生活中的趣味物理校本課程實施方案高一物理生活中的趣味物理校本課程實施方案高一物理一、課程背景 生活是許多自然規律、社會知識的本源，而知識規律的作用就在于其來源于生活而又作用于生活，進而改變生活。物理作為一門自然科學在這一方面顯得尤為重要。物理規律現象可以說處處貫穿于我們的生活中。而長期以來傳統教學中關于物理知識的傳授都忽略了生活這一環節，以致使許多人認為物理學而無用，因而對生活中的物理現象也就理所當然的視而不見了，從而造成了實際生活與書本知識的脫離，以及探索精神的匱乏。 《生活中的趣味物理》校本課程方案的擬定和課程的開發是以“關注生活，勇于探究，學以致用，促進發展”為宗旨，以生活為對象，以物理探究為方法，積極組織引導全校學生親近生活，了解生活，探究生活。營造良好的探究學習的氛圍，讓學生感到物理離我們很近，并會從日常生活中發現知識、發掘知識。 二、課程目標 本課程以課改為載體，堅持“科研興?！?，走探究式學習之路，以“關注生活，勇于探究，學以致用，促進發展”為宗旨，全面落實素質教育，讓師生與課改共同成長。具體目標如下： 知識與技能：1、

使學生帶著物理的眼光走進生活，激勵同學們認真研究生活，并在研究過程中積累知識，拓展視野，形成務實的探索精神。2、

讓教師在校本課程開發和實施中，發展教研和科研水平，形成一支良好的校本課程開發和實施的教師隊伍。過程與方法：1、

通過提供信息資源，創設情境，進行課堂教學及課后活動，引導學生認識物理與生活的關系。2、

掌握探究問題的方法，學會素材收集整理，學會原理分析，提高處理信息的能力和解決問題的能力。情感與價值觀：積極營造探究學習的氛圍，培養學習興趣。 三、課程內容：生活中的趣味物理（高一年級，一學期，24課時）第一章、趣味物理講座1、步行者和蒸汽機車的奧秘2、應該怎樣跳下行駛著的車?3、電磁列車4、引力有多大？5、在鐵路的彎道處6、失重現象7、假如沒有摩擦8、冰棍和冰激凌9、趣味物理小實驗第二章、科普知識超聲波及其應用人造地球衛星示波管質譜儀晶體二極管失重與宇宙開發恒星的生命歷程雷達自行車上的力學知識潮汐產生的原因日光燈光圈指數中的規律ABS汽車防抱死裝置簡介第三章、我們身邊的物理現象第四章、生活中的物理四、課程實施 1、實施對象和課時安排 本課程在高一年級開設，將納入課時計劃，保證師資和時間。實施過程中做到計劃落實，人員落實，措施落實，要求實施教師精心備課，認真上課，確保達到預期的課程目標。 2、完善課程的管理機制，促進課程的和諧發展 成立校本課程開發領導小組，具體領導組織、協調校本課程的開發與實施。根據課改規劃，制定學校校本課程開發方案，建立相關的課程管理制度和工作制度，確保課程有序運行。3、認真編寫《生活中的趣味物理》校本課程教材 按照本校實際情況，根據課程實施方案與細則，組織老師認真撰寫課程設計課案，在這基礎上編寫出奔課程的教材。 4、加強校本課程、校本教材的科學研究。 就這一課程的開發實施，設立相關課題，組織教師參與，以提高課程開發和實施的能力，提高教師的教科研水平。 五、課程評價加強對校本課程開發和實施的評價，是提高校本課程開發與實施質量的保證。課程評價的目的不僅僅是為了考查學生學習目標的達成度，更是為了檢驗和改進校本課程的目標和內容，以及學生的學習和教師的教學，改善教學設計，優化教學過程，從而促進學生的發展和課程建設的發展。1、評價內容：①對課程本身的評價在實施過程中，分析評價課程目標、內容、方法的科學性、合理性，以便及時調整。②對學生的評價不僅要關注學生課堂上的學習過程，還應重視課外活動中能力的體現，尤其是要關注創新精神和實踐能力方面的水平的進步和提高。③對教師的評價對教師實施這一課程的態度，水平和績效的考核評價2、評價主體：主要采用學生的自我評價，學生間的互評，教師評價多種形式相結合的評價模式。3、評價方式和辦法：把結果評價和過程評價、定性評價和定量評價結合起來。對學生學習的評定，及學分的認定以平時課堂表現+課外活動表現+考試成績的方法進行測評。第一章趣味物理講座生活與每個人都息息相關，我們通過本課程的開發實施盡量使同學們能走出枯燥的課本，將知識應用到生活實際當中，達到學以致用的效果。趣味物理講座一步行者和蒸汽機車的奧秘在實際生活中常有這種情況，作用力與反作用力是施加在同一物體的不同部位的。肌肉的拉力和機車汽缸內蒸汽的壓力就是被稱為“內力”的例子。這種”內力”的特點是,它能在物體各個部分相互聯系的情況下改變物體各部分的相互位置,同時又不會使物體的所有部分產生一個共同的運動。射擊的時候火藥產生的氣體向一個方向作用而將子彈推向前方。同時火藥氣體的壓力又向相反的方向作用而使槍體向后運動?；鹚帤怏w的壓力作為內力不可能使子彈和槍體都向前運動。可是,既然內力不可能使整個物體位移，那么步行者是怎么行進的呢？機車又是怎樣行駛的呢？如果說步行者是在腳和地面的摩擦力作用下行進的，機車是在車輪和鐵軌的摩擦力作用下行駛的，這并未答出題的根本。當然，要讓步行者和機車運動，摩擦力是不可或缺的，眾所周知，在極滑的冰上不能走動，在很滑的鐵軌上（比如結冰的鐵軌）機車會，打滑氣也就是說車輪在轉，而機車卻還在原地未動。我們在《怎樣理解慣性定律》一節中說過，摩擦力能夠阻止已有的運動。那么它又是如何幫助步行者和機車運動起來的呢？解釋這個奧秘很簡單，兩個內力同時作用不可能使物體產生運動，因為這兩個力只能使物體的各個部分離開或靠攏。但是假如有第二個力平衡或削弱了兩個內力中的一個力，情況又會怎樣呢？這時候就沒有任何東西會妨礙另一個內力推動物體運動了。摩擦力就是這第三個力，它減弱了一個內力并使物體受另一個內力的作用而運動。 假設你站在一個很滑的表面，比如站在冰面上，你想走動起來。你用力想把右腳向前移動，此時你身體各部分之間開始有內力按照作用力與反作用力相等的規律發生作用。這些內力很多，但結果大致是有兩個力作用于你的兩腳，一個力F1推動右腳前移，另一個力F2與FI大小相等且方向相反，它使左腳向后移動。這些力作用的結果只是使你的兩腳移動，一只向前，另一只向后。而你的身體，或者說得更準確些，你身體的重心卻仍然停留在原地。假如左腳站在一個粗糙的表面(在腳下的冰面撒一層沙子),情況就完全不同了。這時作用于左腳的力F2被左腳底的摩擦力F3（完全或部分地）平衡，而作用于右腳的力FI推動右腳向前移動，全身的重心也就跟著向前移動。事實上我們走路的時候，當一只腳前移時它會抬起，這就減小了腳和地板之間的摩擦，同時作用于另一只腳的摩擦力卻會阻止這只腳向后滑動。對于機車來說情況要復雜一些，但是問題也可以歸納為作用于機車主動輪的摩擦力與其中的一個內力相平衡，從而使另一個內力推動機車運動。趣味物理講座二應該怎樣跳下行駛著的車?您向任何人提出這個問題，當然都會得到這樣的回答：“根據慣性定律，順著行駛的方向朝前跳?！蹦环琳埶敿毜亟忉屢幌?，為什么這與慣性定律有關。可以想見，您所問的人開始還滿有把握地證明自己的想法；旦即使您不打斷他的話，他也很快就會疑惑不解地停下來，因為得出的結論反倒是：正因為有慣性，才恰恰應該朝著相反的方向一一逆著行駛的方向朝后跳！實際上，慣性定律在這里只起次要作用，另有更主要的原因?？墒侨绻雎粤诉@一點，我們真的就會得出應該朝后跳，而無論如何不應朝前跳的結論。假如說您必須在車輛行駛時跳下去，這時會發生什么事呢？當我們從行駛中的車輛里跳下時，我們的身體離開車體后，仍然具有車輛的速度（身體因慣性而繼續運動），還會迅速向前沖去。我們向前跳出，當然不僅不會抵消這個速度，恰恰相反，還會加大這個速度。只從這個角度看，應該朝后跳，而根本不應該順著車輛行駛的方向朝前跳。因為朝后跳時，跳躍所產生的速度會把我們的身體因慣性而具有的速度抵消一部分，因此，接觸地面后，使我們的身體前沖跌倒的力量就比較小。 但如果真的不得不從行駛的車輛中跳出時，大家還是都會順著行駛的方向朝前跳。