宇宙射线的观测-中国物理C
宇宙空间射线中微子探测技术
宇宙空间射线中微子探测技术是一项非常令人激动的研究领域。
射线中微子是极微小的粒子，但是它们可以穿过数百米的固体材料。
这对于物理学家来说，是一种具有巨大研究价值的粒子。
射线中微子探测技术能够用来探索宇宙中的一些最基本的问题，如宇宙暗物质、黑洞等。
本文将讨论的优点、应用和未来前景。
的主要优点在于，它能够探测到那些没有电荷的粒子，而其他类型的射线探测器却不行。
这就意味着，宇宙空间射线中微子探测器能够看到那些观测不到的宇宙现象。
例如，宇宙空间射线中微子探测器可以探测到宇宙暗物质中的中微子，这是其他传统探测器不能做到的。
此外，由于射线中微子不和其它粒子有相互作用，因此粒子能够直接穿越整个地球，即使高山、海拔、嵌入地心的探测器，也能够探测到射线中微子。
除了探测宇宙暗物质的应用，还有许多其他的应用。
例如，它们可以用来研究黑洞、超新星爆发和宇宙射线的来源。
宇宙空间射线中微子探测器可以拓展我们的视野，揭示宇宙中那些隐藏的秘密。
未来，将继续发展，并提供更多的应用。
首先，射线中微子探测器将变得更加灵敏。
这将有助于减少背景噪音，从而使仪器更加精确，并能够探测到更微小的事件。
其次，更多的探测器将被建造在不同的地点以获得更丰富的数据，并对比这些数据进行更为准确的研究。
第三，宇宙空间射线中微子探测器将与其他探测技术相结合，以增强对宇宙中某些现象的观测能力。
例如，它们可以与天文望远镜一起使用，以更好地探测黑洞和超新星爆发。
总结来说，是一种极为重要的科学研究领域。
这些微小的粒子可以帮助我们探索宇宙的一些最基本的问题，包括宇宙暗物质、黑洞和超新星爆发等。
随着这项技术的不断发展，未来的应用前景将会更加广阔。
宇宙中还有许多未解决的问题，我们相信将为我们提供越来越多的答案。
太空中天体和宇宙射线的影响和探测
太空中天体和宇宙射线的影响和探测在人类的探索史上，太空一直都是一个引人入胜的话题。
在太空中，有众多的天体和自然现象等待着我们去探索和发现。
不仅如此，太空中的宇宙射线也是极为重要的研究对象。
那么，天体和宇宙射线究竟是如何影响我们的，并且如何被探测呢？首先，我们来看看天体对于人类的影响。
太空中有众多不同的天体，包括行星、卫星、彗星等等。
这些天体都拥有不同的特征和性质。
在太空探索中，人类通过对这些天体的研究，可以获得更多的关于宇宙起源和演化的信息。
其中最为重要的便是对于星系的探测。
在人类的观察史上，很多发现都是源于对于星系的探测。
比如，黑洞的发现、引力波的探测等等，都有着重要的贡献。
此外，在太空中的星系还有可能存在着类地行星的天体。
通过对这些天体的研究，人类也许可以获知更多有关生命起源的信息，这对于人类的生存和发展都有着重要的意义。
除了行星，天体中还存在着一种神秘而神奇的物体，那就是黑洞。
黑洞是一种较为普遍的宇宙现象。
简单来说，黑洞是一种物质极为密集，吸引力极为强大的天体。
事实上，黑洞的引力是如此之大，以至于连光都无法逃脱其吸引。
对于黑洞的探测和研究，可以帮助人类更好地了解宇宙万物的本质，从而进一步发展宇宙科学。
不仅如此，在太空中还存在着一种极为强大而危险的物质，那就是宇宙射线。
宇宙射线产生于太空中的天体碰撞、超新星爆发、甚至是黑洞的存在等等。
这些射线的能量非常高，对于人类和地球也有着极大的危害。
宇宙射线对于人类的危害体现在很多方面。
首先，宇宙射线会对于人类的健康产生严重的影响。
在太空中的宇航员因长期暴露在宇宙射线下，容易患上肿瘤等疾病。
其次，宇宙射线还会对太空技术的运行产生负面影响。
在太空卫星工作时，宇宙射线会对电子设备产生损害，导致卫星系统崩溃等问题。
为此，人类发展出了一系列手段对于宇宙射线进行探测。
其中比较常见的有磁谱仪、探测器、望远镜等。
这些设备能够通过测量宇宙射线的能量、角分布等参数来进行研究和探测，对于深入了解宇宙射线的本质也有着重要的帮助。
高能粒子天体物理中暗物质粒子探索
高能粒子天体物理中暗物质粒子探索概述：暗物质是宇宙中的一个重要组成部分，但是对于暗物质的性质和存在形式，科学家们依然知之甚少。
在高能粒子天体物理领域，科学家通过对宇宙射线、天体γ射线以及中微子的观测，尝试揭示暗物质粒子的存在和性质。
本文将围绕高能粒子天体物理中的暗物质粒子探索展开，介绍暗物质的观测方法、理论模型和最新研究进展。
观测方法：高能粒子天体物理中，科学家主要通过间接观测的方式来寻找暗物质粒子的存在。
一种常用的方法是利用宇宙射线。
宇宙射线是非常高能的带电粒子，它们在进入地球大气层后会与大气分子发生碰撞，产生次级带电粒子。
研究者通过观测、统计这些次级粒子，推测宇宙射线的起源，进而间接研究暗物质的性质。
此外，天体γ射线和中微子也是研究暗物质的重要观测工具。
天体γ射线是极高能的电磁辐射，源自于高能天体的非热电子过程，如超新星爆发等。
天体γ射线探测器可以对γ射线进行精确测量，通过观测γ射线的产生、传播和吸收等过程，探索暗物质的性质。
中微子则是与普通物质几乎没有相互作用的粒子，可以穿越铅厚度为数百米的物质而不被吸收。
通过观测中微子的产生和传播过程，科学家可以间接研究高能物理过程，揭示暗物质的性质。
理论模型：暗物质粒子的理论模型有多种，其中一种常见的模型是冷暗物质（CDM）模型。
CDM模型认为暗物质是一种与粒子标准模型中的粒子相互作用较弱的非常规物质。
它的质量通常非常大，通过引力影响宇宙结构的形成和演化。
此外，暗物质的其他模型包括参量暗物质（ADM）模型、热暗物质（WDM）模型和超对称暗物质（SUSY）模型等。
它们都在不同程度上解释了暗物质在宇宙学、粒子物理和高能天体物理中的重要性。
最新研究进展：近年来，高能粒子天体物理中暗物质粒子探索取得了一些重要进展。
例如，国际科学家合作建设的大型宇宙射线实验（LHAASO）已经投入运行。
LHAASO是中国科学家主导的国际性科学合作项目，它能够测量高能宇宙射线的能谱和组成，为暗物质粒子研究提供了新的数据。
宇宙射线探测
宇宙射线探测宇宙射线是指自宇宙中各种天体中传来的高能粒子和辐射，包括高能电子、质子、中子、光子等。
宇宙射线的研究对于揭示宇宙的起源、结构和演化具有重要意义。
因此，宇宙射线探测成为现代天文学领域中重要的研究方向之一。
一、宇宙射线的特点宇宙射线具有以下几个显著的特点：1. 高能粒子：宇宙射线中的粒子能量巨大，远远超过地球上产生的射线能量。
2. 来源广泛：宇宙射线来自各种天体，包括恒星、星系、星云、超新星等。
3. 不稳定性：宇宙射线强度随时间和空间位置的变化而变化，且存在季节性变化。
二、宇宙射线探测的方法1. 地面观测：地面观测是宇宙射线研究的最早方法之一，利用地面观测站点布设的探测器，可以记录宇宙射线的能量、强度、方向等参数。
其中，雨量室、闪烁体探测器等是常用的地面观测设备。
2. 高空探测：为了避免地球大气层对宇宙射线的吸收和散射影响，科学家们开展了很多高空探测实验。
例如，运载火箭、卫星等载体能够将探测器送入高空，更准确地监测宇宙射线。
3. 深空探测：随着航天技术的发展，人类开始直接在太空中开展宇宙射线探测。
