A. 原子核物理學的發展
1919年,盧瑟福等人發現用α射線轟擊氮核時釋放出質子,首次實現人工核反應。此後用射線引起核反應的方法逐漸成為研究原子核的主要手段。初期取得的重大成果是1932年中子的發現和1934年人工放射性核素的制備。原子核是由中子和質子組成的。中子的發現不僅為核結構的研究提供必要的前提,還因為它不帶電荷,不受核電荷的排斥,容易進入原子核而引起中子核反應,成為研究原子核的重要手段。30年代中,人們還從對宇宙線的觀測發現正電子和「介子」(後稱μ子),這些發現是粒子物理學的先河。
20年代後期,開始探討加速帶電粒子的原理。30年代初,靜電、直線和迴旋等類型的粒子加速器已具雛形,在高壓倍加器上實現初步核反應。利用加速器可以獲得束流更強、能量更高和種類更多的射線束,大大擴展了核反應的研究,使加速器逐漸成為研究原子核、應用核技術的必要設備。
在核物理的最初階段已注意它的應用,特別是核射線治療疾病例如腫瘤的作用。這是它當時受社會重視的重要原因。
B. 牛頓的物理學的分析方法是指什麼這一方法產生了哪些重大思想價值
牛頓的物理學三大定律奠定了物理學研究的基礎。物體在無外力作用下的慣性定律,物體在外力作用下的牛頓第二定律,物體相互間作用力和反作用力的第三定律。三大定律對靜力學到動力學做了全面的歸納。對分析解讀物體運動提供了理論依據,這樣一切物體的運動都可以用第二定律去分析計算。
C. 有關核物理的考研
核物理的話,國內形勢一般,因為現在核能安全的問題,所以短期內不太容易發展起來。不過,現在做核物理的人數也不是很多,所以競爭也不激烈。國內核物理比較強的是蘭州大學,四川大學,工程物理研究院,近代物理所,應用物理所,幾個單位側重方向都不同,可以以後了解下。
D. 核物理專業就業前景
核物理是一門小眾專業,但其就業前景卻相當大眾。
提起核物理,絕大多數的人都感覺核物理既神秘而又高深,距離我們又很遙遠。其實不然,核物理已走出了實驗室和研究室,滲透到我們生活的各個方面,比如核電站、核醫學、放射測年法等等。
核物理又稱原子核物理學,作為20世紀新建立的一個重要的物理學分支,起源於1896年時貝克勒爾發現天然放射性現象。經過一個多世紀的發展,核物理學已經成為了一門理論意義深刻,實踐意義重大的科學分支。它主要的研究范圍為原子核的結構與變化規律,射線束的產生、探測和分析技術以及同核能、核技術應用有關的物理問題。
學習核物理專業需要深厚的數學、物理基礎。重點掌握的學習內容是核物理專業的基本科學知識和體系,包括原子核物理學、核電子學、核物理實驗方法、核技術應用等專業基礎知識,能夠適應核物理學科個方向發展的基本需要。
物理專業的學生學什麼
物理,在大學和中學的學習中,有著明顯的差別。大學物理特別注重理論知識的推導和積累,特別是在大一階段的學習,對高等數學、線性代數、計算機演算法一定要掌握得十分深入和熟練。由於物理專業,在大二以後有不同的細化分支,後續進階的學習都需要良好的數理計算機基礎。
以北大物理學院為例,學院設有四個方向:物理類、核物理、天文學、大氣科學。北大大一就已經將天文學專業單獨設置,大二下分流出大氣科學和物理類。在不同專業的細分下還會有研究方向的分類,比如物理類的細分研究方向有:理論物理、凝聚態與材料物理、光學、量子物理等。
由於大二下學期才是真正的專業分流,在此之前,所有專業的學生都需學習嚴密的物理和數學基礎理論,形成扎實的物理和數學功底。而在專業分流之後,不同專業對於學生的要求、目標不同,課程設置也就出現了差異。
