现代物理知识
 
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2010年 22卷 6期 刊出日期 2010-12-18
物理知识
物理前沿
科技经纬
教学参考
“两岸三地物理教育研讨会”专题
中学园地
科学源流
科学随笔
物理知识
3 海洋—生命的摇篮、风雨的故乡 Hot!
贾培宏
从太空中观望, 地球是一颗明珠般的蓝色水球, 它的表面70.8%被海水覆盖。现已查明, 在原始海洋中既已聚集了丰富的生命化学物质, 海洋是名符其实的“生命培养汤”。无论是格陵兰、南非地层中三十几亿年前的微体生物化石的发现, 还是近年在南极深海6438 米处上千种新物种的发现, 都一次次告诉我们地球生命起源于海洋, 海洋是地球生命的摇篮。
2010 Vol. 22 (6): 3-9 [摘要] ( 2391 ) [HTML 1KB] [PDF 792KB] ( 348 )
10 相对论问答录之三
赵峥
问题一、狭义相对论遇到什么重要困难？ 问题二、针对上述困难, 爱因斯坦有什么新思路？ 问题三、爱因斯坦升降机是怎么回事？ 问题四、为什么说等效原理只在一点的邻域严格成立？ 问题五、能否简单介绍一下广义相对论？ 问题六、能否对弯曲时空做一个形象的比喻？ 问题七、广义相对论有哪些实验验证？ 问题八、广义相对论建立后有哪些重要进展？
2010 Vol. 22 (6): 10-13 [摘要] ( 2667 ) [HTML 1KB] [PDF 732KB] ( 294 )
14 太阳的故事——日食
卢昌海
美国科幻小说家阿西莫夫曾经写过一个著名的科幻故事, 叫做“黄昏”。在这个被许多读者推举为有史以来最优秀科幻作品之一的名篇中, 阿西莫夫虚构了一个由六个太阳组成的多星系统, 在那里的一个有“人”栖居的行星上, 几乎任何时候都至少有一个太阳悬在空中, 夜幕每隔2049 年才会降临一次。每当那一时刻来临, 地平线上硕果仅存的一个太阳会遭遇“日全食”, 传说中能夺人魂魄、让人丧失理智, 进而毁灭整个文明世界的星星会出现在黑暗天空里。所有人都在短时间内陷入巨大的恐慌和骚乱之中, 周而复始地将星星毁灭文明世界的传说变为现实。
2010 Vol. 22 (6): 14-18 [摘要] ( 2278 ) [HTML 1KB] [PDF 667KB] ( 224 )
19 谈谈熵的概念
何志巍, 王家慧, 金仲辉
一、“熵”字的来源 二、“熵”概念的来源 三、“熵”所遵循的规律 四、“熵”与热力学第二定律的关系 五、“熵”与微观状态数的关系 六、熵的应用
2010 Vol. 22 (6): 19-21 [摘要] ( 2406 ) [HTML 1KB] [PDF 601KB] ( 320 )
22 辐射度量、光度量和色度量及关联性
李远达, 李伟, 楼云亭
从17 世纪牛顿通过三棱镜将光谱分解为七色光开始, 人们逐渐对光有所了解。此后, 很多科学家致力于对光线及其成因进行研究, 从而发现了光波、无线电波、微波、宇宙射线等多种辐射线。在此同时, 部分科学家对光线照射在物体上呈现的颜色进行研究, 逐渐揭示了物体呈现颜色的原因。科学家在不断发现的基础上, 逐渐形成了辐射度学、光度学、色度学等多个度量学。这些度量学的建立, 为量化分析提供了条件, 为深层次的研究本领域内的内容打下了坚实的基础。随着研究内容的增多, 领域之间联系更加复杂。本文将对三个度量的基本概念、范围及领域内的相关概念进行介绍, 并对三者进行对比分析, 以期达到明晰概念的目的。
2010 Vol. 22 (6): 22-24 [摘要] ( 3514 ) [HTML 1KB] [PDF 619KB] ( 478 )
物理前沿
25 石墨烯：打开二维材料之门——评2010 年诺贝尔物理学奖 Hot!
