1.单目也传情
伟大的物理学家伽利略把自己组装的望远镜本质上比喻成”大眼睛“,这种比喻 贴切吗?
这个比喻是恰当的。
伽利略和当时所有的人一样,对现今物理教科书中能够找到的、很普通的、有关 透镜和放大率的公式竟一无所知。伽利略仅想做一个能将他所看到的每一种东西放大 的”大眼睛“.
一种办法是做外科手术,用一个大透镜代替他自己眼睛里面的小透镜。但是,要 在人的眼睛里放一个大透镜是不可能的。因此,他考虑将眼睛中的小透镜变成一个平 板窗,然后在眼睛前面放一个大透镜,用这种方法制成一个”大眼睛“.怎样才能不 动手术而做到这一点呢?他把一个与眼睛中小透镜起相反作用的凹透镜,放在眼睛前 面,用以抵消眼睛中小透镜的作用,此结果等效于用一个平板窗代替眼睛中的小透镜 .这个凹透镜称做目镜。再用一个与眼睛中小透镜一样弯曲但比较大的透镜,将它放 在目镜的前面,这样就组合成了一个望远镜。它确实相当于一个比较大的眼睛。
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伽利略望远镜与开普勒望远镜相比有许多优点。开普勒望远镜所成的像是倒立的 ,而伽利略望远镜所成的像是正的,而且开普勒望远镜的镜筒比较长。
2.冷暖都是情
水在100℃时沸腾,0℃时结冰。
这种说法只适应于海平面处大气压强下。若压强升高,水的沸点升高,冰的熔点 降低。这是为什么?
到海拔高的地方,水将在较低的温度下沸腾,如在3000米处水的沸点是90℃。即 不到100℃时,水就全部蒸发掉了。这就是高原上鸡蛋煮不熟的原因--水温不够高。 只要压强足够低,水在室温便可沸腾。这一点很容易证明:将一盘水放入密封容器中 ,然后抽走该容器中的空气,水便沸腾了。另一方面,如果压强很高,即使水温高于 100℃时,也不会沸腾。蒸汽锅炉里压强很高,水即使过热了,也不会沸腾。高压锅 里以及热喷泉底部的水温都超过100℃,而它们都不沸腾。
当给冰块加压时,即使温度在0℃以下,它也会融化。在冰块上放一重物,如石 块,便可证明这一点。
为什么高压使冰易于融化而低压使水易蒸发呢?一种简单的解释方法是:冰融化 时体积缩小,高压可以帮助体积收缩;水蒸发成为水汽时,体积增大,而高压阻碍这 种膨胀。
3.能伸能屈大丈夫
把一个金属圆环加热直到金属膨胀1%,圆环中心的圆孔直径会变大,这是为什么 ?
圆孔不过是个空缺,而空缺也会膨胀,这是无法避免的。所有圆环的尺寸都要按 比例胀大。形象地说,设想有一张圆环的照片,将其放大1%,照片上的任何部位都将 被放大,当然圆孔也不例外。
也可以这样理解这个问题:将圆环弄直使它形成一根直棒,加热时,它不仅变厚 而且变长;这样当这根直棒再弯成环形时,内部圆孔的周长就像圆孔的厚度一样也变 大了。
如果我们想象一块方金属板中间有一方孔,那么很容易看出方孔将由于金属板的 膨胀而变大。把方金属板切成小方块(如图),加热使它们膨胀,再将它们拼成原样 ,方孔便同固体金属一样也膨胀了。
以前,铁匠给木轮加轮箍是采用这种方法:将略小于车轮外缘的轮箍加热,膨胀 了的轮箍刚好能套在木轮上。待冷却后,不需任何另外的固定,轮箍会很牢固地箍在 木轮上。
以后,当你打不开一个罐子上的金属盖时,在热水里浸一下或放在热炉子上加热 片刻,让盖子以及它的内周长膨胀,罐子就很容易打开了。
4.睁大眼睛,看看这个世界
把太阳光聚焦成一个灼热光斑的放大镜称为点火镜。如果透镜做得大一些,或焦 距更短一些,则光斑会变得更热一些。如果透镜能做得很大很大,或者透镜的焦距尽 可能地短,那么,它的光斑会比太阳本身更热吗?
答案是否定的。可从两个方面解答这个问题。首先,假设你的眼睛准确地处在透 镜焦点位置上。当你向透镜里看时,在每一个方向上,你的视线都是与太阳光方向相 反。如果透镜是如此之大(或者用了几个透镜),以致你朝哪个方向看,都能看到太 阳的表面。那么,你好像是处于太阳的表面之中,所以你的温度几乎与太阳表面温度 一样。
其次,假若点火镜能使光斑比太阳表面还要热,那就意味着热从太阳表面流出, 经过点火镜到达某处(焦点),而该处比太阳表面还热。然而,热不能这样流动。因 为热量只能自动从热的地方传向冷的地方,决不会从热的地方自动传向更热的地方。
5.请您亮亮相
灯泡A和B,除了B的灯丝比A的粗以外,其它都相同。如果把它们接上220伏的电源 ,哪一个较亮?
每秒钟消耗能量较大的灯泡应是较亮的。能量的消耗与通过电荷的多少及电荷通 过的电势差的大小有关。加在每个灯泡两端的电压是220伏(因为每个灯泡都是拧进 220伏的底座的),因此,灯泡亮的程度仅仅取决于每秒钟有多少电荷通过灯泡,也 就是说,与通过每个灯泡电流的大小有关。粗的灯丝电阻比细的灯丝电阻小,因此, 通过粗灯丝的电流就大。粗的灯丝可认为是几个细灯丝并联在一起形成的。因此,粗 灯丝的灯泡每秒钟要消耗的能量较大(每秒钟的能量=功率),所以B较亮。
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电的发现
早在2500年前,希腊人就知道,用动物毛皮摩擦过的琥珀,能吸引细小的绒毛或 羽毛。他们以为这是什么”魔力“,其实这是因为摩擦后的琥珀带上了静电,所以能 吸引细小的东西。
6.举手之劳,乐而为之
在一个寒冷的日子,如果你要离开家约15分钟去买东西,为了节约能源,关不关 加热器?
在外界很冷时,你的房子总是在丢失热量,如果它不损失热量,你只需加热一次 房间就可以永远保持温暖,加热器是用来补偿损失的热量。那么损失的热量是多少呢 ?这由房子的保温性能和外界的寒冷程度来决定。房子内外温差越大,降温速度便越 快(这是牛顿的冷却定律:降温速度正比于温差)。因此房内保持暖热时所失去的热 量多于房内温度较低时失去的热量。与外界相比,屋内温度越高,它损失热量的速度 越快。当然,没有温差就没有热量损失,也就不需要供热。
我们可以形象地将房子想象成有许多小洞的水桶,桶内水面高度代表室温。桶内 水面越高,水在洞口的压强就越大,水流速度就越快。保持高水面每分钟所需水量大 于保持低水面所需要的水量。显而易见,如果我们要节约水,只需将水面降低。如果 将水龙头关闭,哪怕是很短一段时间,不就能节约更多的水吗?只要稍微想一下便会 发现,将水龙头完全关闭后,若要再次充满水桶,所需水量比保持较高水平面时以相 应速度漏出的水量要小得多。当桶内水量为零或接近于零时,水面升得很快,因为此 时流入量大于漏出量;到流入量和漏出量相等时,水面就保持不变了。所以,为了节 约用电,最好关闭加热器。
7.逝者如斯夫
孔子曾感叹”逝者如斯夫“,过去的事就算过去了,不会再看得见了。然而,利 用一些物理手段是可以再现从前的。
随着红外相机的出现,它可以让人们看到看不见的红外线,因此,可以用来破案 .罪犯作案后逃离现场,可他作案时各种物体发出的红外线还残留着,利用红外相机 拍摄下残留的红外线,然后经过计算机的数据处理,最后可以显示出罪犯作案时的图 像。因此,人们可以看到曾经发生过的往事。
再从广义来讲,我们从天文望远镜里所看到的星球,那是从那个星球发出的光, 走了几十光年才传到你的眼里,实际上是几十光年前发出的光……所以说,从前是可 以再现的。
雨后天空中出现的彩虹,就是一种光的色散现象。想一想,还有哪些光的色散现 象?
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光的魔术
同一种物体,在不同颜色的光的照射下,会产生不同的效果。在阳光下看到的一 个红苹果,在蓝色的灯光下,却变成了一个黑苹果。这是因为在蓝色的灯光下没有可 供它反射的红光。
8.恋恋相依母子情深
螺钉上有一只生锈的难以拧动的螺母,可用加热的方法取下螺母。这是为什么? 螺母与螺钉并非完全紧密地挨在一起的,两者之间总有一点很小的空隙。螺母拧不动 ,是由于这空隙太小。怎样才能使这空隙变大一些呢?加热。加热可以使任何物体膨 胀,螺母膨胀,螺钉也膨胀,最重要的是,两者间的空隙也膨胀。因此,要想拧动螺 母,就加热,尽管螺钉也会膨胀。
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一个注满冷水的浴缸,里面浮着一块冰,冰化后水会刚好注满浴缸。
冰块排开水的重量正好等于冰的重量。当冰块化开时,体积将收缩,化开的水正 好填上所排开水的体积。顺便提一句,冰在水面以上的体积,正好等于水在结冰时因 膨胀而增加的体积。
9.微薄之力解人危难
停电的漆黑夜晚我们总希望突然遇到光亮,手电筒帮了我们大忙,那么手电筒为 什么能发光呢?
手电筒能发光,不只是因为它里面装有电池,还因为手电筒的外壳与灯泡和电池 构成了一个完整的通路,让电流能够通过,灯泡才会发光。不信的话,你可以把手电 筒的后盖拧下来,看看手电筒还亮不亮?
把两节电池正负极相接放进电筒,电池的正极顶在灯泡的底部,并通过灯座与电 筒外壳相连;电池的负极与底盖的弹簧相接,并通过弹簧也与外壳相连。筒身的外侧 有一个开关,它通过一个金属片与灯座相连。向前推动开关,金属片与灯座接触,电 路接通,灯泡就亮了。开关向后,金属片与灯座分离,线路断开,灯泡不会发光。
10.肥大也是美
放大镜是上实验课时经常用到的工具,因为它是玻璃的,很容易损坏,使用的时 候不要让它受到摩擦和碰撞,发现上面有脏东西要马上擦掉,用完后及时收起来。你 知道放大镜为什么能把物体放大吗?
放大镜是用玻璃做成的,形状是两边薄,中间厚。光线通过它的时候会发生折射 ,聚集到一点上。我们把这一点叫做放大镜的焦点。用放大镜看东西时,我们的眼睛 正好在这个焦点上。这样,从物体来的光线经过折射后进到眼睛里,眼睛就会以为光 线是从远方直接射进来的,使我们觉得这个物体比原来的大了许多。
使用放大镜观察物体的时候,首先要使镜面与物体保持平行。然后调整放大镜和 物体间的距离,直到要看的物体十分清楚为止。
另外,小朋友可要记住,千万不能用放大镜看太阳,因为放大镜把阳光聚集在一 起,温度很高,会把眼睛烫伤。
11.非同母胜似同母
灯泡有两种接法,即串联和并联,电池和灯泡一样,你知道电池的串联和并联有 什么不同?
每个电池都有两个极,一个是正极,另一个是负极。手电筒、收音机等电器,经 常需要把几个电池连接起来同时使用。这些电池的连接方式一共有两种,就是串联和 并联。
串联是把电池按照正极、负极、正极……的方式依次连接起来,最后再分别把最 前面一个电池的正极和最后面的一个电池的负极接到电路里。这种连接方式的优点是 串联的电池越多,电压越高,电流越强。如果在串联电池的两端接一个灯泡,那么电 池越多,灯泡越亮。不过串联也有一个缺点,就是如果有一个电池接触不好,整条电 路都会受到影响,灯泡也不会亮。手电筒里的电池,一般都是串联的。
并联和串联不一样。并联是把几个电池的正极和负极分别连在一起,然后再接到 电路里。电池的这种连接方式的优点是电压和电流都是一定的,不会随电池的多少而 变化。如果并联的电池越多通电的时间越长。
灯泡和电池一样,连接的方式也有串联和并联两种。要想知道两个灯炮是串联还 是并联,可以把其中一个灯泡断开试试。如果另一个灯泡也随着熄灭,说明这两个灯 泡是串联;如果另一个灯泡没受影响,仍然亮着,那么这两个灯泡就是并联。房间里 的灯都是并联的,每盏灯是开是关,都不会影响其他房间里的灯。
12.1+1=0对吗?
两束光可用不同的方法叠加,结果就是暗的。也就是说两束光彼此抵消后就会没 有光,这是为什么?
