第二节生命的演化(全面版)资料

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1、第二节 生命的演化（全面版）资料第二节生命的演化广义而言，生命起源应当追溯到与生命有关的元素及化学分子的起源。因而,生物圈演化的历程应当从宇宙形成之初，即通过所谓“大爆炸”产生了碳、氢、 氧、氮、硫、磷等构成生命的主要元素之时起。 一个大体的演化历程表示在图中， 从图中可以看出，生命的起源和演化是和宇宙的起源与演化密切关联的，生命构成元素如碳、氢、氧、氮、硫和磷等是来自“大爆炸”后的元素演化。在星系演 化中某些生物单分子，如氨基酸、嘌呤、嘧啶等形成于星际尘埃或凝聚的星云中， 接着在一定的条件下产生了像多肽、多聚核苷酸等生物高分子。现在许多资料表 明，前生物阶段的化学演化并不局限于地球，在宇宙空

2、间广泛地存在着化学演化 的产物。通过遗传密码的演化和若干前生物系统的过渡形式，最终在地球上产生 了最原始的生物系统，即具有原始细胞结构的生命。至此，生物学演化开始，直 到今天在地球上产生了无数复杂的先进的生命形式，包括像人类这样的智慧生、生命的演化历程（一）生命的构成元素碳、氢、氧、氮、硫和磷这六种生命元素构成了地球上生物体物质总量的98%，而这些元素是伴随着宇宙起源和演化过程而产生的。宇宙的状态和宇宙 物质运动的基本规律法则的特殊结合造成了生命起源和演化的可能性。宇宙中的物质诞生在爆炸之中。 氢和氦是在距今约150亿年前的大爆炸强烈热辐射中形成的。构成我们自己的、更复杂的碳、氧、钙、铁原子起

3、源于恒星的燃烧着的深处。像铀之类的重元素是在超新星爆发的冲击波内合成的。形成生物原料的这些核过程发生在最不适宜于生物居住的环境中。一旦形成了元素，剧 烈的爆发就把这些元素送回到恒星之间的太空中。 在那里，万有引力将这些元素 铸成新的恒星和行星，而电磁作用将它们造成生命的化学物质。地球上有很多种元素，但用于构成生命的元素并不多，主要有C、H、O、 N四种，此外还有 S、P 及其他一些微量元素。我们知道组成生命的主要物质是蛋 白质、水分和无机盐三大类。元素分析表明，蛋白质一般含碳50%-55%氧20%- 23% 氮15%-18% 氢6%- 8% 硫0%-4% 有些蛋白质还含有微量的 P、Fe、Zn

4、、 Cu Mo等。（二）生物单分子生物单分子是指一些与生命有着密切关系的有机低分子量化合物， 包括氨基 酸、脂肪酸、糖、嘌呤、嘧啶、单核苷酸、卟啉、ATP等高能化合物。它们是构成生物高分子的基本成分。（三）生物大分子所谓生物大分子主要是指蛋白质、 核酸以及高分子量的碳氢化合物。 从化学 结构而言，蛋白质是由a -L-氨基酸脱水缩合而成的，核酸是由嘌呤和嘧啶碱基， 与糖D-核糖或2-脱氧-D-核糖）、磷酸脱水缩合而成，多糖是由单糖脱水缩合而 成。由此可知， 由低分子量的生物有机化合物变为高分子量的生物有机化合物的 化学反应都是脱水缩合反应。在原始地球条件下， 有两条路径可以达到脱水缩合以形成高分

5、子： 其一是通 过加热，将低分子量的构成物质加热使之脱水而聚合； 其二是利用存在于原始地 球上的脱水剂来缩合。 前者常常是在近于无水的火山环境中进行， 后者则可以在 水的环境中进行。（四）前生物系统最简单的原始生命与最复杂的化学分子之间的差异仍然是极大的，主要是 “组织化”水平的差异。 为了填补化学演化与生物学演化之间的鸿沟， 人们提出 了许多介于化学分子结构与原始生命之间的过渡形式，并给予许多不同的名称。 例如原生体、原细胞、前生物学系统、前生物学生命等等。究竟是怎样过渡的现 在仍不甚了解，但大体上应包含三个过程： 生物大分子自我复制系统的建立;传密码的起源；(3)分隔的形成。(五) 原始生