范桂锋, 朱宏伟
维度是指能够完整描述一个对象所必需的独立参数的个数。例如, 我们所处的空间是三维的, 因为描述这个空间需要“上下、前后、左右”三个独立方向。维度的概念被广泛应用于数学、物理学和哲学等诸多领域中。在材料研究领域, 人们希望得到维度意义完整的材料体系。长期以来, 对于碳材料家族, 只有金刚石和石墨这两种三维结构为人类所知。1985 年, 美国和英国的三位科学家哈瑞·克罗托（Harry Kroto）、理查德·斯莫利（RichardSmalley）和罗伯特·科尔（Robert Curl）率先发现了C60。C60 是由60 个碳原子组成20 个六边形和12个五边形构成的足球状碳单质, 属于零维结构碳材料。C60 其实是众多球状和椭球状碳分子大家族中的一员, 我们现在称这个大家族为“富勒烯”。富勒烯的发现第一次从维度概念上丰富了碳材料。1991年, 日本科学家饭岛澄男（Sumio Iijima）试图使用石墨电弧放电法来制备富勒烯, 当他在高分辨透射电子显微镜观察产物时意外地发现了一种管状的碳单质——碳纳米管。碳纳米管的出现再一次将碳材料的维度扩展到一维空间。当零维、一维和三维的碳材料被成功合成后, 揭示已知维度碳单质的性能和应用并探寻碳的二维晶体结构, 成为材料科学领域的两个热点。
2010 Vol. 22 (6): 25-28 [摘要] ( 2542 ) [HTML 1KB] [PDF 698KB] ( 1180 )
29 漫谈经济物理学 Hot!
黄吉平
“经济物理学”的英文单词是econophysics, 这个词是美国科学院院士斯坦利（H.E.Stanley）教授在20 世纪90 年代中期提出的。大体说来, 经济物理学就是运用物理学中发展的方法、模型、思想去讨论、分析、理解经济或金融问题。经济物理学自诞生之日起, 就受到了人们的极大期待, ——这里的“人们”也包括传统的经济学家（或金融学家）, 国际上两家著名的综合性学术期刊《自然》（Nature）和《美国国家科学院院刊》（PNAS）已经刊发过不少经济物理学方面的研究论文。可是经过十几年的发展, 经济物理学在经济学家的眼中又是什么模样的呢？大体说来, 经济学家认为：经济物理学正在对计量金融的一些应用领域产生一些影响；经济物理学家已经成功发展了一些模型用于解释金融市场中的价格波动；经济物理学的研究成果多半发表在物理或统计力学方面的期刊, 而非发表在主流经济学期刊, 主流经济学家对经济物理学并无显著印象。此外, 就这个问题, 我自己也与几位经济学家交流过, 获悉他们还有一些更具体的负面印象, 他们认为经济物理学家常常不用经济学家熟悉的语言和方法来描述和处理经济问题, 还有, 他们觉得, 在可预见的将来, 经济物理学家对经济学的研究无法建立类似于牛顿力学那样完整的理论体系。
2010 Vol. 22 (6): 29-34 [摘要] ( 3785 ) [HTML 1KB] [PDF 735KB] ( 407 )
科技经纬
35 身临其境 无拘无束——自由立体显示技术 Hot!
