中学物理科组校本教材

.物理科组主编前言伴随着时光的流逝，人类历史上一个重要的世纪20世纪，在高科技文明的掩映下，正悄然地离我们而去，一个希望与挑战并存的21世纪则满怀着强烈的激情向我们走来。适逢世纪更迭的关键时刻，我们除了重温以往的舒适与优越之外，更应理智地立足现实，总结过去，展望未来。21世纪将是科技时代的预言已成为人们共知的真理，世界范围内的新技术革命日新月异，促使全球经济、社会的发展乃至人们的生活方式都不断发生重大变革。科技竞争，特别是人才竞争，已经成为世界各国全面竞争的焦点。现在，许多国家都把提高国民的科学文化素质当成是21世纪竞争是否成功的关键。为适应世界潮流，迎接新世纪的挑战，普及科学文化知识，正受到社会各界的广泛重视。科技知识的传播，已经成为当前我国促进社会主义物质文明和精神文明建设、维护社会繁荣稳定的一项重要任务，也是今后依靠科技进步，提高全民素质，使我国经济和科技得以持续、快速、健康发展的重要保证。今天的青少年，就是明天的主人。他们都是21世纪的主人，这些人的文化科学素养，标志着国家未来的盛衰强弱，标志着我国在世界之林的竞争能力，尽多尽快地培养科技人才，是时代的当务之急。我们要扩大他们的知识面，启迪他们的智慧，开阔他们的视野，造就他们，培养他们，使他们成为下一世纪的合格主人。自 17世纪以来，物理学一直为自然科学的领头学科，推动着各学科的发展，诱发出许多交叉分支学科和技术领域。物理学作为一门基础学科，又总是向人类智慧提出一些最深刻的挑战。因此，向青少年介绍一些现代物理前沿科学、物理学思想，将有利于青少年开阔眼界、诱发思维、启迪心智，有利于吸引和培养优秀的青少年从了解科学到热爱科学，早日选定自己的志趣从而献身科学。新会二中物理科组 目 录第一章 身边的力学1、漫谈人体的运动与力学.12、树木生长中的力学行为.23、“势如破竹”与混凝土中的力学知识4第二章 物理与生活4、音乐中的物理知识.65、涡流及其应用.86、超声波及其应用.107、移动通信技术的发展.118、磁悬浮技术的应用-磁悬浮列车13第三章 激光9、激光的形成与发展1510、激光技术与材料加工.1611、激光全息图像技术在防伪包装的应用.1812、激光武器的应用.20第四章 太空探索13、金星探秘.2214、火星探秘.2315、载人航天事业的发展.25. v.1 漫谈人体的运动与力学人体是个复杂的大系统生命离不开运动，人类的一切活动都离不开运动，竞技场上奥运健儿们的运动更是牵动着亿万人的心。与无生命的物体不同，人体的运动是受意识控制的运动，虽然也遵循力学普遍规律，但却具有特殊的复杂性。从动力学研究的观点出发，这种特殊性可以归纳为：（1）人体的“硬件”是由有限个部件用关节联结成的骨骼系统。（2）各相邻部件之间存在肌肉联系，可施加作用力以改变相对运动状态。（3）肌肉作用力受神经中枢“软件”的控制。因此，人体是由骨骼、肌肉和神经三个子系统构成的复杂大系统。除了各部件的机械运动以外，各相邻部件之间的肌肉控制力矩，感觉器官接收的输入信息和传递给肌肉的输出信息等都是比机械运动数量大得多的未知变量。它们的变化规律已超出了经典力学的研究范围。经典力学有用武之地吗.由伽俐略、牛顿奠基的经典力学发展至今已经达到尽善尽美的程度。宇宙万物的宏观运动无不可用经典力学解释，当然也应包括人体的运动在内。问题在于按经典力学普遍原理列出的动力学方程的数目远小于未知变量的数目。在这些未知变量中，引起困惑的肌肉收缩力和神经信息不是经典力学的研究对象，也难以被运动者本身感知，只有肌肉活动所引起的后果，即相邻部件的相对位置变动可以被感知和控制。体操运动员做一个高难动作时，他只关心手臂或腿的位置是否正确，不会去想关节上应加多大的肌肉收缩力或传递多大的神经脉冲。只要不追究肌肉施力的生物物理过程，并且假定运动者对肌肉的控制机能足够健全，人的主观意志就能通过肢体的相对运动体现出来。将相对运动规律作为附加的约束条件列出，就能从经典力学微分方程解出躯干运动的变化规律。这种研究方法十分有效，可以正确地解释人体运动和指导体育实践。单杠上的自激摆动悬挂在单杠上的运动员是一个复摆，但依靠收腹、屈臂和鞭打的联合动作能使稳定的平衡状态变为不稳定，产生振幅愈来愈大的摆动。这种称作振浪的体操动作是一种典型的自激振动。运动员根据自身摆动的位置控制肢体的动作。将这种协调关系写成约束条件，从动力学方程解出摆动规律，从而可以说明，正确的振浪动作使摆幅增大，错误动作反使摆动衰减。直立的人体为何不倒直立的人体是一个倒置的复摆，若不加控制是典型的不稳定平衡。人一旦感觉到重心有向一侧偏移的趋势，就立刻控制足底支承力的作用点向同一侧移动，同时向另一侧做弯腰动作以维持平衡。将这种协调动作写作约束条件，可以分析出，由不稳定平衡如何转变为平衡。由于重心水平运动的动力来自足底的静摩擦，因此受到地面能够提供的最大静摩擦力的限制。为保证控制作用有效，站立过程中重心的地面投影不得越出以支承足为中心的一个椭圆域，域的大小与地面摩擦系数成正比。在光滑的冰面上人容易摔倒是因为这个椭圆域缩小到接近于零的原因。怎样保持步行稳定人的步行是更复杂的运动。由于是单足支承，重心在地面上的投影经常越出足底与地面的接触面，不能像爬虫缓慢爬行那样随时满足静平衡条件。因此人的步行稳定性是一个动态过程，主要依靠足底摩擦力来保证，向前踏地时，摩擦力朝后，向后蹬地时摩擦力朝前的客观规律恰. v.好满足稳定性的要求。在地面上围绕支承足也可作出幅度与摩擦系数成正比的椭圆域。重心的地面投影必须保持在域内才能保证实现稳定步行。要使步行能连续进行，左、右足的椭圆域必须连通。因此跨步的距离必须受到限制，地面愈粗糙容许的步距愈大。田径运动员穿上钉子鞋就能大步奔跑，因为鞋底与地面的摩擦明显增强了。人怎样才能离地人体从受地面约束到腾空状态的转变依靠起跳运动实现。