2008年高中物理实际问题分析（不全,但有独立性）

第3期问题及解答
1.　做个小实验
实验器材
一根木棍、一个内径大于木棍直径的橡胶垫圈。
实验内容
（1）将小木棍竖直放置在桌面上，并将橡胶垫圈套在木棍的顶端，如图所示，如果放手让橡胶垫圈自由下落，垫圈由木棍的顶部到底部需要多少时间？
（2）通过快速晃动小木棍，使橡胶垫圈在小木棍的顶部旋转起来，造成垫圈一边旋转一边下落的效果，则这次下落的情况与上一次有什么不同？为什么？
Ans.木棒竖直不动橡胶圈自由下落时，下落到棒底端的时间
由： → ，式中l 为棒长。若l＝0.8m，g＝10m/s2
则有： s
当木棒不断摇动，使得橡胶圈边旋转边下落时，由于棒和圈间有压力，圈在下落时除受重力外，还要受到棒对它的向上的摩擦力，圈下落的加速度将减小（＜g）， 下落到棒底端的时间也就将增长，棒使圈旋转得愈快，二者间压力也愈大，圈下落时受到棒向上的摩擦力也愈大，圈下落的时间也将愈长。
2.　一架非磁性物质做成的天平，左盘放一铁块A，上方支架上有一电磁铁B，未通电时天平平衡。当电磁铁接通电源时，铁块被吸起，在铁块离开天平盘而又还没有碰到电磁铁的过程中，天平还能不能保持平衡？为什么？
Ans. 电磁铁通电后，铁块由原先静止到向上运动，显然是向上作加速运动，因而知铁块受到的向上的电磁力F必然大于铁块的重力G。当铁块离开盘而又还未到达电磁铁的过程中，虽然铁块对盘的压力没有了，但由牛顿第三定律，铁块对电磁铁的向下的吸引力F'＝ F ＞Ｇ，因此通过左盘电磁铁支架向下压左盘的力比电磁铁未通电时铁块压左盘的力还大，故左盘将下沉。
3. 1785年，法国物理学家库仑（1736～1806）设计了一台精确的扭秤（库仑扭秤），在实验的基础上建立了著名的"库仑定律"。库仑的实验需要研究点电荷间的相互作用力与它们间的距离和电量的关系，但当时还不知道怎样测量电量，甚至连电量的单位都还没有确定，那么库仑是怎样在实验中比较出电量的大小的呢？你知道吗？
Ans. 库仑为了在实验中比较电量的多少。提出了一个合理的“假设”：完全相同的两个金属球相互接触后再分开时，将平分二球接触后的总电量。比如，Ａ球原先带电＋3（单位），Ｂ球原先带电＋5（单位），二球接触后，总电量为＋8（单位），再分开时，应该各带电＋4（单位）；又如，原先Ａ球带电＋2（单位），Ｂ球原先带电－8（单位），接触后中和部分电量，总电量为－6（单位），再分开，应该各带－3（单位）电量。这虽然不能知道每次实验扭秤上的小球带的电量是多少单位，但可以知道各次实验小球带电量的倍数关系，这就够了！库仑的这个假设，后来的实验事实证明是正确的。
4.　你知道直升飞机尾部那个小旋翼的作用吗？
Ans. 如果只有直升机顶部的那个大旋翼，，当它旋转起来的时候，根据物理学中的角动量守恒，机身就将会向相反方向旋转。在机身尾部加装一个竖直的小旋翼，当小旋翼旋转时，将产生一个和机身旋转方向相反的推力力矩，就可以保持机身稳定。同时，调节这个小旋翼的推力大小，还可以方便地改变直升机机头的方向。
Questions　（答案见下期）
1. 有人说，科学家的伟大不仅在于他们科学的发明和发现，更在于他们对科学真理的追求和奉献精神，正是这种精神推动了整个人类社会的进步和发展。不少科学事业的先驱为了科学的真理，牺牲了自我甚至生命。历史上的哥白尼、牛顿、伽利略的事迹都是人人皆知的了，近代，在人类征服核能的历程中，中外科学家都有可歌可泣的故事。请看：＞
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斯洛廷的故事
　　在第二次世界大战结束前后的那段日子，在美国橡树岭的科学家们一直在试验原子弹爆炸的“临界质量”。青年科学家斯洛廷负责试验的机械装置。原子弹内部的放射性材料通常做成两个半球，投弹后，使两半合在一起，总质量达到“临界质量”，因发生剧烈的链式核反应而爆炸。斯洛廷的全部工具就是两把螺丝刀，他用螺丝刀将放射性材料的两个半球沿导向轴逐渐靠拢，同时他密切观察，当两半球靠近到正好达到链式反应最初瞬间的临界点时立即将两半球分开。
　　在1946年5月份的一次试验中，他的螺丝刀突然从手中掉了下来，而这时两个半球已经相当接近，质量也已达到临界值，刹那间整个房间充满了眩目的闪光，斯洛廷这时没有逃走，也没有考虑躲避，而是毅然用徒手将两个半球掰开了，制止了链式反应，挽救了在场的七位科学家的生命，他立即意识到，自己中了致命的辐射剂量。但他没有慌张，而是叫在场的同事们回到刚才事故发生时各自所站的位置，画出图形，以便医生确定每个人所受的辐射剂量。
　　当斯洛廷坐在路旁等汽车来送他们到医院去的时候，他镇静地对身边的一个伙伴阿尔文·葛雷弗斯说：“你是会完全恢复健康的，而我是一点希望也没有了”。过了九天，这位作第一颗原子弹临界质量实验的人，终于与世长辞了。
（摘录整理自《比一千个太阳还亮》 ——　原子科学家的故事　　<德>罗伯特·容克　著）
两弹元勋邓稼先
　　1986年，国内公开报道了“两弹元勋”邓稼先的名字，当年大漠上腾起蘑菇云的谜底终于揭开。当人们以感激的心情来颂扬这位功臣时，他却平静地辞世而去。
　　邓稼先，1924年出生于安徽怀宁县一个书香门第之家。翌年，他随母到北京，在担任清华、北大哲学教授的父亲身边长大。他5岁入小学，在父亲指点下打下了很好的中西文化基础。1935年，他考入志成中学，与比他高两班、且是清华大学院内邻居的杨振宁结为最好的朋友。在父亲安排下，他随大姐去了大后方昆明，并于1941年考入西南联合大学物理系。
　　1945年抗战胜利时，邓稼先从西南联大毕业，他于1947年通过了赴美研究生考试，于翌年秋进入美国印第安那州的普渡大学研究生院。由于他学习成绩突出，不足两年便读满学分，并通过博士论文答辩。此时他只有26岁，人称“娃娃博士”。
　　1950年8月，邓稼先在美国获得博士学位九天后，便谢绝了恩师和同校好友的挽留，毅然决定回国。同年10月，邓稼先来到中国科学院近代物理研究所任研究员。此后的八年间，他进行了中国原子核理论的研究。1953年，他与许鹿希结婚，许鹿希是五四运动重要学生领袖、后来担任全国人大常委会副委员长的许德珩的长女。
　　1958年秋，二机部副部长钱三强找到邓稼先，说“国家要放一个‘大炮仗’”，征询他是否愿意参加这项必须严格保密的工作。邓稼先义无反顾地同意，回家对妻子只说自己“要调动工作”，不能再照顾家和孩子，通信也困难。从小受爱国思想熏陶的妻子明白，丈夫肯定是从事对国家有重大意义的工作，表示坚决支持。从此，邓稼先的名字便在刊物和对外联络中消失，他的身影只出现在严格警卫的深院和大漠戈壁。
　　邓稼先不仅在秘密科研院所里费尽心血，还经常到飞沙走石的戈壁试验场。1964年10月，中国成功爆炸的第一颗原子弹，就是由他最后签字确定了设计方案。他还率领研究人员在试验后迅速进入爆炸现场采样，以证实效果。他又同于敏等人投入对氢弹的研究。按照“邓—于方案”，最后终于制成了氢弹，并于原子弹爆炸后的两年零8个月试验成功。这同法国用8年、美国用7年、苏联用4年的时间相比，创造了世界上最快的速度。
　　一次，航投试验时出现降落伞事故，原子弹坠地被摔裂。邓稼先深知危险，却一个人抢上前去把摔破的原子弹碎片拿到手里仔细检验。身为医学教授的妻子知道他“抱”了摔裂的原子弹，在邓稼先回北京时强拉他去检查。结果发现在他的小便中带有放射性物质，肝脏被损，骨髓里也侵入了放射物。随后，邓稼先仍坚持回核试验基地。在步履艰难之时，他坚持要自己去装雷管，并首次以院长的权威向周围的人下命令：“你们还年轻，你们不能去！”1985年，邓稼先最后离开罗布泊回到北京，仍想参加会议。医生强迫他住院并通知他已患有癌症。他无力地倒在病床上，面对自己妻子以及国防部长张爱萍的安慰，平静地说：“我知道这一天会来的，但没想到它来得这样快。”
　　1986年7月29日，邓稼先去世。他临终前留下的话仍是如何在尖端武器方面努力，并叮咛：“不要让人家把我们落得太远……” 。在他去世13年后，1999年国庆50周年前夕，党中央、国务院和中央军委又向邓稼先追授了金质的“两弹一星功勋奖章”。
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2. 古希腊哲学家亚里士多德认为重的物体比轻的物体下落得更快。事实上，在不计空气阻力的情况下，重的物体和轻的物体在空中自由下落的“快、慢”是一样的（下落的加速度g相同）。伽利略用很巧妙的推理，驳斥了亚里士多德的错误观点。你知道伽利略是如何驳斥亚里士多德的观点的吗？
3. 杂技演员在表演走钢丝时，常常手握一根又长又重的“平衡棒”，你知道这根平衡棒起什么作用吗？（参考下二图，新疆杂技团的“高空王子”阿迪力在钢丝上，准备破吉尼斯世界纪录）
　　　　　　　
4. 现在实现全球电视直播都是通过定点在赤道上空约36000km高处的“地球同步卫星”的转播来实现的。你知道在地球赤道上空至少需要多少颗“同步卫星”才能达到这一目的吗？请说明推理和计算过程。（地球半径约为6400km）
5. 81个大小相同的铜球中有一个内部有空洞。如何在天平上用最少称量次数将它找出来？最少的称量次数是多少？
第4期问题及解答
2. 古希腊哲学家亚里士多德认为重的物体比轻的物体下落得更快。事实上，在不计空气阻力的情况下，重的物体和轻的物体在空中自由下落的“快、慢”是一样的（下落的加速度g相同）。伽利略用很巧妙的推理，驳斥了亚里士多德的错误观点。你知道伽利略是如何驳斥亚里士多德的观点的吗？
Ans.伽利略在1638年写的《两种新科学的对话》中指出：按照亚里士多德的看法，如果把两个不同的物体连在一起，那么快的会由于被慢的拖着而减速，慢的会由于被快的拖着而加速…取一块大石头，设它的下落速度为8，一块小石头，设它的下落速度为4，将它们栓在一起，整个系统的下落速度应该小于8；但是两块石头栓在一起要比以前那个速率为8的石头重…这样，从重物比轻物下落得快的假设就推出了重物下落得更慢的互相矛盾的结论，从而得出了轻重物体下落得一样快的正确结论。
3. 杂技演员在表演走钢丝时，常常手握一根又长又重的“平衡棒”，你知道这根平衡棒起什么作用吗？（图见上期）
Ans.物体的平衡分三类：“稳定平衡”、“不稳定平衡”、“随遇平衡”。
当物体稍微侧倾时，如果其重心升高，重力对转轴的力矩就会使它回到平衡位置，这称为“稳定平衡”（下左1图），玩具“不到翁”就是稳定平衡的实例（下右图）；当物体稍微侧倾时，如果其重心降低，重力对转轴的力矩就会使它继续偏离平衡位置，最终倒下，这称为“不稳定平衡”（下左2图）；当物体侧倾时，如果其重心位置高低不变，则物体的平衡状态总能保持，这称为“随遇平衡”（下左3图），均匀的球在水平面上滚动时也是处于随遇平衡状态（下右小图）。
走钢丝的杂技演员处于一种不稳定平衡状态。手持一根又长又重的横杆，一方面可以使人和杆整体重心大大降低，这样当人稍微侧倾时，整体重心的侧倾量就较人体上部的侧倾量小得多（见右图）；另一方面，借助横杆的移动，可以调节整体的重心位置，就能保持人不从钢丝上倒下，当然，这要求演员要有长期的训练和高超的平衡技能。
4. 现在实现全球电视直播都是通过定点在赤道上空约36000km高处的“地球同步卫星”的转播来实现的。你知道在地球赤道上空至少需要多少颗“同步卫星”才能达到这一目的吗？请说明推理和计算过程。（地球半径约为6400km）
Ans.当一颗地球同步卫星在赤道上空36000km高处时。它对地球的两条切线（假设地球是很圆的）的夹角约为17.2°，这时两个切点对应的地球的圆心角约163°。三颗同步卫星均匀分布在赤道上空同步轨道上时，相邻卫星对地球表面的微波信号覆盖面（微波直线传播）相交约21.5°圆心角，因此，电视信号只需三颗地球同步卫星传递就能覆盖全球了（当然，接近南极、北极的高纬度地区还是盲区，不过那里居住的人已经很少了）。
5. 81个大小相同的铜球中有一个内部有空洞。如何在天平上用最少称量次数将它找出来？最少的称量次数是多少？
Ans.将81个球分成3等份，每份27个。
　　第一次，任取两份放在天平两边的盘上，若不平衡，则取轻的一份称第二次。
　　第二次，取第一次轻的一份三等分（每份9个），任取两份称量，若不平衡，则将轻的一份9个称第三次。
　　第三次，将第二次轻的一份三等分（每份3个），任取两份称量，若不平衡，则将轻的一份3个称第四次。
　　第四次，将第三次余下的三个球任取2个称量，若不平衡，轻的一个就是要找的；若平衡，余下的一个就是要找的。
若每次称量天平均平衡（或某些次平衡），则就用余下的称量下一次，得出最后结果的总称量次数也只要四次。
Questions　（答案见下期）
1. 灵敏电流表是高中电学实验中的一种常用仪表，你知道它的基本结构和工作原理吗？请看→　>
中学常用磁电式灵敏电流表的构造及工作原理
最常见的电流表是根据通电线圈要在磁场中转动的原理制成的。把蹄形磁体的两个磁极各做成半个空心圆柱状，并在两极之间装置一个圆柱形的软铁K，使磁极和软铁柱之间的空隙很狭，那么我们就可以得到一种如图所示的磁场。在这种磁场里，空隙里的磁感线几乎完全是沿圆柱的半径方向（即和圆柱面垂直），并且分布均匀，这种磁场就称为均匀辐向磁场，它的磁感强度大小均匀，方向沿圆柱的半径，即辐向。
如果在软铁圆柱体的外面，套上一个矩形通电线圈C，则不管它在什么位置，线圈平面总是和磁感线平行（即θ＝0），它所受到的力矩总是
不象在匀强磁场里与角度θ有关。
常见的磁电式电流表就是根据这个原理制成的。下图是它的构造示意图。图中N表示蹄形永磁体的北极（为了显示内部构造，蹄形磁体的另一部分已被截去）；K表示软铁圆柱体；C表示套在圆柱体外面的矩形线圈（绕在一个与圆柱体不接触的很轻的铝框上），它能够绕a－a轴转动；a－a轴被两个螺旋丝弹簧Q（象钟表里的游丝那样）所固定，在线圈的a－a轴上还固定一根指针n；B是一个刻度盘；在线圈中没有电流通过时，指针n指着刻度盘上的0点。
当电流通过螺旋丝弹簧Q而流进线圈C时，线圈因受磁场力的力矩作用而带动轴和指什一起转动。它们的转动使弹簧扭转而出现一个反抗转动的还原力矩M(（还原力矩的方向使线圈恢复原来的位置）。根据弹性理论，这个还原力矩M(的大小跟弹簧扭转的角度（即线圈转动的角度）θ成正比，即
式中C是弹簧的扭转恒量，它的大小由弹簧的性质来决定。当线圈转过一定的角度θ后，磁场力矩和还原力矩平衡，线圈和指针就停止转动．此时，
即
因而可以求得电流强度与转角的关系：

对给定的电流表来说，C、N、B和S都是一定的，上式括号内就是一个恒量，用K表示这个恒量，得
即：通过电流表的电流强度跟线圈的转动角度（也就是指针的转动角度）成正比。这就是常见的磁电式电流表的工作原理，也就是为什么常见电流表的刻度是均匀的原因。
现在高中实验用的磁电式电流表通常是J0415型微安表，量程为0～200μA，“零点”在表盘中央。外部接线柱有三个：“－”、“G0”、“G1”，接“－”和“G0”时，内阻为500Ω，接“－”和“G1”时内阻为2500Ω，因此，前者接法灵敏度要高些。内部电路结构见下图：
2.　两个鸡蛋，大小、重量、形状都相同，蛋壳的厚薄和结构也完全相同，拿着一个鸡蛋以一定的速度去撞击另一个拿着不动的鸡蛋，哪个鸡蛋会被撞破，为什么？
3.　夏天，我们在池塘和河湾里常常可以看到一种黑色的小甲虫，它们整天在水面上滑来滑去，好像在溜冰一样，根本不会下沉，一旦有些微的风吹草动，它们一溜烟就滑走了。你知道这种甲虫为什么在水面上不下沉吗？又为什么反应如此敏捷？
4.　盛水的容器内浮着一块冰，冰块里有两个一样大的空腔，其中一个空腔内充满不溶于水的密度为冰的密度两倍的物质（如图）。当冰块熔化后容器内的水面将如何变化？（水不会逸出容器）
第6期问题及解答 　
2. 洗衣机的甩干桶在正常高速旋转时，转动往往是很平稳的，但是当甩干桶转速逐渐减小，将要停下来的一段时间内，洗衣机往往会较为剧烈的晃动，最后才停下来，你能说说其中的道理吗？
Ans. 任何物体都有一个“固有振动频率”，这由物体的体积、形状、密度、材料等因素决定。当有一个外加的周期性变化的力（称为“策动力”）作用在物体上时，物体就会以这个周期性变化外力的频率振动，称为“受迫振动”。如果这个物体的固有频率等于策动力的频率，物体的振动就特别剧烈，振幅最大，发生“共振”；反之，二者频率相差越远，作受迫振动物体的振幅就越小。洗衣机甩干桶在旋转时就会给机体一个周期性的策动力，高速旋转时，这个策动力频率远高于洗衣机机体的固有频率，所以机体振动轻微；甩干桶转速逐渐减小时，对机体的策动力频率也逐渐减小，当接近停止时，策动力频率便接近和等于机体的固有频率，这时机体发生“共振”，所以晃动特别剧烈。
3. 桌上叠了一摞书，最上面的第七本完全处于桌子边缘的外面。会不会倒下呢？为什么？
