现代物理知识
 
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2007年 19卷 4期 刊出日期 2007-08-18
物理知识
物理前沿
科技经纬
教学参考
中学园地
科学源流
物理知识
3 光纤量子密码网络
温浩,郭光灿
数字通信和数字信号处理领域的快速发展直接推动了20世纪后半叶兴起的信息革命。今天的数字信息系统仍然只在经典物理的范畴。每一个比特的信息都能完全的被经典器件描述，比如说一个晶体管或者微处理器的输入电压高低来代表0或者1。然而，信息也能通过量子力学的方式来处理和传输，这就产生了全新的量子信息科学。量子信息科学的一个典型应用就是量子密码术，在过去的十几年中发展十分迅速，美国和欧洲甚至都已经有比较成熟的商业产品。那么，什么是量子密码术，它的基本工作原理是什么，量子密码网络又是解决什么问题的。希望通过本文的叙述，读者能有大致的了解。
2007 Vol. 19 (4): 3-7 [摘要] ( 4655 ) [HTML 1KB] [PDF 1028KB] ( 3305 )
7 能量条件简介
卢昌海
……………… 上面介绍的这几种能量条件有一个共同的特点，那就是它们给出的是每个时空点上能量动量张量所满足的条件，这样的能量条件被称为逐点能量条件。除逐点能量条件外，人们还常常使用另外一类能量条件，称为平均能量条件，它们给出的是能量动量张量沿特定的时空曲线(通常是类时或类光曲线)所满足的平均意义上的条件。平均能量条件比相应的逐点能量条件弱，因为它们允许逐点能量条件在局部意义上被破坏——只要这种破坏能被所涉及的曲线上其它区段的贡献所弥补即可。
2007 Vol. 19 (4): 7-10 [摘要] ( 5629 ) [HTML 1KB] [PDF 277KB] ( 2498 )
11 热的超导体——热管
谢恩东
热管是一种具有很好传热性能的器件。早在l942年，美国的高格勒就提出热管这一概念，但直至1964年美国洛斯·阿拉莫斯实验室的格罗弗等人发明了热管以后，热管的优良传热特性才引起人们的重视。它的主要特点是：其传热效率和输热能力大大超出一般的传热器件，用热管制成的换热器结构紧凑、体积小、重量轻、传热温差小。由于热管具有一般传热器件所没有的优良性能，所以被誉为“热的超导体”。 …………
2007 Vol. 19 (4): 11-12 [摘要] ( 4033 ) [HTML 1KB] [PDF 377KB] ( 776 )
13 浅谈物理学中的屏蔽现象
谷春生
2007 Vol. 19 (4): 13-14 [摘要] ( 3589 ) [HTML 1KB] [PDF 444KB] ( 299 )
15 水锤泵的动力之源
张怀华
在依山而下的小溪旁边，人们时常会看到一种奇妙的提水工具，它不耗电，不费油，也不烧煤，伴随着“嘭、嘭、嘭”的声音，竟然能自动地把溪水提升到了近百米的高处！这个奇怪的提水装置到底是什么呢？
2007 Vol. 19 (4): 15-16 [摘要] ( 3323 ) [HTML 1KB] [PDF 320KB] ( 363 )
16 空气负离子中的物理机制
王向华,高建云
负离子功能现今已成为许多商品的新卖点，诸如负离子陶瓷、负离子服装、负离子饮用水、负离子吹风机等。负离子功能如同纳米技术，已成为象征高科技的代名词之一，无论是在新闻报纸，还是在期刊杂志、学术论文中负离子都频频现身，通过这些报道我们可以从医疗保健、化学、环境学、材料学等不同角度来了解负离子。本文试图让大家在物理学角度对负离子有所认识。 ……
2007 Vol. 19 (4): 16-18 [摘要] ( 4390 ) [HTML 1KB] [PDF 403KB] ( 383 )
物理前沿
18 超高能中微子天文学实验现状
曹臻,肖刚
