所以人类在利用、改造环境的同时，必须注意保持与周围环境的平衡关系，按环境科学和生态平衡的客观规律办事，使人类和环境两者协调发展。

环境保护（environmental protection）利用行政、法规、教育和科学技术等措施，合理开发与使用自然资源，防治环境污染和其他公害，保护自然环境，发展有用的自然资源。

随着工业的飞速发展，在许多国家产生了日益严重的环境污染问题，并由环境污染造成了公害。到了 60 年代，环境公害已发展成世界性的重大问题。1972 年 6 月联合国在瑞典斯德哥尔摩召开人类环境会议，世界各国政府共同讨论当代面临的环境问题，探讨全球的环保战略。许多国家将环境保护、消除公害列为急需解决的重大课题，对环境保护采取一系列重大

措施。不少国家先后建立环境保护机构，负责环境保护的行政管理工作，制定法律、规章制度等。同时，运用与推广现代科学技术控制污染，例如建立大、中型的污水处理厂进行二级生化处理；改革生产工艺，不排放或少排放废物；建立闭路循环用水系统等以保护水源。此外，由废弃物的单纯处理转向废物资源化，如用垃圾发电。发达国家于 70 年代后期，尤其是

80 年代初，对基础性环境问题开展了多学科的综合研究，特别重视生态环境的研究。在制订国家或地区的经济发展规划的同时，结合考虑地球物理系统、生态系统和社会经济系统等各个方面，达到既发展经济又维护生态平衡的目的。各环保机构在监测调查和科学研究的基础上制定出各类环境标准及法规，如《河流污染防治法》、《水资源法》、《废水税法》等以保持水质。制定合理的废料排放标准，建立环境监测网络，以了解环境质量状况，评价环境要素，监督执行环境法规。

我国于 1973 年召开第一次全国环境保护会议，1974 年成立了国务院环境保护领导小组，1982 年成立城乡建设环境保护部。1984 年成立国务院环境保护委员会，而后又建立了国家环境保护局。先后颁布了《中华人民共和国环境保护法（试行）》、《海洋环境保护法》、《草原法》、《矿产资源法》、《风景名胜区管理暂行条例》等重要法律和条例。

由于环境保护的各项措施的实施，环境污染状况在一些国家有所改善，但仍有相当多的地区和国家的环境污染尚未得到有效的控制。这种状况还需依靠环保政策、科学管理来改变，使发展生产与改善环境协调一致。

环境物理学（environmental physics）研究各类物理环境对人类的影响及其评价，以及消除影响的技术途径及控制措施，旨在为人类创造一个适宜的物理环境的科学。环境科学中的一个分支。

人类所生存的环境可分为社会环境和自然环境两大部分。物理环境是自然环境的重要组成部分。它是由那些形式表现为能量的交换与转化的物质运动所构成，如机械运动、分子热运动、电磁运动等。具体来讲，就是声、光、热、电等人类生存所必需的环境要素。这些要素是永远存在的，并且对人无害，只是在环境中的含量过高或过低的才造成对人类的危害。如电焊强光对人的视觉功能的损害，大电流切断时的强脉冲放电对电子仪器正常运行的干扰等。但是这些物理性污染只是局部性的，而且一旦污染源消除，污染也随即消失。

物理环境又分为天然环境和人工环境两大类。火山爆发、地震、台风、雷电等自然现象会产生振动和噪声，在局部地区内形成天然声环境和天然振动环境。太阳黑子活动引起的磁暴现象造成天然的电磁干扰环境。天然光环境则是由直射日光和天空散射光形成的，由于气象因素及大气污染程度的差异，各地的天然光环境特性不同。自然热环境取决于太阳辐射状况，也与大气和地表之间的热交换有关。除了有些天然环境外，人类的生产实践活动又为自身造成了一个人工的物理环境，这也是环境物理学的主要研究对象。由于物理性污染程度是由声、光、热、电等在环境中的量决定的，所以环境物理学一般更注重于物理现象的定量研究。

简史人们研究声、光、热、电等对人类生活和生产活动的影响始于20 世纪初，通过研究逐渐形成在建筑物内部为人类创造适宜的物理环境的学科，即建筑物理学。

随着城市工业和交通运输业的发展，物理性污染日益严重，在建筑物

外部的环境对人们的生活、生产也产生了危害，因而促进了与物理学各分支学科对应的物理环境的研究。其中除了研究室内音质改善的建筑声学以外，还建立了减少噪声干扰与振动控制技术这一分支学科。20 世纪的 30～ 40 年代，国际上还组织、开展了抗电磁干扰问题的研究，在电磁学各分支学科的基础上发展了环境电磁学。

