周鳳林、王曉蕪、胡炳元主編的《推動當今的世界》為“物理大視野”第三冊，本書展示以相對論與量子力學為基石的現代物理學，以及資訊時代與高新技術的進步。在這裡，我們可以看到被物理學之光照亮的各個領域，一起思索原子能、半導體、雷射、計算機這20世紀的四大發明是如何讓世界日新月異的。
基本介紹
- 中文名：物理大視野：推動當今的世界
- 書名：物理大視野:推動當今的世界
- 出版社：上海科技教育出版社
- 頁數：210頁
- 開本：16
- 品牌：上海科技教育出版社
- 作者：周鳳林 等
- 出版日期：2012年8月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：9787542854001, 7542854003
基本介紹,內容簡介,作者簡介,圖書目錄,文摘,後記,序言,
基本介紹
內容簡介
周鳳林、王曉蕪、胡炳元主編的《推動當今的世界》為“物理大視野”第三冊，本書展示以相對論與量子力學為基石的現代物理學，以及資訊時代與高新技術的進步。在這裡，我們可以看到被物理學之光照亮的各個領域，一起思索原子能、半導體、雷射、計算機這20世紀的四大發明是如何讓世界日新月異的。
作者簡介
周鳳林，現任上海市嘉定二中黨總支書記、校長，中學高級教師，華東師範大學兼職教授，上海市德育管理實訓基地主持人，上海市嘉定區學術技術帶頭人，上海市嘉定區學校德育研究會副會長，浙江省班主任研究中心兼職研究員，上海市嘉定區班主任中心組專家顧問成員。
從事教育工作33年，先後承擔了全國教育科學“十一五”規劃課題“高中物理課堂小實驗的開發與套用研究”等3個國家級課題及“中青年教師培養‘1369’工程研究”等3個上海市嘉定區重點課題。出版《班主任攻略》、《“問題解決、嘗試研究”的研究型課程的探索》、《公民道德修身課程》等論著7部，發表教育教學論文26篇。
從事教育工作33年，先後承擔了全國教育科學“十一五”規劃課題“高中物理課堂小實驗的開發與套用研究”等3個國家級課題及“中青年教師培養‘1369’工程研究”等3個上海市嘉定區重點課題。出版《班主任攻略》、《“問題解決、嘗試研究”的研究型課程的探索》、《公民道德修身課程》等論著7部，發表教育教學論文26篇。
圖書目錄
第一章 能源科學與新能源
第一節 能源概況
第二節 能源的利用和開發
第三節 核電站——裂變反應堆
第四節 可控熱核聚變反應
第二章 光源技術與新光源
第一節 光源分類
第二節 電光源
第三節 氣體放電光源
第四節 半導體發光
第五節 雷射
第六節 第四代光源——同步輻射光源
第三章 納米科學與技術
第一節 納米科學技術簡介
第二節 納米科學技術發展
第三節 納米技術的套用及其前景
第四章 新材料與新材料技術
第一節 超導材料
第二節 儲氫材料
第三節 新型陶瓷材料
第四節 富勒烯
第五節 石墨烯
第六節 光子晶體
第七節 新材料展望
第五章 信息技術
第一節 信息的獲取
第二節 信息的傳輸
第三節 信息的處理
第四節 信息的快捷交換——計算機網路
第五節 計算機網路系統的安全
第六章 物理學與生物學
第一節 概述
第二節 生物力學
第三節 非平衡態熱力學與生命科學研究
第四節 量子生物學
第五節 孤立子與生命活動
第六節 納米生物學及單分子的操作
第七節 生物的凝聚態
參考文獻
後記
第一節 能源概況
第二節 能源的利用和開發
第三節 核電站——裂變反應堆
第四節 可控熱核聚變反應
第二章 光源技術與新光源
第一節 光源分類
第二節 電光源
第三節 氣體放電光源
第四節 半導體發光
第五節 雷射
第六節 第四代光源——同步輻射光源
第三章 納米科學與技術
第一節 納米科學技術簡介
第二節 納米科學技術發展
第三節 納米技術的套用及其前景
第四章 新材料與新材料技術
第一節 超導材料
第二節 儲氫材料
第三節 新型陶瓷材料
第四節 富勒烯
第五節 石墨烯