中微子在粒子物理的标准模型中是一组很特殊的粒子，它们质量最轻（在标准模型中没有质量）因而几乎不受引力影响，不带电荷因而不受电磁相互作用的影响，只参与弱相互作用，但其寿命几乎是无穷长。如果中微子产生于遥远的高能天体，在到达地球的漫长传播过程中其路径不会被遍布宇宙的磁场所改变。中微子的这些特性使它与光子一起成为绝佳的天文学信息传播者，成为正在崛起的新兴中微子天文学学科发展的强劲原动力。与传统的光子天文学相比，中微子具有更加优越的特性，即不会与弥漫全宇宙的3K宇宙学背景光子发生作用，从而能够打开高于光子天文学所能工作的能量区域的观测窗口，譬如在高于1015电子伏特（记为PeV）的“超高能”区，探测中微子成为唯一的天文观测手段。 …………
2007 Vol. 19 (4): 18-24 [摘要] ( 4330 ) [HTML 1KB] [PDF 9216KB] ( 2802 )
25 碳纳米管及新型一维碳纳米功能材料
孙宝云,韩晓晨
近年来迅猛发展的纳米科技在化学、生物医学、材料学、电子学等领域取得了一系列令人瞩目的成果。纳米材料的尺寸效应、表面效应、量子效应，使其在磁、光、电、敏感等方面呈现出常规材料不具备的新奇性质，具有广阔的应用前景。碳纳米材料的研究也成为当前国际上最活跃的前沿领域之一，中国科学院已将碳纳米材料列为知识创新工程首批启动的重大项目之一。
2007 Vol. 19 (4): 25-27 [摘要] ( 3679 ) [HTML 1KB] [PDF 402KB] ( 2915 )
28 寻找南极的“地下宝藏”
高凌云
南极洲指南纬60º以南的岛屿和大陆，这片面积约1400万平方千米的土地，是人类发现的最后一块大陆。这里常被喻为地球底部的遥远边疆，年平均风速为每秒18～20米，最大风速达每秒100米，素有“暴风故乡”之称。南极大陆是地球上最干旱的地区，年平均降水量仅有50毫米，其中部地区年平均降水量仅有3～5毫米，南极点的降水量则几乎为零，其干旱程度甚至超过非洲的撒哈拉沙漠；同时它又是“世界寒极”，年平均气温为-25℃～-30℃，最低气温达-89.6℃，比北极还低20℃。……
2007 Vol. 19 (4): 28-30 [摘要] ( 3610 ) [HTML 1KB] [PDF 2795KB] ( 253 )
31 激光武器攻击卫星——太空“潘多拉之盒”将被打开
耿顺山
近年来禁止太空军事化的呼声与日俱增，但鉴于卫星在现代战争中的重要作用，为争夺空间优势，保证国家安全，研制发展反卫星武器已成为军事强国竞相研究的一个具有战略意义的课题。美国的军事战争策略向来是“先发制人”，虽然公开表示不进行太空军事化的相关研究，但美国国家安全和空间管理组织委员会的一份报告认为，当前世界上没有任何一个国家像美国这样依赖空间系统，因此美国必须有能力“保护太空资产免受敌方攻击”，“使敌方不能利用太空来威胁美国利益”，并且在更广泛的意义上有助于“阻止和防御针对美国本土、军事基地、盟国、海外和空间利益展开的攻击”。 ……
2007 Vol. 19 (4): 31-33 [摘要] ( 3786 ) [HTML 1KB] [PDF 406KB] ( 2170 )
科技经纬
34 核分析技术在古陶瓷研究和鉴定中大有可为
冯松林

随着国民经济发展，人们物质文化水平的迅速提高，中国的国际地位得到提升，蕴含华夏文化的文物在世界各地的影响越来越大，涉及中国古陶瓷的拍卖活动增加，成交价格节节攀升。在经济利益驱使下，近年来，高技术含量的赝品充斥市场，仿品的器形、胎质、釉色、纹饰和装烧工艺等外观特征达到了以假乱真的水平，以馆藏器物和窑址出土资料作为参照标准进行古陶瓷真伪鉴别面临严峻挑战。
……
2007 Vol. 19 (4): 34-36 [摘要] ( 3781 ) [HTML 0KB] [PDF 979KB] ( 2197 )
37 现代战争的灵魂——C4ISR系统浅析
陈奕宏
信息技术的发展，孕育着一种新的战场装备体系的诞生。计算机技术突飞猛进，推动着新一代C4ISR系统（C4ISR：Command、Control、Communication、Computer、Intelligence、Surveillance、Reconnaissance，简称军队指挥自动化系统）的发展。军队指挥自动化系统，即指挥、控制、通信、计算机与情报、监视、侦察等英语单词首个字母的组合。C4ISR系统是指在军事指挥体系中采用以电子计算机为核心的技术与指挥人员相结合、对部队和武器实施指挥与控制的人机系统。
