高二物理校本课程物理照耀世界

高二物理校本课程----物理照耀世界目录1．天涯若比邻――物理与通讯2．知人者智，自知者明――物理与生命科学3．好风凭借力，送我上青天――物理与飞行器4．不辩风云色，安知天地心――物理与天文5．更快、更高、更强――物理与计算机6．海阔凭鱼跃，天高任飞――物理与现代农牧业第一节天涯若比邻――物理与通讯第一讲：微波通讯1931年，在英国多佛与法国加莱之间建起了世界上第一条微波通信电路，使无线电通信技术进入了一个新时代。

此后，迅速发展的微波接力通信系统遍及全球，它的应用与发展促进了诸多领域的科技进步。

——收音机收到的声音，电视机屏幕上的图像，都是由电台、电视台通过电磁波送来的。

电磁波有长波短波，而波长在1米至0.1毫米之间的电磁波，称为微波。

使用微波进行的通信被称为微波通信。

——微波通信具有可用频带宽、通信容量大、传输损伤小、抗干扰能力强等特点，可用于点对点、一点对多点或广播等通信方式。

——19世纪末，意大利人马可尼和俄国人波波夫成功地完成了用电磁波进行的无线电通信实验，开创了人类通信的新纪元。

1931年，随着微波技术的形成和发展，微波通信使人类的无线电通信进入了一个新的时代。

这一年，在英国多佛与法国加莱之间建起了世界上第一条微波通信电路。

此后，迅速发展的微波接力通信系统遍及全球，它的应用与发展促进了诸多领域的科技进步，像传送电报、电话、传真、图像、数据以及广播和电视节目等通信业务，还有遥控遥测、报警以及雷达导航、海上救援等特种业务都有了巨大进步。

——第二次世界大战后，微波接力通信得到了迅速发展。

1955年，对流层散射通信在北美试验成功。

20世纪50年代开始进行卫星通信试验，60年代中期投入使用。

由于微波波段频率资源极为丰富，而微波波段以下的频谱十分拥挤，于是移动通信等也向微波波段发展。

此外数字技术及微电子技术的发展，也促进了微波通信向数字微波通信过渡。

——微波接力通信系统可用于传输电话、电报、数据、图像及新的电信业务。

模拟微波接务通信系统多用于传输多路电话及电视节目。

微波接力通信可用于长途干线通信，并可采用车载式微波站以供紧急通信用。

微波接力通信与短波、米波通信相比，具有通信频带宽、传输容量大、传输质量好、外界干扰小等优点；与地下电缆通信相比，建设投资和维护费用较少，施工周期短，因此适用于中距离或远距离通信。

——从建立世界上第一条微波通信线路到今天，迅速发展的微波接力通信系统遍及全球，它的应用与发展促进了诸多领域的科技进步。

1丝米(频率为300兆赫～3000吉赫)的无线电通信。

微波的传播类似于光的传播，对障碍物的绕射能力很弱，适于进行视距内的通信。

在一定条件下，微波对刃形障碍有一定的绕射能力，如果选择适当的地形也可以建立山峰绕射超视距通信。

实现微波超视距通信普遍有效的办法是，采用视距接力通信，多站接力全程可达数千公里（见无线电接力通信）。

在10吉赫以下的微波频段，还可利用大气对流层不均匀体的散射传播进行超视距通信，称为对流层散射通信。

其通信距离平地单跳一般约300公里，多站接力可达数千公里（见散射通信）。

微波还广泛应用于空间通信，包括利用空间站（或通信卫星）转发信号的地球站之间的通信，空间站之间的通信，地球站与空间站之间的通信。

微波通信的主要优点是：频段宽，通信容量大，采用高增益天线，可实现强方向性通信。

微波视距通信传输较稳定，设备轻小便于机动；微波对流层散射通信单跳传输距离远，适于在边防、海岛、人烟稀少地区以及跨越敌占地区使用；卫星通信组网机动灵活，能迅速扩展到任一地区。