当足底的法向支承力消失，且重心具有垂直向上的速度时，人体就能解除地面约束。因此正确的起跳动作是从下蹲状态向上伸展肢体，使重心的垂直运动先加速后减速。加速的目的是积累离地速度，减速的目的是减小法向支承力。当负加速度与重力加速度相等时，支承力减小为零，人体离地跳起。肢体的伸展主要受膝关节的控制，因此，膝关节转角可作为起跳运动的控制变量。对运动员来说，最大跳跃高度是衡量跳跃质量的优化目标，由离地速度确定。要提高离地速度，起先必须用大力蹬地以获得最大的起始伸展速度。但随后的制动过程必须缓慢，因为过快的制动将使解除约束过早发生，致使人体尚未积累足够的垂直速度即离地跳起而影响成绩。与跳跃运动相反，竞走运动必须避免支承足离地面的犯规动作。由于解除约束是由重心的垂直加速度引起，因此运动员在步行过程中必须力图避免重心上下波动，从而形成了竞走运动员独特的扭臀动作。骑自行车的力学虽然自行车是最普及的交通工具，但是自行车运动的原理至今尚未完全弄清楚。自行车是受人控制的机械，若不考虑人的主观因素，会得出自行车稳定性只与车速有关，即车速太慢太快都会引起不稳定的错误结论。实际上，众所周知，自行车是否稳定完全取决于驾车人的技术。当驾车人感觉到车架向一侧倾斜时，会立刻控制车把使前叉朝同一侧转动。将这种控制规律作为自行车运动方程的补充条件进行计算，结果表明，所谓驾车技术完全是由控制规律体现的。选择适当的控制参数就能使自行车稳定。除了把手以外，人的腰部动作是另一个控制因素，所以，高明的驾车人双手脱把也能骑好自行车。总之，力学现象随处可见，只要大家细心观察，一定还能发现很多与我们人体运动有关的力学现象。2 树木生长中的力学行为树木人类的朋友远在恐龙漫游大地之前，地球上的树木已经是千姿百态，郁郁葱葱，花果芬芳，一派生机了。树木是木质多年生植物，通常把它分为乔木和灌木两种。乔木是l3米以上，只有一个直立主干的树木；灌木是直立的、具有丛生茎的树木。我国现有木本植物约 7000多种，属乔木者约占1/3以上，但是作为工业用材而供应市场的只不过1000种，常见的约300种。球上拥有充足的空气、水和阳光，这些是树木存活、生长和繁衍的必要条件。树木为生活在地球上的人类营造出了天然的乐园：树木的枝叶翻动摇曳，借助太阳光能蒸腾水分，增加地球表层空气湿度，缓解盛夏的炎热，是天然的“加湿器”和“空调器”；树木叶面能吸附和过滤灰尘、粉尘和烟尘，净化空气，是天然的“过滤器”。此外，树木还能吸收人们排放出的二氧化碳，放出氧气，调节空气的正常成分比含量，是“绿色工厂”；树木的集合，能够减弱风力和风速，保护土壤、建筑物等免受风蚀，是天然“风障”；树木能降低城市和街道噪声，是天然“隔音板”和“消声器”；树木能减弱降雨对地面的冲刷，减少水土流失.还有，树木为人类提供了丰盛的果实、药材和衣、食、住、行的原材料。因此，可以说，树木是人类不可多得的朋友，没有树木和森林，就没有人类的生活，更没有人类的生存与发展。树木人类真正的朋友。伴随流体输送现象的树木生长树木在生长发育过程中，形成了高度发达的营养体。水分及营养液等流体的输运现象始终伴随着树木营养生长的生理过程。这里仅简要地加以说明，树木由树梢沿主轴向上生长（高生长），也在土壤深处向下生长（根生长），中间的树干部分沿着径向生长（加粗）。前一年形成的树干部分到了次年不会再进行高生长。有人曾做过这样一个小实验：在距离地面1-2米处的树干上钉入一根铁钉，几年后树木长高长粗了，但那颗铁钉距离地面的高度却没有发生变化。树木从天上接受阳光的沐浴，到地下去寻觅水分，把原料从树根输送到叶片。由叶子制造养分，将养分向下输送，供给树木生长需要。这样，树木生长过程中，形成了非常协调完备的水分及养分的输送系统。一株红杉（美）树高达112米，一株杏仁桉（澳）树竟高达156米，一株银杏（中）树龄达3000年。那么对于如此高大、如此年久的树木，体内各种物质（水、矿物质、可溶性碳水化合物和激素等等）是怎样输送的呢.即树液（98的水和可溶矿物质）是靠什么力量由树根上升到树梢的呢.而营养液又是靠什么力量从叶部运回到根部的呢.同时，那些输送通路又是如何呢.为了弄清上述流体力学现象，我们先来观察一下树干的横切面，它的最外层是树皮（外皮），树皮里边一层是韧皮部（也叫内皮），经它将营养液由叶部输送到树木的其他部分（包括根在内）。再向内一层是形成层，它的细胞不断分裂，使树木沿径向生长而不断加粗。再往里是边材和心材，即木质部，木质部中被叫做导管的细胞组织，它将树液输送到茎和叶部。树木体内营养液的流动树木由绿色的叶子依靠由根系吸收的水分和矿物质，再通过吸收太阳能进行光合作用共同来制造有机物（糖类、酸类等）树木营养液，以供给树各部的生长、增强、修复组织和繁殖等等。那么，营养液是通过什么途径、以什么为动力来输送的呢.为此，科学家们做了许多实验，获取了不少数据，得出了如下一些结论：（1）环割实验证明，树木营养液是通过韧皮部的细胞以直线方式，即由上向运输，这是长途运输，而细胞间的运输则主要由胞间连丝为通道。（2）压力流动模型实验证明，树木营养液的流动动力是流体静压力。即净生产细胞（如一片成熟叶）由于光合作用制造大量糖而保持较高的溶质浓度，水便通过渗透作用不断进入净生产细胞，使胞内的流体静压力增加，迫使营养液经过胞间连丝进入韧皮部。而净消费细胞（可以是一个根细胞、一个有代谢作用的细胞，或一个果实细胞）由于呼吸、生长和储藏保持着较低的溶质浓度，胞内流体静压力较低。这样，营养液便沿压力梯度向下运输到根部。上述营养液在韧皮部的流动动力已经清楚，那么，它的流动速度又如何呢.近年来的研究表明：韧度部转移营养液的最高速度在阔叶树中是04-07米/小时，在针叶树中是018 -02米/小时。根据上述树木营养液的输送速度，对于一株30米高的松树和杨树，营养液由树冠输送到树根的最短时间分别为7天和18天，而对于112米的红杉来说约需20多天的时间。