宇宙和微观世界、质量学案(完整版)实用资料

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宇宙与微观世界宇宙和微观世界、质量学案（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）执笔：陈超文件名：宇宙与微观世界时间：要求：1、了解固态、液态、气态分子的组成特点；2、了解原子的组成及物态变化与物质体积变化的关系。教、学、练、评活动设计：【温故而知新】（时间2分钟）1、物质一般可以分为、、三种状态。2、根据生活经验我们知道：水在结成冰后体积会（选填“变大”、“变小”或“不变”）【探究合作学习】自学指导一：自学教材第4页《宇宙是由物质组成的》这框内容，完成以下学习任务（时间5分钟）1、目前，人类观测到的拥用数十亿个星系，只是这数十亿个星系中的一个。2、是银河系中几千亿颗恒星中的一员，其周围有水星、金星、、火星、木星、土星、天王星、海王星等行星绕它运动。3、地球及其它的一切天体都是由组成的，并处于不停的中。自学指导二：自学教材第5页《物质是由分子组成的》这框内容，完成以下学习任务（时间4分钟）：4、任何物质都是由极其微小的粒子组成的，这些粒子保持了物质原来的性质，我们把它们叫做，其大小只有百亿分之几米，通常以做单位来量度。自学指导三：自学教材第5页《固态、液态、气态的微观模型》这框内容，完成以下学习任务（时间7分钟）：5、固态物质中分子的排列十分规则，分子间有强大的，因而，固体具有一定的；液态物质分子间没有固定的位置，粒子间的作用力比固体的，因而液体没有确定的形状，具有一定的；气态物质中分子间距，并以高速向四面八方运动，粒子间的作用力很小，易被压缩，没有一定的形状和体积。6、完成下列表格状态特征分子间距分子间作用力固态

液态

气态

自学指导四：自学教材第7页《原子及其结构》这框内容，完成以下学习任务（时间5分钟）：7、物质由分子组成，分子又是由组成的。有的分子由个原子组成，有的分子只由原子组成。8、原子中心是，在其周围有一定数目的在绕核运动，原子是由和组成。9、原子核是由更小的粒子：和组成，而它们还有更小的精密结构。※强化记忆2分钟。【知识阅读与拓展】阅读教材《科学世界》部分完成以下习题：10、分子的体积很小，一般用为单位来量度，符号是。11、在量度宇宙或天体的大小时我们常用为单位，它表示。【课堂小结】通过这节课的学习，我的收获有：。【课时形成性评价】1、宇宙是由组成的，物质又是由组成的，分子又是由组成的。2、分子是保持物质的微小粒子，直径一般为0.3～0.4。3、单位换算：1.2×10-4m=mm=nm4、面对宇宙万物，人们从没有停止过探究，下列说法中正确的反映了人类探究结果的是（）A、原子核由质子和中子组成B、质子是不可再分的最小粒子C、固体的分子紧密相联，分子间没有间隙D、电子是保持物质化学性质不变的最小微粒5、下列物体按尺度由小到大排列的是（）A、夸克、原子核、质子、原子B、质子、原子核、原子、夸克C、夸克、质子、原子核、原子D、原子、原子核、质子、夸克6、“纳米”是一种长度单位，符号是nm。0.32×108nm可能是（）A、一个成年人的身高B、一本字典的厚度C、一座山的高度D、一个篮球场的长度7、关于固态、液态、气态分子组成下列说法中错误的是（）A、固态物质中，分子排列十分紧密，粒子间有强大的作用力B、液态物质中，分子没有固定的位置，运动比较自由，粒子间的作用力比固体的小C、气态物质中，分子极度散乱，间距很大，粒子间的作用力极小D、液体和气体都有具有流动性，所以它们的分子组成没有什么区别【教、学反思】质量要求:1、知道质量的概念及单位；2、知道托盘天平的使用方法并会用天平测量固体和液体的质量。学习重难点：重点：知道物体的质量是物体本身的一种属性。难点：会用托盘天平测固体和液体的质量。教、学、练、评活动设计：【温故而知新】（2分钟）1、宇宙及其它的一切天体都是由组成的。2、物质由组成，分子由组成，原子又是由和组成的。【探究合作学习】自学指导一：阅读教材第9页第一、二两段内容，完成以下填空。（10分钟）3、叫做质量。铁锅和铁钉都是由铁这种物质组成的，但一口铁锅比一枚铁钉中含的铁要多，所以，一口铁锅的质量比一枚铁钉的质量要（选填“大”或“小”）。4、同一块橡皮泥，先把它捏成一条鱼，再把它捏成一个长方体，其质量；一杯水，当它完全结成冰后，其质量；一个苹果，把它从一楼拿到十楼，其质量。（以上各空都选填“变大”、“变小”或“不变”）5、质量是物体本身的一种属性：物体的质量不会随着物体的、、和的改变而改变。6、下列方法中，能使一块铁块的质量发生改变的是（）A、在砂轮上磨光B、放在火上烧软C、熔化成铁水D、带到月球上去7、质量用字母表示，其国际制主单位是，符号是。其它常用的单位还有、、等。自学指导二：阅读教材第9页教材“小资料”，尝试着完成以下练习：（5分钟）8、（1）一个初中生的质量约为50；（2）一个鸡蛋的质量约为50；（3）一张纪念邮票的质量约为60；（4）一头大象的质量约为6。9、单位换算：（1）3700mg=g=kg；(2)g=3kg=mg；(3)0.04t=kg。自学指导三：自学教材第9页至第10页“天平的使用”内容，思考以下问题：（5分钟）10、日常生活中用来测量物体质量的工具有：、、等，实验室里用来测量质量的工具叫，其主要结构有、、、、、等。11、使用托盘天平时应注意的是：（1）被测物体的质量不能超过天平的；（2）取放砝码时要用，而不能直接用手拿；（3）潮湿的物体或化学药品不能直接放在天平上测质量。自学指导四：阅读教材第11页的内容，讨论完成以下习题：（10分钟）11、天平的使用方法：（1）把天平放在上；（2）把游码拔到标尺左端的处；（3）调节横梁右端的使指针指在处，此时横梁平衡；（4）把物体放在天平的盘，用镊子向盘里加减砝码，并适当调节游码在标尺上的位置，直到横梁再次平衡；（5）物体的质量=左盘中砝码的质量+游码在标尺上对应的刻度值。※强化记忆3分钟，解决以下习题：12、使用托盘天平前必要的操作有：A、将游码放在标尺左端的零刻度线处。B、调节天平横梁右端的平衡螺母，使横梁平衡。C、将天平放在水平台上。以上操作中合理的顺序应为。13、在调节天平的横梁平衡时，发现指针停在分度盘中线的右边，则接下来的操作应该是（）A、将平衡螺母向右调B、将平衡螺母向左调C、将游码向右移动D、将游码向左移动14、小周用调好的托盘天平测量某物体的质量，当天平平衡时，右盘中砝码有50g、5g各一个，游码的位置如图甲所示。则（1）该物体的质量是g；（2）若把上述实验移到山顶上进行，测得该物体的质量将（选填“变大”、“变小”、“不变”）；（3）如图乙是他在实验结束后整理器材的情景，其中操作不规范的是。【课堂小结】通过这节课的学习，我的收获有：。【课时形成性评价】1、用托盘天平测量铜块质量时，应将天平放在桌面上，游码移到标尺的零刻度处，若天平的指针静止在图甲所示位置，则可将平衡螺母向（选填“左”或“右”）调节，使天平平衡．测量中，当右盘所加砝码和游码位置如图乙所示时天平平衡，则该铜块的质量为g．2、在“用托盘天平测物体质量”时，某同学用已调节好的天平在测物体质量过程中，通过增、减砝码后，发现指针指在分度标牌的中央刻度线左边一点，这时他应该（）A．把横梁右端螺母向右旋出一些B．把横梁右端螺母向左旋进一些C．