第一章物质的属性与光、电、磁、能量、质量

1、 第一篇 放射诊疗物理学基础 第一章 物质的属性与光、电、磁、能量、质量人们很早就接触到光、电和磁的现象，并知道磁棒有南北两极。最初光学主要是试图回答“人怎么能看见周围的物体”等类问题。十一世纪阿拉伯人发明制作了凸透镜，16世纪末期荷兰人制造出最早的显微镜。十七世纪，牛顿进行太阳光的实验，牛顿它能把太阳光分解成简单的组成部分，形成一个颜色按一定顺序排列的光分布光谱。根据光的直线传播性，认为光是一种微粒流，微粒从光源飞出来，在均匀介质内遵从力学定律作等速直线运动，发光物体发射出以直线运动的微粒子，微粒子流冲击视网膜就引起视觉，并且用这种观点对折射和反射现象作了解释。荷兰物理学家惠更斯提出了光的波

2、动说，推导出了光的反射和折射定律，圆满的解释了光速在光密介质中减小的原因，同时还解释了双折射现象；波动是物质运动的重要形式，广泛存在于自然界。被传递的物理量扰动或振动有多种形式，机械振动的传递构成机械波，电磁场振动的传递构成电磁波（包括光波）等。物理学上某一物理量的扰动或振动在空间逐点传递时形成的运动称为波。 各种波的共同特性还有：在不同介质的界面上能产生反射和折射，对各向同性介质的界面，遵守反射定律和折射定律；通常的线性波叠加时遵守波的叠加原理；两束或两束以上的波在一定条件下叠加时能产生干涉现象；波在传播路径上遇到障碍物时能产生衍射现象；横波能产生偏振现象。在18世纪，发现电荷有两种：正电荷

3、和负电荷。不论是电荷还是磁极都是同性相斥，异性相吸，作用力的方向在电荷之间或磁极之间的连接线上，力的大小和它们之间的距离的平方成反比。 在这两点上和万有引力很相似。18世纪末发现电荷能够流动，这就是电流。十九世纪，奥斯特发现电流可以使小磁针偏转。而后安培发现作用力的方向和电流的方向，以及磁针到通过电流的导线的垂直线方向相互垂直。不久之后，法拉第又发现，当磁棒插入导线圈时，导线圈中就产生电流。这些实验表明，在电和磁之间存在着密切的联系。在电和磁之间的联系被发现以后，人们认识到电磁力的性质在一些方面同万有引力相似，另一些方面却又有差别。为此法拉第引进了力线的概念，认为电流产生围绕着导线的磁力线，电

4、荷向各个方向产生电力线，并在此基础上产生了电磁场的概念。但长期以来，人们只是发现了电和磁的现象，并没有发现电和磁之间的联系。麦克斯韦总结了宏观电磁现象的规律，并引进位移电流的概念：变化着的电场能产生磁场；变化着的磁场也能产生电场。在此基础上他提出了一组偏微分方程来表达电磁现象的基本规律。这套方程称为麦克斯韦方程组。麦克斯韦的电磁理论预言了电磁波的存在，其传播速度等于光速，这一预言后来为赫兹的实验所证实。由于电磁场能够以力作用于带电粒子，一个运动中的带电粒子既受到电场的力，也受到磁场的力，洛伦兹把运动电荷所受到的电磁场的作用力归结为一个公式，人们就称这个力为洛伦茨力。洛伦兹创立电子论，解释了发光

5、和物质吸收光的现象，也解释了光在物质中传播的各种特点，包括对色散现象的解释描述电磁场基本规律的麦克斯韦方程组和洛伦茨力就构成了经典电动力学的基础。人们认识到，电磁场是物质存在的一种特殊形式。电荷在其周围产生电场，这个电场又以力作用于其他电荷。磁体和电流在其周围产生磁场，而这个磁场又以力作用于其他磁体和内部有电流的物体。电磁场也具有能量和动量，是传递电磁力的媒介，它弥漫于整个空间。电可以生成磁，磁也能带来电，变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，所以电磁波也常称为电波。英国物理学家麦克斯韦引入位移电流的概念，建立了是电磁学的基本