树木体内的水分流动水在土壤-树木-大气这个系统中的重要性，无论怎样强调都不过分。这是因为水的可利用程度是控制树木存活和分布的诸因子中最重要的一个。从生理方面来看，水能保持树木的细胞充分膨胀，使得细胞才能增长和变粗，树木才能生长和维持一定的形状，气孔才会张开，树木才会运动（如放叶和开花）。树木所需的水分几乎全部由根系（吸水器官）吸取，并沿木质部（从根部到叶部）向上长距离移动。那么，水分是靠什么动力来提升的呢.研究结果表明，动力有两种：一种是根压，另一种是蒸腾拉力。所谓根压是指树木根系的生理活动使树液从根部上升的压力。根压把根部的水分压到地面上部，土壤中的水分才能不断补充进来，从而形成根系吸水过程。这是由根部形成力量引起的主动吸水。不过，根压一般只有0.1-0.2MPa，只能使木质部导管中的水柱升高10-20米，而许多乔木的高度是远远超过这个数值的。树木叶片的蒸腾拉力也是体内水分上升的主要动力。蒸腾拉力是怎样产生的呢.当树木叶片蒸腾失水时，叶肉细胞便产生很低的水势，形成-3- -1MPa的负压，即产生对下部连续水柱的拉力，这就是蒸腾拉力。木质部导管中的水柱的上端受到强大的蒸腾拉力，克服水柱本身的重力和输运过程中产生的阻力，从而使水柱连续不断地进入叶部。可是，水柱在拉力作用下会不会断开呢.这取决于水分子间的吸收力（即内聚力）和水分子与管壁间的附着力的大小。据实验测定，05毫米直径毛细管中的水线，在20时可耐受27MPa的离心力而不断裂且不与管壁脱离。这个事实间接地说明了蒸腾拉力既能够把木质部中的水分拉到叶部，又不会把水柱拉断，从而使树木根部的水分源源不断地输运到叶部，保证了树木的枝繁叶茂。水分通过木质部由下向上流动，其速度因树种不同而异。据在树木胸高处测定，一般阔叶树种中环孔材水分流动速度为25-60米/小时。目前所知，欧洲栎环孔材水分流动速度高达 436米/小时；散孔材为1-6米/小时；而针叶树材一般为1-2米/小时。在树木的生长过程中伴随着各种各样的力学行为，这里介绍的内容仅仅是其中的一小部分。尽管人们从30年代已开始在宏观上，后来又在微观上进行了不懈地研究和探索，但仍有大量的力学问题有待解决。随着社会的发展，人类的步，树木这个难得的朋友，对人类将越来越重要。爱护树木，多植树木，就是进步。3 “势如破竹”与混凝土中的力学知识“势如破竹”纵横谈人们总喜欢用“势如破竹”一词来形容所向披靡、节节胜利，而破竹之势则又烘托出一种长驱直入的无比威力。这种说法经流传下来是有些年代了。我国历来多竹,不少南方人都有剖劈竹子的有趣经历：偌大青竹筒，利刃过处，节节响裂，钢刀长驱直入，毫无阻碍，施力式微，直贯到底。形容形势发展极其顺利、迅猛，说势如破竹，可谓贴切矣。竹子以其挺拔、高雅的素质，不屈不挠、奋发向上的精神风貌不仅历来被人们所称道，且还是大自然赐予的一种天然复合材料。从材质看，它的主体由一种纵向贯通型长纤维组成，这些长纤维处于基质之中，长纤维之间的亲和力很小。但是竹子的纤维分外致密、坚韧，具有强大的纵向抗拉、抗压能力。但若钢刀从它的端部猛力切入，纵向纤维间便会裂出一道楔形口，断裂力学上称为张开型裂纹或I型裂纹，在裂纹的尖端附近形成了一个强应力场（应力是单位面积上的内力）。应力在此处高度集中，因而此类张开型裂纹的破坏性最大；加以竹子长纤维间的亲和力原本就小，楔裂处不但迅即破坏，且随着钢刀的不断切入，加载速度提高，强应力场随之向前扩展，竹纤维间微弱的亲和力难以抵御迅速前移、高度集中了的强应力，于是刀刃未及，竹子便自动开裂。看来顺着纤维方向着力劈削，对竹子来说无疑是认定了它的弱截面，才出现淋漓痛快的势如破竹现象。出于“势如破竹”这条成语，人们似乎认为竹子耐力性差，只配做些竹篮竹筷之类的小东西了。殊不知换了一个方向，转它个90度，情况便会有天渊之别：如果钢刀从横向朝竹筒猛砍下去，刀子不是弹跳回来便是刃钝口缺，竹筒却是岿然不动的，至多略损些皮毛而已。这是因为竹子具有优化“复合材料”的表层，通体包裹着一层极为坚硬、耐磨的青皮，俗称“蔑青”。同一根竹筒，破竹之势在此似乎再也不灵验了。竹子的横向抗劈削能力是可以和一些有色金属相媲美的。不言而喻，横向截面是竹子抗劈削的强截面。于是在民间，对付竹子便因纵横有异，纵向才用刀劈，而横向呢，只得借重钢锯利齿的慢功夫了，两者不能混淆。从力学观点来推敲，“势如破竹”这条成语仿佛就应是势如破直竹才对呀！只是大家沿用久了，说到破竹，往往只想着纵向的，人们习惯于循着竹子纤维生长的方向来看问题，这大概也算是一种顺乎自然的心态吧。但若想利用竹子来制作构件，最起码也得了解这种材料纵、横向抵抗破坏的能力，即浅近的力学知识，这就是被意大利杰出的科学家伽里略赞誉为“美丽而有用的科学”材料力学所研究的课题。伽里略一生对材料力学孜孜不倦的探索、钻研，使他也成了这门学科当之无愧的奠基人之一。材料力学是一门研究构件的强度、刚度和稳定性的科学。为了方便起见，一般就先假定好材料的各个方向都具有相同的力学性能，这在力学上称为各向同性。工业上所用的锻钢、铸铁、紫铜、塑料等等许多人工材料与这一假定大致吻合。唯有竹子等天然材料例外，而竹子的纵、横力学性能相差又过于悬殊，万不能也认为是“各向同性”了。果真有人难得糊涂若此，在工程上就要出问题了。但也只要明白并顾及此点，竹子就能驯服地为人类服务，而不至于耐不得力的。我们用竹子做成杠棒、扁担、躺椅、竹床、精巧剔透的小竹楼乃至在小型混凝土预制件中替代钢筋的位置都是范例。只要略作分析，我们就不难发现在这些构件中，竹子所受到的要么是一种横向载荷或是一种纵向的集结力，这些都是竹子的“强项”，而决不去选定竹子的弱截面，着力形成劈削。这就避开了它的弱势，发挥了它的长处，因而是决无“势如破竹”之虞的。经验和教训告诉我们：竹子固有它自己的客观特性，使用时要切实扬长避短，方能物尽其用。细细想来，物尽其用固然如此，人尽其才，又何尝不是如此呢。