把天平右盘的砝码减少一些D．向右移动游码3、用托盘天平测量物体的质量，测量过程中向右移动游码的作用相当于（）A．向左调节平衡螺母B．向右调节平衡螺母C．往右盘增加砝码D．往右盘减少砝码4、粗心的小明在用天平测物体的质量时，错将物体放在右盘，砝码放在左盘（其它的操作均正确），游码在0．2g处，测好后读得其质量为30gA、30gB、30.2gC、29.8gD、30.4g【知识拓展】5、在用托盘天平测物体的质量时，细心的小红同学发现天平的砝码上粘有一小块橡皮泥，那么用该砝码测得物体的质量与物体的真实值相比（）A、偏大B、偏小C、相等D、无法判断6、你能用天平称出一堆大头针的数量吗？说说你的办法。（注：一枚大头针的质量太小，不能直接称。）【教、学反思】揭示宇宙最初的景观引力波不仅能揭示出关于致密星和超密物质的未知性质，而且会告诉我们宇宙150亿年前诞生时的情况。事实上，最使人们感兴趣的引力波源当属宇宙开端的大爆炸。在宇宙诞生的最初的瞬间，宇宙中充满稠密的物质，以致由粒子间的碰撞而产生的引力波立即就被另一些粒子吸收了。在宇宙迅速扩张的暴胀阶段，宇宙的密度突然下降，而释放出的引力波不再被吸收。从那时起，那些原始的扰动就在我们周围的空间蔓延开来。目前，微波背景辐射是我们可以捕捉到的关于宇宙大爆炸的最古老的“化石”遗迹。但在大爆炸后的头50万年里是没有电磁波射出来的，而引力辐射却能不受妨碍地穿过原初宇宙的最高密度区域。如果能捕捉到它们并对其加以分析，那将可以获得大爆炸后极短时间（10秒）的原初宇宙的宝贵信息，我们有可能追溯到比微波背景辐射给我们带来的时间更为久远的过去。或许只有引力波能够提供黑洞存在和宇宙诞生的确定证据。近代天文学史已经证明，每次当我们用肉眼或照相机以外的眼睛（射电望远镜、X射线和Y射线探测器）来观察天空时，总会发现新的奇迹，从而迫使我们更新自己的思想，加深我们对宇宙的认识。时空就像橡皮地毯自1916年爱因斯坦预言引力波存在以来，许多科学家就一直试图通过实验测出引力波，但都没有成功。现在，几个高精密探测装置即将投入运行，其中在意大利建造的“室女图”激光引力波干涉天线就是其中之一。引力波，这个长期困扰科学家的世纪悬案即将被揭开。在自然界的所有相互作用力中，引力是最早被人们知道的力。它的最基本性质──所有物体都以相同的加速度落向地面──在17世纪初就被伽利略所知。17世纪末，牛顿建立了著名的万有引力定律。最后，则由爱因斯坦引力场所与时空畸变联系起来，建立了广义相以论。爱因斯坦的理论预言，宇宙中不仅充满运动着的物质──电磁场，同时也存在另一种运动着的物质──引力场。就像运动的带电粒子会产生在空间传播的变化的电磁场形成电磁波一样，运动的物体同样也能产生在空间传播的变化的引力场，形成引力波。引力波也是以光速传播的。目前，科学家已经可以肯定，广义相对论是正确的，因而引力波必定存在。长期以来，科学家一直在构思各种实验方法以探测引力波，并通过对射电脉冲双星PSR1913+16公转周期变化的研究间接证实了引力波的存在，但迄今直接测量引力波的实验沿未成功。长期以来，人们对空间的认识是建立在欧几里得几何之上的。在人们的传统观念中，空间就像一个由无数坚实的直线构成的网格，其中两点间的最短距离就是连接它们的直线。而时间与空间是无关的，就像河中的水一样流逝。但是，爱因斯坦打破了传统的时空观。按照广义相对论的观点，时间与空间是紧密联系在一起的整体，时空结构是弹性的，并使地毯发生变形，称为时空畸变。时空畸变的大小与物体质量有关，质量越大变形越大。物质集中的地方是引力场“浓密”的地方，也是时空弯曲最大的地方，这种时空弯曲产生质量的吸引效应──万有引力。由于时空弯曲，两点间的最短程线不再是直线，而是一条沿着引力场走向的曲线。

与宇宙调谐一致室女座引力波干涉天线是呈L形的大型金属结构（下左图），位于距意大利比萨10公里处的卡希纳。两条垂直的管道（下中图）各长3公里，它们以中心建筑大楼为起点，其中包含的钢管直径不1．2米的（下右图，钢管的局部），内部为高真空状态。中心建筑物内设有激光器和各种镜子，它们将激光束一分为二，稳定并“净化”其频率，而探测器则用来分析两束激光汇合后强度的变化，从而记录引力波经过时产生的相应信号。曾经有150位物理学家，80名工程师，70名技术人员和工人为建造这个设施而工作。这一现象已通过观测来自遥远恒星的光线而得到证实：如果一个巨大的物体正好位于地球与恒星之间，那么来自恒星的光线就会受到时空弯曲的影响，它的传播路径就会被扭曲而偏离一定的角度。这种效应还会形成一种有趣的引力透镜现象，它使远处的恒星变得更亮，有时还会形成双像。如果这个物体是一个黑洞，那么光线就会被吸到引力阱中再也出不来了。最难检测而又意义重大的波根据广义相对论，当物体做加速运动时就会对原有的引力场产生干扰从而辐射出引力波，这就好像将一块石头扔到平静的水面上出现的波纹一样。因此，任何物体都在无时无刻地辐射引力波，它在宇宙中是无处不在的。例如，地球绕着太阳运行就一定会发出引力波。地球由此而丧失能量，因而渐渐地沿着螺旋线越来越向太阳靠拢。既然如此，我们为什么没有察觉到它的存在呢？答案在于引力实际上是我们所知的最微弱的力。使原子保持为一个整体的电磁力要比引力强1000万亿亿亿亿（即1039）倍。我们之所以感受到引力，唯一的原因乃是地球极其巨大，组成地球的无数粒子的引力拉曳累加起来便相当可观了。但是，引力波是自然界中最微弱、最不易察觉的波，它不会产生我们通常能察觉到的任何效应。例如，地球绕太阳公转时辐射引力波而丧失的能量只有大约0．001瓦，因而在几十亿年中，它向太阳靠拢的距离简直微不足道。而假如500亿颗直径为1公里的小行星，以每秒10公里的速度撞向地球，所产生的引力波能量也仅能点亮一只灯泡。不过没有人能活着看到这个结果。

“室女座”的关键设备上左图是“室女座”的探测器。它将发出引力波到达的信号。上中图和上右图是超级减震器的两个局部，减震器将使设备与外部干扰隔离开。当然，更大规模的质量重新分布将会产生更强的引力波，例如一颗恒星坍缩成一个黑洞，或者两颗恒星相撞，有可能产生我们可以检测到的引力波。但即便如此，要直接检测到引力波在技术上也是极为困难的，可以说是对人类智慧的一大挑战。天文学的新纪元与电磁波不同，引力波并不被物质吸收，因而来自遥远天体的引力波就能不损失任何携带的信息到达地球。到目前为止，我们关于宇宙的知识都是通过分析天体辐射的电磁波和宇宙射线中的高能粒子得到的。但对于最强的引力波辐射源，即中子星对、超新星核心和黑洞，电磁波观测（如光学和射电望远镜）所能揭示的信息极少。

