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2006年 18卷 04期 刊出日期 2006-08-18 论文 论文 3 惯性原理及其宇宙起源(上) 郭汉英 常言说得好,没有规矩,不成方圆。没有基准,也就失去依据。什么是引进物理量和描述物理规律的规矩和基准呢?在力学和物理学中,惯性原理即对于惯性观测者以惯性运动和惯性系为基础的相对性原理,对于力学量和物理量的引进、力学和物理规律的描述,起着十分重要的基准作用。对于与空间、时间,其中物质和运动直接相关的力学量和物理量,以及相应的力学和物理规律而言,至少在引力相互作用可以不考虑的情形中是这样。事实上,惯性原理的这一基准作用,在牛顿力学和狭义相对论中都非常突出。早在我国汉代就有记载:“地恒动而人不知,譬如闭舟而行不觉舟之运也。” 2006 Vol. 18 (04): 3-9 [摘要] ( 3628 ) [HTML 1KB] [PDF 439KB] ( 1820 ) 9 汽车设计与交通安全中的物理知识 高凌云 2001年密歇根大学运输研究学院（UniversityofMichgan’sTransporta-tionResearchInstitute）的负责人帕特里西娅·华勒说,“使用高速公路在让我们获益的同时,我们必须默认一定程度上的交通伤亡。目前对美国来说,可以接受的交通伤亡率是每年40000～42000人。”2004美国交通事故死亡42636人。交通事故（如图1）已在美国年轻人的死因中高居榜首。发生交通事故并导致伤亡,多数是由驾驶技术差、路况不好和汽车本身存在隐患等原因造成的。驾驶失误的原因很多,包括打瞌睡、缺乏经验、飙车、饮酒和走神。在各类事故中,瞌睡引起的事故可能要占1/4。年 2006 Vol. 18 (04): 9-14 [摘要] ( 2266 ) [HTML 1KB] [PDF 1562KB] ( 2342 ) 15 中国古灯具中的物理学原理 申莉华 我国古代灯具,从考古发现的实物看,至少有几千年历史。当人类开始用火时,就发现火能发出光和热,可以用于照明。早期人们用篝火照明,后来才发明火炬。最初的“烛”字,指的就是火炬。因火炬不易控制,人们便开始探索新的照明方法。经过实践,发现油和蜡是性能较好的照明燃料,后来又发明了灯具。通常,人们把以油为燃料的灯具叫做灯盏,把以蜡为燃料的灯具叫做烛台。灯在古代也称“登”或“镫”。《雅尔·释器》说:“瓦豆谓之登”,《楚辞·招魂》说:“兰膏明烛,华镫错些”。由此可见,灯的形制可能是从生活器皿“豆”演变过来的。最初人们或许借用瓦豆作为灯具照明,渐渐瓦豆也就演变成灯具了。 2006 Vol. 18 (04): 15-16 [摘要] ( 2172 ) [HTML 1KB] [PDF 245KB] ( 1808 ) 17 诠释潮汐现象 应发宝,曹玉红,郑水珍 一、潮汐及其成因潮汐是海水的一种周期性涨落运动,“潮者,据朝来也;汐者,言夕至也”（葛洪,公元281～361,东晋）,即一昼夜中两次涨起、两次跌落。白天上涨的叫做“潮”,晚上上涨的叫做“汐”,合称“潮汐”。在潮汐涨落的每一周期内,当水位上涨到最高位置时,叫做高潮;当水位下降到最低位置时,叫做低潮。相邻高潮与低潮的水位差叫做潮差。从低潮到高潮的过程中,水位逐渐上升,叫做涨潮;从高潮到低潮的过程中,水位逐渐下降,叫做落潮。我国钱塘江入海口就是世界两大观潮胜地之一（另一为亚马逊河北河口）,惊心动魄的自然界景观很早就引起人们的关注。 2006 Vol. 18 (04): 17-21 [摘要] ( 2223 ) [HTML 1KB] [PDF 1119KB] ( 2028 ) 24 中微子质量之探索 唐江凌 中微子是自旋为1/2的轻子,有电子中微子、μ子中微子、τ子中微子三种不同形态。由于中微子不带电,仅参与弱相互作用,不参与强相互作用和电磁相互作用,反应截面极小,所以很难在实验中观测到,对其质量的研究更是困难重重。探索中微子质量的意义中微子质量的研究对最微观的粒子物理规律和最宏观的天体物理、宇宙起源及演化都有重大意义,是探索粒子物理标准模型之外新物理的突破口与关键所在。在传统的粒子物理标准模型中,二分量中微子理论和轻子数守恒定律要求中微子静止质量为零。