现代物理知识
2025年5月20日 星期二
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2002年 14卷 02期 刊出日期 2002-04-18
论文
论文
3
星系中心的巨大黑洞
许梅
1924年,年轻的美国天文学家哈勃(EdwinHubble,1889~1953)利用造父变星的周光关系测定出我们银河系的近邻仙女座大星云M31、M33及NGC6822的距离,确认三者是银河系以外的星系以后,从此开始了人们研究河外星系的新纪元。第二次世界大战后期,射电天文的兴起和应用了新的测光技术以后,天文学家又相继发现了一系列有激烈活动的河外天体,如赛弗特星系(Seyfertgalaxy)、N星系、类星体(一些观测事实表明类星体可能是遥远的I型赛弗特星系的核心)、蝎虎座BL型天体和射电星系等。
2002 Vol. 14 (02): 3-5 [
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2001年诺贝尔物理奖
林晓满
根据瑞典皇家科学院10月9日发布的消息,今年的诺贝尔物理奖涉及一种新的物质形态,玻色-爱因斯坦凝聚态。获奖的3位科学家分别是美国科罗拉多州博耳德的实验天体物理联合研究所(JILA)和国家标准与技术研究所(NIST)的埃里克·康奈尔(EricA.Cornell)、美国马萨诸塞州坎布里奇麻省理工学院(MIT)的沃尔夫冈·克特勒(WolfgangKetterle)、美国科罗拉多州博耳德的实验天体物理联合研究所和科罗拉多大学的卡尔·韦曼(CarlE.Wieman)。他们在碱原子稀薄气体中获得了玻色-爱因斯坦凝聚物,并对这种凝聚物的特性进行了早期的基础研究。
2002 Vol. 14 (02): 6-8 [
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9
太阳中微子失踪案和中微子振荡
彭秋和
(续前)五、“中微子振荡”是物理学家的法宝按照粒子物理的标准模型,中微子质量为零,它们以光速运动。存在着3种不同类型(即3种“味”)的中微子:电子型中微子(记为νe),μ-中微子(记为νμ)和τ-中微子(记为ντ),它们之间彼此不相关,分别只同电子、μ轻子和τ轻子密切相关。不过,早在戴维斯等人公布首批氯探测器的探测结果的1968年,庞托科沃就提出了这3种“味”的中微子很有可能互相来回地转化,称为“中微子振荡”。在太阳内部的热核燃烧过程中产生的中微子都是νe。但它们在从太阳到地球的漫长行进过程中,νe不断地转化为νμ和ντ。
2002 Vol. 14 (02): 9-12 [
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红外测温
金永君
一、红外测温的理论基础我们知道,自然界的一切物体都不断地辐射着红外线,它是由物质内部分子或原子的能级发生跃迁时产生的电磁辐射。随着人们对光学研究的深入,建立了基本的辐射定律,为红外科学奠定了理论基础,红外测温成为应用的一个重要方面。红外测温是辐射式测温的一种,是利用物体的热辐射来测量物体温度的。红外辐射的基本定律是斯忒藩、玻尔兹曼、普朗克等人的黑体辐射定律。黑体是一种理想模型,它能吸收全部入射的辐射而没有反射,是计算热辐射理论最简单的情况。辐射定律就是根据黑体研究出来的。
2002 Vol. 14 (02): 12-13 [
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13
声波中的“小字辈”——次声波
别业广
人们依靠声音传递语言和相互交往,声音帮助我们传递信息、了解世界,它的频率在20Hz至20000Hz之间。高于20000Hz的声波叫超声波;低于20Hz的声波称为次声波,大家习惯称之为声波中的“小字辈”。虽然次声波看不见,听不着,可它却无处不在。狂风呼啸、火山爆发、强烈地震、枪炮发射、火箭起飞、热核爆炸时,都可发出次声波,科学家借助仪器可以“听”到它。次声波由于振动频率很低,波长很长,传播时能量损耗小,所以它传播的距离很远,能传到几千以至十几万千米以外。
2002 Vol. 14 (02): 13-13 [
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14
谈谈贫铀和贫铀弹
邵淑芬
自“贫铀弹”事件在欧洲被披露出来后,引起国际社会的极大关注,整个世界几乎都在评论着贫铀弹的是是非非。那么,一个看来本不起眼的“贫铀弹”为何会掀起如此轩然大波呢?在这里我们来谈谈贫铀和贫铀弹。一、铀铀是一种重金属元素,天然铀中有3种同位素:铀238、铀235和铀234,其中铀235是一种核裂变材料,常用于制造原子弹。根据铀裂变反应式可知,一个铀核裂变就能释放原子能201MeV,1kg铀核能够释放原子能为8.2×10