光是一种波动。波动彼此叠加,有时加强,有时抵消。对于水波、声波及其它种 类的波,可使某一波的波峰与另一波的波谷重叠,叠加的结果两波彼此抵消,这称作 相消干涉。这个规律对于光波也是适用的,但它似乎违反了能量守恒定律。光波彼此 抵消了,能量到哪里去了?由实验可以证明:若一个地方光波彼此抵消,那么在其他 地方(通常是很近的地方)光波是加强的。所以能量从相消的地方丢失了,但在加强 的地方又表现出来了,总能量是守恒的。
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雪地里影子的颜色为何是蓝色?
直接被太阳照射的那部分雪显示出太阳的颜色:黄白色。在你阴影中的雪没有直 接受太阳光照射,而是被来自蓝色天空的光线照明。因此,阴影多半是蓝色的。也许 这就是人们将蓝色和冷联系在一起的原因。
13.勤俭持家的好伴侣
保护地球节约能源是我们共同的心愿,应运而生了许多节能电器。电子节能灯特 别省电,为什么?
电子节能灯是靠着涂在灯壁玻璃上的荧光粉发光的。节能灯用的荧光粉是由稀土 元素的化合物配制而成的。通电后,发光效果特别强,因此从它出生的那日起,便可 以与它的老祖宗--白炽灯相抗衡了,这也是科学的结果。
另外,科学家研究发现,电源频率与荧光粉的发光效率有关系。因此他们便把节 能灯安上了最新设计的电子镇流器来控制电压,这种镇流器可以把50赫220伏的交流 电,转换成50千赫的高压电。正是采用了这项新技术,电子节能灯的电能利用率才提 高了15-20%.电能利用率的提高,当然就节省了电源,无论是单位还是家庭,省电都 是一笔十分划算的经济账。
14.重于泰山还是轻于鸿毛
大象和羽毛重量不能同目而语,假设一只大象和一根羽毛从一棵高树上落下,在 落到地面的过程中,哪个所受到的空气阻力大?
当然是大象所受到的空气阻力大。因为尽管空气对羽毛的阻碍效果更加明显,但 空气对下落中的大象的实际阻力要比对羽毛的阻力大很多倍。这是因为,比起较小的 羽毛来说,大象要划开更多的空气。而且,较重的大象穿过空气下落得越快,空气阻 力就越加增大。羽毛很轻,或许只有十几克,它所受的空气阻力很快就增大至与重力 大小相同。此时,羽毛就达到了它的最终速度--加速终止,且在以后的下落中速度和 空气阻力都不再变化。另一方面,一只从高树上落下的大象,所受的空气阻力,比如 说达到20牛顿--比羽毛所受阻力大得多,但与质量为2吨左右的大象所受重力比起来 是可以忽略不计的,因此大象在落下地面的过程中一直在加速。
15.钢铁与水泥的激战
比较两辆相同的汽车以同样速度迎面对撞以及一辆车以上述速度撞上一堵质量很 大的混凝土墙的情况。在这两种情况下,哪个所产生的冲击力大?
两种情况是等价的。汽车会在不肯让步的物体面前完全停下来。两种情形中突然 的冲击和减速都是一样的。
为了理解这一点,我们考虑与一辆质量相同、但速度比你慢的车迎面碰撞的结果 ,然后再考虑那辆车以比你快的速度与你迎面碰撞的结果。当你与速度慢的车迎面碰 撞之后,你将继续前进,在这个碰撞里带有某些”弹性“,你将减速而逐渐停下,这 当然要比与没有弹性的大质量的墙碰撞好一些。相反,当你与一辆高速的汽车相撞时 ,冲击力会更大,这比慢慢停下来或突然停住要糟--你将在”反弹性“下突然转为反 向运动。这比起与巨大静止的墙碰撞会产生更大的加速度,也更危险得多。此外,如 果你与一辆迎面而来的车相撞,同时这辆车的质量和速度都与你的车相同,那么在碰 撞中你既不会继续向前也不会后退。这和同巨大静止的墙相碰比起来,情况既不会更 好也不会更糟。两种情形下你都会突然停下来。
16.本是一母同胞
电动机和发电机都是由转子和磁铁组成的,转子能在磁铁产生的磁场中旋转。当 转子旋转的时候电动机也是发电机,对吗?
电动机也是发电机。事实上,为你提供输入能量的动力公司,对于你反输给它们 的能量已经作了补偿,按净电流,即净消耗的能量收费。如果你的电机没有外加负载 而自由转动,它产生的电流几乎与输入的电流一样大,因此电机中净电流是很小的。 当电机没有摩擦时,返回电流限制了空转电机的转速;返回的电流与输入的电流抵消 ,电机就能保持一定的转速。但是当电机与负载相联做功时,提供给电机的电流和能 量比输送回去的要多。如果负载太大,电机就会变热。再进一步来讲,如果在电机终 端联接一个很大的负载(例如紧紧地挤压在木料中的圆锯),使得电机停转,不产生 返回电流,这时净电流会很大,足以熔化电机的绝缘绕组,烧毁电机。
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电动机和发电机的基本差别
电动机是输入电能,输出机械能;而发电机是输入机械能,输出电能。不论用机 械能或者电能使转子旋转,都要产生电流。
17.同姓并非同母
有很高的电压,但同时没有很大的电流,这种情况可能出现吗?
这种情况一般是存在的。
正电荷与负电荷互相吸引;但正电荷之间互相排斥,负电荷之间也互相排斥。为 了使正电荷与负电荷分开,一定需要能量;只要电荷是被分开的,这种能量就贮存着 ,正像打桩机的重锤在提起的时候总贮存着能量一样。贮存的能量称做势能。对于打 桩机,我们说被提起的重锤相对于地面有重力势能;对于电荷被分开的情况,我们说 电荷相互间有电势能。单位电荷具有的电势能称为电势,其单位为伏特,伏特=焦耳/ 库仑。假如有一个充足了电的12伏特电池,电池的电极上带有1库仓电荷,该电荷就 具有12焦耳的电势能。
此时,电流的情况如何?没有电流。如果在正负电极之间形成一个导电回路,那 么电荷就会流动,形成电流。
18.嫦娥舞姿倩,可怜伴孤影
在第一次登月以前,科学家们曾担心,登陆舱有可能被月球表面悬浮的粉尘层所 吞没。在距月球特定距离的区域内,是否有带电粉尘或电子呢?
若月球带负电,那么月球就会对靠近它的电子产生静电的排斥作用,同时对电子 仍有引力作用。假定电子在月球表面上某一高度处,引力与排斥力严格地保持平衡, 使电子可以在那里漂浮着;则当电子在月球上的高度增大时引力仍与静电力平衡,电 子继续漂浮。下面作具体分析:
静电力与引力不可能仅在一个与月球有特定距离的区域恰好相平衡。因为,如果 二者在距月亮一定距离处平衡,那么在距月球两倍远的地方,引力和静电力将以同样 的倍数减小,它们仍保持平衡。如果粉尘由于静电的作用能漂浮在月球表面以上1米 的地方,它就能在任意高度漂浮,当然也能漂离月球。事实上,靠静电场、引力场或 磁场的某种组合的综合作用,来维系一个物体是不可能的,因为它们都服从平方反比 定律。
19.力拔山兮气盖世
秦末项羽力大超群,是一位盖世的英雄。当他在兵少粮尽被汉军包围时,便慷慨 悲歌:”力拔山兮气盖世,时不利兮骓不逝。“项羽能拔山吗?
我们利用物理当中作用力和反作用力的原理分析一下,就能做出科学的判断了。
且不说山的质量有多么巨大。项羽要拔山,势必要悬浮空中,无处依托。如果离 开了地球,人无支撑点,那么就无法传递反作用力。不要说拔山,就连拔起一根草也 是不可能的。所以,项羽是不是有些”失言“呢?至于把”力拔山兮“作为文学的夸 张说法来看待,那就另当别论了。
古希腊有一个神话故事,讲的是一个大英雄离开了地球,他便失去了力量,道理 正在于此。
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旗和鼓的威力
古代将领既没有电话,也没有无线电通讯设备,他们靠什么来指挥千军万马,同 敌人作战呢?你一定想不到,他们靠的是旗帜和战鼓。不同颜色和形状的旗帜,不同 旋律和音色的鼓声代表着不同的命令,士兵看到或听到这些”命令“,就知道如何行 动了。
20.小丑不倒的秘密
每当看马戏表演时,都被台上的小丑逗得哈哈大笑。一顶尖帽子、一双大皮鞋, 在台上前仰后合,醉态百出,总像要摔倒的样子,可却总也摔不倒。这里有什么奥妙 ?
小丑之所以摔不倒,主要是他的那双大皮鞋保护了他。小丑的鞋很大,无论他如 何跌撞,重心的竖直线都在鞋的支面内,或者说是在两只脚之间的连线内。这就保证 了小丑的全身(包括衣服、鞋等物)的重心,在竖直方向的作用线始终落在一个可靠 的支面范围内。
小丑在舞台上的各种千姿百态的表演,貌似摔倒,实则不倒。恰像物理力学中的 稳定平衡一样。如果小丑在台上的表演宛似一肉球在台上”滚来滚去“,小丑则是随 遇平衡了。
21.沉的伟大,抑的光荣
当一辆汽车加速前进时,车头总是会上仰,这是为什么?刹车时,车头下沉,又 是为什么?
当汽车在加速前进时,轮胎给路面一个向后的推力,路面反作用于轮胎一个向前 的推力。此力不但使汽车加速,而且还产生一个相对于重心的力矩;无论这个力是加 在前轮还是后轮,或同时施加在前后轮子上,该力的作用线都是沿路面方向,产生使 汽车头上仰而汽车尾部下沉的转动。
在各种情形下,使汽车加速的摩擦力总是使它有逆时针转动的倾向。力的方向是 与车前进方向相反的,产生的力矩将使汽车头下沉。
这种翘头效应,在机动船的运动中表现得更加明显。当船加速时合力向前,力矩 要使船逆时针转动;而当船减速时,水的阻力占主导地位,合力是向后的,力矩使船 顺时针转动。
汽车上仰仅仅是在它加速的时候,一旦它获得一恒定的速度时,汽车又恢复到水 平的位置。但摩托艇始终是上翘的。为什么会这样呢?当船速恒定下来时,摩擦力作 用在船底,它和作用在螺旋桨上的力大小相等方向相反。而螺旋桨是在水中较深处, 要比船底距船的重心远些,所以船底的摩擦力和螺旋桨受到的力共同作用产生了一个 力矩。
22.阴魂不散,与人为善
当我们脱毛衣或衬衣时,有时会发出噼啪的响声,在黑暗中还能见到闪光。把塑 料垫板在衣服上摩擦几下,然后把它放到头顶上,头发会被吸得立起来。有时手触到 门把手或汽车的门把手,会有麻酥(sū)酥的感觉。这是为什么?
这些都是因为摩擦起电的缘故,我们把这种电叫做静电。
物质都是由很小很小的微粒组成的,我们把这种微粒叫做原子。每个原子都是由 带正电的粒子和带负电的粒子构成的。平时,这两种带电的粒子相等,正负电荷互相 抵消,所以不显出电性。当两个物体互相摩擦时,其中一个物体里带负电的粒子会跑 到另一个物体里。这样,得到这种粒子的物体负电增多,带负电;而失去这种粒子的 物体正电相对显得较多,所以就带正电。这种带电的物体,就能够吸引别的物体了。 至于看到的闪光和发出的噼啪声,是物体之间放电所造成的,这与闪电和雷电的形成 是一个道理。
23.穿着”锌“衣的”我“
收录机、手电筒、剃须刀、呼机……都离不开干电池,干电池是我们每个人的好 帮手,干电池为什么能产生电呢?
干电池的外壳是用金属锌做成的,里面装着好几种化学物质。锌筒的中央立着一 根黑色的碳棒,碳棒的顶端露出来,上面有一个黄颜色的铜帽。
干电池里装的化学物质发生变化时,使碳棒上聚集了许多正电荷。使锌筒表面聚 集许多负电荷。我们把带正电荷的碳棒叫做正极,把带负电荷的锌筒叫做负极,分别 用”+“和”-“来表示。
当用导线把小灯泡接在电池的两极上时,负极的电荷就会沿着导线经过灯泡流向 正极,因此,灯泡才亮了。
小朋友使用干电池时要注意,千万不能把电池的正、负极接反了,否则可能把电 器烧坏。
24.小心才能安全
安全用电至关重要,电即是我们日常的好朋友,然而有时也会发怒,如手湿时摸 电器特别危险,这是为什么?