环境物理学就是在各分支学科分散研究并取得一定成果的基础上逐渐汇拢而成的一门新兴边缘学科。

学科内容 环境物理学主要包括环境声学、环境振动学、环境光学、环境热学、环境电磁学等研究分支。

环境声学主要研究对人类需要的声环境与人类活动的相互作用。内容包括声的产生、传播和接收；声对人类的心理效应和生理效应；声环境的测试和评价、改善和控制技术；噪声控制标准和管理措施以及厅堂音质等。

环境振动学研究有关振动的产生、测试、评价以及旨在消除振动危害的隔振、防振等措施；研究振动环境及其对人类的影响。

环境光学研究适宜于人类活动的光环境，包括天然光环境和人工光环境。前者的研究主要是对天然光进行观测、统计、分析，为建筑和环境工程提供数据、资料，研究日光的控制方法、光学材料和光学系统以及日光照明的充分利用。后者则主要研究和控制对人类生理有益的人工光源的光谱。

环境热学研究适宜于人类活动的热环境，揭示热环境和人类活动的相互作用，控制热污染。与环境光学一样，它还要创造出比自然环境更好的人工热环境以满足人类身体上、生理上和心理上的需要。

环境电磁学的研究内容是电磁干扰的产生、它对人类生产和科研活动的影响、对人类生理的危害以及如何防治和消除电磁干扰；电磁辐射在环境中的分布特点和规律；电磁环境质量的监测、评价、控制及安全标准的制定。

环境物理学的基础知识除了声学、机械振动学、光学、热学和电磁学外，还需要生理学、心理学、音乐、建筑学、医学、社会学等方面的知识。迄今为止，环境物理学就其自身学科体系而言，尚未完全定型。在它的各分支学科中，发展也不平衡，其中环境声学发展较快、较全面，近年来在理论和实验技术方面都有重大进展。

环境遥感（environmental remote sensing）利用各种遥感仪器了解环境的形状、种类、性质及其变化。表面看来，遥感仪器与所研究的环境目标之间没有直接接触，但实际上，在遥感仪器和被测目标之间还是有一定的物理联系的，其媒质就是电磁波、声波以及与重力、磁力有关的力场。目前使用的遥感概念是指从所获得的电磁波信息来研究目标物。“环境遥感”一词最早是在 1962 年的国际科学遥感讨论会上被引用的。

遥感的主要传感手段有摄影方式和非摄影方式两种。摄影方式是利用光谱的可见光、近红外波段及多波段对目标物进行摄影。它是应用得最广泛、最有用的遥感手段。人们在分析地球照片方面已很有经验。通常，摄影是由短期运行的飞船如阿波罗号、空中实验室等和长期运行的不载人飞船如卫星等来完成的。空中摄影对于描述和辨认地球各种特点提供了有价值的信息。摄影方式的主要优点是信息存储能力大、地面分辨率高、灵敏度高、可靠性好。但它只能在白天曝光，此外，云会使目标物的细节模糊。

利用多个波段的摄影方法称为多光谱摄影，即在底片上记录从地物表面上所反射的一些已知波段的能量。而波段的选择应使地物照相获得最大反差，从而也增加了系统的有效光谱分辨率。这种方法可以收集大量特殊信息。非摄影方式是指多光谱扫描、雷达探测等。多光谱扫描系统是一种先进的多光谱技术，它是在所选择的几个波段处用光电方法记录被测目标的光谱反射率。这类仪器已在地球资源技术卫星上被使用。它对每一像素（即最小可分辨的单个区域）的光谱反射率可实时地用电子学方法传递到地面接收站或储存在磁带内到接收站上空再发送。如果扫描波段在 8～14 微米，就是红外辐射仪，可用来遥测河流、湖泊、海洋的水体污染和热污染。由于可见光和红外波段受云、雨等大气条件的影响较大，因此微波辐射计作为一种全天候测量仪器，在海洋、地表测量方面有着广泛的用途。激光雷达、微波雷达是分别发射光学波段和微波波段的电磁波，然后接收其回波的主动遥感系统，也是大气、地面等环境遥感的常用手段。遥感仪器的站台有地面的、机载的和卫星的三类。最后一类即为气象卫星、海洋卫星等。卫星遥测能从宇宙空间对环境进行几乎是同时的、大面积的监测，可以获得大量有用的环境资料，是非常有效的环境遥测手段。