13
J,而1kg无烟煤燃烧时释放化学能为3.35×10
7
J。
2002 Vol. 14 (02): 14-16 [
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16
雷击与闪电
廖鹰翔
1.地球的电场要认识雷击与闪电,首先必须了解地球的电场。这个电场位于带负电(按计算总电量Q=-9×10
5
库仑)的地球表面和带正电的高层大气之间,由于宇宙线和地球天然放射性的活动,造成了空气分子持续不断地电离而形成。电离产生的一部分电子向高层大气移动。在大约海拔高度50千米的高空,充满了大量的正电荷,这部分大气是一个导电性良好的球形导体。上升的电子将中和这个带正电的导体。与此同时,电离产生的一部分正离子亦会下降到带负电的地面而发生中和作用。由于电离产生的全球电流共约1800安培,地面和高层大气两者都应该在数分钟内放电。
2002 Vol. 14 (02): 16-17 [
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超弦与M理论
常哲
1.弦与相互作用统一理论20世纪物理学的两个最伟大成就是量子论与相对论。量子场论描述微观世界的基本粒子及其相互作用。广义相对论作为引力理论描述像星体、星系、黑洞及宇宙一类大尺度、巨质量体系。理解一般物理系统要么利用量子场论,要么求助于广义相对论,不会交叉动用这两个不同的理论体系。但是的确存在一些极端物理情景既涉及巨质量(需要广义相对论)又牵连极小距离尺度(需要量子场论),这类体系的正确理解必须建立在一个广义相对论与量子场论相互协调的框架内,换句话说就是需要量子引力理论。
2002 Vol. 14 (02): 18-21 [
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21
《自然》披露ISI统计数据错误
卞吉
据《科学时报》报道英国《自然》杂志在社论中披露了提供论文引用统计数据的机构———位于美国费城的科学信息研究所(InstituteforScientificInformation,简称ISI)在数据统计中出现错误的事实。社论说:“对于那些主要依靠这些统计数据来对科学表现进行评价的机构和人来说,这种情形令人担扰。”在ISI公布的引用率最高的热门论文排行榜上,去年由国际人类基因组测序组发表的人类基因组序列测序结果的论文却榜上无名。这一奇怪的现象促使《自然》杂志社对ISI的引用数据的统计数据进行了调查。调查发现,该机构的相关统计数据还有多处不准确的地方。
2002 Vol. 14 (02): 21-21 [
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22
波对生物组织的作用和机理
张士华,郑治祥,汤文明
随着科学技术的不断发展,越来越多的物理方法被运用到医学治疗与诊断领域。其中以利用次声波、超声波、毫米波为代表,将药物治疗和物理疗法相结合,大大缩短了疗程、提高了疗效,在医疗中得到很好的运用。但对于其作用原理的综合性报道尚缺乏,因此本文将依次分析次声波、超声波、毫米波对生物组织的作用与机理。1.次声波次声波是频率为10-4—20Hz的弹性波,它是由物质或物体的机械振动而产生,通过各种介质分子做稀疏或紧密的交替波向四周传播。本质上与可听声一样,但由于频率低,还具有传播远、穿透性强、衰减小等特性。次声波广泛地存在于冶金、建筑等行业的环境里。
2002 Vol. 14 (02): 22-24 [
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25
原子激射器
何向阳,刘勍
20世纪60年代诞生了近代光学与电子学的结合之子———激光器,它的出现使科学技术研究的手段,内容更加丰富多彩。激光器也称为激射器,它是在光波段利用光的干涉、衍射、偏振等光学特性实现同一相干态光的放大而制成的,由德布罗意对称假设知道,任何实物粒子都具有波动性,那么就完全可利用实物粒子的波动性,在粒子处于高度简并、相干的同一量子态下制成物质波激射器。原子激射器正是这一思想的产物,1997年诺贝尔物理学奖获得者菲立普领导的小组,成功地研制了世界上第一台物质波激射器———原子激射器。
2002 Vol. 14 (02): 25-26 [
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天战呼唤物理学
徐润君,陈心中
一、控制太空是新的军事战略制高点太空是全人类的财产,和平开发与利用太空、造福于人类是全世界人民的共同心愿。然而,自从1957年人类发射第一颗人造地球卫星以来,世界各国已向太空发射的5000多颗卫星中70%是用于军事目的的。在现代战争中,从情报到侦察监视、从预警识别目标到精确制导武器的使用、从天气预报到战场情况的核查、从通信到计算机网络的防御和攻击,都要利用太空资源。“谁能控制空间谁就能控制地球”。天战已不再是科学幻想。
