小学课文雷达与蝙蝠

在人教版小学语文四年级下册,沪教版三年级下册有一篇文章叫做《蝙蝠与雷达》,讲述100多年以前科学家做了一次实验。在一间屋子里,横七竖八拉了许多绳子,绳子上面系了许多铃铛,他们把蝙蝠的眼睛蒙上,然后在屋子里飞。蝙蝠飞了好几个钟头,铃铛一个也没有响,那么多绳子一根也没有碰撞,太神奇了。然后科学家又做了两次实验,分别把蝙蝠的耳朵、嘴巴封上,再重复上面的实验,结果蝙蝠就找不到方向了,到处乱飞。于是科学家们便认为蝙蝠夜里飞行靠的不是眼睛,他是靠嘴巴和耳朵配合起来探路的。

小学课本居然写错了?雷达的发明,其实跟蝙蝠没有任何关系

科学家们又发现蝙蝠的嘴巴能够发出一种超声波,人的耳朵听不见,但是蝙蝠能听见,并且可以通过超声波回声探路。于是,科学家模仿蝙蝠的探路方法,发明了雷达,这就叫做动物仿生学。但是,文学归文学,历史我觉得还得客观一点,不是说在批判文学书的不严谨,而是对其进行补充和说明。下面来说一说这篇文章的问题究竟出在哪里。

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在18世纪的时候,意大利有一个生物学家叫做斯巴兰扎尼,他分别把蝙蝠的眼睛、耳朵、嘴巴、鼻子封住,然后做了一个与上文类似的实验,并且通过实验猜测蝙蝠是用耳朵探路的,但是当时并没有人相信他,甚至还得到了同行的嘲讽。由于当时的科技水平有限,斯巴兰扎尼的猜测并没有办法得到证实,他也搞不清楚为什么蝙蝠能够通过耳朵探路。1938年,美国哈佛大学的皮尔斯教授设计出了一种可以探测超声波的设备,通过这项设备他首次发现蝙蝠是可以发出超声波的。又过了两年,科学家们发现蝙蝠的嘴能够发出超声波,他的耳朵可以接收遇到障碍物反射回来的超声波,从而进行导航和定位,也就是我们常说的回声定位。但是雷达它跟超声波并没有什么关系,雷达的理论基础是电磁物。

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1888年德国物理学家赫兹证明了电磁波的存在。1904年,德国工程师胡尔斯麦耶制造出了一种可以探测传播的装置,他可以发射和接收电磁波,这就是早期了雷达。后来这项技术在一战和二战期间被各国广泛用于军事领域,并且逐步完善成为我们现在常见的雷达。很明显蝙蝠发出的是超声波,而雷达依靠的是电磁波,并且雷达的出现比发现蝙蝠超声波的时间还要早,所以人们根据蝙蝠的特性,通过生物仿生学发明雷达这种说法是不成立的。虽然说这篇文章是个谣言,是童年的一个小小遗憾,但至少我们可以通过这篇文章简单地了解一下什么叫做生物仿生学。这是一门非常重要的学科,被广泛用于生活、机械、计算机、建筑等多个领域。

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除此之外,动物仿生学的应用还有很多。春暖花开,万物复苏,两只花色的豹子生下了一只黑豹。有人就会问了,这是被绿了吗?当然那不是。基因突变会导致白化病,自然也会产生黑变病,所以黑豹并不是独立的物种或者说是串串,它就是病变。不过与白化相比,黑化对生存的影响是正面的,因为黑豹在夜间捕猎时更方便隐藏,所以黑豹比白豹更容易生存下去,也更常见。除了系统免费送到他这套皮肤之外,黑豹的夜视能力也是非常的强,是人类的6倍。原因是因为它的眼睛结构很特殊,眼底呈现凹面镜形状,形似手电筒的内壳,能将投入的光聚焦在焦点上,使得画面更清晰。而眼睛中有两种细胞,视锥细胞和视杆细胞,而且对微弱光线有灵敏反应的视杆细胞较多,所以说豹子就有较好的微光视觉能力。我们能够从黑豹身上得到什么启发?没错,就是微光视觉。让我们可以在夜晚不借助灯光也能够拍得清清楚楚。

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第二个动物——河豚。河豚这种生物味道鲜美,平时看起来人畜无害,但是一遇见紧急情况就会改变形态。以前我以为它那肚子里面全是气,后来才知道原来它是遇气吸气,遇水吸水。在它改变形态的同时,身上的硬刺鼓起,由软到硬,战斗力、防御力都飙升。总之就是特殊情况、特殊状态下,这种打破性能常态的潜力爆发在很多产品里都能够看见相应的技术。比如说有些手机,平时使用的时候,只要保持流畅即可,但是当你打游戏的时候瞬间就能够提升性能,一点也不影响你五杀,我们称之为绝活。

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第三个动物——青蛙。潮湿的雨林里,青蛙静静地看着它的猎物,只要它慢慢地靠近猎物,猛地一吐舌头,猎物就变成了腹中之物。青蛙捕食猎物的速度是人类眨眼的五倍,但是青蛙是低等的脊椎类动物,它的大脑非常简单。简单的cpu,高速处理,所以青蛙的研究对计算机的模拟有着特殊的意义,关键词“速度快”。

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第四个动物——甲虫。冰河解冻,彩蝶纷飞,狗熊撒欢,万物皆展现着自己的生命力,灿烂的阳光下,甲虫金龟子的壳闪烁着斑斓奇异的光彩。这个被人类称之为活宝石的动物分布在世界各地,而且在地球上已经存活了500万-3000万年。由于金龟子的种类不同,生活的环境也不同,比如沙漠、农地、森林和草地都有分布,但是它们的壳总是很闪耀,这是为什么呢?这种光学效果是由光子晶体和复杂的反射机制共同产生的。不过因为甲虫的不同微结构,其产生的机制也分为三种类型。第一是多层反射,第二是三维光子晶体的干涉,第三是光栅结构的衍射作用。科学家们研究得到,甲虫的三维金刚石结构是理想的光子晶体,可以发生激射来作为光学芯片的光源,关键词“色彩”。

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除了以上的例子,大家还能想到哪些关于动物仿生学的应用呢?

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