混凝土的发展与力学人们最早利用混凝土只不过把它当作人造石材，但今日的混凝土已经渗透到我们生活、生产的各个角落，那么，为什么混凝土能得到如此广泛的应用呢.首先是混凝土找到了一个很好的伴侣钢材。混凝土的膨胀系数与钢材很接近，因此它可以与钢材紧密结合起来。另一方面混凝土善于受压，钢材善于受拉，两者结合起来作为梁来使用时正好能够发挥彼此的长处。因为在梁里总是有一侧受压另一侧受拉的，而且它在受载过程中，要产生向下的弯曲变形，这必然使上边的材料缩短，下边的材料拉长，即总是上边受压下边受拉。进一步可以说：任何承受弯曲的构件总是一边受拉，一边受压，若把钢筋放在受拉一边，将混凝土放在受压一边，正好符合梁内的受力分布，得到很好的效果。随着科学技术的发展，新的矛盾产生了，钢材的耐拉能力随着钢材性能的改进愈来愈高，可是它的弹性模量并没有增加，弹性模量是反映材料每单位伸长所需要的力。现在抗拉能力提高了，弹性模量没有增加，说明钢材在拉断时比以前伸的更长了。粘结在钢材旁边的混凝土本来就怕受拉，现在必然会裂得更加厉害而使构件无法正常使用。这就使能经拉的钢材，也就是高强钢材无法在钢筋混凝土构件中采用。为了克服这一弱点，人们设法先将钢筋拉紧，然后再在其四周浇筑混凝土，待混凝土凝固并与钢筋产生粘结力以后再放松拉紧了的钢筋。这时靠它们彼此间的粘结力使一部分预先拉紧钢筋的力量传到混凝土上，使在钢筋周围的混凝土受到预压力，而处在与钢筋相对一侧的混凝土受到预拉力，整个梁好像受到反方向的弯曲而拱起，这种现象称作反拱。反拱起来的梁、板在使用载荷下又重新弯回来。在相同的下垂变形条件下，经反拱的梁、板当然能承受更大的载荷，使其既不开裂也更不易破坏，这种被预先拉紧的钢筋做成的构件称作预应力混凝土构件。经过进一步探索，发现钢筋预加应力后在构件内呈直线状态。因为只要拉紧了，它就绷直了。可是直线位置的钢筋并不是最合宜的位置，于是开始探索曲线配置预应力钢筋的方法。首先想到的是在混凝土中预留孔道，待混凝土硬化后再穿钢筋，然后再张拉钢筋，向孔道里浇注水泥浆，使钢筋与混凝土间产生粘结力，形成预应力构件，这种构件里的钢筋允许有小量的弯曲。它称作后张法预应力构件，以便区别于前面先张拉钢筋再浇注混凝土的先张法预应力构件。小量的弯曲还不能满足人们的愿望，于是放弃了钢筋与混凝土粘结的要求，将高强度钢材用隔离剂与混凝土分割开，先将这种钢筋按要求的曲线形状放好后再浇混凝土，由于存在隔离剂，钢筋可以在其中自由抽动，当然也就可以张拉这种曲线配置的钢筋了。张拉好以后再靠锚固技术将钢筋在两端锚固在混凝土上，中间仍保持无粘结状态。可以想象，这种锚固技术要求相当牢靠。只要锚固牢靠，它同样起到了预加应力的效果，这就是无粘结预应力混凝土。因为钢筋可以在混凝土中自由抽动，它的设计计算方法与一般有粘结力的预应力混凝土构件不同。人们没有停止前进的步伐，又进一步将优化理论应用到预应力构件上来。他们发并不是钢筋预拉得越紧越好，而是有一个最优的拉紧程度。这样，当解决了精确控制钢筋张拉力的技术以后，人们研制出了所谓部分预应力混凝土构件，这种构件既能满足承载能力、变形与开裂程度的要求，又处于最经济合理的状态中。第二章 物理与生活4 音乐中的物理知识科学与艺术的关系在近几年又被不少人重新提出来了。事实上它是一个一直被前人先哲们争议不休的古老课题。自古至今，多少科学家、艺术家、哲学家对此发表过他们的真知灼见。随着近代科学的发展，人类又重新认识了科学与艺术之间不可分割的内涵所在。当前，科学与文化的发展，除了有各门学科各自的前沿以外，还有三个特点：一是各种门类学科，包括自然科学、社会科学、技术科学、哲学和艺术等学科的交叉与渗透；二是作为主体的人和客观世界的融汇和结合，人们越来越看到自身的价值；三是计算机的渗入。音乐就处在这三个特点的交汇处。以往以研究音乐的客观基础及乐器发声为对象的科学音乐声学，现在已涉及到物理学、音乐艺术、电子学、计算机科学、生理学、心理学、美学等学科。因此，现代的音乐声学已经是一门与高科技结合的新的交叉学科。一场音乐会中的物理问题到现场去听一场音乐会，这是一种文化，一种享受，也是一种感情的交流，还可以说是一种美的升华。然而你知道吗.在音乐中还包含了许许多多的物理问题。报幕员出来了，如果是一个不用扩音设备的音乐厅，那他站的地方一定是舞台正中偏前的位置，在这个位置上讲话，全场听起来最清晰，声音也最响。北京中山公园音乐堂的舞台干脆做成一个扇面，报幕员站在扇面的焦点上。音乐厅的听众大厅，有的做成长方形，有的是扇形。顶棚有的高，有的低。四边的墙壁常常用木板做成“孔隔”、“窝状”。这些都是通过声音的反射来控制声音的音质及其在大厅内的分布。还有，帷幕、座椅、顶板、墙壁、地毯等都有吸声的问题。乐队上来了，为什么第一小提琴、第二小提琴、中提琴、大提琴和大贝司之间有一定数量比例.为什么弦乐器与管乐器之间又有一定数量比例.所谓单管制、双管制、三管制的管弦乐队配置又意味着什么.乐队在舞台的位置如何.同一类乐器处在一起是为了什么等等。这里包括有音量问题和音色问题，即声音的叠加和强弱的配比，而在强弱的比例中又还有音色的配比。各种乐器的发声机理当然是物理问题，不同的乐器有不同的音色，因此，乐器之间都有着传统的“搭配”。乐器的分类方法最普遍的也是最科学的是按其发声的物理机制分类。和声、和弦、声音的协和以及中国唢呐的“不合群”等也是一种物理现象。而配器，也无非是各种音色、音量的搭配和穿插。你能同时听到并分辨出不同乐器，这是由于声波独立传播的性质造成的。如果剧场用了扩音器，或者是录音设备，那么，舞台上分布的、乐队前摆放的、歌唱者手里的传声器，俗称“麦克风”，无论从其类别、性能、放置位置、高度、相互间的距离等都是不同的。这些都是音乐电声问题。音乐电声问题还有音箱的类别、性能、个数、放置位置等。弄得不好，还会有反射声与歌唱声脱节，扬声器发出尖叫声等。