例如，国际航天站上的宇航员可以利用射线探测仪器检测宇宙射线，并记录下相关数据。
三、宇宙射线探测的重要性1. 揭示宇宙演化：宇宙射线中所携带的信息可以帮助科学家们研究宇宙的起源、结构和演化，进一步了解宇宙是如何形成和发展的。
2. 探索黑洞与暗物质：宇宙射线可以帮助科学家们寻找黑洞和暗物质的存在。
通过分析宇宙射线的能量和轨迹，我们可以了解其究竟是否与黑洞和暗物质相关联。
3. 深入了解行星磁场：宇宙射线的研究也涉及到对行星磁场的了解。
射线与行星磁场的相互作用会产生一系列特殊现象，通过观测和分析这些现象，我们可以了解行星磁场的性质和特点。
四、宇宙射线探测的挑战与前景1. 仪器技术的挑战：宇宙射线探测需要先进的仪器技术支持，包括高精度的探测器、灵敏的测量仪器等。
科学家们需要不断改进和创新仪器技术，以提高宇宙射线探测的精度和可靠性。
中国空间物理学发展的回顾和展望
中国空间物理学发展的回顾和展望中国空间物理学发展的回顾和展望空间物理学是研究大气层以上空间环境中的物理学问题的一个分支学科。
它涵盖了多个领域，包括太阳活动、地球磁场、空间等离子体和宇宙射线等。
随着科技的不断进步，中国空间物理学发展的历程也越来越值得回顾和展望。
一、历史回顾中国空间物理学研究始于20世纪50年代，当时主要是研究太阳风和地球磁场。
1960年代初期，中国开始布设地磁台和天文观测台，并投入大量人力和物力研究空间环境。
1970年代，中国开始进行人造卫星探测和利用地面探测数据进行研究。
1980年代，中国推出了多个空间物理学实验卫星，并建立了一系列探测系统，如宇宙射线探测系统和空间环境探测系统等。
1990年代以后，中国开始着重研究空间环境中的宇宙射线和等离子体等问题。
二、现状和发展展望中国目前在空间物理学领域已经取得了很多重要的成果，如成功发射多个空间物理学实验卫星、建立完善的空间探测系统等。
还有很多研究项目正在进行中，如在南极建立太阳物理观测台、开展“嫦娥”月球探测等等。
未来，中国空间物理学的发展还将有很多机遇和挑战。
一方面，由于人类活动和气候变化等因素的影响，空间环境面临着越来越多的风险和挑战，如太阳风暴、宇宙射线等。
因此，中国需要加强与世界各国的合作，共同研究解决这些问题。
另一方面，未来中国空间物理学领域还将面临创新和发展的挑战，如如何开展更加深入的研究、缓解人力和物力的瓶颈等问题。
综上所述，中国空间物理学虽然已经取得了很多成就，但是仍需要不断努力和创新。
相信在未来的发展中，中国空间物理学将会取得更加重要的成果。
天文科普之揭秘宇宙线打开宇宙之门的金钥匙
天文科普之揭秘宇宙线，打开宇宙之门的金钥匙版权所有：中国科普博览/gb/special/20110830_yzx/jmyzx.ht ml#list1宇宙线是一种来自宇宙的高能粒子流，是联系宇观、微观世界和日地环境变化的天然的宝贵科学资源。
自1912年奥地利物理学家赫斯（Hess）乘坐热气球发现宇宙线以来，宇宙线研究已取得了很大成就，而我国创建的羊八井国际宇宙线观测站已成为世界一流宇宙线观测窗口。
时值第32次国际宇宙线学术大会之际，一场纪念宇宙线发现者HESS举办的公众报告，为国内的科学爱好者讲述宇宙线和高山观测，解开宇宙线的神秘面纱。
所谓宇宙射线，指的是来自于宇宙深处的高能粒子流，携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球的空间环境等科学信息，是一种宝贵的科学资源。
1912年，德国科学家韦克多·汉斯带着电离室在乘气球升空测定空气电离度的实验中，发现电离室内的电流随海拔升高而变大，从而认定这是来自地球以外的一种穿透性极强的射线所产生的，于是有人为之取名为“宇宙射线”。
宇宙射线的发现奥地利物理学家赫斯(VictorFranzHess,1883-1964)（右图）是一位气球飞行的业余爱好者。
他设计了一套装置，将密闭的电离室吊在气球下。
他乘坐气球，将高压电离室带到高空，静电计的指示经过温度补偿直接进行记录。
他一共制作了十只侦察气球，每只都装载有2～3台能同时工作的电离室。
1911年，第一只气球升至1070米高，辐射与海平面差不多。
1912年，他乘坐的气球升空达5350米。
他发现离开地面700米时，电离度有些下降（地面放射性造成的背景减少所致），800米以上似乎略有增加，而后随着气球的上升，电离持续增加。
在1400米～2500米之间显然超过海平面的值。
在海拔5000米的高空，辐射强度竟为地面的9倍。
由于白天和夜间测量结果相同，因此赫斯断定这种射线不是来源于太阳的照射，而是宇宙空间。
赫斯认为应该提出一种新的假说：“这种迄今为止尚不为人知的东西主要在高空发现……它可能是来自太空的穿透辐射。
宇宙射线
赫斯的发现引起了人们的极大兴趣，从那时开始，科学界对宇宙射线的各种效应和起源问题进行了广泛的研究。最初，这种辐射被称为“赫斯辐射”，后来被正式命名为“宇宙射线”。当时，许多物理学家怀疑赫斯的测量，并认为这种大气电离作用不是来自太空，而是起因于地球物理现象，例如组成地壳的某种物质发出的放射性。现在认为，宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子流的总称。
那时，由于地球质量还不够大，还缺乏足够的引力将大气吸住，又有强烈的太阳风（是太阳因高温膨胀而不断向外抛出的粒子流，在太阳附近的速度约为每秒350～450公里），所以以氢、氦为主的第一代大气很快就被吹到宇宙空间。地球在继续旋转和聚集的过程中，由于本身的凝聚收缩和内部放射性物质（如铀、钍等）的蜕变生热，原始地球不断增温，其内部甚至达到炽热的程度。于是重物质就沉向内部，形成地核和地幔，较轻的物质则分布在表面，形成地壳。
1914年，德国物理学家柯尔霍斯特（Werner Kolhorster，1887-1946）将气球升至9300米，游离电流竟比海平面大50倍，确证了赫斯的判断。
奥地利物理学家赫斯(Victor Franz Hess,1883-1964)是一位气球飞行的业余爱好者。他设计了一套装置，将密闭的电离室吊在气球下，电离室的壁厚足以抗一个大气压的压差。他乘坐气球，将高压电离室带到高空，静电计的指示经过温度补偿直接进行记录。他一共制作了十只侦察气球，每只都装载有2～3台能同时工作的电离室。
在广延大气簇射过程中，能量低于10的14次方电子伏特的粒子很难到达3000米以下的低空，而是在4000米处超高能粒子群发展到极大。由于西藏羊八井地处海拔4300米，终年无积雪，地势平坦开阔，在能源、交通及生活上都具有便利条件，科研人员可在此进行长年不间断观测。 以羊八井的闪烁体探测器为例，当粒子穿过闪烁体时在其中损失能量使闪烁体发生荧光，这一束闪光经过光阴极转换和光电倍增管放大后变为一个电脉冲信号。这个信号经过电缆被送到电子学记录系统，由磁带进行全年不间断记录。同时我们可以想到，如果我们在单位面积上安装的闪烁体越多、密度越大；所接收的射线粒子也越多，记录就更精密。除闪烁体探测器以外，羊八井站建成的宇宙射线采集方式还有：80平米乳胶室和地方性簇射探测器；中子堆中中子望远镜；试验型50平米RPC地毯式探测器。