6、物系统通过遗传密码的演化和若干前生物系统的过渡，地球上最终产生了最原始的 生物系统，即具有原始细胞结构的生命。化学演化和前生物演化之后，单细胞终于形成了，生命进入了细胞演化阶段。 在这个阶段，演化主要集中在细胞内部组织水平的提高，包括细胞结构的复杂化、 代谢方式的演变等，同时伴随着规模较小的生态学。原核细胞与真核细胞的差别如此巨大，以至于过去人们认为原核细胞是由真 核细胞退化而来的。解决由原核细胞向真核细胞的演化问题是细胞演化的关键。 人们在这个问题上争论颇多，较具代表性的是以下两个观点：(1) 细胞内共生学说(2) 直接演化学说原核生物是一种无细胞核的单细胞生物，它们的细胞内没有任何带膜的细

7、胞 器。原核生物包括细菌和以前称作“蓝绿藻”的蓝细菌，是现存生物中最简单的一群，通过分裂生殖繁殖后代。原核生物曾是地球上唯一的生命形式， 它们独占 地球长达20亿年以上。如今它们还是很兴盛，而且在营养盐的循环上扮演着重 要角色。原核生物界至少包括 4000种生物。细胞内共生学说这个学说认为，真核细胞是通过若干不同种类的原核细胞生物结合共生而造成的，这些共生的原核生物与宿主细胞建立了紧密的相互依存的关系，同时在复制和遗传上建立了统一的协调的体系，这样的共生的组合就成为真核生物的祖 先。最早提出内生说的是A. F. Schimper，他在1883年发现绿藻和高等植物的叶绿体能够自行繁殖分裂，并发现

8、它们在形态上与自由生活的蓝藻很相似，从而提出质体来自寄生的蓝藻的假说。这时的共生说还没有受到多少重视，主要是 由于证据太少。20世纪60年代以后，随着细胞超微结构和细胞生物化学研究的 发展，共生说又逐渐流行起来。在电子显微镜下，植物的叶绿体与蓝藻（蓝菌） 极其相似，叶绿体本身也含有 DNA的核质区，都有片层状结构。人们还发现细 胞器与细胞整体的关系与自然界的内共生现象非常相似。共生现象在自然界很普遍。这些都从不同角度支持内共生学说。（六）复杂先进的生物系统后生动植物产生后，逐渐形成了复杂、先进的生物系统。一般的看法是后生植物与后生动物来自共同的祖先 单细胞的真核生物， 即所谓的原生生物。前已述

9、及，单细胞真核生物是由原核生物祖先通过直接演化 或细胞内共生而产生的。由单细胞真核生物向多细胞的后生动植物的转变是生命 历史中的一个重大的演化事件。后生动物和植物可能同时达到多细胞化， 在这个 过程中，生物的体积增大，组织器官分化。后生动物和后生植物如何由原始的单 细胞真核生物演化分支出来？谁先谁后？对这些问题目前还没有一致的看法。按照新近时兴的细胞内共生假说来解释后生动植物的起源是这样的：某些异养的、 行吞噬作用的单细胞真核生物祖先可能以吞噬原核生物为生，其中一些与行光合 作用的原核生物发生细胞内共生， 形成能进行光合作用的自养的真核生物， 经过 进一步演化，成为后生植物。另外一些仍保留异养

10、功能，演变成为变形虫、鞭毛 虫、纤毛虫等原生动物和真菌。 从异养的原生动物再进一步演化出海绵、 水母以 及无体腔的原始后生动物。二、演化历程的三个阶段（一）元素演化生命的起源和演化是和宇宙的起源和演化密切关联的，生命的构成元素如 碳、氢、氧、氮、硫和磷等都是“大爆炸”的产物。在星系演化中，某些生物单 分子，如氨基酸、嘌呤、嘧啶等形成于星系尘埃或凝聚的星云中，接着在一定的 条件下，产生了像多肽多聚核苷酸等生物高分子。（二）化学演化发生在地球上最简单的生命 （有细胞结构） 出现之前的演化过程， 我们称之 为前生物的化学演化。这个阶段可以分为两个阶段：（1） 生物单分子的形成：例如氨基酸、嘌呤、嘧啶

11、、单核苷酸、ATP等高能化合物、脂肪酸、卟啉等化合物的非生物合成；（2）生物高分子的形成：即生物单分子聚合为生物大分子（多聚化合物） ， 例如由氨基酸聚合为多肽或蛋白质， 由单核苷酸聚合为多核苷酸等。 其后的演化 为生物学演化；而介于化学演化和生物学演化之间的还有一个特殊的过渡阶段 前生物演化。（三）生物学演化地球上第一个单细胞原始生命的出现标志着生命演化进入了一个新阶段 生物学演化。我们把原始生命出现之后的演化叫做生物学演化。生物学的演化又可以分为早期和晚期两个阶段。 早期生物学的演化又可称为细胞演化阶段；晚期生物学演化又可称之为组织器官演化阶段， 或系统演化阶段。细胞演化阶段是从原始的单细