连接电器的电线有两条,一条是火线,另一条是地线,只有两条线都接通时,电 流才能从电器中通过,电器才开始工作。人的身体是导体,可以通过电流。当电流从 身体一部分通过时,比如通过手,手指尖的肌肉会收缩,感到麻木。如果一只手摸着 火线,另一只手摸着自来水管,或者是光着脚站在地上,那就十分危险了,因为等于 同时又接通了地线,两条线都接通后,电流会从人的身体通过。电流流过心脏,心脏 要出毛病,人会因此而死亡。所以电业工人都要穿上不导电、绝缘很好的胶鞋。
铜和铝都是很好的导电体,电流十分容易通过。人体虽然也导电,但导电的性能 并不是十分好的,一般的水很容易导电,如果手上沾了水再摸电线,电流就特别容易 通过,这是很危险的。
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电是从哪里来的?
电是用发电机发出来的,发电的方法有很多种,利用水力、风力、火力、核能都 可以发电。
水力发电是在河流的上游建一个大水坝(bà),把水拦住,利用水的力量来推动 发电机发电。火力发电是以石油或煤作为燃料,利用它们产生的热推动气轮机带动发 电机发电。风力发电是用风的力量推动风车带动发电机发电。核能发电是将原子核发 出的能量转变成电能。
25.鸟能胜天,人莫能及
人遭电击会立刻死亡,停在裸露高压线上的鸟却不会遭到电击,这是为什么?
你可能会认为,虽然鸟本身有足够高的电阻,但若在鸟的两端加上足够高的电压 ,如20000伏,那么在鸟的体内就会产生具有伤害性的电流。但实际上相对于地面的 20000伏电压是加在导线整个长度上的。导线上的鸟处在20000伏的高压线上,但它两 脚之间的电势差很小(等于它所握这一小段导线两端的电势差),因而它体内几乎没 有电流。如果鸟伸开翅膀,碰到了具有不同电压的邻近导线,鸟很快就会死的!而空 中的高压线相距都很远,超出了鸟展开翅膀后的限度,因此鸟不会受到电击。
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电流、电压两者都会导致电击。
当电流流经人体时发生电击,如果没有电流就没有电击。但是,什么原因产生导 致电击的电流呢?是电压。因此,所加的电压和由此而产生的电流都是引起电击的原 因。
26.奇特的”同性恋“
当电流在两平行导线中沿同一方向流动时,两根导线会因相互吸引而靠拢,这是 为什么?
两导线会互相靠拢。如果电流沿相反方向流动,情况会怎样?导线会互相排斥。 磁学的基本定律通常认为南北极相互吸引,而南极与南极或北极与北极是相互排斥的 .产生磁性的根源是电流,用产生磁性的电流来说明磁力的规律不是更简单吗?正是 这样。我们知道,当电流沿着铁柱体流动时,如图所示,铁柱的一端为北极,另一端 为南极。
现在,若两个圆柱是这样地安排在一起,使其电流在铁柱内流动方向相同,此时 一个柱体的北极对着另一个柱体的南极,它们彼此就靠近。我们可以说,南北磁极是 相互吸引的,也可以说同向流动的电流彼此要靠近。
当两个圆柱是这样放置,使其电流反向流动时,一个柱体的北极对着另一个柱体 的北极,它们相互排斥。我们可以用同极相斥来解释排斥,也可以说反向流动的电流 彼此分开。
27.俏佳人为何泪满面
干电池使用一段时间后会变湿这是为什么?
日常生活中,我们的随身听、半导体收音机、手电筒,还有一些电动玩具等等都 需要有干电池,才能工作,当干电池用完时,你会发现它们的外壳都湿了,有时还会 流出黏稠的液体,即使用纸擦过之后,仍旧是黏的,这是怎么回事呢?
原来,电池的外壳是一个用锌板压成的圆筒,它里面装有含着大量氯原子的糊状 液体,氯原子和锌板上的锌在液体中化合,产生了电。因为干电池上面用蜡封住了, 所以,里面的液体一般不会流出来。
由于我们对电池的使用,电池内部的化学反应不断进行,每产生两个电子,便会 消耗掉锌皮中的一个锌原子,锌不断地缺损,所以当干电池快用完时,锌皮也就到了 不能阻止里面液体渗出的程度,干电池就变湿了。
你可不要小看这干电池上的”黏水“,它对电器有着腐蚀损坏的作用,凡是它能 接触到的地方,电器轻则上锈,重则无法工作,所以,当干电池暂时不用时,千万别 忘了把它从电器中取出来呀!
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谁发明了直流电源?
世界上第一个使人类获得稳定持续电流的是伟大的意大利物理学家、发明家伏特 (1745-1827)。
1792年,伏特开始研究”动物电“及相关效应。他用不同的金属联成环,接触到 青蛙的腿及其背部,从而成功地使活的青蛙痉挛。这就证实了”动物电“产生于两种 不同金属的接触,从而有力地驳斥了当时社会普遍流行的”动物电“来自于动物体本 身的说法。经过长期实验、研究,终于在1799年研制出第一个长时间的持续的电流源 --伏特电堆。不久,他又发明了伏特电池。
28.”牛“气冲天,世人敬慕
牛顿为科学发展做出了突出贡献,被称为”近代力学之父“.因何而获殊荣?
”近代力学之父“是在世界历史上对人类文明作出了划时代贡献的英国科学家牛 顿。
牛顿(1642-1727),出生在英国林肯郡的一个农村,他从小酷爱读书,经常自 己动手制作小机械,也常常向老师问一些奇怪的有关自然的问题。18岁,进入剑桥大 学,23岁获学士学位。
在数学方面,他和莱布尼兹同时发明了微积分,并把它与力学相结合,用微分方 程式表示运动物体受力和产生的加速度之间的原因--结果关系,计算结果和实际情况 分毫不差;牛顿发现了光的本性,证明白色光线是由赤、橙、黄、绿、青、靛、紫七 种颜色的光线混合而成,且它们的折射率不同,所以形成了雨后的彩虹;在天文学方 面,牛顿推翻了前人的论点,证明不论天上、地上的物体,都要遵循惯性定律、质点 运动定律和作用与反作用定律,即”牛顿三定律“运动。同时他指出推动行星绕日运 动的是天体之间存在的万有引力,运用三定律和万有引力定律,不仅计算出了行星围 绕太阳的运动、卫星围绕行星的运动规律,还证明了地面上物体的降落和抛射运动, 海洋潮汐发生的成因,确定出彗星的轨道和运转周期。这些空间的成就使牛顿成功地 建立了近代力学和天文学。
29.谁主”沉浮“
过年过节的时候,大家都喜欢吃红烧鲤鱼。当清洗鲤鱼时,用剪刀打开鱼的腹腔 ,发现鱼腹中有一个鱼鳔。这个鱼膘起什么作用,它应用了物理中的什么原理呢?
鱼儿离不开水,可以说在水中最活跃的莫过鱼了。鱼在水中游来游去,上上下下 ,谁主”沉浮“,这完全归功于鱼鳔。
当鲤鱼下沉时,鱼鳔变小;鱼鳔若要变大,鱼则上升。鱼的总密度与水相近。因 此,鱼是靠鱼鳔的大小变化,在水中自由自在地上下游动的。
鱼鳔主”沉浮“,实际上是根据力学中的”浮沉“原理,潜水艇的浮沉,也是根 据这样一条物理定律。
第30.非并驾但能齐驱
一颗高速飞行的子弹从步枪中水平射出,同时另一颗子弹从同样的高度垂直落下 .哪颗子弹先着地?
这是因为两颗子弹以相同的加速度下落相同的垂直距离,因此它们同时着地。
把射出子弹的运动分解成两部分,就能更好地理解这个问题。在水平方向上没有 作用力(除了空气阻力),所以水平分量不变;另一部分是垂直分量,有加速度g,它 与水平分量无关。
我们还可以用另一方法分析这一问题。若步枪向水平线斜上方发射,则自由掉下 的子弹将先着地。若步枪向斜下方发射,则枪中射出的子弹毫无疑问先着地。在斜上 方和斜下方之间有一个不分先后的方向,这就是水平发射。
另外还可以从一个十分不同的角度看待这个问题:假设地面是在向上加速,而不 是子弹在下落,你看会有同样的结果吗?
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一颗从高速步枪中水平射出的子弹,能否一
点不下落地平直运行?因为物体的运动不可能摆脱重力的影响,甚至激光也在它 射出的瞬间就开始下落。而且,无论运动速度多大,下落率总是相同的。
31.并肩携手,大小一统
一个大石块比一个小石子重很多倍,就是说,作用于大石块上的重力是作用于小 石子上的重力的很多倍。然而当你同时扔下大石块和小石子时,它们却以相同的加速 度(忽略空气阻力)一齐下落,较重的大石块并不比小石子的加速度大。为什么?
完全是由于惯性。
如果加速度仅和作用力成比例,那么作用于大石块的较大的重力就会使它的加速 度超过轻的小石子。但物体的加速度还和它的质量有关,即和它的惯性有关,亦即和 它反抗运动变化的趋势有关。质量抵抗加速度--在给定力的情况下,质量越大,加速 度越小。这就是牛顿第二定律:加速度正比于净作用力,而反比于质量,即a=Fm.对 于自由下落物体,作用其上的唯一的力就是重力。而重力正比于质量(2千克物体所 受重力是1千克物体的两倍)。一个比小石子重100倍的大石块,其质量同样比小石子 大100倍。它可以受到比小石子大100倍的重力作用,但是它的惯性也大100倍,或者 说改变运动状态的困难程度要大100倍。
因此我们明白了,为什么所有自由落体,其重力质量的值都一样,进而加速度( 9.8米/秒2)也是一样的。当空气阻力不可忽略时(下一个问题将要涉及),落体的 加速度就小于9.8米/秒2.当空气阻力增大至和落体所受重力相等时,则作用于落体的 净力为零,而不再有加速度了。
32.”超人“超在何处
第二次世界大战期间,德国有一架战斗机去执行任务,途中遇敌方高射机枪的阻 击。为判断敌方所使用机枪的枪型,飞机上一”超人“在机舱中伸手将舱外的机枪子 弹抓住。”超人“真的高人一筹吗?
想一想,”超人“为何能伸手将子弹抓住?你能抓住子弹吗?”超人“真的是高 人一筹吗?
高射机枪的子弹在空中飞行速度很大(刚离枪口的子弹的速度至少是500米/秒) ,具有很强的穿透力。”超人“之所以能伸手将子弹抓住,并不是他有防弹手套,或 有其他特殊的本领,而是飞机在高空高速飞行时,它与子弹的飞行速度大小基本相等 .飞机和子弹之间的相对速度较小(或为零)。
因此,”超人“在飞机机舱上伸手抓子弹,就仿佛在陆地上的人,伸手抓到一个 飞来的、速度较小的乒乓球一样,或是随手从静止的地面上拿起一个皮球一样,不需 要什么特殊的本领。
倘若有人不信服,可以让他做一个简单的推理,使他口服心服。如果这位”超人 “不坐在高速飞行的飞机上,而是坐在陆地上,”超人“还能伸手抓住水平射来的高 射机枪子弹吗?答案是肯定的:”超人“抓不住子弹。
33.青春永驻的秘密
多少年来,人们一直在寻找一股神奇的泉水。据说喝了这种泉水,人可以长生不 老,永葆青春。但是,无论是至高无上的皇帝还是修炼有术的道士,都没有实现这一 愿望。到底有无青春永驻的秘密?到了科学日渐发达的19世纪,希望似乎已经破灭了 .
20世纪,这个秘密却意外地在相对论中被发现了。它与吃、喝以及呼吸完全没有 关系,通向青春之泉的路就是快速地行走。爱因斯坦认为,这种行走的速度要接近光 的速度!为了说明其中的奥秘,他讲了这样一个故事:在未来的某一个时间,有一对 20岁的双生子,参与了一项宇宙航行计划。双生子中的一人乘宇宙飞船到非常遥远的 地方去旅行,并以每秒29万公里的速度飞行;另一人留在基地进行观察。50年以后, 留在基地的人变成了一个弯腰弓背、白发苍苍的老人,当他去迎接回基地的兄弟时, 发现弟弟还是一个30多岁的年轻人!这就是说,虽然地面上的时间已经过去了50年, 但对弟弟来说,却只是过去了十几年!
狭义相对论向人们表明,在高速运动中钟表将放慢脚步。其实,人体本身就是一 只活的钟表,当人以接近光的速度运动时,心脏会跳得很慢,其他生理过程也放慢节 奏,也许消化一顿饭的食物要经过一年时间,两顿饭之间要经过若干年时间。由于生 理过程速度减小,年龄增长就慢得多了。因此,在狭义相对论的数学方程式中,存在 着人们梦寐以求的青春之泉。
34.质量越大引力越大
物体之间万有引力的大小,取决于物体的质量,物体的质量越大,彼此之间的引 力也越大。太阳和地球的质量都很大,它们之间的引力也很大,大约是3.54×1022牛 顿(约361亿亿吨力)。设想在地球和太阳之间用钢丝绳连结,用钢丝绳的拉力代替 太阳和地球之间的万有引力,那么需要一根直径9000公里的钢丝绳,才能承受这么大 的力。
既然任何物体之间都有万有引力,为什么我们感觉不到周围物体对我们有吸引作 用呢?那是因为比起地球和太阳来,人的质量太小了,所以引力也微小,人无法感觉 出来。例如两个体重都是85公斤的胖子相距1米时,他们之间的万有引力还不及一只 蚂蚁力气的1%.