這確實是最佳方法，而且屢試不爽，所以我們必須堅決勸告讀者不要從行駛的車輛中朝后跳，放棄檢驗其不當之處的企圖。那么，這又是怎么回事呢？ 剛才的解釋之所以不符合實際，是因為它只說對了問題的一半。其實無論朝前跳，還是朝后跳，在兩種情況下我們都有跌倒的危險，因為在雙腳著地停止運動的時候，軀體的上部還在運動。這一運動的速度，在朝前跳時甚至比朝后跳時還要大。但最重要的是，朝前跳落下要比朝后跳落下安全得多。朝前跳落下時，我們會習慣性地伸出一只腳（在車速較快時，我們會跑上幾步），這樣來防止跌倒。這個動作是習慣性的，因為我們終生在行走時都這樣做。正如我們從前一節中得知的那樣，從力學的觀點看，行走就是我們身體的一系列的前傾動作，而伸腳又防止了傾倒。而在朝后跳落下時，雙腳就無法做出這種補救性動作，因此這時的危險就大得多。最后，重要的還有，當我們真的朝前跳，落下時還要伸出雙臂，摔傷的程度要比以背著地輕得多。總之，從車里朝前跳較為安全，其原因主要不在于慣性定律，而在于我們自身。很明顯，對于無生物來說這一規則并不適用：從車里朝前方扔出的瓶子，在墜地時比朝相反方向扔出更容易打碎。因此，如果您出于某種原因不得不首先扔出行李然后從車里跳出，那就應該把行李朝后扔，而自己則朝前跳。有經驗的人一一電車售票員，鐵路查票員一一往往這樣跳車：往后跳，但面朝行駛方向。這樣做能得到雙重好處：降低我們的身體因慣性而獲得的速度；此外，又防止背部著地跌倒的危險，因為跳車人是面朝著可能跌倒的方向的。趣味物理講座三電磁列車在這種電磁鐵路上,車廂的重量被電磁鐵的吸引抵消了,所以是完全沒有重量的。他設計的車廂不是在路軌上,也不是在水面上或天空中運行的,而是在沒有任何支撐和接觸的情況下懸在無形的,卻強勁的磁力線上奔馳的。懂得了這個工作原理,您就不會大驚小怪了。由于它們受不到一絲摩擦，所以一旦運動起來,無需機車牽引就能依靠慣性保持原有的速度來運行。它的運行是這樣實現的。車廂是在一個抽掉了空氣的銅制管道中運動的,所以就消除了運動的阻力。車廂底部也產生不了摩擦力,因為車廂己被電磁力懸起,于是在運動時就不同管道壁接觸。為此,在全程的管道上面每隔一段距離就得安裝一塊強力電磁鐵,以吸住在管道中運動的鐵制車廂,不使它們跌落。磁鐵磁力的強度應恰恰能使這些在管道中行駛的列車廂維系在管道的“天花板”和“地板”之間,不能接觸其中任何一方。電磁鐵把它下面運行的車廂向上吸，車廂卻不因此而碰到“天花板”,因為還有重力在向下拉。而未等它在重力的抖動下磁到“地板”,就又被電磁鐵吸了上去……就這樣,始終處于電磁力控制之中的列車在其空中做波浪式運動，這種運動不受摩擦的阻礙,無需動力的供給,就像在宇宙空間運行的行星一樣。車廂是什么樣的呢?它像是雪茄狀的大圓筒,每節高90厘米,長25米。當然是密閉的,因為它是在真空中運動的。它和潛水艇一樣列車的啟動方法也是絕無僅有的：類似于炮彈的發射。真的,可以說它就是“發射”出去的,不過所用的是電磁炮罷了。起動它的車站構造具有螺線管的特性,這種螺線管的導線在有電流通過的時候吸引鐵芯。這種吸引異常迅猛,以至在線圈足夠長、電流足夠強的條件下使鐵芯獲得極高的速度。在新式磁力鐵路線上運行的列車就是靠這種力量發動的。由于管道內沒有摩擦力,速度不會減小，靠慣性一直前奔,車站的螺線管斷電后才會停住。下面是設計者提出的若干細節："1911至1913年間,我在托姆斯克工藝學院的物理實驗室用銅管做實驗。我在銅管(直徑為32厘米)安裝上多塊電磁鐵，在電磁鐵下面的支架上放上小車一一那是一節鐵管,前后都裝有輪子。小車前頭有凸出的“鼻子“,它撞到一塊用沙袋支起的木板時,小車就會停止。小車重10千克。速度約為6(這個環形管線、、的直徑為6.5米)的限制,沒能完成超過這個速度的實驗。但在我完成的原設計中,始發站上的螺線管長度達到了3俄里(1俄里等于1.067千米一一譯者注)。這樣,車的速度就很容易達到每小時800~1000千米。又因為管道中沒有空氣,車與地板和天花板之間沒有摩擦,盡管制造這套設備,特別是其中銅管道的費用很多,可是省去了運行的動力、機務、乘務人員等開銷,每千米的運營成本不過千分之幾到百分之l至2戈比,而雙線每晝夜的運輸量,僅單向就可達15000人或10000噸貨物。"現在莫斯科的多家郵局采用了改造后的上述設裝置,用來轉運較輕的郵寄品。試行的運送路長120米,運行速度為30米/秒。這種電磁郵局的構造說明存于列寧格勒公共圖書館趣味物理講座四引力有多大?法國著名的天文學家阿拉哥寫道:“假如不是時時刻刻都有落體現象發生,我們就會倍感驚異了?！蔽覀兞晳T地認為:地球對地面上的一切物體的吸引是自然而普通的現象。但有人對我們說,物體之間也是互相吸引的,我們就不大信服了,因為在日常生活中并沒有見這一種情景呀。那么為什么萬有引力不能經常地在我們的日常環境中表現出來呢？為什么我們覺察不出桌子、西瓜、人體是互相吸引呢？那是因為小物體之間的引力太小了。我舉個明顯的例子:相隔兩米站立的兩個人是相互吸引的，不過，這種引力小得很，對中等體重的人只有不到百分之一毫克即兩個人彼此等于一個十萬分之一的砝碼壓在天平盤上的力量,這只有用科學實驗室的最靈敏的天平才能測量出來。如此小的力當然不能克服我們的腳與地面之間的摩擦力,使我們邁步。我們如若在木制地板上邁進（腳與地板的摩擦力是體重的30%），需用20千克百分之一毫克的引力與這個力比較起來簡直太微小了。1毫克是1克的千分之一,而1克又是假如沒有磨擦，就另當別論了。那時即便很小的引力也可以使物體互相接近。但在百分之一毫克引力下,這種接近的速度應是非常小的?？梢运愠?在沒有摩擦的情況下兩個相距兩米的人,在第一小時內會彼此相向移動3厘米9厘米；在第二小時內再靠近15厘米。他們的移動會不斷加快,然而要使兩人貼合至少得用地球上物體之間的引力，在摩擦力不起阻礙作用時還是可以被察覺到的。掛在線上的重物受到地球引力的作用，因此系它的線向下垂直。如若在這個重物附近有另外碩大重物，那么系它的線就會稍微偏離垂直的方向,其指向是地球引力與另外物體的引力（它很?。┑暮狭Φ姆较?。1775年馬斯基林在蘇格蘭第一次觀測到鉛錘在大山附近偏離垂直線的現象。當時這位科學家是通過比較同座小山的兩側鉛錘的指向和對星空極指向之間的角度發現的。后來，又使用有特殊裝置的天平對地球上的物體之間的引力進行更完善的實驗，精確地測定出這種引力。質量不大的物體之間的引力是很小的。引力與質量的乘積成正比。然而有不少的人對這個力估計得過大。有一位科學家一一他雖不是物理學家,卻也是位動物學家一一曾要我相信:可以常常觀察到海船之間的相互吸引的現象,這就是萬有引力的作用！計算表明,這跟引力毫無關系,因為兩艘重量都是25000噸的大船,即使相距100米,它們之間的相互引力也不過是100質量不大的物體間的引力很小，而龐大的天體之間的引力卻就很大了。因此甚至距離我們極為遙遠的海王星，雖然它是在太陽系邊緣緩慢運轉的一顆行星，卻對我們地球有1800萬噸引力！雖然我們地球離太陽很遠很遠,但地球也只是因太陽的引力才得以守著自己的軌道運轉。假如太陽的引力突然消失了,地球就沿太空軌道的切線一直朝無限的宇宙空間飛去。趣味物理講座五在鐵路的彎道處一位物理學家曾這樣描述道：“我坐在火車上當它轉彎的時候我突然發現鐵路近旁的樹術、房屋以及工廠的煙囪都變成傾斜的了。”當火車開得很快時,乘坐火車的旅客有時也會看到這種現象。我們不應認為造成這種現象的原因是在彎道外邊的一條鐵軌比里面的一條鋪設得高一些，因此火車在轉彎的弧線上行駛時處于某種傾斜狀態。假如此時你將頭略探出窗口，不是通過傾斜的窗框來看周圍景物,這種錯覺依然存在。其實,讀者在讀了前面一節之后,似乎已經沒有必要再詳細解釋這個現象的真正原因了。讀者大概已經猜到，當火車在彎道上行駛時,車廂里懸掛的懸錘一定處于傾斜的狀態。這個新的垂直線代替了乘客們原來的垂直線。因此所有原來豎直的東西對于乘客來說都變成傾斜的了。垂直線的新方向從中不難看出。