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防疫安全第一位,充实自己是要义——暑期加油站(三)

发布时间:2020-07-01 13:21:15           责任编辑:高振中           点击次数:528

防疫安全第一位,充实自己是要义——暑期加油站(三)

短暂的校园线下相聚后是即将到来的暑期,无论是已经毕业的枫叶学长学姐,还是依然在枫园奋斗的学弟学妹们,希望大家在享受假期的同时依然坚持科学常态化的防疫、保障自身安全,并且能够不断充实自己,期待枫叶学子们假期后的华丽蜕变。

虽然疫情阻止了我们走出去看世界的脚步,但我们依然可以在时政热点中领略全球风采。枫叶的老师们贴心的为大家准备了暑期研学游学攻略,希望大家能够通过这些方式的努力收获新的自己。

(一)参阅王世存老师在观察者网的图文:在高原武德丰沛,更需强大综合国力

思考:如何确保我高原戍边官兵强身、健体(营养丰沛、均衡),具备强悍的战斗力,已有系统、可行(落地)的解决方案和举措。


(二)推荐研学

1.请仔细阅读人类未来,吃什么?(三联生活周刊 2019年第41 P83-88

思考:什么是比最优土壤还好多少倍的植物培养基?什么是红蓝二色的LED冷光源?为什么用这种光源照射的叶菜,产量是日光温室的5倍,是大田的12倍!

2.探究——为什么荷兰西红柿的单产是中国的37倍,而耗水只有中国的1/30?

3.请记住这个特别时刻与事件——2020623943分,我国在西昌卫星发射中心成功将北斗全球组网星座的最后一颗卫星送入轨道。中国的北斗,是覆盖全球的星座。如今,她已向全球近50多个国家提供导航和授时服务,不久的未来还将向全球最大多数人民提供更高质量的公共服务。

枫叶世界课程背景下,枫叶学子不可不知中国的北斗;不可不知中国的(抗新冠)疫苗;不可不知中国的磁浮;不可不知走向世界的(数字化)人民币……

推荐:新闻类节目已给出更多、更生动的“现象级”的发射细节和场景,建议大家收看。

原理:北斗导航(定位与授时),是当之无愧的硬核-高科技。然而,其基本原理,已习得高中数学、物理(天文-地理)的你们能够理解。因此,建议——

1)请同学们务必静下心来,花几分钟时间,认真阅读“为中国导航,中国如何做到的”一文 01“导航卫星的秘密”一节——三球交会定位原理(观察者网主页)。

2)为更精准理解和领会,还可再阅读“我国北斗卫星定位导航原理是怎样的”一文 (百度)

3)推荐探究:

A.如已经理解“三球交会定位原理”或“测距交会定位法”,请尝试列出求解任意一个空间坐标(x,y,z)及时间差t的联立方程组。(可参阅“漫话动力学”P94

B.想一想:如何求解这一方程组?

4.核心(硬核)技术——原子钟

1)梳理思路:确定三维时空中任意一点(时刻)的坐标,只需列出并求解42次联立方程组即可。而所谓解方程,就是从已知(借助关系)求未知。上述方程组(可能的)已知,就是卫星与接收器之间的距离,此距离又等于发出和接受信号(电磁波)的时间差t与光速(电磁波)的乘积。

2)问题:给北斗信号(电磁波-光速)一发、一收计时,普通手表、运动电子表不行,就是最高档的石英钟也不行,非得另辟蹊径——用超精准的原子钟!

A.比如给世界顶尖短跑(或短池游泳)运动员计时,用1/10的秒表可以吗?至少1/100;

B.如果要给法拉利跑车、高铁、飞机、卫星计时,可能需要至少1/1000,1/10000精准的石英钟;

C.但要给宇宙中达到速度极限的光(电磁波)计时,石英钟没戏,只能靠超精准的原子(量子)钟——至少达到纳米级,小数点后11位!(北斗原子钟的精准在小数点后的13位)所以,北斗的核心(硬核)科技,不是解联立方程,而是如何做出中国自己的、超高精准的原子钟!

3)铯原子钟的工作原理:

每一个原子都有自己的特征振动频率。人们最熟悉的振动频率现象就是当食盐被喷洒到火焰上时食盐中的元素钠所发出的桔红色的光。一个原子具有多种振动频率,一些位于无线电波波段,一些位于可见光波段,而另一些则处在两者之间。秒的最新定义是铯-133 原子基态的超精细能级之间的跃迀所对应的辐射的9192631770个周期所持续的时间。所以,铯133则被普遍地选用作精细的原子钟。

铯原子钟:将铯原子共振子置于原子钟内,需要测量其中一种的跃迁频率。通常是采用锁定晶体振荡器到铯原子的主要微波谐振来实现。这一信号处于无线电的微波频谱范围内,并恰巧与广播卫星的发射频率相似,因此工程师们对制造这一频谱的仪器十分在行。为了制造原子钟,铯原子会被加热至汽化,并通过一个真空管。在这一过程中,首先铯原子气要通过一个用来选择合适的能量状态原子的磁场,然后通过一个强烈的微波场。微波能量的频率在一个很窄的频率范围内震荡,以使得在每一个循环中一些频率点可以达到9,192,631,770Hz。精确的晶体振荡器所产生的微波的频率范围已经接近于这一精确频率。当一个铯原子接收到正确频率的微波能量时,能量状态将会发生相应改变。

在更远的真空管的尽头,另一个磁场将那些由于微波场在正确的频率上而已经改变能量状态的铯原子分离出来。在真空管尽头的探测器将打击在其上的铯原子呈比例的显示出,并在处在正确频率的微波场处呈现峰值。这一峰值被用来对产生的晶体振荡器作微小的修正,并使得微波场正好处在正确的频率。这一锁定的频率被9,192,631,770除,得到常见的现实世界需要的每秒一个脉冲。

(所有图片均来自于网络)


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