舞台上现在有声控的音乐灯光，也是靠声音的强弱去控制的，这也是涉及到物理方面的问题。音乐的物理内容既然我们明确了音乐是声音的一种，现在，让我们从学科的角度来看一看音乐的物理内容。由于声音是振动的传播，因此，物理学就是音乐的自然科学基础，音乐中包含着许多的物理内容。音乐的产生，也就是音乐声源，如弦振动、簧振动、膜板体振动、人的歌唱以及电振荡等属物理声学问题。音乐在各种场合的传播，涉及声的反射、折射、绕射、吸收和隔声等也是物理内容。电声音乐中的换能是把音乐的振动转换成电的振动，然后进行加工、控制，这是电学和声学的换能，也包括信号处理、调制、放大等物理内容。乐器制造实际上是一件发声的物理仪器的制造，音乐的测量，包括频率、强度、时间、频谱、动态等都是物理测量，制造乐器的许多材料性能测量也都是物理测量。研究音乐性质如音质好坏、振动模式等，都是利用物理方法。音乐声的心理、生理实验方法，实际就是物理实验方法在音乐中的运用。音乐研究离不开物理，但是，物理又不是音乐的唯一内容，音乐声学还要把物理和生理、心理因素结合起来，例如：音质的好坏，除了客观地用物理仪器测量以外，还要有主观评价。要把主观评价的客观基础与主观感受联系起来。因此，音乐要反映主体与客体的关系，这里也有审美问题。人对音乐的感知大多是通过耳朵的。立体声效果是建立在双耳效应的基础上。耳朵的能分辨阈值，包括对音调的差别、声强的差别、时值的低限等，都要与客观的物理量结合起来考虑，这是音乐与生理的直接关系。还有，音乐反映人们的心理状态，传递人与人之间的感情，这又是音乐与心理学的关系。“声声慢”与“节节高”声的传播速度当你在校园里的某一处听广播喇叭里播的乐曲时，如果你能同时听到两个扬声器发出的声音，有时你会听到两个声音是一先一后的。产生这些现象的原因是你所在的位置与两个扬声器的距离不同，而且相差较大，而声音的传播是有一定速度的缘故。一位歌唱演员，有一次在剧场里演出时使用扩音设备中扬声器里播放的伴奏带作为伴奏音乐。她总是觉得自己的歌声在往后拖，于是不断地放慢速度“等”着，而结果是越拖越慢，成了“声声慢”，而砸了锅。究其原因，是没有在舞台上放返送音箱，她听到的是台前向观众的扬声器中播出又从剧院后墙反射回来的伴奏音乐。由于声的传播有一定速度，当然就比唱歌后拖一定时间，有个“时间差”。你等它，“时间差”依然存在，就越拖越慢了。就如我们先看到闪电，再听到雷声一样，这说明声音传播的速度比光速小，并且是可以感觉到的。人们测定在空气中传播的声速大约是每秒钟 340米左右，声音在液体和固体中传播的速度要比空气中的传播速度大。人们把耳朵贴在地上，可以比站着先听到远处的马蹄声。声音传播的速度还与传播介质的温度有关。介质温度越高，传播速度越快。声音随着传播介质的温度变化，这点在音乐表演中有很重要的影响。当我们用嘴吹奏笛子、小号等管乐器时，特别是在冬天，会由于人的气息给予的热量而使管内的空气温度升高。这样，由于管乐器的音调与空气中的声速成正比，就会使乐器声的频率变高，成为“节节高”乐队。或者使管乐器的声音与弦乐器等音调随着温度变化不大的乐器的声音脱节，而为对不准音的“多调乐队”，这将会造成不堪设想的后果。音乐与物理的关系有很多，如声强、声压、声能分布形成的声场、音乐声的传远和衰减等等问题；如各种声谱、旋律、节奏、立体声等问题；如音乐声波在各种介质中的传播，音乐声波与温度的关系等问题；如音乐声的反射、吸收、独立传播等等。还有乐器本身是一种产生音乐声的物理仪器，它的分类、材料的性质、结构、振动的模式、声学参数、调试、维护、测量、表演等无不涉及物理问题，电声乐器的发声原理及调试加工、音响设备、音乐在厅室里的传播、歌唱发声的原理以及研究音乐的方法等，也都离不开物理。5 涡流及其应用涡流是“涡电流”的简称，也称为“傅科电流”。它是这样来描述的：当大块导体放在变化着的磁场中或相对于磁场运动时，在这块导体中也会出现感应电流。由于导体内部处处可以构成回路，任意回路所包围面积的磁通量都在变化，因此，这种电流在导体内自行闭合，形成涡旋状，故称为涡电流，以“i涡”表示。如果我们仔细观察发电机、电动机、和变压器，就可以看到，它们的铁心都不是整块金属，而是用许多薄的硅钢片叠合而成。为什么这样呢. 原来，把块装金属置于随时间变化的磁场中或让它在磁场中运动时，金属块内将产生感应电流。这种电流在金属块内自成闭合回路，很像水的漩涡，因此叫做涡电流简称涡流。整块金属的电阻很小，所以涡流常常很强。如变压器的铁心，当交变电流穿过导线，时穿过铁心的磁通量不断随时间变化，它在副边产生感应电动势，同时也在铁心中产生感应电动势，从而产生涡流。这些涡流使铁心大量发热，引起较大的涡流损耗。涡流的热效应对变压器和电机的运行极为不利，首先，它会导致铁心温度升高，从而危及线圈绝缘材料的寿命，严重时可使绝缘材料当即烧毁。其次，涡流发热要损耗额外的能量（叫做“涡流损耗”），使变压器和电机的效率降低。涡流损耗的大小与磁场的变化方式 、导体的运动 、导体的几何形状、导体的磁导率和电导率等因素有关。为减少涡流损耗，交流电机、电器中广泛采用表面涂有薄层绝缘漆或绝缘的氧化物的薄硅钢片叠压制成的铁心，这样涡流被限制在狭窄的薄片之内，磁通穿过薄片的狭窄截面时，这些回路中的净电动势较小，回路的长度较大，回路的电阻很大，涡流大为减弱。再由于这种薄片材料的电阻率大（硅钢的涡流损失只有只有普通钢的1/5至1/4），从而使涡流损失大大降低。涡流的热效应在金属圆柱体上绕一线圈，当线圈中通入交变电流时，金属圆柱体便处在交变磁场中。由于金属导体的电阻很小，涡电流很大，所以热效应极为显著，可以用于金属材料的加热和冶炼。利用涡流的热效应进行加热的方法叫做感应加热，冶炼金属用的高频感应炉就是感应加热的一个重要例子。当线圈通入高频交变电流时，在线圈中的坩埚里的被冶炼金属内出现强大的涡流，它所产生的热量可使金属很快熔化。