字母P表示重力，字母R表示向心力，合力Q是乘客感覺到的重力。車廂內的所有物體都會朝這個方向偏斜過去。這個方向與垂直方向之間的夾角α可以用公式求出：tanα=R/P。力R是與v2/r成正比的，這里v表示火車速度，r是轉彎處的曲率半徑，力P與重力加速度g成正比,因此tanα=v2/r：g=v2/rg。設火車速度是18米/秒（65千米/小時),轉彎處半徑是600tanα=182≈0.055，由此得出:α=3°。600×9.8,我們不可避免地將這個“虛假的垂直”看作是垂直的，而將真正的垂直方向誤看成是3°的傾斜?；疖囆羞M在彎道極多的地方時，旅客有時會覺得四周垂直的景物偏斜了10°。要使火車在轉彎時保持平穩，在轉彎處外邊一側的鐵軌應該鋪設得比里面一側的鐵軌高些,高出的數量應根據新的垂直方向而定。比如，剛才談到的那個轉彎處外邊一側的鐵軌A應該高出h，這個h應該適合下面的式子：h=sinαAB式子中的AB是軌距，大約等于15米:sinα=sin3°=0.052于是:h=AB×sinα=1500×0.052毫米≈這就是說，外邊一側的鐵軌應該鋪設得比里邊一側的鐵軌高出80毫米趣味物理講座六失重現象“把盛水的器具掄起旋轉,水不會灑出,即使器具底朝上時也是如此,這是由于旋轉的作用”,兩千年前亞里士多德這樣寫道。這種情景想必大家都不會感到陌生:當水桶達到一定的轉速時,即使處于底朝上的位置時,水也不會潑出來。人們通常是用“離心力”的作用來解釋這種現象的。這種力被想象為一種施加到物體上的,在它作用下物體脫離旋轉軸心的力。其實這種力并不存在:物體脫離旋轉軸心，不過是慣性的表現,而一切慣性引起的運動是沒有力的參與的。在物理學中,離心力是指旋轉的物體對系線的拉力或壓在其曲線軌道的實在的力量。這種力施加的對象并非運動的物體,而是阻止物體做直線運動的障礙物——拉線和拐彎處的軌道等。摒棄了關于離心力似是而非的概念,讓我們來探究一下水桶旋轉時什么發生這種現象。我們先向自己提出這樣一個問題:如果在桶壁上開一個孔,桶中的水流會涌向何方?假如沒有重力,水流會在慣性的作用下說圓周AB的切線AK涌出。但水流本身有重量,于是,在重力的作用下會沿一條曲線(拋物線)AP跌落。如果圓周速度達到一定數值,這條曲線就會處于圓周AB的外圍。這股水流顯示出,盛在旋轉的桶中的水,如果沒有桶壁的阻隔會有什么樣的運動軌跡?，F在已經得知,水決不會豎直流下,因而就不會從桶內灑下。水只在一種情況下從桶里流出,那就是桶口朝向與旋轉方向相同。現在您計算一下,在這個實驗中水桶需要多大的轉速水才不至從中灑出。這個速度應在旋轉術桶的向心力日速度不小于重力加速度時獲得。因為只有這時才會使涌出來的水流的軌跡落在水桶運動圓周軌跡的外圍,這樣,水桶無論轉到什么位置,水也不會從桶里灑出。計算向心加速度V的公式是:V2W=——R公式中的V為圓周速度,R為圓形軌跡的半徑。因為地球表面的重力加速度g=9.8米/秒2,所以我們就得出下列不等式V2——≥9.8R設R=70厘米,則V≥/0.7×9.8米/秒=2.6很容易算出,只要我們牽繩的手每秒轉約三分之二圈，就可得到這種圓周速度了,這對我們來說是輕而易舉的事,因而這個實驗可以順利完成。當容器繞水平軸轉動時,液體會擠壓在容壁上。離心澆鑄技術利用的就是這種特性。其原理是:比重不均勻的液體會呈現出不同的層次。比重大的成分就遠離旋轉軸,比重小的成分會接近旋轉軸。這樣,金屬溶液中含有的氣體就會分離出來,散發到鑄件中的空白處,避免了在鑄件中形成氣泡。用這種方法鑄成的鑄件比較密實,沒有氣泡。離心澆鑄比普通的壓鑄成本低,也不需使用復雜的設備。趣味物理講座七假如沒有摩擦您看,我們周圍的摩擦現象可謂林林總總,而且有時是出乎意料的。我們對有些重要的摩擦現象竟然熟視無睹。然而,假如我們這個世界突然沒了摩擦,生活中的許多方面就會發生根本性變化。法國的物理學家希洛姆曾對摩擦的作用作過生動的描述:我們都曾在冰面上行走過,為防止跌倒,我們使出了渾身解數為穩住身體,我們做了不少可笑的動作。這使我們不得不承認我們平常所走路面的質地多么優良,正因為如此,我們才不用吃力地保持身體的平衡。當我們騎著自行車小心翼翼地行駛在光滑的路面上或看到馬在柏油路上滑倒時也會這么想。研究類似的現象,我們就會了解摩擦的作用了。工程師們千方百計地消除機器部件間的摩擦,并取得良好的效果。在應用力學中,往往將摩擦當做最不好的現象,這固然不錯,不過這只局限于少數特殊的領域。除此之外在大多數情況下,我們則應感謝摩擦,有了它,我們才能安全地行走、坐立和工作;書本和墨水瓶才不會跌落到地上,桌子才不會滑到墻角,鋼筆才不會從手中滑脫。 摩擦是種普遍存在的現象,它不用招呼,就會自動過來幫助我們,只有少數例外。 摩擦能增加穩定度。木工創平了地板,目的是使桌椅就能穩定在原先安放的位置上。只要輪船不發生搖晃,船中桌子上的杯蓋就很安穩,用不著我們刻意照料。我們再設想一下完全沒有摩擦將會如何。那時任何物體,無論碩大的石塊或微小的沙粒都會失去相互的支撐,于是它們統統會發生滑動、滾動,最后像一攤爛泥一樣平鋪在地上。沒有摩擦,地球也會變成一堆爛泥般的沒有凹凸的球體。我們還可以對希洛姆的描寫做些補充:失去摩擦,釘子和螺絲會從墻體上滑落下來,我們的手將拿不住東西,任何風暴和聲響都將永不止息。到那時我們房間中的回聲將無休止,因為它在墻壁間來回反射的過程中沒有收到絲毫削弱。在結冰的路面上行走時,每每會深深地認識到摩擦的重要性。我們上街時遇到這種路面,會感到一種無奈,會有隨時跌倒的危險,下面是報紙(1927年10月份)有關報道的摘錄: 倫敦21日訊,由于街道路面冰層甚辱,倫敦的街車和電車的行駛嚴重受阻。另外,約有1400人跌傷手腳,被送往醫院…… 在海德、公園一帶,有三輛汽車和兩輛電車發生撞車事故,引發汽油爆炸,車輛全部被毀… “巴黎21日訊,巴黎及其近郊的路面結冰,造成了多起交通事故…”不過,冰面的摩擦力很小,這可以有效地應用到技術上。普通用的雪撬就是一個實例。被稱為冰路的運輸線則更好地利用了這一點,經由這種線路把木材從伐木場運到鐵路站或轉運站。在這種路面上,兩匹馬就可拉動載有7噸木材的雪撬。趣味物理講座八冰棍和冰激凌冰棍和冰激凌是世界各國人們都喜歡的止渴解暑食品。當你吃到涼甜可口的冰棍和冰激凌時，你是否想過，世界上最早制作冰棍和冰激凌的是哪個國家呢？我國是冰棍和冰激凌的故鄉。早在3000年以前，我國就有用冰解暑的記載。后來皇宮里就有了用奶和糖制成的冰棍。到了元世祖忽必烈時代（大約700多年前），皇宮里又有了類似現在冰激凌的食品，叫做冰酪。那時，元朝統治者禁止王室以外的人制作冰酪。直到意大利旅行家馬可·波羅離華回國前，元世祖才讓人把這種珍品的制作方法教給他。馬可·波羅回去后，又把這種制作方法傳給了意大利王室，意大利王室把這種方法保密了約300年，到1533年，法國國王和意大利人結婚以后，制作冰酪的方法才由意大利傳入法國。1777年美國紐約大街上才有了冰激凌廣告。我國古代勞動人民的解暑食品是冰核。直到清代，每當盛夏到來之際，北京大街上還有人買冬天入窖保存下來的天然冰快冰核。大約在1935年，北京有人想出了“絕招”：先把天然冰放進一個大木桶里，加入適量的食鹽，這樣的木桶就成了一個“土冷凍室”。再準備許多圓柱形小鐵筒，每個小鐵筒里都裝滿加了香料和糖的水，并插上一根木棍。然后把一個個裝滿糖水的小鐵筒放進“土冷凍室”大木桶里，封閉起來冷凍。經過半小時后，小鐵筒里的糖水就凍結成了冰棍。由于這種解暑食品很受顧客的歡迎，所以很快就在前門大街出現了專售冰棍的商店。為什么把食鹽放到天然冰里混合后能使水結冰呢？這是因為許多純凈物質一旦摻入雜質，它的凝固點就會降低。放在大木桶里的天然冰，加入適量的食鹽，就會因凝固點降低而融解；冰融解時要從小鐵筒里的水中吸熱，小鐵筒的水就會放熱凍結成冰。這就是制作冰棍的道理。當然，在現代，人們已經能用各種先進的制冷設備來制造冰棍和冰激凌等冷食了。