第六節 光子晶體
第七節 新材料展望
第五章 信息技術
第一節 信息的獲取
第二節 信息的傳輸
第三節 信息的處理
第四節 信息的快捷交換——計算機網路
第五節 計算機網路系統的安全
第六章 物理學與生物學
第一節 概述
第二節 生物力學
第三節 非平衡態熱力學與生命科學研究
第四節 量子生物學
第五節 孤立子與生命活動
第六節 納米生物學及單分子的操作
第七節 生物的凝聚態
參考文獻
後記
文摘
一、能源分類
(一)按照形成和來源，能源大體可分為三大類：
第一類是來自地球以外天體的能源。其中最主要的是太陽輻射能。除了可直接利用太陽的光和熱以外，太陽能還是地球上其他多種能源的成因。各種植物通過光合作用把太陽能轉變成化學能在體內貯存下來，煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由埋在地下的動植物經過漫長的地質年代形成的，它們實質上是由古代生物固定下來的太陽能。此外，水能、風能、波浪能、海流能等也都是由太陽能轉換來的。
第二類是來自地球本身的能源，主要是儲藏於地球內部的地熱能。溫泉和火山爆發噴出的岩漿就是地熱的表現。地球上的地熱資源貯藏量也很大，離地表5000米深、15攝氏度以上的岩石和液體的總含熱量，據推算約為14，5×10 25焦耳，相當於近5千萬億噸標準煤的熱量。
第三類是由地球和太陽、月亮等其他天體之間有規律的運動所形成的能源，如海洋潮汐能。
(二)按照產生的方式，能源可分為一次能源(自然能源)和二次能源(人工能源)。
一次能源是指自然界中以自然形式存在並且沒有經過加工或轉換的能源，一次能源又分為可再生能源(水能、風能及生物質能等)和不可再生能源(煤炭、石油、天然氣、油頁岩等)。其中水、石油和天然氣是一次能源的核心，它們成為全球能源的基礎。
二次能源則是指由一次能源直接或間接轉換成其他種類和形式的能源，例如電力、煤氣、汽油、柴油、焦炭、潔淨煤和沼氣等能源都屬於二次能源。
二、能源科字
能源科學是以物理學為基礎的，能源利用的幾次重大發展都與能源科學的發展密切有關。18世紀初蒸汽機的發明，是人們第一次把蘊藏的化石燃料——煤中的能量轉化為動力(機械能)；而動力機械的出現又大大提高了生產力，導致了歐洲的工業革命。隨後人們在努力提高蒸汽機效率的過程中，又促進了熱力學的發展，而能源科學的發展又為蒸汽機性能的提高提供了理論基礎。
19世紀初人們根據電磁學理論製造了發電機、電動機，掌握了遠距離輸送電能的技術。接著，又發明了電燈和電報、無線電通信等，人類社會進入電氣時代，大大促進了社會經濟的發展。
20世紀初，科學家們發現了原子核的裂變和聚變現象，從理論和實驗上為原子能的利用奠定了基礎。從1954年蘇聯建成了世界上第一痤利用核裂變所產生的核能來發電的核電站以來，至2011年1月世界上已有31個國家擁有核電站，有442個反應堆在運行。核電已成為全球能源中不可缺少的組成部分。除了核裂變能外，如何利用核聚變產生的能量，也是目前不少科學家正在研究的重要前沿課題。
三、能源利用與環境問題
通常，任何一種能源的開發、利用都會給環境造成一定的影響，在諸多能源中以不可再生能源引起的環境問題最為嚴重和顯著。它們在開發利用、運輸加工過程等環節都可能對環境產生嚴重影響。
(1)化石燃料的燃燒會產生污染。化石燃料除由碳、氧兩種主要元素組成外，還含有硫、氮等元素，燃燒時會產生大量的二氧化硫、碳氧化合物、氮氧化合物等有害物質，對大氣造成嚴重污染，並進而導致酸雨、溫室效應、破壞臭氧層等環境問題。
(2)水能的開發利用有可能造成地面沉降、上下游生態系統變化、土壤鹽鹼化等各類問題。
(3)核能生產會產生核廢料，若處理不當，核廢料將引起嚴重的放射性傷害。
四、能源利用的危機
能源的大規模利用和開發，是隨著人們對能量形式的認識發展和近代大工業發展的需要而出現的。隨著日益耗竭的能源與人類迅速增加的能耗之間的矛盾加劇，能源危機將日趨嚴重。按目前的消耗量，專家預測石油、天然氣最多只能維持半個世紀，煤炭也僅僅可維持一二百年。
