读者来信

河南师范大学读者李清萍来信说,钱尚武力生的《在电磁学中将国际单位制中公式转换为高斯单位制中相应公式的简捷方法》一文(见本刊1986年第8期)提出,在电磁学中,只要将国际单位制( SI)中公式内出现的八个物理量按CM、χ→4πχ、χ→ 4πχ方式转换就可得到高斯单位制中的相应公式。需要指出的是,上述情况也有例外,如SI中的螺线管自感系数　　　　　　　　　、电流环的磁矩 m= IS,转换到高斯单位制中,则为 　　　　　　　　　　　　　　而不是　　　　　　　和 　　　　　　这正说明在SI中公式内出现的八个物理量按约定方式转换就可得到…     

浅谈SI制中的人文化教学

 人文教育的目的是提高学生的品位、格调和情致,是追求人性中的真善美。在物理实验的绪论教学中,都要提到SI制,其中的7个基本单位有5个是直接测量量,即米(测长度)、千克(测质量)、秒(测时间)、安培(测电流强度)、开尔文(测温度)。如果能把它们的产生与定义还原到人文历史的长河中,进而展示出当年科学工作者们的胸怀和坚韧,或许是全面提高学生素质的方法之一。国际单位制(SystemofInternationalunits)是由国际计量大会通过一种单位制,国际代号是SI,中文代号为“国际制”。国际单位制是在国际公制和米千克秒制基础上发展起来的。     

韦伯在电动力学上的贡献

一、韦伯简介 韦伯(Wilhelm Eduard Weber),德国19世纪著名物理学家、德国经典电动力学体系创始人之一,1804年10月24日出生于德国维藤堡大学的一个神学教授家庭,1822年进入哈尔大学学习.1828年,他在洪堡(A von Humoldt)主持召开的柏林科学大会上宣读了题为《风琴拍频的补偿》(Kompensation der Orge-lpfeifen)的论文,引起洪堡和高斯(C.F.Gauss)的注意.1831年4月,韦伯经高斯推荐到哥廷根大学担任物理学教授,开始了与高斯的合作.韦伯与高斯的关系十分融洽,除工作往来外还有很深的私人感情.1831年秋,高斯因第二位妻子去世而悲痛至极,他只有…     

一种特殊的单位制——“准自然单位制”

指出了一些文献中关于自然单位制的论述中的不当之处.介绍了一种特殊的单位制——"准自然单位制."它可以看成国际单位制和自然单位制之间的桥梁.证明了通过重新定义基本单位,我们确实可以使基本常数c=h=G=kB=1/4πε0=K=1,通过重新定义摩尔可以导出电子的质量.     

勒纳和光电效应

我们知道,爱因斯坦(A. Einstein)获得1921年诺贝尔物理学奖的原因是“因为对理论物理学所作的贡献,特别是因发现了光电效应定律”.诺贝尔奖金评选委员会的这一决定,使德国另一位著名的物理学家勒纳(P. Lenard,1862—1947)大为恼火,因为正是他对光电效应作了系统而有成就的研究.他不仅和汤姆孙(J.J.Thomson)同时证明光电效应是由下述事实造成,即从金属表面发射了带负电的微粒(即电子),而且他还在一篇较长的论文中,报道了他在光电效应研究中得出的两个重要发现。劳厄(M.von Laue)曾称这两个重要发现为“两个惊人的规律”.勒纳一直坚持认为…     

错在哪里?

有人由高斯定理出发,“证明”了沿任一条电力线上各点的电场强度大小必相等.怎样得出这个错误结论的呢?如图所示,他作了一个包围这一条电力线的圆柱状高斯面.由于面内没有电荷,所以 ,由此得出 而圆柱侧面无通量,故有只须取S1=S2,就得出E1=E2的结论.分析其错误,在于没有分清E和E的通量这两个概念.包围一条E线作一个高斯面这句话是含糊的.S1和S2必须是两个面才能谈到其上的通量,而面上就不能只通过一条电力线.若认为S1、S2已缩小到只通过一条E线,它们就已缩为两点,这时就无法比较它们的通量了.这个问题是应该引起重视的,否则岂不是还可以…     