趣味物理講座九趣味物理小實驗活動目的：通過做幾組趣味物理小實驗，使學生感到學習物理其他并不枯燥，從而激發學生學習物理的積極性?；顒有问剑喊嗉墝嶒炑菔净顒訉ο螅焊咭唬?5）班活動地點：課室活動過程：先就當前學生認為學習物理很枯燥的問題引入主題：物理并不枯燥。接下來為學生演示幾組有趣的物理小實驗，如：一、奇特的杠桿（1）實驗目的認識杠桿省力的原理。（2）實驗器材約4米長的木桿1根，木支架1個，重約5千克的石塊1塊，桌子1（3）實驗過程①取石塊放在桌面上，并讓其1／3露出桌面，再讓一位同學拿著木桿一端；用木桿另一端把石塊用力往上挑，這時，石塊被能挑動嗎？②仍讓這位同學拿著木桿一端，再在桌子前面用一個木架支起木桿。然后用木桿另一端頂住石下方，再用手往下按，石塊能被挑動嗎？③把支架慢慢移向桌子，并不斷撬動石塊，所用的力是越來越大不是越來越??？④把支架慢慢移開，使之離桌子越來越遠，并不斷撬動石頭，所用的力是越來越大還是越來越??？二、這只氣球會爆炸嗎？把一只氣球吹足氣，系緊口子。再用一塊透明膠布（橡皮膏也可）貼在氣球上，拿一根針從貼著透明膠布的地方把氣球扎破。你想想看：氣球會不會“啪”的一聲爆炸？你也許認為氣球要爆炸了吧！其實，氣球不會“啪”的一聲炸掉。在一般情況下，用針扎破氣球，氣球肯定會爆炸；現在的情況不同，你會看到氣從針孔處徐徐冒出來，氣球卻象消了氣的車胎一樣慢慢地癟下去。是什么道理呢？原來氣球扎破時，溢出的空氣造成一股壓力，橡皮和膠布對這種壓力的反應各不相同。當壓縮空氣從氣球扎破的地方沖出時，橡膠脆而薄，氣球皮一下就被撐破了，同時發出很大的破裂聲。透明膠帶比較堅固，它可以抵住壓縮空氣沖出造成的壓力，所以氣球不會“啪”的一聲爆炸。這個實驗的原理，已經被人們運用到了生產實踐中，防爆車胎就是據此原理制成的。三、雞蛋的沉?。?）取一個水槽，倒入多半水槽。（2）取只雞蛋放入水中，見雞蛋沉入水底，此時雞蛋所受到的浮力小于它所受到的重力。（3）向水槽內緩緩放入精鹽粉，鹽在水中溶解后，鹽水的密度逐漸增大，達到一定密度時，可看到雞蛋懸浮于鹽水中。此時雞蛋所受的浮力等于它所受的重力。（4）繼續向鹽水中加鹽增大其密度，直到雞蛋所受的浮力大于它所受的重力，可以見到雞蛋緩緩上浮，最后漂浮在鹽水面上。最后，總結：物理并不枯燥，生活中就有許許多多有趣的物理現象，只是我們沒有發現，當我們所學的物理知識越豐富，我們將會發現更多奇特的現象，也一定會被物理的魅力深深吸引。希望通過這節課，同學們能夠改善以往對物理的看法，更好的學習物理，更加認真的對待物理。第二章科普知識科普知識一超聲波及其應用

人耳最高只能感覺到大約20000Hz的聲波，頻率更高的聲波就是超聲波了．超聲波廣泛地應用在多種技術中．

超聲波有兩個特點，一個是能量大，一個是沿直線傳播．它的應用就是按照這兩個特點展開的．

理論研究表明，在振幅相同的情況下，一個物體振動的能量跟振動頻率的二次方成正比．超聲波在介質中傳播時，介質質點振動的頻率很高，因而能量很大．在我國北方干燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風扇把霧滴吹入室內，就可以增加室內空氣的濕度．這就是超聲波加濕器的原理．對于咽喉炎、氣管炎等疾病，藥力很難達到患病的部位．利用加濕器的原理，把藥液霧化，讓病人吸入，能夠增進療效．利用超聲波的巨大能量還可以把人體內的結石擊碎，金屬零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻煩事．如果在放有這些物品的清洗液中通入超聲波，清洗液的劇烈振動沖擊物品上的污垢，能夠很快清洗干凈．

俗話說“隔墻有耳”，這說明聲波能夠繞過障礙物．但是，波長越短，這種繞射現象越不明顯，因此，超聲波基本上是沿直線傳播的，可以定向發射．如果漁船載有水下超聲波發生器，它旋轉著向各個方向發射超聲波，超聲波遇到魚群會反射回來，漁船探測到反射波就知道魚群的位置了．這種儀器叫做聲納．聲納也可以用來探測水中的暗礁、敵人的潛艇，測量海水的深度．

根據同樣的道理也可以用超聲波探測金屬、陶瓷混凝土制品，甚至水庫大壩，檢查內部是否有氣泡、空洞和裂紋．

人體各個內臟的表面對超聲波的反射能力是不同的，健康內臟和病變內臟的反射能力也不一樣．平常說的“B超”就是根據內臟反射的超聲波進行造影，幫助醫生分析體內的病變．

有趣的是，很多動物都有完善的發射和接收超聲波的器官．以昆蟲為食的編幅，視覺很差，飛行中不斷發出超聲波的脈沖，依靠昆蟲身體的反射波來發現食物．海豚也有完善的“聲納”系統，使它能在混濁的水中準確地確定遠處小魚的位置．現代的無線電定位器——雷達，質量有幾十、幾百、幾千千克，蝙蝠的超聲定位系統只有幾分之一克，而在一些重要性能上，如確定目標方位的精確度、抗干擾的能力等都遠優于現代的無線電定位器．深入研究動物身上各種器官的功能和構造，將獲得的知識用來改進現有的設備和創制新的設備，這是近幾十年來發展起來的一門新學科，叫做仿生學．科普知識二人造地球衛星凡火箭、太空航具，或其他人造物體經設計并置于繞地球運轉之軌道上者，均稱為“人造地球衛星”。人造衛星是牛頓在他《Principin》一書中所擬出來的理想實驗，圖1—20是從他的書上復印出來的。從一山頂射出來的子彈，當它們的初速度愈快，離山腳的距離就愈遠。當速率足夠高時，它將繞地球作圓周運動。人造地球衛星繞地球運行的軌道為圓形或橢圓形兩種。若使衛星沿圓形軌道運行，必須注意發射方向一定要水平，發射速度必須等于圓軌道速度，如有稍許偏差，必不能成圓形軌道。橢圓軌道對發射角度與速度無上述限制，但其近地點應在300公里以上，遠地點應在2000公里以上。若近地點在300公里以內會受稀薄大氣阻力，而使衛星失速而墜落。據測試衛星的近地點如在500公里以上，運行時間可維持在一年以上。如近地點恰在300公里的高度，則只能維持半月之久。若其近地點只達160公里，恐運行不滿一周，即因大氣阻力而使之墜落。據資料判定，假定近地點在500公里高度，大約可維持5～10年，這需要用事實來判斷。通訊衛星火箭、飛彈、太空航具，或其他人造物體被置入繞地球公轉之軌道上者，均稱為人造衛星。而作為通訊用的衛星則稱為“通訊衛星”。通訊衛星有兩種，被動的和自動的。被動的通訊衛星僅僅是一具反射器。播送站向那衛星發射訊號，這訊號被傳送到地面上另一個遙遠的接收站。自動的通訊衛星接收訊號后，把它加強，再把它發送出去。它們包含有接收、加強和播送的設備，以特殊的電池或太陽能電池作動力。為了把通訊微波信號，傳送得更遠，經常采用同步通訊衛星。所謂同步衛星，是指衛星經發射后，它與地球某點的相關位置不變，實際上這些衛星并非在那里靜止不動，因為要達到同步的目的，衛星必然要以和地球自轉的角速度相同的速度圍繞地球轉動。根據開普勒第三定律，衛星繞地球的周期因其平均軌道高度增加而增長。故在某一定高度時可期望致使衛星的周期與地球自轉周期相同，如此則衛星與地球某點之相關位置可以不變，這個高度大約是35783公里。此種高度的衛星稱為同步衛星。嚴格說來，僅是高度這一要求還不夠，而必須又是在赤道面中圓形軌道上的衛星才真正能與地球某點相關位置不變。需要正圓形軌道是根據開普勒第二定律而來，此定律說明衛星在橢圓軌道上時其速度永遠在改變，在最低點時為最高速，最高點時為最低速，故在橢圓軌道上的同步衛星，因為速率不定的結果，對地球上某點時而偏東時而偏西。衛星在赤道面軌道運行時稱之為赤道軌道，如果軌道平面與赤道面成一個角度時，這個同步衛星稱之為傾斜同步衛星，這時衛星對地球上某一點來說會時而偏北時而偏南。以這樣的同步衛星作為通訊用的衛星就稱之為“同步通訊衛星”由于這種衛星和地球上的某一地區處于同步，如果在赤道上空36000公里以外的高處，設置三顆同步衛星，就可以把微波信號傳到全世界的任何地區。