遥感技术在环境科学中主要用于：大气环境遥感、陆地环境遥感和海洋环境遥感。除了卫星技术外，地面遥感和机载遥感系统也是大气、陆地环境遥感的辅助手段。如激光雷达测云底高度，监测大气中的痕量气体及污染气体，微波雷达测雨滴、云滴、冰、雪等。地面上的地形分布、植被情况及地表水系图等，也可以用机载测视雷达来获得。

环境影响评价（environmental impact ass-essment）对一个建设项目或一种土地利用方式将来可能给环境带来的影响作出评价，进行开发建设项目的环境可行性研究。

环境影响评价的对象主要是大型工业开发建设项目（发电厂、化工厂等）、高速公路、飞机场、大型水利工程、森林开发等。它是一个在经济、环境、社会三者之间进行平衡决策的手段，也为工程决策提供了依据，是一项十分重要的环境保护措施。由于所评价的对象是开发项目及其环境所组成的大系统，故环境影响评价具有系统性、多学科的特点，为了使应考虑的环境因素都包括在研究范围之内，必须采用系统工程和系统分析方法。

环境影响评价的主要内容有：①拟建工程剖析。包括建设规模，主要原料、燃料，水的用量及来源，主要生产工艺过程，废气、废液、废渣的排放量及排放方式等。②区域环境条件，有关环境的变化规律。包括周围地区的地形、地貌、水文、气象等情况，周围地区的森林、草原、矿藏、野生动植物等自然资源状况，周围地区的自然、风景等保护区情况，居民生活区及其他厂矿企业分布情况等。③工程主要环境影响。主要是工程建成投产后对上述各类周围区域可能产生的影响，如废物排放对周围地区的环境质量影响程度和影响范围，电磁辐射、噪声对生活居住区的影响程度和范围等。④影响的评价。根据环境质量标准评价受工程影响后的环境质量，其影响的长、短期性，可恢复性，对生态系统的影响属主导性还是诱发性。⑤防治对策分析及监测系统的建立。防治对策分析的提出是针对所产生的影响是长期性的、不可恢复的或主导性的工程建设项目。为了验证环境影响评价的结果和掌握环境质量评价区域的状况，需建立监测系统。

环境质量评价（environmental quality ass-essment）根据一定的评价标准和评价方法对某区域的环境质量进行调查、分析、评价，是对环境质量优劣的定量评述。环境质量评价是一种认识和研究环境的科学方法，其目的是控制环境污染，为制订环境规划、搞好环境管理提供科学根据。

环境质量评价可分为以下几类：①按评价的时期分，有回顾评价、现状评价和预断（影响）评价；②按环境要素分，有单个要素评价、部分要素联合评价、整体环境的综合评价；③按评价的区域分，有城市环境评价、流域环境评价、海域环境评价和全球环境评价等；④按评价对象分，有自然环境评价、农业环境评价、风景游览环境评价；⑤根据评价参数选择，有化学评价、物理评价等等。

环境质量评价的内容主要有三个方面：①污染源的调查与评价，找出评价区内的主要污染源及主要污染物；②环境污染现状，污染的时空变化规律及污染物在环境中的转移；③环境污染的影响分析，包括污染引起的生态效应、对人体健康的影响以及经济损益。

环境质量评价的原理是选择一定数量的评价参数，将其转换为可比指标，最后进行加权综合，得到环境要素的质量指标。

回声（echo）声波经障碍物反射或散射回来同原发声能辨别的声音。若回声同原发声传到人耳的时间相差二十分之一秒以上，且强度衰减不是很大时，就能够清楚地听到回声。回声是山谷中或大厅内常有的现象。例如，山间放炮，虽然发声时间极短，但人耳听到的却是炮声不绝，这就是回声所造成的。回声会妨碍听音，是影剧院或大厅等建筑中必须避免的缺点。但短时间的回声（与原发声的时间间隔在二十分之一秒以内）不但不妨碍听音，反而有使声音加强的作用。室内听音较广场响亮，就是这个道理。从广义上讲，回声是指可与直达声区别的一切反射或散射回来的声音。在许多科学技术问题上，利用回声现象制成回声测深仪、水声定向器、超声探伤仪等，用于矿床勘探、材料探伤、水深测量、鱼群探测等。