2002 Vol. 14 (02): 27-30 [
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北京2001年第二届亚原子物理国际暑期学校
周善贵
每两年举办一次的北京亚原子物理国际暑期学校第二期“天体物理中的核结构与核反应”于2001年8月21至25日在北京瑶台山庄举行。参加暑期学校的国内学员有80多位。该暑期学校是由日本理化学研究所I.Tanihata教授和北京大学物理学院孟杰教授于1998年共同发起的,目的在于促进核科学领域青年人才的成长和学术交流。此举得到了国内外核物理学界的大力支持,日本理化学研究所、中国科学院近代物理研究所、中国科学院理论物理研究所、北京现代物理研究中心、中国高等科学技术中心、中国原子能科学研究院和北京大学等单位为暑期学校的组织单位。
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31
IC卡及其应用
邵建新,杨晓冬,张新峰
当今世界信息技术的发展日新月异,一个以采集、开发、利用信息资源为特征的信息技术革命正席卷全球,信息技术已广泛地渗透到社会生活的各个领域:从电话卡到工资卡;从借书卡到售饭卡;从汽车加油卡到健康卡;从ATM机到电子商务……无处不见IC卡的身影。什么是IC卡?它工作的基本原理是什么?安全性如何?有哪些具体应用?本文拟对此作些介绍。一、IC卡及其分类1.什么是IC卡IC卡即集成电路卡(integratedcircuitcard)。它是将一个集成电路芯片镶嵌于塑料基片中,封装成卡片的形式。
2002 Vol. 14 (02): 31-57 [
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正电子医学成像
陈百万,赵仁宏,李淑玮
自从1932年发现正电子以来,已经有70个年头了。从上世纪50年代初开始研究正电子医学成像以来,经过半个世纪的历程,目前正电子医学成像技术已发展成为现代医学影像技术的独具特色的重要组成部分,在医学临床诊断和对生命科学的研究方面发挥着重要作用。一、正电子与正电子放射性核素英国理论物理学家狄拉克于1928年从理论上预言了自然界中应当存在着反电子。这种反电子具有与普通电子(负电子)一样的静止质量和相等数量的电荷。所不同的是它所带的是正电荷,因此把这种反电子称为正电子。
2002 Vol. 14 (02): 33-36 [
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36
绿色技术与非绿色技术
林劲松
科学技术活动作为一种社会现象,具有两面性。即:它对人类社会的发展有其有利的一面,给人类带来文明,但处理不当也有其不利的一面,将给人类带来负作用。人类社会的持续发展,必须要具备能支撑其持续发展的科技体系。为此,人类在刷新发展观的同时,也在刷新自己的技术观。根据有利于人类可持续发展规律的要求,人们将技术划分为绿色技术与非绿色技术。所谓绿色技术,是指符合可持续发展要求的技术,例如无铅汽油,利用太阳能、风能、生物质能、地热能等“清洁能源”的技术。对有实用价值,但不利于可持续发展要求的技术,人们则称之为“非绿色技术”。
2002 Vol. 14 (02): 36-37 [
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37
相位与约瑟夫森效应及其在超导中的应用
易学华,何宝鹏
许多物理效应(如多普勒效应,约瑟夫森效应、AB效应、干涉效应、量子霍尔效应)都与相位紧密相关,且相位的物理效应已在很多领域中得到了验证和应用。本文就相位与约瑟夫森效应及其在超导现象中的应用进行分析和讨论。一、约瑟夫森效应当两块超导体之间所夹绝缘层的厚度很薄(10-7cm左右)时,两超导体中的电子对会因隧道效应而耦合,电子对将从一块超导体进入另一超导体,形成超导(隧导)电流,而两超导区的电子对波函数具有确定的相位关系,这种现象称为约瑟夫森效应。1962年约瑟夫森研究了两块超导体被一层薄绝缘层分开的S-I-S结,即超导的隧道结,从理论上预言将会有以下的物理效应。
2002 Vol. 14 (02): 37-39 [
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原子物理学教学与创新思维
王德云