12、胞生命产生到后生动植物的大量出现，持续了 25亿年以上。后生动植物出现后， 生物进入系统演化阶段， 在大约 7 亿年的时间内，数以千万计的物种经历了形成和绝灭的演化历程。三、地球生命的摇篮生命源于地球， 而且是地球的产物。 即使有人认为生命来自地外， 地球仍然 是生命的摇篮。今天的生命看来是由第一个生物经过再生、 繁殖和演化，进而形成无数的生 命形态并布满整个地球。古菌类和后来的细菌在水里、空气中和地上迅速繁殖， 在 20 多亿年中构成了一个生物圈。这个生物圈的成员之间彼此交流，由此又先 后产生了真菌和真核生物。 然后， 它们又集合和组织成多细胞植物和动物。 生命 在海洋里蔓延开来， 它们登上

13、陆地， 使世界充满树木和花草， 又随着昆虫和鸟类 飞翔天空。 于是，在地球上形成和成长起“生命之树”。 人类是这棵生命进化树 最奇异的枝条。因此，在地球上诞生的生命和地球是休戚与共的。典型例题例1下列说法正确的是()A .做直线运动的物体动能不变，做曲线运动的物体动能变化B .物体的速度变化越大，物体的动能变化也越大C .物体的速度变化越快，物体的动能变化也越快D .物体的速率变化越大，物体的动能变化也越大 正确选项为Do例2在离地80m处无初速释放一小球，小球质量为m=200g不计空气阻力。 g取10m/s2，取最高点所在的水平面为参考平面。求：(1) 在第2s末小球的重力势能；(2) 在第

14、3s内重力所做的功，重力势能的变化。说明关于重力势能，需说明以下几点：(1) 重力势能具有相对性，在选定零势能参考平面之前说某个物体具有多少的重力势能是毫无意义的，但重力势能的差具有绝对性。(2) 重力势能是标量但有正、负之分，正、负号不代表方向，而是反映物体在参考平面的上方还是下方，实质上反映了重力势 能的大小；(3) 零势能参考平面的选取原则上是任意的，但具体问题应具体确定，一般选地面为零势能参考平面。(4) 重力势能属于物体和地球组成的系统所共有，平常说某个物体具有多少的重力势能，是一种简略的说法。(5) 重力势能的改变是用重力所做的功来量度的，其规律是：重力所做的功等于重力势能的减少即

15、WG=- Ek基础习题1对于质量一定的物体，下述判断中正确的是()A.物体的速度发生变化，动能也一定变化B.物体的速度不变化，动能也一定不变C.物体的动能发生变化，速度一定变化D.物体的动能不变，速度也一定不变2 质点在恒力的作用下，从静止开始做直线运动，则质点的动能A.与它通过的位移成正比B.与它通过的位移的平方成正比C.与它通过的时间成正比D.与它通过的时间的平方成正比3 下列各种物体的运动，动能保持不变的是A物体做匀变速直线运动B .物体做匀速直线运动C .物体做匀速圆周运动D.物体做平抛运动4 一个质量为2kg的物体，以4m/s的速度在光滑水平面上向左滑行，从某时刻起在物体上作用一个水

16、平向右的力。经过一段时间, 物体的速度方向变为向右，大小仍为4m/ s，在这段时间内水平力对物体所做的功为()A . 0 B . 3 J C . 16J D . 32J5关于重力势能的说法，正确的有()A重力势能只由物重决定B 重力势能不能有负值C 重力势能的大小是相对的D 物体克服重力做的功等于重力势能的增加6 自由落下的小球从接触竖直放置的弹簧开始到弹簧压缩到最大形变的过程中()A 小球的重力势能逐渐变小B小球的动能逐渐变小C 小球的加速度逐渐变小D 弹簧的弹性势能逐渐变大7 如图所示，物体从 A点出发，在竖直平面内沿着A 沿路径I运动，重力做功最多B.C.沿路径山运动，重力做功最多3条不

17、同的轨道运动到 B点沿路径H运动，重力做功最多，则移动过程中重力做功的情况是D.沿各条路径运动，重力做功一样多8 . 一质量为M的物体放在水平地面上，上面安装一根原长为L,倔强系数为k的轻弹簧，现用手拉弹簧的上端 P点(开始拉时弹簧为原长)，如图所示，当P点位移为H时,物体离开地面一段距离,则物体在此过程中增加的重力势能是(A.MgH B.MgH-M C.MgH+ (Mg) D.MgH- (Mg)kkk9. A B两个小球的质量之比是 2: 1，同时开始自由落下，贝UA球下落ls和4s的动能之比是 A 、B两球下落4s时动能之比是10两辆汽车在同一水平路面上行驶，它们的质量之比m: m=1：