高二物理试题带答案
2015—2016学年度第二学期期末考试高二年级物理试题考试时间：90分钟 满分：100分一、选择题（本题共12小题，1-8题在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题意的。
9-12题有多个选项正确，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分,每小题4分，共48分。
）1．质量为0.5 kg 的物体，运动速度为3 m/s ，它在一个变力作用下速度大小变为7 m/s ，方向和原来方向相反，则这段时间内动量的变化量为( )A ．5 kg·m/s，方向与原运动方向相反B ．5 kg·m/s，方向与原运动方向相同C ．2 kg·m/s ，方向与原运动方向相反D ．2 kg·m/s ，方向与原运动方向相同2．一个质量为M 的玩具枪，放在光滑的水平桌面上，当从它里面射出一个质量为m 、速度为v 的弹丸后，枪的反冲速度为( )A ．－v B.－mv MC.mv MD.－mv M －m3.一颗子弹水平射入置于光滑水平面上的木块A 并留在其中，A 、B 用一根弹性良好的轻质弹簧连在一起，如图所示．则在子弹打击木块A 及弹簧被压缩的过程中，对子弹、两木块和弹簧组成的系统( )A ．动量守恒，机械能守恒B ．动量不守恒，机械能守恒C ．动量守恒，机械能不守恒D ．无法判定动量、机械能是否守恒4.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施 是( )A ．改用频率更小的紫外线照射B ．改用X 射线照射C ．改用强度更大的原紫外线照射D ．延长原紫外线的照射时间5．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是( )A ．原子的正电荷和绝大部分质量都集中在一个很小的核上B ．正电荷在原子中是均匀分布的C ．原子中存在着带负电的电子D ．原子只能处于一系列不连续的能量状态中6．如图为氢原子的能级图，用光子能量为13.06 eV 的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射的不同波长的光有多少种( )A. 1B. 10C. 4D. 17．“朝核危机”引起全球瞩目，其焦点就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆．重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239（Pu 23994），这种钚239可由铀239（U 23992）经过n 次 衰变而产生，则n 为A ．2B ．239C ．145D ．928．下列光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著D．大量光子产生的效果往往显示出粒子性9．(多选题)光电效应的实验结论是：对某种金属( )A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大10．(多选题)如图所示为氢原子的能级图，A、B、C分别表示电子在三种不同能级跃迁时放出的光子，其中( )A．频率最大的是B B．波长最长的是CC．频率最大的是A D．波长最长的是B11. (多选题)“中国月球着陆探测器”在中国航天馆揭开神秘面纱．它将带着中国制造的月球车，在38万千米之外的月球表面闲庭信步．月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的32He含量十分丰富，科学家认为，32He是发生核聚变的极好原料，将来32He也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大．关于32He，下列说法正确的是( )A.32He的原子核内有三个中子两个质子B.32He的原子核内有一个中子两个质子C.32He发生聚变，放出能量，一定会发生质量亏损D.32He原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起12．(多选题)关于放射性同位素应用的下列说法中错误．．的是A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视B．利用C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害二、填空题(每空2分，共20分)13．一置于铅盒中的放射源发射出的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场，进入电场后，射线变为a、b两束，射线a 沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图所示，则图中的射线a为______射线，射线b 为______射线．14．某放射性元素经20天后剩下原有质量的6.25%，可知，其半衰期为________，再经10天，剩下质量为最初质量的________．15．如图所示为“碰撞中的动量守恒”实验装置示意图。
《中 国天眼能发现什么》宇宙射线追踪
《中国天眼能发现什么》宇宙射线追踪《中国天眼能发现什么——宇宙射线追踪》在广袤无垠的宇宙中，充满了无数的奥秘和未知。
而在中国，有一项伟大的科技成就——中国天眼（500 米口径球面射电望远镜，简称FAST），正如同一只敏锐的眼睛，探寻着宇宙深处的秘密。
其中，宇宙射线的追踪就是其重要的任务之一。
那么，什么是宇宙射线呢？简单来说，宇宙射线是来自于宇宙空间的高能粒子流。
这些粒子包括质子、电子、氦核以及更重的原子核等，它们以接近光速的速度在宇宙中穿梭。
宇宙射线的能量极高，有些甚至比地球上最强大的粒子加速器产生的粒子能量还要高上许多倍。
中国天眼在宇宙射线追踪方面具有独特的优势。
首先，它拥有巨大的口径，这使得它能够接收到更多来自宇宙深处的微弱信号。
就好比一个巨大的“漏斗”，能够收集到更多的“雨水”（宇宙射线信号）。
通过中国天眼，我们可以发现宇宙射线的起源。
目前，对于宇宙射线的起源还存在许多未解之谜。
它们究竟是来自于超新星爆发、恒星形成区，还是来自于星系中心的超大质量黑洞附近？中国天眼通过对宇宙中不同区域的观测和分析，有可能为我们揭示这些神秘源头的位置。
比如说，当一颗恒星在生命的末期发生超新星爆发时，会产生极其强大的能量和物质抛射。
这些抛射物中可能就包含着大量的高能粒子，成为宇宙射线的一个重要来源。
中国天眼可以对超新星遗迹进行细致的观测，通过分析接收到的射电信号，帮助科学家了解这些粒子是如何加速到如此高的能量，并最终逃离成为宇宙射线的。
此外，中国天眼还能够帮助我们研究宇宙射线在传播过程中的变化。
宇宙射线在穿越宇宙空间时，会与星际介质发生相互作用，从而导致其能量和组成发生改变。
通过对不同距离和方向上的宇宙射线进行观测，我们可以了解宇宙射线在传播过程中的能量损失、散射等情况，进而更好地理解宇宙空间的物理环境。