总之,地球与任何物体之间都存在吸引力,这种吸引力叫做万有引力。任何物体 都受到地球的吸引,所以物体才有重量,它是万有引力的一种。
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1969年7月21日,人类第一次登上月球,当时宇航员穿的一套宇宙服重约80公斤 .在地面上的人,若是穿上这样一套衣服,就会寸步难行,然而到了月球上,宇航员 却行走自如。因为月球的质量只有地球质量的1/83.1,引力只有地球的1/6.这样,80 公斤的宇宙服,到月球上就只有13公斤重了。
35.魔术师为何能在天花板上行走
世界上只有苍蝇、蚊子等昆虫可以停留在天花板上,连鸟也不能倒抓在天花板上 .可是,魔术师却能借助于力学装置成为”人蝇“,倒吸在天花板上行走。它的奥秘 何在呢?
在剧场的天花板上挂着一块7.5米长的木板,木板朝下的一面漆着油漆并打蜡上 光,目的是使表面光洁平整,让吸盘可以牢牢吸在上面。表演开始时,一位小姐坐在 紧挨木板上头的秋千上,脚上穿着一双像溜冰鞋那样的高帮靴子。只见她在秋千上做 一个倒立动作,用脚蹬住那块木板。然后双手放开秋千,嗨!她居然头朝下,身体挂 在木板上了。一开始,她以很小的步子倒退着走,接着又往回返程,也是倒着走。几 个来回一走,博得满堂喝彩。
这个魔术成功的关键在那双靴子上,原来这双靴子的鞋底里装有气动装置,每只 气动装置所产生吸力足以支持两倍于表演者体重的重物。因此,当魔术师在天花板上 行走时,即使只有一只脚与木板接触,它也足以把她牢牢吸在上面。当然,靴子里还 有一套紧固装置,可以把表演者的双脚牢牢缚在靴子里,为了预防万一,天花板下设 有一张安全网。
36.”一帆风顺“直到永远
帆船顺风行驶,自然”一帆风顺“,而碰到逆风时能扬帆前进吗?
帆船逆风行驶时,船头的方向与风的方向成一个角度。当风斜着吹在帆面上时, 总要产生一个垂直作用在帆面上的压力。它对船有两个作用,一个是使帆船有横向运 动的趋势,如图中箭头P所示。由于船身横侧面积比较大,船在这个方向运动遇到水 的阻力很大,实际上风力在这个方向的作用几乎全都被抵消了。另一个作用是使船沿 着船向运动,如图中箭头Q所示。帆船就是依靠风力的这种作用逆风前进的。
逆风行船时,由于船头不能正对着风向前进,帆船要沿着”之“字形路线,左右 迂回前进。我们的祖先早就用逆风行船的驾驶方法,纵横于碧波万顷的南中国海和印 度洋,创造了航海史上的奇迹。
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如果用一把直尺,在直尺的边上放一块三角板。一只手将直尺按住,另一只手拿 一支笔,用笔头推三角板的一边。尽管我们用力的方向是向后的,可是三角板却沿着 直尺向前移动。这个道理和逆风行船的道理是完全一样的。
37.幻想旅行无法实现
北京有个学生,曾经提出一个到新疆旅行的方法:选一个无风的日子,在北京乘 坐气球离开地面升上高空。由于地球从西向东转,他在高空看着下面的大地向东移动 ,等到地球把新疆转到脚下时,马上下降,就到了新疆。
当然,这个幻想不可能实现,因为这里有个”惯性“的道理。
我们不妨再想象一些类似的现象:如果有人在高速直线运动的火车车厢内向上跳 ,落下时是否还在原来地方?也许有人这样想:当人在空中的这段时间里,火车已前 进一段距离,落地的位置应在原地后面。事实并不是这样,在行驶的火车里向上跳的 人,落下后仍在车厢原地。这究竟是为什么?
同样,当人乘坐的气球离开旋转着的地球表面后,由于惯性,人和气球仍然以地 球自转的速度继续运动着,所以还会降落在原先出发的地方。所以,希望借地球自转 来长途旅行的设想是不可能实现的。
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自然界中任何物体都有一种属性,叫做惯性。由于惯性,物体总要保持原来的运 动状态。人站在行驶的火车里,随火车以相同的速度运动,当他向上跳起的时候,由 于惯性,仍然保持原来的速度随火车前进,因此他落下时仍在起跳的原地。
38.苹果挡住了飞驰的子弹
世界著名的魔术师托里尼,每次演出的压轴戏总是”退尔枪“.由他儿子扮演瑞 士民族英雄威廉·退尔的儿子,将一只苹果放在他口中,用嘴咬住。托里尼请一位观 众拿起一把手枪,在众目睽睽之下将一颗子弹推上镗,随后让他对准苹果开枪。”乒 “的一声,子弹在烟雾中飞出,只见小托里尼安然无恙,而子弹却留在苹果中。
这个魔术的关键是制造假子弹,它既要在外形上与真子弹一模一样,又必须在枪 击的压力下碎成粉末。
人们从力学角度去思考,怎么也无法解释快速飞驰的子弹会被一只苹果挡住。其 实这个魔术的窍门在子弹上。总共有3颗子弹,2颗是真的,1颗是假的。起初,观众 拿的是一颗真子弹,当托里尼把它推上镗时换成了假子弹。这颗子弹看上去和真的一 模一样,只是一受到压力就会粉碎。因此,一开枪它就马上散成无数细粒,像灰尘一 样四处飞扬,观众看来还以为是子弹射出后的火药烟尘。当然,苹果中的子弹是事先 埋藏在里面的真子弹。它当然与托里尼向观众出示的那颗真子弹一模一样。
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有一位魔术师为节约成本,表演时用的子弹在”肥皂弹“的外面滚拌上石墨粉。 可是,有一天晚上演出时,”肥皂弹“出了事故。它没有粉碎,结果打在表演者的脸 上,使他受了重伤。原因在于那颗”肥皂弹“因放置时间较长,肥皂本身干固了,结 果射出以后没有粉碎。
39.你听听这是什么声音
你也许听过狗叫的声音,你也许听过鱼拨水的声音,你甚至听过大象走路的声音 ,但你一定没有听过虫子爬的声音。
虫子爬的声音?它太小了,根本就听不到。你一定会这么说。的确,仅凭我们的 肉耳是绝对听不到的。但科学家却能使你听到虫子爬的声音,甚至能听到比这还要小 的声音。
科学家使用的是一种叫”压电材料“的东西,它有一个神奇的特性:当你给它一 点压力时,它就会产生电压,而且压力越大,它所产生的电压就越大。
用压电材料可以做出”压电元件“.这种元件的灵敏度极高,只要轻轻摸它一下 ,它就会产生电压。当然,它所产生的电压是非常非常小的。
一个虫子在压电元件上爬行,可以产生几十到几百微伏的电压,如果接上电压放 大器,只要把这个电压放大千万倍,我们就会从喇叭里听到虫子爬的声音。
嘘--
如果你说悄悄话的时候,声音一定要压得低低的呀!因为”压电材料“已被用于 刺探情报。只要把它往墙上一贴,隔壁人的说话声被听得一清二楚。
40.低温、低温、超低温
提起低温,我们首先会想到电冰箱,里面的温度最低可达零下三四十摄氏度。接 着我们又会想到南极,那里是地球上最冷的地方,温度最低可达-95℃。人们又把眼 光瞄向了宇宙,从遥远的海王星上找到了更低的温度-229℃!
还有没有更低的温度呀?科学家们找遍了人类所能探测到的宇宙空间,也没有找 到比海王星上更低的温度了。于是,人们得到这样的结论:最低的温度约是-273℃, 并称之为”绝对零度“,意思是没有比它更低的温度了。
目前,人们已经得到了距绝对零度只差三千万分之一的低温,绝对零度就在眼前 啦!科学家们为什么如此痴迷地追求绝对零度呢?因为在低温世界里有一个个奇妙的 景象。
在-100℃~-200℃的低温下,猪肉、馒头、鸡蛋等会像宝石一样闪闪发光;钢铁 经过低温处理后,它的强度可增加两倍;平时柔软的铅,在-100℃时会变得像弹簧一 样富有弹性;特别是一些金属,在低温下电阻大大降低,甚至消失。人们把这种现象 叫做”超导现象“.
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超导现象会使人类节约大量的电力,对解决能源危机意义重大。如今人们已利用 超导现象制造了磁悬浮列车,下一步可制造出比现在发电机的输出功率高一百多倍的 超导发电机、体积小但功率大的超导电子元件--”冷子管“、高速运算的超导计算机 ……
41.不倒翁竟倒了
有趣的不倒翁,不管你怎样推,都不会翻倒;甚至把它横过来放,一松手又会立 起来。这究竟是什么原因?
不倒翁所以不会倒,一方面因为它的结构是上轻下重,底部有一个较重的铁块, 因而重心很低。另一方面,不倒翁的底面大而圆滑,当它向一边倾斜时,它的重心和 桌面接触点不在同一条铅垂线上,重力作用使它摆动起来。当不倒翁向左倒时,重心 和重力作用线在接触点的右边,在重力作用下,不倒翁就向右倒。当倒向右边时,重 心和重力作用线又跑到接触点左边,不倒翁又向左倒。不倒翁倾斜的程度越大,重力 作用产生的摆动越显著,直到摆动过程中能量逐渐损失,当动能、势能减少到零,重 力作用线恰好通过接触点时,它才不再继续摆动。
如果不倒翁失去了重心,它会出现什么情况呢?