18、2，速度之比是V1: V2=2:l,若两车急刹车，甲车滑行的距离是S1，乙车滑行的距离是S2,设两车与路面的动摩擦因数相等，不计空气阻力，则S1：S2=11.将质量为5kg的物体放在地面上时的重力势能设为零，则把这个物体放在2m高的平台上时具有的重力势能为J，把它放在深为2m的井底时它的重力势能为J 。12如图所示，在水平地面上平铺 砖，每块砖的质量为 m厚度为h，如将砖一块一块地叠放起来.人至少需要对砖做多少功能力测试13 如图所示，劲度系数为 匕的轻质弹簧两端分别与质量为 m、m的物块I、2连接，劲度系数为k2的轻质弹簧上端与物块 2连接，下 端压在桌面上（不连接），整个系统处于平衡状态，

19、现施力将物块I缓慢地竖直上提，直到下面那个弹簧的下端刚脱离桌面，在此过程中，物块 2的重力势能增加了 物块I的重力势能增加了 。bwi 214 如图所示，两个底面积都是S的圆桶，用一根带阀门的很细的管子相连接，放在水平地面上，两桶内装有密度为p的同种液体.阀门关闭时两桶液面的高度分别为hi和h2，现将连接两桶的阀门打开，在两桶液面变为相同高度的过程中重力做了多少功？初等数论第二章同余第二节完全剩余系由带余数除法我们知道，对于给定的正整数m,可以将所有的整数按照被 m除的余数分成m类。本节将对此作进一步的研究。一、知识与方法定义1 给定正整数 m,对于每个整数i, 0im 1,称集合Ri(m)

20、= n|ni (mod m), n Z 是模m的一个剩余类。显然，每个整数必定属于且仅属于某一个Ri(m) (0im 1),而且，属于冋一剩余类的任何两个整数对模 m是同余的，不同剩余类中的任何两个整数对模m是不同余的。例如，模5的五个剩余类是Ro(5)=,10, 5, 0,5, 10,R1(5)=,9 , 4,1 , 6,11,R2(5)=,8 , 3,2,7 , 12,R3(5)=,7 , 2,3,8 , 13,R4(5)=,6 , 1 , 4,9 , 14,。定义2设m是正整数，从模m的每一个剩余类中任取一个数Xi( 0im 1),称集合Xo, X1, ,xm 1是模m的一个完全剩余系(

21、或简称为完全系)。由于Xi的选取是任意的，所以模 m的完全剩余系有无穷多个，通常称(i )0, 1, 2, m1是模m的最小非负完全剩余系；(i)m m 1,1,0,1,罗 (当 2|m)或 m 1 2 ,1,0,1, 心(当2 | m)，是模m的绝对最小完全剩余系。2例如，集合0, 6, 7, 13, 24是模5的一个完全剩余系，集合0, 1,2, 3, 4是模5的最小非 负完全剩余系。定理1整数集合A是模m的完全剩余系的充要条件是(i ) A中含有m个整数；(ii) A中任何两个整数对模 m不同余。【证明的 也数妙力醪自于蜿刖的毎 牛不同的剌余煤 即就舷战的完供列余甌则axib, ax2b

22、, , axmb也是模m的一个完全剩余系。【证明】由定理 1，只需证明：若(1)事实上，若axi baxj贝V axiaxj (mod m),由此及第一节定理 5得到Xi 毕。Xxj，贝U axib axjb (mod m)。b (mod m),xj (mod m),因此Xi = xj。所以式(1)必定成立。证定理 3 设 m1, m2N , A Z , (A, m1) = 1，又设X ex, ,xm1 , Y yy2, , ym2,R = Axm1y;X X, y Y 是模m1m2的一个完全剩余系。【证明】1由定理1只需证明：若x , xX, y , yY,并且Axm1yAxm1y(mod

23、m1m2),则X= X,y = y事实上,由第一节定理5及式(2),有AxAx(mod m1)Xx(mod m1)X=x,再由式(2),又推出m1ym1y(mod m1m2)yy(mod m2)y=y。证毕。推论右 m1, m2N , (m1, m2) = 1，则当X1与X2分别通过模m1与模m2的完全剩余系时，m2X1m1X2通过模m1m2的完全剩余系。定理4设mi N(1in)，则当xi通过模mi (1in)的完全剩余系时，分别是模m1与模m2的完全剩余系，则x = X1m1X2m1m2x3m1m2 mn 1Xn通过模m1m2 mn的完全剩余系。【证明】 对n施行归纳法。当n = 2时，由