Ans. 过物体的重心沿竖直方向的线称为“重力作用线”，如果一个物体的重力作用线没有移出支持物的支持面，这个物体就不会翻倒。图中叠放的七本书，看起来的确很“危险”，但仔细观察可知，过第7本书重心A的重力作用线没有移出第6本书的边缘；过6、7两本书共同重心C的重力作用线没有移出第5本书的边缘；过第5、6、7三本书的共同重心E的重力作用线也没有移出第4本书的边缘；……而过七本书整体重心M的重力作用线也没有移出桌面边缘（右图），所以看似危险的七本重叠的书是不会倒下的。你可以试试看，最多能叠多少本书？
4. 在海洋中平行航行的两艘大轮船，相互不能靠得太近，否则就会有相撞的危险，为什么？
Ans.人们对流体流速和静压力关系的研究，导出了“伯努利方程”。由伯努利方程知道：流体的流速越大，静压力就越小。当海洋中两艘大轮船平行航行又靠得很近时，由于水可认为是不可压缩的连续流体，流过两船之间狭窄“巷道”的海水流速必然要大于从两船外侧流过的海水流速，因此两船之间的向外的水压便小于两船外侧向内的水压，在外侧水压的作用下，轮船将会“自动”相互碰撞而发生惨剧。
　　你可以做一个简单的实验：用两张窄长的纸条，相互靠近，用嘴从二纸条中间吹气，会发现二纸条不是被吹开而是相互靠拢，就是“速大压小”的道理。飞机的机翼的翼型使得飞行中前面的空气掠过机翼向后时，流经机翼上部的空气要通过的路程大于流经机翼下部的空气通过的路程，因此上部空气流速大于下部空气的流速，上部空气对机翼向下的压力就会小于下部空气对机翼向上的压力，从而产生升力（见右图）
5.许多桥为什么要造成拱形呢？（图略）
Ans.将桥面造成拱形，可以大大增加桥承受的压力（如右图）。当拱桥的桥面受到向下的压力时，桥面的上部发生挤压形变，产生沿拱圈方向的弹力，这个弹力沿拱圈传到桥拱两侧的支座上，并经支座传到地面。这样，桥拱将竖直向下的压力改变成了沿拱圈方向的力，因此拱桥的受力能力就大大增强了。
Questions　（答案见下期）
1.小实验：一指断钢丝
　　将一根长约30cm的细钢丝的两端分别用用羊眼螺丝固定在两个相同的小木块A、B上，取两根各长约16cm的硬木条，在O点用绞链连接起来（如图）。将两木块分开，拉直钢丝，放在比较光滑的水平面上，然后将两硬木条的自由端分别卡在两木块的凹槽内，用手指在绞链O处稍微用力下按，细钢丝就会被拉断。请用力学知识分析和说明一指断钢丝的道理。
2.下雨了，没带伞的小王距家门口还有200米直线距离，他是跑步回家少淋雨还是走着回家少淋雨呢？请你作一定性分析，假设雨是竖直下落且雨量大小不变。
3. 假如从我国的上海（北纬31.2°，东经121.4°）打一口井，穿过地心，从地球直径的另一端（南纬31.2°，西经58.6°，大约在南美智利与乌拉圭交界的边界城市孔科尔迪亚附近）穿出来。从井口的这一端释放一个石子，到达地球另一端的井口时速度是多少？石子会从地球另一端飞出来吗？为什么？（假设地球是完全球体）
4.你在骑自行车的时候如果不蹬脚踏板自行车轮没有转动，自行车必定倒下，但当你蹬转车轮车前进的时候，自行车就不会倒下了，而且，车轮转得越快，车越不容易倒下。你知道这是为什么吗？
第7期问题及解答 　
1. 小实验：一指断钢丝
　　将一根长约30cm的细钢丝的两端分别用用羊眼螺丝固定在两个相同的小木块A、B上，取两根各长约16cm的硬木条，在O点用绞链连接起来（如图）。将两木块分开，拉直钢丝，放在比较光滑的水平面上，然后将两硬木条的自由端分别卡在两木块的凹槽内，用手指在绞链O处稍微用力下按，细钢丝就会被拉断。请用力学知识分析和说明一指断钢丝的道理。
Ans.一个力可以分解成两个分力，就好象我们用一根绳子斜向上拉一辆车子时，绳子的拉力就产生水平向前拉车前进的力和竖直向上提车子的了这两个分力。根据力的分解和合成的“平行四边形定则”，在合力一定时，二分力夹角越大，二分力的大小就越大。在“一指断钢丝”的实验中，钢丝长30cm而两根木条总长才32cm
，根据简单的计算可知，如果用指以1kg的力下压木条，每根木条作用在木块上的力就将有近3kg的力，细钢丝当然就会拉断了。
2. 下雨了，没带伞的小王距家门口还有200米直线距离，他是跑步回家少淋雨还是走着回家少淋雨呢？请你作一定性分析，假设雨是竖直下落且雨量大小不变。
Ans.有人总以为快跑回家淋雨的时间短，淋的雨必然会少得多。其实不然，如果假设雨是竖直往下落，且大小不变，则人在往前走时所淋的雨由两部分组成：一部分是头顶淋的雨，另一部分是身子的前表面迎面淋的雨。无论你是走着回家还是跑步回家，身子前部淋的雨总量是一样的，唯一少淋一点雨的只是头部，但那是你所淋的雨的很少一部分。当然从理论上讲，跑回家所淋的雨总的要稍微少些。
3. 假如从我国的上海（北纬31.2°，东经121.4°）打一口井，穿过地心，从地球直径的另一端（南纬31.2°，西经58.6°，大约在南美智利与乌拉圭交界的边界城市孔科尔迪亚附近）穿出来。从井口的这一端释放一个石子，到达地球另一端的井口时速度是多少？石子会从地球另一端飞出来吗？为什么？（假设地球是完全球体）
Ans.假如真的能打一口这样的穿过地心的井，而且不考虑空气是阻力和地球内部的高温的话，石块从进入洞口起就将加速下落，但随着离地心越来越近，其加速度将越来越小，到达地心的瞬间，由于地球的对称性，石块的加速度将为零。由于惯性，石块将继续减速前进，而且减速越来越快，当到达地球另一端的井口时,速度将恰减小到零，然后在地球引力作用下又将重新落向地心。如此反复，石块就将在穿过地心的这口井的两个井口间来回振动，而不可能从井口飞出。如果考虑空气阻力，石块在不断来回振动的过程中逐渐损失机械能，最终将停止在地心。
4.你在骑自行车的时候如果不蹬脚踏板自行车轮没有转动，自行车必定倒下，但当你蹬转车轮车前进的时候，自行车就不会倒下了，而且，车轮转得越快，车越不容易倒下。你知道这是为什么吗？）
Ans. 在光滑水平面上直线运动的物体在没有受到外力作用时，总保持其匀速直线运动状态不变，这就是大家都知道的惯性，质量越大、运动越快的物体，其动量也越大，要改变它的运动状态也就越难。同样，一个物体如果绕着轴旋转，也就具有“转动惯量”，也有“角动量”，角动量的方向是沿转轴方向的。同一个转动的物体，转动得越快，其角动量也越大，要改变它的转轴方向也就越难，这就是自行车骑得越快，越不容易倒的原因。其实，转动惯量和角动量的应用是很广泛的，小至小孩玩耍的“牛牛”，用软绳抽打，使它转得越快，也就越不容易倒下；大至火箭及卫星上控制姿态的“陀螺”，都是利用了角动量守恒的原理。
Questions　（答案见下期）
1.科学是把双刃剑，既能造福于人类，也可毁灭世界。20世纪初，在一批科学家的不懈努力下，发现了原子核的裂变，为人类利用核能开辟了道路，同时，也为大规模杀伤武器原子弹的研制奠定了基础。历史的回顾：发现原子核裂变的故事
2.老师在上课拿粉笔写黑板时，常常不小心将粉笔掉在了地上，仔细观察会发现，掉在地上的粉笔摔断成三截的最多，你知道是为什么吗？（地面水平）
3.有两根完全一样的铁棒，一根有磁性，另一根没有磁性，不用任何其它工具，你如何很快将它们分辨出来？
4.2000年6月10日，在新疆巴音郭楞蒙古自治州首府库尔勒市人民广场诞生了一个长100米、宽1.7米、高0.5米，重15040公斤的旅游艺术大蛋糕，共用精粉7360公斤、砂糖4000公斤、奶油1600公斤、鸡蛋2080公斤。2002年10月21日，在菲律宾的马里基纳市一只长5.5米的巨型皮鞋亮相（见图），纷纷向吉尼斯世界纪录冲击。一家豆腐超市的老板也异想天开，要作一个长、宽、高均为2米的正方体大豆腐，一来招揽生意，二来也想向吉尼斯世界纪录冲击。您说这位老板的想法能够实现吗？为什么？
5.为甚么晴天时天空是蓝色的？为甚么夕阳是红色的？
第9期问题及解答 　
2. 冬天，湖面结了厚厚一层冰，我们知道结冰的温度是0℃，那么，湖底的水是否也结了冰呢？温度是否也达到了0℃呢？
Ans.一般的物体是热胀冷缩的，但水从4℃降温到0℃时，体积不减反增，只有从4℃开始升温，水的体积又才开始膨胀。因此，同样质量的水在4℃时体积最小，密度最大。冬天开始降温后，降温后的水密度增大，下沉，下面温度较高密度较小的水上升，又被降温。但这个过程持续到当上层的水温度降低到4℃以后，体积反而膨胀，密度反而减小，就不会再下沉，而继续停留在水面上，最后结成冰，当然下面的水也就不会上升了。此后下面水的降温完全靠水的热传导进行，但水的导热性能是很差的，所以湖底部的水就会长期保持在4℃左右。
3. 我们常常见到运汽油的油罐车的车尾有一条铁链拖到地面上，还以为是司机的疏忽呢。你知道这样做的道理吗？
Ans.汽油一类很容易燃烧的物质只要一遇到小小的火星，就会猛烈燃烧起来。运油车在长途行进过程中很难不会由于各种偶然的摩擦而产生火星，这就往往是巨大灾难的隐患。由于大地是一个其大无比的导体，当运油的油罐车从金属油罐处拖一根金属铁链到地面时，由于摩擦而产生的静电就会通过金属铁链迅速传导至地面，使得油罐车可以安全的长途运行。
4.做两个力学实验：
（1)找一根大约1m长的细竹竿，在上面系上三根长短不同的细线，细线长度的差别越大一些越好，在细线的另一端各系上一个重物，重量不一定要相同，但重物的体积小一些为好。用手握住竹竿一端，使竹竿处于水平状态。然后找一个同伴，问他（她）希望哪个重物摆动？无论他（她）指定要哪个重物摆动，你都可以使他（她）如愿以偿。你知道要怎么操作吗？原理是什么？
（2)用两根一样粗的绳子，一根栓在一本厚书上，将书悬吊起来，另一根栓在书的下端（图略）。让你拉住下面一根绳子，你能做得到一定只拉断上面一根绳子，或只拉断下面一根绳子吗？你使用的方法的理论根据是什么？
Ans.（1)这个实验实际上是一个共振加魔术的表演。你要做的动作是让你的观众紧紧盯住细线悬挂的三个小球。由于每根细线和一个小球组成一个单摆，而每个单摆的固有振动频率由细线的长度决定。当你的观众希望最长的细线吊的小球摆动时，你只要以较慢的频率轻轻摆动横杆，最长细线的摆球的固有频率与你的横杆摆动频率最接近时，这个球的摆动就会最剧烈。如果要求最短线的那个球摆动，则你的横杆的摆动就应当快一些。要做好这个实验加魔术要有两个基本功：①要事先练习横杆摆动快慢与小球摆动幅度的关系；②要让观察者将注意力集中到细线和小球上，不要让他们注意到你的横杆的摆动。
（2)这是一个惯性和力的传递问题。如果迅速向下拉下端的绳子，由于上部的书的质量较大，惯性也较大，当书受到下面绳子的拉力还没有发生明显的位移时，下面的绳子就已经断了；反之，如果慢慢拉下面的绳子，绳子对书作用力的时间就较长，根据动量定理，书就将产生较大的速度变化，因而也就会产生一定的向下位移量，上面的绳子就会被拉断了。实验做好的关键是，上下两根绳子都不应太粗，而且在静态情况下，上面绳子受到的张力要大些（因有书的重量），但还要不至于被拉断。
5.从一座很高的教堂的屋顶垂下一根几乎接近地面的绳子。你能用一种最简单的方法很快粗略地测量出这座教堂屋顶的高度吗？描述一下你用的方法及原理。（不准用尺子测量和爬上屋顶）
Ans.这是一个单摆周期公式的应用问题。在垂下绳子的下端栓上一块小石头（或铁钉什么的），然后摆动绳子，幅度不要太大，让绳子来回摆动30～50次，记下总时间，就可算出每摆动一个来回所用的时间了（即摆动的周期T）。利用单摆在小摆角下的周期公式：，如果知道当地的重力加速度g值，代入公式即可求出绳长l。如果不知当地的重力加速度，可取g＝10m/s2,误差也不大。
Questions　（答案见下期）
1.一般人都说，物质有“三态”，即气态、液态、固态。物质当真只有三态吗？随着科学的不断进步，科学家对物质形态的不断深入研究，发现物质的状态远不止“三态”。请看→＞
物质有多少种状态
　　自然界的各种物质都是由大量微观粒子构成的。当大量微观粒子在一定的压强和温度下相互聚集为一种稳定的状态时，就叫做"物质的一种状态"，简称为物态。在19世纪，人们还只能根据物质的宏观特征来区分物质的状态，那时还只知道有三种状态，即固态、液态和气态。初中讲物态变化，就是讲这三种常见的物质状态间的变化问题。　　气体物质处于高温条件下，原子、分子激烈碰撞被电离，或者气体物质被射线照射以后，原子被电离，整个气体含有足够数量的离子和带负电的电子，而且一般情况下正负电荷量几乎处处相等，这种聚集态叫等离子态。如果物质处于极高的压力作用下，例如压强超过大气压的140万倍，组成物质的所有原子的电子壳层都会被"挤破"，电子都变成为"公有"，原子失去了它原来的化学特征。这些"光身"的原子核在高压作用下会紧密地堆积起来(当然，再紧密也会有电子存在和活动的空隙)，成为密度非常大的(大约是水的密度的3万至6．5万倍)状态，称为超固态。有些书籍把等离子态称为物质的第四态，把超固态称为物质的第五种状态。　　进一步从物质的内部结构去考虑，物态就远不止这几种了。例如，在固体物质中，有的其内部微观粒子呈周期性、对称性的规则排列，称为结晶态。而另外一些，如玻璃、沥青等物质，常温下虽然也有固定的形状和体积，不能流动，但其内部结构则更像液体，称为玻璃态(非晶体)。还有一些有机物质，能够流动，又具有某些晶体的光学特性，是介于液态和结晶态之间的状态，称为液晶态。很多物质在极低的温度下，会出现电阻消失的现象，称为超导态；在极低的温度下，某些液体的粘滞性会完全消失，叫做超流态。在巨大的压力下，平时是气体的氢，可以转变为具有金属特性的固态，称为金属氢态。天文学家发现，在宇宙中存在着比超固态密度更大的物质状态，例如组成中子星的中子态，还有密度更高的超子态、反常中子态、黑洞等等。由于反粒子，如反质子、反电子、反中子等都已被发现，有人预言在宇宙中会存在着全部由反粒子构成的反物质世界，但还没有得到证实。1998年6月3日，美国发射的航天飞机"发现者"号装载了一台α磁谱仪，期望探测到宇宙空间中可能存在的反物质，其中一个关键部件是由中国科学院电工研究所制造的直径1200mm、高800mm、中心磁感强度为0.1340T的永久磁体。　　总之，从物质的内部结构去分析，物态的种类很多，并且随着科学技术的进步，人们对物质世界的认识会继续深入，更多的物态会被发现和被人所认识。　　有时同一种物质在某种温度和压力下，有几种不同的物态同时存在，例如水处于密闭的容器中，下部是水而上部是水蒸气，就是液态与气态共存的情形．其他还有固气两态共存、固液两态共存或固、液、气三态共存的情形。 　　一般说来，任何一种物质，在温度、压强等发生变化时，都会呈现不同的物态，研究物态变化对于深入了解物质的结构及性质，对于研制新材料及新物质，都具有很大的现实意义。　　自然界里雨雪的形成，是很有代表性的物态变化过程。地面上的水蒸发成为水汽，升到高空与寒冷空气接触，水汽便凝结成小水滴，形成云。当温度下降，而又有凝聚核心的时候，就会凝结成大水滴下降而为雨。一滴雨点要比云中的小水滴大上几千倍，小水滴一定要在它的体积增加到很大时才会变成雨落下来。如果温度低于0°C，水汽在空中就可能形成雪。　　雪是结晶的水。水汽凝华而成的微小晶体叫水晶。当水晶在大气中随着气流上下翻腾，聚集起来变得足够大时，就成为雪花向地面飘落。雪花的形状多为六角形，也有针状、柱状或不规则形状的。某些雪花的直径可大于2．5厘米。雪花的大小取决于温度，温度越低，形成的雪花越小。由于构成雪片的结晶能反射光，所以雪片呈白色。　　当过冷水滴碰撞在冰晶(或雪花)上，则成霰，霰在积雨云中随着气流多次升降，不断与雪花、小水滴等合并，形成透明层与不透明层交替的冰块，落到地面，这就是雹。　　地表面上的空气中含有水汽，当水汽的含量达到饱和时凝结成水滴，这就是露，如果地表气温降到0°C以下时，则水汽直接凝结为固态，就是霜。
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2.世界最大的截流工程，中国的三峡截流，在2002年11月6日就要最后完成了。在龙口逐渐变窄的情况下，长江的水流流速也迅速增加。据现场报道，“明渠截流时上下游的最大落差有4.11米，截流龙口最大平均流速每秒7米左右。这样的落差和流速，使得抛投下的单个重3-5吨的特大石块和目前制作的比重2.4、单个重量20吨的混凝土四面体都站不稳。”一般的人可能认为，水流速加倍，能够冲走的石块的重量也会大约加倍。你是这样认为的吗？
3.有人用一根长3000m的绳索放入海中进行探测，但刚放到3000每深度，绳索就在接近海面处断了。他想，可能是由于绳索不够粗，于是他用相同的材料制造了一根横截面积是原先那根两倍的绳索。请问，用这根绳索最大能放入海中多深处？
4.你吹过肥皂泡吗（小时候一定吹过！），你看到肥皂泡表面上那五颜六色的美丽色彩吗？为什么肥皂泡表面会有这样美丽多彩的颜色呢？
5.你知道物理学与数学的紧密联系吗？你知道可以用力学的简单实验求解数学问题吗？“史泰因豪斯问题”就是一个典型的例子。
　　据说有三个乡村要联合修建一所小学校。三个乡村分别有50、70和90个儿童。要使所有儿童上学时走的路程的总和最少,这个学校应该修建在什么地方？你能用一个简单的物理实验来解决这个问题吗？
第10期问题及解答 　