新世纪带来的思考20世纪是科学技术飞速发展的世纪,科学技术与生产实践相结合,为人类创造了巨大的物质财富和精神财富,极大地推动了人类社会的进步与发展,这一切将永远值得人们铭记与赞颂。刚刚迈入的21世纪,将是一个科学技术更加辉煌的时代,一个知识经济全面崛起的时代。知识经济的发展必然要求人的知识化。知识是知识经济中真正的资本和宝贵财富,成为经济增长的首要因素和核心力量。社会越发展,知识的作用越加明显,新世纪里这一重要特征会日益突出。创新是知识经济的前提和灵魂,站在新世纪的门槛上,可以预见科学创新将会迅猛地改变人们的学习、工作和思维方式。新世纪带给人们的思考是深远的。
2002 Vol. 14 (02): 40-42 [
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43
漫谈物理对素质的影响
杨占营,龚忠清
基础理论反映事物最本质的规律,是比较稳定、起长效作用的知识,只有具有较深的基础理论功底,才具有较大的发展潜力。物理学是一门基础学科,掌握物理学的基础理论对提高我们的科学素质有着巨大的作用。从物理学定律的近似性谈如何处理理想与实际的差异任一定律只有在由它的理想化所决定的正确性范围之内才适用。在探索自然的过程中,我们面对的是复杂的自然现象,而理想模型为我们认识和解决问题提供了切入点。但实际上,并没有什么刚体、质点以及理想气体!把客观实物科学抽象为理想模型,是有条件的,相对的,视具体情况而定。
2002 Vol. 14 (02): 43-45 [
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44
教学艺术在多媒体教学中的应用
王瑞敏
教学不但是一门科学,而且是一门艺术,是科学和艺术的有机统一。教学艺术可以概括为:教师运用语言、动作、色彩、音响、图像等组织调控手段和综合的教学技能技巧,按照美的规律而施行的一套独具风格的创造性教学。关于教学艺术,古今中外早有论述。老一辈教育工作者经过教学实践和研究,总结出很多符合学生学习心理和认知过程的教学方法和艺术,值得我们学习和发扬。而随着科学技术的迅猛发展,社会对人的素质要求越来越高,人们要学的东西也越来越多,传统的黑板式教学手段已远远落后于时代发展的要求。随着信息技术的发展和信息产业的扩大,在高等教育中,多媒体教学已经是一个势不可挡的改革趋势。
2002 Vol. 14 (02): 44-45 [
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46
物理概念型教材的教学结构
储文启
在整个中学物理教材中,按教学内容与侧重点的不同,可分为物理概念型、物理规律型、物理实验型和物理应用型4类教材。其中概念型教材占据的比例最大,是教材的主体。由于物理概念是建立物理规律的基础,而物理概念和规律又是建立物理理论的必备条件,所以概念型教材的教学在整个物理教学中占有十分重要的位置。它不仅给学生传授物理学的基础知识,而且还是对他们培养能力、发展智力的重要途径。物理概念是客观事物的本质属性在人们头脑中的反映。它与人的思维密切相关,是大脑加工的产物。
2002 Vol. 14 (02): 46-47 [
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48
“摩擦力器”的设计与应用
孙光东
利用“摩擦力器”能直接观察物体在各种状态下图1所受摩擦力的大小和方向,并能测量出两种物体间的滑动摩擦系数,使抽象的摩擦力概念变为更直观、更容易理解,大幅度降低了摩擦力的教学难度。教具“摩擦力器”把摩擦力的传感器和显示器设计在一个箱体内,如图1所示。箱体的上下底板就是摩擦力传感器,它通过小轮(上下各4个)跟箱体相连,可使上下底板相对于箱体左右移动。当底板受到摩擦力(包括静摩擦或滑动摩擦,下同)的作用时,在箱体与底板间的滚动摩擦力远小于滑动摩擦力和静摩擦力可以忽略不计的情况下,连接箱体与底板间的左、右弹簧的形变相同(相同弹簧),合力为零。
2002 Vol. 14 (02): 48-62 [
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49
开普勒第二定律的建立
王较过,苏秀梅
约翰·开普勒(JohannesKepler,1571—1630)是德国著名的天文学家和物理学家,一生在多方面对科学的发展做出了贡献,尤其在天文学领域,他经过多年的努力探索,建立了开普勒三定律,从而使人们对行星的运动有了更加明确清晰的认识,也为牛顿发现万有引力定律奠定了基础。正是由于这一卓越的科学成就,开普勒被后人称为“天空的立法者”。本文就他建立开普勒第二定律的过程做一探讨。1.第谷与开普勒的合作科学的发展不仅需要理论,而且不能离开观察实验。在科学向前发展的过程中,有时理论这只脚向前先迈一步,有时观察实验这只脚向前先迈一步。
2002 Vol. 14 (02): 49-51 [
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51
从高考试题的改变看等效变换的应用
雷晓蔚