24、定理3知定理结论成立。假设定理结论当n = k时成立，即当Xi (2 i 系时，k 1)分别通过模mi的完全剩余y = X2m2X3m2m3X4m2mkxk1通过模m2m3 mk 1的完全剩余系。由定理3,当X1通过模m1的完全剩余系，Xi (2 k 1)通过模mi的完全剩余系时，X1m1y = X1m1(x2m2X3m2mkxk1)证。证毕。定理 5 设 mi N，AiZ( 1in),并且满足下面的条件(i )(mi, mj) = 1 , 1i, jn,i j ；(丘)(Ai, mi) = 1 , 1in;(iii)miAj , 1i, jn, ij。则当Xi (1in)通过模mi的完全剩余

25、系Xi时，y = A 1x1A2X2AnXn通过模mim2 mn的完全剩余系。【证明】由定理1只需证明：若Xi,XiXi, 1in,则由A1X1A2X2AnXnA1X1A2X2AnXn(modx的小数部分mimn) (3)证明：若(a, m) = 1，【证明】 当x通过模maxi b、 1则 (mi i m2的完全剩余系时，1)m的完全剩余系，j( 1因此对于任意的i (1im), axib一定与且只与某个整数同余，即存在整数 k,使得axib :=kmj,(1 jm)从而aXim bi 1mmmm 1kj 11冷m 1 j1m(m 1)m 1j 1 mm22b也通过模maxm)2.设p5是素

26、数, 2, 3,2 ，则在数列 a，2a，3a，(p 1)a，pa中有且仅有一个数b.满足b(mod p)此外，若b = ka，则k a，2, 3, p 2。【解答】因为(a, p) = 1，所以由定理式(4)中的数构成模p的一个完全剩余系，因此必有数b可以得到Xi=Xi,1in。事实上，由条件(iii)及式易得，对于任意的i, 1in,有AiXiAiXi(mod mi)。由此并利用条件(ii)和第一-节定理5推得XiXi(mod mi),因此 Xi= Xi。证毕。、例题讲解1.设A = X1, X2, , xm是模m的一个完全剩余系，以x表示满足式（5）设b = ka,那么(i )ka，否则

27、，b = a21 (mod p)，即 p (a1)(a1），因此p a 1或p a1,这与2ap 2矛盾；(丘)k1，否则，b = 1a1 (mod p)，这与 2ap2矛盾；(iii)k1,否则，b = a1 (mod p),这与 2ap2矛盾。若又有k,2kp 2，使得 b k a (mod p)，则k aka (mod p)因(a, p) = 1，所以 k k (mod p),从而 pk k，这是不可能的。这证明了唯一性。3.（Wilson定理）设p是素数，则(p 1)!1 (mod p)。【解答】不妨设p 5。由例2容易推出对于2, 3,p 2，中的每个整数a，都存在唯一的整数k，2

28、kp 2,使得ka1 (mod p)。因此，整数2, 3,p 2可以两两配对使得式（6）成立。所以(p 2)1 (mod p)，从而 1 23(p2)(p1) p1 (mod p)。4.设 m 0 是偶数， a1, a2,am与b1,b2, bm都是模m的完全剩余系,证明：a1b1, a2b2, , ambm不是模m的完全剩余系【解答】因为1,2, m与a1, a2, , am都是模m的完全剩余系，所以i m同理bii 1mai1m(m 1)m(mod m)。m2 (mod m)。(8)如果a1b1, a2b2, ambm是模m的完全剩余系，那么也有m佝 i 1联合上式与式（7）和式（8），得

29、到bi)m(mod m)。m(mod m)，2这是不可能的，所以a1b1, a2b2, , ambm不能是模m的完全剩余系。第二节砂砾石地基灌浆砂砾石地基是比较松散的地层，其空隙率大，渗透性强、L壁易坍塌等。因而 在灌浆施工中，为保证灌浆质量和施工的进行，还需要采取一些特殊的施工工艺 措施。一、砂砾石地基的可灌性可灌性指砂砾石地基能接受灌浆材料灌入的一种特性。可灌性主要取决于地 基的颗粒级配、灌浆材料的细度、浆液的稠度、灌浆压力和施工工艺等因素。砂 砾石地基的可灌性一般常用以下几种指标衡量。1) 可灌比值MM= 心式中受灌砂砾石层的颗粒级配曲线上相应于含量为15%粒径，mn；心灌注材料的颗粒级