■回转仪

回转仪（gyroscope）又称陀螺仪。利用物体在无外力矩作用下高速旋转时转轴方向不变的特性所制成的仪器。回转仪的主要部件是一个支于座架上的常平架和一个支于常平架上能绕对称轴高速旋转的物体。这个物体又称为陀螺或转子。常平架由内圈 B 和外圈 A 组成。固定在 B 圈直径两端的两个短轴 a 和 b 套在 A 圈某一直径两端处的两个轴承内，使 B 圈可以绕着 A 圈上的 ab 轴线自由转动。固定在 A 圈上的两个短轴 c 和 d 则套在框架上的轴承内，使 A 圈可绕 cd 轴线自由转动。ab 和 cd 互相垂直。高速旋转物体可绕 B 圈上的轴线 ef 旋转，ef 与 ab 垂直。这种机构可以被转子的轴在空间中自由地取任意方向。当转子转动时，根据角动量定理，转子的转轴在空间取不变的方向。因此，支架的取向若有任何变动，都不会影响转子转轴的方向。回转仪通常用来作为定向装置，例如回转罗经等；或稳定装置，例如陀螺稳定器等。

汇编语言（assembly language）面向机器的低级程序设计语言，用符号表示。由基本字符集、语句（即指令）、标号以及它们的使用规则所组成。不同类型的机器所配的汇编语言各不相同，不能通用。

汇编语言的基本字符集通常为 26 个英文字母，十个数字 0～9，算术

运算符+—*/等，有的还包括关系运算符：GT，GE，LT，LE，EQ，NE，逻辑运算符：NOT，AND，OR，XOR 等。

汇编语言的语句（指令）可分为如下三类。①用符号助记的机器指令，简称为助记符。每一条机器指令都有一个对应的助记符，例如一条加法指令对应的助记符为 ADC$OB，其意义是累加器的数与十六进制 OB 房间内的数和上一位运算结果的进位值相加，结果再存在累加器中。②伪指令（用于向汇编程序说明有关信息）。③宏指令（程序员自己定义的指令）。

汇编语言把指令、地址和数据都加以符号化，因此比二进制的机器语言容易懂，容易记，容易修改。但用汇编语言写的程序必须经汇编程序翻译以后才能为机器所接受。

与高级语言相比，用汇编语言编制的程序具有节省内存储器、执行速度快，并可精细地控制和使用机器资源等优点，因而常常用于系统程序、实时控制、测量程序和常用标准子程序的设计。特别在微型机应用系统的设计中，汇编语言是最常用的程序设计语言之一。

汇编语言程序（assembly language program）用汇编语言按一定格式编写的程序称为汇编语言程序。要编写出正确的汇编语言程序必须掌握程序设计方法，熟悉程序的基本结构和汇编语言的使用。

程序的基本结构有线性结构、分支结构、循环结构和子程序结构等，任何程序都由这些基本结构所组成。

汇编语言程序是用汇编语言书写的，程序中只能使用汇编语言所规定的各种指令、变量。常数、标号、表达式的构成必须符合汇编语言的语法规则。通常汇编语言程序由若干语句构成，最后用 END 伪指令结束。每个语句行分成四个区：

	标号：操作码	操作数；	注解
例如	LD1： BEQ＄	293F；	结果为零转到
			293F 地址

标号即符号形式的地址，用来标志转向或调用入口，标号不是每个语句都必须有的。操作码可以是各种助记符、伪指令或宏调用指令。注释部分可作为文本的说明，汇编时不作处理，自动略去。

惠更斯（Christian Huygens 1629～1695）荷兰物理学家、数学家、天文学家。生于海牙。曾在莱顿大学和布雷达学院学习。1663 年被聘为英国皇家学会第一个外国会员。1666 年刚成立的法国皇家科学院选他为院士。1681 年起居住海牙。

主要对力学的发展和光学的研究作出了重要贡献。1652 年，开始弹性物体碰撞的研究。1665 年，发明摆钟，研究了它的理论和一系列有关问题。发表了《摆钟》（1658）及《摆式时钟或用于时钟上的摆的运动的几何证明》（1673），提出了著名的单摆周期公式，解决了物理摆的振动中心的确定，推出了有关圆周运动及离心力的若干重要结果，包括向心加速度概念和向心加速度公式，从而有助于牛顿得出万有引力定律。研究了弹性体的碰撞，成为 1668～1669 年英国皇家学会为解决对心碰撞问题悬赏征文的得奖者之一，首次提出了这种碰撞前后的Σmv2 守恒。