因为若中微子质量不为零,则根据爱因斯坦相对论,其速度必定低于光速,这样就会出现速度超过中微子的观察者。 2006 Vol. 18 (04): 24-26 [摘要] ( 2369 ) [HTML 1KB] [PDF 143KB] ( 1812 ) 27 21世纪纳米技术及其应用展望 石新军 异军突起的纳米技术“纳米”是英文namometer的译名,是一种长度单位,1纳米为百万分之一毫米,即1毫微米,也就是十亿分之一米,约相当于45个原子串起来那么长。纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下的微小结构。科学家们在研究物质构成的过程中,发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子,明显表现出许多新的特性,而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术,就称为纳米技术。纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。从迄今为止的研究状况看,纳米技术分为三种。 2006 Vol. 18 (04): 27-30 [摘要] ( 2222 ) [HTML 1KB] [PDF 558KB] ( 2693 ) 34 浅议CDMA扩频通信技术 刘勍,严春满 CDMA是英文CodeDivisionMultipleAccess的缩写,直译为码分多址,是一种以扩频通信为基础的载波调制和多址接入技术。CDMA最早的标准是由美国高通公司提出来的,并于1990年7月31号公布发表,现在主要使用地区及国家有韩国、日本、美国等,我国也开始使用这一移动通信技术标准。CDMA是为现代移动通信网大容量、高质量、综合业务、软切换及国际漫游等要求而设计的一种移动通信技术。一、CDMA扩频通信的工作原理CDMA采用扩频技术,扩频是指发送信号所在点频谱远大于信息本身所需的最小带宽,是将窄带的信息信号调制到很宽的频带上。 2006 Vol. 18 (04): 34-36 [摘要] ( 2547 ) [HTML 1KB] [PDF 166KB] ( 1687 ) 37 漫谈金属探测器 司德平 金属探测器(MetalDe-tector)是一种专门用来探测金属的仪器,除了用于探测有金属外壳或金属部件的地雷之外,还可用来探测隐蔽在墙壁内的电线、埋在地下的水管和电缆,甚至能够地下探宝,发现埋藏在地下的金属物体。目前还广泛应用于各种大型会议中心、会展场馆、体育场馆、公检法和监狱系统及娱乐场所的安全检查和工厂企业的防盗检查。另外,为了严肃考风考纪,有效防止高科技手段作弊,为众多考生营造一个公平、公正的考试环境,2005年全国硕士研究生入学统一考试和2005年普通高等学校招生全国统一考试中,部分省、市首次使用金属探测器。 2006 Vol. 18 (04): 37-39 [摘要] ( 2284 ) [HTML 1KB] [PDF 154KB] ( 2369 ) 40 心脏除颤器的工作原理 朱峰,肖胜利,梁红军 患者发生严重快速心律失常,如心房扑动、心房纤颤或室性心动过速等,以及心脏射血和血液循环终止,将有生命危险。为了救护,患者心脏必需外界刺激才能恢复正常节奏,这时一般需要20A的电流通过人体的胸部,在2毫秒内需传递200J的能量,功率为100kW。心脏除颤器供电电源电压220V、频率50Hz,工作最大峰值电压5000V、最大峰值电流120A,除颤电极表面应光洁,不得有毛刺或过多的腐蚀斑点。当患者出现严重快速心律失常时,应迅速拨动充电开关,向电容器充电,充电通常需约10秒钟。 2006 Vol. 18 (04): 40-40 [摘要] ( 8362 ) [HTML 1KB] [PDF 116KB] ( 1564 ) 41 穆斯堡尔效应原理及其应用 赵旭光 穆斯堡尔效应原理目前已知的约2000种核素中,绝大部分是不稳定的,它们会自发地放出某种粒子而转变为另一种核素。这就是原子核的放射衰变。穆斯堡尔效应研究的是放射性原子核衰变过程中释放出的γ射线。处于激发态的原子核是不稳定的,它要自发地放出能量、跃迁到能量较低的能态,并最后到达基态,而核的成分不变。这种现象就是原子核的γ跃迁或γ衰变。