2. 世界最大的截流工程，中国的三峡截流，在2002年11月6日就要最后完成了。在龙口逐渐变窄的情况下，长江的水流流速也迅速增加。据现场报道，“明渠截流时上下游的最大落差有4.11米，截流龙口最大平均流速每秒7米左右。这样的落差和流速，使得抛投下的单个重3-5吨的特大石块和目前制作的比重2.4、单个重量20吨的混凝土四面体都站不稳。”一般的人可能认为，水流速加倍，能够冲走的石块的重量也会大约加倍。你是这样认为的吗？
Ans.水流搬运能力是随流速的增大而增大的。对粗沙和砾石来说，水流搬运单个推移物质的直径大小与流速的平方成正比，即 。这里ｖ是启动流速，Ｋ是系数，ｄ是沙石粒径；又因沙石体积或重量与其粒径的三次方成正比，所以沙石的重量与流速的六次方成正比（即流体力学中有名的艾里定律M=CV6），艾里定律证明：水流速度增加到ｎ倍，水流能够带走物体的重量是n6倍, 即当流速增加一倍时，水流能够移动的颗粒重量就可增加64倍。所以随着导流明渠龙口不断变窄，流速不断增加，能够冲走的巨石的重量将以更大得多的力量被冲走，这也就充分说明了长江截流的难度了。
3. 有人用一根长3000m的绳索放入海中进行探测，但刚放到3000m深度，绳索就在接近海面处断了。他想，可能是由于绳索不够粗，于是他用相同的材料制造了一根横截面积是原先那根两倍的绳索。请问，用这根绳索最大能放入海中多深处？
Ans：Ans.仍然只能下放到3000ｍ处。因为两倍粗的绳子相当于用两根原来的绳子并拢而成 。既然每根绳子都只能承受3000ｍ长度的重量，那么两根同样的绳子能够承受的最大长度也就只有3000ｍ了。因为绳子上部的断裂完全是因为下段的重力产生的拉力而造成的。根据这个道理，若要延长绳子下放到海水中的深度，可以将绳索制成圆锥形，下端细，上端粗。根据几何学的知识，相同高度的圆锥体体积是相同高度圆柱体体积的1/3，由同种材料制成的话，重量就只有圆柱体时的1/3，这样制成的绳子放下海水中的深度将可达到9000ｍ！（见附图）
4.你吹过肥皂泡吗（小时候一定吹过！），你看到肥皂泡表面上那五颜六色的美丽色彩吗？为什么肥皂泡表面会有这样美丽多彩的颜色呢？
Ans.肥皂膜表面上的五彩缤纷的颜色，是太阳的白光在膜上发生“干涉”的结果。我们知道，太阳的白光实际上是由红、橙、黄、绿、兰、靛、紫七种单色可见光复合而成的。肥皂膜虽薄，但也有一定厚度，且各处的厚度一般是不相等的，当太阳的白光射到肥皂膜表面上时，一部分被表面层反射，另一部分进入薄膜，在薄膜的里表面反射，当由前、后两个表面反射回来的光在薄膜的外表面附近相遇时，便发生“干涉”现象。由于这两束光通过的路程不同，便会使得某种颜色的光被增强，其它颜色的光被减弱，就会在该处表面显现出被增强的哪种颜色的光（见下左图）。在薄膜不同厚度的地方，由前、后两个表面反射回来的光通过的路程差不同，增强的光的颜色也就不同，所以在阳光下，肥皂泡的表面就呈现出五彩缤纷的颜色。如果在铁丝圈上形成一个肥皂膜，当将铁丝圈直立，让户外射入的白光射到薄膜上观看反射光线时，便会看到五颜六色的彩色横条，并且在不断移动变化（因为直立的肥皂膜上下厚度在重力作用下不断变化的缘故），非常好看（下右图）。玻璃表面上和水面上如果污染了油污，在阳光照射下现出各种色彩，也是光的干涉的结果。下中图是小油滴表面由于光的干涉产生的美丽色彩。
5.你知道物理学与数学的紧密联系吗？你知道可以用力学的简单实验求解数学问题吗？“史泰因豪斯问题”就是一个典型的例子。
　　据说有三个乡村要联合修建一所小学校。三个乡村分别有50、70和90个儿童。要使所有儿童上学时走的路程的总和最少,这个学校应该修建在什么地方？你能用一个简单的物理实验来解决这个问题吗？
Ans.只需将地图放在水平桌面上，在桌子上对应三个村庄的位置上打三个洞，分别从这三个洞中穿下三根细绳，将三根绳的上端结在一起，下端分别栓上三个石头（或其它什么重物），并要求这三个石头的重量之比与其所对应的那个村庄的学生人数之比相等，即5∶7∶9。适当拉动三根绳子，尽量减少摩擦的影响，则当它们平衡时，上端的绳结所处的位置就是建立小学校的最合适的位置(见图)。顺便说一句：你能否用数学来证明这样作的根据呢？
Questions　（答案见下期）
1.平面镜，是使人们能够看见自己容貌的重要而神奇的工具。古代在没有镜子的时代，爱美的女人们便通过平静的水面来欣赏自己美丽的脸貌和梳理长长的秀发。后来有了铜镜，女人们便可以在闺房中梳妆打扮自己了。到十七世纪，威尼斯的达尔卡罗兄弟发明了玻璃平面镜，从此，镜子就逐渐成为人们，特别是女人们手中不可或缺的美容工具了。让我们来看看平面镜的神奇功能以及玻璃镜的发明史吧。=>
一、平面镜的成像特点
　　平面镜是利用光线的反射来成像的。在直立的玻璃镜子前面不远处直立一根点着的蜡烛，就会在镜子后边看到一根同样点着的等高等粗的直立蜡烛。如果你将你的脸靠近镜子，当然就会在镜中看到自己脸貌的模样，但是你再留神观察就会发现你的右眼在镜中变成了左眼；左眼在镜中变成了右眼，如果你用右手抚摸一下你的右脸庞，在镜中看到的就会是在用左手抚摸左脸庞！这就是平面镜成像镜面对称，左右互易的特点。这种“左右互易”的现象有时也确会给我们带来一些不便。据说日本有人发明了一种镜中的像左右不互易的镜子，但至少到现在还没有见到相关的商品上市（也可能是我孤陋寡闻!）。
　　如果你在镜前放置的物体是倾斜的，则根据平面镜成像的对称性，所成的像也会是倾斜的（见右图）,但它们的方向仍然是一致的（不一定要平行）。
　　观看水面反射的岸上景物时，平静的水面相当于镜面，而岸上直立的物体（比如一颗树），相对于水面这个镜面来说，是垂直于镜面的，根据平面镜成像的对称性，当然水中的像也就该是垂直于水面了（见图），这样水中的镜像景物与岸上的实物的方向就拉成了一条直线，而且头部（如树梢）的方向也就相反了，所以才有“水中倒影”之说。但即使是这种情况，与平面镜成正立虚像的说法仍然是不矛盾的。
　　
水中倒影常常形成非常美丽的自然景观，不少旅游景点都有天然形成的或人为制作的碧波荡漾的倒影景观吸引游览旅客。请大家欣赏下面几幅美妙神奇的倒影照片。



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二、昂贵的礼物--达尔卡罗兄弟发明玻璃镜子的故事
　　1600年，法兰西王后美迪奇结婚时，欧洲各国都派特使来到法国，向王后献上各种稀世珍宝。其中，以威尼斯国王送的礼物最受新娘的喜爱。这礼物是一面书本大的镜子，价值高达15万金法郎。镜子的发明者达尔卡罗兄弟从此名声大振。在欧洲，他们的名字几乎成为镜子的代名词。
　　达尔卡罗兄弟出生于威尼斯的一个小岛--穆拉诺。岛上的居民几乎都是优秀的玻璃工匠。他们制造出的美仑美奂的玻璃制品在欧洲市场，为威尼斯商人换回数不清的金币。为此，威尼斯政府派重兵把守，四周设岗加哨，不准任何人进出，以免制玻璃的工艺泄漏出去。达尔卡罗兄弟的父亲、叔叔、伯伯也都是岛上出色的玻璃工匠。儿童时代，达尔卡罗兄弟就经常随父亲进玻璃作坊，把一团稀糊糊的溶液做成有模有样的玻璃制品。
　　长大后，达尔卡罗兄弟先后成了作坊的正式工匠。他们由于悟性超人一等，技艺进步很快。看到他们的进步，父亲感到无比欣慰："你们干得真不错，很多老工匠都夸你们的技艺好!"
　　"好什么呀!要是能制出更好的玻璃镜子，那才叫本事。"站在一旁梳妆的小妹，晃了晃手中的一块玻璃，不服气地说道。
　　原来，当时在穆拉诺岛，姑娘们梳妆打扮都是用一块透明的平面玻璃，照镜子时，玻璃后面的物品看得一清二楚，因此，使用效果不理想。可当时并没有更理想的玻璃用于做镜子，这不能埋怨达尔卡罗兄弟的技艺。
　　然而，小妹无意的一番话，却使达尔卡罗兄弟有了一个目标。此后，他们便思考镜子映出人影的原理，反复琢磨池塘里的清水为什么可以映出人影?直到找出了原因：水塘是以黑暗的大地作为衬垫。要是在玻璃的背面也加一层衬垫，就可能会有更强的映照能力。
　　达尔卡罗兄弟试着将矿粉、木屑、面粉、铜等涂在玻璃上，结果效果都不理想。偶然一次，他们选用熔点较低的锡作为试验对象，将熔化的锡水倒在玻璃上，然后用一根细细的滚筒将锡水碾成均匀的薄薄的一层。待锡冷却后，兄弟俩翻开玻璃一看，他们挂满汗滴通红的脸庞清晰地映在了玻璃里。他们终于找到合适的涂料。
　　可是，经过一段时间的试用，达尔卡罗兄弟发现这种玻璃镜子时间一长，背面的锡箔就会脱落下来。于是，他们又对制玻璃镜子的工艺进行改进。他们先将玻璃制成锡箔镜，再把水银倒在锡箔镜上。这样，水银能够慢慢地溶解锡，形成一层薄薄的锡和水银合金，制成的玻璃镜子反光能力强，而且涂料不容易脱落。
　　玻璃作坊的老板一直在关注着达尔卡罗兄弟的发明进展。因为他知道，一旦达尔卡罗兄弟的发明成功，他将会赚很多的钱。因此，当他得知达尔卡罗兄弟发明成功后，立即开始制作玻璃镜子，并很快将它投入市场。果然，达尔卡罗兄弟发明的水银镜十分走俏，成为豪门贵族的珍品。特别是威尼斯国王向法国王后献了水银镜之后，法国的贵妇人和小姐们也纷纷效仿，以拥有水银镜为荣，因此尽管水银镜价格昂贵，但仍供不应求。
　　法国由于购买水银镜，大量的金银财宝流入了威尼斯。因此，法国政府决定自己创办水银镜工厂。在达尔卡罗兄弟的帮助下，法国驻威尼斯大使成功地将3个工匠偷渡出境，运送到法国。1666年，法国建造了第一座制造玻璃镜子的工厂。从此，水银镜的制造奥秘被公布于世，镜子的价格也一落千丈。水银镜渐渐地成为普通家庭的生活用品。
　　由于制造水银镜工艺复杂，而且水银有毒性。于是，100多年前，德国科学家改进了工艺，发明了"镀银法"。其做法是：在玻璃上镀上一层极薄的银层，然后在银层外面再刷一层红色的保护漆。这种做法工艺简单，而且制出的玻璃镜子既清晰又耐用。我们现在日常用的镜子大多就是采用了这一工艺。
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2.现代的人们，不知道人造地球卫星的已经不多了。人类要离开地球这个人类的摇篮，冲出地球，就必须要获得足够的速度。假设地球是一个标准的均匀球体，在地球上的一座高山顶上（比如珠穆朗玛峰）安放一架水平发射炮弹的大炮。显然如果炮弹速度不够大，射出一定距离以后就会落到地面上，炮弹速度越大，射程便越远。那么炮弹的速度要达到多大时，才能使炮弹一直绕地球飞行而不落到地面上，从而成为绕地球飞行的卫星呢？如果在月球上的一座高山顶上这样发射呢？（都不考虑空气和介质阻力）
3.一位同学的手电筒的灯泡只能发出很微弱的光了，他取出电池用电压表测量，发现其中一节干电池测得的电压只有1Ｖ了，而另一节干电池测得的电压还有1.4Ｖ，因此他决定只将电压很低的那节电池换成新电池，结果发现灯泡的光仍然很弱，你能知道是为什么吗？
4.我们知道太阳发出的白光是由红、橙、黄、绿、兰、靛、紫七种单色光复合而成的。如果透过一片红色玻璃去看阳光，看到的会是红色；透过蓝色玻璃看阳光，会看到蓝色。那么如果将上述七种颜色的玻璃重叠在一起，再透过它们去看阳光，看到的将会是什么颜色？如果将上述七中颜色的颜料混和在一起，混和后的颜料看上去又将是什么颜色？
第12期问题及解答 　
2.2000年和2001年，我国先后有4位科学家获得“国家最高科学技术奖”的崇高荣誉。你知道他们分别是谁，在哪个学科取得了什么科学成就吗？
Ans. 2000年首届"国家最高科学技术奖"获得者：
中国科学院系统研究所研究员、中国科学院院士吴文俊
湖南杂交水稻研究中心研究员、中国工程院院士袁隆平
颁奖大会在2001年2月19日在人民大会堂举行，由国家主席江泽民颁发奖状和奖金，每人获奖金500万元人民币
2001年第二届"国家最高科学技术奖"获得者：
北京大学计算机科学技术研究所研究员，中科院院士、中国工程院院士王选
中科院半导体研究所研究员，中科院院士黄昆
颁奖大会在2002年2月1日在人民大会堂举行，由国家主席江泽民颁发奖状和奖金，每人获奖金500万元人民币
人物简介：
　吴文俊，著名数学家，1919年5月出生于上海，1940年毕业于上海交通大学数学系。1946年赴法国Strassbourg大学留学，获博士学位。1957年被选为中国科学院学部委员(院士)。1990年被第三世界科学院选为院士。1952年至1979年任中国科学院数学所副所长、研究员。1979年至现在任中国科学院系统科学研究所副所长、名誉所长、研究员。其主要成就表现在拓扑学和数学机械化两个领域。他为拓扑学做了奠基性的工作。他的示性类和示嵌类研究被国际数学界称为"吴公式"，"吴示性类"，"吴示嵌类"，至今仍被国际同行广泛引用，影响深远，享誉世界。70年代后期，在计算机技术大发展的背景下，他继承和发展了中国古代数学的传统(即算法化思想)，转而研究几何定理的机器证明，彻底改变了这个领域的面貌，是国际自动推理界先驱性的工作，被称为"吴方法"，产生了巨大影响。吴的研究取得了一系列国际领先成果并已应用于国际上当前流行的符号计算软件方面。
　袁隆平，世界著名的杂交水稻专家，1930年9月出生于北京，汉族，江西德安人。1953年毕业于西南农学院，分配到湖南安江农校任教。1964年开始杂交水稻研究，1971年调入湖南省农业科学院，1978年晋升为研究员，被评为全国劳动模范。1995年当选为中国工程院院士，现任国家杂交水稻工程技术研究中心主任。1991年受聘联合国粮农组织国际首席顾问。袁隆平的籼型杂交水稻研究获我国迄今唯一特等发明奖；湖南省委、省政府授予袁隆平"功勋科学家"称号；我国发现的国际编号为8117的小行星被命名为"袁隆平"星；他先后荣获联合国教科文组织"科学奖"和联合国粮农组织"粮食安全保障荣誉奖"等8项国际奖励。国际上甚至把杂交稻当成中国四大发明之后的第五大发明，意为第二次绿色革命。
　王选，男，1937年 2月5日生，江苏无锡人。 中国科学院院士，中国工程院院士，第三世界科学院院士。第八届政协委员。现任北大方正技术研究院院长，香港方正董事局主席。
1958年从北京大学数学力学系计算数学专业毕业。1958～1974年从事计算机逻辑设计、体系结构和高级语言编译系统等方面的研究工作。1975年起主持照排系统的研制。其高倍率字形信息压缩和高速复原技术使字形信息的总体压缩率高达500∶1，获得欧洲EP0095536专利。1975～1991年，具体负责华光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和方正91电子出版系统的核心硬件──栅格图像处理器的研制，使国产照排系统技术逐步走向成熟，并实现了商品化。1993年推出方正93系统专用协处理器芯片，进一步提高了性能价格比。王选教授个人拥有九项国内外专利。
　黄昆1919年9月生于北京。1941年毕业于燕京大学，1944年在昆明西南联大获硕士学位，1948年获英国不列斯托大学博士学位。1951－1977年任北京大学教授，1977年以来，在中国科学院半导体研究所工作，历任研究员、所长、名誉所长。中国科学院院士。黄昆教授是著名的理论物理学家，在半导体研究方面进行了大量开创性工作。他提出了稀固溶体的Ｘ－光漫散射理论和晶体光学振动的唯象方程，并预见了晶体光学声子和电磁场的耦合振动模式。堤出并发展了由晶格豫引起多声子跃迁的理论（包括光跃迁和无辐射跃迁），提出了有效解决半导体超晶格光学振动的模型，并阐明其光学振动模式的要点。他与玻恩合著的《晶格动力理论》成为该学科领域的第一部权威专著和标准参考文献。
3. 将一个充满空气的气球和另一个同样的但没有充气的气球放到灵敏天平上称，哪个更重一些呢？
Ans.　一样重。第一个气球中虽然充满著空气，但根据阿基米德定律，这些空气要受到周围空气的浮力，由于内外气体同为空气，故浮力的大小刚好等于气球内空气的重力，放到天平上称时，天平的读数就将与没有充空气的气球相同。
4. 到过太空的宇航员都说，在太空中，即使是白天，只要不是对着太阳看，天空 也是漆黑的，为什么？
Ans. 白天，我们在地球表面上看到周围很明亮，是因为阳光照射到周围的物体（地面、房屋、山水、动植物等）上发生漫反射的缘故。在物质异常稀薄的太空，基本上没有物体反射阳光，所以飞船、航天飞机或空间站中的宇航员只要不对着太阳看，其它方向基本没有光线进入他们的眼睛，感觉到天空自然就是漆黑的了
Questions　（答案见下期）
1. 爱因斯坦的广义相对论提出了时空弯曲的理论。由于时空的弯曲，遥远的类星体的光在传到地球的途中经过巨大质量附近时，会发生弯曲，就好象光通过透镜发生弯曲一样，这就是所谓的“重力透镜”，那么，重力透镜是怎样弯曲光线的呢？>>
什么是“重力透镜”？
***********************************************************這個問題，要從愛恩因坦的廣義相對論說起。日常生活之中，我們一向都認為，光線是走直線的，只有光線在反射、折射、或衍射時才會改變傳播方向。但是根據廣義相對論，在巨大的引力場附近就連時間和空間也會被扭曲，使光沿曲線邉樱?