為了解決能源危機問題，除開發和合理使用傳統的常規能源外，人們還需進一步開發新能源，主要是核能、太陽能以及按各國實際情況充分利用和開發一些可持續利用、不會枯竭的能源，如地熱能、海洋能、風能等。P2-5
(一)按照形成和來源，能源大體可分為三大類：
第一類是來自地球以外天體的能源。其中最主要的是太陽輻射能。除了可直接利用太陽的光和熱以外，太陽能還是地球上其他多種能源的成因。各種植物通過光合作用把太陽能轉變成化學能在體內貯存下來，煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由埋在地下的動植物經過漫長的地質年代形成的，它們實質上是由古代生物固定下來的太陽能。此外，水能、風能、波浪能、海流能等也都是由太陽能轉換來的。
第二類是來自地球本身的能源，主要是儲藏於地球內部的地熱能。溫泉和火山爆發噴出的岩漿就是地熱的表現。地球上的地熱資源貯藏量也很大，離地表5000米深、15攝氏度以上的岩石和液體的總含熱量，據推算約為14，5×10 25焦耳，相當於近5千萬億噸標準煤的熱量。
第三類是由地球和太陽、月亮等其他天體之間有規律的運動所形成的能源，如海洋潮汐能。
(二)按照產生的方式，能源可分為一次能源(自然能源)和二次能源(人工能源)。
一次能源是指自然界中以自然形式存在並且沒有經過加工或轉換的能源，一次能源又分為可再生能源(水能、風能及生物質能等)和不可再生能源(煤炭、石油、天然氣、油頁岩等)。其中水、石油和天然氣是一次能源的核心，它們成為全球能源的基礎。
二次能源則是指由一次能源直接或間接轉換成其他種類和形式的能源，例如電力、煤氣、汽油、柴油、焦炭、潔淨煤和沼氣等能源都屬於二次能源。
二、能源科字
能源科學是以物理學為基礎的，能源利用的幾次重大發展都與能源科學的發展密切有關。18世紀初蒸汽機的發明，是人們第一次把蘊藏的化石燃料——煤中的能量轉化為動力(機械能)；而動力機械的出現又大大提高了生產力，導致了歐洲的工業革命。隨後人們在努力提高蒸汽機效率的過程中，又促進了熱力學的發展，而能源科學的發展又為蒸汽機性能的提高提供了理論基礎。
19世紀初人們根據電磁學理論製造了發電機、電動機，掌握了遠距離輸送電能的技術。接著，又發明了電燈和電報、無線電通信等，人類社會進入電氣時代，大大促進了社會經濟的發展。
20世紀初，科學家們發現了原子核的裂變和聚變現象，從理論和實驗上為原子能的利用奠定了基礎。從1954年蘇聯建成了世界上第一痤利用核裂變所產生的核能來發電的核電站以來，至2011年1月世界上已有31個國家擁有核電站，有442個反應堆在運行。核電已成為全球能源中不可缺少的組成部分。除了核裂變能外，如何利用核聚變產生的能量，也是目前不少科學家正在研究的重要前沿課題。
三、能源利用與環境問題
通常，任何一種能源的開發、利用都會給環境造成一定的影響，在諸多能源中以不可再生能源引起的環境問題最為嚴重和顯著。它們在開發利用、運輸加工過程等環節都可能對環境產生嚴重影響。
(1)化石燃料的燃燒會產生污染。化石燃料除由碳、氧兩種主要元素組成外，還含有硫、氮等元素，燃燒時會產生大量的二氧化硫、碳氧化合物、氮氧化合物等有害物質，對大氣造成嚴重污染，並進而導致酸雨、溫室效應、破壞臭氧層等環境問題。
(2)水能的開發利用有可能造成地面沉降、上下游生態系統變化、土壤鹽鹼化等各類問題。
(3)核能生產會產生核廢料，若處理不當，核廢料將引起嚴重的放射性傷害。
四、能源利用的危機
能源的大規模利用和開發，是隨著人們對能量形式的認識發展和近代大工業發展的需要而出現的。隨著日益耗竭的能源與人類迅速增加的能耗之間的矛盾加劇，能源危機將日趨嚴重。按目前的消耗量，專家預測石油、天然氣最多只能維持半個世紀，煤炭也僅僅可維持一二百年。