6、方程，创立了光的电磁学说，通过证明电磁波在真空中传播的速度等于光在真空中传播的速度，从而推导出光和电磁波在本质上是相同的，即光是一定波长的电磁波，肯定了光也是一种电磁波。按照麦克斯韦的理论c/v=( * )式中c为真空中的光速。为在介电常数为和导磁系数为的媒质中的光速，因为c/v=n(折射率)，所有n=( * )这个关系式给出了物质的光学常数，电学常数和磁学常数之间的关系。当时从上述的公式中看不出n应随着光的波长而改变，因而无法解释光的色散现象。后来罗仑兹在1896年创立了电子论，从这一理论看，介电常数是依赖于电磁场的频率，即依赖于波长而变的，从而搞清了光的色散现象。光的电磁理论能够说明光的传

7、播、干涉、衍射、散射、偏振等许多现象，但不能解释光与物质相互作用中的能量量子化转换的性质，所以还需要近代的量子理论来补充。二十世纪，美国物理学家爱因斯坦提出了著名的光电效应，认为紫外线在照射物体表面时，会将能量传给表面电子，使之摆脱原子核的束缚，从表面释放出来，因此爱因斯坦将光解释成为一种能量的集合光子。1925年，法国物理学家德布罗意又提出所有物质都具有波粒二象性的理论，即认为所有的物体都既是波又是粒子，光电效应以及康普顿效应无可辩驳地证明了光是一种粒子，但是光的干涉和光的衍射又表明光确实是一种波。光的电磁理论能够说明光的传播、干涉、衍射、散射、偏振等许多现象。随后德国著名物理学家普朗克等数

8、位科学家从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的量子论。普朗克量子论不仅很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布的规律，而且以全新的概念提出了光与物质相互作用的问题。量子理论和相对论相继建立，物理学由经典物理进入了现代物理学，将人类对物质属性的理解完全展拓了。现代光学中光量子概念、量子力学和量子电动力学阐明原子光谱、分子光谱和离子光谱；能解释电场、磁场和声场对光谱的效应；能建立激发条件和光谱特性的关系。综上所述，光是指所有的电磁波谱，沿直线传播的，光的传播也不需要任何介质。但是，光在介质中传播时，由于光受到介质的相互作用，其传播路径会发生偏折，产生反射与折射的现象。光源之所以发出光

9、，是因为光源中原子、分子的运动，主要有三种方式:热运动、跃迁辐射(包括自发辐射和受激辐射)，以及物质内部带电粒子加速运动时所产生的光辐射。光的本质应该认为是“光子”，是由光子为基本粒子组成，它具有波粒二相性。同时光具有动态质量，根据爱因斯坦质能方程可算出其质量。1、 质能方程 爱因斯坦著名的质能方程式Emc2，E表示能量，m代表质量，而c则表示光速。相对论的一个重要结果是质量与能量的关系。质量和能量是不可互换的，是建立在狭义相对论基础上，1915年他提出了广义相对论。爱因斯坦1905年6月发表的论文关于光的产生和转化的一个启发性观点，解释了光的本质，这也使他于1921年荣获了诺贝尔物理学奖。质

10、能方程式的推导首先要认可狭义相对论的两个假设：1、 任一光源所发之球状光在一切惯性参照系中的速度都各向同性总为c 2、 所有惯性参考系内的物理定律都是相同的。 如果你的行走速度是v，你在一辆以速度u行驶的公车上，那么当你与车同向走时，你对地的速度为u+v，反向时为u-v，你在车上过了1分钟，别人在地上也过了1分钟这就是我们脑袋里的常识。也是物理学中著名的伽利略变换，整个经典力学的支柱。该理论认为空间是独立的，与在其中运动的各种物体无关，而时间是均匀流逝的，线性的，在任何观察者来看都是相同的。 而以上这个变幻恰恰与狭义相对论的假设相矛盾。 事实上，在爱因斯坦提出狭义相对论之前，人们就观察到许多与