γ射线不带电,它是比伦琴射线波长更短的电磁波,具有很强的穿透能力。它包括三种形式,即放出γ射线的γ辐射、发射轨道电子的内转换和发射一对正负电子的电子对内转换。 2006 Vol. 18 (04): 41-43 [摘要] ( 6756 ) [HTML 1KB] [PDF 562KB] ( 3139 ) 43 物理实验的常用测量方法 戴岩伟 物理实验都离不开定量的测量和分析,待测量很广泛,包括力学量、热学量、电磁学量和光学量等。测量方法也很多,本文仅介绍几种具有共性的基本测量方法。这些测量方法是物理实验的思想方法,而不是指具体的测量过程和方式。学习并掌握好这些基本的实验方法,可指导我们设计实验方案,选择测量手段,提高科学实验和研究的能力。一、比较法通过将待测未知量与已知标准量进行比较,从而达到测量目的的方法称为比较法。实际上,任何一个测量过程,原则上讲都是一种比较过程,所以比较法在物理实验中是最基本、最普遍的测量方法。在比较过程中,根据是否进行了转换,可将比较法分为“直接比较法”和“间接比较法”两类。 2006 Vol. 18 (04): 43-45 [摘要] ( 4832 ) [HTML 1KB] [PDF 156KB] ( 1584 ) 46 数码相机与计算机在物理教学中的应用 刘晓华,王宝 科学技术的不断更新,造就了教育的现代化,“课本、粉笔加黑板”的传统教学模式必将被丰富多彩的现代化教学手段所代替。数码摄影不但丰富了课堂教学手段,而且提高了多媒体教学软件的质量。本文针对数码相机与计算机的特点,就其在物理教学领域的应用进行了初步探讨。一、数码相机的特点数码相机携带灵活方便、操作直观简便,不需特别的学习和训练,可通过亮度补偿或调整CCD芯片灵敏度等方法,在不同光线强度下拍出理想的照片。目前,一般数码相机的分辨率都在百万像素以上,500万像素的数码相机已经很常见,有的分辨率可达1600万像素,再加上数码相机本身采用的处理技术,其拍摄效果已不亚于传统相机。 2006 Vol. 18 (04): 46-47 [摘要] ( 2787 ) [HTML 1KB] [PDF 116KB] ( 1226 ) 47 《万有引力定律》中几个应探究的问题 杨银海 《万有引力定律》这一章共三单元六小节,其中第六节《行星、恒星、星系和宇宙》为介绍性内容,知识点总量不多,课堂教学内容也相对单一,但完成整个章节教学后,学生对知识的掌握程度与教师的期望仍有一定距离,学生认为掌握本章知识不容易,特别是第四节《万有引力定律在天文学上的应用》和第五节《人造卫星宇宙速度》更觉困难。导致这一现象的原因是多方面的,以下几个问题是直接影响学生掌握本章知识的重要因素。 2006 Vol. 18 (04): 47-48 [摘要] ( 2041 ) [HTML 1KB] [PDF 124KB] ( 1395 ) 49 最终速度与加速电压有关吗 金逊 回旋加速器是现代物理实验室重要的实验设备之一,各种版本高中物理教材的磁场部分通常把回旋加速器单列一节。不少人在进行这一节教学后认为:由于洛伦兹力对带电粒子不做功,只有电场力做功;所以加速效果取决于D型盒之间的电压和加速次数,而与磁场的磁感应强度及D型盒半径大小无关。但是,这个结论是不正确的,具体分析如下。设粒子带电量为q、质量为m、最终离开D型盒的速度为vm,D型盒之间的电压为U,加速次数为n,由动能定理得nqU=(1/2)mv2m,即vm=2nqU/m。 2006 Vol. 18 (04): 49-49 [摘要] ( 2081 ) [HTML 1KB] [PDF 64KB] ( 1268 ) 51 “顶”风帆船的动力之源 俞仁春 顺风扬帆、乘风破浪,风对船帆的压力是推动帆船前进的动力。可是,如果遇上了逆风,帆船还能依靠风的力量前进吗?帆船能不能“顶”风破浪呢?回答是肯定的。加拿大帆船运动员普林斯就是“顶”风破浪的高手,在狂风暴雨的恶劣天气中,他硬是驾驶着心爱的轻便小帆船,“顶”狂风、破恶浪,创造出平均速度为每小时225千米的好成绩。逆风帆船前进的动力帆船怎样在逆风中获得动力呢?如图1所示,先让我们来做一个小实验。 