这种冶炼方法的最大优点之一，就是冶炼所需的热量直接来自被冶炼金属本身，因此可达极高的温度并有快速和高效的特点。此外，这种冶炼方法易于控制温度，并能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，因此适于冶炼特种合金和特种钢等。电磁炉（又名电磁灶）也是应用涡流热效应的一个例子。它是无需明火或传导式加热的无火煮食厨具，完全区别于传统所有的有火或无火传导加热厨具（炉具）。电磁炉作为厨具市场的一种新型灶具，它打破了传统的明火烹调方式采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。涡电流的机械效应电磁阻尼即涡电流还可以起到阻尼作用。利用磁场对金属板的这种阻尼作用，可制成各种电动阻尼器，例如磁电式电表中或电气机车的电磁制动器中的阻尼装置，就是应用涡电流实现其阻尼作用的。电磁驱动这是对电磁阻尼作用起着阻碍相对运动的另一种形式的应用。感应式异步电动机就利用了这一基本原理。涡流的磁效应把铜板做成的摆放到电磁铁的磁场中，当电磁铁未通电时，摆要往复多次，摆才能停止下来如果电磁铁通电，磁场在摆动的铜板中产生涡流。涡流受磁场作用力的方向与摆动方向相反，因而增大了摆的阻尼，摆很快就能停止下来。这种现象称为电磁阻尼。电磁仪表中的电磁阻尼器就是根据涡流磁效应制做的，它可使仪表指针很快地稳定在应指示的位置上。此外，电气机车的电磁制动器也是根据这一效应制做的。涡流检测技术电涡流检测的工作是运用电磁感应原理,通过线圈将变化的交流磁场引入导电材料，当磁力线穿过被检测的金属零件时，将在零件内部产生频率范围从500Hz到几兆赫的微小电流，这种电流称为涡流。对于由测头线圈产生的初始电流而言，涡流是一种阻抗，它将产生与初始交流磁场方向相反的二次磁场。大多数电涡流检测系统均采用单线圈测头，测头中的线圈既可产生电磁场，同时又可读取自身电磁场的变化，这与雷达系统既可发射信号又可接收自身信号的原理类似，不同之处仅在于雷达系统发射和接收的是声波或无线电波，而电涡流检测系统发射和接收的是电能量信号。由于电涡流检测原理的实质是对材料导电率的检测，因此电涡流检测系统非常适合用于检测非铁磁体材料（如铝）。随着汽车制造业使用铝合金零件越来越多，电涡流检测技术也日益受到汽车制造商的青睐。电涡流检测技术并非只能用于检测铝、奥氏体不锈钢等非铁磁体材料，它同样也可用于检测黑色金属材料工件（如铸铁等），但检测之前需要对仪器进行调整，以补偿此类材料较低的导电率。对于加工质量未知的待检测零件，由于热处理状态、材料成分、工件形状等因素的影响，其金属结构可能与加工质量优良的标准零件之间存在细微差异，用电涡流检测仪器可以检测出这种差异。此外，电涡流检测系统还可以检测出被加工表面以及表面以下部位的材料缺陷。为了保证测量的正确性和有效性，在进行实际测量之前，必须根据轮廓尺寸已知的标准零件对检测仪器进行定标置零，然后以标准零件为测量基准对其它的未知零件进行相对测量。检测方式通常是将被测零件的电信号与标准零件的电信号直接进行比较，如果其误差超过了设定的公差范围，则判定其不合格并将其剔除。因此，利用涡流原理可以解决金属材料探伤、测厚、分选等问题。6 超声波及其应用人耳最高只能感觉到大约 20 000 Hz 的声波，频率更高的声波就是超声波了。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律并没有本质上的区别。但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：传播特性超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，这一特性就越显著。功率特性当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功，声波功率就是表示声波作功快慢的物理量。在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。理论研究表明，在振幅相同的情况下，一个物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比,而超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，所以超声波与一般声波相比，它的功率是非常大的，因而能量很大。超声波的技术应用概括起来主要是利用它能量大和沿直线传播这两个特点展开的。超声波技术的应用(1)超声探伤、测厚、测距、医学诊断和成像。我们知道声波能够绕过障碍物继续传播，但是，波长越短，这种衍射现象越不明显，因此，超声波基本上是沿直线传播的，可以定向发射。如果渔船载有水下超声波发生器，它旋转着向各个方向发射超声波，超声波遇到鱼群会反射回来，渔船探测到反射波就知道鱼群的位置了，这种仪器叫做声纳。声纳也可以用来探测水中的暗礁、敌人的潜艇，测量海水的深度等。在工业生产中常常运用超声透射法对产品进行无损探测,超声波发生器发射出的超声波能够透过被检测的样品，被对面的接收器所接收，如果样品内部有缺陷，超声波就会在缺陷处发生反射。这时，对面的接收器便收不到或者不能全部收到发生器发射出的超声波信号。这样，就可以在不损伤被检测样品的情况下，检测出样品内部有无缺陷。在医疗诊断中则常采用回声法：将弱超声波透入人体内部，当超声波遇到脏器的界面时，便发生反射和透射。透射入脏器内部的超声波，再遇到界面时还会再次发生反射和透射，超声波接收器专门接收各次的反射波。