11、常识不符的现象。物理学家洛伦兹为了修正将要倾倒的经典物理学大厦，提出了洛伦兹变换，但他并不能解释这种现象为何发生，只是根据当时的观察事实写出的经验公式洛伦兹变换而它却可以通过相对论的纯理论推导出来。 然后根据这个公式又可以推倒出质速关系，也就是时间会随速度增加而变慢，质量变大，长度减小。一个物体的实际质量为其静止质量与其通过运动多出来的质量之和。 当外力作用在静止质量为m0的自由质点上时，质点每经历位移ds，其动能的增量是dEk=F·ds，如果外力与位移同方向，则上式成为dEk=Fds，设外力作用于质点的时间为dt，则质点在外力冲量Fdt作用下，其动量增量是dp=Fdt，考虑到v=d

12、s/dt，有上两式相除，即得质点的速度表达式为v=dEk/dp，亦即 dEk=vd(mv)=V2dm+mvdv，把爱因斯坦的质量随物体速度改变的那个公式平方，得m2(c2-v2)=m02c2,对它微分求出：mvdv=(c2-v2)dm，代入上式得dEk=c2dm。上式说明，当质点的速度v增大时，其质量m和动能Ek都在增加，质量的增量dm和动能的增量dEk之间始终保持dEk=c2dm所示的量值上的正比关系。当v=0时，质量m=m0，动能Ek=0，据此，将上式积分，即得Ek0dEk=m0m c2dm（从m0积分到m）Ek=mc2-m0c2 上式是相对论中的动能表达式。爱因斯坦在这里引入了经典力学中

13、从未有过的独特见解，他把m0c2叫做物体的静止能量，把mc2叫做运动时的能量，我们分别用E0和E表示：E=mc2 , E0=m0c2。推导：首先是狭义相对论得到 洛伦兹因子=1/sqrt(1 - v2/c2) 所以，运动物体的质量 M(v) = m0=m0/(1 - v2/c2) 然后利用泰勒展开 1/sqrt(1 - v2/c2)=1+1/2*v2/c2+. 得到M(v)c2 = m0c2=m0c2/(1 - v2/c2)=m0c2+1/2m0v2+. 其中m0c2为静止能，1/2m0v2就是我们平时见到的在低速情况下的动能，后面的省略号是高阶的能量。 E=MC2 E是能量 单位是焦耳（J）

14、 M是质量，单位是千克（Kg）， C是光速！C=3×108 质能方程:E=mc2是否违背了质量守恒定律?质能方程并不违反质量守恒定律，质量守恒定律是指在任何与周围隔绝的体系中，不论发生何种变化或过程，其总质量始终保持不变。或者说，化学变化只能改变物质的组成，但不能创造物质，也不能消灭物质，所以该定律又称物质不灭定律。 而质能方程是表述了质量和能量之间关系，所以不违背质量守恒定律。同时公式说明物质可以转变为辐射能，辐射能也可以转变为物质。这一现象并不意味着物质会被消灭，而是物质的静质量转变成另外一种运动形式。(由于当时科学的局限，这条定律只在微观世界得到验证，后来又在核试验中得到验证）

15、所以20世纪以后，因此而在原来质量守恒定律和能量守恒定律上发展出质量和能量守恒定律，合称质能守恒定律。关于质量和能量的关系：质量和能量就是一个东西，是一个东西的两种表述。质量就是内敛的能量，能量就是外显的质量。正如爱因斯坦而言：“质量就是能量，能量就是质量。时间就是空间，空间就是时间。” 质能方程分为总能量和静止质量.质能方程的三种表达形式 表达形式1：E0=m0c2上式中的m 0为物体的静止质量，m0c为物体的静止能量.中学物理教材中所讲的质能方程含义与此表达式相同，通常简写为 E=mc2. 表达形式2：Ev=Mvc2 随运动速度增大而增大的量.mc为物体运动时的能量，即物体的静止能量和动能

16、之和. 表达形式3：E=mc2上式中的m通常为物体静止质量的变化，即质量亏损.E为物体静止能量的变化.实际上这种表达形式是表达形式1的微分形式.这种表达形式最常用，也是学生最容易产生误解的表达形式. 物体的静止能量：物体的静止能量是它的总内能，包括分子运动的动能、分子间相互作用的势能、使原子与原子结合在一起的化学能、原子内使原子核和电子结合在一起的电磁能，以及原子核内质子、中子的结合能.物体静止能量的揭示是相对论最重要的推论之一，它指出，静止粒子内部仍然存在着运动.一定质量的粒子具有一定的内部运动能量，反过来，带有一定内部运动能量的粒子就表现出有一定的惯性质量.在基本粒子转化过程中，有可能把粒