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一块水平放置的砖头很稳定,如果把它竖立起来,就容易翻倒。这是因为砖头平 放时,接触地面的面积大,重量大部分集中在底部。也就是说,它的重心较低,不容 易翻倒。
其他物体也是这样,底部面积越大,重心越低,就越稳定。许多机器设备底部较 重,底座较大,就是为了防止翻倒。如实验用的天平,底部面积较大且重;往车或船 上装货时,要把重货物放在下面,轻货物放在上面,使重心降低,以保证行驶安全。
42.省力的”钥匙“
用手无法从木头里拔出钉子,必须要用工具。即使是大力士,也很难把几百公斤 的重物举到高处,如果借助工具,那就”轻而易举“了。
这些工具都是按照杠杆原理制作的。要把坚硬的铁皮剪开,使用普通的剪刀很费 劲,用长柄剪刀就比较省力。这是因为要使一个物体绕着固定轴转动时,用同样大的 力作用在物体上,力的作用点离轴越远,产生的转动效果越显著。比如用力推动房门 ,力的作用点离门轴越远,就越省力,所以门的把手总是安装在远离门轴的一侧。
人们还有这样的经验,上陡坡费力,上较平的坡省力。装卸工人在往卡车上装货 物时,往往放块斜板,把货物沿斜板向上推,这比直接把货物抬到车上省力。
斜坡、斜板在物理学上都叫斜面。利用斜面也可省力,这是因为放在斜面上的物 体,它的重力作用可用两个分力的作用来代替。一个分力垂直压在斜面上,另一个分 力使物体沿斜面向下滑动。人沿斜面推物时,只要克服后一个分力的作用就可以了。 由于这个分力比物体的重力小,所以人用的力小于物体的重力。经验告诉我们,如果 斜面的高度不变时,斜面越长就越省力。
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地面上有一块又大又重的石头,要把它移到旁边去,一个人推不动。这时只要用 一根结实的棒,把棒的一端插到石头底下,握住棒的另一端,用力向上抬;或是在棒 的下面垫上一块较硬的物体,用力压棒的一端,就能把石头撬起来。撬棒越长,用的 力气就越小。长柄剪刀、撬棒等工具都是省力的杠杆。
43.深海报警
船舶或飞机在大洋中失事时,如无法用无线电发出求救信号,则可以向深海投掷 炸药包作为呼救信号。2千克炸药在1千米深的海洋中爆炸时,发出的声波可传播到几 千米之外。由几个海岸监听站从不同位置收到的报警声,就能较准确地测定失事地点 并组织营救。用同样的办法也可以测定洲际导弹或宇宙飞船返回时的溅落位置。
声波在深海中传播得远,是因为存在一个深海声道。它与海面、海底都保持一定 的距离,声波在这个通道里传播时,很少遭受海面和海底反射时造成的能量损失。这 就像人们利用空管子对着讲话,它能把声音传得很远。深海声道具有这一特性,是由 于不同深度的海水的温度不同,因而声波传播的速度也不同。在深海声道的上方,温 度随深度下降,使声速也随深度下降,即越向上声速越快,声波受海水折射后向下弯 曲传播;它的下方为深海同温层,声速随深度的增加而增加,即越向下声速也越快, 声波受折射后上弯曲传播。结果,不同温度的海水层像透镜聚焦一样,把声波的能量 聚集在声道内。不仅如此,在深海声道的某些地方,声能特别集中就好像透镜的焦点 一样,这些区域叫”会聚区“.在大洋中,每隔30~50海里就有一个会聚区。正是这种 深海声道里的会聚作用和接连不断的会聚区的存在,才使声波能在深海中作超远距离 的传播。
44.虎跑泉的水满而不溢
在杭州市虎跑泉的茶室里,一批游客带着奇异的目光观看服务员表演。桌上一只 盛满虎跑泉水的碗,服务员轻轻地把硬币投入碗内。她一口气放了好几枚,水面已经 高出碗边好多了,可就是不溢出来。看到这一切,游客惊奇地叫了起来。虎跑水满而 不溢,是由于水中含有多种矿物质,水的表面张力特别大的缘故。
表面张力的作用,使得液面总是尽可能地缩小。如水滴在荷叶上,如果不能被荷 叶吸收,水滴的表面会尽可能缩小,最终收缩成球形,如晶莹透亮的珍珠一般。如果 将水滴在一张普遍的纸上,水滴和纸接触部分的弹性膜被破坏,水滴就会把纸湿透。 但如将水滴在蜡纸上,情况就和荷叶上相同了。
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原来,液体表面层分子的分布要比内部稀疏些,分子之间的吸引力和排斥力都减 弱了,其中排斥力减弱更多,所以表面层分子之间有相互吸引力,这种吸引力叫表面 张力,它使液面形成一层弹性薄膜。把一枚干净的缝衣针轻轻地放在水面上,水面这 层弹性薄膜就把缝衣针托住而不会下沉。
45.两船相撞,后果谁负
1912年秋季的一天,当时世界上最大的远洋轮之一”奥林匹克号“正在大海上航 行,离它100米的地方,有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰”豪克号“平行疾驶。突然 ,意外的事故发生了:小军舰好像受到看不见的巨大力量的吸引,一个劲地向”奥林 匹克号“冲去,结果把”奥林匹克号“的船舷撞了个大洞。
是什么力量驱使两船相撞呢?原来流体流动时,内部的压强与流速有关,流速大 的地方压强小,流速小的地方压强大。由于这一原因,当两艘船平行向前时,两船之 间的水比外侧的水流得快,即两船之间的压强比船外侧水的压强小得多。由于船外侧 海水对船舷的巨大推力,迫使两船急速靠近乃至相撞。
气体作为一种流体,也具有这种特性。飞速前进的火车在车厢周围造成很强的气 流,会对旁边的物体产生吸引作用。如火车以时速50公里行进时,可产生很大的压强 ,所以当火车开来时人不能离铁轨太近,否则容易发生伤亡事故。
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了解流体的性质后,可以充分利用它来为人类服务,飞翔在天空的飞机就是一个 例子。飞机机翼的形状是流线型,下面平直,上面圆拱,飞行时流过机翼上方的气流 速度大,流过机翼下方的气流速度小,机翼下表面的压强要比上面大,形成上下的压 力差,使飞机受到一个向上的力--升力,进而在空中飞行。
46.听不懂自己
我们有这样的经验:听录音机放出的自己的声音总觉得不太像,而在别人听来都 认为像,这是怎么回事呢?
我们平时听到的声音,可以通过两条不同的途径传入耳内,一条途径是通过空气 ,将声波的振动经过外耳、中耳一直传到内耳,最后被听觉神经感知。别人听你的话 ,你自己(还有别人)听从录音机里放出的自己的录音,都是通过这样的空气途径传 入耳内的。对别人说来,直接听你讲话,或是听你的录音,由于都是从空气里传来的 声音,所以效果一样,即这两种声音是很像的。
另一条途径是通过骨头来传播声音,这种方式叫”骨导“.我们平时听自己讲话 ,主要是靠骨导的这种方式。从声带发出的振动经过牙齿、牙床、上下颌骨等骨头, 传入我们的内耳。因此,对我们自己来说,听自己讲话是通过骨导方式听到的。由于 空气和骨头是两种不同的传声媒质,它们在传播同一声源发出的声音时,会产生不同 的效果,因此,我们听上去就感到这两种通过不同途径传来声音的音色有差别。于是 就觉得录音机里放出来的声音不像是自己的声音。
47.冬暖夏凉的”恒温服“
在没有这样一种衣服,像房间里的空调一样,能够调节温度,冬暖夏凉呢?科学 家们从衣服的材料上入手,已经发明了能随天气变换调节温度,而且十分轻便的衣服 .
这种轻便的恒温服分两种设计形式:一种是电子式的,一种是晶体纤维式的。
电子式的恒温服就像电热毯一样,但它是自动来调节温度的。这种衣料里编织有 微细的加热、冷却和通风的材料,并有许多微细的传感器。这些传感器和人的皮肤接 触,好比无数个体温计,记录着皮肤的温度。比如,当人感到寒冷而皮肤温度下降时 ,传感器便会及时发现,并自动地进行调整。
晶体式衣料是用经过特殊处理的纤维制造的。这种晶体材料会随着温度的变化, 变换着自己的排列结构,并能吸收或释放热量。
当温度上升时,晶体的形式发生变化并吸收热量。热量被它吸收了,人体就会感 到凉爽了;当温度下降时,晶体则恢复它原来的正方体形式并释放热量,人体也就感 到暖和了。
48.不烫手的”开水“
”开水“这个词常常与”烫手“联系在一起,不过这是指在地面上把水烧到沸腾 时,它是十分”烫手“的,因为它的温度达到100℃。
当你到高山或高空去烧水时,情况就不同了。尽管也把水烧沸腾了,但它并不一 定烫手。在海拔5000米的高度上,大气压力只有0.55兆帕,相应的水的沸点为82℃。 当我们处在世界最高的珠穆朗玛峰8848米的高度时,那里的大气压力大约只有0.03兆 帕,相应的水的沸点约为69℃。如果坐气球升到几万米高度去烧水,那里的大气压力 低到只有0.015兆帕,水的沸点只有11~18℃。那种”开水“温度还不及地面上的冷水 .因此,在高山或高空烧东西会出现许多怪现象:烧出来的”开水“不烫手;煮出来 的鸡蛋半生不熟;”用开水消毒“成了一句空话,温度不高的”开水“根本杀灭不了 细菌。
与此相反,在气压比地面大得多的深矿井底部,却可以得到十分烫手的”开水“ .例如,在深达300米的矿井里,水的沸点达到101℃。而在600米深处,水的沸点达到 102℃。
49.冰能”烧开“水
冰只能冷却水,怎么能”烧开“水?你也许会大惑不解,的确,通常情况,冰只 能使水冷却,不能使水沸腾。但在特殊条件下,冰能使水沸腾。
在烧瓶内灌半瓶水,放在火上加热,待水沸腾后将烧瓶从火上取下并用塞子将瓶 口塞住,这时沸腾停止了,把瓶倒过来在瓶底上放一些碎冰时,立刻看到水又重新沸 腾起来。
液体的沸点与液面上空气的压强有关。压强高,沸点高,压强低,沸点低。当我 们把瓶口塞住时,瓶中只有滚热的水和水蒸气,瓶中的空气几乎全被水蒸气赶跑了, 液面上只有蒸气压强,没有空气压强。在瓶底放上碎冰后,瓶底冷却使水蒸气凝结为 水滴,因此水面上压强降低,沸点也降低,所以,水又重新沸腾起来。
50.卫星需要恒定的”体温“
卫星在太空中运行时,太阳晒到的部分温度可高达一二百摄氏度,而太阳晒不到 的地方却很冷,可冷到零下一二百摄氏度。地面上太阳晒得到的地方与晒不到的地方 的温差至多相差几十摄氏度,在太空中为什么会相差几百摄氏度?这是由于太空中没 有空气,因此也不存在由于空气对流所造成的气温调节作用。
由于在太空中,卫星表面晒到和晒不到太阳的部分有着高达几百摄氏度的温差, 将使卫星上的仪器无法正常工作,为此,科学家们必须事先采取温控措施,以保持卫 星有较恒定的”体温“.在地面上人们可以用空调机来制冷,或用电炉来加热,然而 在太空中却行不通。因为卫星发射的费用十分昂贵,所以由卫星带上天的各种仪器的 重量必须”斤斤计较“.为了调节卫星的”体温“,而把空调或电炉送上天显然是不合 算的。通常科学家们采取一些被动的调温方法。例如,在卫星表面涂上一层”温控涂 层“,以限制卫星受太阳暴晒时吸收过多的辐射热,同时又防止晒不到太阳的那部分 向外辐射造成热量损失。也有把安放仪器的舱室做成像热水瓶胆那样的双层真空隔热 舱,以保持舱内仪器有一个常温工作环境。一旦卫星的温控装置因意外事故而失灵, 那将给卫星带来灾难性后果,因此,采取温控措施对卫星来说尤为重要。
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1973年5月,美国的”天空实验室“发射63秒后,它的轨道工作舱外涂有隔热层 的”微流星防护罩“,因提前打开而损坏,结果使舱内温度剧升55℃,仪器无法工作 .最后,美国宇航局只好再赶制一幅”遮阳篷“和一顶”遮阳伞“,并派宇航员送上 太空安装,这样才治好了”天空实验室“的”冷热病“.
51.神奇的活性水
普通水中含有一定量的气体,含量多少随水温的变化而不同。在开口容器中把水 加热到90℃-95℃,水中的气体就会逸出;如果加盖封住容器口,不让它”吸气“,让 水冷却到室温。这时,水中气体含量会减少为普通水的一半,这种水叫脱气水。脱气 水的表面张力、密度、粘性、导电性等物理性质均发生了微妙的变化,它极易穿过细 胞膜进入细胞,其渗入量是普通水的好几倍,具有超常的生物活性,所以又称作活性 水。
活性水对生物具有奇异的功能,可以促进植物的呼吸和光合作用。用活性水浸泡 过的小麦、甜菜种子,可以增产20%-30%;用活性水浇灌蔬菜、庄稼、果树,都能获得 大幅度增产。用活性水喂养家禽、家畜,增重快,饮料利用率高。现在在农牧业中, 活性水的应用越来越广泛。
活性水除了用加热法制得外,也可借助超声波脱气制得;还可采用离心去气法, 即利用离心力的作用将气体从水中除去获取。
52.电子眼再现一片光明
世界卫生组织的统计数字告诉我们,世界上约有4000万盲人。因此,科学家们一 直在探讨使他们重见光明的方法。随着科学的发展,科学家为盲人制造了人工眼--电 子眼。
下面我们就来看看医生是如何给盲人安上电子眼的。
医生在盲人的头后部切开一个口,在露出来的大脑皮质处安装了38个微小的电极 ,每个电极只有头发丝的三分之一那么粗,而所有的芯片都是由极细的金属丝连接的 .
当医生给这些电极输入微小的电流时,盲人说他”看见“了不同的色彩。这表明 医生已经找到了盲人大脑中的视觉位置。
原来,电子眼的原理就是采用微电极刺激盲人大脑皮层的视觉中枢,来使盲人产 生”视觉“的。
接着,医生又给盲人安装了一台微型摄像机。摄像机将摄到的图像转变成大小变 化的电脉冲,电脉冲被输送到盲人大脑皮层中的电极,电极又刺激盲人的视觉神经, 于是图像就在盲人的大脑出现了,盲人也就”看见“事物了。
53.坚固的空气”墙壁“
在一定条件下,空气能够形成坚固的”墙壁“.据航空史记载,空气墙壁曾经把 坚硬的飞机撞得粉碎。
一切物体,包括飞机在内,在空气中运动时都会给前面的空气以一定的压力,结 果使那部分空气压缩,形成一个密度很大的压缩空气层,好像一座空气墙壁。物体运 动的速度越大,空气墙的硬度就越大。空气墙总是以声速向前运动着,只要物体运动 速度小于声速,就不能碰上它。如果物体以超声速飞行,就要碰上空气墙了。
自从莱特兄弟发明飞机以后,人们为提高飞机的飞行速度不断努力。但是当飞行 速度接近声速时,爆炸事故不断发生,原因就是由于碰到了空气墙壁。这类事故总是 发生在飞机速度接近声速时,人们又把空气墙形成的飞行障碍叫做声障。
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为了提高飞机的速度,必须冲破空气墙设置的障碍。为此,科学家改进飞机的外 形,将机翼做成薄的菱形或三角形,同时将机身和机翼前缘做成尖形,并使机翼后掠 ,整个飞机变成箭头形。通过一系列改进,飞机终于顺利地穿过空气墙。1947年人类 首次实现超声速飞行。现在已有超音速飞机、超音速汽车。一些先进的喷气式飞机, 速度已经是音速的两倍甚至三倍。
②物理(补少儿科技)
54.在烈火中永生
蹈火舞盛行于古代波斯,后来流行于巴尔干半岛的保加利亚等地。今天,太平洋 斐济群岛、南美洲的苏里南及印度和非洲的一些部落,在月夜还举行这种特殊的舞会 .