科普知識三示波管它是陰極射線管的一種。在一個抽成真空的管狀玻璃泡中裝有一系列金屬制的電極。管的一端是陰極。它的外形是一個圓筒，中間有加熱用的燈絲。陰極頂部涂有發射電子效率高的金屬氧化物，通常是氧化鋇（BaO）、氧化鍶（SrO）、氧化鈣（CaO）的混合物。陰極外面套有中間開小孔的圓筒狀電極，稱為柵極。陰極受熱后發射的電子就從柵極小孔中出來。相對于陰極來說，柵極上加的是負電壓。改變柵極和陰極間的負電壓可以調節通過柵極小孔的電子數，所以通常又稱它為“調制柵”。調制柵后面是加速極，它是一個和柵極形狀相似的圓筒。加速極后面是半徑略大的圓柱面狀的電極，稱為第一陽極。第一陽極后面還有一個半徑略小的圓筒狀電極，稱為第二陽極。相對于陰極來說，加速極、第一陽極和第二陽極上加的都是正電壓。調節這些極上的電壓就可使從柵極小孔出來的電子加速，并會聚到管軸附近形成很細的一束電子流，打到管子的熒光屏上。這一段過程稱為電子束的加速和聚焦。陰極、柵極、加速極、第一陽極、第二陽極這五個部分通常用鎳或無磁性不銹鋼制成，并由四根玻璃棒同軸地固定在一起構成一個“電子槍”，它專門發射射向熒光屏的電子束。熒光屏是一塊涂有熒光物質的玻璃屏，當電子打上去時，就會發光。采用不同的熒光物質可以發出不同顏色的光，例如用鎢酸鈣（CaWO4）可發藍光，用錳激活的硅酸鋅（Zn2SiO4：Mn）可發綠光等。經過聚焦的電子束射到熒光屏上時，就在屏上打出一個很小的亮點。在電子槍和熒光屏之間有兩組平板，相互垂直地安置著，分別稱為水平和垂直偏轉板。從電子槍出來的電子束在到達熒光屏之前要穿過這兩組偏轉板。改變加在偏轉板上的電壓可以使電子的運動方向發生相應的變化，從而改變熒光屏上亮點的位置。從屏上亮點的軌跡可以看出加在偏轉板上電壓的變化情況。從屏上反回來的電子，則通過管壁上的石墨層匯集到第二陽極而流出管外，和示波管外邊的供電電路構成閉合回路，示波管中的電子流就成為整個回路電流的一個組成部分。攝像管電視廣播中，借光感作用的拾像管。攝像管有許多種，但主要工作原理相同。其中一種叫光電攝像管。它包含三個基本部分，即一個鑲嵌板、一個集電環和一支電子槍。鑲嵌板是用一塊涂了一層絕緣物質的金屬板制成的。在絕緣物質的表面上，嵌著成千上萬個銀制的小球（即一些小銀圓點），每個小銀球上鍍著一層特別的物質，例如銫（光電管材料），所以每一個銀點的作用就像一個小光電管一樣。鑲嵌板是由數以千萬計的這樣的小光電管做成的。當光線照在這樣一個光電管上，電子便被打出而離開它。光線越強，失去的電子越多。由于電子帶負電荷，光電管失去電子后，就使它自己帶正電荷了。所以任何投影在鑲嵌板上的圖像，將變成一幅正電荷的分布圖。我們可以說，這圖像已被分裂成大小不同的電荷點子。小光電管所放出的電子，由集電環收集，移出光電發像管。電子槍電燈絲及帶小孔的金屬片組成。燈絲用于發射電子，從燈絲發出的電子有一部分穿過小孔。成為一條細如頭發的電子束，這束電子又被互相垂直的兩套金屬板掃描。在第一對金屬板上加上適當的交變電壓，使電子束沿上下方向掃描。同理，在與第一對金屬片垂直的第二套金屬片上，加上適當的交變電壓使電子左右掃描。電子流就這樣從鑲嵌板上的左上角開始掃起。像我們看書一樣，從左到右，自上而下地把整個鑲嵌板全部掃過。這樣掃描的目的，是當光線照射時按次序給每個光電管補充電子。假設有一個光電管失去了1000個電子，它要向構成鑲嵌板支架的金屬板吸引1000個電子。但因為金屬板上的絕緣物質，這1000個電子并不能進入光電管。而當由電子槍來的電子流補充了光電管，金屬板上那1000個電子又被驅散。由金屬板上被驅走的電子形成一電脈沖，這電脈沖與照射到光電管的光線數量成正比。光線強，電脈沖也強。當電子流逐個對每個光電管掃射，電脈沖便快速地一個接著一個。這些電脈沖被增強用以調制電視載波，就像由無線電微音器來的電脈沖用以調制無線電載波一樣。合成的電波在電視接收機中引起電子運動，即引起電脈沖。顯象管中的掃描電子束的強弱變化，因此掃描電子束也攜帶了電視訊號，當它打到電視顯像管機的屏幕上時，就使熒光屏再現出電視圖像?？破罩R四質譜儀是一種分析各種同位素并測量其質量及含量百分比的儀器。當一束帶電的原子核通過質譜儀中的電場和磁場時，凡其荷質比不相等的，便被分開。S1和S2為兩個狹縫，從離子源引出的離子受到施于S1及S2間的電位差，在通過S1到S2的路徑上被加速，成為具有一定速度的離子束，進入磁感應強度為B的勻強磁場區。進入磁場時的速度由下式決定。正離子在這一磁場中運動時其軌道為半徑為r的圓。當離子走過一半圓而抵達照相底片P時會在它上面留下痕跡。由軌道半徑r=mv/qB（見洛侖茲力），得合并(1)、(2)式，消去v，即得因為V、B及r可直接測量得到，所以如果我們能夠用其他方法決定離子所帶的電荷q，則由上式便可求出離子的質量。我們可以用質譜儀將電荷相同而質量不同的離子分開?？茖W家應用這種儀器在1920年左右發現了同種化學元素的原子其質量可以不相同；這些質量不同的同一種元素的原子被稱為同位素。湯姆遜首先利用電磁場測定電子的荷質比的原理，同樣可運用到帶正電的離子，從荷質比很容易算出該離子的質量。正離子通常帶電量等于一個電子（稱為單電荷離子）。但有時也帶有兩個、三個甚至四個電子電量（稱為多電荷離子）。目前應用的質譜儀是非常精確的儀器，它不但可以測量出每種同位素之準確質量，并可測定每種同位素在元素中所占的百分比。如將這種儀器略加修改，也可應用到同位素分離。質譜儀的形式很多，但所應用的主要原理及結構卻大同小異。圖3-32所示是一臺現代用質譜儀的主要裝置部分。這裝置是在真空中，正離子流自離子源引出經過窄隙S進入一曲圓形之電場C1C2，調節C1C2之間的電壓，可選擇一定能量之正離子，這些正離子隨著電場之形狀彎曲90°而進入一個半圓形的勻強磁場中，磁場的方向與圖面垂直且指向紙內，進入磁場之正離子受磁力作用而沿半圓形軌道進行。因正離子e/m之大小不同，軌道形成大小不等的半圓。分別落在底片上的不同位置也就是說元素將按其質量大小的順序而排列，故稱之為“質譜科普知識五晶體二極管亦稱為“半導體二極管”。一種由半導體材料制成的，具有單向導電特性的兩極器件。早期的半導體二極管是用金屬絲尖端觸在半導體晶片上制成的，稱為點接觸二極管，通常在較高的頻率范圍內作檢波、混頻器用。目前大多數的晶體二極管都是面結型的，它是由半導體晶片上形成的p－n結組成，或由金屬同半導體接觸組成，可用于整流，檢波、混頻、開關和穩壓等。除一般用途的二極管外，還有一些用于特殊用途，利用特殊原理制成的二極管。例如：（1）肖特基二極管（又稱為金屬-半導體二極管）：用某些金屬和半導體相接觸。在它們的交界面處便會形成一個勢壘區（通常稱為“表面勢壘”或“肖特基勢壘”），產生整流，檢波作用。在這種二極管中，起導電作用的是熱運動能量比較大的那些載流子，所以又叫“熱載流子二極管”。這種二極管比p－n結二極管有更高的使用頻率和開關速度，噪聲也比較低，但工作電流較小，反向耐壓較低。目前它主要用作微波檢波器和混頻器，已在雷達接收機中代替了點接觸二極管；（2）隧道二極管：它是一種具有負阻特性的半導體二極管。目前主要用摻雜濃度較高的鍺或砷化鎵制成。其電流和電壓間的變化關系與一般半導體二極管不同。當某一個極上加正電壓時，通過管的電流先將隨電壓的增加而很快變大，但在電壓達到某一值后，忽而變小，小到一定值后又急劇變大；如果所加的電壓與前相反，電流則隨電壓的增加而急劇變大。因為這種變化關系，只能用量子力學中的“隧道效應”加以說明，故稱隧道二極管。它具有開關、振蕩、放大等作用，應用在電子計算機和微波技術中；（3）變容二極管：它是利用p－n結的電容特性來實現放大、倍頻、調諧等作用的一種二極管。由于它的結電容隨外加電壓而顯著變化，所以稱為“變容二極管”。制造變容二極管所用的半導體材料主要用硅和砷化鎵。在作微波放大時，它的優點是具有很低的噪聲；（4）雪崩二極管：亦稱為“碰撞雪崩渡越時間二極管”。