微波通信已成为许多国家民用和军事通信的主要手段。

在军事通信方面，除作为国防通信网的干线外，车（或机）载微波通信系统还是战时军队各级司令部实施指挥的重要手段，并可用来快速抢通被毁的电路或开通新的通信干线。

微波信道代替电缆作为一种遥控手段，可以提高移动通信枢纽的快速机动能力。

微波通信还可广泛用于对车辆、飞机、舰艇等的通信。

但微波视距通信受地形的影响很大，当频率高于12吉赫时，受雨和大气中水气的影响衰减很大；对流层散射通信的传输损耗大，设备较庞大；卫星通信（见通信卫星）也存在卫星寿命短、战时可能受破坏和干扰等缺点。

1887年德国物理学家H.R.赫兹在分米波波段进行的实验，可以看作是微波技术的起点。

1931年从英国多佛尔到法国加来建立了世界上第一条微波通信线路。

到20世纪40年代初，随着磁控管、速调管和行波管等微波器件相继发明以及电视和雷达广泛使用以后，微波通信才迅速发展起来。

第二次世界大战中，有些国家的军队除使用微波作移动通信外，还使用了长距离多路微波接力通信系统作为干线通信。

1957年美国首次在微波频段开通了单跳长达350公里的对流层散射电路。

60年代频分多路宽带微波接力系统得到了广泛的应用。

自1965年世界上第一颗国际商用卫星“晨鸟”使用以来，卫星通信已成为国际通信的主要手段，在军事上也得到了广泛的应用。

70年代以来，随着数字通信以及微波元器件的迅速发展，新的远距离大容量数字微波接力系统，数字卫星通信系统和对流层散射通信系统日趋完善，小功率的微波设备已实现了全固体化。

目前许多国家大部分长途电话和电视都依靠微波信道传输。

第二讲：光纤通信光纤通讯是光导纤维传送信号的一种通讯手段。

光纤通讯的特点是通讯容量大，比电通讯容量大千万倍，在两根光纤上可以传递万路电话，或上千路电视；保密性能好，抗干扰性很强。

1875年，世界上第一台电话问世。

5年后，贝尔发明了一种利用光波作载体的光电话，但是由于找不到理想的光源和传输媒介，因此光纤通讯长期得不到发展。

直到1966年，英籍华人高锟博士首次利用无线电波传导信号的原理，提出了利用光纤长距离传输光波的设想，并且还认为可以生产出一种有实用意义的低损耗光纤。

这一产品问世后，在世界各国出现了一个研究光纤通讯的高潮。

1975年，美国亚特兰大实验系统的光纤通讯实验成功。

1983年，美国贝尔实验室在美国东、西海岸铺设了长度分别为600公里和270公里的两条光纤通讯的主干线。

此后，世界其他国家也先后建立了许多中短距离的光纤通讯系统。

1972年，我国开始进行光纤通讯研究，而今已广泛用于邮电、电视等部门。

信息社会的到来使得人们对光纤通信厚爱有加。

从理论上讲，一根头发丝粗细的光导纤维可以同时传送1 000亿对电话通话。

如果把全世界50亿人口分成两半同时进行通话，也只占用了它的容量的四分之一。

为什么纤巧的光导纤维具有如此神奇的功能呢？光导纤维由芯子和包层组成。

芯子直径在10 μm以下，主体材料为二氧化硅，为了提高光的折射率可掺杂少量氧化锗或氧化磷；包层的直径一般在100 μm上下，由纯二氧化硅构成，或者在其中加入少量氧化硼或氟元素，以减少光的折射率。