惠更斯是波动光学的创始人。1678 年，在他提交给巴黎科学院的回忆录中，详细阐述了光的波动理论。出版了《光论》（1690）一书，说明光的传播机制。提出他的著名原理：光波发射时，传播光的每一物质粒子不

只把运动传给前面的邻近粒子（与原始粒子和光源位于同一直线上），而且还应传给周围所有其他和自己接触并阻碍自己运动的粒子。因此，在每一粒子周围就产生以此粒子为中心的波。该原理被称为惠更斯原理，是波动光学中的一个重要原理。以此原理为基础，引入了子波概念，推导出了光的反射和折射定律，解释了冰洲石的双折射现象。1678 年，发现光的偏振，但未能解释。

惠更斯在热学方面也有成就。1665 年，与胡克合作，确定了温度计的固定点——冰的熔点和水的沸点。1667 年，表述了水结冰时膨胀的现象。1673 年，首次提出利用火药、风力等为动力的各种机器雏形。在天文学方面的贡献有：1659 年，研究了引力问题，并推证地球为扁球形。同年，改进了望远镜，特别是物镜；制成一种效果很好的目镜，被称为惠更斯目镜，至今通用。1665 年，利用自己制成的望远镜发现土星光环和土星的第一颗卫星——土卫六，确定了它绕行星转动的周期。著有《惠更斯著作全集》

（共 22 卷）。

惠更斯-菲涅耳原理（Huygens-Fresnel-princ-iple）菲涅耳对惠更斯原理的发展。惠更斯用次波概念来描述波的传播。菲涅耳进一步考虑了次波振幅按相位不同而叠加的原理。惠更斯-菲涅耳原理可表述为：波面S 上每个面元 dS 都可以看成新的波源，它们发出次波，空间某一点 P 的振动是所有次波在该点的相干叠加。

设 dS 处的光振动为 dSsinwt，dS 为面元的面积，现在也用来作为次波的振幅，因为两者成正比。该次波到达 P 点时，其振幅与传播距离 r 成反比，且与 dS 的倾角θ有关。所谓倾角是指面元 dS 的法向与 dS 到 P 点连线之间的夹角。P 点的振幅随θ的增大而减小，可用 k（θ）表示这种关

系。次波到达P点处的相位为 2π r，所以P点的光振动为

A = dA = C k(θ) sin(ωt − Kr ) dS，

∫ s ∫ s r

式中 C 为比例系数，k=2π/λ为波数。

菲涅耳在 1818 年建立了这个理论。1882 年基尔霍夫用严格的数学理论证明倾斜因数

k(θ) = 1 (1 + cosθ)，

当θ=π时，k(θ)=0，即没有后退的次波。基尔霍夫还证明比例系数

−i π

C的表达式为C = 1 2 。

惠更斯原理（Huygens Principle）描述波阵面在媒质中传播规律的原理，由荷兰物理学家惠更斯于 1690 年首先提出。惠更斯原理认为，在波传播的任何时刻，波阵面上的每一点都可看作新的波源，它们都会发出球面次波。次波所形成的包络面又形成新的波阵面。惠更斯原理能够解释同一媒质中波阵面的单向传播问题，也可以解释光的反射和折射定律。运用惠更斯原理可以证明，在光密媒质里，光波的传播速度应当比在光疏媒质里小。这个正确结论否定了根据牛顿的微粒说所得到的推论，为确立光的波动说起了积极作用。惠更斯原理也可以用来解释波的衍射现象。

惠斯通（Charles Wheatstone， 1802～1875）英国物理学家、发明家。多年在伦敦任物理学教授。主要贡献在电磁学方面。1834 年，通过对电流速度的测量，得出电流速度约为光速的一半，为否定电的超距作用观念提供了实验依据。1837 年，发明了实用电报机，并在英国获得广泛使用。同年，与法拉第、亨利等共同进行了自感现象的实验。1843 年，为了解决精确测量电阻的问题，发明了一种由电阻元件联结成的桥式电路—— 单臂电桥，又称惠斯通电桥。该电桥由四个臂（支路）组成，其中一个臂连接待测电阻，其余三个臂连接标准电阻，在电桥的一个对角线上连接灵敏的检流计，在另一对角线上连接直流电源。测量时，调节一个臂或几个臂的电阻，使检流计中无电流通过，电桥达到平衡时，就可求出未知电阻，它的测量范围为 0.1 欧到 1 兆欧，为电阻的精确测量提供了有用的工具。