对运动电荷在匀强电场中的一点讨论

讨论一电荷沿x轴以初速υ垂直射入一匀强电场E0中(图一中的z方向).取电场E0为s’(x’,y’,z’t’)静止坐标系,观察者站在电荷q(s系)上看,s’系相对于s系以速度(-υ)运动,这时观察者将观测到原来的电场E0不再是E0.由电磁场的变换公式,在o’与o重合,即t=0时刻,在s系测得的电磁场为:式中　但在s’系看:把(2)式中的各分量代入(1)的变换式中变得s系中电磁场的分量这样站在s系看电行q的运动方程应是:但同时电场E0以速度-υ向左匀速运动,它的运动方程为 x=-υt. 于是电荷q相对于E0的等效运动方程是 解之得电荷的轨道方程:是一抛物线,轨道向x轴上…     

S.A.谢昆诺夫及其对波导理论的贡献

谢昆诺夫(S.A.Schelkunoff)是国际知名的电磁理论科学家.从1934年解决同轴线内电磁场结构开始,他在后来的三十年内,在工程电磁场、天线理论、波导理论等方面发表了数十篇论文和几本书,提出了许多定理、原理、概念、方法(它们之中有许多早已写人大学教材中),作出了重要的贡献.他使应用数学焕发出光采,许多工作带有奠基性质.就经典电动力学方法(即量子理论以外领域)而言,可以把他比作二十世纪的麦克斯韦.众所周知,电磁波的波导在微波技术中有广泛应用,也是当前光彼导(光纤)的前驱,因而介绍这方面的历史是有意义的.一 1897年1月27日,谢昆诺夫…     

邮票上的物理学史——电磁学的应用(3)无线电(续)

马可尼1901年底接收到越洋信号的实验,用的是一种水银检波器.这种检波器对这次实验的成功是很关键的.马可尼以自己的名义申请了它的专利.但是,1998年几个美国科学家发现了一篇100年前的论文,表明印度科学家博斯(ＪａｇａｄｉｓｈＢｏｓｅ)才是它的发明人(Ｂｏｓｅ是印度一个常见的姓,另一位我们更熟悉的也是姓这个姓的印度物理学家被译为玻色,但按发音应为博斯).博斯(图20,印度1958年)是植物生理学家和物理学家,印度近代科学的开路人,他是英国皇家学会第一名印度籍会员,并于1917年受封为爵士.他1899年3月发表在伦敦皇家学会公报上的论文中描…     

邮票上的物理学史“非汉字符号”——1932年

在物理学史上 ,有一些闪耀着特别耀眼光芒的年份 .如 1 895年前后微观世界中的三大发现 ;1 90 5年爱因斯坦在《物理学杂志》上接连发表几篇论文 ;1 92 5—1 92 8年是建立量子力学的那一段“英雄年代” .1 932年也是这样一个年份 .这一年也有三大发现 ,按照时间顺序是发现中子、发现氘和发现正电子 .中子是卢瑟福的学生和助手查德威克 (图 1 ,加蓬1 995年 ;图 2 ,马尔代夫 1 995年 )发现的 ,它的发现经历了一个复杂的过程 .卢瑟福早就考虑过 ,可能存在一种质量与质子差不多的中性粒子 ,他把它设想为一个电子落入核内将核电荷中和了的氢原子 .…     

关于安培环路定律

在普通物理电磁学教学中,安培环路定律是一个重要的问题。在这篇短文里,想讨论一下安培环路定律成立的条件、意义,它和毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律的关系,以及在教学中如何处理这个问题的意见。在稳恒电流的磁场中,通常把毕奥-萨伐尔-拉普拉撕定律视为基本实验定律(当然,不能直接用实验来证明)。它的数学表示式为(MKSA单位制)式中积分区域为任意一段载流导线,而不论它闭合与否。我们可以这样解释这个公式:它代表这段电流对磁场的贡献,但不一定是场的全部。     

阿·爱恩斯坦和他在物理学发展中的作用

1955年4月18日,伟大的物理学家阿·爱恩斯坦在普林斯敦逝世了,享年七十六岁.爱恩斯坦逝世的时候,正是他的三篇论文发表五十周年,而其中每一篇都足以使一个人永垂不朽.这三篇论文于1905年发表在同一德国物理学期刊“物理年鉴”(Annalen der Physik)上.     