為了解決能源危機問題，除開發和合理使用傳統的常規能源外，人們還需進一步開發新能源，主要是核能、太陽能以及按各國實際情況充分利用和開發一些可持續利用、不會枯竭的能源，如地熱能、海洋能、風能等。P2-5
後記
領略物理世界精妙激發科學探究興趣
“物理大視野”原是在教育部呂福源副部長倡導下組織的關於物理科學的科普展覽。在中央電教館王曉蕪副館長的提議下，我們將原科普展的“認識久遠的世界”、“改變昨天的世界”、“推動當今的世界”、“開拓未來的世界”四個主題，以圖文並茂的形式呈現給廣大讀者，力求將深奧的物理學演繹成通俗的物理髮展史畫卷，讓更多的讀者領略物理世界的精妙，激發科學探究的興趣。
這套叢書是一套主要針對青少年的科普讀物，共分四冊，每冊包含一個主題。在編寫的過程中，我們力求做到：遵循“兩個脈絡”，一是物理學科的發展過程脈絡(起源和演變)，二是呼應中學物理學科《國家課程標準》的知識體系脈絡；關注“一個節點”，在物理學發展進程上曾經產生過重大影響的人和事；體現“三類情節”，一是圍繞著名物理假想、定理、定律的提出、實證和演繹，二是攫取科學發展進程中的重大發現，三是重要科學人物的主要事件(成功之道或功虧一簣之惋惜)情節。
我們力求做到：用通俗生動的語言、豐富的實例和精美的圖片揭示許多高新技術的奧秘，讓讀者可以近距離了解遙遠的物理世界，觸摸當今的科技前沿。在整套叢書的編寫過程中，我們字斟句酌，從語句的表達到思想的詮釋，努力做到科學性、思想性和藝術性的統一，希望在豐富青少年的知識儲備的同時，能夠讓更多人喜歡物理，探索物理世界的奧秘。
雖然我們付出了很大的努力，仍然不可避免地存在一些問題和不足，誠懇地希望讀者提出批評和建議，以便我們在以後不斷完善。引用[美]丹尼爾·戈爾曼的一段話：它不一定面面俱到，但應該視角獨特；它未必百分之百正確，但或許能給人啟迪；它也許給不出答案，但能拓展人的思考空間。
在這套叢書付梓之際，真誠感謝上海市教委基教處倪閔景處長對這套叢書的肯定，並為其作序！真誠感謝上海科普教育發展基金會對這套叢書出版的大力資助！
最後，借用《物理大視野》原科普展時的結束語：
這是物理的世界，科學的世界，人類為之自豪的世界。
當你讀完這套叢書之後，假如你記住了一棵樹、一個人、一段故事或一點新知，我們將為此而滿足。
假如你由此推開興趣之門，進入這片神奇而廣闊的物理世界，我們將由衷欣喜。
假如在不久的將來，在諾貝爾獎獲得者名單中看到了你的名字——一個中國人的名字，我們將為你歡呼和自豪！
周鳳林
2012年2月18日
“物理大視野”原是在教育部呂福源副部長倡導下組織的關於物理科學的科普展覽。在中央電教館王曉蕪副館長的提議下，我們將原科普展的“認識久遠的世界”、“改變昨天的世界”、“推動當今的世界”、“開拓未來的世界”四個主題，以圖文並茂的形式呈現給廣大讀者，力求將深奧的物理學演繹成通俗的物理髮展史畫卷，讓更多的讀者領略物理世界的精妙，激發科學探究的興趣。
這套叢書是一套主要針對青少年的科普讀物，共分四冊，每冊包含一個主題。在編寫的過程中，我們力求做到：遵循“兩個脈絡”，一是物理學科的發展過程脈絡(起源和演變)，二是呼應中學物理學科《國家課程標準》的知識體系脈絡；關注“一個節點”，在物理學發展進程上曾經產生過重大影響的人和事；體現“三類情節”，一是圍繞著名物理假想、定理、定律的提出、實證和演繹，二是攫取科學發展進程中的重大發現，三是重要科學人物的主要事件(成功之道或功虧一簣之惋惜)情節。
我們力求做到：用通俗生動的語言、豐富的實例和精美的圖片揭示許多高新技術的奧秘，讓讀者可以近距離了解遙遠的物理世界，觸摸當今的科技前沿。在整套叢書的編寫過程中，我們字斟句酌，從語句的表達到思想的詮釋，努力做到科學性、思想性和藝術性的統一，希望在豐富青少年的知識儲備的同時，能夠讓更多人喜歡物理，探索物理世界的奧秘。