由一对相互环绕运行的中子星系统会辐射出比较强的引力渡并逐渐靠近，最后相撞。它们靠近的过程非常长，但在相撞前的几分之一秒会释放出很强的引力渡并被地面上的仪器检测到。即使自转的单个的中子星也能产生周期性的引力波辐射，因为即使它的表面只有千分之几毫米的不对称就足以辐射出强烈的引力波。因此，如果能直接检测到引力波的话，那将为我们打开一扇认识更神秘的宇宙的新窗口。怎样建造引力望远镜我们熟悉的望远镜是用来捕获电磁波的，那么怎样建造一个引力望远镜来捕获引力波呢？原理很简单。正如电磁波引起接收天线振荡一样，引力波也使与其相遇的物质以一定方式振荡，使时空橡皮地毯出现轻微波动，时空距离发生伸长或缩短。例如，如果探测器是一块固体物质，当引力波穿过时该物体的不同部分就会沿不同方向有所移动，即出现形变。物体中两点间的间隔在引力波作用下发生的变动大小能给出引力波的振幅，而引力波的振幅是其能量的直接量度。银河系中心两个恒星级黑洞的碰撞将会使一个1米长的棒状探测器两端发生一万亿分之一毫米的移动，约为一个氢原子尺度（1个氢原子的大小约为1埃，l挨=10-10米）的十万分之一。在20世纪60年代，美国马里兰大学的约瑟夫·韦伯（JosephWeber）曾制造了一个很大的铝质圆柱体，预期其长度会在来自银河系中心引力波作用下发生振荡。他认为自己已经得到了肯定的结果，并因此而轰动一时。但是在世界上其他许多地方所做的类似实验表明，他对实验误差所做的解释是不正确的，因为他的装置所能探测的最小振幅要比银河系中心一次超新星爆发所产生的引力波振幅高出1万倍。因此，尽管韦伯做了很重要的工作，他的仪器却并未精密到足以胜任这项工作的程度。另外，对银河系中心超新星的探测还有一个问题：银河系中心的超新星爆发平均每35年一次，而爆发过程中的引力波暴只能持续不到1秒钟的时间。最有希望探测到引力波的地方是室女星系团，那里有几千个星系聚集在天空中一个很小的视角范围里，超新星爆发和脉冲双星周期的衰减所发生的频率大约是每星期一次。但是室女星团距地球的距离是5000万光年，比银河系中心远5000倍，这就意味着要探测到那里的一个超新星产生的引力波暴，引力望远镜就必须比用于探测银河系中心类似事件的装置灵敏100万倍。尽管有如此多的技术困难，引力波的探测技术还是取得了长足的进展，并可能在近期取得突破。目前一些科学家正在研究第二代棒状探测器。这种探测器更敏感也更昂贵，并且在接近绝对零度的条件下工作。另一个更有希望的最新方法是利用光学干涉技术，称为引力波干涉天线。其原理是测量两面大质量镜子之间距离的振荡。这两面镜子放在长支架的端点上，它们的距离用一个光学干涉仪系统来检测。这实际上是一种改进的麦克尔逊──莫雷实验，但它不再是用来测量以太的绝对运动，而是测量时空的抖动。镜子之间的距离越大，从系统内部的“背景噪声”（由地震波、声波等等所引起）中检测出引力波效应的机会也就越大。如制造出极高质量的镜子，使之能实现连续几十次光反射，则当镜子之间的实际距离是3公里时能得到的等效距离是120公里。捕捉引力波的网络事实上，只有一个引力望远镜检测到了引力波还不足以确认它的真实性，我们最少需要两个引力望远镜联合观测。因为引力波是不能被物质吸收并以光速传播的，所以如果地球上的一个引力望远镜检测到了引力波，在其他地方的引力望远镜也应该在几乎同一时间检测到它。因此，我们需要在不向地点建造引力望远镜组成一个网络进行比较，以最终确认观测结果。

时空之中舞翩跹物体只有在做加速运动时才能辐射引力波。然而，加速动动并非直线运动的物体所独有，实际上，做圆周运动的物体的速度也是变化的，就像图中所表示的那样。这就是为什么当两颗恒星跳“双人舞”时辐射引力波的缘故。目前有几个引力波干涉天线正在建造之中，它们将组成一个检测引力波的国际网络。这些项目包括在美国路易斯安那州，长4公里的激光干涉仪引力波观测站（LIGO）；英德联合建在德国汉诺威，长600米的GEO项目；建在日本东京附近，长300米的TAMA项目；还有就是法意联合建造的“室女座”（Arigo)项目（因为室女星系团是主要探测目标）。另外，美国航空与航天局还准备计划与欧洲航天局合作，从2001年开始共同实施激光干涉仪太空天线（LISA）计划。该计划要发射3颗卫星，这3颗卫星将组成一个边长为500万公里的巨大三角形，它们之间以激光束相连。这样就可以通过测量3颗卫星中的某一颗是否会因引力波的影响而产生微弱的位置偏差来探测引力波。下面来看一看即将建成的室女座引力波干涉天线的秘密。全属高塔中的秘密室女座激光引力波干涉天线从1993年开始建造，再有1年左右即可投入运行。“室女座”位于意大利比萨附近的卡希纳，是由意大利国家核物理研究所和法国国家科研中心联合研制的。这两个机构在2000年组建了一个联合机构──欧洲引力观测站（EGO），它的研究人员将负责“室女座”的运行，并与其他几个探测引力波的机构建立起一个全球性网络以捕捉到引力波。“室女座”的中心是一座高大的建筑物，里面竖立着一座高10米的金属塔。在这个金属塔的钢壳里隐藏着一个复摆结构，它由5个摆组成，下面则悬挂着各种光学元件。这里可以说是“室女座”的心脏，这个装置的目的就是将各种光学的和外界的干扰完全隔离起来。由地震波、刮风、汽车、火车产生的干扰，甚至研究人员在实验室附近活动引起的震动干扰都将通过摆的振动抵消掉。我们知道，引力波产生的效应是很小的。如果我们不小。动地将这些外界干扰去除，是不可能从“背景噪声”中分辨出引力波信号的。这个金属塔内部还将处于高真空状态，这样就可以将通过声波传递的干扰完全杜绝了。在摆下面悬挂的光学元件有各种镜子和一个激光器。激光器发出的激光将被分成两束，并分别进入两条垂直的隧道中。“室女座”实际上是一个极其精密的光学仪器，它通过激光干涉的方法，以超乎想像的精度来测量引力波引起的空间的变化。与金属塔相连的是两条长度为3公里的隧道，里面各埋有直径l．2米的钢管。在每条钢管的两端各有一面反射镜。当一分为二的两条激光束分别进入两个垂直的隧道后，激光束将被镜子来回反射几十次。这种结构叫做法布里──珀罗腔。这样，光束最终在钢管中实际通过的路程相当于120公里。最后，这两束光线将汇合到一起并发生干涉现象，其结果是根据两束光线经过的路程不同呈现明暗变化。如果没有外界干扰，这个亮度将维持不便。

两颗中子星的碰撞图为两颗中子星相撞的模拟图。在两颗中子星相互接近也会产生引力波，射电脉冲双星PSR1913+16就是一例。由于辐射引力波消耗了双星的动量，最终使它们发生碰撞产生较强的引力波。通过观察PSR1913+16，科学家间接证实了引力波的存在。如果有引力波通过“室女座”，那么它将会引起时空距离的微小变化。由于两束光线是垂直的，所以引力波对它们的影响不同，最终导致汇合的光线亮度发生变化。通过观测这个亮度变化我们就可以检测到引力波。那么“室女座”可以察觉到多大的长度变化呢？“室女座”的负责人阿达尔伯尔托·贾佐托告诉我们：“我们的天线具有前所未有的灵敏度。它可以感知的两点之间距离的变化相当于质子直径的1‰，也就是一百亿亿分之一米。”贾佐托说：“为了达到这样的精度，我们采用了最先进的技术。在没有现成技术时，我们要自己发明新的方法。”科学家在建造“室女座”时遇到的最大难题就是背景干扰，也就是由诸多原因造成的设备震动。为了消除这种震动，他们设计与制作出了超级衰减器，也就是那种复摆结构。而激光器、镜子和传感器都悬挂在它上面。但单靠这一措施还不足以消除全部的干扰。贾佐托解释说：“制造镜子的材料物质本身就在不断地产生干扰。这里指的是原子的热扰动，它引起原子位置的变化和引力波引起的效应是同样大小。我们为‘室女座’研制的镜子具有最好质量的表面（精度高达10纳米），它们是用高纯度的氧化钛制造的，具有极高的发射率。当激光射中镜子后，只有百万分之一的光损失掉了。而光具有粒子性，所以激光本身也会干扰传感器的功能。为了将这种干扰减低到最低限度，我们研制了新一代的超稳定激光器，它发出的激光束的频率非常稳定。”在激光束穿梭往来的两条3公里长的钢管内部也将保持高真空状态，因为空气的存在将会引起折射率的波动，并可能改变光束的路径。此外，设备技术主任凡尼尔·埃纳德还告诉我们：“在焊接导管之前我们还要将它们加热到400℃以上，以便将氢原子驱赶出来。它们通常是隐藏在金属结构中，随着时间的推移就会慢慢释放出来，从而破坏高真空的环境。