是一種在外加電壓作用下可以產生超高頻振蕩的半導體二極管。它的工作原理是：利用p－n結的雪崩擊穿在半導體中注入載流子，這些載流子渡越過晶片流向外電路。由于這一渡越需要一定的時間，因而使電流相對于電壓出現一個時間延遲，適當控制渡越時間，在電流和電壓的關系上會出現負阻效應，因而能夠產生振蕩。雪崩二極管主要用在微波領域作為振蕩源；（5）發光二極管：一種在外加正向電壓作用下可以發光的二極管。它的發光原理是：在正向電壓作用下，p-n結中注入很多非平衡載流子，這些載流子復合時，多余的能量轉化為光的形式發射出來。發光二極管經常用作電子設備中的指示燈、數碼管等顯示元件，也可用于光通訊。它的優點是工作電壓低，耗電量小體積小、壽命長。制造發光二極管所用的半導體材料主要是磷砷化鎵、碳化硅等?？破罩R六失重和宇宙開發人造地球衛星、宇宙飛船、航天飛機進入軌道后，其中的人和物將處于失重狀態．人造地球衛星、宇宙飛船、航天飛機等航天器進入軌道后，可以認為是繞地球做圓周運動，做圓周運動的物體，速度的方向是時刻改變的，因而具有加速度，它的大小等于衛星所在高度處重力加速度的大?。@跟在以重力加速度下降的升降機中發生的情況類似，航天器中的人和物都處于完全失重狀態．你能夠想象出完全失重的條件下會發生什么現象嗎?你設想地球上一旦重力消失，會發生什么現象，在宇宙飛船中就會發生什么現象．物體將飄在空中，液滴絕對呈球形，氣泡在液體中將不上?。詈絾T站著睡覺和躺著睡覺一樣舒服，走路務必小心，稍有不慎，將會“上不著天，下不著地”(下圖)．食物要做成塊狀或牙膏似的糊狀，以免食物的碎渣“漂浮”在空中進入宇航員的眼睛、鼻孔……．你還可以繼續發揮你的想象力，舉出更多的現象來．你還可以再想一想，人類能夠利用失重的條件做些什么嗎?下面舉幾個事例，將會幫助你思考．這里所舉的事例，雖然還沒有完全實現，但科學家們正在努力探索，也許不久的將來就會實現．在失重條件下，融化了的金屬的液滴，形狀絕對呈球形，冷卻后可以成為理想的滾珠．而在地面上,用現代技術制成的滾珠，并不絕對呈球形，這是造成軸承磨損的重要原因之一.玻璃纖維(一種很細的玻璃絲，直徑為幾十微米)是現代光纖通信的主要部件．在地面上，不可能制造很長的玻璃纖維，因為沒等到液態的玻璃絲凝固，由于它受到重力，將被拉成小段．而在太空的軌道上，將可以制造出幾百米長的玻璃纖維．在太空的軌道上，可以制成一種新的泡沫材料棗泡沫金屬．在失重條件下，在液態的金屬中通以氣體，氣泡將不“上浮”，也不“下沉”，均勻地分布在液態金屬中，凝固后就成為泡沫金屬，這樣可以制成輕得像軟木塞似的泡沫鋼，用它做機翼，又輕又結實.同樣的道理，在失重條件下，混合物可以均勻地混合，由此可以制成地面上不能得到的特種合金．電子工業、化學工業、核工業等部門，對高純度材料的需要不斷增加，其純度要求為“6個9”至“8個9”，即99．9999%～99．999999%．在地面上，冶煉金屬需在容器內進行，總會有一些容器的微量元素摻入到被冶煉的金屬中．而在太空中的“懸浮冶煉”，是在失重條件下進行的，不需要用容器，消除了容器對材料的污染，可獲得純度極高的產品．在電子技術中所用的晶體，在地面上生長時，由于受重力影響，晶體的大小受到限制，而且要受到容器的污染，在失重條件下，晶體的生長是均勻的，生長出來的晶體也要大得多．在不久的將來，如能在太空建立起工廠，生產出砷化鎵的純晶體，它要比現有的硅晶體優越得多，將會引起電子技術的重大突破．在太空失重的條件下，會生產出地面上難以生產的一系列產品．建立空間工廠，已經不再是幻想．科學家們要在太空中做各種實驗，青年學生也可以提出自己的太空試驗設想，展開你想象的翅膀，為宇宙開發貢獻一份力量吧!科普知識七恒星的生命歷程一、恒星的誕生在恒星起源問題上，現在主要有兩種觀點：一種觀點認為恒星是由彌漫物質凝聚形成的，稱“彌漫說”；另一種觀點認為，恒星是由超密物質爆發形成的．不過，越來越多的觀測證據支持“彌漫說”，并逐漸得到大多數天文學家的公認．下面介紹這一觀點。設想在銀河系里，遠離我們幾千光年的某個地方，一團巨大的星際氣體和塵埃云寂靜地穿越近于完全真空的空間．這團星際云的稀疏邊緣向四周黑暗延伸幾兆英里之遙．星際云占有如此廣漠的空間，因此盡管它具有巨大的質量，但原子在星際云的龐大體積里的分布是很稀疏的。某個特定的時候，在來自宇宙空間沖擊波的作用下，相距很遠的原子突然緊緊地擁擠在一起，星際云本來是透明的，但由于原子靠近在一起，微弱的星光不再能穿透通過，這時星際云變成了暗星云．沖擊波的另一個作用效果是使有些地方含有比平均數稍多的原子數，有些地方含有比平均數略少的原子數，含原子數多的地方引力大，會把附近的原子吸引過來。以這種方式，星際云開始瓦解成團塊或球狀體。球狀體是不穩定的，在引力作用了球狀體開始收縮，變得越來越小，其核心的壓力越來越大，溫度也隨之不斷上升．當溫度上升到一定程度后，它內部深處的氣體開始發光，這時球狀體不再是暗黑的了，它已轉變為一顆原恒星。原恒星繼續收縮，當原恒星中心的溫度達到一千萬度時，氫燃燒了，4個氫原子核結合在一起生成了氦核，這就是我們常說的熱核反應（氫核聚變）．在這個過程中，減少的質量轉換為純粹的能量．由于氫燃燒釋放出巨大的能量，原恒星最終能支撐住它的外層質量，于是收縮停止了，一顆恒星由此誕生了．二、恒星的演化以太陽為例來說明恒星的演化．大家都知道，太陽能夠發光的原因是因為它在不斷地進行熱核反應釋放出巨大的能量，我們看到的光就是太陽熱核反應放出的能量．每一秒鐘，在太陽的中心有6億噸氫轉換成氦，釋放出的巨大能量一方面向外界釋放，另一方面用來支撐自己外層的巨大質量．隨著時間的推移，太陽中心氦的數量越來越多，而氫的供應越來越少，直到某一天氫用完了，燃燒便中斷了．由于不再有能量向外流出，太陽的核心部分在引力作用下變得不穩定，無力支撐住自己的質量，所以含有豐富氦的太陽核心開始收縮，太陽中心的壓力和溫度迅速增加，使核心以外的各層被加熱．由于太陽核心與表面之間的各殼層仍然包含充裕的氫，在經過比較短的時間以后，收縮的核心上面的溫度達到400萬開左右，這個溫度高到可使圍繞太陽核心的一個殼層內的氫燃燒，同時，核心的這種收縮把大量的引力能轉換成熱能，把太陽大氣向外推出．隨著殼層氫燃燒的開始，太陽突然有了新的熱核反應能源．太陽無活力核心的不斷收縮和這種新的向外大量供應能量，造成太陽發生巨大的膨脹．由于太陽的結構要保持與這種新能源的平衡，所以太陽的外層越來越向外擴展．大氣膨脹就會引起自身濕度降低，最終太陽的表面溫度降低到4000開．溫度為4000開的物體發出的主要是紅色的光，此時的太陽就變成了一顆紅巨星．變成紅巨星的太陽將變得很大，它將吞沒地球，地球將化為蒸汽．在太陽外層膨脹和冷卻的同時，無活力的核心壓縮也在進行，太陽內部深處的溫度升到新的高度．最后，太陽中心的氦原子核在1億度的高溫下，以高速相互碰撞的形式而熔合成碳和氧，于是出現氦燃燒的新的熱核反應．氦燃燒所產生的新的能量輸出，阻止了恒星核心的進一步收縮．當氦耗盡時，便到了類似太陽這樣的恒星的生命發展的最后階段．由于沒有能力點燃任何新的熱核反應，所以恒星會一直收縮，直到體積與地球大小差不多，這時，太陽就變成了一顆白矮星．三、恒星的死亡從現在起再過50億年，太陽就會變成一顆白矮星而終結自己的恒星歷程．白矮星的體積不會再繼續縮?。《忍祗w物理學家錢德拉塞卡發現，是“電子簡并壓力”支撐住了死亡的恒星，使白矮星不再繼續收縮．這種簡并壓力并不是無限強大的，電子簡并壓力所支撐的物質總量有一個上限，這個很重要的上限是1．4個太陽質量，換句話說，只有那些殘骸質量小于1．4個太陽質量的恒星才能變成白矮星，白矮星的密度值一般是每立方厘米60噸．如果恒星遺骸的質量大于1．4個太陽質量的話，由于電子簡并壓力無法支撐住這個質量的壓力．不得不繼續收縮，這時出現了“中子簡并壓力”．