中国天眼还为我们探索暗物质与宇宙射线的关系提供了可能。
暗物质是宇宙中一种神秘的物质，至今尚未被直接探测到。
然而，有理论认为，暗物质的相互作用可能会产生高能粒子，进而成为宇宙射线的一部分。
2024年高考物理高频考点押题预测卷01(北京卷)
2024年高考物理高频考点押题预测卷01（北京卷）一、单选题 (共6题)第(1)题如图所示，带有一白点的灰色圆盘，绕过其中心且垂直于盘面的轴沿顺时针方向匀速转动，转速。
在暗室中用每秒16次的频闪光源照射圆盘，则站在暗室中静止不动的观察者观察到白点转动的方向、白点转动的角速度的大小分别为（ ）A．顺时针方向，B．顺时针方向，C．逆时针方向，D．逆时针方向，第(2)题卫星电话信号需要通地球同步卫星传送，如果你与同学在地面上用卫星电话通话，则从你发出信号至对方接收到信号所需最短时间最接近于（可能用到的数据：月球绕地球运动的轨道半径约为3.8×105km，运行周期约为27天，地球半径约为6400km，无线电信号的传播速度为3×108m/s）（）A．0.1sB．0.25sC．0.5sD．1s第(3)题如图所示，甲、乙两位同学用废纸团对准纸篓玩“投篮”游戏，他们分别以水平初速度和将纸团抛出，其中甲、乙两同学的抛出点距地面的高度分别为和，甲、乙两同学距离纸篓的水平距离分别为和，且，，结果甲抛出的纸团落在纸篓后方，乙抛出的纸团落在纸篓前面，不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）A．甲抛出纸团的初速度一定大于乙抛出纸团的初速度B．保持不变，增大的同时增大，甲可能将纸团投进纸篓C．保持不变，增大的同时减小，乙可能将纸团投进纸篓D．保持不变，增大的同时增大，乙一定能将纸团投进纸篓第(4)题“天问一号”从地球发射后，在如图甲所示的P点沿地火转移轨道到Q点，再依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道，则天问一号（ ）A．发射速度介于7.9km/s与11.2km/s之间B．从P点转移到Q点的时间小于6个月C．在地火转移轨道运动时的速度均大于地球绕太阳的速度D．在停泊轨道的机械能比在调相轨道的机械能小第(5)题自然界中的碳主要是碳12，也有少量的碳14。
宇宙射线进入地球大气层时，同大气作用产生中子，中子撞击大气中的氮引发核反应产生碳14。
中国空间站物理知识
中国空间站物理知识一、引言随着中国航天事业的快速发展，中国空间站已经成为一个备受关注的话题。
作为一个庞大的科学实验平台，中国空间站不仅将承载航天员的居住、工作和生活，还将进行各种科学实验和技术验证。
本文将通过介绍中国空间站的物理知识，带您一起了解这个令人激动的项目。
二、重力环境在中国空间站中，航天员将面临一个特殊的重力环境。
由于空间站处于地球轨道上，航天员将经历微重力的状态。
在微重力环境下，物体的重力加速度接近零，因此物体将失去重量。
这将对航天员的日常生活和科学实验产生重要影响。
三、物质行为中国空间站将为科学家们提供一个研究物质行为的理想平台。
在微重力环境下，物质的行为将发生一些有趣的变化。
例如，液体在失去重力的情况下会形成球状，而不是呈现出地球上的自由流动状态。
这不仅有助于我们更好地理解物质的基本性质，还可以为工业生产和材料科学提供新的思路。
四、空气和水循环在中国空间站中，空气和水的循环是至关重要的。
由于微重力环境下没有自然对流，空气和水的流动必须通过特殊的系统来实现。
空气循环系统将确保航天员获得新鲜的氧气，并有效地排除二氧化碳和其他有害物质。
水循环系统将负责提供航天员所需的饮用水和洗漱水，并对废水进行处理和再利用。
这些系统的设计和运行对于航天员的生命安全至关重要。
五、电磁辐射保护在太空中，航天员将暴露在各种电磁辐射中，包括来自太阳和宇宙射线的辐射。
这些辐射对航天员的健康会产生潜在的威胁。
为了保护航天员免受辐射的伤害，中国空间站将配备辐射防护系统，包括特殊的屏蔽材料和辐射监测设备。
这些措施将确保航天员在长期飞行中保持良好的健康状态。
六、引力生物学中国空间站的另一个重要领域是引力生物学研究。
在地球上，引力对生物体的发育和功能有着重要影响。
在微重力环境下，生物体将面临一系列的生理和行为变化。
通过在空间站中进行实验，科学家们可以深入研究这些变化，并为未来的航天任务和地球生物学研究提供重要参考。
七、天体物理观测中国空间站还将为天体物理观测提供一个理想的平台。
宇宙线的性质与探测技术
宇宙线的性质与探测技术宇宙线是一种自然界的高能辐射，由高能的带电粒子组成，其能量高达数十亿电子伏特，是人类眼中无法观测到的能量级别。
宇宙线是由宇宙中各种星体的核反应和宇宙射线漂移等多种过程所产生，随着宇宙线的不断研究，越来越多的有关它们的性质被揭示，而这也推动了宇宙线探测技术的不断进步。
首先，宇宙线的性质十分独特，一般而言，它们主要由质子、α粒子、电子和光子等组成，其中质子是宇宙线中占比最高的，其次是α粒子。
此外，在极少数情况下，宇宙线中还可能存在连锁反应所产生的的中子和次原子核，它们极其稀有，难以直接观测到。
宇宙线在其自然形态下，并不会对地球上的人类和物体产生显著的危害，但在太空环境下，由于宇宙辐射对于太空舱设备和宇航员会造成损害。
因此，人类需要寻找合适的方法和技术，深入探测宇宙线，以便保护人类科学家设备、设计未来探测任务等。
宇宙线探测技术分为两类，一类是地面探测技术，另一类是空间探测技术。
地面探测站主要是用来探测宇宙线在地球上的表面上到达的粒子和辐射源，如地球大气层中所产生的涨潮现象等。
一般而言，地面探测技术主要采用探测器来直接探测宇宙线的粒子，探测器种类包括宇宙线望远镜和飞行时间探测器等。
飞行时间探测器是一种将被测粒子加速后，通过测算它通过薄膜所需的时间来获得速度和进一步得到质量的测量方法。
相比而言，空间探测技术则是用来直接探测真空中的宇宙线辐射，在探测宇宙线的能量越来越高的情况下，空间探测技术已经成为探测宇宙线唯一的途径。
目前在绕地轨道上的宇宙线探测任务中，涵盖了几乎所有物理学和天体物理学研究中所需的信息。
其中应当提到的是，欧洲宇航局的阿里安5型火箭便在2022年向地球发射了一颗绕地球卫星，它可以提供更为精准的宇宙线探测数据，为宇宙线探测技术的发展奠定了良好的基础。
另一方面，在空间探测技术中，有一种不那么被人熟知但也非常重要的技术，叫做“间接探测”技术。
这种技术不直接探测宇宙线本身，而是探测宇宙线痕迹在地球上所留下的影响，如通过太阳风，可以间接探测到近100兆电子伏特的宇宙射线粒子。
空间物理中的宇宙射线
空间物理中的宇宙射线宇宙射线是指在银河系和其他星系中漂浮着的高能粒子。
这些粒子的能量范围极广，从10亿电子伏特到1020电子伏特不等。
宇宙射线是一种独特的物理现象，其产生和加速机制广泛存在于宇宙中。
科学家们在过去几十年的研究中，逐渐揭示出了宇宙射线的起源和作用，但许多科学难题仍然需要继续深入探究。
宇宙射线的起源宇宙射线的起源至今仍然没有完全解释清楚。
目前，对宇宙射线起源的探究主要从三个方向入手。