17、子内部蕴藏着的全部静止能量释放出来，变为可以利用的动能.例如，当介子衰变为两个光子时，由于光子的静止质量为零而没有静止能量，所以，介子内部蕴藏着的全部静止能量 质量和能量的联系：在经典力学中，质量和能量之间是相互独立、没有关系的，但在相对论力学中，能量和质量只不过是物体力学性质的两个不同方面而已.这样，在相对论中质量这一概念的外延就被大大地扩展了.爱因斯坦指出：“如果有一物体以辐射形式放出能量E，那么它的质量就要减少E/c.至于物体所失去的能量是否恰好变成辐射能，在这里显然是无关紧要的，于是我们被引到了这样一个更加普遍的结论上来.物体的质量是它所含能量的量度.”他还指出：“这个结果有着特殊的理

18、论重要性，因为在这个结果中，物体系的惯性质量和能量以同一种东西的姿态出现，我们无论如何也不可能明确地区分体系的真实质量和表现质量.把任何惯性质量理解为能量的一种储藏，看来要自然得多.”这样，原来在经典力学中彼此独立的质量守恒和能量守恒定律结合起来，成了统一的“质能守恒定律”，它充分反映了物质和运动的统一性. 质能方程说明，质量和能量是不可分割而联系着的.一方面，任何物质系统既可用质量m来标志它的数量，也可用能量E来标志它的数量；另一方面，一个系统的能量减少时，其质量也相应减少，另一个系统接受而增加了能量时，其质量也相应地增加. 质量亏损与质量守恒 当一组粒子构成复合物体时，由于各粒子之间有相互

19、作用能以及有相对运动的动能，因而，当物体整体静止时，它的总能量一般不等于所有粒子的静止能量之和，即E0mioc，其中mi0为第i个粒子的静止质量.两者之差称为物体的结合能：E=mioc-E0.与此对应，物体的静止质量M0=E0/c亦不等于组成它的各粒子的静止质量之和，两者之差称为质量亏损：m=mio-M0.质量亏损与结合能之间有关系：E=mc. 由于在中学物理教材中，对此式的解释较浅，因此，有些学生就误认为，核反应过程中，质量不再守恒，且少掉的质量转化为能量了. 我们知道，质量的转换与守恒是物体系统运动过程中的最基本规律.通常情况下，质量守恒是在低速条件下的静止质量守恒，在高速情况下，静止质量

20、与运动质量相互转化，总质量仍然守恒.如在电子光子簇现象中，当一个高能电子或光子进入原子序数较高的物质中，在很短距离内就可以产生许多电子和光子.在这个级联过程中，粒子的静止质量与运动质量相互转化.但在级联前后，总质量保持守恒.又如光的辐射过程是辐射系统的内能转变为辐射能的过程，辐射系统质量的相应减少，不过表示它的一部分质量转化为光子的质量而已.可见光是人类眼睛可以看见的一种电磁波，也称可见光谱。一般人的眼睛所能接受的光的波长在380760nm之间。只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁波，而世界上目前并未发现低于或等于绝对零度的物体。因此，人们周边所有的物体时刻都在发射电磁波。且温度越

21、高，放出的电磁波波长就越短。除光波外，人们也看不见无处不在的电磁波。电磁波不需要依靠介质传播，各种电磁波在真空中速率固定，速度为光速。电磁波（又称电磁辐射）可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等等。电磁波是电磁场的一种运动形态。是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效地传递能量和动量。电磁波频率低时，主要借由有形的导电体传递。原因是在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去；电磁波频率高时即可以在自由空间内传递，也可以束缚在有形

22、的导电体内传递。在自由空间内传递的原因是在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部返回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。电磁波的传播不需要介质，同频率的电磁波，在不同介质中的速度不同。不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小。通过不同介质时，会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等。 电磁波为横波。其速度等于光速c（3×108m/s）。在空间传播的电磁波，距离最近的电场（磁场）强度方向相同，其量值最大两点之间的距离，就是电磁波的波长，电磁每秒钟变动的次数便是频率f。