在完成组装前，还要对每一钢管再次加热，使其内部可能存在水珠蒸发掉。”事实上，“室女座”将是欧洲最大的真空结构，其内部的寂静程度将超过在轨道上运转的宇宙飞船。光学望远镜是瞄准特定天体共有选择地捕捉光波，而引力望远镜则不同，它将同时监测宇宙中所有的引力波源，因此必需对收到的信号进行认真细致的分析，以区别它们不同的来源。贾佐托说：“‘室女座’将会昼夜不停地收集信息，并能得到数量众多，令人震惊的数据。这就需要有高性能的计算机去处理和分析这些数据。天文学家们已经研究了在我们银河系中的大约700个潜在的引力波源，这些信息将帮助我们识别出一部分信号。”事实上，“室女座”的所在地将设一个设备完善的计算中心，以便实时分析处理信息，而有关的差异现象的数据将在意大利国家核物理研究所和法国国家科研中心的实验室里去分析处理。在未来，当全世界的引力波探测器都可以通过网络相互交换数据时，对同一信号由不同手段所进行的对比研究将会使人们更容易地识别出那种使时空发生振颤的神秘的引力波。．人们最早研制的引力波探测器是棒状结构的。因为引力波通过时空间会发生变形便构成物质的原子像弹簧那样振动，所以物理学家们利用这一现象研制成许多棒状探测器。为了探测到引力波引起的振动就得将掩盖了这种振动的原子热扰动减到最低，棒被浸入液氦中保持在低于绝对温度4度的条件下。为了隔绝地面的震动干扰装置使用尖端悬挂技术与地面隔离。目前在世界上投入运转的棒状探测器有5个，意大利有2个。另外3个分别在瑞士的日内瓦、美国的巴吞鲁日和澳大利亚的珀斯。棒状探测器是体积很小的仪器，长度只有3米。如果同引力波干涉天线相比的话，其建造和管理费用是很低的。但这种设备的灵敏度很低，因为它们对引力波频率最灵敏区间为50－900赫兹，而“室女座”的探测范围是10－6000赫兹。宇宙中的引力波源．所有加速运动的物体都能辐射出引力波但在多数情况下引力波强度非常弱任何工具都难以检测到。唯一还算得上较强的引力波源是由宇宙中的灾变事件产生的如超新星爆发或者两颗中子星的相撞等。中子星的质量与太阳差不多但直径却只有几公里。在银河系中存在有很多由一对中子星构成的系统这些中子星围绕着共同的引力中心运转并越来越靠近直到撞到一起。在这个过程中它们运转的速度逐渐增大并辐射出比较强的引力波。当一个巨大的物体被黑洞吞噬时也会发生类似现象。最后宇宙仍然充满了由大爆炸产生的原始引力波。如果科学家能够捕捉到它们并对其加以分析就有可能验证超弦理论的有效性。这个理论认为我们已认识的所有粒子都是由微小的弦振动产生的。用激光和镜子捕捉引力波．任何有质量的物体，不管它是恒星还是一个乒乓球，周围都存在引力场。当物体静止不动或者匀速运动时引力场是稳定的。如果有作用力施加到物体上将会改变物体的运动状态比如球与球拍相撞，这时物体周围的引力场就会受到扰动，这种扰动就会以波的形态传播开来就像往平静的池塘水面投进一块石头一样。当引力波经过时，时空结构就会发生变形：收缩或扩张。任何两个物体之间的距离在很短的时间内会变小或增大，但这种变化是很小的。一次超新星爆发产生的引力波在通过像太阳与地球那样的距离的两个物体时引起的两个物体间的距离变化只相当于一个原子直径的大小。要测量这样微小的量就需要有特别精确灵敏的工具比如像室女座引力波干涉天线那样的探测设备。室女座由两条各长3公里的金属导管构成的巨型结构，两条导管垂直相汇于一端。在两条导管相汇处的金属塔中一束激光被一面半透镜一分为二，每一束激光都分别进入一个导管射向另一端，在那里被一面反射镜反射回来，然后又被这一端的反射镜反射回去。最终两束激光回到金属塔中被合并到一起。两束激光重叠后的强度取决于两束激光中的每一束光从被分开到重新汇合期间通过的路径长度。如果一个引力波撞到了“室女座并引起两翼中的一翼的长度发生变化那么重叠的光强度就发生变化，这个变化会被计算机记录下来。在这个结构中反射镜的位置是按以下的原则确定的：当两束激光汇合时正好使它们的相位相反，从而相互抵消呈现黑暗。而一旦出现光信号就表明有引力波通过。由于光束经过的路径越长，引力波产生的效应越大所以激光束在‘室女座’内反射几十次。这种使光线来回反射的装置叫法布里──珀罗干涉腔。激光束在其中反射几十次，直到实际路程达到120公里。宇宙中的时空“斑点”

两个黑洞碰撞产生引力波，其波纹的形状并不都是一样的。实际上，波的强度取决于时空波纹的大小。时空越弯曲，波的强度就越大。马克斯·普郎克研究所的科学家首次精确地模拟了两个黑洞的碰撞，获得是下面一系列图片。借助各种颜色，突出了时空发生碰撞的部分的不同波纹。两个天体的逐步融合引起时空发生复杂的扭曲：红色区域扭曲最大，绿色区域扭曲最小。该研究所教授爱德华·塞德尔解释说：“这一切都将使人更好地理解从碰撞区域所产生的不同类型引力波的扩散情况，从而使在地球上努力分辨引力波的科学家们能准确地知道他们所期待的东西为何物。”这张模拟图是用运算速度达每秒30亿次的并行计算机绘制的。热轧IF钢微观组织和织构演变规律的研究王野蔡恒君高毅王越蒋奇武许国林孙晓宇(鞍钢股份冷轧厂,鞍山114021摘要选取奥氏体区热轧Ti+Nb+P-IF钢板为研究对象,以冷轧压下率为影响因素,通过冷变形和再结晶退火,采用金相组织观察、TEM分析和织构测试等手段,得出不同冷轧压下率对Ti+Nb+P-IF再结晶组织、第二相粒子、织构的影响规律。关键词奥氏体区轧制Ti+Nb+P-IF钢再结晶退火金相组织第二相粒子织构TheStudyonMicrostructureandTextureEvolutionofHotRolledIFSteelWangYeCaiHengjunGaoYiWangYueJiangQiwuXuGuolinSunXiaoyu(ColdStripWorksofAnshanIronandSteelCorporation,Anshan,114021AbstractThispaperstudieshotrolledTi+Nb+P-IFsteelinausteniteRegion,withcoldrollingreductionastheinfluencingfactor.Colddeformationandrecrystallizationannealingwerecarriedout,andmicrostructureobservation.TEManalysisandtexturemeasurementwereusedasthemeasurementmethods.Conclusionsweredrawnontheevolutionofrecrystallizationmicrostructure、secondaryphaseparticles、textureofTi+Nb+P-IFsteelwithdifferentcoldrollingreduction.Keywordscoldrollingreductions,Ti+Nb+P-IFsteel,hotroiledinausteniteregion,opficmicrograph,secondaryphaseparticles,texture1引言高强IF钢的开发思想是把IF钢具有超深冲性的特点,与P、Mn、Si等固溶元素所具有的固溶强化机制结合起来,即在IF钢成分基础上,再加一些P、Mn、Si的量来提高其强度[1,2]。