這種強大的壓力隨即有力地抗拒任何進一步的擠壓，這時，恒星的遺骸就被壓成了一顆中子星．同樣，中子簡并壓力不可能支撐住大于3個太陽質量的燃余恒星物質，因而所有中子星包含的物質必定小于3個太陽的質量．中子星的密度值一般是每立方厘米6億噸．自然界里，有許多恒星有巨大的質量，有些星系甚至包含40或50個太陽質量的物質．這類恒星的遺骸很有可能大于3個太陽質量，這類恒星的遺骸是電子、中子簡并壓力所無法支撐的．自然界中沒有任何力量能支撐住它們，因此，在嚴酷無情的引力作用了它們只能不停地收縮．成萬億噸的燃余恒星物質的無比巨大質量從四面八方向里擠壓，使這顆星變得越來越小，這顆恒星就這樣從宇宙中消失了，遺留下來的東西被稱為黑洞．它由一個奇點（單一的點）和視界組成．黑洞以貪婪的、永無滿足的方式吞噬東西，物體一旦掉進黑洞就永遠從我們的宇宙中移去了．因為這種物體不再是我們宇宙的一部分，所以它的許多特性便再也檢測不到．加到黑洞上去的不管是l公斤白金，1公斤氫，或者1公斤有生命的組織，我們只把它看作是加上去三公斤質量，并不考慮在此之前它是什么東西．科普知識八雷達雷達是利用無線電技術進行偵察和測距的設備。它可以發現目標，并可決定其存在的距離及方向。雷達將無線電波送出，然后經遠距離目標物的反射，而將此能量送回雷達的記發機。記發機與目標物間的距離，可由無線電波傳雷達的目標物，再由目標物回到雷達所需的時間計算出。雷達的基本原理與無線電通訊系統的原理同時被人所發現。赫茲與馬可尼兩人都曾用超短波試驗其反射情形，這也就是所謂雷達回波。赫茲用金屬平面及曲面證明，電波的反射完全合乎光的反射定律。同時赫茲度量脈沖的波長及頻率，并且計算其速度也發現與光相同，這也就是所謂的電磁輻射。雷達送出短暫的電波訊號的程序，稱為脈沖程序。雷達的基本作用原理有些相似于聲波的回聲。唯一與聲波測量距離的不同點，在于雷達系統具有一指示器，指示器中包含有一個與電視收像管相同的觀察管。此管可將雷達所發出的脈沖及回波，同時顯示于其標有距離的基線上。還有其他指示器，使雷達借天線所搜索的資料，制成一個圖，從圖上立即可以定出目標物的區域距離及方向。因為雷達的作用完全是借電波的反射原理而成，所以必須用頻率在1000兆赫到10000兆赫的類光微波方行。雷達所發射的電波可借拋物面形的反射器，使其成為極度聚焦的波束，這就像探照燈所射出的光束一樣。此波束借旋轉天線及拋物體形反射器的精密控制，有系統地對空間進行搜索。當波束從目標物反回來時，天線所指的方向，就表示目標物對天線的水平方位角。以角度為單位所表示的水平方位角，通常都顯示于指示器上。為了決定目標物與雷達間的距離，雷達的發射脈沖距接收到回波的時間，必須精確測定。因為雷達電波在空中以每秒約30萬公里的光速進行，因此在每微秒的時間內，電波行進約為300米。由于雷達脈沖必須從雷達行至目標物，再由目標物回到雷達，但目標物距雷達的距離，為雷達脈沖總行程的一半。約為每微秒l50米。此時間可利用電子束在陰極射線管的屏幕上，以直線掃描指示出。借電子束，以已知變動率（如以每微秒0.01米）作水平偏向，因此電子束打在螢光屏上所留的痕跡，就形成一個時間標度，或直接用尺，來表示。如雷達天線送出一個1微秒長的脈沖，同時指示器的陰極射線管電子束在屏幕上，以每100微秒0.0254米的變動率開始掃描。再假設雷達脈沖在30000米的距離從一飛機反射回天線。當1微秒長的脈沖離開天線的同時，在雷達指示器的左側也顯示出一個0.025厘米長的主脈沖（發射脈沖）。由天線發射的脈沖，到飛機進行了30000米的距離，需時100微秒，然后反回天線也需100微秒。結果微弱的脈沖回波也顯示于指示器上，其與主脈沖之間有5厘米的距離，或指示為200微秒。由于脈沖本身有1微秒的長度，所以量度距離時，必須量度兩脈沖的前緣間距離。由于回波信號太弱，所以一個單一回波信號顯示于指示器，很難被發現。因此回波信號，必須于每秒內，在指示器上重復顯示數次，顯示的方法是借電子束隨天線掃描的速率（通常天線以每分鐘15到20轉轉動）在指示器上掃描而得。雷達無論在平時及戰時，都已被廣泛的應用。在二次世界大戰時使用雷達的目的，只是為了預知敵機的接近。用于預警網的預警雷達，預警雷達天線都是極大的轉動拋物面形反射天線，或靜止雙極矩陣天線。戰時雷達的應用很快就被擴展到地面攔截控制，以及高射炮和探照燈的方向控制等。這些所謂的射擊控制雷達不僅能察知敵機的所在，并能自動決定高射炮的發射方向及使其發射。由于雷達可度量其與目標物間的距離，當然也可以從飛機上測量距地面的垂直高度。常用的各種脈沖式雷達就可度量一架飛機的高度，供飛行員飛行的參考。然而對很低的高度（低于1000米），因距離太近，脈沖式雷達的回波有與其發射出的主脈沖合并的趨勢。因此大多數雷達測高儀都不用脈沖輸出，而用等幅調頻電波。雷達測高儀的發射天線，送出一垂直無線電波束，此電波的頻率連續不斷的變化。當信號離開發射天線的瞬間，其信號的頻率為某一頻率。然后當信號由地反射回到測高儀的接收天線后，因接收機內有一相位鑒別器（或簡稱為鑒相器），鑒相器可將接收到的回波，與正在發射出的信號頻率（或相角）作一比較。因為當回波回到接收天線，已經過了一段時間，當然此時發射天線所發信號的頻率，也已改變。利用已知每秒周數的頻率偏差，就可決定出電波由發射天線到地，在回到接收天線的時間，因此可計算出飛機距地的高度。關于電波往來所需的時間與相應的高度，事先已經算出，并直接標示在指示器上，所以可以直接從指示器上讀出飛機的高度數值。除此之外，雷達還可以用在飛機和船舶的導航，作為某一城市、機場，高山或某一特定點的辨別符號用的雷達指標，都已事先標示于航行圖上。科普知識九自行車身上的力學知識自行車在我國是很普及的代步和運載工具。在它的“身上”運用了許多力學知識，1．測量中的應用在測量跑道的長度時，可運用自行車。如普通車輪的直徑為0.71米或0.66米。那么轉過一圈長度為直徑乘圓周率π，即約2.23米或2.07米，然后，讓車沿著跑道滾動，記下滾過的圈數n，則跑道長為n×2.23米或n×2.07米。2．力和運動的應用(1)減小與增大摩擦。車的前軸、中軸及后軸均采用滾動以減小摩擦。為更進一步減小摩擦，人們常在這些部位加潤滑劑。多處刻有凹凸不平的花紋以增大摩擦。如車的外胎，車把手塑料套，蹬板套、閘把套等。變滾動摩擦為滑動摩擦以增大摩擦。如在剎車時，車輪不再滾動，而在地面上滑動，摩擦大大增加了，故車可迅速停駛。而在剎車的同時，手用力握緊車閘把，增大剎車皮對鋼圈的壓力以達到制止車輪滾動的目的。(2)彈簧的減震作用。車的座墊下安有許多根彈簧，利用它的緩沖作用以減小震動。3．壓強知識的應用(1)自行車車胎上刻有載重量。如車載過重，則車胎受到壓強太大而被壓破。(2)座墊呈馬鞍型，它能夠增大座墊與人體的接觸面積以減小臀部所受壓強，使人騎車不易感到疲勞。4．簡單機械知識的應用自行車制動系統中的車閘把與連桿是一個省力杠桿，可增大對剎車皮的拉力。自行車為了省力或省距離，還使用了輪軸：腳蹬板與鏈輪牙盤；后輪與飛輪及龍頭與轉軸等。5．功、機械能的知識運用(1)根據功的原理：省力必定費距離。因此人們在上坡時，常騎“S形”路線就是這個道理。(2)動能和重力勢能的相互轉化。如騎車上坡前，人們往往要加緊蹬幾下，就容易上去些，這里是動能轉化為勢能。而騎車下坡，不用蹬，車速也越來越快，此為勢能轉化為動能。6．慣性定律的運用快速行駛的自行車，如果突然把前輪剎住，后輪為什么會跳起來。這是因為前輪受到阻力而突然停止運動，但車上的人和后輪沒有受到阻力，根據慣性定律，人和后輪要保持繼續向前的運動狀態，所以后輪會跳起來。切記下坡或高速行駛時，不能單獨用自行車的前閘剎車，否則會出現翻車事故！科普知識十潮汐產生的原因到過海邊的人都知道，海水有漲潮和落潮現象。漲潮時，海水上漲，波浪滾滾，景色十分壯觀；退潮時，海水悄然退去，露出一片海灘。我國古書上說：“大海之水，朝生為潮，夕生為汐。”