23、三者之间的关系可通过公式c=f。 c：波速(光速是一个常量，真空中约等于3×108m/s) 单位：m/s f：频率（单位：Hz,1MHz=1000kHz=1×106Hz） ：波长（单位：m） 真空中电磁波的波速为c，它等于波长和频率f的乘积 c=f真空中电磁波传播的速度c大约30万千米每秒，是宇宙间物质运动的最快速度。电磁波谱：按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来，就是电磁波谱。如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话，它们是工频电磁波、无线电波（分为长波、中波、短波、微波）、红外线、可见光、紫外线、X射线及射线。以无线电的波长最长，宇宙射线（x射线、射线和波长更短的射

24、线）的波长最短。无线电波3000米0.3毫米。（微波0.1100厘米）红外线0.3毫米0.75微米。（其中：近红外为0.763微米，中红外为36微米，远红外为615微米，超远红外为15300微米）可见光0.7微米0.4微米。紫外线0.4微米10纳米X射线10纳米0.1纳米射线0.1纳米1皮米高能射线小于1皮米传真（电视）用的波长是36米；雷达用的波长更短，3米到几毫米。电磁波应用：无线电波用于通信等，微波用于微波炉，红外线用于遥控，热成像仪，红外制导导弹等，可见光是大部分生物用来观察事物的基础，紫外线用于医用消毒，验证假钞,测量距离，工程上的探伤等，X射线用于CT照相，伽玛射线用于治疗,使原子

25、发生跃迁从而产生新的射线等。电磁辐射是指电器设备所产生的红外线以下部分辐射波。电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和积累效应等。热效应：人体内70%以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，引起机体升温，从而影响到身体其他器官的正常工作。非热效应：人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁波的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场即遭到破坏，人体正常循环机能会遭受破坏。累积效应：热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及自我修复之前再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久之会成为永久性病态或危及生命。对于长期接触电磁波辐射的群体，即使功率很小，

26、频率很低，也会诱发想不到的病变，物理学基本名词电荷：电荷electric charge ，带正负电的基本粒子，称为电荷，带正电的粒子叫正电荷（表示符号为“+”），带负电的粒子叫负电荷（表示符号为“”）。电荷是由一堆称为基本电荷的单独小单位组成的。基本电荷以符号e标记，大约带有电荷量（电量）1.602× 10-19库仑。自由电荷是一种等效概念，通常指存在于物质内部，在外电场作用下能作定向运动的电荷。如金属中的自由电子，电解质溶液中的正、负离子，稀薄气体中的电子和离子等。自由电子就是指不被约束在某一个原子内部的电子。不仅金属导体中的自由电荷，半导体中的自由电荷及绝缘体中的微量自由电荷都属

27、于自由电子。自由电子在外电场作用下可以发生定向运动而形成电流。电子是受到原子核的吸引力而围绕在原子核周围做运动的。原子核的吸引力有强弱之分，当两个不同的原子相接近时，在周围具有一定条件下(例如温度的升高)，加快了核外电子的运动速度，使电子被吸引力更强的原子核吸引过去而脱离了原来的原子核形成了自由电子。另一种原因是受到外界条件影响(例如温度的升高)，使电子运动能力提高，由于原子核的吸引能力是在一定范围内实现的，温度提高了电子的动能而使其运动能力增加，在一定几率上通过运动超出了原子核的吸引范围，而使电子脱离了原子核的束缚形成了自由电子。前一种原因属于化学变化，后一种应该属于物理变化。元电荷：电子和

28、质子所带电荷的绝对值1.6×1019C，所有带电体的电荷量等于e或e的整数倍。（元电荷就是带电荷量足够小的带电体吗？提示：不是，元电荷是一个抽象的概念，不是指的某一个带电体，它是指电荷的电荷量另外任何带电体所带电荷量是1.6×1019C的整数倍）比荷：粒子的电荷量与粒子质量的比值。电荷量简称电量，是物体所带电荷的量值，电量的国际单位是，库仑，简称库，符号C。库仑：是电量单位，单位是C。1C约相当于6.25×1018个电子的电荷量。电场是存在于电荷周围能传递电荷与电荷之间相互作用的物理场。在电荷周围总有电场存在；同时电场对场中其他电荷发生力的作用。观察者相对于电荷静