等效变换并不是一个新鲜名词,但是它的应用却有许多新花样,它是考查学生综合素质和能力的一种有效途径。教育部在《普通高校招生制度改革方案》中提出了“三个有助于”和“四个方面”的总体改革方案,总体上将更加注重对考生能力和素质的考查。分析2000年各地及全国高考理科综合能力测试卷,我们不难发现,等效思维在其中的作用。而等效变换的思路只有在对物理原理理解透彻的基础上,才能灵活运用,它是考查学生综合素质和能力的一种有效途径。
2002 Vol. 14 (02): 51-53 [
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53
高中物理教学如何实施素质教育
胥龙军
教育的多种功能应以育人功能为核心。通过教学把学生培养为具有科学精神、科学态度和掌握科学方法的人,势必要求育人的内容要科学,育人的方式方法和手段也要科学,只有教育科学化,才能不断提高育人的质量,这也是素质教育的初衷。我国已制定了科教兴国的宏伟战略,正在实施素质教育计划,这些无疑对缩小我国和发达国家在科技上的差距具有重大意义。但是,目前我国高考制度尚无重大改革,应试教育的社会环境和观念还长期存在着,这就造成我国学生基础理论知识掌握较扎实,而知识面不够宽,实践能力和创新能力普遍较差,这些学生今后有可能成为“高分低能型”人才。
2002 Vol. 14 (02): 53-54 [
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55
物理理论是怎样产生的
方玉田,邢永忠
马克思说过认识世界的目的不仅在于解释世界,更重要的是改造世界。认识世界就是通过创立科学理论,只有依靠科学理论我们才能解释世界,进而达到改造世界的目的。正如爱因斯坦所说“为了整理和理解我们的感觉世界,我们试图借助物理理论找出一条道路,以通过观察到事实的迷宫。我们希望观察到的事实能从我们的实在概念逻辑地推论出来。要是不相信我们的理论构造能够掌握实在,要是不相信我们世界的内在和谐,那就不可能有科学。这种信念是,并且永远是一切科学创造的根本动力。”可见科学理论在解释和改造世界的过程中具有不可或缺和举足轻重的作用。然而,科学理论是如何产生的呢?
2002 Vol. 14 (02): 55-57 [
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20世纪物理学革命的启示
夏磊,徐洪海,杨绍明,肖晔,王肖勇,唐晓亮
回顾百年前发生的物理学革命是令人激动不已的,那一段时期发生的故事可以说是百听不厌,给我们的启示则是既深刻又发人深省的。19世纪末,人类完全掌握自然规律来造福人类的梦想、似乎已经到了实现的边缘。1894年美著名科学家迈克尔逊兴高采烈的宣称:“尽管谁也不会轻率断言,未来物理科学再也不会提出什么使人惊奇的东西来,未来物理学的真理将在小数点后第六位寻找。”然而物理学大厦却已经山雨欲来风满楼。1900年4月27日,开尔文勋爵在英国皇家学会上以“19世纪热和光的动力理论上空的乌云”为题的长篇演讲中指出:“动力学理论的优美性和明晰性被两朵乌云遮蔽得黯然失色。
2002 Vol. 14 (02): 58-60 [
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物理学中的简炼与和谐
张兰知,谢学坤
物理学作为探讨物质结构和物质运动规律的学科,其学科本身蕴藏着固有之美。与此同时,在研究物质世界过程中物理学家们又以独特的眼光创造着美,发现着美,由真至善至美。物理学与科学美相伴相生,在不断探索中它日趋完善。狄拉克曾经说过“让方程式优美比让方程式符合实验更重要”。这充分体现了科学家们的美学思想。科学家们在从事科学研究的过程中,发现科学理论的美学价值,通过对客观规律高度概括的公式和定理来表现高水平的美感。美是发展的,美是变化的。
2002 Vol. 14 (02): 60-61 [
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谈谈气体称量定律及其表达式
谢荣庆
从以往的经验或知识中得出来的科学命题,能否进一步被人们认同为科学定律,这决定于对这个命题的证明(常常是数学证明)是否“真”,而在几种证明“同真”时,则又决定于是否存在“美”。“我选择美”是科学家普遍的心理写照,只有既“真”且“美”的证明,才能使科学命题在人们心目中顺理成章、水到渠成地升华为科学定律。由于在物理实验中充了气的黄铜球比真空时的黄铜球重,所以人们不难从力平衡知识中直觉得到这样一个科学命题,即“气体重量等于下方气压减上方气压”,对于这个可以直觉出来的命题,有关教科书是用微分来证明的。
2002 Vol. 14 (02): 62-62 [
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