1845 年，获得了用电磁铁代替永久磁铁的专利权，解决了发电机发展的一个关键环节。1866 年，发明了自激发电机，从而完成了交流和直流发电机的最后定型。

惠斯通电桥（wheatstone bridge）是测量电阻最准确的仪器。其原理如图所示。图中 r1，r2，r3，r4 为桥臂电阻，Rg 为检流计内阻，RB 是可变电阻器和电池电源的内阻之和。根据计算可知道流过检流计的电流为：

I = E

/ [R

+ R + R + R

+ 1 ( R R

+ R R

)]，

g B B g

式中，

1 2

B 2 1 2 1

g B g

R = (r1 + r2 )(r3 + r4 ) − (r2 r4 − r1 r3 ) ，

¹ r + r + r + r

R = (r1 + r4 )( r2 + r3 ) − ( r2 r4 − r1r3 ) ，

² r + r + r + r

1 2 3 4

R = r2 r4 − r1 r3 。

³ r + r + r + r

1 2 3 4

当平衡指示器两端电位相等时，即 Ig=0，则 R3=0，即 r2r4=r1r3。

由上式可知，电桥的平衡条件仅仅是由桥臂各参数之间的关系确定的，而与电源及指零仪内阻无关。所以电桥线路对电源稳定性的要求可以降低，这是补偿法线路无法做到的。

■惠斯通电桥

从图可以看出，若将电源和指零仪位置互换，指零仪两端的电位仍会相等，即平衡条件与电源及指零仪位置无关。

从平衡条件（r2r4=r1r3）的对称性可得，平衡电桥的相对臂的位置互换时，平衡条件不变。从平衡条件可知，一个对角线的状态（开路、短路、接有某一个电阻）不会影响另一对角线的状态（电流的大小）。

混沌（chaos）动力学系统在失去稳定平衡后可能出现的一种貌似混乱、其实“乱中有序”，且具有简单规律性的运动状态。在这类动力学系统中出现的随机性，与大量粒子无规则热运动中出现的随机性是不同的，它们之间的明显区别在于动力学系统的随机性会在只有几个自由度的系统中显露出来，而且在描述这类系统的方程中没有任何外在的随机因素，因而又称为内在的随机性。这类随机性的一个特征是，如果两个初始

条件只有“差之毫厘”的微小偏差，则由它们定出的方程的解却以指数增长的方式随时间而互相迅速分离。这种特征现在被广泛称为“对初始条件的敏感性”。美国气象学家洛仑兹在一次演讲中把这种行为形象地比喻为一只蝴蝶在巴西拍动一次翅膀，会在美国得克萨斯州引起一场龙卷风，因而又称“蝴蝶效应”。在一大类非线性确定性方程中出现的这种随机性就称为“混沌”。

受周期力驱动的阻尼摆的运动，是可能出现混沌的一个简单例子。它的运动方程是

&θ&+ γθ&+ g sin θ = A cosωt，

θ是摆的偏转角，θ&和&θ&分别是θ对时间的一阶导数和二阶导数， γ是阻尼常数，Acoswt 是幅值为 A、频率为 w 的周期驱动外力矩。由于 gsin θ（g 是重力加速度）的存在，这是一个非线性的运动方程。在固定阻尼的外力作用的情况下，当外力矩的幅值 A 小于某个阈值 Ac

■图 1 摆的运动

时，摆的运动呈现周期行为（见图 1（a））.一旦当 A＞Ac 时，摆的运动就由周期运动走向一种似乎很混乱的非周期运动（见图 1（b））。尤其当摆开始处于θ=π即不稳定平衡点上时，整个摆的运动明显体现出对初始扰动的敏感性，由此产生的非周期运动就是一种混沌运动。

1963 年美国气象学家洛仑兹首次从两块无限大平板间的热对流问题中得出了一个一阶非线性常微分方程组

x&= −10x − 10y，y&= 40x − y − y − xz，

&z = − 8 z + xy。

他发现，这个方程组体现的运动轨道显示出令人注目的行为。一方面轨道随时间逐渐被吸引到一个有界区域内，另一方面任意两个初始靠近的轨道随时间以指数形式分离开去。这种整体上稳定与局部不稳定并存的结果导致了混沌运动，轨道的空间集合形成了具有分形结构的奇怪吸引子（见图 2）。

