现代物理知识
 
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2009年 21卷 6期 刊出日期 2009-12-18

物理知识
“我心目中的现代物理”科普征文获奖作品
科技经纬
教学参考
中学园地
科学源流
科学随笔
物理知识
3 光纤:通往光信息时代的彩虹
陈益新
2009 Vol. 21 (6): 3-7 [摘要] ( 2582 ) [HTML 0KB] [PDF 603KB] ( 367 )
8 CCD成像探测器
朱耆祥
人类感知外部世界主要是通过视觉、触觉、听觉和嗅觉等感觉器官获取各种信息的,其中约80%的信息是由视觉获取的。很早以前人们就幻想“千里眼”,借助于它人们可以看到千里之外的一切。这一幻想在成像探测器出现以后已经成为现实。到今天人们不只是看到了千里之外人眼所能看到的一切,而且可以获取人眼看不到的信息。所有这一切都归功于成像探测器。
2009 Vol. 21 (6): 8-11 [摘要] ( 2975 ) [HTML 0KB] [PDF 315KB] ( 806 )
“我心目中的现代物理”科普征文获奖作品
12 科技馆中的现代物理知识
艾全生,陈晓明
我国现代科技馆是改革开放后诞生的科普教育设施,它以生动活泼的展示形式,先进的展览技术,丰富多样的、观众可动手参与的展品,使观众在一种完全开放和娱乐的气氛中体验科学,因此现代科技馆很快成为我国的重要科普设施。按照中国科协网上公布的资料,我国的科技馆数量已近300座,在这些科技馆中以物理学为主要内容的基础科学的展示内容占有较大的份量,这是由于科技馆发展历史和物理学的特点所决定的。
2009 Vol. 21 (6): 12-17 [摘要] ( 3275 ) [HTML 0KB] [PDF 965KB] ( 364 )
18 光压 引力 慧尾
邵宇晓
光是我们日常生活中的常伴,而引力更是无时无刻不紧跟着我们;彗星及其美丽的长尾倒是很罕见,但它与我们一样都和光及引力密切相关。
2009 Vol. 21 (6): 18-21 [摘要] ( 2518 ) [HTML 0KB] [PDF 281KB] ( 409 )
21

我心目中的现代物理

生活在地球上的人们,面对广阔无垠的宇宙,人类常常被宇宙的浩瀚而震撼!对于宇宙,人类从未停止过探索,而且还编出各种各样的神话故事。到了近代,天文学才从神话学中分离出来,成为现代的天文学。
2009 Vol. 21 (6): 21-24 [摘要] ( 2242 ) [HTML 0KB] [PDF 191KB] ( 335 )
25 现代物理改变了我们的生活
吴林勇,任廷辉
想象是知识的翅膀,创新是不竭的动力。美国科学家富兰克林曾经讲过:“将来人类的知识将会大大增长,今天我们想不到的新发明将会屡屡出现,我有时候几乎后悔自己出生过早,以致不能知道将要出现的新事物。”一百多年来,人类的科技只能用突飞猛进这样的词汇来形容。如果让一个1900年的发明家来看今天的世界,他会认得汽车、电话、飞机,他也能想象出宇宙飞船、深海潜艇,但他对计算机、互联网、基因工程、核能、超导磁悬浮等绝对会是一无所知。“物理乃万物之理”,物理的创新与发现对科学技术的进步起着举足轻重的作用。现代物理促进了科学技术的飞速发展,现代物理彻底改变了我们的生活。
2009 Vol. 21 (6): 25-27 [摘要] ( 2900 ) [HTML 0KB] [PDF 192KB] ( 408 )
28 从金融海啸看百年来物理与金融的三次交汇
马金龙,马非特