所有物理專業的學生,要學習的主幹課程為:普通物理、普通物理實驗、數據結構與演算法或微機原理或計算方法、高等數學、線性代數、數學物理方法、四大力學等。
專業分流後,不同專業方向的學生,要學習不同專業的課程,做不同方面的准備。
總結來說,無論選擇什麼方向,物理專業的學生最終需要達到的學習目標,都應該包括三塊:打下堅實的數學、物理、計算機基礎,應用數理計算機知識,解決實際物理方面的問題。
培養要求
通過對原子核物理學、核電子學、核物理實驗方法、核技術應用等專業基礎知識的學習,掌握核物理專業的基本科學知識和體系,並受到相關專業實驗的訓練,從而具有良好的數理基礎和核物理學科的理論基礎,具有較深入的專業知識和熟練的實驗技能,能夠適應核物理學科各方向發展的基本需要。
職業發展
一般來說,基礎理科專業的本科畢業生,每年只有非常少的一部分選擇直接工作。作為理論導向強的物理專業,尤其如此,例如2017屆北大物理學院畢業生中,只有5%做出了這個選擇。
基本而言,本科畢業後選擇直接工作的物理專業畢業生,極少有從事本專業對口工作的人。
理由在於,物理專業相關的工作,絕大多數都是研發、研究和分析崗位,需要大量的專業知識,以及扎實的研究能力,本科生專業知識較淺,即使曾經有過科研經歷,也並非十分系統、正規,因此經歷的學術訓練少,在知識、技能方面,都不如研究生,因此無法勝任對口工作。
另外,需要物理專業的工作崗位,硬性要求一般也是「至少碩士學歷」,物理本科生在簡歷篩選第一關,就失去了競爭的資格。因此,物理專業本科生畢業後,大多選擇轉行工作。
就業方向
通常來說,本科後直接就業的學生,分為兩種:無法保研而被迫就業的人,和可以保研卻主動就業的人。
前者,由於成績不夠、研究經歷不足,而無法在本校保研。又由於考研花費的時間周期長、不確定性強,因此選擇進入就業市場。
後者,雖然成績足夠保研,但由於個人興趣所致,以及有能力憑借本科學歷,找到高薪、滿意的工作,而選擇了本科後直接就業。
有的人選擇進入教育行業,比如不要求研究生學歷的公立學校,學科培訓機構,做物理老師。
進入教育行業,如果是公立學校,對求職者的物理基礎功底要求依然較高,還需要有一定師范教育方面的經歷,和教師類硬性資格。從這一點來說,非師范類物理專業的人,要比師范背景物理專業的人,適應性相對更弱,後期要補充的知識、經驗和能力,也要更多。
而如果進入教育培訓機構,則更重要是化學知識基礎、研發能力,和講課能力、溝通能力。
還有一些人,本科畢業後,選擇了與物理關聯不大的行業,如咨詢、快消、廣告、金融、證券,做量化分析、數據分析等工作,而這些工作則需要較強的數理基礎,物理專業的學生相對較有優勢。
要想畢業後進入金融、計算機行業,就要求學生在大學期間做好職業規劃,並及早進行相關職業准備。比如修經濟、金融雙學位,或在大一時期就准備轉專業,或自行補充相關知識,並參加該領域的社團、活動,暑期尋找相關實習,提升自己的職業能力。
當然,要進入金融、咨詢等行業,同樣需要較好的成績排名、足夠的職業准備、豐富的實習經驗,以及高水平的英語能力。因此,這部分人也依然需要在大學期間,平衡好學習與活動、實習,獲得好的排名同時,做好職業准備,壓力並不比選擇深造的學生小。
E. 核物理的發展歷程