夜幕降临时,村旁的篝火成为一堆赤色的炭火,吐露着最后一点余焰。这时,人 们把炭火向四周耙开,珍珠般的炭粒平整而厚实地铺在地面上。当火焰”地毯“上零 星的火舌完全消失,只有炭粒在黑暗中闪烁赤色光芒时,乐队奏起悦耳的音乐。火焰 地毯周围的人们跟着乐曲的节拍鼓掌,一群男女舞蹈者赤着脚奔向火焰地毯,在炭火 上手舞足蹈,嘴里还愉快地吆喝着。
蹈火舞者赤脚踏在炭火上,脚掌的皮肤为什么不会被灼伤呢?我们之所以会有这 样的疑问,是由于一个不正确的概念在作怪:人体一接触赤热的物体,皮肤的温度马 上会升高到和所接触的物体一样高。事实并非如此,有人利用热传导公式计算,并假 定炭烧到600℃,炭的热活动量是100个单位,皮肤的热活动量是1500个单位,人的体 温为37℃,计算出脚掌皮肤的温度仅升高了35℃,也就是说,脚掌皮肤的温度总共为 37℃+35℃=72℃。这个温度与赤热炭火的温度(600℃)相比显然是微不足道的。
55.隔墙有耳
水波在传播过程中遇到桥的障碍,能够穿过桥洞向桥的另一侧传播。这种现象叫 波的衍射,又叫波的绕射。衍射是所有波的共同特性。站在高墙两侧的人,能听见对 方说话的声音,这是因为声音虽不能穿过厚厚的墙壁,却能绕过墙壁传播的缘故。
如果用物体挡住灯光,墙壁上就会出现一个和物体形状一样的暗影,这似乎表明 光不会像声音一样有衍射本领,其实不然。波的衍射与波长有关,波长越长衍射越显 著。声波的波长约为10厘米到1米多,它的衍射很容易被人们感觉到;光波的波长约 为0.00005厘米,衍射现象不明显,人不易觉察。
波的衍射用途很广。无线电广播使用波长几百到几千米的波,它能绕过高大建筑 物、高山传到任何角落,所以一般收音机不用室外天线也能收到遥远地方传来的广播 .电视台使用的无线电波的波长只有1米左右,绕过障碍物的本领小,所以收看电视 节目必须有灵敏的天线,乃至高大的室外天线。
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当你在幽静的山谷中呼喊时,会听到清晰的回声,就像有人在对面呼喊一样。深 夜,当你踏着水泥或石子路独自穿过小巷时,除了自己的脚步声外,还夹着”咚咚“ 的声音。
这是一种声音反射现象。声音在传播过程中遇到障碍物时,会改变传播方向,物 理学叫做声音的反射,反射回来的声音叫做回声。我国著名四大回音建筑是北京天坛 公园的回音壁、河南的蛤蟆塔、四川的石琴和山西的莺莺塔,都独具匠心地利用了声 反射原理,达到了奇妙的回声效果。
56.窥视你内脏的奥秘
B超是B型超声波检查的简称,也是医院用来检查疾病的一种常用方法。
要想弄懂B超,就要先弄懂超声波;要弄懂超声波,还要先弄懂声波。像讲故事 一样,我们还是从头谈起吧。
物体是靠振动空气发出声音的,振动的空气像水面的波纹一样向四处传播,这就 是声波。声波碰到坚硬的物体就会改变方向,产生折射或反射。我们在宽敞的大厅或 山谷里喊叫,就会有响亮的回声,这就是声波的反射。
超声波也是一种声音,但它的声波频率超过2万赫兹,我们的耳朵就听不见了。 由于超声波也是声音,所以它也能反射产生回声。科学家就是利用超声波的这一特性 来检查疾病的。
检查时,病人躺在检查台上,医生用超声波探头在要检查的部位上来回移动;探 头发出超声波,当病人某个器官组织发生病变时,对超声波的阻力就与正常的组织不 同了,从而产生不同的反射,屏幕上就会显示出不同的波形和图像;医生根据经验, 就会判断出人体什么地方有病了。
由于B超有各种各样的探头,它几乎可以检查全身的一切脏器。
57.牛马惊慌,鸡犬不宁
地震爆发前,许多动物往往有异常反应,如老鼠逃出洞,牛马不入圈,鸡犬不宁 等等。这主要是地震爆发前潜伏在我们身边的强烈的次声波引起的。
一秒钟内物体振动的次数称为频率。它的单位是赫兹。人的耳朵可感觉的声波的 频率不能低于20赫兹。物理上把频率低于20赫兹的声波称为次声波,简称次声,这是 人耳听不到的声波,但却时时刻刻潜伏在我们身边。飞机的飞行,火车、汽车等车辆 的奔驰,鼓风机、打夯机、发电机等机器的运转,以及自然界中的火山爆发、地震、 台风、雷电等等,都在发出可听见声波的同时,不断地发出次声波。
次声的重要特性是传播过程中衰减很小,不容易被水或空气吸收。次声波的波长 达几百米甚至几万米,如频率为0.2赫兹的次声波,在空气中的波长通常为1700米。 根据波的衍射原理,这种次声波很容易绕过障碍物向前传播,能传播得很远,而且无 孔不入,建筑物、装甲车、飞机、潜艇都不能挡住次声波。
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台风、地震、核爆炸或宇宙飞船发射所产生的次声波能绕地球两三周。1961年智 利大地震时,科学家就接收到每小时振动一次的次声。
58.音乐治病益处多
人们在紧张的工作之后,聆听轻音乐,能够消除紧张和疲劳。然而音乐的功劳远 不止于此。
现在,以音乐治疗疾病的”音乐疗法“在国内外日渐盛行。像剑桥大学口腔科医 生,用音乐代替麻醉剂,成功地为200多例病人做了拔牙手术;英国妇产科产房播放 音乐后,难产妇女明显减少……在我国,一些优秀的歌曲也成为”歌药“,成为医院 的一种辅助治疗方法。如《二泉映月》、《平湖秋月》、《独影摇红》、《银河会》 、《春思》等用于催眠;《春江花月夜》、《仙女牧羊》、《平沙落雁》、《塞上曲 》等用于镇静;《春天来了》、《没有忧没有愁》、《啊,莫愁,莫愁》、《喜洋洋 》、《合家欢》等用于解忧;《祝你生日快乐》、《春风得意》、《彩云追月》、《 小镇风情》、《江南好》等用于舒心;《祝酒歌》、《欢乐舞曲》、《花好月圆》等 用于增进食欲……
优美动听的乐曲,舒展流畅的旋律,能使人摆脱烦恼、开阔心胸、消除疲劳、促 进各器官的生理运动更加协调一致,增强新陈代谢,延缓衰老。
59.海滨气候更宜人
海滨气候宜人,冬天不冷,夏天不热,白天和晚上的温度变化也不大。这是什么 缘故呢?
为了比较不同物质的吸热能力,物理学采用一个叫”比热“的物理量。质量相同 的不同物质升高相同温度时,吸收热量多的比热大,吸收热量少的比热小。显然,水 比煤油的比热大。
自然界每种物质都有自己的比热,水的比热比较大。由于水的这种特性,使海滨 气温的变化不像内陆气温的变化那样显著。夏天,强烈的阳光照在浩瀚的海面上,由 于海水比热较大,把大量的热吸收了,但是水的温度变化却并不大,所以在海滨的人 不会感到特别热。冬天,海水温度降低,要放出大量的热量,人们又不感觉特别冷。 就是在一个昼夜里也是这样:白天海水吸热时温度升高缓慢,夜晚放热时温度降低也 不快,这就使一昼夜的气温变化较小。正是由于海水的这种调节作用,使海滨的气候 温暖宜人。
第60.云雾产生诺贝尔奖
1894年秋天,英国物理学家威尔逊在苏格兰一个山上度假。山顶上经常云雾缠绕 、变幻万千,游客们都被这迷人的景色所陶醉,威尔逊却突发奇想,要在实验室里制 造云雾。
回到实验室,威尔逊研究归纳了产生云雾的条件:一个条件是空气中的水蒸气必 须处于过饱和状态,否则水蒸气不会凝结成小水珠;另一个条件是空气中要有一些” 凝结核心“,通常,空气中的尘埃起凝结核心的作用,这些微小颗粒上面经常聚集了 一些电荷,这些电荷会将过饱和水蒸气凝结成小水珠,无数直径很小的小水珠悬浮在 空气中,构成了云雾的雾滴。
作为物理学家的威尔逊,除了弄清楚云雾的生成条件外,还在想能否利用这个发 现来研究物理现象呢?威尔逊在一只干净的瓶子里(即里面没有任何凝结核心)形成 过饱和蒸气,这时如果有一个带电的微观粒子闯了进去,那么在其周围会凝结成一个 雾滴,随着粒子的运动,在其运动轨迹上,就有一连串雾滴组成为一条径迹,这样, 就把人眼看不见的微观粒子的运动轨迹,变成了人眼能看见的由一连串雾滴组成的径 迹。威尔逊发明的这个装置叫”云室“,他因这项发明而荣获1927年的诺贝尔物理学 奖。
61.云雾不是水蒸气
有人说,云、雾都是蒸发到空气里的水蒸气,飘浮在高空的是云,弥漫在地面上 空的是雾。这种说法是错的。
物质从气态变成液态的过程,叫做液化。自然界中有很多由水蒸气液化成水的现 象。白天气温较高,地面上的水大量蒸发,空气中含有较多的水蒸气;夜间气温较低 ,空气中的水蒸气就在地面上的草木、石块上凝成小水珠,这就是露。如果空气中有 较多的浮尘,水蒸气凝结在这些浮尘上面,这就是雾。
当含有很多水蒸气的空气升入高空时,由于高空温度较低,水蒸气就附着在烟尘 上凝结成水滴。当温度降低到0℃时,水蒸气还会直接凝华成冰晶。大量的水滴和冰 晶聚集在一起,飘浮在高空中,构成我们常见的云。
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水蒸气是看不见的。冬天人呼出的”白气“,并不是水蒸气,而是呼出的水蒸气 遇冷凝结成的小水珠。烧水时壶里喷出的”白气“,也是水蒸气凝结成的小水滴。
62.给地球测”体温“
在1亿年前,地球上的温度是多少?可没有那时候的任何气象资料,何以知道地 球上的温度?但这个问题又十分重要,因为地球上的年平均温度会影响到地球上一切 生物的发展。
解决这个难题的是美国化学家比奇莱森和尤里,他们是从研究同位素着手的。我 们知道自然界的许多元素都有若干个同位素,这些同位素的化学性质一样,但是原子 量稍有差异。例如,氧气由两种同位氧16和氧18混合而成,氧16是最常见的氧,它占 了氧气成分的绝大部分,氧18很稀少。这两种同位素与其他元素发生氧化反应生成化 合物时,它们各自在化合物中的比率会随温度的变化而不同。比奇莱森和尤里深入研 究了这种现象,提出只要把生物化石中的氧16和氧18的比率测出来,就可以知道那种 生物活着的时候,地球上的温度是多少。
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用这种”体温计“对地球历史上不同发展阶段的温度进行测量,结果得到在1亿 年前地球海洋的平均温度为21℃左右;1000万年之后(距今9000万年),它缓慢下降 到16℃;再过1000万年(距今8000万年),海洋的平均温度再上升到21℃;此后,海 洋温度又逐步下降,在3000万年前约为7℃,到2000万年竟下降到6℃。地球温度的这 些变化,足以造成恐龙灭绝以及哺乳动物大量出现。
63.宇宙的温度
过去,人们一直以为宇宙空间的温度是绝对零度。这个观点在1964年遇到了挑战 .这一年,美国贝尔电话实验室的两位科学家彭齐亚斯和威尔逊,利用一架羊角形的 卫星通信天线来测量天空中各种原因造成的噪声。测量中他们发现,在天空中存在一 种消除不掉的噪声,按照通用的计算办法,这噪声的水平相当于3.5K.它是什么原因 造成的?这两位科学家无法解释。
物理学家伽莫夫于1946年提出的”宇宙大爆炸“理论。认为宇宙起始于一个原始 火球的大爆炸,大爆炸之后原始火球碎成”粉末“,后来,这些”粉末“又聚集而形 成了今天的星球和星系。还有一种遗迹:辐射。打个比喻,一个烧红了的煤球不小心 掉在地上,这煤球除了碎成大大小小的碎片和”粉末“以外,它的热辐射还会使周围 的空间热上一阵子,再渐渐冷下去。原始火球遗留下来的这种辐射同样经历了从热变 冷的过程,在这一过程中辐射的波长逐渐变长,最后变成微波辐射,而且强度也逐渐 减弱,最后只有几K的温度。由于这种辐射均匀分布在整个宇宙的空间,所以人们称 之为”宇宙背景辐射“.从此之后,人们再也不认为宇宙空间是绝对零度的”冰凉世 界“了。
64.今夜,星光闪烁
天空中无数的星星,是和太阳一样的发光天体。在晴朗的夜晚,我们看到的是一 闪一闪的星星,这是为什么?原来这是光的折射造成的。
由于重力的影响,包围地球的大气密度随高度而变化;另外,由于气候的变化, 大气层的各处又在时刻不断地变化着,有时紧密,密度就大些,有时稀疏,密度就小 些。这种大气的物理变化叫做大气的抖动。由于大气的抖动便引起了空气折射率的不 断变化。我们观望某一星星时,星光穿过大气层进入眼睛,于是看到了星光。之后由 于大气的抖动,使空气折射率发生变化,星光传播的路径便发生了改变,这时星光到 达另一地点,我们站在原来的地方就看不见它的光了,便形成一次闪烁。大气的抖动 是时刻不停的,并与气候密切相关。一般大气抖动明显地改变大气折射率而形成一次 闪烁的时间间隔是1-4秒,所以,我们观望星空时,看到的星光是闪烁的了。
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光在媒质中传播时,总爱走捷径。当它从一种均匀媒质进入另一种均匀媒质时, 譬如从空气到水或者由水到空气,由于光在这两种媒质中的传播速度不同,到了分界 面上便转个弯,沿一条折线跑。光在传播过程中的这种转折现象,叫做光的折射。人 之所以能够看清楚周围的事物,就是因为我们的眼睛能够折射光线,在视网膜上形成 一个清晰的像的缘故。
65.红、绿、黄三色的学问
指挥交通的红绿灯,为什么用红色表示停止、禁止,用绿色表示安静与安全,用 黄色表示请注意有危险呢?