2008年由美国次级贷款引起的全球金融海啸,不仅使美国金融系统发生 “多米诺骨牌”效应,多家投资银行和商业银行相继倒闭,而且还在全球引发“蝴蝶效应”,像一个无底“黑洞”正在无情地吞食着人类的财富,谁还会在这场危机中倒下我们无从猜测。次级贷款是指还贷质量不好的贷款,是容易违约的贷款,其结构大致是这样的:美国房贷机构针对收入较低、信用记录较差的人群专门设计出的一种特别的房贷。精明的华尔街精英将这些次级贷款进行资产证券化,即将房贷变成一种可替代的、可转换的有价工具(债券),并且进行不断分级形成形形色色的债券池,打包重组成金融衍生产品向外出售,试图通过证券化过程将风险分散、转移。正是证券化(金融创新)刺激了次级贷款泛滥,次级贷款总共达1万多亿美元,而金融衍生产品的杠杆作用导致金融风险呈几何级数放大,仅美国政府承诺的救市资金总额已达9.9万亿美元。金融衍生产品估值是基于牛顿经典力学范式,由一些非常复杂的金融物理模型(连续线性模型)做出来的,建立次级贷款金融产品的依据就是假设美国的房产价格总是上升的,客观地说,建模者是深知其模型风险的严重性的,但为了牟取暴利,顾不得那么多了。又由于监管者水平落后,面对越来越复杂的金融衍生产品已无所适从,加上在关键环节又得不到有效的监管。在监管不到位的情况下,建模者却在最大限度地增进自身效用的同时做出不利于他人的行动,过度“玩火”导致失控,给投资者造成巨大的损失和灾难。更为严重的是,建模者(国际金融炒家)已经形成为金融利益集团。总之,这次金融海啸的深层原因应该是道德风险与监管缺失和滞后,是建模者的道德观念的失败;另一方面,这次金融海啸实际上也暴露出目前金融物理理论和方法的弱点,面对现实非线性金融市场复杂系统,这样的模型是不可能跟踪预测到金融危机爆发的临界点的,难以预防和抵御到金融市场的风险的。
2009 Vol. 21 (6): 28-31 [摘要] ( 2706 ) [HTML 0KB] [PDF 398KB] ( 307 )
32 大爆炸理论
陈洪
大爆炸理论是研究宇宙的一种方法。几千年以前人们关于“天圆地方”的争论就是对宇宙的研究的开始。哥白尼 “日心说”的提出,冲破了“地心说”的束缚,宇宙学的研究取得重大突破。在1917年,著名科学家爱因斯坦建立广义相对论后,很快就应用于宇宙学的研究,掀起宇宙学的热潮。直到现在最成熟的宇宙学理论——大爆炸理论的提出,使得宇宙学的研究又达到一个高峰。然而研究的脚步并没有停下,一直在前进。
2009 Vol. 21 (6): 32-34 [摘要] ( 2550 ) [HTML 0KB] [PDF 188KB] ( 606 )
35 我所了解的高温超导
魏鹤鸣
我们深知物理学是一门研究物质运动规律及其基本结构的科学,是一门注重理论与实验并重的学科。随着现代物理学的发展,物理学的大厦即将建成。在这物理学的晴朗的天空中,爱好物理的人们自由飞翔,完全不受“引力”的限制。自相对论和量子力学的建立,发展了原子物理、原子核物理、高能物理、半导体物理、电子学、激光物理、材料物理等多门学科。可以说在这现代物理学的双臂下,百花齐放。物理学为世界的发展,功不可没。当然,物理的发展要感谢那些孜孜不倦的辛劳付出的学者和一些以发展物理学为宗旨的书刊、杂志。
2009 Vol. 21 (6): 35-37 [摘要] ( 2490 ) [HTML 0KB] [PDF 213KB] ( 350 )
38 图片中的物理学
刘东华,李中伟
一、火车站的安全线
火车进站时,乘客要退到安全线后(图1),否则很容易被吸进去。这种现象用伯努利方程解释:同一流线上任意两点压强、速度、高度三个量满足 。速度大时,压强小,火车进站或高速运动时,带动火车附近产生强大的气流,使得站台处的压强高于气流处的压强,从而形成压强差,容易将靠近列车的人员吸进轨道,造成意外伤害。
2009 Vol. 21 (6): 38-40 [摘要] ( 3680 ) [HTML 0KB] [PDF 445KB] ( 454 )
科技经纬
40

声呐技术及其应用

王素红
2009 Vol. 21 (6): 40-42 [摘要] ( 2480 ) [HTML 0KB] [PDF 250KB] ( 436 )