2007 Vol. 19 (4): 37-40 [摘要] ( 3937 ) [HTML 1KB] [PDF 1122KB] ( 285 )
41 磁通压缩发电机
吕庆敖,高敏,池小平
目前，正在研究的新概念武器主要有定向能（强激光、高功率电磁脉冲、粒子束）武器和电发射动能武器两大类等。除了使用有毒气体的化学激光武器，上述新概念武器都需要脉冲功率电源（Pulsed Power Supply，PPS）激励或驱动。 军用的PPS，除了具有普通电源的脉冲高功率和巨大能量的特征外，还要求有系统独立性和轻便性。独立性是指它不依赖于其他（如民用电网）系统，轻便性要求它的体积和重量符合军用运载工具的要求。而磁通压缩发电机（Magnetic Flux Compression Generator，MFCG）是一种已初步用于军事并逐步拓展应用领域的脉冲功率电源。
2007 Vol. 19 (4): 41-43 [摘要] ( 4262 ) [HTML 1KB] [PDF 429KB] ( 1457 )
44   数字水印在现代生活中的应用
宋立平
随着信息时代的到来，特别是Internet的普及，以及随着电子政务的广泛应用信息的安全保护问题日益突出。多媒体信息安全中传统的加解密系统并不能很好地解决版权保护问题。因为虽然经过加密后只有被授权持有解密密钥的人才可以存取数据，但是这样就无法向更多的人展示自己的作品；而且数据一旦被解开，就完全置于解密人的控制之下，原创作者没有办法追踪作品的复制和二次传播。在这种情况下，诞生了数字水印技术。
2007 Vol. 19 (4): 44-46 [摘要] ( 3653 ) [HTML 1KB] [PDF 191KB] ( 262 )
教学参考
47 分布式认知对创设网络虚拟环境的启示
李凌云,李秀娟
随着互联网技术的迅速发展，计算机网络已经成为人类社会生活中不可缺少的一部分。作为新兴的“第四媒体”，它具有数字化、多元化、全球化、虚拟化、交互性和即时性的特征，对人们的生活、工作和学习方式产生了很大的影响。目前，多媒体教学逐步得到推广，网上教育的实施已经起步。然而实验作为教育的重要环节，其相应的发展比较滞后。学校教育中的实验教学和远程教育中的实验教学都还存在许多不足之处，不能满足信息化教育的需要。 网络虚拟实验的出现，解决了远程教育中的实验教学难点，对远程教育质量的提高具有不可估量的作用。目前网络的传输速度已经达到千兆比特/秒，网络带宽和传输速度不再成为制约网络实验教学的“瓶颈”，这些都为网络虚拟实验的开展创造了条件。网络虚拟实验对传统实验教学的改革、推动远程教育的发展具有重要意义。因此，研究如何构建网络虚拟实验系统在现阶段显得非常重要。
2007 Vol. 19 (4): 47-48 [摘要] ( 3312 ) [HTML 1KB] [PDF 156KB] ( 359 )
49 光程与光程差概念在波动光学教学中的应用
何龙庆,盛巧云
光学是物理学的重要组成部分，波动光学又是光学中更为重要的部分，其内容包括光的干涉、光的衍射、光的偏振等。这部分内容，无论是在理论上还是在应用上，都在物理学中占有重要的地位。正因为此，光学，特别是波动光学，是大学物理专业的主干课程。学生在学习这门课程时，往往感到内容抽象、公式繁杂、不易掌握。究其原因，主要是因为学生在学习这些内容时常常将每个知识点孤立起来学习和应用。实际上，以“光程与光程差”为主线，将波动光学的主要内容——光的干涉、衍射和偏振等贯穿起来进行讲解，具有简洁、直观和逻辑性强的特点，便于学生掌握相关知识、提高学习效率。下面，我们先引入光程、光程差和位相差等概念，然后讨论它们在波动光学教学中的应用，最后指出为什么作为几何光学物理量的光程与光程差可用来描述原本只能用光的“波动说”才能解释的物理现象。
2007 Vol. 19 (4): 49-52 [摘要] ( 3801 ) [HTML 1KB] [PDF 375KB] ( 1863 )
中学园地
53 振动和波备考高考应提升的几种能力
刘晓青