严超
从2009 年底立体电影《阿凡达》在全球同步上映以来, 人们对立体影像的热情被迅速点燃, 《诸神之战》、《爱丽丝梦游仙境》等各类立体影视作品相继推出；美国男子职业篮球联赛（NBA）、南非世界杯以及多项体育赛事也纷纷采用立体转播以吸引眼球；中外各大显示器制造商如夏普、三星、索尼、维度（DTI）、海信、TCL 等更是大力推出各种可以播放立体影像的显示终端, 甚至各大手机厂商也纷纷开始研制立体手机。伴随着与立体相关的显示终端制造、片源设计、信号传输等一系列产业的迅速兴起, 人们不禁惊呼：属于立体显示的时代终于到来了。
2010 Vol. 22 (6): 35-39 [摘要] ( 2536 ) [HTML 1KB] [PDF 769KB] ( 343 )
教学参考
40 浅谈DIS 实验系统的应用与学生创造性思维能力培养
杨利平
面向21 世纪的素质教育是以创新精神为核心, 培养具有创造性思维的人才的教育, 其教育手段、教育方法也在不断的变革, 物理教育已经成为创造性教育的主战场。DIS（Digital Information System）实验系统是传统物理实验测量工具和数据处理方法的革命, 定量、精确、快速是DIS 实验系统的优势, 传统实验技能是DIS 实验的基础, 传统实验和数字化实验的整合代表了新物理实验改革的方向。如何充分发挥DIS 实验系统在中学物理实验教学中的优势, 激发学生的创新意识, 加强学生创造性思维能力的培养, 已经成为当前中学物理实验教学中面临的崭新课题。
2010 Vol. 22 (6): 40-42 [摘要] ( 2600 ) [HTML 1KB] [PDF 609KB] ( 410 )
43 太阳风暴也可用来发电
杨先碧
地球上的大部分能源归根结底来自太阳, 我们所利用的能源基本上来自于阳光。然而, 美国科学家发现, 太阳风暴中也蕴藏着巨大的能源。如果能充分利用太阳风暴中的能源, 可以让地球上的人类数百万年都没有能源匮乏之忧。
2010 Vol. 22 (6): 43-44 [摘要] ( 2078 ) [HTML 1KB] [PDF 647KB] ( 255 )
“两岸三地物理教育研讨会”专题
45 “双子”, 中子与中子星——漫谈朗道与中子星
徐仁新
中子星因其极端物理环境而深受物理学和天文学领域学者们的青睐, 其研究在这两个领域均不可或缺。天文学家观测发现的若干类高能天体现象与中子星的存在紧密相关, 而物理学家则将中子星当作重要的天体实验室来认识自然基本规律。值得一提的是, 中子星概念最早由朗道提出, 历史上可以追溯到20 世纪30 年代初中子的发现。对这段脍炙人口历史的回顾, 不仅使人因身临其境地体会“微观”与“宇观”的学科交融而受益, 而且有助于培养科学创新精神。这一题材在基础物理教育中显然具有现实意义。
2010 Vol. 22 (6): 45-47 [摘要] ( 2811 ) [HTML 1KB] [PDF 629KB] ( 179 )
48 宇宙射线的观测——适合高中以上学生进行之近代物理实验
萧先雄
美国费米国家加速器实验室(FNAL) 在2000 年成立夸克网(QuarkNet)的组织, 开始推动一个结合高能物理及网络技术的教学计划, 参与的学生能够测量及分析宇宙射线, 不但可以了解相关的近代物理知识及高能实验的技术, 也学习到团体合作及互相讨论的科学精神。2006年, 由东吴大学物理系为代表加入了夸克网的计划, 成立台湾夸克网的组织, 目前已有六所大学(东吴大学、辅仁大学、联合大学、中央大学、成功大学及高雄师范大学)物理相关的系所、中央研究院物理所、网格中心(ASGC)及台北市立天文教育馆参与。以下先介绍夸克网的计划缘起及内容, 然后解释能够进行的近代物理实验及在线实验室(e-Lab)的使用, 最后说明台湾夸克网的近程及远程的目标, 希望能广泛地邀请各高中及大学加入。
2010 Vol. 22 (6): 48-50 [摘要] ( 2317 ) [HTML 1KB] [PDF 742KB] ( 192 )
51 波动光学的艺术诠释——印象派绘画 Hot!