30、配曲线上相应于含量为85%粒径，mmM值愈大，可灌性就愈好。一般认为，当M 15时，可灌水泥浆；M=1015时,可灌水泥粘土浆；M=5-10时，宜灌含水玻璃的高细度水泥 粘土浆。2) 砂砾石层中粒径小于0.1m m的颗粒含量百分数愈高，则可灌性愈差。当含 量 (6.9 9.3 ) X 10“m/s,可灌水泥浆；K=(3. 56. 9) X 10 m/s,可灌水泥粘土浆；K3. 5X 10 m/s，宜采用化学灌浆。4) 砂砾石层的不均匀系数 C ;C= V(3-5)式中厂四、门罠砂砾石层颗粒级配曲线上相应于含量为 60%、10%的粒径,mmC反映了砂砾石层中颗粒大小不均匀的程度，颗粒级配曲线 比

31、较平缓的，C值较大，即砂砾石层的密度较大，透水性较小，则可灌性较差；反之，可灌 性较好。工程实践中，为了有效的灌浆，需对上述有关指标进行综合分析， 再通过灌浆试 验而定。二、灌浆材料砂砾石地基灌浆，多用于修筑防渗帷幕，很少用于加固地基，一般多采用水 泥粘土浆。有时为了改善浆液的性能，可掺少量的膨润土和其它外加剂。砂砾石地基经灌浆后，一般要求帷幕幕体内的渗透系数能够降低到10*10 cm/s以下；浆液结石28d的强度能够达到0.40.5MPa水泥粘土浆的稳定性和可灌性指标，均优于水泥浆。其缺点是析水能力低， 排水固结时间长，浆液结石强度不高，粘结力较低，抗渗和抗冲能力较差等。要求粘土遇水以后，能

32、迅速崩解分散，吸水膨胀，并具有一定的稳定性和粘 结力。浆液配比，视帷幕的设计要求而定，一般配 比（重量比）为水泥：粘土 =1: 2I : 4，浆液的稠度为水：干料=6: 1 :1:1。有关灌浆材料的选用，浆液配比的确定以及浆液稠度的分级等问题， 均需根 据砂砾石层特性和灌浆要求，通过室内外的试验来确定。三、钻灌万法憎 3以tsfrit itMb S曲力戦i左骨心 h氓门mm. *一牛针I 6 -惟殆情*千tilliStff lL-帽砂砾石层中的灌浆孔都是铅直向的钻孔，除打管灌浆法 外，其造孔方式主要有冲击钻进和回转钻进两大类；就使用 的冲洗液来分，则有清水冲洗钻进和泥浆固壁钻进两种。 砂砾石层

33、防渗帷幕灌浆，可分为以下四种基本方法。1.打管灌浆灌浆管由厚壁的无缝钢管、花管和锥形体管头所组成， 用吊锤夯击或振动沉管的方法，打入到砂砾石受灌地层设计 深度，打孔和灌浆在工序上紧密结合，如图 3-15所示。每段 灌浆前，用压力水通过水管进行冲洗，把土砂等杂质冲出管 外或压入地层中去，使射浆孔畅通，直至回水澄清。可采用 自流式或压力灌浆，自下而上，分段拔管分段灌浆，直到结 束。此法设备简单，操作方便，一般适用于深度较浅，结构松散， 空隙率大，无大孤石的砂砾石层，多用于 I临时性工程或对 防渗性能要求不高的帷幕。2 套管灌浆施工程序是：边钻孔、边下护壁套管（或随打入护壁套管，随冲淘管内砂砾 石）

34、，直到套管下到设计深度。然后将钻孔冲洗干净，下入灌浆管，再起拔套管 至第一灌浆段顶部，安好阻塞器，然后 注浆。如此自下而上，逐段提升灌浆管和 套管，逐段灌浆，直至结束，如图 3-16所示。也可自上而下，分段钻孔灌浆， 缺点是施工控制较为困难。采用这种方法灌浆，由于有套管护壁，不会产生塌孔埋钻事故。但压力灌浆 时，浆液容易沿着套管外壁向上流动， 甚至产生表面冒浆，还会胶结套筒造成起 拔困难，甚至拔不出。3 循环灌浆循环灌浆，实质上是一种自上而下，钻一段、灌一段，无需待凝，钻孔与灌 浆循环进行的一种施工方法。钻孔时用粘土浆或最稀一级水泥粘土浆固壁。钻灌 段的长度，视孔壁稳定情况和砂砾石渗漏大小而定

35、，一般为12m逐段下降，直到设计深度。这种方法灌浆，没有阻塞器，而是采用孔口管顶端的 封闭器阻浆。用这种方法灌浆，在灌浆起始段以上，应安装孔口管，其目的是防止孔口坍塌和 地表冒浆，提高灌浆质量，同时也兼起钻孔导向的作用，如图317所示。孔口管的安装方法有两种：(1) 埋管法在孔位处先挖一个深I1.5m，半径大干0.5m的坑。由底用干钻向下钻进 至砂砾石层11. 5m把加工好的孔口管下入孔内，孔口管下端 11.5m加工 成花管，孔口管管径要与钻孔孔径相适应，上端应高出地面20cm左右。在浅坑底部设止浆环，防止灌浆时浆液沿管壁向上窜冒，浅坑用混凝土回填(或粘、壤 土分层夯实)，待凝固后，通过花管灌