2006 Vol. 18 (04): 51-52 [摘要] ( 2575 ) [HTML 1KB] [PDF 115KB] ( 1274 ) 52 最速降线的挑战 吴佩萱 一、问题的起源与挑战的提出意大利科学家伽利略在1630年提出一个分析力学的基本问题:“一个质点在重力作用下,从一个给定点到不在它垂直下方的另一点,如果不计摩擦力,问沿什么曲线滑下所需时间最短”,这就是科学史上著名的最速降线问题的起源。8年后,也就是1638年,伽利略经过仔细研究得出了一个答案,他在著作《论两种新科学》中认为此线是圆弧。尽管这个答案并不正确,但是却为问题的解决指明了方向。 2006 Vol. 18 (04): 52-54 [摘要] ( 2045 ) [HTML 1KB] [PDF 157KB] ( 2330 ) 55 望远镜轶事 梁红,史建华 许多传奇故事总是强调科学发现的偶然性、机遇性,忽略了科学发现的真实历史条件和科学工作的极端艰苦性,但望远镜的发现却实属偶然。1608年,荷兰眼镜匠利帕希的一个学徒在空闲时拿两个透镜片对着看,结果发现远处的物体竟然变得近在眼前,他将这件怪事告诉了师父。利帕希经过实验发现确实有这种效果,就将两个透镜片装在筒里,制成世界上第一架望远镜,卖给了荷兰政府。荷兰政府意识到它潜在的军事用途,采取了保密措施,但并未奏效。第二年,伽利略听说了这种新仪器,经过不断改进,造出了可放大20倍的望远镜(图1)。 2006 Vol. 18 (04): 55-56 [摘要] ( 1832 ) [HTML 1KB] [PDF 402KB] ( 1472 ) 57 漫谈两个基本假设与相对论时空观 周长春 爱因斯坦是人类历史上最具创造才智的科学家,他一生开创了物理学的四个领域———狭义相对论、广义相对论、宇宙学和统一场论,他是量子理论的主要创建者之一,有人说爱因斯坦应该拿6个诺贝尔奖,足见他对物理学和对社会的贡献。一、爱因斯坦创立狭义相对论经历了三个阶段爱因斯坦16岁时就提出“追光”假想实验,这是萌发狭义相对论思想的第一个阶段;爱因斯坦对光、麦克斯韦方程、电磁波、以太、地球运动等问题的深入思考,最初起源于消除电磁学理论中的不统一性,可以看作他思想发展的第二阶段;重审、放弃传统的时间观念,在同时性问题上的突破,可看作第三个阶段。 2006 Vol. 18 (04): 57-60 [摘要] ( 2729 ) [HTML 1KB] [PDF 196KB] ( 1814 ) 60 今日美国的科研关注与经费投向 童国梁 美国是当今世界唯一的超级大国,也是世界第一科技强国。美国政府长期执行重视科学、重视教育的政策,在科研上给以庞大的经费支持,并引入积极的竞争机制,近百年来,成果斐然、人才辈出。由于战争(特别是伊拉克战争)、反恐以及赤字的大幅增加限制了布什政府近年来的研发(R&D)预算。最近几年,PhysicsToday等有代表性的科学杂志经常刊登一些美国科学家、有关的国会议员以及政府官员关于美国政府科学和研究经费预算的评论和讨论。通过这些文章,可以了解今天美国的科研关注、经费预算规模以及各领域科学研究的经费投向,也可以看到今天战争、恐怖主义和巨大赤字对美国研发政策的影响。 2006 Vol. 18 (04): 60-68 [摘要] ( 1831 ) [HTML 1KB] [PDF 445KB] ( 1131 ) 68 公众科学素养调查分析及其提高措施 侯新杰,赵红枝 一、什么是科学素养什么是科学素养?实际上,科学素养体现在每个人的日常生活中,体现在“在过去一年中,您是否参观过科技馆或历史博物馆,是否去过公共图书馆,是否有E-mail地址……”这些点点滴滴之中。公众科学素养是公众靠非教育系统逐渐积累起来的科学素质修养,是公众应具备的对科学技术最基本的理解。公众科学素养的高低与我们每个人的生活关系密切。因为科学素养的提高不仅会给个人带来发展,还会促进整个社会政治、文化、经济的进步。美国芝加哥科学院副院长米勒提出科学素养主要包括三个方面的内容:对科学知识(术语和概念)的基本理解,对科学的研究过程和方法的基本理解,对科学技术如何影响社会的基本理解. 2006 Vol. 18 (04): 68-70 [摘要] ( 1801 ) [HTML 1KB] [PDF 262KB] ( 1610 ) 编辑部公告 2018年全国物理科普大会通知 更多... 物理科普信息 更多...

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