红绿灯还包含有更重要的光学道理。我们知道,太阳光包含着红、橙、黄、绿、 蓝、靛、紫七色光,它们的波长各不相同,因而在传播过程中的穿透能力也不一样。 其中红光的波长最长,能穿过细小的微粒,像雨点、灰尘、雾珠;紫光波长最短,穿 透本领比较小。当太阳光照到细小的微粒上时,就要发生散射现象,不同波长的光, 散射情况也不同。波长较短的光,像紫光、蓝光等,很容易被散射掉,不能绕过微粒 ;而波长较长的红光则不易散射,所以在有薄雾的天气,我们看到的太阳是红的。
雨天、雾天和有风沙的日子,人们仍能清楚地看到公路上的红绿灯,避免了许多 交通事故的发生。
根据光学原理人们制定了一些特定的色彩标志,告诉人们应该怎样做和不应该怎 样做,这就是安全色标。我国已制定了包括禁止、警告、消防、强制及安全信息等五 类色标,对红、黄、蓝、绿安全用色的含义及用途作了明确规定。
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人眼对不同颜色的视觉反应和习惯是不一样的。绿色总给人以柔和、舒适的感觉 ,可以降低中枢神经的兴奋。绿色的墙壁和窗帘和谐悦目,可以使人的眼压下降,工 作能力加强。黄色和红色则给人以温暖的感觉,可以促进人的血液循环,增加食欲。 另外,蓝色有镇静作用,可以降低人的血压;褐色则可使低血压患者血压上升;而紫 色对孕妇有安慰作用。
66.指南针的原理
指南针是一根用人造磁铁制成的磁针。它的一端指南,一端指北。指南的那端叫 南极,也叫S极;指北的那端叫北极,也叫N极。指南针的两极为什么总是指向南北呢 ?
原来,每一个磁体都有南极和北极,这两个磁极是磁性最强的部分。如果把一根 条形磁铁的北极靠近磁针的北极,可以看到它们互相推斥;把条形磁铁的南极靠近磁 针的北极,可以看到它们互相吸引。这表明同名磁极互相推斥,异名磁极互相吸引。
地球本身就是一个巨大的磁体,它的南极和北极位于地球的两端。根据磁极之间 互相作用的规律,指南针的北极与地磁的南极互相吸引,指南针的南极与地磁的北极 互相吸引。所以,指南针静止时,它的北极总是指向地球的北端,南极指向地球南端 .
不过,指南针并不指向地球的正南和正北。
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公元11世纪,我国科学家通过长期的观察发现,指南针的指向并不是地球的正南 和正北,而是略微偏离一点。也就是说,地球的两极和地磁的两极并不重合。地磁的 N极在地理南极附近,地磁的S极在地理北极附近。意大利航海家哥伦布横渡大西洋时 (1492),才观察到这一现象,比我国科学家发现要晚400多年。
67.爱因斯坦讲的故事
爱因斯坦为了说明狭义相对论,他讲了这样一个故事:在未来的某一个时间,有 一对20岁的双生子,参与了一项宇宙航行计划。双生子中的一人乘宇宙飞船到非常遥 远的地方去旅行,并以每秒29万公里的速度飞行;另一人留在基地进行观察。50年以 后,留在基地的人变成了一个弯腰弓背、白发苍苍的老人,当他去迎接回基地的兄弟 时,发现弟弟还是一个30多岁的年轻人!这就是说,虽然地面上的时间已经过去了50 年,但对弟弟来说,却只是过去了十几年!
狭义相对论向人们表明,在高速运动中钟表将放慢脚步。其实,人体本身就是一 只活的钟表,当人以接近光的速度运动时,心脏会跳得很慢,其他生理过程也放慢节 奏,也许消化一顿饭的食物要经过一年时间,两顿饭之间要经过若干年时间。由于生 理过程速度减小,年龄增长就慢得多了。因此,在狭义相对论的数学方程式中,存在 着人们梦寐以求的青春之泉。
68.温室效应带来后患
全世界数以千万计的大小烟囱正在没完没了地向空气中排放大量二氧化碳。每年 的排放总量达100亿吨,相当于火山爆发所释放二氧化碳的300多倍。二氧化碳能相当 厉害地吸收红外线。这意味着当大气中有大量二氧化碳存在时,它就会阻止热量在晚 间从受太阳加热过的地球散逸出去,结果热量便积聚起来,就像温室的玻璃能积聚室 内的热量一样,人们把这称作”温室效应“.根据美国物理学家的研究,1900~1965年 ,地球大气中的二氧化碳含量已增加了大约10%,到2000年可能再增加10%,这种温室效 应将使地球的平均温度每100年升高1.1℃(根据现有记录,地球的平均温度确实是按 这个速度上升的)。如果温度继续按这个速率上升,大陆上的冰川在一二个世纪内可 能会因为加速融化而全部消失,那时,全世界海洋的水位就会上升60米。对人类来说 ,这将是一场灭顶之灾。
69.静电为人类服役
提起静电,人们往往想到它许多的危害,然而掌握了静电的规律,它会为人类做 许多有益的事情。
现在大家都很注意保护环境。减少污染。工厂烟囱排出的黑烟是一个重要的污染 源。这种黑烟里大多是固体的尘粒,一旦从烟囱排出,就四处飞散,漂浮在空气里。 长期吸入这种脏空气,对人体是十分有害的。除去这种尘粒的一种方法就利用了静电 .有一种静电除尘器是在一个圆筒外面绕上许多匝金属线,在圆筒中轴上再拉直另一 根金属线。使用的时候,在筒外线圈和中央金属丝之间加上高电压,使它们分别带上 正负电。当黑烟通过圆筒时,其中的固体微粒在高电压下会变成带正电和负电的离子 ,它们会分别受到线圈和中央金属丝上的相反电荷的吸引而跑到上面被中和后沉落下 来。这样从烟囱排出的烟就成清亮无色的干净烟了。
静电喷漆也是利用静电的一种实用技术。普通喷漆操作时,油漆从喷口喷出后散 开一大片,不容易严格控制喷漆范围,会造成局部污染。如果让喷嘴和被喷物体表面 (如汽车车身)分别带上正负电,则从喷嘴喷出的油漆雾粒就带上了电,它们就受被 喷表面上异种电荷的吸引,直接向被喷表面飞去。这样,被喷表面就敷上了一层漂亮 的油漆,而其他地方可以干干净净,一尘不染。
静电复印机如今已是学校机关普遍使用的印刷设备,它的结构虽然相当复杂,但 关键部位还是使墨粉通过摩擦而带电,随后即被带异号电荷的复印纸吸附而粘在上面 .这样纸上显出了和原稿一样的字画。
70.搭接后的灯泡更明亮
如果你仔细观察,会发现100瓦灯泡的灯丝比40瓦灯泡的灯丝要短些,一般地, 瓦数越大的灯泡灯丝越短。你也可能遇到过这样的事:灯丝断了,当然就不能发亮了 ,当你来回摆弄灯泡,使里边的灯丝再搭接上,然后再安到灯座上。打开电门时,发 现它比灯丝断以前更亮了。再仔细一看,搭接上的灯丝发亮的部分比断以前短了。电 灯更亮说明通过它的电流更大了。为什么灯泡的灯丝短通过的电流就大呢?这是因为 短灯丝的电阻比较小的缘故。
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电流的单位叫”安培“,简称”安“.1安培是指1秒钟通过导线截面积的电量为1 库的电流,也就是1秒钟有6×1018个电子通过导线的截面积。手电筒灯泡亮时,通过 它的电流约0.3安。半导体收音机、录音机、计算器、电子计算机内导线中的电流通 常只有千分之几安。
71.秦始皇的防盗门
在我国的一本古书中,记载了这样一件事:远在二千三百多年前,秦始皇为了防 避刺客暗杀,建造阿房宫时,大门使用了一种黑石头。如果带刀的刺客要闯进宫门, 就会被这些黑石头吸住而动弹不得。当时,已经有了铁制的剑,那些黑石头是磁性很 强的天然磁石。古书中记载的天然磁石是磁铁矿,主要成分是四氧化三铁。
我国古人发现慈石召铁现象不久,就发现了细长形状的慈石有指南指北的性质。 他们就利用这种性质来指南,当时叫”司南“司南底部是光滑的平盘,盘上放一个用 慈石做的勺,勺底是球形,这样它便可以在盘上自由转动。静止时,勺把总向着北方 .也有的用木头做成一个乌龟模型,龟壳内藏一块慈石,用针顶住乌龟的肚子使它能 自由转动,静止时,龟头也总指向北方。
后来,人们找到了把铁针变成”磁针“的方法,把铁针”磁化“.最简单的磁化 方法是用慈石的一端沿一个方向多次轻轻地摩擦铁针。还有一个磁化铁针的方法是把 铁针烧红,然后沿南北方向把它投入水中。
磁化好的磁针放在指甲盖上,或用线在磁针的中点吊起来,它静止时能指南指北 ,就成了指南针。
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我国早期制造的司南或指南针在古代战争、地形测量、日常生活中得到实际应用 ,也用指南针来看”风水“,选择宅基地或坟地的位置或方位。大约在公元1000年前 后,指南针已用在航海上。船员”夜则观星,昼则观日,阴晦(即阴天)观指南针“ ,以确定航行方向。指南针在航海上的应用大大促进了我国的海外交往。著名的壮举 ,明朝郑和下西洋(1405-1433),船队经过东南亚、印度洋、波斯湾、红海直达非 洲东岸,航程数十万公里就是靠指南针导航的。
72.科学家的猜想是对的
丹麦有个科学家叫奥斯特,当时在来顿大学当教授。他讲的课程是关于静电、磁 和伽伐尼发现的电流的知识。当时已经知道了一些电和磁相联系的珠丝马迹,例如, 雷击过的房子里的铁棒磁化了。奥斯特认为电和磁是相联系的。他猜想”磁是隐藏的 电“,而且总想用实验证明这一点。
一天,奥斯特上课时,把一根导线沿东西方向架起,下面放一个磁针,磁针静止 时是和导线垂直的。当他合上电键使电流通入导线时,并没有发现磁针有任何动静。 实验失败了,没有得出任何结论,他不灰心。下课后,在实验室里又重新做这个实验 .这一次他不在意地把导线沿南北方向架了起来,下面仍放一磁针。这样磁针静止时 就和导线平行了。再一通电流发现磁针转动了,他非常高兴。电流能推动磁针转动, 说明了电和磁的相互联系。用磁场的概念来说明这个实验就是:电流周围存在磁场, 正是这个磁场对磁针两极的作用力推动磁针转动了。
当时不止奥斯特一个人猜想电和磁可能有联系,还有许多科学家,包括安培(就 是用他的名字作为电流单位名称的那位安培),也都想到了这一点。所以当奥斯特的 实验结果一公开发表,就引发了一阵研究电流的磁作用的热潮,进一步得出了电流产 生磁场的定量的规律,对磁铁为什么有磁性也得到了解释。
73.算算你家每月的电费
现在家家户户都用电,每月都必须缴电费。现在你可以明白了,你家用”电“的 多少,实际上不是”电荷“的多少,也不是”电流“的多少,而是”电能“的多少。 电费的多少是根据装在家门口的电能表指出的数字来计算的。电能表以前叫电度表。 每月末看一看上面显示的数字,这一月的数字减去上一月的数字就是你家这一月使用 电能的多少。电能是以”度“作单位的,准确的说叫”千瓦时“.1千瓦时就是1”度 “.