那么，潮汐是怎樣產生的？古時候，很多賢哲都探討過這個問題，提出過一些假想。古希臘哲學家柏拉圖認為地球和人一樣，也要呼吸，潮汐就是地球的呼吸。他猜想這是由于地下巖穴中的振動造成的，就像人的心臟跳動一樣。隨著人們對潮汐現象的不斷觀察，對潮汐現象的真正原因逐漸有了認識。我國古代余道安在《海潮圖序》一書中說：“潮之漲落，海非增減，蓋月之所臨，則之往從之?！睗h代思想家王充在《論衡》中寫到：“濤之起也，隨月盛衰?！彼麄兌贾赋隽顺毕c月球有關系。到了17世紀80年代，英國科學家牛頓發現了萬有引力定律以后，提出了潮汐是由于月球和太陽對海水的吸引力引起的假設，從而科學地解釋了潮汐產生的原因。原來，海水隨著地球自轉也在旋轉，而旋轉的物體都受到離心力的作用，使它們有離開旋轉中心的傾向，這就好象旋轉張開的雨傘，雨傘上水珠將要被甩出去一樣。同時海水還受到月球、太陽和其它天體的吸引力，因為月球離地球最近，所以月球的吸引力較大。這樣海水在這兩個力的共同作用下形成了引潮力。由于地球、月球在不斷運動，地球、月球與太陽的相對位置在發生周期性變化，因此引潮力也在周期性變化，這就使潮汐現象周期性地發生科普知識十一日光燈你家里使用日光燈嗎？你知道為什么閉合開關后過幾秒鐘燈管才發光嗎？日光燈的起動正是利用了線圈的自感現象。日光燈主要由燈管、鎮流器和啟動器組成。燈管的兩端各有一個燈絲，管中充有稀簿的氬和微量水銀蒸氣，管壁上涂著熒光粉。燈管的工作原理和白熾燈不同，兩個燈絲之間的氣體在導電時主要發出紫外線，熒光粉受到紫外線的照射才發出可見光。熒光粉的種類不同，發光的顏色也不一樣。氣體的導電有一個特點：只有當燈管兩端的電壓達到一定值時氣體才能導電；而要在燈管中維持一定大小的電流，所需的電壓卻低得多。因此，如果把220V的電壓加在燈管的兩端并不能把它點燃。有了鎮流器和啟動器就能解決這個問題。鎮流器是繞在鐵芯上的線圈，自感系數很大；啟動器由封在玻璃泡中的靜觸片和U形動觸片組成，玻璃泡中充有氖氣。兩個觸片間加上一定的電壓時，氖氣導電，發光、發熱。動觸片是用粘合在一起的雙層金屬片制成的，受熱后兩層金屬膨脹不同，動觸片稍稍伸開一些，和靜觸片接觸。啟動器不再發光，這時雙金屬片冷卻，動觸片形狀復原，兩個觸點重新分開。閉合開關后電壓通過日光燈的燈絲加在啟動器的兩端，啟動器如上所述發熱－觸點接觸－冷卻－觸點斷開。在觸點斷開的瞬間，鎮流器L中的電流急劇減小，產生很高的感應電動勢。感應電動勢和電源電壓疊加起來加在燈管兩端的燈絲上，把燈管點燃。實際使用的啟動器中常有一個電容器并聯在氖泡的兩端，它能使兩個觸片在分離時不產生火花，以免燒壞觸點，同時還能減輕對附近無線電設備的干擾。沒有電容器時啟動器也能工作。家里照明用的電源是交流，它的大小和方向都在不停地變化。鎮流器L中的自感電動勢阻礙電流的變化，使得流過燈管的電流不致過大。自感的這個作用在“交變電流”那章還會講到。讀完這段，請你思考以下幾個問題。(1)如果電容器兩端的電壓過高，電容器的絕緣層就會破壞，變成導體，把兩極連在一起。這種故障叫做電容器的擊穿。這是日光燈啟動器的一種常見故障。為什么常常出現這種故障？(2)為什么電容器擊穿后日光燈不能點燃？說出這種情況下可以采取的應急措施。(3)啟動器是安裝在插座上的。如果啟動器丟失，有什么辦法用一小段帶絕緣外皮的導線起動日光燈嗎？科普知識十二光圈指數中的規律用過照相機的朋友會發現幾乎所有照相機鏡頭的光圈環上都刻有同一組光圈指數：1.4，2，2.8，4，5.6，8，11,16，22乍一看，這組光圈指數很不整齊，也不好記。難道照相機的設計師要跟用戶過不去嗎？細心的朋友會發現，光圈指數不整齊，卻有規律：每隔一個指數，數值都擴大2倍；相鄰指數之比都約等于。例如：1.4×≈2,2×≈2.8……為什么要這樣設置光圈指數呢?讓我們先看看光圈跟光圈指數的關系吧。調整光圈環，可以選擇不同的光圈指數，從而改變鏡頭里面的光孔直徑（光圈），以改變進入鏡頭的光的能量。你會發現，光圈指數小時，光圈變大。由于單位時間進入鏡頭的光的能量跟光孔面積成正比，即跟光孔直徑平方成正比，而相鄰指數之比都約等于，其相鄰指數對應的光孔面積之比就約等于2。現在，我們不難理解照相機設計師的一番苦心了：光圈指數不整齊，為的是使單位時間進入鏡頭的光的能量變化整齊，即每開大一擋光圈（光圈指數小一檔），單位時間進入鏡頭的光的能量擴大2倍。那么，為什么要調整光圈呢？我們知道，照相機是利用透鏡成像的原理制成的，而像必須成在感光膠片上。當快門打開后，感光膠片要接受一定的光能量（即底片正常曝光），才能得到好的底片。進入鏡頭的光能首先取決于被攝景物的亮度，而被攝景物的亮度既千差萬別，又千變萬化。要使曝光正常，就要根據景物亮度的不同來控制進入鏡頭的光能量?？刂七M入鏡頭的光能量通?？空{節光圈和快門速度來實現的。前面說過，光圈大小可以控制單位時間進入鏡頭的光的能量，而快門速度可以控制光進入鏡頭的時間。在拍攝運動的對象時，如果快門速度太慢，拍出的照片就會模糊不清。提高了快門速度，光進入鏡頭的時間就變短，只有相應地調大光圈（減少光圈指數），以便加大單位時間進入鏡頭的光的能量，才能保證獲得正常的曝光量。照相機的快門速度的級別也是按2倍關系設置的：250,125,60,30,15……分別代表1/250秒,1/125秒,1/60秒,1/30秒,1/15秒……于是，快門速度每改變一級，光進入鏡頭的時間變化2倍。正因為光圈指數和快門速度的級別都是按照2倍關系設置的，才會給用戶調節帶來方便：如果用戶選快門速度為60（1/60秒），光圈指數為11時，底片正常曝光，那么，當他根據需要（如拍攝較快運動的物體）將快門速度改變為125（比原來大一級）時，只需將光圈指數調整為8（光圈也比原來開大一擋），底片依然正常曝光?，F代的照相機，大多是用電子裝置自動控制曝光量的，其依據也是這個道理，只不過用戶不必去反復調節光圈和快門就是了?？破罩R十三ABS-汽車防抱死裝置簡介一、ABS的應用世界上第一臺防抱死制動系統ABS(Ant-ilockBrakeSystem),在1950年問世，首先被應用在航空領域的飛機上，1968年開始研究在汽車上應用。70年代，由于歐美七國生產的新型轎車的前輪或前后輪開始采用盤式制動器，促使了ABS在汽車上的應用。1980年后，電腦控制的ABS逐漸在歐洲、美國及亞洲日本的汽車上迅速擴大。到目前為止，一些中高級豪華轎車，如西德的奔馳、寶馬、雅迪、保時捷、歐寶等系列，英國的勞斯來斯、捷達、路華、賓利等系列，意大利的法拉利、的愛快、領先、快意等系列，法國的波爾舍系列，美國福特的TX3、30X、紅慧星及克萊斯勒的帝王、紐約豪客、男爵、道奇、順風等系列，日本的思域，凌志、豪華本田、奔躍、俊朗、淑女300Z等系列，均采用了先進的ABS。到1993年，美國在轎車上安裝ABS已達46%，現今在世界各國生產的轎車中有近75%的轎車應用ABS?，F今全世界已有本迪克斯、本迪克斯、波許、摩根.戴維斯、海斯.凱爾西、蘇麥湯姆、本田、日本無限等許多公司生產ABS，它們中又有整體和非整體之分。預計隨著轎車的迅速發展，將會有更多的廠家生產。二、ABS的功用制動性能是汽車主要性能之一，它關系到行車安全性。評價一輛汽車的制動性能最基本的指標是制動加速度、制動距離、制動時間及制動時方向的穩定性。制動時方向的穩定性，是指汽車制動時仍能按指定的方向的軌跡行駛。如果因為汽車的緊急制動（尤其是高速行駛時）而使車輪完全抱死，那是非常危險的。若前輪抱死，將使汽車失去轉向能力；若后輪抱死，將會出現甩尾或調頭（跑偏、側滑）尤其在路面濕滑的情況下，對行車安全造成極大的危害。汽車的制動力取決于制動器的摩擦力，但能使汽車制動減速的制動力，還受地面附著系數的制約。當制動器產生的制動力增大到一定值時，汽車輪胎將在地面上出現滑移。其滑移率δ＝(Vt-Va)/Vt×100％式中：δ--滑移率；Vt--汽車的理論