29、止时所观察到的场称为静电场。如果电荷相对于观察者运动，则除静电场外，还有磁场出现。除了电荷可以引起电场外，变化的磁场也可以引起电场，前者为静电场，后者叫做涡旋电场或感应电场。运动电荷或电流之间的作用要通过电磁场来传递。匀强电场：电场强度是用来表示电场的强弱和方向的物理量。电场的决定式:E=kQ/r(只适用于点电荷)。其中E是电场强度，k是静电力常量，Q是源电荷的电量，r是源电荷与试探电荷的距离。静电力常量k=9.0×109N.m2/C2)定义式:E=F/q ，F为电场对试探电荷的作用力，q为放入电场中某点的检验电荷(试探电荷)的电荷量。真空中点电荷场强公式:E=KQ/r匀强电场场强公

30、式:E=U/d(d为沿场强方向两点间距离)任何电场中都适用的定义式:E=F/q平行板电容器间的场强E=U/d=4kQ/eS介质中点电荷的场强:E=kQ/(r)均匀带电球壳的电场:E内=0，E外=k×Q/r无限长直线的电场强度:E=2k/r(为电荷线密度，r为与直线距离)带电半圆对圆心的电场强度:E=2k/R(为电荷线密度，R为半圆半径)与半径为R圆环所在的平面垂直，且通过轴心的中央轴线上的场强:kQh/(h+R)对任意带电曲线的场强公式:E=k/r ds.(r为距曲线距离，为坐标x，y的函数，为电荷线密度)电场力 是当电荷置于电场中所受到的作用力。或是在电场电场中为移动自由电荷所施加

31、的作用力。其大小可由库仑定律得出。当有多个电荷同时作用时，其大小及方向遵循矢量运算规则。 电势：置于电场中某点的试探电荷具有的电势能与其电量的比叫做该点的电势。是描述电场的能的性质的物理量。其大小与试探电荷的正负及电量q均无关，只与电场中该点在电场中的位置有关，故其可衡量电场的性质。 单位：伏特（V） 标量电势差：电势差等于电场中两点电势的差值。电场中某点的电势，就是该点相对于零势点的电势差。伏特：电压（voltage），也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。电荷在电场中一点移动（A）到另一点（B）时，电场力所做的功WAB与电荷电量q的比值WAB/q

32、叫做A B两点间电势差，也叫电压。用UAB表示，即UAB=WAB/q。同时也可以利用电势这样定义：。通常用字母U代表电压，电压的单位是伏特（volt），简称伏，符号是V。1伏特等于对每1库仑的电荷做了1焦耳的功，即1 V = 1 J/C。强电压常用千伏(kV)为单位，弱小电压的单位可以用毫伏(mV)微伏(v)。电流；电源的电动势形成了电压，继而产生了电场力，在电场力的作用下，处于电场内的电荷发生定向移动，形成了电流。电学上规定：正电荷定向流动的方向为电流方向。安培：电流的大小称为电流强度（简称电流，符号为I），是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量，每秒通过1库仑的电量称为1安培（A）。安培是

33、国际单位制中所有电性的基本单位。单位时间内通过导线某一截面的电荷量，每秒通过1库仑的电量称为1安培（A）。即：1安培=1库仑/秒。定义公式：, Q为通过导体横截面的电荷量，单位是库仑。t为电荷通过导体的时间，单位是秒。另：I=nesv, n为单位体积内自由电荷数，e为电子的电荷量，s为导体横截面积，v为电荷速度。瓦特：电的功率单位。即每秒钟消耗的（以焦耳为量度的）电能量，即1焦耳/秒（1J/s）。P=；在电学中，p=IU是伏特乘安培（1V·A，简称1伏安）。安培力：磁场对电流的作用力。 磁感应强度：当通电导线与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值

34、叫做磁感应强度匀强磁场：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫做匀强磁场在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受的安培力F BIL. 洛仑兹力：磁场对运动电荷有力的作用。 物质的运动形式是多种多样的，对于每一个具体的物质运动形式存在相应的能量形式：与宏观物体的机械运动对应的能量形式是动能；与分子运动对应的能量形式是热能；与原子运动对应的能量形式是化学能；与带电粒子的定向运动对应的能量形式是电能；与光子运动对应的能量形式是光能除了这些，还有风能潮汐能等。当运动形式相同时，两个物体的运动特性可以采用某些物理量或化学量来描述和比较：两个作机械运动的物