第一，太阳系外部空间中的高能粒子的观测和分析；第二，对来自银河系外部空间的高能粒子的研究；第三，银河系内部空间中宇宙射线粒子的观测和分析。
其中，来自银河系外部空间的高能粒子是研究宇宙射线起源的一个突破口。
科学家们认为，这些高能粒子很可能来自于宇宙射线的各种起源地点，如星系中心黑洞、恒星爆炸以及超新星等。
这些地点都是极度剧烈和能量极高的天体事件，能够加速粒子到极高的能量水平。
此外，也有一些科学家认为，宇宙射线的起源可能不局限于星系内部，而是来自更远的外部宇宙环境。
例如宇宙微波背景辐射，它在大爆炸时期释放出的能量密度极大，可能存在导致宇宙射线产生的机制。
宇宙射线在空间中的传播宇宙射线在进入地球大气层之前需要穿越空间中的磁场和物质。
这个过程中，宇宙射线在与自由电子和电离原子碰撞的过程中会逐渐失去能量，产生出新的次级粒子。
穿越太阳系时，宇宙射线还会受到太阳风的影响，因此在不同时间和位置中，宇宙射线的能谱和强度也会有所不同。
当宇宙射线进入地球大气层后，它与空气中的原子碰撞就会产生二次次级粒子，包括介子、电子、正电子等。
这些次级粒子再次与空气分子碰撞，会产生出许多新的物理现象，如电离、辐射、气溶胶等。
宇宙射线与空间科学的联系宇宙射线对空间科学的研究具有重要的意义。
首先，它是探索宇宙空间的一种重要手段。
通过观测和测量宇宙射线，科学家们可以了解宇宙中各种天体的性质和运动机制，揭示宇宙演化的历史和未来发展方向。
其次，利用宇宙射线的能量，可以进行一些相对论物理实验，探索物质的基本性质和宇宙中产生的许多神秘现象。
中国空间站的高能宇宙辐射探测设施
中国空间站的高能宇宙辐射探测设施张双南;徐明;董永伟;常进【期刊名称】《国际太空》【年(卷),期】2014(000)012【总页数】10页(P7-16)【作者】张双南;徐明;董永伟;常进【作者单位】中国科学院高能物理研究所;中国科学院高能物理研究所;中国科学院高能物理研究所;中国科学院紫金山天文台【正文语种】中文大量的天文观测证据表明，暗物质不但存在，而且主导宇宙的物质分布。
但是目前人类对于暗物质粒子的性质还几乎一无所知，关键就在于还没有探测到暗物质粒子，这是人类对宇宙认识的重大缺憾之一。
现代物理学理论的有些模型预言了种类繁多的候选暗物质粒子，但是无法明确说明哪种粒子就是暗物质粒子，所以最终探测到并且测量暗物质粒子的性质将能够对于基础物理学理论的发展起到巨大的推动作用。
根据不同的理论模型所预测的暗物质粒子的性质，对于这些候选暗物质粒子有不同的探测和搜寻手段。
最近几年的地下、地面和空间暗物质探测对暗物质粒子的性质给出了一些约束、甚至有一些探测到的迹象，但是暗物质粒子存在的可靠证据仍然十分缺乏，使得暗物质粒子的探测成为国际科学前沿竞争最为激烈的研究领域。
国际上不断有各种各样新的暗物质粒子探测或者搜寻的实验投入运行或者部署中，尤其是“国际空间站”已经成为国际上最重要的通过探测高能宇宙辐射探测和搜寻暗物质的国际实验室，而且其规模正在迅速地大幅度扩展。
中国科学家利用后发优势，制定了中国的空间暗物质搜寻路线图，规划了两个实验，一个是正在建造的“暗物质粒子探测卫星”（DAMPE），另外一个就是将在中国空间站部署的高能宇宙辐射探测设施（HERD），这两个实验的先后实施将使中国在这个领域保持领先并且做出重大科学发现，这是中国科学界的一个重大机遇。
毫无疑问，HERD实验将成为中国空间站的标志性实验。
1 任务背景暗物质存在的天文观测证据在过去几十年对宇宙成分精细观测的基础上，人们认识到，普通物质仅占整个宇宙能量密度4%，而暗物质则占据了23%，剩余的73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。
高二物理练习题及答案
高二物理练习题一选择题1.质子和一价钠离子分别垂直进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动,如果它们的圆周半径恰好相等,这说明它们在刚进入磁场时: ( )A.速率相等B.带电量相等C.动量大小相等D.质量相等2.“中国月球着陆探测器”在中国航天馆揭开神秘面纱．它将带着中国制造的月球车，在38万千米之外的月球表面闲庭信步．月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的32He 含量十分丰富，科学家认为，32He 是发生核聚变的极好原料，将来32He也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大．关于32He ，下列说法正确的是()A.32He 的原子核内有三个中子两个质子B.32He的原子核内有一个中子两个质子C.32He 发生聚变，放出能量，一定会发生质量亏损D.32He 原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起3.矩形线圈ABCD 位于通电直导线附近,如图所示,线圈和导线在同一平面内,且线圈的两个边与导线平行,下列说法正确的是:( )A.当线圈远离导线移动时,线圈中有感应电流B.当导线中的电流I 逐渐增大或减小时,线圈中无感应电流C.当线圈以导线为轴转动时,线圈中有感应电流D.当线圈以CD 为轴转动时,线圈中有感应电流4.若在磁场是由地球表面带电产生的,则地球表面带电情况是: ( ) A.正电 B.负电 C.不带电 D.无法确定 5．下列说法正确的是( )A ．中子和质子结合氘核时吸收能量B ．放射性物质的温度升高，其半衰期减小C ．某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，核内中子数减少4个D ．γ射线的电离作用很强，可用来消除有害静电6.矩形线圈在匀强磁场中,绕垂直磁场方向的轴匀速转动时,线圈跟中性面重合的瞬间,下列说法中正确的是: ( ) A.线圈中的磁通量为零 B. 线圈中的感应电动势最大 C. 线圈的每一边都不切割磁感线 D.线圈所受到的磁场力不为零7.正离子源发射出正离子经加速电压后,进入互相垂直的电场和磁场中,电场和磁场方向如图所示,发现离子向上偏转,要使离子沿直线通过混合场,需要: ( )A.增大电场强度E,减小磁感应强度BB.增大电场强度E,减小加速电压UC.适当增大加速电压UD.适当减小电场强度E9.如图所示,abcd 为一闭合金属线框，用绝缘线挂在固定点O ，当线框经过匀强磁场摆动时，可以判断（空气阻力不计）:( )A.线框进入磁场或离开磁场时，线框中均有感应电流产生B.线框进入磁场后，越靠近OO/线时，电磁感应现象越明显C.此摆最终会停下来D.此摆的机械能不守恒10.如图所示,L 为一个带铁芯的线圈,R 是纯电阻,两支路的直流电阻相等,那么在接通和断开开关瞬间,两表的读数I1和I2的大小关系分别是: ( )A. I1<I2, I1>I2B. I1>I2, I1<I2C. I1<I2, I1=I2D. I1=I2, I1<I211.如图所示,abc 为三个同心圆环,且在同一平面内,垂直于此平面向里的磁场局限在b 环内部,当磁场减弱时,三个金属圆环中产生的感应电动势的大小关系是:( )A.Ea>Eb>EcB. Ea<Eb<EcC. Ea<Eb=EcD. Ea=Eb>Ec11．