对称与不对称，哪个更根本

一、物理学中的对称及启示对称就是指物体相同部分有规律的重复。对称变换亦称对称操作,是指使对称物体(或图形)中的各个相同部分,作有规律重复的变换动作。德国女数学家艾米.诺特(EmmyNoether,1882~1935)指出:如果运动规律在某一变换下具有不变性,必然存在一个对应的守恒定律。爱因斯坦建立狭义相对论的开创性论文《论动体的电动力学》开头是这样写的:大家知道,麦克斯韦电动力学(像现在通常为人们所理解的那样)在用于运动物体时,就要引起一些不对称,而这种不对称似乎不是现象所固有的。他这里所说的不对称,指的是闭合导体(如螺线管)相对磁…     

长度单位──米不再是基本单位了吗?

本文着重说明基本单位和导出单位的原则区别只在于量纲上的独立性．并且，哪一些量的单位被选取为基本单位，完全是在制定一种单位制时人为地规定的．因此，国际单位制中长度单位──米的新定义尽管涉及到时间单位秒，也决不会使它变得不再是一个基本单位．     

色散傅里叶变换波谱学

傅里叶变换波谱仪(FTS)是一种新型的波谱仪器,它是由信号源、干涉仪、探测器和计算机构成的.其干涉仪通常是迈克耳逊干涉仪,样品放在探测器的前面.如果把样品放在干涉仪的一个臂中,就构成了色散傅里叶变换波谱仪(DFTS).这是1963年由Chamberlain开创,在70年代飞速发展起来的新技术.这两项技术都使用双束干涉仪和宽频带信号源.它们的共同基础是:当干涉仪中两束光的程差变化时,探测器所记录的干涉信号,是投射到它的功率谱的傅里叶变换.这样,一个未知谱就可以从测得的干涉图通过数学计算得到. 在PTS中样品造成的相移存在于干涉仪的两束波中…     

读者来信

《物理》编辑部:贵刊2005年第34卷第11期第819页《h-指数》的一则新闻不够准确.我建议做如下修改,其中“例如一位科学家共发表了10篇论文,每篇论文被引用过一次,他的h-指数就是10”应改为“例如一位科学家共发表了10篇论文,每篇论文都被引用过10次,他的h-指数就是10”;“Edward Witten的h-指数是110,这表明他至少发表了110篇论文并至少被他人引用过110次”应改为“Edward Witten的h-指数是110,这表明他至少发表了110篇论文并且每篇文章都至少被他人引用过110次”.一位读者读者来信…     

邮票上的物理学史(25)--电磁学的应用(3)无线电(续)

马可尼1901年底接收到越洋信号的实验,用的是一种水银检波器.这种检波器对这次实验的成功是很关键的.马可尼以自己的名义申请了它的专利.但是,1998年几个美国科学家发现了一篇100年前的论文,表明印度科学家博斯(Jagadish Bose)才是它的发明人(Bose是印度一个常见的姓,另一位我们更熟悉的也是姓这个姓的印度物理学家被译为玻色,但按发音应为博斯).博斯(图20,印度1958年)是植物生理学家和物理学家,印度近代科学的开路人,他是英国皇家学会第一名印度籍会员,并于1917年受封为爵士.他1899年3月发表在伦敦皇家学会公报上的论文中描述的检波器与马可尼所用的检波器完全一样.因此这些美国科学家怀疑马可尼把他人的发明据为已有,至少是有意贬低这种检波器的重要性.     