43 磁悬浮列车的原理与应用
陆一娣
众所周知,传统的铁路列车都是依靠诸如蒸汽、燃油、电力等各种类型机车作为牵引动力,车轮和钢轨之间的相互作用作为运行导向,由铁路线路承受压力,借助于车轮沿着钢轨滚动前进的。而磁悬浮列车则是一种依靠电磁场特有的“同性相斥、异性相吸”的特性将车辆托起,使整个列车悬浮在线路上,利用电磁力进行导向,并利用直线电机将电能直接转换成推进力,来推动列车前进的最新颖的第五代交通运输工具。与传统铁路相比,磁悬浮列车有以下优点。
2009 Vol. 21 (6): 43-47 [摘要] ( 3474 ) [HTML 0KB] [PDF 376KB] ( 823 )
教学参考
48 摩擦因数一定小于1吗
李志强
不少学生认为摩擦因数(包括静摩擦因数μ0和动摩擦因数μ)总是小于1,其理由有以下几点:
(1)一般情况下,人们在搬运重物时,在地上拖着走比背在身上走省力,设重物作匀速运动,因F拉=μmg,而F拉<mg,所以μ<1,这是不少学生认为μ<1的客观基础。
(2)高中物理教材和一般物理参考书中所见的摩擦因数都小于1,这是不少学生认为μ<1的理论根据。
(3)通常教师在讲课中举例时也讲到摩擦因数小于1,这是不少学生认为μ<1的可靠保证。
然而,这种认识是一种偏见和错觉,事实上,摩擦因数可以等于1,也可以大于1。下面笔者从摩擦因数的测定方法、摩擦产生的机理这两个不同的角度加以阐述与说明。
2009 Vol. 21 (6): 48-49 [摘要] ( 2500 ) [HTML 0KB] [PDF 236KB] ( 309 )
49 简述科里奥利加速度
徐劳立
参照现有大学物理层次的科里奥利加速度的各种讲法,本文运用尽可能简短的文字,通过一个特例勾勒出科里奥利加速度的基本概念。
2009 Vol. 21 (6): 49-49 [摘要] ( 2493 ) [HTML 0KB] [PDF 217KB] ( 311 )
中学园地
50 第26届全国中学生物理竞赛中的科学探究问题
丁庆红,王岳,任秀丽
没有探究,就没有科学。科学探究,是指科学家在研究自然界的科学规律时所进行的科学研究活动。20世纪80年代后,我国和一些发达国家将科学探究作为一种教学方法引入到教学过程中,让学生处于动态、开放、生动、多元的学习环境中,使学生通过类似科学家的探究过程理解科学概念和科学探究的本质,并培养科学探究能力,从而将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探索过程转化,使学生从被动接受知识向自主学习转化。
重视科学探究是我国新一轮基础教育改革的核心。科学探究的形式是多种多样的,有提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等几个要素。科学探究既是物理课程的重要内容,又是重要教学方式;既是学生学习的学习目标,又是物理学习的重要方法。
随着新课程改革的不断推进,科学探究的理念日益深入人心。我们发现不仅在近几年的高考物理试题中出现了大量的科学探究问题,而且物理竞赛也用越来越多的试题彰显科学探究的理念。
2009 Vol. 21 (6): 50-54 [摘要] ( 2481 ) [HTML 0KB] [PDF 272KB] ( 291 )
科学源流
55 希格斯与他的“上帝粒子”
梁剑,邢志忠