机械振动和波与有关运动的物理量关系密切，但规律较为复杂，学生用数学语言进行表达比较困难，因此近年来的高考中，本节知识的考查一般多以选择题、填空题、作图题的形式出现，内容较为单一，一道题中涉及多个知识单元机率较少，但更突出了对各种能力的考查，备考高考，本节知识应注重如下几种能力的提升。
2007 Vol. 19 (4): 53-55 [摘要] ( 3173 ) [HTML 1KB] [PDF 331KB] ( 243 )
56 趣谈脱轨现象
温应春,汤菊花
向心力“供不应求”或者“供过于求”都会引起脱轨。本文拟从不同的侧面谈谈离心现象和向心现象，旨在激发学生学习物理的兴趣。
2007 Vol. 19 (4): 56-57 [摘要] ( 3087 ) [HTML 1KB] [PDF 349KB] ( 305 )
科学源流
58 1945年7月16日：第一颗原子弹爆炸了
萧如珀,杨信男
2007 Vol. 19 (4): 58-59 [摘要] ( 3166 ) [HTML 1KB] [PDF 322KB] ( 2049 )
60 1913年8月：Robert Millikan 和他的油滴实验
萧如珀,杨信男
Robert A. Millikan著名的油滴实验发表于1913年8月，此实验对以往测量电子电荷的方式做了大幅的改良，很精巧地测出基本电荷量，被誉为是物理史上最巧妙的实验之一，但它也成了指控Millikan在科学行为上有瑕疵的根据。
2007 Vol. 19 (4): 60-61 [摘要] ( 3509 ) [HTML 1KB] [PDF 378KB] ( 2469 )
62 物理学中的悖论
邱也容,厉光烈
悖论，又称佯谬，就是逻辑矛盾。它是一个哲学命题：假设该命题为真，则可逻辑地推导出它为假，反之亦然。举一个大家都熟悉的例子——“两小儿论辩”：孔子到东方游历，途中看见两个小孩在争论，就问他们辩论什么，一个小孩说：“我认为太阳刚出来时距离人近，而正午时距离人远。”另一个小孩却认为太阳刚出来时离人远，而正午时离人近。前一个小孩解释说：“太阳刚出来时大得像车上的篷盖，等到正午时就像盘子碗口那样小，这不正是远的显得小而近的显得大吗？”另一个小孩反驳说：“太阳刚出来时清清凉凉，等到正午时就热得像把手伸进热水里一样，这不正是近的就觉得热，远的就觉得凉吗？”两个小孩的观点各有依据，让孔子难断是非，两个小孩嘲笑说：“谁说你多智慧呢?”这就是一个悖论，而且是一个与物理学有关的悖论。
2007 Vol. 19 (4): 62-64 [摘要] ( 3232 ) [HTML 1KB] [PDF 1008KB] ( 3422 )
65 庞加莱于物理学的贡献
邓天华,田泽兴
两位华人数学家曹怀东、朱熹平最终破解了“庞加莱猜想”的报道，重新唤起了公众对“数学全才”庞加莱的关注。庞加莱的研究和贡献涉及数学的各个分支，例如函数论、代数拓扑学、阿贝尔函数和代数几何学、数论、代数学、微分方程、非欧几何、渐近级数、概率论等，当代数学不少研究课题都溯源于他的工作。孰不知，除了是一名数学家之外，庞加莱也是一位影响深远的物理学家，他的研究涉及到天文学、光理论、电磁理论、相对论等物理学分支。
2007 Vol. 19 (4): 65-68 [摘要] ( 3579 ) [HTML 1KB] [PDF 228KB] ( 331 )
69 迈克尔逊——科学界的艺术家
王永杰,赵占龙,杨倩
迈克尔逊干涉仪实验是高等院校普遍开设的一个近代物理实验，实验中所采用的迈克尔逊干涉仪是迈克尔逊为了研究“以太”漂移而设计和制造的精密光学仪器，主要用来测量光波波长、光源相干长度等各种微小量。而迈克尔逊-莫雷实验的结果意味着经典物理时空观的终结和全新的现代物理时空观的建立，今天人们重新认识该实验，对理解其优美的设计思想和精湛的实验技巧具有重要意义。
2007 Vol. 19 (4): 69-71 [摘要] ( 3387 ) [HTML 1KB] [PDF 237KB] ( 315 )
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