邮票上的物理学史**34——普朗克和能量子

普朗克(图1,西柏林1953年;图2,古巴1994年)没有接受他的老师v on Jolly 的劝告,还是选择了物理学为他的终生职业.他自称选择物理学作为自己的专业并不是渴望作出重大的发现,而主要是为了求知.但是时势造英雄,当时物理学的形势加上普朗克本人的勤勉、认真和深思熟虑,仍然使他作出了划时代的发现,揭开了(虽然是不情愿地)物理学革命的帷幕.普朗克是从对黑体辐射的研究发现能量子的. 普朗克早年感兴趣的是热力学和物理学的普遍问题.他曾着重研究不可逆过程和热力学第二定律.他写的《热力学讲义》一书,在出版后的30多年里被公认为是一本特别清楚、特别系统和特别精辟的热力学著作.在1900年前后,他已经是国际上的热力学权威. 把普朗克吸引到黑体辐射领域来的,可能是黑体(空腔)辐射能量密度按频率的分布只依赖于腔壁温度而与腔壁材料无关这种简单性和普适性.关于辐射能量密度的频率分布,曾提出过两个定律.维恩分布律(1896年)： u(ν,T)=Aν3e-βν/T u与腔壁材料无关,普朗克假设腔壁由谐振子组成,当吸收与发射平衡时,普朗克推出辐射能量密度与振子的平均能量E之间有关系： u(ν,T)=(8πν2/c2)E d2S/dE2=-1/βνE∝-1/E d2S/dE2=-k/E2∝-1/E2 d2S/dE2=-1(βνE+E2/k) E(ν,T)=hν/(ehν/kT-1) u(ν,T)=(8πν2/c2)E(ν,T)= (8πhν3/c2)*1/(ehν/kT-1) 这个公式叫做普朗克黑体辐射公式.1900年10 月19日,普朗克向德国物理学会报告了这个结果.他的朋友实验物理学家鲁本斯连夜把这个公式和实验数据对照,发现二者完全符合.这个公式和维恩公式只在分母中差一个-1.当kThν时,它变成瑞利公式;kThν时,它变成维恩公式.使普朗克确信他的公式正确的,不只是它与实验数据相符,而且还在于他可以通过辐射公式和当时的实验数据算出k、N (阿伏伽德罗常量)和电子电荷e的值,和当时由其他方法得出的值相符.h是一个新的普适常量,后来叫做普朗克常量.普朗克根据黑体辐射的测量数据,算出h=6.55×10 -34J*s.今日的测量值是h=6.626 1×10-34J*s(图3、图 4,东德1958年,普朗克诞生100周年). 雅默曾评论说：在物理学史上,从来没有一次不起眼的数学内差带来过如此深远的物理后果和哲学后果.作为一个理论物理学家,普朗克自然不能对这样一个凑出来的公式感到满意.越是和实验数据相符,越是要探求这个公式的理论基础.他从热力学方法无法得出这个熵表示式,于是便只好用他不太喜欢的统计方法.为此,普朗克把能量分成一个个离散的能量元[ WTBX〗ε,为了从玻尔兹曼的公式S=kInW得出所需要的熵的形式,普朗克发现能量元必须取成ε=hν.经典统计理论的习惯做法是最后取ε→0的极限,但是这里ε不能趋于0,ε→0就返回到瑞利公式.他把hν称为能量子(图5,德国1994年,欧罗巴邮票,科学发现,图上为黑体发出的辐射.这张邮票的彩色图是非常美丽的).由于发现能量子,他被授予1918年诺贝尔物理奖(图6,瑞典1978年;图7,科特迪瓦1978年小型张,注意其上诺贝尔奖的年份是错的;图8,加纳1995年,诺贝尔奖设立100年).     

测量时间的热力学成本

<正>精确测量时间之能力已对社会产生了巨大影响,从海洋航行计时器(在十八世纪推进航海),到星载原子钟(今天全球定位系统(GPS)之基础设备)。但是,物理学对我们测量时间的能力有什么基本的限制呢?在一篇新论文中,来自西班牙巴塞罗那Autonomous大学的Paul Erker和他的同事认为,在这样的限制中热力学起关键作用。考虑一个简单的量子钟模型,他们在准确性和分辨率两个特性之间建立了定量     

费曼定理的一个评注

费曼定理可表示为　(1)其中态函数　是具有本征值E的哈密顿量H的归一化本征函数.λ是H与E中的一个参量.虽然在许多量子力学教科书中提到了上面这个定理[1],但是未给出关于它的应用的充分讨论.有人应用费曼定理对氢原子的能量本征态在n=1,2,3的r-n的期待值进行了计算[2]. 本文的目的是对费曼定理加以扩充,并指出在基础量子力学教材中一个有趣的应用. 设A是与依赖于一个实参量λ的物理可观测量相联系的算符,H是包含同一参量的哈密顿量.我们可写出这里是归一化态函数,同时=　.如果　是具有本征值E的H的本征函数,(2)式就是我们可把(4)式看作…