高强IF钢生产工艺与IF钢相似,主要包括热轧、冷轧、退火等工序,关于化学成分、热轧、退火工艺对高强IF钢最终组织和性能的影响,已开展不少的研究[3,4],但关于冷轧主要工艺参数-冷轧压下率对组织和织构转变的规律的研究,尚鲜报道。因此,本文通过对奥氏区热轧Ti+Nb+P-IF钢的不同冷变形及再结晶退火条件下得到的显微组织和织构进行理论分析,得出不同冷轧压下率对其显微组织和织构的影响规律,为拓展高强IF钢的研究与生产提供理论依据。2实验材料及实验方案2.1实验材料选取Ti+Nb+P-IF热轧板为实验材料,化学成分(质量分数,%:C≤0.0030,N≤0.0025,Mn≤0.22,P≤0.07,S≤0.006,Nb≤0.03,Ti≤0.040,Als≤0.041,热轧工艺制度:板坯加热稳定1050℃,终轧温度930℃;卷取温度735℃。2.2实验方案样品经冷轧压下率30%、50%、70%、80%、85%、90%、95%的冷变形;采用同一的罩式退火制度,把冷轧板切割成规格为25mm×30mm的长方形,在箱式退火炉中以12℃/min加热到740℃,保温4h,随炉空冷至室温。利用光学显微镜观察退火组织、透射电镜萃取复型观察第二相粒子;织构样品(20mm×20mm表面经研磨和侵蚀后,在Dmax-ⅢA型X射线衍射仪上,采用Schulz背反射法进行织构测定。采用截点法对冷轧退火Ti+Nb-P-IF钢的样品进行晶粒尺寸的测定。3实验结果与分析3.1冷轧压下率对Ti+Nb+P-IF钢金相组织的影响图1为奥氏体区热轧Ti+Nb+P-IF钢不同冷轧压下率退火样品的金相组织,从图中可以看出:退火温度740℃,保温4h后,实验样品都发生了完全再结晶。随着压下率的增加,沿轧向拉长的晶粒减少,等轴晶粒数量增加。压下率30%时,铁素体晶粒比较粗大,晶粒明显沿轧向伸长,晶粒大小不均匀,再结晶不充分,晶粒度为7.5级;压下率50%时,晶粒尺寸减小,大小不均匀;压下率70%~90%时,再结晶更为充分,晶粒尺寸减小,大小均匀,等轴晶粒数量增加。图1奥氏体热轧Ti+Nb+P-IF钢不同冷轧压下率退火样品的金相组织压下率95%时,晶粒度9级,晶粒尺寸有增加的趋势,产生这一现象有很多因素,一种可能是在压下率为95%时,再结晶过程中晶粒选择生长作用增强,大量析出的第二相粒子在某一方向对晶粒长大的钉轧的作用减弱,造成了这一取向上的晶粒异常长大,使晶粒大小不均匀。图2为Ti+Nb+P-IF钢不同冷轧压下率再结晶晶粒尺寸,冷轧压下率30%的再结晶晶粒较粗大,约为62µm;压下率50%~90%时,随压下率增加,晶粒尺寸缓慢减小,大约在20~30µm;压下率95%时,晶粒尺寸有增加的趋势。图2奥氏体区热轧Ti+Nb+P-IF钢不同冷轧压下率再结晶晶粒尺寸3.2Ti+Nb+P-IF钢退火样品的第二相粒子特征图3为奥氏体区热轧Ti+Nb+P-IF钢冷轧压下率30%、70%和90%退火样品第二相粒子的形态,从图中可以看出:压下率30%的退火样品中有细小的FeTiP(+Nb第二相粒子析出,球形的是TiS,方形或长条形是TiN、Ti(N,C,平均尺寸为30~40nm。压下率70%的退火样品中析出的第二相粒子的类型与30%时的相同,第二相粒子的尺寸有减小的趋势,平均尺寸为20~30nm。压下率90%的退火样品析出的Ti4S2C2(+少量Nb,呈小球状聚集,而FeTiP(+少量Nb呈不规则的细小团簇状,第二相粒子的尺寸明显增加,平均尺寸大约在40~50nm,同时有细小的第二相粒子依附在其他第二相粒子上析出的现象。3.3冷轧压下率对Ti+Nb+P-IF钢织构的影响3.3.1Ti+Nb+P-IF钢冷变形织构3.3.1.1奥氏体区热轧下形变织构ODF截面图分析图4为奥氏体区热轧Ti+Nb+P-IF钢形变织构ODF恒φ=45°截面图,从图中可以看出:不同冷变形各试样的织构组分大致相同,压下率从30%到70%时,α和γ纤维织构逐渐增强;压下率从80%到90%时,α和γ纤维织构虽有减弱的趋势,但强度仍保持在压下率70%的水平,且γ纤维织构呈均匀的管状分布;压下率95%时,α和γ纤维织构变得更强,织构弥散程度增加。3.3.1.2奥氏体区热轧下冷变形织构的α和γ取向线分析图5是与图4对应的Ti+Nb+P-IF钢冷轧织构的α和γ取向线,从图中可以看出:α取向线上,随压下率的增加,{001}<110>和{111}<110>组分迅速增加,{001}<110>取向增加的幅度大于{111}<110>取向增加的幅度;压下率85%时,{001}<110>和{111}<110>取向有最理想的分布形态;当压下率95%时,{001}<110>~{223}<110>之间织构的组分增加幅度很大。最稳定取向为{223}<110>取向。γ取向线上,随压下率的增加,{111}<112>和{111}<110>组分迅速增加;压下率30%~90%时,同一压下率下,{111}<112>的取向密度都大于{111}<110>取向密度,压下率95%,{111}<110>组分迅速增加,{111}<112>组分迅速减少;压下率85%时形成最强冷轧γ纤维织构,压下率70%和80%时冷轧γ纤维织构强度相差不大。冷轧形变织构的形成是由于冷变形使晶粒沿着某些特定的滑移系进行滑移和转动,不断向稳定取向聚集的结果[5];很多研究表明冷轧过程中晶粒的旋转沿下面两条路径[6]:(1{001}<100>→{001}<110>→{112}<110>→{223}<110>;(2{110}<001>→{554}<225>→{111}<112>→{111}<110>→{223}<110>,最稳图3奥氏体热轧Ti+Nb+P-IF钢退火样品第二相粒子的形态图4奥氏体热轧Ti+Nb+P-IF钢不同冷变形的ODF恒φ=45°截面图图5奥氏体区热轧Ti+Nb+P-IF钢不同冷变形的α、γ取向线(aα取向线;(bγ取向线定取向都为{223}<110>取向。由于各个晶粒取向不同,有的处于软取向,有的处于硬取向。在冷变形量一定的情况下,一些处于软取向的晶粒先开始滑移并最终转到稳定取向,而硬取向的晶粒处于协调地位,这些晶粒难于转动到稳定取向,只有在较大的应力作用下,硬取向晶粒才会随着滑移的进行转动到稳定取向。因此,随冷变形量增加,晶粒转动的外力增加,转动到稳定取向的晶粒增加,{223}<110>取向得到明显加强[7]。可见奥氏体区热轧Ti+Nb+P-IF钢,冷变形晶粒基本上按照上面介绍的晶粒旋转路径进行转动[6],最终获得稳定{223}<110>取向。3.3.2Ti+Nb+P-IF钢再结晶织构3.3.2.1奥氏体区热轧下再结晶织构的ODF截面图分析图6为奥氏体区热轧Ti+Nb+P-IF钢不同冷变形再结晶ODF恒φ=45°截面图,从图中可以看到:织构组分的共同特征是由部分的RD纤维织构(具有<110>平行于轧制方向的一组取向和完全的ND纤维织构(具有<111>垂直于轧制面的一组取向组成。图6奥氏体热轧Ti+Nb+P-IF钢不同冷变形再结晶恒φ=45°ODF截面图·6·第九届中国钢铁年会论文集压下率30%~70%时，α纤维织构减弱，γ纤维织构迅速增强，取向密度增加，压下率70%时，γ纤维织构呈均匀的管状分布；压下率80%~90%时，α纤维织构和γ纤维织构都有增加，但增加幅度不是很大，γ纤维织构管状分布与压下率70%时相差不大；压下率95%时，织构的弥散度增加，α纤维织构和γ纤维织构增加幅度很大；压下率70%时就可保持很强的γ纤维织构。