因提出“希格斯机制”和预言“希格斯玻色子”而闻名于世的彼得•希格斯(Peter Higgs)2009年获得瑞典皇家科学院诺贝尔物理学奖评委会和斯德哥尔摩大学联合颁发的奥斯卡•克莱因(Oskar Klein)奖。10月1日,希格斯在Alba Nova大学中心做了题为“我作为玻色子的一生”(My Life as a Boson)的获奖演讲。随着坐落在西欧核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)即将开始运行取数并寻找那个给予基本粒子以质量的“上帝粒子”——希格斯玻色子,越来越多的人开始关注希格斯机制和它背后的物理,甚至为LHC能否找到希格斯粒子而打赌。为了以简单通俗的语言还原四十多年前发现希格斯机制的真实过程,我们在此翻译了《Physics World》由编辑彼得•罗杰斯(Peter Rodges)于2004年7月采访希格斯本人后所撰写的文章《Peter Higgs: the Man behind the Boson》,以飨读者。
2009 Vol. 21 (6): 55-57 [摘要] ( 2347 ) [HTML 0KB] [PDF 219KB] ( 488 )
58 亥姆霍兹与德国物理科学的兴起
朱崇开
19世纪下半叶是德国人为之骄傲的黄金时代,而这一时期作为“德国科学的帝国首相”的亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz)是德国科学界毋庸置疑的领袖人物。有人曾形容“作为君主和工业家、艺术家和社会哲学家、科学家和政府官员们的知己,亥姆霍兹是强大的德国科学界的政治乃至精神领袖。”在19世纪最后1/4个世纪里,亥姆霍兹受到人们普遍尊崇,即使是对他的工作一无所知的人也是如此,颇有点像20世纪的爱因斯坦。
2009 Vol. 21 (6): 58-60 [摘要] ( 2170 ) [HTML 0KB] [PDF 300KB] ( 323 )
61 量子理论的伟大奠基者——普朗克
李雪洁,朱翠华
德国物理学家马克斯•普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858~1947) 在解决经典物理学的困难——黑体辐射问题时,提出能量子假说,引入了一个常数h,并因此荣膺1918年的诺贝尔物理学奖。
2009 Vol. 21 (6): 61-63 [摘要] ( 2213 ) [HTML 0KB] [PDF 224KB] ( 332 )
64 1952年11月1日:泰勒和氢弹
萧如珀,杨信男
2009 Vol. 21 (6): 64-65 [摘要] ( 2265 ) [HTML 0KB] [PDF 252KB] ( 248 )
66 1750年12月23日:富兰克林试着电死一只火鸡
萧如珀,杨信男
2009 Vol. 21 (6): 66-67 [摘要] ( 2344 ) [HTML 0KB] [PDF 257KB] ( 219 )
科学随笔
67 秉持知识与时俱进——参加“现代物理与STS教育”研讨会有感
程民治,朱爱国
今年7月6日至9日,在首都北京的高能物理研究所和研究生院物理科学学院,十分隆重而圆满地召开了“现代物理与STS教育”研讨会。从而,凡是有幸出席这次盛会的代表,都能够身临其境地感受到这里所发生的一切:数位院士和著名学者的精彩报告,赢得了一阵又一阵热烈的掌声;丰富多彩的参观活动,令人耳目一新;领导以身作则地亲临现场,不厌其烦地默默奉献;工作人员热情周到的优质服务,均使与会代表为之感激万分;有条不紊、客观公正的“有奖征文”评审工作,以及由高能物理所所长陈和生院士亲自颁奖的庄重仪式,令人钦佩不已、终生难忘,……。其中特别是专家们各式各样脍炙人口的报告,都始终折射出一个永恒的主题,即“用知识传递时代的声音,与时俱进地引领社会进步”。这个主题也正是《现代物理知识》杂志所追求的目标,这使与会代表们对该杂志的办刊方向了如指掌。
2009 Vol. 21 (6): 67-68 [摘要] ( 2308 ) [HTML 0KB] [PDF 243KB] ( 245 )
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