1896年,貝可勒爾發現天然放射性,這是人們第一次觀察到的核變化。通常就把這一重大發現看成是核物理學的開端。此後的40多年,人們主要從事放射性衰變規律和射線性質的研究,並且利用放射性射線對原子核做了初步的探討,這是核物理發展的初期階段。在這一時期,人們為了探測各種射線,鑒別其種類並測定其能量,初步創建了一系列探測方法和測量儀器。大多數的探測原理和方法在以後得到了發展和應用,有些基本設備,如計數器、電離室等,沿用至今。探測、記錄射線並測定其性質,一直是核物理研究和核技術應用的一個中心環節。放射性衰變研究證明了一種元素可以通過衰變而變成另一種元素,推翻了元素不可改變的觀點,確立了衰變規律的統計性。統計性是微觀世界物質運動的一個重要特點,同經典力學和電磁學規律有原則上的區別。放射性元素能發射出能量很大的射線,這為探索原子和原子核提供了一種前所未有的武器。1911年,盧瑟福等人利用α射線轟擊各種原子,觀測α射線所發生的偏折,從而確立了原子的核結構,提出了原子結構的行星模型,這一成就為原子結構的研究奠定了基礎。此後不久,人們便初步弄清了原子的殼層結構和電子的運動規律,建立和發展了描述微觀世界物質運動規律的量子力學。
1919年,盧瑟福等又發現用α粒子轟擊氮核會放出質子,這是首次用人工實現的核蛻變反應。此後用射線轟擊原子核來引起核反應的方法逐漸成為研究原子核的主要手段。 在初期的核反應研究中,最主要的成果是1932年中子的發現和1934年人工放射性核素的合成。原子核是由中子和質子組成的,中子的發現為核結構的研究提供了必要的前提。中子不帶電荷,不受核電荷的排斥,容易進入原子核而引起核反應。因此,中子核反應成為研究原子核的重要手段。在30年代,人們還通過對宇宙線的研究發現了正電子和介子,這些發現是粒子物理學的先河。 20世紀20年代後期,人們已在探討加速帶電粒子的原理。到30年代初,靜電、直線和迴旋等類型的加速器已具雛形,人們在高壓倍加器上進行了初步的核反應實驗。利用加速器可以獲得束流更強、能量更高和種類更多的射線束,從而大大擴展了核反應的研究工作。此後,加速器逐漸成為研究原子核和應用技術的必要設備。
在核物理發展的最初階段人們就注意到它的可能的應用,並且很快就發現了放射性射線對某些疾病的治療作用。這是它在當時就受到社會重視的重要原因,直到今天,核醫學仍然是核技術應用的一個重要領域。 20世紀40年代前後,核物理進入一個大發展的階段。1939年,哈恩和斯特拉斯曼發現了核裂變現象;1942年,費密建立了第一個鏈式裂變反應堆,這是人類掌握核能源的開端。
在30年代,人們最多隻能把質子加速到一百萬電子伏特的數量級,而到70年代,人們已能把質子加速到四千億電子伏特,並且可以根據工作需要產生各種能散度特別小、準直度特別高或者流強特別大的束流。
20世紀40年代以來,粒子探測技術也有了很大的發展。半導體探測器的應用大大提高了測定射線能量的解析度。核電子學和計算技術的飛速發展從根本上改善了獲取和處理實驗數據的能力,同時也大大擴展了理論計算的范圍。所有這一切,開拓了可觀測的核現象的范圍,提高了觀測的精度和理論分析的能力,從而大大促進了核物理研究和核技術的應用。
通過大量的實驗和理論研究,人們對原子核的基本結構和變化規律有了較深入的認識。基本弄清了核子(質子和中子的統稱)之間的相互作用的各種性質,對穩定核素或壽命較長的放射性核素的基態和低激發態的性質已積累了較系統的實驗數據。並通過理論分析,建立了各種適用的模型。
通過核反應,已經人工合成了17種原子序數大於92的超鈾元素和上千種新的放射性核素。這種研究進一步表明,元素僅僅是在一定條件下相對穩定的物質結構單位,並不是永恆不變的。