医务人员根据所收到的各次反射波的时间间隔和波的强弱，就能够了解到脏器的大小、位置及其内部的病变等,因为人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的，健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样，我们平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声波进行造影，帮助医生分析体内的病变。根据同样的道理也可以用超声波探测金属、陶瓷混凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞和裂纹。(2)超声处理。超声处理主要是利用它的功率特性和空化作用，改变或者加速改变物质的某些物理、化学、生物特性或状态,利用强超声波进行加工、清洗、焊接、乳化、粉碎、脱气、医疗、种子处理等，已经广泛地应用于工业、农业、医疗卫生等各个部门。空化作用当超声波在液体中传播时，由于液体微粒的剧烈振动，会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，起到了很好的搅拌作用，从而使两种不相溶的液体(如水和油)发生乳化，并且加速溶质的溶解，加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。在我国北方干燥的冬季，利用空化作用把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气的湿度，这就是超声波加湿器的原理。对于咽喉炎、气管炎等疾病，药力很难达到患病的部位，利用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够增进疗效。利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎。在工业上可以利用超声波对金属零件、玻璃和陶瓷制品进行除垢，如果在放有这些物品的清洗液中通入超声波，清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢，就能够很快清洗干净，既能免除了人工清洗的烦恼又节省了大量的时间,还可以利用强超声波对钢铁、陶瓷、宝石、金刚石等坚硬物体进行钻孔和切削加工。平时我们用锤子和钢钎可以一下一下地将坚硬的岩石打出洞来，超声加工也是这个道理，利用紧压在工件上的金属变幅杆，当绕在它上面的线圈中通过交变电流时，它便产生超声振动而不断地敲击工件。变幅杆下端与工件之间放有金刚砂一类的高强度磨料,在杆的冲击下，磨料的颗粒就像被锤子敲击的钢钎一样錾削着工件。虽然变幅杆的伸缩量很小(只有几十微米)，每次的加工量很小，但由于超声源的频率很高，每秒钟振动在20000次以上，所以工件被“蚕食”的速度是很快的。变幅杆底端的形状是什么样，加工出的工件形状也是什么样。所以，利用超声波可以加工出形状复杂的零件，而且加工的精度和光洁度也都很高。超声波技术的发展很多动物都有完善的发射和接收超声波的器官。以昆虫为食的编幅，视觉很差，飞行中不断发出超声波的脉冲，依靠昆虫身体的反射波来发现食物。海豚也有完善的“声纳”系统，使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置。现代的无线电定位器雷达，质量有几十、几百、几千千克，蝙蝠的超声定位系统只有几分之一克，而在一些重要性能上，如确定目标方位的精确度、抗干扰的能力等都远优于现代的无线电定位器。深入研究动物身上各种器官的功能和构造，将获得的知识用来改进现有的设备和创制新的设备，这是近几十年来发展起来的一门新学科，叫做仿生学。随着科学技术的发展，超声波技术的应用一定越来越广泛，希望同学们通过努力的学习，将来有更多的发现和发明，为社会的发展和进步做出应有的贡献。7 移动通信技术的发展说起通信技术，大家都不感到陌生，现代的通信技术不但可以听到千里之外的声音，还可以看到千里之外的人和事。这大大拉近了人与人之间的感情，大大缩短了地域之间的距离。但你可知道，人类为了移动通讯技术的发展而付出的大量的心血。古代的通信开始，人们向远处喊话时，为了把声音传得更远，常常用手围成喇叭形状，放在嘴前。这样虽然可以使声音传得远些，但是，最远也只有一二百米。后来人们发现，鼓的声音浑厚有力，可以传得很远，即使在七八里外也可以听见。于是，人们编出“击鼓语汇”，用多种多样的鼓点来表达各种不同的意思。一个鼓手敲鼓时，邻近的鼓手们便一个接一个地重复着相同的鼓声，这样，一个信号站、一个信号站地传下去，这种设置接力站传递信息的方式，为现代的微波中继通信提供了雏形。我国早在周朝，就是公元前1000 年左右，就发明了类似的通信方式，并且传递速度比鼓声传递还快。这就是所谓“火光电报”烽火通信。，每当一个台“报警”，邻近的台看见之后，马上也放烽火，一台接一台把消息迅速传到远处。在没有烽火台的地方，信息便以书信的方式传送。送信人乘车或骑马，每经一段路设立一个驿站，像现在的邮局一样。送信的人，身骑快马，昼夜兼程，用最快的速度传送信件，用这样的办法，一天可走300 里。现代的移动通信我们所说的移动通信，就是指电话机、寻呼机、传真机等在移动过程中的使用。它们可以在奔驰的汽车里、火车上，在水中的船舶和空中的飞机里使用。他们通过无线电波来传递声音、文字、图像等信号来实现通信的目的。移动电话是多种多样、五花八门的。有神奇的“大哥大”，有无绳电话、寻呼找人的 BP 机、便携式传真机，还有汽车电话、船舶电话和航空电话等。这么多移动通信设备，各有各的用处，各有各的特点，真是八仙过海，各显神通。“大哥大”“大哥大”是一种移动通信工具，不管是在天空还是地上，走着还是跑着，只要手里有个电话机，只要是在无线电波能够到达的地方，电话就可以打通了。用“大哥大”打电话，在使用方法上与普通电话完全一样。