3.3.2.2奥氏体热轧下再结晶织构的α和γ取向线分析图7是与图6对应奥氏体区热轧Ti+Nb+P-IF钢不同冷变形再结晶织构的α和γ取向线，从图中可以看α取向线上，随压下率的增加，{111}<110>的取向密度增加，压下率85%、80%和70%时，在{111}<110>出：取向处形成强峰，峰值相差不大，压下率继续增加，强峰向{556}<110>取向偏移。γ取向线，同一压下率下，{111}<112>的取向密度大于{111}<110>的取向密度；压下率85%形成最强的再结晶γ纤维织构，压下率90%时，再结晶γ纤维织构减弱，甚至低于70%和80%，压下率95%，又开始增强。图7奥氏体热轧Ti+Nb+P-IF钢不同冷变形再结晶的α、γ取向线(aα取向线;(bγ取向线随着冷变形增加，晶粒中形变储能大，晶核与周围晶粒取向差增加，再结晶过程是大角度晶界吞并小角度晶界的过程[8]。同时不同取向晶粒储能大小顺序为：E{110}>E{111}>{112}>{001}[9]，{110}和{111}取向的晶粒优先形核，由于冷轧组织中{110}晶粒少，{111}晶粒较多，同时由于细小的FeTiP析出物对{001}取向晶粒的阻力最大，对{111}取向晶粒的阻力最小，最终使驱动力大的{111}晶粒最先形核，并消耗相同取向的变形区域和吞并其他取向晶粒而长大。Lindh、Hutchinson等人[10]使用EBSP手段研究各种IF钢的再结晶过程，发现{111}取向晶粒在初次再结晶过程中首先在{111}冷变形基体上形核长大，然后依靠消耗{001}冷变形晶粒完成再结晶，形成的再结晶织构符合“定向形核”机理。因此，退火后，{001}组分迅速降低，压下率85%时形成的最强冷轧γ纤维织构，经退火后发展成最强的γ再结晶织构；压下率90%和95%时形成的冷轧γ纤维织构相对较弱，没有发展成最强的γ再结晶织构。4结论（1）奥氏体区热轧Ti+Nb+P-IF钢，随冷轧压下率增加，晶粒尺寸缓慢减少，压下率大于70%，退火样品的晶粒尺寸变化不大，均为20~30μm；压下率95%时，晶粒尺寸有增加的趋势。（2）奥氏体区热轧Ti+Nb+P-IF钢，经冷轧后的再结晶过程中有FeTiP析出；随压下率的增加，第二相粒子的尺寸先减小后增加，70%冷轧压下率，第二相粒子分布最为细小弥散。压下率90%，有细小的第二相粒子依附在其他第二相粒子上析出的现象。热轧IF钢微观组织和织构演变规律的研究·7·（3）奥氏体区热轧Ti+Nb+P-IF钢冷变形到再结晶织构的演变规律：奥氏体区热轧Ti+Nb+P-IF钢的冷变形，随压下率的增加，α纤维织构和γ纤维织构迅速增强，压下率85%形成最强的冷轧γ纤维织构，压下率90%时，冷轧γ纤维织构减弱，95%时又增强。退火后，{001}<110>~{223}<110>之间的织构组分转变为{111}<112>和{111}<110>织构；压下率85%时，最强的冷轧γ纤维织构发展为最强的再结晶γ纤维织构，随压下率继续增加，再结晶γ纤维织构减弱，并且同一压下率{111}<112>的取向密度大于{111}<110>的取向密度。参考文献[1][2][3][4][5][6][7][8][9]NingY,WangZD,WangGD,etal.TestingstudyonferritichotrollingtechnologyofNb+TiIFsteel[J].SteelRolling,2004,21(2:7~9.商建辉,王先进,蒋冬梅,等.卷取温度对Ti-IF钢第二相粒子及晶粒尺寸的影响[J].钢铁,2002,37(3:43~47.王先进,王作成,唐荻,等.成分及工艺对加磷高强IF钢成形性能的影响[J].钢铁,1993,28(3:35~38.关小军,周家娟,潘伟,等.终轧温度对Ti+Nb处理的高强IF钢板组织和性能的影响[J].特殊钢,2000,21(6:8~10.李晋霞.IF钢冷变形及热处理工艺研究[D].沈阳：东北大学,2002.KestensL,JonasJJ.Modelingtexturechangeduringtherecrystallizationofacoldrolledandannealedultralowcarbonsteelpreviouslywarmrolledintheferriteregion[J].ISIJInternational,1997,37(10:807~814.崔德理.冶金工艺对无间隙原子钢板织构及深冲性能的研究[D].北京：北京科技大学,1992.李自刚.IF钢铁素体区轧制的工艺研究[D].上海：上海交通大学,2000.JayantaS,MingjianHua.ThesegregationbehaviorofphosporusinTiandTi+Nbstabilizedinterstitial-freesteels[J].ISIJIntenational,2002,14(6:191~199.[10]BevesHutchinson,EvaLindh.ForumonphysicalmetallurgyofIFsteel[J].Tokyo,TheIronandSteelInstituteofJapan,1994,147(2:127~140.唐代乡村基层组织及其演变2010-04-25

张国刚

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点击:429上唐代乡村基层组织及其演变张国刚魏晋南北朝隋唐史2021．1【摘要】唐代在县政权以下乡村基层社会设置有两类组织，一个是乡、里，一个是村、坊。前者是准基层政权；后者属于居民社区自治组织。在唐代乡、里机构中，并没有“乡”长官，里正是乡的实际负责人，“里”的作用因而被虚化。里正主持“乡”务的制度化，是中唐以后唐代乡村基层组织发生变化的重要推手。这种变化的基本方向就是“县一乡—里”结构让位于“县一乡—村”结构。具体表现为整齐划一的“里”的功能在逐渐退缩，而自然居民点“村”的功能在扩张和强化。发生这种变化的社会背景是随着户口的增长，乡和村的人口都在扩张，村与里的法定户数之间的差别愈益缩小，村取代里的可能性在提高，村的独立性增强，于是，唐前期的“乡—里”结构向后期的“乡—村”结构转变。不管是涉及赋役和户籍问题，还是涉及居民生活秩序的内容，管理层大多数情况直面乡村或村乡。【关键词】乡村基层社会；“乡—村”结构；人口扩张【作者简介】张国刚，男，安徽安庆人，南开大学中国社会史研究中心、清华大学历史系教授(北京100084)。【原文出处】《北京大学学报》：哲学社会科学版，2021．5．112～126【基金项目】本文为教育部人文社科基地(南开大学中国社会史研究中心)重点项I／1“中国中古社会变迁”的成果(项目批准号：06jjD840007)。自秦汉建立统一的中央集权的帝国体制以来，如何解决中央政府对于广袤地区的基层社会的统治问题，一直是一个重要的政治与社会课题。相对于分封制度和西方的采邑制度，中央政府实施对于基层社会编户齐民的直接统治，构成了帝制时期中国历史的一个重要特色。就中古时代而论，自北魏冯太后采取李冲提出的三长制，取代此前宗主都护制，北方乡村地区就开始摆脱强宗豪右的控制，回归于中央政府的掌控之中。李冲的建议是：“宜准古法：五家立邻长，五邻立里长，五里立党长，取乡人强谨者为之。邻长复一夫，里长二夫；党长三夫；三载无过，则升一等。其民调，一夫一妇，帛一匹，粟二石。