(2011·合肥模拟)质量为m 、速度为v 的A 球与质量为3m 的静止B 球发生正碰．碰撞可能是弹性的，也可能是非弹性的，因此，碰撞后B 球的速度可能有不同的值．碰撞后B 球的速度大小可能是( )A ．0.6vB ．0.4vC ．0.2vD ．v12．2010年2月，温哥华冬奥会上，我国代表团凭借申雪/赵宏博在花样滑冰双人滑比赛中的完美表现，获得本届冬奥会上的第一块金牌，这也是中国队在花样滑冰赛场上获得的首枚奥运会金牌．若质量为m 1的赵宏博抱着质量为m 2的申雪以v 0的速度沿水平冰面做直线运动，某时刻赵宏博突然将申雪向前水平推出，推出后两人仍在原直线上运动，冰面的摩擦可忽略不计．若分离时赵宏博的速度为v 1，申雪的速度为v 2，则有( )A ．m 1v 0＝m 1v 1＋m 2v 2B ．m 2v 0＝m 1v 1＋m 2v 2C ．(m 1＋m 2)v 0＝m 1v 1＋m 2v 2D ．(m 1＋m 2)v 0＝m 1v 1二．实验题（ 本题14分）13.（4分)某同学用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一薄的金属圆片的直径和厚度，读出下图中的示数，该金属圆片的直径的测量值为________cm ，厚度的测量值为________mm.Id14．（10分）某同学在探究规格为“2.5V，0.6W”的小电珠伏安特性曲线实验中：（1）在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至_______档____倍率（选填“×1”、“×10”、或“×100”）进行测量。
宇宙射线μ子平均寿命测量的探测系统设计
三、设计（论文）的研究重点及难点： 重难点在设计原理上面，技术手段难以攻克。而且要求的仪器在本科阶段没
有过多接触，因而给以后的工作上带来不少麻烦。
四、设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）： 1、2016．11.30——2017.1.15 大量收集相关文献资料，完成有关阅读； 2、2017.1.16——2017.2.15 精读几篇重要文献，翻译一篇英文综述性文献； 3、2017.2.16——2017.3.15 所有文献综述和开题报告； 4、2017.3.16——2017.4.30 完成设计初稿的撰写； 5、2017.4.16——2017.5.15 对初稿反复修改，定稿； 6、2017.5.16——2017.5.30 制作 PPT,准备答辩。
分类号 UDC
密级 编号
毕业设计(论文)
题 目 宇宙线谬子平均寿命直接测量
探测系统的设计
学院名称
核科学技术学院
指导教师
谢安平
职称
副教授
班级
核物理 131 班
学号
20134380145
学生姓名
张文峰
2017 年 6 月 6 日
南华大学学位论文原创性声明
本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南华 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的 法律结果由本人承担。
谢安平 谢安平 肖德涛
2016 年 12 月 30 日
论文 (设计) 内容及要求：
一、 毕业设计（论文）原始依据 对缪子寿命测量具有重要物理意义。利用缪子寿命精确值来确定粒子物理标准
2021年高中物理选修三第五章《原子核》阶段测试(答案解析)(1)
一、选择题1．下列核反应中，属于原子核的衰变的是（ ）A ．427301213150He Al P n +→+B ．32411120H H He n +→+ C ．235190136192038540U n Sr Xe +10n ++→D ．238234492902U Th He →+2．钴－60放射性的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。
在农业上，常用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害和食品辐射保藏与保鲜等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗。
一个钴60原子核（6027Co ）放出一个β粒子后衰变成一个镍核（6028Ni ），并伴随产生了γ射线。
已知钴60的半衰期为5.27年，该反应中钴核、β粒子、镍核的质量分别为m 1、m 2、m 3。
下列说法正确的（ ） A ．核反应中释放的能量为(m 1—m 2－m 3)c 2 B ．核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子弱C ．若有16个钴60原子核，经过5.27年后只剩下8个钴60原子核D ．β粒子是钴原子核外的电子电离形成的3．质子、中子和氘核的质量分别为m 1、m 2和m 3。
当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是（c 表示真空中的光速）（ ） A ．123()m m m c ＋－ B ．123()m m m c －－ C ．2123()m m m c ＋－ D ．2123()m m m c －－4．下列说法正确的是A ．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法叫假设法B ．平均速度、瞬时速度以及加速度，是牛顿首先建立起来的C ．自然界的四个基本相互作用是：强相互作用、万有引力、弹力、电磁相互作用D ．根据速度定义式v ＝x t ∆∆，当△t 极短时，xt∆∆就可以表示物体在t 时刻的瞬时速度，该定义应用了物理的极限法5．碘131的半衰期约为8天,若某药物含有质量为m 的碘131，经过32天后,该药物中碘131的含量大约还有( ) A ．4m B ．8m C ．16m D ．32m 6．下列说法正确的是A ．原子的核式结构模型是汤姆孙最早提出的B ．铀核（23892 U ）衰变为铅核（20882 Pb ）的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变 C ．一个氢原子从量子数n ＝3的激发态跃迁到基态时最多可辐射3种不同频率的光子 D ．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的强度太小 7．下列说法正确的是A ．在铀核的裂变中，当铀块的体积小于“临界体积”时，不能发生链式反应B ．铀元素的半衰期为T ，当温度发生变化时，铀元素的半衰期也发生变化C ．比结合能越小，原子核结合得越牢固，原子核越稳定D ．轻核聚变后，比结合能减少，因此反应中释放能量8．一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为238234492902U Th+He →.