36、注纯水泥浆，以便固结孔口管的下部，并 形成密实的防止冒浆的盖板。(2) 打管法钻机钻孔，孔口管插入钻孔用吊锤打至预定位置，然后再向下钻深 3050cm并清除孔内废渣，灌注水泥浆。H 3-1 f覧官;幫博1：啊帶 誉d 下 F玄W f 4 *fft QI 1t m n*ff.髯 f 聲.u、fcffKIt苇19鼻裤.S Yi 1 RLIBh + -ICitis rikai a-壤丹，“理尿呷s r 贴环薛浆诜附翠 LUrnxn feF?*Z-ft环（專酗療” 3% 口U-iftSftHrhT-汛口 IFF 和曲 花管；K应力出：?-避城蓟：r 10H3tw*llttrii J2孔 噤小静毎f f

37、iRt is沾即屹莎评h EH鹘】 藏花ff. I?礼IH*黑脅直長： Snni 詬杆）14 预埋花管灌浆在钻孔内预先下入带有射浆孔的灌浆花管，管外与孔壁的环形空间注入填料，后在灌浆管内用双层阻塞器（阻塞器之间为灌浆管的出浆孔）进行分段灌浆。 其施工程序是：（1）钻孔及护壁常使用回转钻机钻孔至设计深度，接着下套管护壁或用泥浆固 壁。（2）清孔 钻孔结束后，立即清除孔底残留的石渣，将原固壁泥浆更换为新鲜 泥浆。（3）下花管和下填料 若套管护壁时，先下花管后下填料（若泥浆固壁时，则 先下填料后下花管）。花管直径为 75110mm沿管长每隔0.30.5cm环向钻一 排（4个）孔径为10mm勺射浆孔。

38、射浆孔外面用弹性良好的橡胶圈箍紧，橡胶圈厚度为1.52mm宽度1015cm花管底部要封闭严密、牢固。安设花管要垂 直对中，不能偏在套管（或孔壁）的一侧。用泵灌注花管与套管（或孔壁）之间环形空间的填料，边下填料，边起拔套 管，连续浇注，直到全孔填满将套管拔出为止。填料配比为水泥：粘土 =1: 21: 3；水：干料=1： 13： l ;浆体密度1. 351. 36t/m3粘度25s;结石强度R=0.1 0.2MPa, R*0. 50. 6MPaS 3 irt 闻处管礼A 花 If ： 一1G 性千带八*5 Vti h 忡用Hl*怦電田.1 *几9 密贰(4)开环孔壁填料待凝515d,达到一定强度后

39、，可进行开环。在花管中下入双层 阻塞器，灌浆管的出浆孔要对准花管上准备灌浆的射浆孔，如图3-18所示。然后用清水或稀浆逐渐升压至开环为止。 压开花管上的橡皮圈，压裂填料，形成通 路，称为开环，为浆液进入砂砾石层创造条件。5) 灌浆开环以后，继续用清水或稀浆灌注 5lOmin，再开始灌浆。花管的每一排 射浆孔就是一个灌浆段，灌完一段，移动阻塞器使其出浆孔对准另一排射浆孔， 进行另一灌浆段的开环和灌浆。由于双层阻塞器的构造特点，可以在任一灌浆段进行开环灌浆，必要时还可重复 灌浆，比较机动灵活。灌浆段长度一般为0.30.5m，不易发生串浆、冒浆现象， 灌浆质量比较均匀，质量较有保证。国内外比较重要的

40、砂砾石层灌浆多采用此法。 其缺点是有时有不开环的现象，且花管被填料胶结后，不能起拔回收，耗用钢材 较多；工艺复杂，成本较高。前三种灌浆方法的灌浆结束后，应立即封孔，以防坍孔冒浆；预埋花管法则 可在帷幕检查后集中进行封孔，但要孔口加盖进行保护。砂砾石地基灌浆，应根 据各工程的具体条件和灌浆应达到的要求， 通过灌浆试验，提出需要掌握的控制 标准，用以指导灌浆施工。第二节 康普顿效应一、教 学目标1、知识目 标了解康普顿效应及其解释； 了解光既具有波动性，又具有粒子性；了解光是一种概率波。2、能力目 标能通过日常和实验事例理解概率的意义； 培养学生对问题的分析和解决能力，初步建立光与实物粒子的波粒二