王泽良
关于光的本性的讨论, 从1801 年托马斯·杨（Thomas Young 1773～1829）的双缝实验到1863年麦克斯韦的电磁波（包含可见光）理论, 光的波动说逐渐占据了主导地位。几乎与“光的科学”同步发展起来的是“光的艺术”（optic art）——西方绘画, 在19 世纪中期的欧洲出现了一个重要流派——印象派。如果从1858 年莫奈（Claude Monet, 1840～1926）的《日出印象》算起, 大约在欧洲画坛该画派占据了近60 年的主导地位。这里不仅仅是个时间上的耦合, 更重要的是波动光学的理念和普及为印象派绘画的创作与被认可, 提供了充分的理性基础和群众基础。
2010 Vol. 22 (6): 51-52 [摘要] ( 2249 ) [HTML 1KB] [PDF 600KB] ( 144 )
中学园地
52 梦断永动机——热力学与热机的发展
吴登平
人类一直渴望得到更多的动力, 渴望得到更多的能量。从原始社会到现代社会, 从木柴到石油天然气, 从蒸汽机到内燃机, 人类用自己的知识与智慧不断地从大自然中获取能量。但这还远远不够, 人类总是梦想得到那诱人、令人神往的机器——永动机！
2010 Vol. 22 (6): 52-53 [摘要] ( 2139 ) [HTML 1KB] [PDF 581KB] ( 235 )
54 硬币“爆炸”的物理学原理
张怀华
据2007 年12 月18 日中央电视台《走近科学》栏目报道, 在2007 年1 月14 日的下午, 在浙江省温州市千石村的教堂外, 人民币一元硬币居然在一个6 岁的男孩手里爆炸了, 男孩手指被炸出血泡, 手套、衣服都被烧焦, 硬币上也“炸”出了一个明显的豁口。
2010 Vol. 22 (6): 54-54 [摘要] ( 2223 ) [HTML 1KB] [PDF 476KB] ( 171 )
科学源流
55 成功源于勤奋、毅力与协作——纪念约翰·巴丁逝世20 周年
李欣欣, 王晓义
约翰·巴丁（John Bardeen, 1908～1991）是迄今为止唯一的一位在同一领域中两次获得诺贝尔物理学奖的科学家。1956 年, 巴丁与W. 布拉顿（Brattain）以及W. 肖克利（Shockley）由于在半导体研究方面的突出贡献, 并且发现了晶体管效应而获得诺贝尔物理学奖。第二次获奖是由于超导微观理论（BCS 理论）的建立, 巴丁与L. N. 库珀（Cooper）和J. R. 施里弗（Schrieffer）一起分享了1972 年的诺贝尔物理学奖。
2010 Vol. 22 (6): 55-58 [摘要] ( 2748 ) [HTML 1KB] [PDF 579KB] ( 181 )
59 贝克勒尔的伟大功勋
金亮, 王娟
1903 年诺贝尔物理学奖一半授予法国物理学家亨利· 贝克勒尔(Antoine Henri Becquerel), 以表彰他发现了自发放射性。原子核自发地放射出α、β、γ?等各种射线的现象, 称为放射性。放射性的发现意义是十分伟大的, 它开启了物理学崭新的篇章, 而这个伟大的发现背后则有一名同样伟大的物理学家——亨利·贝克勒尔。
2010 Vol. 22 (6): 59-62 [摘要] ( 2409 ) [HTML 1KB] [PDF 611KB] ( 224 )
63 1975 年11 月25 日：全身计算机断层扫描的专利
萧如珀(译), 杨信男(译)
当德国物理学家伦琴（Wihelm Roentgen, 1901 年获得诺贝尔奖）意外地于1895年发现了他的阴极射线管会放射出X 射线后, 此现象很快地在医学成像与诊断上找到了实际的应用, 但进一步利用它于一种新的、改良型的诊断成像形式——计算机辅助的断层摄影法, 或称计算机断层扫描（CAT Scanning）——却是差不多80 年后的事情了。
2010 Vol. 22 (6): 63-64 [摘要] ( 2120 ) [HTML 1KB] [PDF 704KB] ( 319 )
65 1840 年12 月：焦耳发表了将机械能转换成热能的简要论文
萧如珀(译), 杨信男(译)
19 世纪初期的科学家相信卡路里理论, 这是拉瓦锡（AntoineLavoisier）于1783 年最先提出的, 1824 年卡诺（Sadi Carnot）的研究进一步加强了此论点。但一位酿酒者兼业余科学家焦耳却因研究热的本质和其与机械功之间的关系而导致了后来热力学第一定律的诞生。
2010 Vol. 22 (6): 65-66 [摘要] ( 2549 ) [HTML 1KB] [PDF 672KB] ( 203 )
科学随笔
67 也谈学物理能干什么
杜钧福
学物理能干什么是个老问题。问题原来出在计划经济时期。当时学生毕业都是由学校按照计划分配。学物理的应该分配到什么单位？中国科学院的各个物理研究所当然很适合, 但是这些机构能容纳多少毕业生？不算这个, 除去从事教学以外似乎就没什么合适的地方了。而每一个综合性大学都有一个或不止一个物理系, 还不计师范院校。于是, 出现了物理系学生分不出去的现象。
2010 Vol. 22 (6): 67-69 [摘要] ( 2227 ) [HTML 1KB] [PDF 582KB] ( 277 )
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