大率十匹为公调，二匹为调外费，三匹为百官俸。此外复有杂调。民年八十已上，听一子不从役。孤独、癃老、笃疾、贫穷不能自存者，三长内迭养食之。”①三长的职责主要是户口控制与户籍编造、赋役征调与派发，当然，也承担乡里社会保障的部分职能。这种制度接续了秦汉的乡治传统，也奠定了隋唐乡里制度的雏形。关于隋唐时代主要是唐代的乡里制度的研究，中外学术界结合敦煌吐鲁番出土文书和唐令都有过充分的讨论，其中不乏精湛的成果。②本文在以往研究的基础上，主要讨论如下几个问题：第一，乡制的特色；第二，里正及其职能；第三，邻保与村正；第四，乡治的困境。一、乡制的特色隋文帝即位之初，规定以五家为保，保五为闾，闾四为族，各置长正；京畿之外则置里正(相当于闾正)、党正(相当于族正)，“以相检察焉”。③这些制度是与人口、赋役制度一起颁行的，与北魏“三长制”的内容大同小异。唯一的变化是把三长中的最高一级(北魏为“党”，隋为“族”或“党”)的标准户数从一百二十五家变成了一百家。开皇九年(589)--月，苏威建议设置统领五百家的乡正，理词讼之事。遭到了李德林的反对。反对的理由是：“本废乡官判事，为其里闾亲识，剖断不平，今令乡正专理五百家，恐为害更甚!”朝廷之中，支持李德林看法的官员甚众。但是，由于宰相高颎的支持，李德林的意见没有被采纳。第二年，全国统一之后，虞庆则到关东巡视考察，回来报告说：“五百家乡正专理词讼，不便于人，党与爱憎，公行货贿。”“乃废之。”废除了乡正的诉讼之职权。④乡正又称乡长，大业末年依然设置。⑤无论是李德林反对的理由，还是虞庆则反映的问题，都说明乡级行政听取词讼，很难摆脱人情爱憎，难免会有权钱交易。关于唐朝乡里组织的完整记载，据《通典》卷三《食货三·乡党》引大唐令：诸户以百户为里，五里为乡，四家为邻，五家为保。每里置正一人(原注：若山谷阻远，地远人稀之处，听随便量置。)掌按比户口，课植农桑，检察非违，催驱赋役。在邑居者为坊，别置正一人，掌坊门管钥，督察奸非。并免其课役。在田野者为村，别置正一人。其村满百家，增置一人，掌同坊正。其村如[不]满十家者，隶入大村，不需别置村正。⑥据此，唐代乡里基层组织基本继承了隋代的制度。主要变动有二：一是对于“乡”级组织进行了改造；二是设置了村坊组织。这里先谈“乡”，关于村坊，后面再谈。如上表所示，北魏时代的三长制没有“乡”的组织。隋代统一全国，宰臣苏威和高颍力主在“三长”之上设置管理五百家的乡正，很可能是考虑到，在废除乡官及郡级机构，并省州县之后，需要加强基层的统治。虽然不久其司法职能被废止，但是，终隋一代乡正(长)的职位仍在。李渊晋阳起兵，就得到晋阳富豪乡长刘龙的支持。⑧唐代初年大约是废除了隋代的乡长制度。否则，就不会出现贞观年间新设乡级行政主管，几年后又废罢的事情。《通典》卷三云：“贞观九年，每乡置长一人，佐二人，至十五年省。”⑨贞观年问的乡长居然配置两名“佐”官，可见当时确有强化其职能的意图。⑩贞观十五年废罢乡长之后，乡级组织依然存在：“乡置耆老一人，以耆年平谨者，县补之，亦曰父老。”⑾乡级的司法行政事务收归了县司，耆老负责礼仪教化之类的工作。那么，这样的乡级组织，有乡而无长，究竟是什么性质的一种机构？研究者有几种不同的看法。一种意见认为，“乡”只是名义上的基层组织，实际上并不存在这样一级基层政权，只有“里”才是名副其实的基层政权机构，在基层行政中起重要作用。⑿另外一种意见认为乡与里是上下二级关系，一些学者明确提出唐代的乡里制是“县以下的两级管理体制”⒀。还有比较多的学者对以上看法有所折中，他们虽然不否定乡的存在，但是倾向于把“里”看成是县以下的乡村社会的中心，或认为“里”是乡的派出机构，而不是乡的下级组织；也有的主张乡只是一个户籍管辖区或财政供役区，而不是作为一级行政区存在。⒁还有研究者认为唐代基层组织实行“乡”实“里”虚而以乡行政为主的基层管理体制。⒂导致以上对于唐代县以下基层行政机构产生种种不同看法的主要原因，是西域出土文献资料中，五百户的乡作为户口和赋役征发单位始终存在，却没有设置乡级干部，里正实际主持乡政工作却只是百户之长。换言之，“乡”是土地户口赋役等工作的申报单位却没有乡级主管干部；里正主持土地户口赋役申报工作，是以“乡”而不是“里”为操作平台进行。这样一种矛盾的关系，从不同的角度进行分析，就会有不同的解读。在基层行政运作中，你若强调执行官员，那么就是以“里”为主；你若强调操作平台，那就是以“乡”为主。这种体制其实正是唐代乡制的特点所在。这一特点包含两个方面的内容：首先，在唐代中央政府的制度设计中，乡毫无疑问是最基层的一级实体政务组织。《唐六典》卷一记载中央政府与地方的文书传达方式说：“尚书(省)下于州，州下于县，县下于乡，皆曰符。”⒃尚书省是中央行政的总汇，州、县都是地方政府。上级政府部门向下级政府部门发布的文书为“符”；县下达于乡的文书也称为“符”。这就表明，全部政治制度设计中，乡具有地方上基层政务实体的意义，一点也不虚。考察一下天宝年间的官方统计资料，天宝元年的情况是：“天下郡府三百六十二，县一千五百二十八，乡一万六千八百二十九。户部进帐，今年管户八百五十二万五千七百六十三，口四千八百九十万九千八百。”大体平均每乡五百户。天宝十三载统计资料中，郡府和县数都没有什么变化，乡也依然是一万六千八百二十九个，但是，全国的户口数却已经达到了九百六十一万九千二百五十四户，平均六百户一乡。⒄所谓“县成于乡”，乡的行政主体位置十分明确。白居易《钱塘湖石记》云：“若岁旱，百姓请水，需令经州陈状，刺史自便押帖，所由即日与水。若待状人司，符下县，县帖乡，乡差所由，动经旬日，虽得水，而旱田苗无所及也。”⒅此处措辞，“(州)符下县，县帖乡”，符、帖的用法略有差异。许多情况下也把州县下行到乡的文书称为帖或者文帖，盖帖与符有相通之义。比如，吐鲁番出土文书中高昌县下太平等乡主者的文书称符，而圆仁《入唐求法巡礼行记》中却也有“县帖青宁乡”的文书。⒆可见乡作为县政的承接者，终唐之世都没有改变。县以下政务工作的施展，是以乡而不是里为操作平台进行的。白居易说“县帖乡，乡差所由”，到了乡级，就无法再发帖文，因为乡就是最基层的行政组织。其次，虽然乡政府是实体运作，但是乡长却是虚位，主持五百家乡政的却是其下一级、掌管一百家的里的负责人——里正。五里正共管乡务，里正因而就成了实际上的乡官。这是唐代乡级行政的另外一个特点。唐代户令云：“诸户籍三年一造，起正月上旬，县司责里正收所部手实，具注家口、年纪、田地。若全户不在乡者，即依旧籍转写，并显不在所由。收讫依式勘造，乡别为卷，总写三通，其缝皆注某州、某县、某乡、某年籍。州名用州印，县名用县印，三月三十日纳讫。并装潢，一通送尚书省，州县各留一通。所需纸笔装潢，并皆出当户，县司勘量多少，临时斟酌，不得侵损百姓。其籍至省，并即先纳后勘。若有增减隐没不同。随状下推，州县承错失，即于省籍具注事由，州县亦注帐籍。”⒇仔细分析这一段关于户籍编造的法令中县司与乡里的关系，可以发现，乡的出现在两种场合，一是户籍编造的场合：县司责成里正收取各家各户的手实，是以乡为单位进行的，手实是户籍编造的基础档案。二是户籍制作和保管的场合：编造百姓户籍之时，以乡为单位(“乡别为卷”)装表在一起，并在其上写明某州、某县、某乡、某年籍，其中，州县直接盖印，而乡无印。这就是政府机构和基层民户管理组织的差别。这个管理组织的负责人不是别人，就是五位里正。[21]所以，吐鲁番文书中高昌县下于太平乡的符采用“太平乡主者”来称呼当值的里正[22]，这代表了官方的称谓。