按一下“大哥大”上的一个按钮，电话就处于普通电话拿起听筒的状态，“大哥大”里的小发射机就把信号用无线电波发射出去了。拨号时，“大哥大”的发射机将拨号的脉冲变成无线电波，发往基地，基台又与移动电话交换局联系。如果你所要的电话是个有线用户，移动局就会接通有线局的中继线，询问有线电话局有没有空闲的线路，若有，发送振铃信号，对方电话铃响。当移动电话从一个无线电服务小区进入另一个小区时，移动电话交换机会自动命令通话中的移动台改换频道，以便马上与第二个小区的基台联系。如果某个地区的移动用户突然大大增加如同马路上车辆阻塞一样，电话总是“占线”，谁也打不通。这种情况下，移动电话交换机就进行自动控制，临时调用邻近基台的无线频道以保证这一地区移动电话的正常使用。现在大家用的手机就是由“大哥大”逐渐发展不断改进而形成的。无绳电话无绳电话它的主机与电话线相接，和普通的有线电话一样，而副机却可以随身携带。无绳话机的机身相当于移动电话中的基台，一般放在固定地点，与电话线相连。当手机与机身放在一起时，手机内部的蓄电池接受机身送来的电流进行充电，这时整个无绳电话与普通电话没有两样。一旦手机从机身上取下，它们双方内部收发信机就自动开始工作。第一代无绳电话，每个主机只有一部手机，只有一个固定的频率，持手机的人，只能向外拨电话，不能接电话，而且使用的是模拟无线电信号，话音质量很差。它还有一个大缺点：如果隔壁的邻居也有一部无绳电话，使用相同的频率，那么你的隐私就能被人听到。现在的无绳电话已经大大改进了。机身和手机之间传输的是数字信号，这样就可以进行话音加密，防止窃听；一部机身还可以跟好几部手机进行通话；不光能够打出，而且还能够打入。它还备有好几个信道，不会因邻居家的无绳电话占用了频道而影响你的使用BP 机BP 机实际上是一种无线寻呼机只能接收无线电信号，不能发送信号，所以是单方向的移动通信工具。普通型的数字寻呼机，外型小巧，比一包香烟还小，可以方便地放在衣袋中或者别在腰间。一旦收到寻呼信号，它会发出几声轻微的“B，B”声，提醒人注意。为了不干扰别人，也可以关上声音开关，寻呼机只是发出一阵阵机械振动，就像按摩器那样的轻微颤动，只有携带者本人才能感觉得到。寻呼机收到信号后，液晶屏幕上会显示出一些阿拉伯数字和英文字符，它们表示电话号码和简短话语。显示英文字符，使中国人用起来不方便，于是又有了汉字显示BP 机。这种BP 机不但能显示电话号码，同时也可传输简单信息。汽车电话与船舶电话 汽车电话就是把无线电话安装在汽车上，人们就可以充分利用路途中的时间进行通信联系。汽车电话上有一个小型控制器，上面有拨号键和开关，还有一个送受话器。控制器通常在司机室内，与仪表、收音机等装在一起，收发信机安放在座位下面，不会妨碍乘客的活动，天线装在车顶。使用汽车电话，和使用普电话一样，十分方便。船舶电话和汽车电话一样，是把无线电话安装在船上，沿岸设立基地台，使无线电波覆盖沿海海面。为了增大船、岸之间的通信距离，一般将基地台安装在地形最高的地方。如果船上的海员想与家人通电话，船舶电话就把电波发射到基地台，经中继线传至陆地有线电话局，电话局的线路把家里的电话接通。航空电话 飞机上的无线通信，最早始于第一次世界大战。飞机在空中激战，飞行员要时时刻刻与战友保持联系，协同作战，还要和地面指挥员联系，接受命令，可以说是战争促进了空中无线通信技术的发展。随着航空事业的发展，航空公司在一些大型客机上安装了空对地航空电话这些航空电话与各城市的电话网相联，旅客只要将信用卡插入电话机中，直拨对方的电话号码，就可以和地面通信，使用起来跟打普通电话一样。近年来，一些航空公司还向乘客提供了全球卫星通信业务。乘飞机的旅客可以在飞机上使用无线电话与地面上的国际电话网络进行通信，并且可以进行计算机通信。21 世纪的通信由于微机技术和超大规模集成电路、程控交换技术的开发应用，移动通信正步入了ISDN 时代。ISDN是一种能够提供各种通信服务的，全世界范围的公用通信网。也就是说，人们可以在ISDN 网中进行计算机数据、图文传真、电视图像等各种通信。8 磁悬浮技术的应用 -磁悬浮列车 磁悬浮列车是由无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统组成的新型交通工具，简单地说，排斥力使列车悬起来、吸引力让列车开动。磁悬浮列车分为超导型和常导型两大类。常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁浮列车transrapid为代表，它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的气隙较小，一般为10毫米左右。常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400-500公里。而超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型，以日本MAGLEV为代表。它是利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车悬起，悬浮气隙较大，一般为100毫米左右，速度可达每小时500公里以上。这两种磁悬浮列车各有优缺点和不同的经济技术指标，德国青睐前者，集中精力研制常导高速磁悬浮技术;而日本则看好后者，全力投入高速超导磁悬浮技术之中。简单地说，从内部技术而言，两者在系统上存在着是利用磁斥力、还是利用磁吸力的区别。从外部表象而言，两者存在着速度上的区别：超导型磁悬浮列车最高时速可达500公里以上（高速轮轨列车的最高时速一般为300350公里），在1000至1500公里的距离内堪与航空竞争；而常导型磁悬浮列车时速为400-500公里，它的中低速则比较适合于城市间的长距离快速运输。常导型磁悬浮列车 常导型也称常导磁吸型，它是利用普通直流电磁铁