下列说法正确的是（ ）A ．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B ．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C ．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D ．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 9．根据有关放射性方面的知识可知，下列说法正确的是（ ）A ．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个氡原子核B ．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的C ．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强D ．放射性元素发生β衰变时所释放的电子来源于核外电子 10．下列说法正确的是（ ）A ．某种频率的光照射金属能发生光电效应，若增加入射光的强度，则单位时间内发射的光电子数增加B ．在核反应堆中，镉棒的作用是使快中子变为慢中子C ．结合能越大，原子核越稳定D ．入射光的频率不同，同一金属的逸出功也会不同11．在核反应方程41417278He+N O+X →中，X 表示的是A ．质子B ．中子C ．电子D ．α粒子12．下列说法中正确的是（ ） A ．结合能越大的原子核越稳定B ．某放射性元素经12天有78的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为4天 C ．氢原子从较低能级跃迁到较高能级时，电势能减小 D ．β衰变所释放的电子是原子核外电子电离所形成的13．23892U 变成20682Pb 要经过m 次衰变、n 次衰变，中子数减少的个数为q ，则（ ）A ．m=8，n=6，q=32B ．m=6，n=8，q=32C ．m=8，n=6，q=22D ．m=6，n=8，q=2214．关于天然放射线性质的说法正确的是（） A ．γ射线就是中子流 B ．α射线有较强的穿透性 C ．β射线是高速电子流D ．电离本领最强的是γ射线15．贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是A ．14140671C N e -→+B ．2351139951920533902U n I Y n +→++C ．23411120H +H He+n →D ．427301213150He +Al P+n →二、填空题16．一个中子和一个质子能结合成一个氘核，请写出该核反应方程式：______；已知中子的质量是m n ，质子的质量是m p ，氘核的质量是m D ，光在真空的速度为c ，氘核的结合能的表达式为___________．17．在其他能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势。
天文学中的宇宙射线和宇宙背景辐射
天文学中的宇宙射线和宇宙背景辐射宇宙是我们人类仍在探索的深邃领域。
在宇宙中，有着许多我们不了解的物理现象。
其中，宇宙射线和宇宙背景辐射是两个重要的天文学事件。
宇宙射线是指自太阳系外空间发射的高能离子和其他粒子。
这些粒子可以是来自恒星爆炸、超新星爆炸、黑洞和质子加速器等宇宙现象的产物。
宇宙射线一般分为三类：低能宇宙射线、高能宇宙射线和极高能宇宙射线。
低能宇宙射线主要源自太阳以外的恒星活动，能量大约为10^9电子伏特（eV）。
高能宇宙射线的能量比低能宇宙射线高许多，约为10^16-10^18eV，可能由超新星爆炸、宇宙射线源和引力波发生器等产生。
极高能宇宙射线的能量接近于10^20eV，比高能宇宙射线的能量还要高几个数量级。
宇宙射线的观测和研究对于天文学家尤为重要。
由于地球的大气层会吸收宇宙射线，因此使用高空飞行器和卫星可以探测到较高能量的宇宙射线。
美国耶鲁大学和美国航空航天局合作建造了质子加速器，利用高能质子模拟宇宙环境，模拟宇宙射线的形成和性质，从而更好地理解这一现象。
与宇宙射线相关的天文学事件还有宇宙背景辐射。
宇宙背景辐射是指由于宇宙大爆炸后剩余的辐射而产生的长波辐射。
它是指宇宙在早期因为高温状态所产生的辐射，它们的频率很高，形成了大角度上的轮廓。
在宇宙背景辐射中，可以观测到极微弱的辐射信号，这是研究宇宙和宇宙起源的基础。
宇宙背景辐射的发现是由NASA的考克斯勒卫星进行的。
这个卫星是特别设计的，可以观察到宇宙背景辐射的微小变化。
这项研究使得天文学家们对宇宙的起源和演化有了更深的认识，并揭示了宇宙的一些基本性质，比如宇宙的年龄、物质成分等。
近年来，科学家们发现了一些宇宙背景辐射的奇特现象，比如阿莫斯信号。
阿莫斯信号是一种长期以来被认为是来自宇宙微波背景辐射噪声的随机变化。
然而，近年来科学家们利用更高精度的测量技术发现，阿莫斯信号可能来自于宇宙的真实信号源。
总的来说，宇宙射线和宇宙背景辐射是天文学界中的两个热点事件，关乎着我们对宇宙的探索。
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现代物理知识
宇宙射线的观测
——适合高中以上学生进行之近代物理实验
萧先雄
美国费米国家加速器实验室(FNAL)在2000年成立夸克网(QuarkNet)的组织，开始推动一个结
合高能物理及网络技术的教学计划， 参与的学生能够测量及分析宇宙射线，不但可以了解相关的近代物理知识及高能实验的技术，也学习到团体合作及互相讨论的科学精神。
2006年，由东吴大学物理系为代表加入了夸克网的计划， 成立台湾夸克网的组织，目前已有六所大学(东吴大学、辅仁大学、联合大学、中央大学、成
功大学及高雄师范大学)物理相关的系所、中央研究院物理所、网格中心(ASGC)及台北市立天文教育馆参与。
以下先介绍夸克网的计划缘起及内容， 然后解释能够进行的近代物理实验及在线实验室(e-Lab)的使用，最后说明台湾夸克网的近程及远程的目标，希望能广泛地邀请各高中及大学加入。
一、夸克网
科学是一个团队合作的工作，学生也应该在大型的科学计划里扮演重要的角色，而且科学本身也提供了一个建构式的学习环境，因此我们可以整合部分的研究内容，探讨只具有粗略架构的问题，就能够有效地帮助学生学习到最新的知识及培养解决问题的能力。
一个由美国费米国家加速器实验室主持的科学教育计划，名称是夸克网，设计了一套教室型宇宙射线探测器及透过网络使用的在线实验（e-Lab ），非常适合高中生以上程度的学生使用。
目前北美洲已经有50个不同区域的学校参与，此计划也继续推广到美国之外的地区，有机会成为一个深具科学教育意涵及全球性的宇宙射线探测网，同时也提供给其他研究课题，例如LHC 的CMS 实验及重力波实验的LIGO ，作为推广科学教育的一个范本。
夸克网的宇宙射线探测器主要包括：四支闪烁体计数器、一片数据获取卡、温度计、气压计及一