■图 2 洛仑兹奇怪吸引子

在上述微分方程中固定一个变量，就可以将连续变化的“流”约化为不连续变化的变量迭代过程。最简单的一维非线性迭代过程是 xn+1=λxn

（1-Xn），选取适当的参数λ，可使这个迭代的结果限制在线段[0，1]之间。美国物理学家费根鲍姆发现，在这个迭代方程中，随着λ的增加，迭代结果在经历二周期、四周期、⋯的倍周期分岔以后，在一确定的λ。处进入没有任何周期的混沌区，而且混沌区是一种“结构中有结构”的分形，即在混沌区内存在周期“窗口”，在周期“窗口”又有倍周期分岔⋯（见图 3）。费根鲍姆还得到一些普适常数，例如从倍周期分岔进入混沌过程中相应λ参数之间的间隔之比在极限情况下收敛于常数

δ=4.6692016091029⋯。

不同的迭代函数从分岔进入混沌的参数值可能不同，但对于一大类函数上述收敛常数却是相同的。这些普适常数的发现是动力学理论的重大突破，它不仅揭示了通向混沌的一条道路——从倍周期分岔进入混沌，而且证实了混沌确实不是混乱，而是一种有待人们进一步认识的运动状态。

■图 3 倍周期分岔进入混沌

混沌在自然界中有种种表现。一般说来，混沌比有序更为普遍。现在不但已经在诸如非线性电路、流体的不稳定流动、光学双稳态以及超导约瑟夫森结等许多实验中观察到混沌运动，而且在生物学、医学等其他领域中也发现了混沌的种种表现。混沌的研究向人类打开了自然界宝库的又一个新天地，过去曾收集到的一部分随机信息常常被认为太混乱、太复杂而被“束之高阁”，现在已可归入混沌之列而采用新的方法加以处理，从而进一步深化人类对自然界发展演化的认识。

混响（reverberation）又称交混回响。声源停止发声后，声音延续所引起的交混现象。通常以平均声能密度减弱到原始值的百万分之一所需的时间来衡量其延续时间，称为混响时间。混响常常是由于声音的连续多次反射成为多重回音，交混在一起而形成的。适当的混响可加强讲话者的声音，或使音乐和歌唱悦耳动听。但混响时间过长，会使前后声音交混，就听不清楚；而混响时间太短，则音量不够，听起来声音干涩、单薄，对于音乐演奏特别不适宜。例如在空旷的田野上讲话就是如此。因此混响时间是评定建筑物声音质量的一个重要指标。一般认为，小音乐厅（小于350m3）的最合适交混回响时间为 1 秒左右；如果体积增大，则交混回响

时间按³ V倍增加（V为建筑物体积）。北京首都剧场，坐满观众时交

混回响时间为 1.36 秒，空坐时为 3.30 秒。海水中由于海底和水中浮悬物以及不均匀层对声音的反射、折射、衍射等原因，也能形成混响，这对于水中通讯是一种严重干扰。

混响室（reverberationroom）一个能在所有边界上全部反射声能，并在其中充分扩散，使形成各处能量密度均匀、在各传播方向作无规分布的扩散场的实验室。该室的形状不规则（例如三组对立面互不平行的长方体等），六个壁面由声反射系数很大（99%以上）的坚硬材料做成，有时在室内还安装加速扩散的扩散体。要求在各个频段的混响时间均在 1 秒以上。混响室的用途很广，主要用于测量声源的功率和频谱，测定材料的声吸收系数，测定电声器件的效率等声学性能以及隔音构件的隔音量等。

火花发生器（spark generator）能够按照一定的时间间隔产生脉冲高压的装置。使用时，只要在两电极间放上记录纸，或者记录纸本身就是一个电极，另一极通上脉冲高压，当两极间达到一定距离（通常为 0.5 厘米）时，开始击穿空气打出火花，烧焦记录纸，留下微小的火花孔。如果记录纸相对运动，则一系列火花记录点就留在记录纸上了。所以在力学实验中，可用来记录运动物体的等时轨迹点，由此推算出各时刻的位移、速度和加速度。如果火花发生器用在气垫导轨上作振动研究，可以记录滑块的振幅、周期，加上纸带的传动装置还可以记录正弦形的振动曲线。