41、象性以及用概率 描述粒子运动的观念3、德育目 标理解人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程， 这一过程也是辩证发 展的过程。二、教学重点、难点重点：康 普顿效 应及其 解释、 光的波粒二 象性 难点：光是一种概率波三、教学过程（一）引入新课： ,光在传播过程中 , 遇到两种均匀媒质的分界面时 , 会产生反射和折射现象。但当光在 不均匀媒质中传播时 , 情况就不同了。由于一部分光线不能直线前进, 就会向四面八方散射开来 , 形成光的散射现象。地球周围由空气形成的大气层 , 就是这样一种不均匀媒质。 因此 , 我们看到的天空的颜色， 实际上是经大气层散射的光线的颜色。 科学家的研究表明

42、 大气对不同色光的散射作用不是“机会均等”的 , 波长短的光受到的散射最厉害。当太阳 光受到大气分子散射时 , 波长较短的蓝光被散射得多一些。 由于天空中布满了被散射的蓝 光, 地面上的人就看到天空呈现出蔚蓝色。空气越是纯净、干燥 , 这种蔚蓝色就越深、越 艳。如果天空十分纯净 , 没有大气和其他微粒的散射作用，我们将看不到这种璀璨的蓝色。 比如在 2 万米以上的高空， 空气气体分子特别稀薄， 散射作用已完全消失， 天空也会变得 暗淡。同样道理 , 旭日初升或日落西山时 , 直接从太阳射来的光所穿过的大气层厚度 , 比正午时 直接由太阳射来的光所穿过的大气层厚度要厚得多。太阳光在大气层中传播的

43、距离越长 被散射掉的短波长的蓝光就越多 , 长波长的红光的比例也显著增多。最后到达地面的太阳 光, 它的红色成分也相对增加。因此 , 才会出现满天红霞和血红夕阳。实际上 , 发光的太阳 表面的颜色始终没有变化。二、新课教学（一）康普顿效应一般的光散射知识告诉我们，只有当光通过光学性质不均匀的媒质时，光散射现象才 会发生但是实验发现，当波长很短的光（电磁波） ，如 X 射线、 射线等通过不含杂质的 均匀媒质时，也会产生散射现象，且一反常态，在散射光中除有与原波长 相同的射线外， 还有比原波长大的射线出现.这现象首先由美国物理学家康普顿于19221923年间发现,并作出理论解释，故称康普顿效应，亦

44、称康普顿散射康普顿效应的规律可归纳如下：康普顿效应中波长的改变 与原入射光波长 和散射物质无关，而与散射方向有关当散射 角（散射线与入射线之间的夹角）增大时，也随之增大1、康普顿散射现象的解释：（1）光子不仅有能量 h v ,而且有动量h v /入 （2）模型：“ X射线光子与静止的自由电子的弹性碰撞”(3) 在碰撞过程中能量和动量守恒光子与物质中的”自由电子”碰撞，把部分能量传给电子，光子的能量一,散射X射线的频率一，波长-光子与物质中被原子核束缚很紧的电子碰撞，应看做是光子和整个原子的碰撞。原子的质量远大于光子的质量 ，在弹性碰撞中散射光子的能量 (波长)几乎不改变, 故在散射线中还有与原

45、波长相同的射线。2、康普顿效应的意义进一步验证了光的粒子性：(1) 首次实验证实了爱因斯坦提出的“光子具有动量”的假设 ；(2) 支持了 “光子”概念，证实了普朗克假设=h ；(3) 证实了在微观领域，动量和能量守恒定律仍然成立。(二)光的波粒二象性光具有波动性：光的干涉、光的衍射光具有粒子性：光电效应、康普顿效应光具有波粒二象性玻恩用概率波很好的解释了光的波粒二象性1、动画(参考媒体资料中的动画“光的波粒二象性”)：当我们用很弱的光做双缝干涉实验时，将感光胶片放在屏的位置上，会看到什么样的照片呢？为什么会有这种现象？分析图片：结论：1、左侧图片清晰的显示了光的粒子性.2、 光子落在某些条形区域内的可能性较大(对于波的干涉即为干涉加强区)，说明光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律进行解释.得出：光波是一种概率波，概率表征某一事物出现的可能性.2、让学生回忆道尔顿板实验：，但是它落在中间狭槽教师总结：道尔顿板实验中，单个小球下落的位置是不确定的 的可能性要大一些，即小球落在中间的概率较大.3、思考与讨论：（书中的思考）根据你的理解，说明概率的意义，举出几个日常生活中的或科学中的事例，说明哪些事件是个别出现时看不出什么规律，而大量出现时则显示出一定的规律性.