甚麼叫「空間扭曲」呢？讓我們先來考慮一張橡皮，並且想像這張橡皮薄得幾乎完全沒有厚度，橡皮上有一個「平面人」[1]，他是二維空間的生物，它生活在橡皮上，只知道有長度和闊度，卻不知道何謂高度，三維空間對他來說是無法想像的。我們是活在三維空間的立體人，這時如果我們把一個重物放在橡皮之上，把橡皮弄彎了，「平面人」可能不會感受到有任何異樣，但當他在重物旁邊射出一束光線的時候，他便會發現，光線的路徑彎曲了 (圖一)！愛因斯坦的解釋是﹕巨大的質量產生引力，使時空扭曲，光線在彎曲了的時空邉樱?淖兞朔较颍? 「平面人」無法想像三維空間，我們也無法想像四維空間。就好像「平面人」感受不到橡皮彎曲一樣，我們也感受不到三維空間的彎曲。引力使時空扭曲不是天方夜譚，而是有科學觀測支持的。天文學家利用了日全蝕時太陽光轉暗的機會，去觀測十分接近太陽的背景星空，發現了星星的位置有細微的改變，就連數值都與廣義相對論的預測十分吻合。同樣道理，當光線從數十億光年遠的外太空走到地球時，假如途中經過巨大的質量 (例如一個星系或星系團)，光線也會被彎曲。這時候，我們便看到物體產生多重的影像，就好像一塊凸透鏡把光線聚焦 (圖二)。圖三是哈勃太空望遠鏡所攝得的影像，可以看見遙遠光源的影像被分成兩部份 (白色的點)。
[1] 這裡所說的「平面人」只是一個比喻而已，相對論所論述的時空幾何涉還及時間的彎曲，需要應用較高深的數學才可精確地描述。
2. 现在世界上出现了一种“隐形飞机”，隐形飞机是否就是看不见的飞机？
3. 我们知道，在宇宙飞船的失重环境下无法用天平来称量物体的重力。现在在宇宙飞船中有两个一样大小的铁球，一个是实心的，另一个是空心的，那么宇航员用什么办法能够比较这两个铁球谁重谁轻呢？
4. 我们在吃水果糖剥糖纸时，糖纸常常“粘” 在我们的手指上很不容易去掉，为什么？
第13期问题及解答 　
2. 现在世界上出现了一种“隐形飞机”，隐形飞机是否就是看不见的飞机？
Ans. 隐形战机并不是真的可以隐形，并不是我们的肉眼看不见，只是我们不能以雷达侦测到它。为甚么它可以有这种特性呢？
　　让我们从雷达的运作方式来解释。所谓「雷达侦测」，就是观测者首先发出电磁波，电磁波会被飞机的金属表面反射向原来的方向，再被观测者接收 (图1)。观测者根据发射和接收相差的时间和方向便可以求得敌方战机的位置。
　传统的飞机为了减低飞行时受到空气阻力的影响，所以外壳大部份都是由弯曲的表面所组成的。因此，不论电磁波从那一个角度射到机身，总是有部分会被反射到原来的方向，使雷达探测器收到很强的讯号。现代有些隐形战机的机壳是由众多平直的表面构成的，所以电磁波不易被反射到原来的方向 (图2)。除此之外，制造外壳的物料也是经过特别选择，可以有效地吸收雷达信号的能量。这些物料一般是碳、碳纤维聚合物和磁性铁酸盐类的物质。结果，隐形战机在雷达中几乎消失，就只像一只小鸟
3. 我们知道，在宇宙飞船的失重环境下无法用天平来称量物体的重力。现在在宇宙飞船中有两个一样大小的铁球，一个是实心的，另一个是空心的，那么宇航员用什么办法能够比较这两个铁球谁重谁轻呢？
Ans.在宇宙飞船中由于失重，确实不能用普通的天平来比较两个铁球的质量，从而比较二者的重力，但是比较二物体质量的方法除了利用重力的原理（即天平法）之外，还可以利用质量不同的物体惯性不同的原理，即惯性法。根据牛顿第二定律：，如果作用在二铁球上的合外力相同，则，即质量大的铁球获得的加速度反小，都作初速为零的匀加速运动的情况下，相同时间质量大的铁球运动的位移也就小，这样通过比较二者在相同时间内的位移即可比较二者的质量。
4. 我们在吃水果糖剥糖纸时，糖纸常常“粘” 在我们的手指上很不容易去掉，为什么？
Ans. 一般糖纸都是塑料薄膜纸，特别是在较为干燥的情况下，塑料薄膜很容易摩擦起电。当用手剥糖纸时，手指与糖纸摩擦产生异种电荷，异种电荷相互吸引，所以剥下的糖纸常常吸附在手指上佷不容易甩掉。注意，是糖纸与手指由于带异种电荷相互吸附，而不是由于糖液的缘故“粘”在手指上！这点只要仔细观察糖纸和手指都是干燥的就会明白了。
Questions　（答案见下期）
1. 12月1日在得克萨斯州上空解体坠毁的"哥伦比亚"号是美国服役时间最长的一架"元老级"航天飞机，建成于1981年，而航天局下属其余3架航天飞机中最新的也已服役10多年。虽然美国航天飞机从总体看还是非常可靠的。然而，它们使用的毕竟都是数十年前的技术，而且自从1987年最后一架航天飞机"奋进"号建成以来，所有制造设备都已闲置多年，很难迅速开工建造新的航天飞机。据中国国防报报道，目前一些航天专家建议，与其继续投资在技术上已显陈旧的航天飞机，不如集中力量发展下一代航天运载工具---"空天飞机"→>>
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第二代航空航天器--空天飞机
1.性能卓越无与伦比　　空天飞机是航空航天飞机的简称。顾名思义，它集飞机、运载器、航天器等多重功能于一身，既能在大气层内作高超音速飞行，又能进入轨道运行，将是21世纪控制空间、争夺制天权的关键武器装备之一。与航天飞机相比，空天飞机多了一个在大气层中航空的功能，而且它起飞时也不使用火箭助推器，它是一种既能在大气层内飞行，又能在大气层外航行、水平起飞、水平降落的新型飞行器。　　60年代初，就有人对空天飞机作过一些探索性试验，当时它被称为"跨大气层飞行器"。由于当时的技术、经济条件相差太远，且应用需求不明确，因而中途夭折；80年代中期，在美国的"阿尔法"号永久性空间站计划的刺激下，一些国家对发展载人航天事业的热情普遍高涨，积极参加"阿尔法"号空间站的建造。据估计，空间站建成后，为了开发和利用太空资源。向空间站运送人员、物资和器材等任务每年将达到数千次之多。这些任务如果用一次性运载火箭、载人飞船或航天飞机来完成，那么一年的运输费用将达到上百亿美元。为了寻求一种经济的天地往返运或系统，美、英、德、法、日等国纷纷推出了可重复使用的天地往返运输系统方案。　　1986年，美国提出研制代号为X-30的完全重复使用的单级水平起阵的"国家航空航天飞机"，其特点是采用组合式超音速燃烧冲压喷气发动机。英国提出了一种名叫"霍托尔"单级水平起降空天飞机，其特点是采用一种全新的空气液化循环发动机。90年代，他们又提出了一个技术风险小，开发费用低的新方案。德国则提出两级水平起降空天飞机"桑格尔"，第一级实际上相当于一架超音速运输机，第二级是以火箭发动机为动力的有翼飞行器。两级都能分别水平着陆。法国和日本也提出过自己的空天飞机设想。　　80年代末，这股空天飞机热达到高潮。也激起了中国航空航天专家的很大兴趣。　　发展空天飞机的主要目的是想降低空天之间的运输费用。其途径归纳起来主要有三条：一是充分利用大气层中的氧，以减少飞行器携带的氧化剂，从面减轻起飞重量；二是整个飞行器全部重复使用，除消耗推进剂外不抛弃任何部件；三是水平起飞，水平降落，简化起飞（发射）和降落（返回）所需的场地设施和操作程序，减少维修费用。　　但是，经过几年的研究分析，科学家们发规，过去的估计过于乐观。实际上。上述三条途径知易而行难。需要解决的关键技术难度决非短时间内能突破，这些关键技术有：2．新构思的吸气式发动机　　因为，空天飞机的飞行范围为从大气层内到大气层外，速度从0到M=25，如此大的跨度和工作环境变化是目前现有的所有单一类型的发动机都不可能胜任的，从而也就使为空天飞机研制全新的发动机成为整个项目的关键。　　众所周知，喷气式发动机需要在大气层中吸入空气，无需携带氧化剂，但无法在大气层外工作，且实用速度较小；而火箭发动机自带氧化剂，可以工作在大气层内外，使用速度范围较广，但携带的氧化剂较笨重，比冲小。目前设想的空天飞机的动力一般为采用超音速燃烧冲压发动机+火箭发动机或涡轮喷气+冲压喷气+火箭发动机的组合动力方式。空天飞机的奥妙之处在于它的动力装置。这种动力装置既不同于飞机发动机，也不同于火箭发动机，这是一种混合配置的动力装置。空天飞机中安装有涡轮喷气发动机、冲压发动机和火箭发动机。涡轮喷气发动机可以使空天飞机水平起飞，当速度超过2400公里／小时时，就使用冲压发动机，使空天飞机在离地面6万米的大气层内以3万公里／小时的速度飞行；如果再用火箭发动机加速，空天飞机就会冲出大气层，像航天飞机一样，直接进入轨道。返回大气层后，它又能像普通飞机一样在机场着陆，成为自由往返天地间的输送工具。　　空天飞机可以在一般的大型飞机场上起落。起飞时空气喷气发动机先工作，这样可以充分利用大气中的氧，节省大量的氧化剂。飞到高空后，空气喷气发动机熄火，火箭喷气发动机开始工作，燃烧自身携带的燃烧剂和氧化剂。降落时，两个发动机的工作顺序同起飞时相反。 　　空天飞机飞行速度快。在大气层内的飞行马赫数可为12~25，是现代高技术作战飞机飞行速度的6~12倍。它可以在个把钟头内，把货物从欧洲运到澳洲。早上你还在华盛顿，坐上空天飞机两小时后，你就可以和朋友在东京共进午餐。　　空天飞机在跑道起落，出入太空自由，可以像普通飞机一样在地面机场水平起飞升空，返回大气层后像普通飞机一样自由选择机场水平降落，可以像普通飞机一样在大气层内飞行，也可进入外层空间自由飞行或按一定的轨道运行。　　空天飞机的发射费用低。航天飞机的运输费用十分昂贵，运送一公斤有效载荷到轨道的费用高达一万美元。而空天飞机的发射费用仅是航天飞机或一次性使用火箭的几十分之一。其维护简便，一个星期后就可再次起飞。3．计算空气动力学分析　　航天飞机返回再入大气层的空气动力学问题，曾经耗费了科学家们多年的心血，作了约10万小时的风洞试验。空天飞机的空气动力学问题比航天飞机复杂得多。因为飞机速度变化大，马赫数从0变化到25；飞行高度变化大，从地面到几百公里高的外层空间；返回再入大气层时下行时间长，航天飞机只有十几分钟，空天飞机则为l～2小时。　　解决空气动力学问题的基本手段是风洞。目前，就连美国也不具备马赫数可以跨越这样大范围的试验风洞。即使有了风洞还需要作上百万小时的试验，那意味着就是昼夜不停地试验，也需要花费100多年的时间。于是，只能求助于计算机，用计算方法来解决，而对那维尔斯托克斯方程的求解目前尚存在，许多理论上和计算速度上的问题。4．发动机和机身一体化设计　　当空天飞机以6倍于音速以上的速度在大气层中飞行时，空气阻力将急剧上升，所以其外形必须高度流线化。亚音速飞机常采用的翼吊式发动机已不能使用．需要将发动机与机身合并，以构成高度流线化的整体外形。即让前机身容纳发动机吸人空气的进气道，让后机身容纳发动机排气的喷管。这就叫做"发动机与机身一体化"。　　在一体化设计中，最复杂的是要使进气道与排气喷管的几何形状，能随飞行速度的变化而变化，以便调节进气量，使发动机在低速时能产生额定推力，而在高速时又可降低耗油量，还要保证进气道有足够的刚度和耐高温性能，以使它在返回再入大气层的过程中，能经受住高速气流和气动力热的作用，这样才不致发生明显变形，才可多次重复使用。5．防热结构与材料　　空天飞机需要多次出人大气层，每次都会由于与空气的剧烈摩擦而产生大量气动加热，特别是以高超音速返回再入大气层时，气动加热会使其表面达到极高的温度。机头处温度约为1800摄氏度，机翼和尾翼前缘温度约为1460摄氏度，机身下表面约为980摄氏度，上表面约为760摄氏度。因此，必须有一个重量轻、性能好、能重复使用的防热系统。　　空天飞机在起飞上升阶段要经受发动机的冲击力、振动、空气动力等的作用，在返回再入阶段要经受颤振、科振、起落架摆振等的作用。在这种情况下，防热系统既要保持良好的气动外形，又要能长期重复使用，维护方便，所以其技术难度是相当大的。　　目前的航天飞机，由于受气动加热的时间短，表面覆盖氧化硅防热瓦即可达到满意的防热效果，但对空天飞机则远远不够。如果单靠增加防热层厚度来解决问题，则将使重量大大增加，而且防热层还不能被烧坏，否则会影响重复使用。一个较简单的解决办法是在机头、机翼前缘等局部高温区，使用传热效率特别高的吸热管来吸热，以便把热量转移到温度较低的部位。更好的办法是采用主动式冷却防热系统，也就是把机体结构与防热系统一体化，即把机体结构设计成夹层式或管道式，让推进剂在夹层内或管道内流动，使它吸走空气对结构外表面摩擦所生成的热量。　　为了满足空天飞机的防热要求，目前正在研究用快速固化粉末冶金工艺制造纯度很高、质量很轻的耐高温合金。美国已研制出高速固化钛硼合金，它在高温下的强度可达到目前使用的钛合金在室温下的强度，这种合金适宜用来制造机身内层结构骨架。　　机头与机翼等温度最高的部位，要求采用碳复合材料，这种复合材料表面有碳化硅涂层，重量轻，耐高温性能好。此外，还需要研究金属基复合材料，例如碳化硅纤维增强的钛复合材料等。这种材料应该兼有碳化硅的耐高温性能，又具有钛合金的高强度特性。　　空天飞机技术难度大，所需投资多，研制周期长，所以将来进入全尺寸样机研制，势必也会象空间站那样采取国际合作的方式。6.军事应用　前景广阔　　　　1994～1996年，由美国空军大学、空军科学技术顾问委员会完成的一系列关于未来军事装备的研究报告均建议把"空天飞机"作为今后20～30年最重要的武器装备之一。1996年开始实施的计划中，空天飞机成为先进航天器的发展方向。洛克希德-马丁公司1996年开始实施空天飞机研制计划。他们把当时研制的样机叫作X-33。现在，收购了洛克希德-马丁公司下属航天部门一半股权的波音公司计划在2004年对改进后的样机X-37进行试飞。　　巨大的战略利益使世界越来越多的国家把眼光投向了太空，在研制空天飞机方面显得尤为突出。这种能完成航天飞机所担负的各项军事使命还特别适于作为一种强大的战略武器装备使用的航天器近年来发展得尤为迅速。继美国实施空天飞机计划后，德国提出了"桑格尔"空天飞机方案，英国提出了"霍拖尔"方案，法国、日本、印度等国家也提出了各自的空天飞机计划。据外刊报道，2000年，俄罗斯研制成功的高超音速新型飞行器---"针"空天飞机已公开亮相。"针"长8米，马赫数为6～14，飞行高度在2.6万～5万米，自动飞行时间为7～12分钟，发动机采用冲压式空气喷气发动机，重量达14.7吨，工作50秒后达到最大速度。"针"的发动机和机身为一整体结构，其主要任务是进行太空战，并加强轨道部署、侦察和从太空对地面目标实施打击等。据透露，按现有财政状况，"针"还需经过4～5年后方可升空试验。7. 夭折的天使--美国第一代空天飞机X-33的失败　　1994年，克林顿总统下令开展进行可重复使用宇宙运载器的研制计划，希望开发出真正的"太空飞机"。1996年6月，美国航空航天局举行了一次声势浩大的太空项目招标会，最后，洛克希德-马丁公司的X-33中标。　　像第一代航天飞机一样，X-33的发射和降落将分别采取垂直发射和水平降落的形式，但它支持单级火箭运输，仅依靠自身发动机和内置燃料，无需任何外挂燃料的辅助就能进入轨道，不但能节省大量人力物力，同时还能缩短两次任务之间的准备时间。美国航空航天局希望它能比老一代航天飞机节省90%的发射费用。为了达到这一目标，设计者们开发了一种新型的气塞式火箭推动器，以使飞行器以18倍音速的速度飞行，同时，为减轻重量，X-33将采用新式的质量较轻的复合材料制造。全球安全研究机构(Global Security)的查尔斯·维克认为这些不成熟的技术将导致X-33的失败。不出他的预料，在经过5年
的研究，耗资12.6亿美元后，航空航天局于2001年中止了对X-33的开发。　　 　
8. 我国开始研制空天飞行器　　●将是全世界最好的空天作战武器平台●预计二三十年后有成形产品 　　据中国航天科技集团科学技术委员会主任、中国科学院院士庄逢甘透露，我国正就发展"空天飞行器"关键技术中的核心基础问题进行研究。目前，一个名为"空天安全的若干重大基础问题"的课题已经立项。 　　庄逢甘说，从目前来讲，我们所作的只是一种概念性的研究，主要考虑的是二三十年甚至更长的时间里，空天安全工作中的发展方向。　　我们的目标就是要把它做成全世界最好的空天作战武器平台，如果能军民两用更好。这就需要最先进的技术，如果想做到技术先进，首先必须保证它的科学理论根据要充分，否则肯定搞不下去。这个过程一般来讲可能需要二三十年时间。