火花发生器的型号有多种，使用时，要注意安全！使用前需详细阅读使用说明。

火箭（rocket）依靠发动机向后喷射高速气体而获得向前推力的运载工具。高速气体可以由燃烧固体或液体推进剂产生。火箭发动机与其他喷气发动机的不同点是，其他喷气发动机本身只携带燃料，要依靠空气中的氧助燃，而火箭发动机的燃料和氧化剂都是自带的，所以既可以在大气中，又可以在大气层的外层空间航行。

火箭最早由中国发明（见古代火箭）。中国发明的火箭传到欧洲以后，

主要用于战争。第一次世界大战后，随着技术的进步，各种火箭武器迅速发展起来。第二次世界大战末期，德国研制成功并实际应用的 V-2 火箭是火箭技术上划时代的成就。在战后年代中，美国、原苏联和其他一些主要国家集中力量研究和发展了包括洲际导弹在内的各种火箭武器和运载火箭，使最近数十年成为火箭技术蓬勃发展的时代。中国在 1970 年用“长征”

1 号火箭成功地发射了第一颗自制的人造地球卫星。1975 年，用更大推力的“长征” 2 号火箭发射了可回收的重型卫星。1980 年向南太平洋海域成功地发射了新型的运载火箭。 1984 年和 1986 年用装有液氢和液氧发动机的“长征”3 号火箭先后发射了地球同步试验通讯卫星。中国火箭技术的发展，使她正在跨入火箭技术先进国家之列。

火箭有许多不同种类。按推进剂性质可分为固体和液体火箭；按是否可控制可分为无控火箭和有控火箭；按射程可分为近程、中程和远程火箭；按推进级数可分为单级火箭和多级（2～4 级）火箭等。现在，除了依靠燃烧化学推进剂的所谓化学火箭外，还出现了用其他能源的火箭，例如电火箭、核火箭，同时人们也在设想光子火箭的方案。各种火箭均由壳体、有效载荷（卫星和弹头等）、推进系统、电源系统和有控火箭的制导和控制系统等组成。设计火箭的总体要求是用最小的起飞重量把最大的有效载荷安全、远距离并准确地运送至指定地点。这要求发动机有优越的性能，能在单位时间内燃烧并高速喷射尽量多的物质，同时发动机本身则越轻越好。选用什么推进剂是充分发挥发动机性能的重要因素。火箭的壳体应有合理的空气动力外形，用质轻和有良好机械性能和耐热性能的材料制造。制导和控制系统须能准确并有效地随时调节飞行中火箭的方向、高度、距离、速度以及飞行姿态等。目前各种火箭武器正在向更高精度、反拦截、抗干扰和提高生存能力的方向发展；运载火箭正朝着高可靠、低成本、多用途和多次使用的方向发展。巡航导弹和航天飞机的诞生，说明了这种发展趋势。火箭技术的迅速发展，不仅将提供更加尖端和完善的武器系统，而且使建立空间站以及实现星际航行等成为可能。

■金属导体的霍耳效应图

霍耳效应（Hall effect）当导体或半导体中通有电流，并且在与电流相垂直的方向存在外磁场时，在导电体与电流和磁场相垂直的两侧间产生电势差的现象。1879 年由美国物理学家霍耳发现。霍耳效应的产生，是由于作漂移运动的电子或其他载流子在磁场中受洛伦兹力作用的结果。实验表明，霍耳电势差 UH 与电流强度 I、磁感应强度 B 的乘积成正比，而与导电体沿磁场方向的厚度 d（见图）成反比，即

U = K IB

H H d

式中K

_H称为霍耳系数。可以证明，KH =

1 ，其中n为载流子浓度，

q 为载流子的电荷。由于半导体材料的载流子浓度远比金属小，故半导体的霍耳效应显著，而金属和电解质的霍耳效应微弱。霍耳效应有广泛的应用。例如，由霍耳系数的正负号可以判定半导体材料的导电类型；通过测定样品霍耳系数的值，可以确定材料载流子的浓度及其迁移率。利用半导体的霍耳效应还可以制成测量磁场强度的磁强计。各种类型的霍耳元件经常应用于微波和电子学、计算机以及自动控制等技术中。这类元件的优点

是结构简单、使用方便、性能可靠、成本低廉，缺点是对温度比较敏感，故测量结果往往要作温度修正。