35、体可以用速度、加速度、动量等物理量来描述和比较；两股作定向运动的电流可以用电流强度、电压、功率等物理量来描述和比较。但是，当运动形式不相同时，两个物质的运动特性唯一可以相互描述和比较的物理量就是能量，即能量特性是一切运动着的物质的共同特性，能量尺度是衡量一切运动形式的通用尺度。能量如同质量一般不会无中生有或无原因的消失。任何形式的能量可以转换成另一种形式。在所有能量转换的过程中，总能量保持不变，这就是能量守恒定律。 能量:度量物质运动的一种物理量。相应于不同形式的运动，能量分为机械能、分子内能、电能、化学能、原子能等。亦简称能。 能量在物理中的符号一般是E，其国际单位是焦耳J。焦耳（J），简称

36、焦。在经典力学里，1焦耳等于施加1牛顿作用力经过1米距离所需的能量（或做的机械功）。即：1J= 1N×1m；在电磁学里，1焦耳等于1）1瓦的电器在1秒钟消耗的电能（或做的功）, 即：1焦耳(J) （功w）= Pt 1瓦特×秒(W·s)；2）1安培电流通过1欧姆电阻1秒时间所需的能量。3）1C（库仑）电量通过1欧姆电阻每1秒时间所需的能量。除焦尔外常用的还有千瓦小时kWh和（卡）cal、电子伏（特）等。eV是电子伏特，1eV=1.6×10-19J，等于一个电子（所带电量为-1.6×10-19库仑）在一伏电压加速时获得的能量。为量度微观粒子能量的一

37、种非国际单位制的能量单位。它表示一个电量与电子电量大小相同的粒子（例如质子，但是由于习惯大家都称之为电子伏特）通过电势差为1伏特的电场加速后，增加的能量，叫做一个电子伏特，记为eV。电子伏与其他能量单位的关系为：1eV=1.6021773310-19J1MeV=1.0E+6eV=1.60217733E-13J MeV. abbr.1. =Million electron Volts 兆电子伏1Kal=4182J伟大的物理学家爱因斯坦指出，任何具有质量的物体，都贮存着看不见的内能，而且这个由质量贮存起来的能量大到令人难以想象的程度。如果用数学形式表达质量与能量的关系的话，某个物体贮存的能量等于该

38、物体的质量乘以光速的平方。写成公式就是:E=mc2。假设有办法把一个质量仅为1克的小砝码全部转化成能量的话，则它的总能量就会相当于2500万度的电能。辐射指的是由场源出的电磁能量中一部分脱离场源向远处传播，而后再返回场源的现象，能量以电磁波或粒子（如阿尔法粒子、贝塔粒子等）的形式向外扩散。自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度以上，都以电磁波和粒子的形式时刻不停地向外传送热量，这种传送能量的方式被称为辐射。辐射之能量从辐射源向外所有方向直线放射。物体通过辐射所放出的能量，称为辐射能。电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等等

39、。人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。因此，人们周边所有的物体时刻都在进行电磁辐射。尽管如此，只有处于可见光频域以内的电磁波，才是可以被人们看到的。电磁波不需要依靠介质传播，各种电磁波在真空中速率固定，速度为光速。热辐射，是一种物体用电磁辐射的形式把热能向外散发的热传方式。它不依赖任何外界条件而进行。它是热的三种主要传导方式之一。一般可依其能量的高低及电离物质的能力分类为电离辐射或非电离辐射。电离辐射具有足够的能量可以将原子或分子电离化，非电离辐射则否。辐射活性

40、物质是指可放射出电离辐射之物质。电离辐射主要有三种：、及辐射（或称射线）一般普遍将这个名词用在电离辐射。太阳辐射：太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。射线 物理学上，具有特定能量的粒子或光子束流称为射线。可见光，红外线，紫外线等，是由源自外层电子引起。伦琴射线由内层电子引起。射线是由原子核引起。射线、射线、射线和中子射线。射线：通常具有放射性而原子量较大的化学元素，会透过衰变放射出粒子，从而变成较轻的元素，直至该元素稳定为止。射线亦称粒子束，高速运动的氦原