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2. 地球上的最高峰珠穆玛峰高8848.13m，那么为什么地球上的最高峰不是更高，比如20000m呢？其它星球，比如火星上的最高峰又该是多少呢？
3. 我们知道，在购买和安装穿衣镜时，镜子镜面的长度至少应是人体身高的一半，才能在镜子中看到自己的全身，而且镜子安装的高度还有一定的要求（从略）。那么镜子应当至少多宽，才能使得无论用左眼还是右眼都能看到人的全部肩宽呢？
4. 把一个半径为Ｒ，质量为Ｍ的均匀铅球中间挖去一个半径为Ｒ/2的球形空洞，球形空洞与铅球外表面相切，再在挖空的铅球旁边放一个质量为ｍ的小球，小球球心、铅球球心、空洞球心在一条直线上且小球与空洞在同一边（如图），小球球心到铅球球心距离为ｄ，你能根据万有引力定律算出挖空后的铅球对小球的万有引力吗？要写出推导过程并得出最后的定量结果。
第15期问题及解答 　
2. 冬天的晚上，我们盖着厚厚的被子，一会儿就暖和了，那么，如果在被盖内放一块冰块，是不是也很快就会熔化呢？
Ans.人盖在被子内觉得暖和是因为人体要不断放出热量，同时被子中的棉花纤维构成的很多小空洞中有不流动的空气，能很好地阻挡人体放出的热散失，热量积聚的结果人就会感到暖和。如果在被子内放一块冰，冰本身不发热，而被子的隔热作用会使外界的热不容易传到被窝内，因此冰块的温度升高会很慢，比放在被窝外面更不容易熔化。相似的道理，如果在被窝内放一个暖壶，由于被子的隔热作用，暖壶变冷将比在被窝外慢得多。总之，主要要从被子隔热角度去考虑。
3. 在一个很深的桶中装有水，桶底有一个泄水孔，当每分钟倒入桶内1升水时，泄水孔每分钟也恰泄出1升水，因此桶内的水面始终保持一定高度。如果现在每分钟向桶内倒入2升水，是不是桶内的水将以每分钟1升的速度增加，最终水将逸出桶外？
Ans.要注意泄水孔排水的速度与孔上方水面的高低有关（可参考“请你留言”中问题№145的解答），桶中的水面在泄水孔上方越高，泄水孔排水的速度就越快，所以，当每分钟向桶内倒入2升水时，由于桶内水面的升高，泄水孔排水的速度将比每分钟倒入1升水时的速度大，水面并不能以每分钟增加一升水的速度上升，如果每分钟倒入3升水、4升水……，泄水孔的排水速度将越来越大，只要桶足够深，最终桶内水面将根据倒入的水量稳定在一定高度而不再上升。
定量推导：如图，设水以速度v1从桶底小孔流出，以v2从桶的上部倒入，小孔横截面积为S1，桶的横截面积为S2。只要当倒入桶中的水量 (v2S2) 等于同一单位时间内流出桶的水量 (v1S1)，桶中就会保持一定的水位，根据流体力学中的"托里拆利原理"，小孔中水流出的速度，要保持桶中水面不变，有：（式中，Q＝v2S2 为单位时间内倒入桶内的水量）
∴　
可以看出，单位时间内倒入桶内的水量越大，保持稳定的水位h就越高，也就是说，只要桶足够深，即使单位时间内倒入桶内的水量很多，也总有一个稳定的水位高度h ,比如，原来每分钟倒入1升水时桶内水面高度稳定在50cm，现在每分钟倒入2升水，桶内水面高度将稳定在4×50＝200cm。同时还可看出，在单位时间内倒入的水量相同的情况下，小孔的横截面积S1越大，桶内稳定的水位高度h就越低。
4. 大家知道，渡船渡河时只有垂直于河岸行驶渡河距离才最短，那么是不是任何情况下渡船都能垂直于河岸航行呢？什么是渡河的最短距离？
Ans. 渡船渡河，假设水流速度v1和渡船在静水中的划行速度v2都一定，则渡河时船的实际速度为水流速度和划行速度的合速度（按平行四边形定则合成）。如要船垂直渡河，则船的划速方向必须向着上游与河岸成某一夹角（见下右图）。 由图可见，要能垂直渡河，必须满足v2＞v1。但很多时候船速会比流速小，这时船头无论向着上游哪个方向划，船都不可能垂直渡河！但即使是这种情况，对于一定的船速，也有一个最短渡河距离，只是这时渡河方向是向着下游方向与河岸成某一夹角吧了（见下左图）。　　　　　　　　　　　　　　　　　　
这时用“三角形法”分析较为简单：流速v1与划速v2合成船的实际航行速度v，将v1、v2依次首尾相接，由v1的始端到v2的末端的有向线段就是合速度v。以v2的始端为圆心，大小为半径画一段圆弧，由上左图可以看出，只有当船的实际速度方向v与划速方向v2相互垂直，即v的方向与v2末端画的圆相切时，船的实际航行速度v与河岸下游方向的夹角才最大，渡河所航行的距离才最短。
根据三角函数关系，可以求出这时划速与河岸上游方向的夹角：，船的实际航速与河岸下游方向的夹角：，若河宽为d，则这时的最短渡河距离为：。
还可求出这时船的实际航行速度：
Questions　（答案见下期）
1. 当我们抬头看天的时候，会看到天空有各式各样的云层，形状各异，不断变化，千姿百态。你认识各式各样的云层以及它们对天气的影响吗？天空中云层的种类繁多，对天气的影响也各不相同，观察云层的形态及其变化，是预测天气的一个重要指标。请看有关云层知识的介绍－>>
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云是一个大家族，联合国世界气象组织（WMO）主要根据云底高度（大体决定了云的厚度）和云状相结合，将云划分为高云、中云和低云三个族和下面的十属二十九类。
云的分类：
云族
云属
主要云状
中文学名(国际简写)
俗称
中文学名(国际简写)
主要特征
高云(云底高度6000米以上)
卷云(Ci)
条云
纤维状卷云(Ci fib)
云丝分散，纤维结构明显，状如乱丝、羽毛、马尾等。
密卷云(Ci spi)
云丝密集，聚合成片。
卷云(Ci unc)
云丝平行排列，顶端有小?或小团，类似逗点。
伪卷云(Ci not)
已脱离母体的积雨云顶部冰晶部分，云体大而浓密，经常呈铁砧状。
卷层云(Cs)
薄云
雾状卷层云(Cs neb)
云幕薄而均匀，看不出明显的结构。
纤维状卷层云(Cs fib)
云幕的厚度不均匀，丝状纤维组织明显。
卷积云(Cc)
鳞云、鲭云
　
　
中云(云底高度在2500-6000米)
高层云(As)
朦胧云
透光高层云(As tr)
云体较薄，厚度均匀，呈灰白色，日月被掩，轮廓模糊，似隔一层毛玻璃。
蔽光高层云(As op)
云体较厚，呈灰色，底部可见明相间的条纹结构，日月被掩，不见其轮廓。
高积云(Ac)
丛云、绵羊云
透光高积云(Ac tr)
云块较薄，个体分离，排列整齐，缝隙处可见青天；或虽然无缝隙，仍能辨察它的位置。
蔽光高积云(Ac op)
云块较厚，排列密集，云块间无缝隙，日月位置不辨。
荚状高积云(Ac len)
云块呈白色，中间厚，边缘薄，轮廓分明，孤立分散，形如豆荚或呈柠檬状。
积云性高积云(Ac cu)
云块大小不一，呈灰白色，外形略有积云特性，由衰退的浓积云或积雨云扩展而成。
堡状高积云(Ac cas)
云块底部平坦，顶部突起成若干小云塔，类似远望之城堡。
絮状高积云(Ac flo)
云块边缘破碎，很像扯碎的绵花团。
低云(云底高度不足2500米)
层积云(Sc)
积层云
透光层积云(Sc tr)
云块较薄，呈灰白色，排列整齐，缝隙处可见青天；或虽无缝隙，但云之边缘较明亮。
蔽光层积云(Sc op)
云块较厚，呈暗灰色，云块间无缝隙，成密集成层，布满全天，底部有明显波状起伏。
积云性层积云(Sc cu)
云块大小不一，呈灰白色或暗灰色，顶部有积云特征，由衰退的积云或积雨云展平而成。
傍晚层积云(Sc ve)
云体扁平，常由傍晚地面四散的受热空气上升而直接形成。
堡状层积云(Sc cas)
云块顶部突起，云底连在一条水平线上，类似远处城堡。
层云(St)
雾云
碎层云(Fs)
由层云分裂或浓雾抬升而形成，为支离破碎之层云小片。
雨层云(Ns)
雨云、雪云
碎雨云(Fn)
云体低而破碎，形状多变，呈灰色或暗灰色，常出现在雨层云、积雨云及蔽光高层雨下，是降水物蒸发，空气湿度增大凝结而形成。
直展云
积云(Cu)
绵花云
淡积云(Cu hum)
个体不大，轮廓清晰，底部平坦，顶部呈圆弧形，凸起，状如馒头，其厚度小于水平宽度。
碎积云(Fc)
个体小，轮廓不完整，形状多变，多为白色碎块，是破碎或初生积云。
浓积云(Cu con)
个体高大，轮廓清晰，底部平面暗，顶部圆弧状重叠，似椰菜花，厚度超过水平宽度。
积雨云(Cb)
雷雨云
秃积雨云(Cb cal)
云顶开始冻结，圆弧形重叠，轮廓模糊，但尚未向外扩展。
发状积雨云(Cb cap)
云顶有白色丝状纤维结构，并扩展成马鬃状或铁砧状。云底阴暗混乱。
云层分类图：
总的来说，高云族 高云族的云底在5000米以上，由冰晶组成。云体呈白色，有蚕丝般的光泽，薄而透明，日月光通过高云时可以出现日、月晕圈。高云气温低，水汽含量很少，因而高云一般不发生降水。根据云的形状，高云还包括卷云、卷层云和卷积云三属。
低云族 云底高度通常在2500米以下，包括积云、积雨云、层积云、层云和雨层云五个属，前两属是积状云，后三属是层状云。由于低云厚度很大，因此云的颜色常不再是白色，甚至呈灰黑色。
积雨云（Cb）：云浓而厚，云体庞大如耸立高山，顶部开始冻结，轮廓模糊，有的有毛丝般纤维结构。积雨云上部有冰晶结构，常发生雷暴、阵性雨或雪、冰雹等，有时还会出现龙卷风。
雨层云图：
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2. 当我们做摩擦起电的实验时，用带电的物体去吸引轻小的物体譬如小纸屑，但很多小纸屑被吸到带电体上后随即又很快离开，这是为什么？自己做做实验，思考思考。
3. 1990年5月，一辆面包车途径辽宁省沈阳南新椰子区清水台镇周家村东北方的寒坡岭，司机下车小歇；回来时发现熄火的面包车已自行从坡底"滑行"到了坡顶。消息传开后，一时间观者如云，"怪坡"成为"聚焦中心"。类似的“怪坡”在南疆克孜勒苏自治州境内、西安秦始皇兵马俑博物馆东南方、吉林长白山山门通往天池的14里和17公里两处地方、甘肃肃南县的戈壁滩上、台湾台东县东河乡、美国犹他州……都有发现，你能解释在“怪坡”上为什么车会自动由低处向高处滑行吗？
4. 现在很多家庭都用电饭煲煮饭，电饭煲将饭煮熟后就会自动跳到保温档，你知道电饭煲自动跳档的原理吗？
第16期问题及解答 　
2. 当我们做摩擦起电的实验时，用带电的物体去吸引轻小的物体譬如小纸屑，但很多小纸屑被吸到带电体上后随即又很快离开，这是为什么？自己做做实验，思考思考。
Ans.被带电体吸引的轻小物体（如小纸屑）的分子常常是“极性分子”，本身并不带电，当轻小物体被带电体吸附后，带电体的部分电荷将转移到轻小物体上，使得轻小物体带上与带电体同种电荷，二者又会相互排斥，所以小纸屑被带电体吸附后又会被弹开。
3. 199O年5月，一辆面包车途径辽宁省沈阳南新椰子区清水台镇周家村东北方的寒坡岭，司机下车小歇；回来时发现熄火的面包车已自行从坡底"滑行"到了坡顶。消息传开后，一时间观者如云，"怪坡"成为"聚焦中心"。类似的“怪坡”在南疆克孜勒苏自治州境内、西安秦始皇兵马俑博物馆东南方、吉林长白山山门通往天池的14里和17公里两处地方、甘肃肃南县的戈壁滩上、台湾台东县东河乡、美国犹他州……都有发现，你能解释在“怪坡”上为什么车会自动由低处向高处滑行吗？
Ans.对于这种在全世界不少地方都有发现的“怪坡”，有关专家有一种解释，认为这是由于"垂直转向"的心理幻觉造成的。"垂直转向"是在一定的情况下，我们认为的垂直方向显著的偏离了实际的垂直方向（重大的方向）。地球上的这些神秘地带，都是由一种"坡上坡"的环境之中，会发生"垂直转向"，这时神秘现象就会发生。
　　"垂直转向"是在一定的情况下，我们认为的垂直方向显著的偏离了实际的垂直方向（重大的方向）。地球上的这些神秘地带，都是由一种"坡上坡"的环境之中，会发生"垂直转向"，这时神秘现象就会发生。"垂直转向"指在一定的情况下，我们判断的垂直方向明显偏离了重力的方向。我们通常说天为上，地为下，实际上并不准确。大家都知道"井底之蛙"的故事。如果这只蛙所在的井，并不是直井，这井一直下去到不了地心，那么这只青蛙看到的天就不是真正的上。如果井壁和地平面成70度角而不是90度角，青蛙认为的上和实际的上（重力方向）偏离了20度角。我们坐飞机时经常"垂直转向"当飞机因起习，着陆或转向时，我们会发现地面或天际线倾斜了，这就是"垂直转向"。
　　当周围的环境造成我们依据视觉判断的垂直方向和策略方向严重偏离，同时我们的感觉又不能够纠正时，就会发生"垂直转向"。"垂直转向"是造成地球上神秘地带的心理原因。但是造成这种"垂直转向"需要一定的地质、地貌环境。这种地貌组合称之为"坡上坡"。
根据一系列理论研究和实验得出，神秘怪坡实际上是一种特殊的地貌组合。它包括两个坡，称为"坡上坡"，即位于一个"大斜坡"上的"小斜坡"，"大斜坡"与"小斜坡"坡向一致，"小斜坡"的坡度角明显小于"大斜坡"。当这种地貌组合处于一定环境，"小斜坡"附近的人看不到真实地平面，把"大斜坡"当成真正地平面，从而发生"垂直转向"，把"小斜坡"的坡顶当成坡底"小斜坡"的坡向颠倒了。从而看到"水往高处流"的怪现象。
美国加利福尼亚有一座山，当地汽车司机都说它有磁性。原来在这座山脚下大约60m长的一段路上有一个异常的现象。这段路是倾斜的，假如汽车在这个斜坡上向下行驶的时候把发动机关闭，车子就会向后面退去，就是在斜坡上向高处退去，仿佛受到了山的"磁力吸引作用"一般（见图）。山的这个惊人的性质已经
被认为是肯定的了，在公路的这一段甚至还树立了木牌，写明了这个现象。
可是，却也有这样的人，他们认为山能够吸引汽车很值得怀疑。他们测量了这一段路的水平，结果出人意外：人们一向认为是上坡的地方，竟是有2° 斜度的下坡路，这样的坡度可以使汽车在良好公路上停下发动机滑行。
在山地上，这种视党的欺骗相当常见。
但是，据说也有不少类似的“怪坡” 现象至今无法解释。比如本文提到的“辽宁怪坡”，据观察和测量，在这座长约90米、宽约15米、 坡度为1．85度的"怪坡"上，坡道平坦，两边长满小草，解无任何异常现象。
山东"怪坡"济南市东南外环路也有一段"怪坡"，引来人们竞相探奇．
当时，百人驾车途径外环路省经济学院以南约有1。5公里处一段下坡路时，已驶过坡的汽车熄火后，竟又慢慢地自动爬上了被。
不少人闻讯赶来，目睹了同一现象：几辆汽车驶到坡底，车与车相距1.2米熄火；结果，汽车连"倒行逆驶"，缓慢地爬上了坡去。
新疆"怪坡"南疆克孜勒苏自治州境内、乌恰县外19O公里处， 有一条南北走向，当地人都称之为 "什克"的小河。
河水从上游低洼处，沿着河旁的小山坡，像蛇一样逶迤而，最后爬上了十几米高的小山坡．
河水在山包上又转了两个弯后，在山包的另一侧，缓缓地问下游流去．
有个测绘人员编不信"邪"，实地一量，山包竟高出上游河面1.48 米．
西安"怪坡"在西安秦始皇兵马俑博物馆东南方，有一处奇异地段，最近被人们发现。吸引了众多的游人。这是一段长约12O米的盘山公路，汽车、摩托车、自行车到此，不用加力，均会自动慢慢地爬上去。
有人在现场作了测试，结果发现：汽车在"怪坡"熄火后，前50米，向上的"拉力"特别强；而后7O 米，则逐渐减弱，骑自行车下坡的，则要用力蹬。
吉林"怪波"1997年10月，在吉林长白山山门通往天池的14里和17公里两处地方，分别发现了"怪坡"。 当汽车行驶到此时，司机踩刹车挂空档时，汽乐不仅不顺势向坡下滑行，反而沿15度左右的坡度向上自动行驶。
如果要让汽车顺坡滑下，两个人推起来也很费劲。
甘肃"怪坡"一年以后，在甘肃肃南县的戈壁滩上，又发现了一 个"怪坡"。司机到此的"驾驶术"是： "下坡"加大油门，否则难以前进；"上坡"要踩刹车，否则车速加快．
"怪坡"地处肃南裕固族自治县祁丰区境内，距丝绸之路名城嘉峪关、酒泉两市均4O公里，长约6O米，坡度为15度左右。
"怪坡"是当地驻军发现的。他们曾反复用卡车、吉普车、摩托车 等机动车，以及水、自行车、轮胎等 物体作试验。结果是：往坡面上倒水，水往高处（坡上）流；立放在被面上的自行军、轮胎，也自动往上 跑；机动车越大．问上跑得越快．
台湾"怪坡"在台东县东河乡，自一个名叫"都兰"的胶游胜地，其最吸引游人处，便是"水在高处流"的奇景．