墓志中也有“安西乡里正”的提法[23]，并不说是某里里正，反映了民间的看法。王梵志诗云：“当乡何物贵？不过五里官。县局南衙点，食并众厨飧。文簿乡头执，余者配杂看。差科取高户，赋役数千般。处分须平等，并檑出时难。职任无禄料，专仰笔头钻。管户无五百，雷同一概看。愚者守直坐，黠者馺馺看。”[24]“文簿乡头执”，这个乡头是谁呢？就是那个号称“五里官”的里正，是里正们在主持乡务。他们在县衙当差，甚至在县司吃饭堂。如此看来，所谓乡、里只是县司为了便于全县管理工作而作的一种行政区分。五百户一乡、百户一里，县司把全县户口按照规定的数字作一划分。根据《元和郡县志》的记载，开元时期的乡数与户数之比，大体保持在每乡五百户左右，也有超过五百户的。元和时期的乡数与户口之比则多数有错误，而且每乡户口数普遍很少。[25]显示唐代后期乡制已经陷入混乱。总之，唐代的乡是县以下的最基层管理组织。“乡”以下的“里”不是承接县政的独立管理单位，里正作为乡务的实际主持者，并不以里的负责人在县司活动，而实际上是以乡的名义在进行管理。二、里正及其职能里正是乡务的实际主持者，已经如上所述，那么里正如何履行自己的职责呢？如前所述，唐代乡里制度较之于北魏三长制的第二个变化，是村坊制度的设立与完善。所谓“在邑居者为坊”、“在田野者为村”，是指那些被编入乡里的民户，按照其居住地域的不同，又有坊村的小区组织相约束。里是按照民户之数量划分的，大体以百户为限。[26]村(坊)是以居民生活聚落来划分的，聚落大小多数在十至一百户之间。假如有某村超过百户，也许该村就有两个以上的村正。唐代取消了邻保(五家)与党正(一百二十五家)或族正(即唐代的里正，管一百家)之间的那一级组织，而用坊村取代了北魏三长中间的第二“长”。[27]但是，村坊并不构成里的自然下级。简单说来，乡里是依据行政原则划分的基层行政组织，坊村是按照居住地域原则划分的小区管理单元。在这种小区管理单元下，居民按照家庭所在地被划分为乡村居民户和坊郭居民户。下面，从里正与村正(坊正略同)在人选、命名以及职责上的不同，来讨论乡村行政与小区组织的差异，进而论述唐代县以下基层行政的特点。首先是里正与村正的人选资格上的差别，里正的角色显得比村正更重要。《通典》卷三《食货三·乡党》引“大唐令”说：诸里正，县司选勋官六品以下、白丁清平强干者充。其次为坊正。若当里无人，听于比邻里简用。其村正取白丁充。无人处，里正等并通取十八以上中男、残疾等充。[28]这里明确县级政权(所谓“县司”)负责基层干部的选拔。选拔物件是勋官六品以下即骁骑尉、飞骑尉、云骑尉、武骑尉，以及白丁中有德(清平)有才(干练)之人。这类人选要优先满足里正的要求，其次是满足坊正的要求。如果当里没有合适人选，可以从相邻的里中简拔。至于村正，则取白丁充当。其实，勋官六品以下，也与白丁差不多，但是，毕竟是有过军人经历，而且立有军功，与地道的乡村农民相比，应当更有行政工作能力。“令”文不说村正从邻村简拔，只说从白丁甚至是中男和残疾人日中选任。里正与村正选取条件的这点细微区别，乃是因为里正是行政官员，可以不在同里居住，村正则必须是本村之人，否则就无法管理小区事务。至于最后一句“无人处，里正等并通取十八以上中男、残疾充”，是考虑到缺乏合适的白丁人选，或者现有白丁急需承担必不可少的赋役(首先是兵役)的情况下，可以取十六至二十二岁的中男(唐代中男和成丁年龄颇有变动[29]以及轻度残疾之人来担任里正、坊正和村正。敦煌文献唐天宝差科簿残留名单中，有十二人的身份是村正，其中十七至二十二岁的中男十人(唐初以十六岁以上为中男，玄宗开元二十九年改中男年龄为十八以上，则十七岁尚未及法定中男)，三十五岁的白丁和三十六岁的自丁残疾各一人；而在该差科簿所记十名里正中，年龄为二十九至四十岁的上柱国子、上柱国或品子共有五人，三十至四十岁的白丁五人。[30]从这样一些任职者的条件就可以看出，天宝年间敦煌地区，多数里正的年龄较大，身份较高；而村正相对来说比较年轻。这说明当时当地的里正比村正的任务更为繁重，职权更为重大。其次是村与里在命名方式上有差别。村的名称以自然形成的方式为主要特征，里的名称以人为命名的方式为比较常见。我们知道长安的坊都有美名[31]，唐代的里也各有佳名，例如，相州邺县万春乡绥德里[32]，京师通轨里[33]，神都弘敬里[34]，东京毓德里[35]，洛州洛阳县上东乡嘉善里。[36]此外，还有怀德里[37]、静恭里[38]、德懋里[39]，等等，出土文书记载的西州有静泰里、安乐里、六乐里、忠诚里、仁义里、归政里、德义里、成化里、礼让里、和平里、顺义里、昌邑里、淳风里、长善里、安义里、慕义里、归化里、高昌里、投化里、永善里、净化里、积善里、尚贤里、弘教里、依贤里、淳和里、柔软里、长垣里、高泉里、独树里、新坞里、新泉里、横城里等。[40]这些“里”名，绝大多数都寓有美好意义，应非自然形成的行政区域，而是由行政当局命名，按照人口的多少而整齐划定的。相反，村的名称则十分多样化，其中尤以姓氏命名最为普遍。《入唐求法巡礼行记》中留下了圆仁所过的许多村名[41]，此处且以河南县平乐乡为例，墓志中见到的村名有：翟村、王晏村、李村、王村、郝村、杜郭村、陶村、马村、王赵村、杜翟村、景业村、伯乐村、朱阳村、晏村等等。[42]我怀疑，其中王晏村也许是王村和晏村的合称。但不管如何，用姓氏命名是非常普遍的情况。村与里名称的这种差异表明，与自然形成的村落不同，里是一种人为划定的行政区。制度规定五里组成一乡，平乐乡在墓志中已知“里”名有：河南县平乐乡缠佐里[43]河南县平乐乡张阳里[44]河南县平乐乡安善里[45]河南县平乐乡安川里[46]河南县平乐乡河东里[47]假如严格按照制度规定的五里为一乡，也许平乐乡就是由以上五里组成[48]，其下至少有十四个以上的村庄。[49]平均大约一里有三个村，平均每村大约三十户左右。村的民户多少不作硬性规定，就凸现了以居民自然生活空间为管理单元的划分原则。但这个平均数字与三长制中的第二“长”(管辖二十五户)很接近。由此也可以解释，唐代废除北魏和隋初的二十五户那一级管理机构，乃是因为设置了村正和坊正这样的自然聚落来取代。最后，是里正与村正坊正各自对于下属民户在管理职责的分工有所不同。里正的职责是“按比户口，课植农桑，检察非违，催驱赋役”。它包含四项内容：一是民户家庭人口的登录；二是农业生产的奖劝；三是治安与秩序的管理；四是催督农户的赋税徭役。这些职责的核心是催驱赋役，其他三条都是为这一条服务的。坊正与村正的职责则有异于是：坊正“掌坊门管钥，督察奸非”，村正“掌同坊正”。唐代城中的“坊”乃一封闭的居民区，乡下的“村”也是一相对封闭的居民聚落。坊正和村正的职责主要在维持本小区的治安秩序，虽然“督察奸非”与“检察非违”的字面差异不大，但是，由于它是与小区的管钥工作联系在一起的，更凸显的是其保安责任。举例而言。吐鲁番文书《唐永淳元年坊正赵思艺牒为勘当失盗事》：[50]1(前缺)坊2匊仲行家婢僧香3右奉判付坊正赵艺专为勘当4者，准状，就僧香家内检，比邻全无5盗物踪迹。又问僧香家口云：其铜钱6耳当等在厨下，被子在一无门房内7坎上，并不觉被人盗将，亦不敢8加诬比邻。请给公验，更自访觅9者。今以状言10口状如前。谨牒11水淳元年八月日坊正赵思艺牒12(前缺)方这则文书涉及永淳元年(682)一个叫僧香的女佣(某人家婢)报了失窃案，县衙的判司责成坊正赵思艺去调查。本文书就是赵思艺的调查报告。大意谓