这”千瓦时“是什么意思呢?
先说”瓦“.家用灯泡的亮度不同,看书用的灯泡亮些,可用60瓦或40瓦的,过 道的灯泡可以暗些,15瓦或更小就可以了。亮的瓦数大,暗的瓦数小。什么是1”瓦 “呢?
原来,灯泡的亮度不同,说明同样时间内灯泡所消耗的电能多少不同,亮的消耗 的电能多,暗的消耗的电能少。1秒钟内用电器使用的电能的多少叫电功率。”瓦“ 就是电功率的量度单位,1秒钟使用1焦的电能叫1瓦。40瓦的灯泡,1秒钟消耗40焦电 能。500瓦的电熨斗1秒钟消耗500焦的电能。10千瓦的电动机1秒钟要消耗10000焦的 电能。
60瓦的灯泡使用1小时,就要消耗21600焦的电能。实用上,为便于计算,并不这 样算,而是把功率的千瓦数和时间的小时数直接乘起来得出消耗的电能。这样计算的 电能自然就以”千瓦时“作单位了,例如,60瓦的灯泡的电功率是0.06千瓦,使用1 小时消耗的电能就是0.06千瓦时。一晚上共用了3小时,消耗的电能就是0.18千瓦时 .把你家每个用电器(包括电灯、电视、电冰箱、微波炉等等)的电功率(以千瓦计 )乘上它们各用的小时数,就得出各自实际消耗的千瓦时数。这些数字每月的总和都 由你家的电能表自动记录下来了,你家就要按这个数字缴纳电费。
74.利用超导加快车速
先看一个实验,在一个用超导体做的盘(当然是在低温下)上方放一个小磁铁, 小磁铁会悬在空中而不落下。这一超导磁悬浮现象和电磁感应有关。原来,当小磁铁 靠近超导盘的过程中,超导体附近磁场就发生变化。由于电磁感应就在超导体的表面 感应出了电流。这电流产生的磁场对小磁铁的两极有向上的推力作用就把小磁铁托了 起来。超导盘中的电流因没有电阻而流动不止,小磁铁也就悬着不掉下来了。
超导磁悬浮现象被用到制造磁悬浮列车。这种列车的车厢靠磁力悬浮在轨道上, 和轨道没有接触。这就减少了列车所受的摩擦力而大大提高了行车速度。日本、德国 和美国都在开展这方面的研究工作,其中日本的磁悬浮列车曾达到每小时500公里的 速度,是目前一般快车速度的4到5倍。从北京到天津目前要1小时多一点的时间,如 果改成磁悬浮列车,只需要十几分钟就行了。磁悬浮列车将对短途旅行带来极大的方 便。由于超导体的制造和维持以及驱动等方面的技术困难,目前这种列车还在试验研 究中。将来可望获得实际的建造与运行。
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目前,科学家正在做这方面的实验,有的已制成了试验用的超导体输电线。由于 超导体可以通过很大的电流,所以可以做得比较细,可以敷设到地下管道中,这就大 大简化了输电设备的结构。还有,由于超导体可以通过很大的电流而不发热,不必升 高电压就可以直接用大电流输电。这样就可以省掉现今输电使用的大大小小的变压器 以及高压铁塔。这该是多大的节省呀!
75.镜子告诉我们
光的世界是个光怪陆离五彩缤纷的世界。如果说,我们今天的生活离不开电,那 么,从古到今,地球上的一切生命从不具有单细胞结构的原始生命,到最简单的单细 胞生物,直到最聪明最有本领的人类,都离不开光。这是因为,直到今天,在地球上 ,除原子核能和地热能以外,几乎所有能源都来自太阳光。动物的食物直接间接来自 植物,而植物只有在阳光的照射下,吸收太阳光的能量才能把二氧化碳和水合成自己 的养分而不断生长。我们日常用的电能是由火力发电厂或水力发电厂供给的。火力发 电厂要用煤和石油做燃料。煤和石油是几百万年前繁茂的植物埋在地下演变成的,这 些植物的生长都离不开太阳光。水力发电厂靠的是水库中水的能量。水的来源是雨水 ,雨水是从天上云中掉下来的,云是江河湖海的水蒸发而形成的,而水的蒸发就是太 阳光晒的结果。所以我们用的电归根到底是来自太阳光的。光对我们,对整个生物界 是多么重要啊!没有光,就没有我们,没有整个生气勃勃的自然界!
76.潜望镜与万花筒
现代潜水艇上也安装着利用两面镜子反射的装置。它的两面镜子装在一个高筒的 两端,上端露出水面,下端就在潜水艇内部。这样,水兵潜在水面以下时也可以看到 水面上的情况了。这个两面镜子组成的装置就叫潜望镜。
你玩过万花筒吗?它是一个纸筒,一端开有一个小孔,你拿着它放到眼前,从小 孔向里看时,可以看到里面花花绿绿十分好看。里面的图像是由六幅完全相同的图象 拼成的。你把纸筒一晃,图形就换了花样,仍是六幅完全相同的图像拼成的。这是怎 么回事呢?你如果打开圆筒就会看到里面不过是装了两面镜子,镜面夹角是60度,镜 面夹角内放了一些彩色玻璃碎块。你看到的图象就是这两面镜子成像的结果。左面镜 子内有右面镜子的像,这像里又有左面镜子在右面镜子里的像。这样像套像就产生了 几幅彩色玻璃碎块的同样的像。镜子之间夹角是60度,一圈是360°,根据光的反射 定律,两面镜子就能产生六幅同样的像,构成一幅六边形图案。晃动纸筒,玻璃碎块 的排布就会改变,那六幅图像也就换了花样了。
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唐代有的和尚讲经时,常取十面镜子,八方,上下各置一镜,使它们相对排列, 中间放置佛像,用火炬照明,通过各面镜子的反射就可以看到许多佛像和火炬,使人 感到好像进入了神奇无比的幻境,以此论证从人间凡世进入极乐世界的佛经理论。这 是巧妙地利用了光的反射定律,小朋友,别被谎言迷惑哟!
77.观察物体的真假虚实
电子波的一个重要的实际应用就是电子显微镜。前面曾介绍过显微镜是用来观察 物体的细微结构的。在讲光的衍射时又说过由于光的衍射,光学显微镜显示物体细微 结构的本领受到了限制,使得光学显微镜的放大倍数受到了限制,最大为1400倍。我 们知道,衍射的明显与否是和波长有关的。波长越短,衍射越不显著,越可以看清楚 物体结构的更细微的部分。那用波长更短的波代替光不是可以提高显微镜的放大倍数 了吗?是的,电子显微镜正是根据这一思想设计制造的。
在电子显微镜中照射被观察物体的电子波是电场加速电子而产生的。一般电子显 微镜中加速电子的电压有几万到几十万伏。相应的电子波的波长约10-12米,这只是 可见光的波长的十万分之一。因此,就能大大减弱衍射而显示物体的非常细微的结构 .这可以使电子显微镜的放大倍数达到几万到几十万倍。目前有的电子显微镜已可以 拍出清晰的分子中原子排列情况的照片。这给人们研究物质结构,开发新型材料,研 究生物细胞内部组成等等带来多大的方便呵!
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光学显微镜中要用透镜来会聚光线成像,有物镜,有目镜。电子显微镜中也有目 镜和物镜,不过它们不是用玻璃做的,而是用线圈做的。使用电子显微镜时就向这些 线圈中通电流,使线圈内部产生磁场。电子流,也就是电子波,通过这磁场时就受磁 场力改变运动方向而会聚或发散。这和光通过玻璃透镜时因折射改变运动方向而会聚 或发散类似。这种产生磁场的线圈因而就叫磁透镜。
78.电光一家
在无线电广播或电视的发射和接收时,发射台的振荡电流产生电磁波,这电磁波 在接收器内产生电流而被接收。可见发射台的电荷(在振荡电流中的)是通过电磁波 ,或说是光子,对接收机的电荷发生作用的。
人眼看见物体是物体发的光对人眼内视网膜刺激的结果。物体发光是物体原子内 的电子能级发生变化发出的。视网膜也是原子组成的。视网膜受刺激实际上是视网膜 的原子内的电子受光的作用的表现。因此由人看见物体这件事说明物体的电荷也是通 过光子,或说电磁波对视网膜内的电荷发生作用的。
上两例中,通过光子,或说电磁波,发生相互作用的电荷都是运动的。现代理论 说明即使不运动的电荷,即静止的电荷之间的作用,包括同电相斥异电相吸这样的作 用也都是光子传递时产生的。光子在两电荷间来回传递的吸引力或排斥力就表现为电 场力。
一方面,光子和电磁波本是一个东西;另一方面光子又是传递电荷间相互作用的 媒介。所以说,电和光是紧密联系而不可分的,谁也离不开谁。电光本是一家。小实 验
实验一:巧用铁丝做放大镜
1.找一段铁丝,在钉子上绕一圈,做成一个小铁丝环。
2.把铁丝环在水里蘸一下,使环上面形成了一层水膜。
3.通过水膜看看书上的字,会有和放大镜同样的效果。
4.晚上,小博士放学回家,在路灯下经过,现在请你猜猜小博士的影子会按照A 、B、C三条线中的哪一条移动?
答案:很多人会答C,其实答案是B.小朋友可以亲自到路灯下走一次看看。
实验二:顺风行船之一
1.每个人都喜欢操纵帆船,特别是在有风的日子里。假如在20千米/小时的风速 中,你张开了满帆在静水里顺风而驶,那么你预期能达到的最大速度为:
a)接近20千米/小时;
b)介于20千米/小时和40千米/小时之间;
c)在理论上速度不受限制。
答案:a.如果水的阻力为零,那么你所能达到的速度也只能是风速,即使这样, 船也不可能比风走得更快。为什么?因为如果船走得和风一样快,那么空气对帆就不 再会有任何的推力,帆将会松弛而失去作用,正如同在无风的日子一样。当船以风速 行驶时,相对于帆也就没有风了。
2.用两支塑料管分别吹一个大肥皂泡和一个小肥皂泡,再用一支塑料管把它们接 在一起,中间用夹子夹住。现在,把夹子打开,请你猜狭这两个肥皂泡会怎样变化?
答案:大的变得更大,小的变得更小。
实验三:顺风行船之二
1.你又一次驾帆船顺风而下,这一次你将帆转一角度使之不再与船的龙骨成90° 角。这样做将会使:
a)船速减小;
b)船速增加;
c)对船速无影响。
答案:a.有两个原因。首先,当帆位于倾斜位置时,所兜住的风少了,从而风对 帆的推力也小了。第二,风的推力的方向并不是船行进的方向。我们发现任何流体, 无论是气体还是液体,不论在何时,总是相互作用于一平面,且相互作用力总是垂直 于该平面的。如图所示,表示该力的矢量箭头与帆面成90°,这个矢量小于前题中的 值。因风力有
2.天上突然降下暴雨,小博士急忙打开伞往家里跑,可是他很想知道雨点是什么 形状的,现在请小朋友来告诉他吧?
答案:很多小朋友都会选①吧,因为童话书里经常把雨点画成这个形状。其实雨 点下落的速度非常快,空气的阻力使它变成扁平的形状,所以答案应该是③。
实验四:哪种接法比较亮
答案:③、④、⑥比较亮。在两支试管里分别加入等量的水和冰,然后用酒精灯 和蜡烛按照图中的方法加热,请你猜猜哪一支试管里的冰会先融化呢?
答案:蜡烛的火焰虽然温度比酒精灯低,可是因为是加热试管的底部,冷热水形 成对流,所以很快使冰块融化了。用酒精灯在试管的上部加热,下面的水不会变热, 冰块融化得很慢。
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