"怪坡"旁有一股小山溪，溪水流到下方的农田中；而靠近山脚旁的一股溪水，不往下流，偏偏反其道而行之，向山坡上流去，观者无不称奇。
乌拉圭"怪波"南美乌拉圭的巴纳角地区，可以说是"怪坡"的 "聚焦点"，汽车只要一进人这一地区，怪事频生。
最令人称奇的是，当汽车停下后，一种不知从何而来的、难以言状的力量，会把汽车推出几十米远。
英国"怪坡"在英格兰斯特拉斯克莱德的克罗伊山公路上，如果驾驶汽车行驶，迟早会慢下来。 直至完全停止，令驾驶员不知所措。从北部驶问这座小山的，会遇到奇事：司机眼看前面道路向下倾斜，总以为车辆会加速，因而把车速降低，结果汽车完全停止了。事实却与表象相反，那条路并非下坡路，而是上坡路．许多驾驶员惊奇之余，把车停止，不制汽车向"山上"倒退。从南部而来的驾驶员也同样产生颠混乱的感觉；他们以为是上坡行驶，于是加快速度，结果发现车速比预想的要快，因为，那条路真实是"下坡"路。
如此"怪坡"效应，自然使游客、探险家和科学工作者产生了浓厚的兴趣，先后提出了"重力异常"、"视差错觉"、"磁场效应"、"四维交错"、"黑暗物质"、"鬼怪作祟"、"失重现象"、"黑暗物质的强大万有引力"特各种解释，虽然不无道理，却不能使人真正信服．
由于"怪坡"之谜迟迟未解，加以"不速之客"--飞碟来到地球发生着陆事件后的种种神奇效应， 于是，人们便提出了"飞碟作用"、 "UFO的神秘力量"等新颖的视点， 其中，最引人瞩目的，莫过于认定 "怪坡"是飞碟着陆后产生的现象， 也并非空穴来风．
直到今天，"上坡如下坡、下坡似上坡"的"怪坡"，依然成为人们竞相前往探奇的"世界谜地"。
4. 现在很多家庭都用电饭煲煮饭，电饭煲将饭煮熟后就会自动跳到保温档，你知道电饭煲自动跳档的原理吗？
Ans.对于所有的磁性材料来说，并不是在任何温度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一个临界温度Tc，在这个温度以上，由于高温下原子的剧烈热运动，原子磁矩的排列是混乱无序的。在此温度以下，原子磁矩排列整齐，产生自发磁化，物体变成铁磁性的。
电饭煲就利用了磁性材料的居里点的特性。在电饭煲的底部中央装了一块磁铁和一块居里点为105度的磁性材料。当锅里的水分干了以后，食品的温度将从100度上升。当温度到达大约105度时，由于被磁铁吸住的磁性材料的磁性消失，磁铁就对它失去了吸力，这时磁铁和磁性材料之间的弹簧就会把它们分开，同时带动电源开关被断开，停止加热。
Questions　（答案见下期）
1. 在我们的生活和工作中，经常和流体打交道，“流体”，是液体和气体的统称，流体不但有很多神奇的特性，在我们的生活、工作和生产中还有数不清的应用。“流体力学”就是专门研究流体的规律、特性及其应用的一门很重要的学科……。－>>
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流体力学简介
　　流体力学是力学的一个分支，它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。
　　流体力学中研究得最多的流体是水和空气。它的主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和物理学、化学的基础知识。
　　1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了水动力学这个名词并作为书名；1880年前后出现了空气动力学这个名词；1935年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为流体力学。
　　除水和空气以外，流体还指作为汽轮机工作介质的水蒸气、润滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高压作用下的金属和燃烧后产生成分复杂的气体、高温条件下的等离子体等等。
　　气象、水利的研究，船舶、飞行器、叶轮机械和核电站的设计及其运行，可燃气体或炸药的爆炸，以及天体物理的若干问题等等，都广泛地用到流体力学知识。许多现代科学技术所关心的问题既受流体力学的指导，同时也促进了它不断地发展。1950年后，电子计算机的发展又给予流体力学以极大的推动。
流体力学的发展简史
　　流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。古时中国有大禹治水疏通江河的传说；秦朝李冰父子带领劳动人民修建的都江堰，至今还在发挥着作用；大约与此同时，古罗马人建成了大规模的供水管道系统等等。
　　对流体力学学科的形成作出第一个贡献的是古希腊的阿基米德，他建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。此后千余年间，流体力学没有重大发展。
　　直到15世纪，意大利达·芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题；17世纪，帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学，却是随着经典力学建立了速度、加速度，力、流场等概念，以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。
　　17世纪，力学奠基人牛顿研究了在流体中运动的物体所受到的阻力，得到阻力与流体密度、物体迎流截面积以及运动速度的平方成正比的关系。他针对粘性流体运动时的内摩擦力也提出了牛顿粘性定律。但是，牛顿还没有建立起流体动力学的理论基础，他提出的许多力学模型和结论同实际情形还有较大的差别。
　　之后，法国皮托发明了测量流速的皮托管；达朗贝尔对运河中船只的阻力进行了许多实验工作，证实了阻力同物体运动速度之间的平方关系；瑞士的欧拉采用了连续介质的概念，把静力学中压力的概念推广到运动流体中，建立了欧拉方程，正确地用微分方程组描述了无粘流体的运动；伯努利从经典力学的能量守恒出发，研究供水管道中水的流动，精心地安排了实验并加以分析，得到了流体定常运动下的流速、压力、管道高程之间的关系--伯努利方程。
　　欧拉方程和伯努利方程的建立，是流体动力学作为一个分支学科建立的标志，从此开始了用微分方程和实验测量进行流体运动定量研究的阶段。从18世纪起，位势流理论有了很大进展，在水波、潮汐、涡旋运动、声学等方面都阐明了很多规律。法国拉格朗日对于无旋运动，德国赫尔姆霍兹对于涡旋运动作了不少研究……。在上述的研究中，流体的粘性并不起重要作用，即所考虑的是无粘流体。这种理论当然阐明不了流体中粘性的效应。
　　19世纪，工程师们为了解决许多工程问题，尤其是要解决带有粘性影响的问题。于是他们部分地运用流体力学，部分地采用归纳实验结果的半经验公式进行研究，这就形成了水力学，至今它仍与流体力学并行地发展。1822年，纳维建立了粘性流体的基本运动方程；1845年，斯托克斯又以更合理的基础导出了这个方程，并将其所涉及的宏观力学基本概念论证得令人信服。这组方程就是沿用至今的纳维-斯托克斯方程(简称N-S方程)，它是流体动力学的理论基础。上面说到的欧拉方程正是N-S方程在粘度为零时的特例。
　　普朗特学派从1904年到1921年逐步将N-S方程作了简化，从推理、数学论证和实验测量等各个角度，建立了边界层理论，能实际计算简单情形下，边界层内流动状态和流体同固体间的粘性力。同时普朗克又提出了许多新概念，并广泛地应用到飞机和汽轮机的设计中去。这一理论既明确了理想流体的适用范围，又能计算物体运动时遇到的摩擦阻力。使上述两种情况得到了统一。
　　20世纪初，飞机的出现极大地促进了空气动力学的发展。航空事业的发展，期望能够揭示飞行器周围的压力分布、飞行器的受力状况和阻力等问题，这就促进了流体力学在实验和理论分析方面的发展。20世纪初，以儒科夫斯基、恰普雷金、普朗克等为代表的科学家，开创了以无粘不可压缩流体位势流理论为基础的机翼理论，阐明了机翼怎样会受到举力，从而空气能把很重的飞机托上天空。机翼理论的正确性，使人们重新认识无粘流体的理论，肯定了它指导工程设计的重大意义。
　　机翼理论和边界层理论的建立和发展是流体力学的一次重大进展，它使无粘流体理论同粘性流体的边界层理论很好地结合起来。随着汽轮机的完善和飞机飞行速度提高到每秒50米以上，又迅速扩展了从19世纪就开始的，对空气密度变化效应的实验和理论研究，为高速飞行提供了理论指导。20世纪40年代以后，由于喷气推进和火箭技术的应用，飞行器速度超过声速，进而实现了航天飞行，使气体高速流动的研究进展迅速，形成了气体动力学、物理-化学流体动力学等分支学科。
　　以这些理论为基础，20世纪40年代，关于炸药或天然气等介质中发生的爆轰波又形成了新的理论，为研究原子弹、炸药等起爆后，激波在空气或水中的传播，发展了爆炸波理论。此后，流体力学又发展了许多分支，如高超声速空气动力学、超音速空气动力学、稀薄空气动力学、电磁流体力学、计算流体力学、两相(气液或气固)流等等。
　　这些巨大进展是和采用各种数学分析方法和建立大型、精密的实验设备和仪器等研究手段分不开的。从50年代起，电子计算机不断完善，使原来用分析方法难以进行研究的课题，可以用数值计算方法来进行，出现了计算流体力学这一新的分支学科。与此同时，由于民用和军用生产的需要，液体动力学等学科也有很大进展。
　　20世纪60年代，根据结构力学和固体力学的需要，出现了计算弹性力学问题的有限元法。经过十多年的发展，有限元分析这项新的计算方法又开始在流体力学中应用，尤其是在低速流和流体边界形状甚为复杂问题中，优越性更加显著。近年来又开始了用有限元方法研究高速流的问题，也出现了有限元方法和差分方法的互相渗透和融合。
　　从20世纪60年代起，流体力学开始了流体力学和其他学科的互相交叉渗透，形成新的交叉学科或边缘学科，如物理-化学流体动力学、磁流体力学等；原来基本上只是定性地描述的问题，逐步得到定量的研究，生物流变学就是一个例子。
流体力学的研究内容
　　流体是气体和液体的总称。在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体，所以流体力学是与人类日常生活和生产事业密切相关的。大气和水是最常见的两种流体，大气包围着整个地球，地球表面的70%是水面。大气运动、海水运动(包括波浪、潮汐、中尺度涡旋、环流等)乃至地球深处熔浆的流动都是流体力学的研究内容。
　　20世纪初，世界上第一架飞机出现以后，飞机和其他各种飞行器得到迅速发展。20世纪50年代开始的航天飞行，使人类的活动范围扩展到其他星球和银河系。航空航天事业的蓬勃发展是同流体力学的分支学科--空气动力学和气体动力学的发展紧密相连的。这些学科是流体力学中最活跃、最富有成果的领域。
石油和天然气的开采，地下水的开发利用，要求人们了解流体在多孔或缝隙介质中的运动，这是流体力学分支之一--渗流力学研究的主要对象。渗流力学还涉及土壤盐碱化的防治，化工中的浓缩、分离和多孔过滤，燃烧室的冷却等技术问题。
　　燃烧离不开气体，这是有化学反应和热能变化的流体力学问题，是物理-化学流体动力学的内容之一。爆炸是猛烈的瞬间能量变化和传递过程，涉及气体动力学，从而形成了爆炸力学。
沙漠迁移、河流泥沙运动、管道中煤粉输送、化工中气体催化剂的运动等，都涉及流体中带有固体颗粒或液体中带有气泡等问题，这类问题是多相流体力学研究的范围。
　　等离子体是自由电子、带等量正电荷的离子以及中性粒子的集合体。等离子体在磁场作用下有特殊的运动规律。研究等离子体的运动规律的学科称为等离子体动力学和电磁流体力学，它们在受控热核反应、磁流体发电、宇宙气体运动等方面有广泛的应用。
　　风对建筑物、桥梁、电缆等的作用使它们承受载荷和激发振动；废气和废水的排放造成环境污染；河床冲刷迁移和海岸遭受侵蚀；研究这些流体本身的运动及其同人类、动植物间的相互作用的学科称为环境流体力学 (其中包括环境空气动力学、建筑空气动力学)。这是一门涉及经典流体力学、气象学、海洋学和水力学、结构动力学等的新兴边缘学科。
　　生物流变学研究人体或其他动植物中有关的流体力学问题，例如血液在血管中的流动，心、肺、肾中的生理流体运动和植物中营养液的输送。此外，还研究鸟类在空中的飞翔，动物在水中的游动，等等。
因此，流体力学既包含自然科学的基础理论，又涉及工程技术科学方面的应用。此外，如从流体作用力的角度，则可分为流体静力学、流体运动学和流体动力学；从对不同"力学模型"的研究来分，则有理想流体动力学、粘性流体动力学、不可压缩流体动力学、可压缩流体动力学和非牛顿流体力学等。
流体力学的研究方法
　　进行流体力学的研究可以分为现场观测、实验室模拟、理论分析、数值计算四个方面：
　　现场观测是对自然界固有的流动现象或已有工程的全尺寸流动现象，利用各种仪器进行系统观测，从而总结出流体运动的规律，并借以预测流动现象的演变。过去对天气的观测和预报，基本上就是这样进行的。
　　不过现场流动现象的发生往往不能控制，发生条件几乎不可能完全重复出现，影响到对流动现象和规律的研究；现场观测还要花费大量物力、财力和人力。因此，人们建立实验室，使这些现象能在可以控制的条件下出现，以便于观察和研究。
　　同物理学、化学等学科一样，流体力学离不开实验，尤其是对新的流体运动现象的研究。实验能显示运动特点及其主要趋势，有助于形成概念，检验理论的正确性。二百年来流体力学发展史中每一项重大进展都离不开实验。
　　模型实验在流体力学中占有重要地位。这里所说的模型是指根据理论指导，把研究对象的尺度改变(放大或缩小)以便能安排实验。有些流动现象难于靠理论计算解决，有的则不可能做原型实验(成本太高或规模太大)。这时，根据模型实验所得的数据可以用像换算单位制那样的简单算法求出原型的数据。
　　现场观测常常是对已有事物、已有工程的观测，而实验室模拟却可以对还没有出现的事物、没有发生的现象(如待设计的工程、机械等)进行观察，使之得到改进。因此，实验室模拟是研究流体力学的重要方法。
　　理论分析是根据流体运动的普遍规律如质量守恒、动量守恒、能量守恒等，利用数学分析的手段，研究流体的运动，解释已知的现象，预测可能发生的结果。理论分析的步骤大致如下：
　　首先是建立"力学模型"，即针对实际流体的力学问题，分析其中的各种矛盾并抓住主要方面，对问题进行简化而建立反映问题本质的"力学模型"。流体力学中最常用的基本模型有：连续介质、牛顿流体、不可压缩流体、理想流体、平面流动等。
　　其次是针对流体运动的特点，用数学语言将质量守恒、动量守恒、能量守恒等定律表达出来，从而得到连续性方程、动量方程和能量方程。此外，还要加上某些联系流动参量的关系式(例如状态方程)，或者其他方程。这些方程合在一起称为流体力学基本方程组。
　　求出方程组的解后，结合具体流动，解释这些解的物理含义和流动机理。通常还要将这些理论结果同实验结果进行比较，以确定所得解的准确程度和力学模型的适用范围。
　　从基本概念到基本方程的一系列定量研究，都涉及到很深的数学问题，所以流体力学的发展是以数学的发展为前提。反过来，那些经过了实验和工程实践考验过的流体力学理论，又检验和丰富了数学理论，它所提出的一些未解决的难题，也是进行数学研究、发展数学理论的好课题。按目前数学发展的水平看，有不少题目将是在今后几十年以内难于从纯数学角度完善解决的。
　　在流体力学理论中，用简化流体物理性质的方法建立特定的流体的理论模型，用减少自变量和减少未知函数等方法来简化数学问题，在一定的范围是成功的，并解决了许多实际问题。
　　对于一个特定领域，考虑具体的物理性质和运动的具体环境后，抓住主要因素忽略次要因素进行抽象化也同时是简化，建立特定的力学理论模型，便可以克服数学上的困难，进一步深入地研究流体的平衡和运动性质。
　　20世纪50年代开始，在设计携带人造卫星上天的火箭发动机时，配合实验所做的理论研究，正是依靠一维定常流的引入和简化，才能及时得到指导设计的流体力学结论。