这样可以使芯子和包层的折光率不一致，从而保证光只能在芯子内传输。

光导纤维在工作时，首先要有激光器为它提供光源。

光线在光纤的芯子与包层的交界处发生反射，经过反复反射呈“之”字形传播。

但是一般的光并不带有信息。

要让光带上信息，就要把电信号加以调制转换成光信号，传输到接收端，再把光信号解调为电信号，进而把电信号还原成声音。

由于光纤通信是利用光波传输信息的有线光通信，所以在信息容量上就表现出十分显著的优越性。

这是因为光波的频率比微波要高数千倍，相应地能容纳的信号频谱就更宽。

同时，光纤通信具有极微的能量消耗，同样距离的光缆所需的中继站要比电缆少得多。

这一点在远距离通信中表现出明显的优势。

光纤通信是目前世界上最先进的通信方式，在传输电话、电报、传真、数据和图像时具有很好的稳定性和保密性，在军事通信领域有广泛应用化肥、农药催化效应快，肥、药源受气候影响大，在雨天或暴晒下，肥、药源流失性强，效率低，对土壤有酸化作用。

催化效应比化学方法更快，肥、药源几乎不受自然天气影响，无流失,效率高。

对土壤无不利的影响。

在使用时间及使用量上有严格限制；农药杀虫不能做到全面控制，而且害虫、益虫会一同被杀灭。

对使用时间和使用量的限制上比较宽松，杀虫可以做到全面控制，可有效保护益虫。

化肥使用不当时，会产生不良后果，补救比较困难。

即使使用不当，也不会产生不良后果。

污染空气和环境，农产品农药残留量高。

无毒无污染，绿色环保。

可生产出绿色、有机、无公害农产品。

生产过程中，对作业人的身体健康有害。

使用安全可靠，对作业人员的身体健康无害。

对土壤的培养有害无益，长期使用会造成土壤板结，地力下降。

对土壤具有营养培育作用。

不能促进作物早熟。

能促进作物早熟7—15天，农产品可提前上市。

不能改善农产品品质，而且农产品中有不同程度的农药残留。

能改善农产品品质，提高含糖量，提高各种维生素含量。

提高产量靠大量使用化肥，带来农产品品质下降，污染环境，地力下降。

在不带来任何负面影响的前提下，普遍提高产量10—50%。

从物理农业和化学农业的特点比较中不难看出，物理农业具有显著的优势。

它避免了化学农业造成的地力衰退、环境污染、农作物品质下降，甚至危害人体健康的弊端，与之相对应的是现代物理农业既有利于保护生态环境，又可促进生产出绿色、无公害的农产品，在提高了农产品的经济价值的同时，又有利于人的身体健康，所以发展现代物理农业的经济效益、社会效益和生态效益都是相当可观的。

当前，世界农业正处于一个由传统的化学农业向生态农业过渡时期，实现这一转型的主要途径有两条，即生物工程和物理农业。

正如邓小平指出的“将来农业问题的出路，最终要由生物工程解决，要靠尖端技术。

”相对于二十世纪的化学农业来说，新世纪将是物理农业的世纪。

新世纪到来，许多国家的政府和有识之士，经过认真思考，都选择了走生态农业之路。

各国的国情不同，发展生态农业的方式也不尽相同。

例如，一些发达国家发展生态农业有复古的倾向，返朴归真，我国则强调生态效益、社会效益和经济效益相结合的模式。

下面介绍几种现代物理农业技术。

声波助长技术：声波助长仪是根据植物的声学特性，利用声波对植物进行特殊处理，可促进植物增产、优质、抗病、早熟，是现代高科技在农业生产中应用的成功范例之一。

所应用的植物生理谐振波处理技术是现代物理农业科技发展的核心技术，不污染环境，符合环境保护和发展生态农业的要求，是当前生产有机、绿色、无公害农产品的优选设备。

可应用于粮油作物、蔬菜、果树、花卉、园林苗木等作物。

声波助长仪的基本原理是利用音箱发声对植物施加特定频率的声波，使声波的频率与植物本身固有的生理系统波频相一致，产生共振。

从而提高植物活细胞内电子流的运动速度，促进各种营养元素的吸收、传输和转化，增强植物的光合作用和吸收能力，促进生长发育，达到增产、增收、优质、抗病的目的。

声波助长仪能在植物生长过程中，增强光合作用，增大植物的呼吸强度，加快茎、叶等营养器官的生化反应过程，促进生长，提高营养物质制造量，加快果实或营养体的形成过程，提高产量。