天體物理的研究表明,核過程是天體演化中起關鍵作用的過程,核能就是天體能量的主要來源。人們還初步了解到在天體演化過程中各種原子核的形成和演變的過程。在自然界中,各種元素都有一個發展變化的過程,都處於永恆的變化之中。
通過高能和超高能射線束和原子核的相互作用,人們發現了上百種短壽命的粒子,即重子、介子、輕子和各種共振態粒子。龐大的粒子家族的發現,把人們對物質世界的研究推進到一個新的階段,建立了一門新的學科——粒子物理學,有時也稱為高能物理學。各種高能射線束也是研究原子核的新武器,它們能提供某些用其他方法不能獲得的關於核結構的知識。 在過去,通過對宏觀物體的研究,人們知道物質之間有電磁相互作用和萬有引力(引力相互作用)兩種長程的相互作用;通過對原子核的深入研究,才發現物質之間還有兩種短程的相互作用,即強相互作用和弱相互作用。在弱作用下宇稱不守恆現象的發現,是對傳統的物理學時空觀的一次重大突破。研究這四種相互作用的規律和它們之間可能的聯系,探索可能存在的靳的相互作用,已成為粒子物理學的一個重要課題。毫無疑問,核物理研究還將在這一方面作出新的重要的貢獻。
核物理的發展,不斷地為核能裝置的設計提供日益精確的數據,從而提高了核能利用的效率和經濟指標,並為更大規模的核能利用准備了條件。人工制備的各種同位素的應用已遍及理工農醫各部門。新的核技術,如核磁共振、穆斯堡爾譜學、晶體的溝道效應和阻塞效應,以及擾動角關聯技術等都迅速得到應用。核技術的廣泛應用已成為現代化科學技術的標志之一。 20世紀70年代,由於粒子物理逐漸成為一門獨立的學科,核物理已不再是研究物質結構的最前沿。核能利用方面也不像過去那樣迫切,核物理進入了一個縱深發展和廣泛應用的新的更成熟的階段。
在現階段,粒子加速技術已有了新的進展。由於重離子加速技術的發展,人們已能有效地加速從氫到鈾所有元素的離子,其能量可達到十億電子伏每核子。這就大大擴充了人們變革原子核的手段,使重離子核物理的研究得到全面發展。
隨著高能物理的發展,人們已能建造強束流的中高能加速器。這類加速器不僅能提供直接加速的離子流,還可以提供次級粒子束。這些高能粒子流從另一方面擴充了人們研究原子核的手段,使高能核物理成為富有生氣的研究方面。
從核物理基礎研究看,主要目標在兩個方面:一是通過核現象研究粒子的性質和相互作用,特別是核子間的相互作用;再者是核多體系的運動形態的研究。很明顯,核運動形態的研究將在相當長的時期內占據著核物理基礎研究的主要部分。
F. 核物理為什麼在二戰以後得到發展
1939年,O.哈恩和F.斯特拉斯曼發現核裂變,1942年,E.費米建立了第一個裂變反應堆,開創了人類掌握核能源的新世紀。核能幾乎是取用不竭的能源,為了有效利用核能源、發展核武器,需要解決一系列很復雜的科學技術問題,而核物理和核技術是其中心環節。因此,核物理飛躍發展,成為競爭十分劇烈的科技領域。這一階段持續30年左右,是核物理的大發展時期。在此期間,粒子的加速和探測技術有很大發展:30年代,最多隻能把質子加速到1×106電子伏特(eV)的數量級;70年代,已達到4×1011eV,可產生能散度特小、準直度特高或流強特大的各種束流。在探測技術方面,半導體計數器的應用大大提高了測定射線能量的解析度。核電子學和計算技術的飛速發展,從根本上改善了獲取和處理實驗數據的能力,也大大擴展了理論計算的范圍。這一切有力地促進了核物理研究和核技術應用。對原子核的基本結構和變化規律也有更深入的認識,基本弄清了核子之間的相互作用的各種性質;對穩定核素和壽命較長的放射性核素的基態和低激發態(具核能級)的性質積累了較系統的實驗數據;並通過理論分析,建立了各種適用的原子核模型,成功地解釋了各種核現象和核反應。此外,還開展了高能核反應和重離子核反應的研究。