　　此外，流体力学中还经常用各种小扰动的简化，使微分方程和边界条件从非线性的变成线性的。声学是流体力学中采用小扰动方法而取得重大成就的最早学科。声学中的所谓小扰动，就是指声音在流体中传播时，流体的状态(压力、密度、流体质点速度)同声音未传到时的差别很小。线性化水波理论、薄机翼理论等虽然由于简化而有些粗略，但都是比较好地采用了小扰动方法的例子。
　　每种合理的简化都有其力学成果，但也总有其局限性。例如，忽略了密度的变化就不能讨论声音的传播；忽略了粘性就不能讨论与它有关的阻力和某些其他效应。掌握合理的简化方法，正确解释简化后得出的规律或结论，全面并充分认识简化模型的适用范围，正确估计它带来的同实际的偏离，正是流体力学理论工作和实验工作的精华。
　　流体力学的基本方程组非常复杂，在考虑粘性作用时更是如此，如果不靠计算机，就只能对比较简单的情形或简化后的欧拉方程或N-S方程进行计算。20世纪30～40年代，对于复杂而又特别重要的流体力学问题，曾组织过人力用几个月甚至几年的时间做数值计算，比如圆锥做超声速飞行时周围的无粘流场就从1943年一直算到1947年。
　　数学的发展，计算机的不断进步，以及流体力学各种计算方法的发明，使许多原来无法用理论分析求解的复杂流体力学问题有了求得数值解的可能性，这又促进了流体力学计算方法的发展，并形成了"计算流体力学"。
　　从20世纪60年代起，在飞行器和其他涉及流体运动的课题中，经常采用电子计算机做数值模拟，这可以和物理实验相辅相成。数值模拟和实验模拟相互配合，使科学技术的研究和工程设计的速度加快，并节省开支。数值计算方法最近发展很快，其重要性与日俱增。
　　解决流体力学问题时，现场观测、实验室模拟、理论分析和数值计算几方面是相辅相成的。实验需要理论指导，才能从分散的、表面上无联系的现象和实验数据中得出规律性的结论。反之，理论分析和数值计算也要依靠现场观测和实验室模拟给出物理图案或数据，以建立流动的力学模型和数学模式；最后，还须依靠实验来检验这些模型和模式的完善程度。此外，实际流动往往异常复杂(例如湍流)，理论分析和数值计算会遇到巨大的数学和计算方面的困难，得不到具体结果，只能通过现场观测和实验室模拟进行研究。
流体力学的展望
　　从阿基米德到现在的二千多年，特别是从20世纪以来，流体力学已发展成为基础科学体系的一部分，同时又在工业、农业、交通运输、天文学、地学、生物学、医学等方面得到广泛应用。
今后，人们一方面将根据工程技术方面的需要进行流体力学应用性的研究，另一方面将更深入地开展基础研究以探求流体的复杂流动规律和机理。后一方面主要包括：通过湍流的理论和实验研究，了解其结构并建立计算模式；多相流动；流体和结构物的相互作用；边界层流动和分离；生物地学和环境流体流动等问题；有关各种实验设备和仪器等。
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2.我们用壶烧开水时，当看到壶中的水剧烈地上下翻腾，滚动不息时，就说这壶水开了，也就是沸腾了。你知道水开了时，为什么会剧烈地上下翻腾，并冒出大量水蒸气吗？
3.当你用肥皂液吹出肥皂泡的时候，你注意到了肥皂泡总是圆的吗？为什么肥皂泡会是球形呢？
4.热气球飞行是现代热门运动之一。你知道热气球为什么能够升空，是怎样前进的吗？
第17期问题及解答 　
2. 我们用壶烧开水时，当看到壶中的水剧烈地上下翻腾，滚动不息时，就说这壶水开了，也就是沸腾了。你知道水开了时，为什么会剧烈地上下翻腾，并冒出大量水蒸气吗？
Ans. 把水装在烧瓶里加热，就可以看到在瓶底和瓶壁上产生许多小汽泡．这些小汽泡是瓶内壁所吸附的空气分离出来的．由于小汽泡周围都是水，水就要向汽泡里不断地蒸发．小汽泡的体积很小，里面的汽很快就达到了饱和状态，所以汽泡里除了空气以外还有饱和的水汽。当水的温度继续升高，小汽泡里的饱和汽压也就逐渐增大，于是它的体积也随着而增大．这时由于水对汽泡的浮力作用，小汽泡就会脱离瓶底和瓶壁而上升，见图（a）。同时，遗留在底面上的少量空气，重新又生成一个新的小汽泡，图（b），这个小汽泡也会逐渐变大而上升，而且它的变化过程比前一个小汽泡还要快．因为水的温度越来越高，所以水向汽泡里蒸发的速度也就越来越快了。
当这些汽泡脱离器壁或器底上升以后，它们的体积又会重新减小，图（c），因为这些汽泡里所含有的水汽，在上升到温度较低的上而水层时，又要凝结成水，于是汽泡的体积就缩小。烧水时常常听到"呼呼"的响声，就是由于气泡体积交替着膨胀和缩小所发出的。
加热时问越长，水的温度越高，汽泡里的饱和汽压也越大。等到水的温度升高到一定的程度时，汽泡内的饱和汽压会升高到与外部压强和等，这时整个水层已处在同一温度下，于是汽泡在上升过程中就不会再发生水汽凝结和体积缩小的现象。同时由于温度升高，周围的水迅速地向泡里蒸发，汽泡的体积在上升过程中就不断地增大，图（d），最后升到水面时裂开，放出大量蒸汽，这时瓶里全部的水就上下翻腾，滚动不息，这种现象就是沸腾。
3. 当你用肥皂液吹出肥皂泡的时候，你注意到了肥皂泡总是圆的吗？为什么肥皂泡会是球形呢？
Ans.水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的，每一个水分子有 6个键，使它与其他6个相邻的水分子相联系。这6个键的位置分别是上下左右前后。但在水表面的水分子没有邻居，于是它们就有了富余的键。正是这些富余的键使位于水表面的水分子之间比水内部的水分子联系得更加紧密。这就形成了水的表面张力。
　　仅仅用水虽然也能吹出泡泡来，但水的表面张力会很快将这些泡泡拉破，使它们无法长时间存在，为了吹出泡泡来，需要在水里加入一些肥皂。肥皂溶解在水里之后可以减少水的表面张力，因此能够吹出泡泡来。
　　为什么泡泡是圆的呢？因为其表面水分子之间的表面张力会向各个方向均匀地拉紧泡泡，从而使泡泡的表面积达到最小。与立方体或者锥体相比，球体是自然界中同样体积时表面积最小的形态。因此，泡泡自然也就成了圆形。
　　如果你想吹出一个又大又圆并且可以长时间存在的泡泡，你必须解决两个问题。首先，需要在水中加入减少表面张力的物质（如肥皂）。其次，还需要加入一些能够防止水蒸发的物质。泡泡之所以很快破裂，是因为其表面的水分蒸发的缘故。家庭中常见的能够防止水分蒸发的物质有甘油和糖。
4. 热气球飞行是现代热门运动之一。你知道热气球为什么能够升空，是怎样前进的吗？
Ans.飞行原理：热气球飞行的理论是根据包在球囊里的气体轻于或密度小于周围大气的气体作用在球襄上的升力理论。它是通过燃烧器点火、熄火的间隔时间长短调整球囊温度（气体密度）来控制热气球的上升和下降，根据不同高度层的风向来控制和调整自己的前进方向。热气球飘飞速度的快与慢，是由风速的快慢决定的，因为热气球本身并没有动力系统，飞行速度完全取决于风速。热气球最大下降速度6米/秒，最大上升速度5米/秒。
气球结构
1.　球囊　就是热空气容器，通常由高强、耐高温、抗撕裂、色彩绚丽的尼龙绸（或涤纶）缝制和载荷钢索组合而成。
2.　燃烧器　燃烧器是热气球的心脏，用比一般家庭煤气炉大150倍的能量燃烧压缩气，点火燃烧器是主燃烧器的火种。一直保持火种，即使被风吹，也不会熄灭。另外，热气球上有两个燃烧系统以防备空中出现的故障。热气球通常用的燃料是丙烷或液化气，气 瓶固定在吊篮内。一只热气球能载运20公斤的液体燃料。当火点燃时，火焰有2-3 米高，并发出巨大的响声。
燃烧器的作用：
　　把气瓶供给它的液态丙烷（或液化气）气化。
　　将丙烷与空气混合以形成可燃混全气体。
燃烧混合气体并形成一个基本上定向的高热气流。
3.　吊篮　 吊篮由藤条编制而成（我国大多数采用东南亚进口 的材料），是乘员室并装置气瓶及飞行必须的备件，吊篮通过支架与球囊相连接，气瓶管道通过吊篮支架与燃烧器相连接。着陆时能起到缓和冲击的作用，可容纳3-4人。吊篮四 角放置4个热气球专用液化气瓶，置计量器，吊篮 内还装有温度表、高度表、升降表等飞行仪表。
热气球类型：国际航空联合会（FAI）下属的气球委员会（CIA）根据填充的气体不同，把气球分成四类：AA型、AM型、AS型、AX型
AA型
填充比空气轻的气体如氢气或氦气，气囊不密闭，没有加热装置；
AM型
既填充"轻气"，又具有加热装置的气球，又被称为罗泽（Rozier）气球；
AS型
填充"轻气"，气囊密闭，由于高度可通过充气量控制，用于科学研究。
AX型
气囊中填充空气，通过装置对空气加热，使之变轻获得升力，又被称为热气球；
按照热气球的体积分15个级别：
级别
体积(立方米)
级别
体积(立方米)
级别
体积(立方米)
级别
体积(立方米）
AX-1
≤250
AX-5
900～1200
AX-9
3000～4000
AX-13
12000～16000
AX-2
250～400
AX-6
1200～1600
AX-10
4000～6000
AX-14
16000～22000
AX-3
400～600
AX-7
1600～2200
AX-11
6000～9000
AX-15
≥22000
AX-4
600～900
AX-8
2200～3000
AX-12
9000～12000
Questions　（答案见下期）
1. 1969年7月16日是一个值得全人类记住的日子，在这一天，三位美国宇航员乘坐"阿波罗-11"号飞船，在"土星-5"号巨型火箭的推动下，慢慢地离开了地球，去完成人类历史上第一次登月球飞行的壮举，……－>>
······················································································
美国阿波罗登月计划
三位航天员奔月启程的日子是1969年7月16日。早晨5点半，当他们身穿航天服出现在发射场时，很像上战场比武的中世纪骑士。成千上万的人从四面八方赶来肯尼迪观看这次轰动全球的登月发射。特约客人包括美国国会成员、国外大使和各国的新闻记者。红十字会的急救站沿交通干线以预定的距离建立起来。人们站在观望台上、海滩上、轮船上，而更多的人是坐在电视机旁屏气注视着矗立在发射台上的足有36层楼房高的白色庞然大物--登月飞行器。　　中午12点32分，随着"点火"一声令下，一片浓烈的烟雾在火箭的尾部从平台下喷涌而出，接着从发动机内喷射出闪耀刺目的火舌。3817t重的飞行器努力克服地心引力腾空而起，穿云拨雾作弧形直冲九霄外。火箭的巨响超出了正常的听觉范围。沉重的轰隆声、怒吼声和强烈的冲击波使人们感到恐怖和窒息。好一幅惊天动地的奇观！卫星和无线电波把电视和广播协会的公开电信节目传送到全世界。在这里所发生的事件，甚至连最老练的记者都没有经历过，以至于美联社和国际合众社的电视传真在一段很长的时间里哑然无声。这种情景在以往的新闻报导中是从未出现过的。相反，3名航天员却表现了异乎寻常的镇静。他们的心率比等待发射的时刻，以及在参加以往的"双子星座"号飞船发射时还要低。　　此时，尼克松总统在华盛顿也坐在电视机旁观看这一壮丽又令人惊异的场景。随后他宣布，4天之后为月球探险全国庆祝日并放假一天。 　　这次为时8天、行程80万km的整个飞行程序如下："土星-5"号三级火箭及飞船上的动力装置，首先将飞船送上地球轨道，然后转入飞往月球的轨道，最后进入月球轨道。在飞行器绕月飞行的过程中，两名航天员从指挥船过渡到登月舱并乘登月舱下降和在月球表面上着陆。完成任务后两名航天员再乘登月舱的上升段起飞，进入绕月飞行轨道，与指挥舱会合、对接，航天员再返回到指挥舱。此后登月舱和指挥舱再次分离，前者被遗弃在月球轨道上。3名航天员一起返航。在进入稠密的大气层之前，设备舱被抛弃，唯独指挥舱利用空气动力学特性下降并返回地面。　　7月19日正午，飞船进入月球轨道。扣人心弦的时刻到了。此后飞船飞到月球背面足有33分钟并与地球失去了无线电联系。此时若是设备失灵或出现一点点计算机错误，航天员就将永远无法返回故乡。飞船在绕月飞行的第13圈开始降落程序。当发动机点火时阿姆斯特朗的心率从77次／分钟一下子升到111次／分钟。　　当两名航天员以150m/秒的速度迫近目标时，他们突然发现一个惊人的危险：预定的着陆点竟是一个大坑，里面散布着巨砾。阿姆斯特朗马上抓住操纵杆，花了大约19秒钟驾驶着登月舱避开大坑并安全着陆在离预定着陆点4英里远的地方。此时阿姆斯特朗的心率是156次／分钟。如果这次飞船不是有人驾驶，而是一艘无人驾驶的自动飞行器，那么很可能就会像前苏联的"月球-15"一样坠毁了。不同的结局充分表明载人航天的优越性。　　着陆之后，航天员立刻对舱内系统进行检查，以便在发现威胁他们安全的隐患时迅速从月球起飞，紧急返回地球。 　　1969年7月20日下午10时56分，船长阿姆斯特朗身背救生背包首先走上舱门平台，面对陌生的月球世界凝视几分钟后，挪动右脚，一步三停地爬下扶梯。5米高的9级台阶，他整整花了3分钟！ 随后，他的左脚小心翼翼地触及月面，而右脚仍然停留在台阶上。当他发现左脚陷入月面很少时，才鼓起勇气将右脚踏上月面，在月球土壤上印下了人类第一个脚印。这时他说了一句极富哲理又非常著名的话："对于一个人来说这只是一小步，但对于整个人类来说，这是跨出了一大步。" 18分钟后，宇航员奥尔德林也踏上月面，他俩穿着宇航服在月面上幽灵似的"游动"、跳跃，拍摄月面景色、收集月岩和月壤、安装仪器、进行实验和向地面控制中心发回探测信息。 　　1969年7月20日正好是星期天。据后来估计，在地球上收看登月实况的电视观众大约有5亿人。大概这是有史以来最多的观众。由于现代通信的奇迹，使亿万人同阿姆斯特朗一起分享胜利的喜悦，同时也经历着激动、紧张，为探险者的安全焦虑和担忧。　　人类终于和月球接触了。对于探险家来说这是许多世纪梦寐以求、悠然神往的幻想的实现，而对于科学家来说这是了解月球和地球的起源与性质的最好机会。　　航天员开始在1／6地心引力条件下小心翼翼地在月表上行走，样子好像梦游者，蹒跚而行。后来他们渐渐放大了胆子，而且发现以比较长的弹跳步伐前进是一种较好的前进方式。于是他们就像袋鼠般跳跃，其敏捷度又像羚羊。 　　　　人们通常用最美好的语言赞美月亮。说她洁白如玉，温柔安祥。然而亲临其境的航天员所看到的却是一种广大、寂寞和贫瘠的景象。这里既没有嫦娥白兔，也没有吴刚桂树。到处是粗石、细沙、高地、坑穴、断层、幽谷，千疮百孔，满目瘢疤。这里单调死寂，没有空气，也没有生命。　　月球上没有空气，这也造成了奇特的效果。因为没有空气传导声波，航天员除了无线电话机上的讲话声和劈拍声以及自己的呼吸声和动作发出的响声外，什么也听不到。月球上的天空没有颜色--白天夜间都是黑洞洞的。黑色天空中的星光比从地球上看见的要亮得多，而且不闪烁。由于没有空气调节，月球表面上的温度在白天可升到260度(高于地球上的沸点温度)，而在夜晚则至少降到零下240度，能使寒暑表里的水银冻结。　　因为月球自转较慢，月球上的白天和夜间大约是地球上相应时间的2倍。因没有空气的阻挡，月球表面上的辐射剂量要比地球上大得多。航天员在月球表面上一共行走了2个多小时，其间他们还安放了科学仪器，收集了月球土壤和岩石的样品，在月面上插了一面美国国旗。预定计划完成之后，他们乘登月舱起飞上升，与始终在指挥舱内等待他们的柯林斯会合。 　　　　在飞船指挥舱内规定一日三餐。食品有三种：脱水食品(吃前要用水溶化)，胶状食品(可以用勺吃)，另外还有部分定量包装的份饭。饮用和溶化食品所需的水是在加热装置里获取的氢和氧反应的产物。指挥舱有三个水龙头，登月舱只有一个。龙头上安装了收集饮用水中氢气泡的专用过滤器。指挥舱和登月舱里都备有药箱。　　"阿波罗-11"及与之相依为命的航天勇士们经过8天3小时17分22秒的远航之后，顺利返回地球，溅落在太平洋上。为了打捞他们派出了将近7000名海军人员、9艘船只、54架飞机。"阿波罗- 11"号凯旋日，尼克松总统亲自来到主打捞舰"大黄蜂"号上迎接美国人的骄子和勇士们。这在以前的航天活动中是从未有过的。　　在"阿波罗-11"登月飞行前，在美国曾畅销过一本科幻小说。书名叫《比拉流星菌种》。内容是说航天员如何从外空带回一种可怕的病菌并肆虐地危害人类。在此背景下，美国生物学家虽怀疑月球上会有什么病毒或细菌，但国家科学院宁可信其有，并对从月球返回后的航天员及其物品制订了严格的隔离措施。7月24日中午，飞船溅落在太平洋上。舱门一打开，蛙人便将细菌隔离衣递给航天员，然后用直升机把他们运到17km外的航空母舰上，并立即送入活动隔离车。