41、子核。粒子由2个质子和2个中子组成。 物理学中用He表示粒子或氦核。放射源，即用放射性物质制备的小型紧凑的辐射源的通称。用天然或人工放射性核素制成的、以发射某种辐射为特征的制品。放射源的基本特点是能够不断地提供有实用意义的辐射。习惯上常把用于辐射照相探伤、放射治疗、辐射加工和辐射效应研究等目的的放射源,专称为辐射源。同位素能源是一种特殊形式的放射源，能提供核衰变产生的热能。放射源按所释放射线的类型可分为放射源、放射源、放射源和中子源等；按照放射源的封装方式可分为密封放射源（放射性物质密封在符合一定要求的包壳中）和非密封放射源。核反应是指入射粒子（或原子核）与原子核（称靶核）碰撞导致原子核状态发

42、生变化或形成新核的过程。核反应是宇宙中早已普遍存在的极为重要的自然现象。宇宙射线每时每刻都在地球上引起核反应。自然界的碳14大部分是宇宙射线中的中子轰击氮14产生的。1919年英国的E.卢瑟福用天然放射性物质的粒子轰击氮，首次用人工实现了核反应。30年代初加速器的出现和40年代初反应堆的建成，为研究核反应提供了强有力的工具。已能将质子加速到5×105兆电子伏，将铀原子核加速到约9×104兆电子伏，并能获得介子束。在核反应中，用于轰击原子核的粒子称为入射粒子或轰击粒子，被轰击的原子核称为靶核，核反应发射的粒子称为出射粒子，反应生成的原子核称为剩余核或产物核。入射粒子a轰击靶核

43、A，发射出射粒子b并生成剩余核B的核反应可用以下方程式表示：A+aB+b 或简写为： A(a,b)B若a、b为同种粒子，则为散射，并根据剩余核处于基态还是激发态而分为弹性散射和非弹性散射，用A(a,a)A和A(a,a)A*表示，给定的入射粒子和靶核能发生的核反应往往不止一种。核反应过程总是伴随着能量的吸收（吸能反应）或释放（放能反应）。反应能常用Q表示，等于反应后与反应前体系动能之差，可标明在核反应方程式中，例如：3H+2H4He+n+Q Q=17.6MeV对于吸能反应，仅当入射粒子的动能高于阈能（Eth）时才能引起核反应。核反应通常分为四类：衰变、粒子轰击、裂变和聚变。衰变为自发发生的核转变

44、，粒子轰击、裂变和聚变为人工核反应。按入射粒子的不同，核反应可分为三类：中子核反应：中子同原子核相互作用引起的核反应，如中子的弹性散射(n,n)：即X+nX+n，反应能Q=0；非弹性散射(n,n)即 X+nX*+n+Q，Q<0；中子的辐射俘获(n,)中子被核俘获后形成复合核，然后通过放出一个或多个光子退激的反应，记作(n，)；发射带电粒子的核反应(n,p)、(n,)；中子裂变反应(n,f)；发射两粒子的核反应(n,2n)、(n,pn)等；带电粒子核反应，如质子引起的核反应(p,)、(p,n)、(p,p)、(p,p)、(p,)、(p,2n)等，氘核引起的核反应(d,n)、(d,p)、(d,

45、)等，粒子引起的核反应(,n)、(,2n)、(,p)等，重离子引起的核反应(12C,4n)、(22Ne,6n)等；光核反应，用光子轰击原子核引起的核反应，如(,n)、(,p)、(,)、(,f )等。利用放射性同位素或带电粒子轰击钯核反应所放出的高能光子或加速器提供的高能电子轰击钯产生轫致辐射以所获得的高能光子可实现光核反应。原子（atom）指化学反应不可再分的基本微粒。粒子 粒子（particle）指能够以自由状态存在的最小物质组分。最早发现的粒子是原子、电子和质子，1932年又发现中子，确认原子由电子、质子和中子组成，它们比起原子来是更为基本的物质组分，于是称之为基本粒子。以后这类粒子发现越来越多，累计已超过几百种，且还有不断增多的趋势；此外这些粒子中有些粒子迄今的实验尚未发现其有内部结构，有些粒子实验显示具有明显的内部结构。看来这些粒子并不属于同一层次，因此基本粒子一词已成为历史，如今