个全球定位系统（GPS ），全部只需要一个5伏的直流电源就可以操作。
这套探测器能准确地获取宇宙射线到达的时间及数量，而闪烁体计数器有足够的灵敏度捕捉从低到高能量的宇宙射线中的基本粒子， 甚至有获得极高能量的稀少事件的可能性，这些经过数据获取卡判读的记录，经USB 线传输储存在计算机的硬盘里，之后再上传到网络的服务器，形成一个庞大的数据库。
参与夸克网计划的学生可以组成一个研
究群，联合广大区域内的其他学校的探测器形成一个团队，当数据都上传到了网络上的服务器后，利用在线实验室选择不同学校的数据进行分析， 即使学校没有相关的仪器， 学生也可以在在线实验室上取得这些数据，分析这些数据。
加入这个计划，学生就拥有了一个学习的好机会，同时也可以对宇宙射线的科学研究做出实质的贡献。
图1 夸克网的宇宙射线探测器
二、以探测宇宙射线为主题的近代物理实验 1912年，赫斯（Victor Hess ）乘坐气球至数千米的高空，证实了宇宙射线的存在。
之后，宇宙射线就一直是科学研究里的一个很重要的课题。
事实上，在我们的大气层的上层部分，充满了从遥远星
22卷第6期 (总132期) ·
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球过来的这些粒子，大部分的粒子也都有足够的能量穿过大气层，产生很多的次级粒子到达地表，平均每分钟在一平方厘米的范围内，就有一个这样的粒子穿过。
最让我们惊讶的是；有些宇宙射线的能量，不但具有千万倍以上人造加速器的最大能量，同时更有些粒子的能量多出六倍以上现在理论容许的范围。
目前已经探测到两个这样的事件， 而科学家也积极地在研究它们的来源。
因此我们知道，大自然本身就是一个绝大的加速器，它产生高能的粒子（宇宙射线），充斥在我们的四周。
虽然粒子物理的实验都需要高能粒子加速器来进行，但是我们只要利用现成的宇宙射线，一样可以在学校里进行高能的实验。
利用夸克网的仪器，有四项适合学生做的实验，分别是：1. 闪烁体计数器最佳工作状态参数的设定；2. 地表的宇宙射线以μ占大多数，测量在各种情况下宇宙射线即μ的通量（flux ）；3. 验证狭义相对论时间变慢的效应及测μ寿命（lifetime ）的实验；4. 测量大范围的宇宙射线空气簇射（Cosmic Ray Air Shower ）。
以下分别叙述这几项实验的内容。
另外，为了增加说服力及提升同学的兴趣，我们也设计了一个可以目视并可用摄影机记录宇宙射线轨迹的云雾室，可以让同学有机会探讨其他物理领域的知识。
1. 闪烁体计数器最佳工作状态参数的设定 学生第一次使用仪器时，先要将闪烁体与光电倍增管确实封装成计数器，然后透过连接的计算机下指令控制数据获取卡，进行校正及测试计数器的反应，得到让计数器工作的适当电压值及模拟信号数字化的阀值。
图2 组装一支闪烁体计数器后，先进行基本的量测
2. 宇宙射线的通量实验
学生在这个项目里，可以研究宇宙射线通量随时间的变化、随太阳活动的变化、因地磁影响而呈现东西方向的差异、随水平夹角的变化、随气压、随高度的变化，等等。
学生可以有自己的想法，并且加以验证。
图3是2010年，大二同学在暑假期间，用间隔110cm 的两支计数器，测量通量值与水平夹角的关系，图4 是测量值分析的结果，显示在误差范围内与理论预测的关系是一致的。
图3 简易的方式进行水平夹角的变化
图4 在误差范围内，显示理论与实验的吻合度佳
3. 验证狭义相对论时间变慢的效应及测μ的寿命的实验
μ的寿命只有2.2微秒，而大部分的μ是在大气层上层约30千米处产生的，即使以光速进行，也要100微秒的时间才能到达地面。
但是学生确实可以在教室里用计数器测到μ的通量，因此学生就应该会
感觉奇怪，为什么还会有很多μ到达地面？而会想要追究原因了。
这在近代物理里，是一个经典的实验，
可以证明狭义相对论时间变慢的效应。
当然，这个时间变慢的解释是要用到μ是在上层大气产生的假设，所以同学需要用不同高度的学校取得的数据来推算出时间变慢的效应。
如果有些μ在经过计数器时停留下来了，并且产生衰变的过程，我们利用数据获取卡取得μ衰变的信号，再利用在线实验室分析得到μ寿命的实验值，如图5所示。
图5 利用在线实验室分析μ寿命，得到2.18微秒的结果
4. 空气簇射的实验
每一支计数器的联机有10米长，四支计数器就已经可以形成一个小型的探测网，但是链接的全球定位系统GPS提供了一个分辨率很好的绝对时间值，更可以结合不同地点的探测仪形成一个广大范围的探测网。
在此项实验里，学生可以使用分布在校园里的仪器研究范围较小、能量较低的簇射或与其他学校联合研究范围较大、能量较高的簇射。
图6是用我们设计的云雾室实际观察到的簇射现象，就可以说明此项实验的目的。
图6 由照片上方进入云雾室几乎平行的一束轨迹线，
疑似是发生在附近的空气簇射现象
三、台湾夸克网的近程及远程的目标
2006年东吴大学邀请美国三位夸克网的专家巴丁( Marge Bardeen)、切奇雷（Ken Cecire）、乔丹（Tom Jordan)，在东吴大学举办了为期三天的第一届台湾夸克网工作坊，指导参加的人员架设宇宙射线探测器，并由几所大学的学者专家讲演相关的课题。
之后2009年及2010年相继举办第二及第三届的工作坊，分别由台北天文科学教育馆及辅仁大学主办。
届至目前为止，所有的经费，包括购买探测器在内（每套约美金5千元），都是由参与的单位协助支出，以训练自己的学生为主；其中辅仁大学物理研究所已有一篇硕士论文，以此为题目进行深度的研究；东吴大学物理系在今年把此计划的实验项目纳入了四年级近代物理实验里，预计明年成功大学也会比照进行；也有数组参与中研院物理所的大学专题生，利用寒暑假学习高能物理的机会，一并学习了夸克网探测器的使用方法。
就科学教育的观点来看，台湾夸克网与美国夸克网一样都是提供高中教学，甚至是大学到研究所教学所需要的有关粒子物理与宇宙学的一个教学的平台；不同的地方在于：1. 除了闪烁体计数器外，我们也提供了云雾室为辅助；2. 台北天文科学教育馆帮忙进行夸克网在线实验室的中文化，以适合在中文的环境推广；3. 增加宇宙射线与环境的课题，学生可以深入了解全球气候的变迁。
目前有几组的大学教授帮忙设计及编辑学生学习的教材，也有专业的信息人员帮忙做资源整合及系统的维护。
我们不但安排大学生参与各项的工作，也指导研究生以夸克网的理论及实验为主题，进行深入的了解，台湾夸克网以类似美国outreach计划的做法，继续推动、参与国内的科学教育。
综观以上所述，我们短期目标是要推广夸克网到全台湾的阶程，不但要完成中文化的在线实验室，还预备建立3个完整的夸克网中心，其中至少有一个夸克网中心是具备20套宇宙射线探测器的网络，然后继续加强与美国费米实验室的关系，进而推广夸克网到全球性的阶程；我们长期目标是要成立一个有经费支持、有专任人员的团队，可以维护及协助发展全台湾的夸克网，成为一个结合科学教育与科学研究的模范网络，然后在这个基础上推广e-Science，并让e-Science在台湾生根。
（台北市东吴大学物理学系 111）
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