雖然我們付出了很大的努力，仍然不可避免地存在一些問題和不足，誠懇地希望讀者提出批評和建議，以便我們在以後不斷完善。引用[美]丹尼爾·戈爾曼的一段話：它不一定面面俱到，但應該視角獨特；它未必百分之百正確，但或許能給人啟迪；它也許給不出答案，但能拓展人的思考空間。
在這套叢書付梓之際，真誠感謝上海市教委基教處倪閔景處長對這套叢書的肯定，並為其作序！真誠感謝上海科普教育發展基金會對這套叢書出版的大力資助！
最後，借用《物理大視野》原科普展時的結束語：
這是物理的世界，科學的世界，人類為之自豪的世界。
當你讀完這套叢書之後，假如你記住了一棵樹、一個人、一段故事或一點新知，我們將為此而滿足。
假如你由此推開興趣之門，進入這片神奇而廣闊的物理世界，我們將由衷欣喜。
假如在不久的將來，在諾貝爾獎獲得者名單中看到了你的名字——一個中國人的名字，我們將為你歡呼和自豪！
周鳳林
2012年2月18日
序言
呂福源同志在教育部期間，非常關注基礎教育改革，力主教育創新，反對因循守舊、墨守成規，十分強調實施素質教育的關鍵在於教育創新。也正是在他擔任教育部常務副部長並直接分管基礎教育期間，拉開了新教改的帷幕。
出於對物理學深厚的情感和造詣，2000年，在他的指示和親自指導下，我們組織籌辦了“物理大視野”科普展覽。“物理大視野”包括“認識久遠的世界”、“改變昨天的世界”、“推動當今的世界”、“開拓未來的世界”四個篇章，用生動的文字和珍貴的圖片，把深奧的物理學演繹成通俗的物理髮展史畫卷，意圖讓更多的人領略到物理學發展的精妙，從而激發起科學探究的興趣。
上海市嘉定二中將“物理大視野”科普展覽以教育館的形式保留了下來，並形成一套以《物理大視野》為題的科普讀物，讓學生們能夠經常遊歷在物理學發展長河之中，這是一項非常有益的工作。對於學習和教學，傳授知識固然重要，但給學生介紹一項科學成就的時候，要讓學生知道它的發生和發展的過程，還要知道還有哪些未知的謎題需要解答。要從知識發展這個思路上，說清楚知識發生、發展的歷程，特別是前人的失敗或教訓，不要一下子把拿來的知識都講成是“絕對真理”。這樣可以讓學生們每接觸到新事物、新概念、新東西，都能自覺培養獨立思考的意識和能力，並真正有興趣去了解、鑽研這個知識的發展過程。
長期以來，嘉定二中深入開展物理創新教改，在學生中倡導“小製作”活動，激發學生進行科學探究的興趣，並研發出上百項具有自主智慧財產權的創新教具。“小製作”也可以打開“大視野”，嘉定二中教師和學生們的所作所為，讓我感到敬佩。
出於對物理學深厚的情感和造詣，2000年，在他的指示和親自指導下，我們組織籌辦了“物理大視野”科普展覽。“物理大視野”包括“認識久遠的世界”、“改變昨天的世界”、“推動當今的世界”、“開拓未來的世界”四個篇章，用生動的文字和珍貴的圖片，把深奧的物理學演繹成通俗的物理髮展史畫卷，意圖讓更多的人領略到物理學發展的精妙，從而激發起科學探究的興趣。
上海市嘉定二中將“物理大視野”科普展覽以教育館的形式保留了下來，並形成一套以《物理大視野》為題的科普讀物，讓學生們能夠經常遊歷在物理學發展長河之中，這是一項非常有益的工作。對於學習和教學，傳授知識固然重要，但給學生介紹一項科學成就的時候，要讓學生知道它的發生和發展的過程，還要知道還有哪些未知的謎題需要解答。要從知識發展這個思路上，說清楚知識發生、發展的歷程，特別是前人的失敗或教訓，不要一下子把拿來的知識都講成是“絕對真理”。這樣可以讓學生們每接觸到新事物、新概念、新東西，都能自覺培養獨立思考的意識和能力，並真正有興趣去了解、鑽研這個知識的發展過程。
長期以來，嘉定二中深入開展物理創新教改，在學生中倡導“小製作”活動，激發學生進行科學探究的興趣，並研發出上百項具有自主智慧財產權的創新教具。“小製作”也可以打開“大視野”，嘉定二中教師和學生們的所作所為，讓我感到敬佩。
王曉蕪
中央電教館副館長
2011年12月25日
中央電教館副館長
2011年12月25日