G. 運用辯證否定觀分析於敏及其團隊是如何推動我國核物理事業發展的
運用變達觀察敏感的團隊和我國的事業發展不斷的進步。
H. 中國核物理的發展未來。以及以後會向哪個方向發展,核能將會運用到什麼程度
中國核能發展的規劃是 先進輕水反應堆-快中子反應堆-核聚變堆。海水中能提煉出聚變需要使用的核素氘和氚,幾乎可以完全滿足人類的所有能源要求。
I. 物理發展的三個階段
1. 古代物理學時期
這一時期是從公元前8世紀至公元15世紀,是物理學的萌芽時期。無論在東方還是在西方,物理學還處於前科學的萌芽階段,嚴格的說還不能稱其為「學」。物理知識一方麵包含在哲學中,如希臘的自然哲學,另一方面體現在各種技術中,如中國古代的科技。 這一時期的物理學有如下特徵:在研究方法上主要是表面的觀察、直覺的猜測和形式邏輯的演繹;在知識水平上基本上是現象的描述、經驗的膚淺的總結和思辨性的猜測;在內容上主要有物質本原的探索、天體的運動、靜力學和光學等有關知識,其中靜力學發展較為完善;在發展速度上比較緩慢,社會功能不明顯。 這一時期的物理學對於西方又可分為兩個階段,即古希臘-羅馬階段和中世紀階段。〖1〗古希臘-羅馬階段(公元前8世紀至公元5紀)。主要有古希臘的原子論、阿基米德(Archimedes,公元前287-公元前212)的力學、托勒密(Claudius Ptolemaeus,約90-168)的天文學等。〖2〗中世紀階段(公元5世紀至公元15世紀)。主要有勒·哈增(AL-Hazen,約965-1038)的光學、沖力說等。
2. 近代物理學時期
(又稱經典物理學時期) 這一時期是從16世紀至19世紀,是經典物理學的誕生、發展和完善時期。物理學與哲學分離,走上獨立發展的道路,迅速形成比較完整嚴密的經典物理學科學體系。 這一時期的物理學有如下特徵:在研究方法上採用實驗與數學相結合、分析與綜合相結合和歸納與演繹相結合等方法;在知識水平上產生了比較系統和嚴密科學理論與實驗;在內容上形成比較完整嚴密的經典物理學科學體系;在發展速度上十分迅速,社會功能明顯,推動了資本主義生產與社會的迅速發展。 這一時期的物理學又可細分為三個階段。〖1〗草創階段(16世紀至17世紀)。主要在天文學和力學領域中爆發了一場「科學革命」,牛頓力學誕生。〖2〗消化和漸進階段(18世紀)。建立了分析力學,光學、熱學和靜電學也取得較大的發展。〖3〗鼎盛階段(19世紀)。相繼建立了波動光學、熱力學與分子運動論、電磁學,使經典物理學體系臻於完善。
3. 現代物理學時期
這一時期是從19世紀末至今,是現代物理學的誕生和取得革命性發展時期。物理學的研究領域得到巨大的拓展,實驗手段與設備得到前所未有的增強,理論基礎發生了質的飛躍。 這一時期的物理學有如下特徵:在研究方法上更加依賴大規模的實驗、高度抽象的理性思維和國際化的合作與交流;在認識領域上拓展到微觀(10-13)與宇觀(200億光年)和接近光速的高速運動新領域,變革了人類對物質、運動、時空、因果律的認識;在發展速度上非常迅猛,社會功能十分顯著,推動了社會的飛速發展。 這一時期的物理學又可大致地分為兩個階段。〖1〗革命與奠基階段(1895年至1927年)。建立了相對論和量子力學,奠定了現代物理學的基礎。〖2〗飛速發展階段(1927年至今)產生了量子場論、原子核物理學、粒子物理學、半導體物理學、現代宇宙學、現代物理技術等分支學科。