在举行有尼克松总统亲自参加的欢迎仪式时，总统只得用扩音器在1m之外对他们致欢迎词。此后，他们便像古代麻疯病人那样被送往休斯顿接收严格的隔离检疫。所带回的月球样品，乃至飞船都被放进一个造价900万美元的"月球返回接待实验室"。检查结果没发现任何病菌或芽胞。　　"阿波罗-11"号以高度的精确性进行了首次载人登月着陆。所有系统性能良好，工作准确无误，几乎达到了尽善尽美的程度。"阿波罗-11"号进行了一次完美漂亮的登月飞行。然而"阿波罗-15"号的飞行却是几经周折，遇到不少麻烦。例如，出现火箭发动机系统电路短路、饮水系统漏水和登月舱漏气等等。 　　　　在"阿波罗-15"号登月过程中，航天员首次在月球上乘坐"月球车"邀游。这是一个双座的自动行驶装置。车上人和设备的总载重量为690kg。航天员三次乘车共旅行了大约6小时。在一次旅行中"月球车"的前轮回转系统出了故障，航天员只得靠后轮拐弯。航天员在月面上安放了月震仪，发现并拍摄了一系列月球上的现象，向月球轨道发射了一颗小型科学卫星(它将在数月内向地球播送信息资料)，带回地球77.9Kg月球土壤样品。在返回降落时又出现了一严重故障：一个降落伞卷在一起打不开。这是这次飞行中最危险的故障，对航天员的生命造成极大威胁。据事后分析，故障最可能的原因是在指挥舱着陆前倒掉残余的发动机燃料时使降落伞的尼龙吊伞绳受到损坏，因此决定从此以后不再倒掉这一燃料残余物；故障的另一原因也可能是降落伞的固定环坏了，所以后来将钢环改成镍和钢的合金环。　　航天员们历尽艰险经过了长时间的紧张和不安。当他们确确实实地意识到自己已经脚踏实地地返回故乡--地球时，内心充满了过去从未曾体验过的宽慰、踏实和无比的幸福。　　如果说"阿波罗-15"的飞行勉强算是一次成功飞行的话，那么"阿波罗-13"倒是一次失败的飞行了。1970年4月11日，"阿波罗-13"号飞船从肯尼迪航天中心启程飞往月球。13日晚，飞船已经飞行了56小时，行程40万km，离月球只剩下一天的里程了。突然，服务舱"砰"的一声爆炸，切断了指挥舱内的动力和氧气供应，使船上的导航、通信及生命保障系统陷于瘫痪。众所周知，氧气是生命须臾不能离开的东西。燃料电池的失灵，不仅使飞船丧失能源，无法控制，而且失去了饮用水的来源。无能源、无氧气、无饮用水……后果不堪设想。灾难无情地降临到航天员头上。　　不幸中之万幸，登月舱幸好还完好无损。航天员只好转移到登月舱避难。然而登月舱狭小，而且水、电、氧气、食物和燃料只能供两名航天员短期使用。但少总比没有强。登月是不可能的了，只有立即调头返航。　　休斯顿飞行控制中心和肯尼迪发射指挥中心经过12个小时紧张的模拟、计算和分析，作出决策：借助月球引力继续飞行，待飞船绕到月球背面，再启动登月舱的发动机，进入返航轨道。这样做一方面可以借助月球引力加快飞船速度，节省燃料，另一方面可以减少导致飞船进一步受损的可能。　　航天员们度过了紧张而近乎绝望的5天5夜。此时飞船正处于月球的背面，与休斯顿航天中心的无线电联系已经中断。航天员们不得不依赖他们佩戴的"姆米戛"手表，在极为精确的那一刻点燃了火箭发动机，奇迹般地使飞船沿着安全轨道返回地球。　　航天员依靠自己坚毅、沉着、自律和合作的精神及品质，与地面密切配合，终于死里逃生，创造了奇迹。为此，美国航天局向他们颁发了最高奖赏--"斯诺皮"奖。　　整个"阿波罗"登月计划，以1970年12月7日-12月19日的"阿波罗-17"号飞船的飞行宣告结束。该计划中先后共进行了7次登月飞行，一共带回近400kg的月球样品、获得15000m的月球全景摄影和测地摄影的软片，在月球上安装了5套科学仪器。航天员在月球上停留的时间总计为299小时34分，外出到月面的时间为80小时14分。在登月计划实施的过程中，取得了一系列的技术突破。其间既有辉煌，也有挫折。它是航天领域中两霸竞争的产物，也是技术发展和勇敢精神的结晶。　　到目前为止，从工程技术上讲，它代表载人飞船发展的最高水平，它的意义和价值主要表现于此。至于其他经济价值和科学价值，各国专家们都很审慎地发表评论。
阿波罗计划始末
●冯 龙
在第二次世界大战中，德国人率先研制”V—2”型导弹，使得实用导弹 (火箭)技术首次出现在人类现代战争舞台。领导该项工作的布劳恩，他是德国太空飞行协会的主要成员之一。1933年希特勒上台，更是变本加厉地支持陆军部的这项行动计划。
??1934年，德国人便实验了两枚液体火箭。该火箭自重150千克，推力300千克，飞行高度 2000米。1937年，德国投巨资在波罗的海沿岸的庇纳门德设立火箭研究中心。1942年10月，”A—4”型火箭在庇纳门德试验成功，它就是被称之为“秘密武器”的“V—2”型导弹所用的推力火箭。“V—2”型导弹长度为15米，最大直径1．7米，发射重量达 13吨，最大时速5500千米，能够将1吨炸药送到330千米以远的地方。1944年，德国人将他们不惜血本造成的“V—2”型导弹投入欧洲战场。在整个二战期间，他们总共发射了好几千枚导弹，其中大约有1200枚落在了英国的伦敦。希特勒本想凭借这种秘密武器扭转战争局面，但可惜它的作战效果却远不理想，甚至赶不上飞机大炮(平均每枚“V—2”型导弹造成的伤亡不到10个人)。它的主要问题，一是使用常规炸药作为弹头，很不经济；二是制导尚不精确，命中率太低。但是它作为一种新型武器所展不的方向，战后受到了世界各个国家的高度重视。德国战败以后，美苏两国将庇纳门德的所有设备人员瓜分。
??火箭作为一种强大的运载工具，它的军事价值战后即迅速地显示出来。而它的科学价值，直到第一颗人造地球卫星上天以后，才受到了人们的广泛关注。
??1957年10月4日，这是个在历史上值得隆重纪念的日子，前苏联成功地发射了一颗人造地球卫星。从此，人类的生存史揭开了崭新的一页，地球人类开始进入自己的宇航时代。而前苏联更是让全世界人民看见了它在空间科学上的领先位置。
??这种领先绝非偶然。由于齐奥尔科夫斯基的影响，早在1928年的7月，前苏联就在圣彼得堡成立了它的第一个火箭研究机构“空气动力试验室”(主研固体火箭)。到1933年，该试验室已有工作人员二百多名。1931年，前苏联又成立了“喷气推进技术研究小组”，着重研究液体火箭。1933年以后，这个小组由卡拉廖夫负责，他后来成为了前苏联发射世界上第一颗地球人造卫星的总设计师。1933年8月，他们研制的第一枚液体火箭试飞成功，虽然起飞重量只有19千克，火箭全长 2．4米，飞行高度仅为400米。实际上，值得指出的是，当时的这个水平既不如德国也不如美国。美国的哥达德这个时候也做了很多卓有成效的试验工作，但没有得到政府的支持。对这方面，前苏联远比美国重视，就在第一枚液体火箭发射成功后1个月，苏共中央政治局迅速做出决议，决定将“空气动力试验室”和“喷气推进技术研究小组”加以合并，成立国家的“喷气推进技术研究院”。卡拉廖夫出任该院副院长。
??在这个研究院上下一致的集体努力之下，第二次世界大战期间，他们成功地试验了多种作为飞机助推器的液体和固体火箭发动机，还研究成功了在战场上使德军闻风丧胆的“卡秋莎”火箭炮(一种固体燃料火箭装置)。二战结束以后，他们又仿制了上千枚的“V—2”型导弹。到了 20世纪50年代，前苏联的火箭技术已经令全世界刮目了。
??德国战败后，美国政府的表现又如何呢？在前苏联人1957年一鸣惊人以前，对西方人来说，发射人造地球卫星主要是科学家们所关心的事。民间虽然做了大量的实际工作，美国也曾经将液体火箭用来进行空间科学探测，取得了高空大气层探测、电离层探测、高空摄影等等重要成果，但这个时候的美国政界，还没有认识到空间技术的战略意义。苏美两国的空间竞赛也就尚未真正开始。
??1958年是国际上的地球物理年。此前相当长一段时间，由于空间探测的需要，美国民间发射人造地球卫星的呼声就很高，因为1953年已有人指出，发射一颗小型卫星所需要的火箭比德国人的“V-2”型火箭实际大不了多少。1954年9月，当时在美国陆军部任职的德籍专家布劳恩，向上级提交了一份卫星发射详细计划。1957年，美国联邦政府正式宣布发射一颗用于科学探测的人造地球卫星。1958年1月31日，也就是在前苏联卫星发射升空后仅仅三个多月，美国的第一颗人造地球卫星上天了。虽然是晚了一步．卫星重量也比前苏联的轻，但它带有探测太空放射性辐射的仪器，并且发现了地球外围的“范艾伦”辐射带，这被公认为1958地球物理年的最大的空间研究成果。
??接着美国国会通过了国家航空和宇宙航行法，明确宣布要争取和保持美国在空间技术上的领先地位。同年成立了国家宇航局，负责调配全国的空间科学力量。到了1964年，美国航空航天局已拥有雇员三万多人，年平均预算高达54亿美元。
??1958年美国政府宣布要把“先驱者”号送上以太阳为中心的行星轨道。 1959年3月3日“先驱者”号按计划发射成功，但是美国仍旧没能领先于前苏联，因为在这之前的两个月，前苏联已经把它的“月球1”号送入该轨道。“月球1号是太阳系的第一颗人造行星。事情还远不仅如此，1959年9月12日，前苏联人的“月球2”号送向月球，这是人类首次将物体送上了月亮。前苏联又堂而皇之地赢得了第二个回合的胜利。同样是在1958年，美国人宣布开始执行一项全新的“水星计划”，准备在1961年发射载人宇宙飞船。然而对美国人来说不幸的是，1961年4月12日，前苏联首先发射了载人宇宙飞船，俄罗斯人加加林乘坐“东方”号邀游太空。第三个回合中，前苏联又领先了。
??但是，前苏联的这种领先里已经埋伏了越来越多的并且也是很严重的问题。当时，苏制运载火箭的基本型号为“RD一107"，它是一种最大推力102吨的“集束”式发动机，每个发动机的实际推力只有25吨左右。这种火箭，是没有能力将载人飞船送上太空轨道的。但前苏联方面又想抢在美国人之前，怎么办呢？研制新的大推力火箭显然远水不解近渴。在这种情况下，便由卡拉廖夫领导拼凑了一种“集束的集束”式发动机，就是用四组“RD一107"再加一组“RD一108”共同构成载人飞船的第一级动力火箭。这样，这级火箭就有5组共20个发动机，总推力500吨。由于发动机太多，大部分能量要消耗在自重上，所以“东方”号火箭发射的有效负荷只有5吨左右。而在1961年5月5日，也就是加加林上天以后不到1个月，美国的载人飞船“水星”号按计划顺利升空，“水星”号的第一级火箭只装有两个主发动机。实际上，这时候美国人的火箭技术已经超过前苏联了。
??1963年，美国联邦政府隆重宣布准备在1964年底或者1965年初，发射可以载乘2名宇航员的“双子星座”飞船。为了再次抢先，前苏联打算在1964年11月7日之前，发射能搭乘3名宇航员的飞船，这艘飞船取名为“上升”号。“上升”号和“东方”号所用的第一级推力火箭基本上类同，依然有20个发动机。为了最大限度地减少自重和体积，被迫决定宇航员不穿宇航服，把与之有关的安全性完全寄托在船体本身的密封性上，这在人类的太空探险史中，达到了绝无仅有的地步。1964年12月12日，上升号试射成功。1965年3月18日，“上升2”号载乘两名（比原计划少1名）宇航员飞人太空，比美国的“双子星座”号飞船的发射仅仅提前了5天。前苏联人在第四个回合的较量中又领先了。但这些却已经是强弩之末，其中充满了战战兢兢的危机。
??“上升”号发射事件，是苏美两国空间竞赛的一个历史转折点。到这个时候，前苏联已被拖得精疲力尽，不久，就自行退出了载人登月的竞赛舞台。而此时美国政府的“阿波罗计划”则粉墨登场。可以说早在1960年，为了在太空较量中彻底打败前苏联，美国宇航局就精心策划了在10年内将人送上月球并能安全返回的一揽子方案。1961年5月，美国国会顺利通过了这项提案，这就是历史上著名的“阿波罗计划”。“阿波罗计划”的核心是研制“土星5”号大型火箭发动机。在1957年第一颗人造卫星上天之前，研制新型火箭的主要任务是服务于军事目的，1957年之后就开始转向空间科学探索并带上了强烈的政治色彩。似乎是火箭能飞多高，国家的威望就有多高。“土星5”号设计为一枚三级火箭，最大直径约为10米，采用先进的计算机技术进行控制，其中包括各级发动机的点火、熄火和过程协调等等。在当时，“土星 5”号火箭的设计水平已远远地超过了前苏联的同期产品，这也是前苏联不得不中途退出竞争的主要原因之一。
??1969年7月20日，阿波罗11号腾空而起，将两名美国宇航员送上月球，人类第一次在地球以外的另一个星体上留下了自己坚实的脚印。他们在月球表面收集岩石标本，拍摄异乡风景，安装科学探测仪器，总共漫游了足足2小时21分钟；然后乘登陆舱回到了等候在月球上空的飞船主舱，和另一名宇航员一起安全返回。此后，美国总共发射了6次载人登月飞船，其中 5次成功，前前后后有十多人登月，逗留时间最长的将近3天。直到1972年12月“阿波罗17'’号登月归来，才给此次人类远征画上了句号。“阿波罗计划”历时十多年，总共有120个大学或研究院、所参加了有关工作，涉及到两万多家公司与厂商，投人人力逾40万，直接耗资高达200亿美元以上。
“阿波罗”登月飞行表解
（一）
编　号
飞行日期
宇航员
飞行时间(H∶M)
飞行距离(万公里)
登月地点
备　　注
阿波罗-11号
1969.07.16-24
阿姆斯特朗-奥尔德邻-朗科林斯
195:19
153.2
静海西南角
月面活动阿姆斯特朗2小时14分；奥尔德邻1小时33分。
阿波罗-12号
1969.11.14-24
康拉德-戈登-比恩
244:36
---
风暴洋
月面活动进行两次，第一次康拉德活动4小时4分，比恩3小时30分；第二次康拉德3小时49分，比恩3小时20分。飞行期间向地球发送十次电视，共约11小时40分。
阿波罗-13号
1970.04.11-17
洛弗尔-海斯-斯威加特
142:54
---
登月失败
起飞后56小时，液氧箱爆炸，终止登月，绕月后返回。
阿波罗-14号
1971.01.31-2.09
谢泼德-罗塞-米切尔
216:42
---
弗拉·摩洛地区
两次月面活动，谢泼德第一次4小时31分，第二次4小时23分。米切尔第一次4小时23分，第二次4小时09分。
阿波罗-15号
1971.7.26-08.07
斯科特-沃登-欧文
235:12
---
亚平宁山哈德利峡谷
进行三次月面活动，第一次使用月球车，共行驶28公里，在月球轨道上发射一个重约35.6公斤的卫星。沃登在返回地球时进行宇宙步行20分钟。
阿波罗-16号
1972.04.16-24
约翰·杨-马丁利-杜克
265:50
222.6
笛卡儿高地
再月面地质考察三次，返回时曾发射月球卫星及进行宇宙步行1小时。
阿波罗-17号
1972.12.06-19
塞尔南-伊文思-斯密特(地质学家)
301:52
236.8
陶拉斯·利特罗山脉
第一次月面活动7小时18分，第二次7小时37分，第三次7小时10分，共计22小时5分。
（二）
编　号
飞行日期
登月地点
月面停留时间(小时:分)
月面活动时间(小时:分)
携回岩石标本(公斤)
活动最远距离(千米)
备　　注
阿波罗-11号
1969.07.16-24
静海西南角
21:18
2:21
23
90米
人类第一次登上月球，在月面上设置自动月震仪、激光反射镜和太阳风测试仪。
阿波罗-12号
1969.11.14-24
风暴洋
31
7:53
59
900米
降落在“勘探者-3号”附近，再月面上装置第一座核动力科学实验站，除与“阿波罗-11号”相同的实验外，还测量月球的磁场、大气密度和电离层环等。
阿波罗-13号
1970.04.11-17
登月失败
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---
赴月途中服务舱氧气箱爆炸，被迫依靠登月舱的动力、水、空气绕过月球返回地球。
阿波罗-14号
1971.01.31-2.09
弗拉·摩洛地区
33:30
8:54
50
3.6
装置核动力科学实验站，包括测量月球离子流量和强度的离子探测器和冷阴极表、激光反射器以及计算太阳质子和电子的装置。使用手推车，车上装有能测量月球磁场变化的一起。
阿波罗-15号
1971.7.26-08.07
亚平宁山哈德利峡谷
66:55
18:37
77
12
装置核动力科学实验站，首次使用月球车，发现当地月面电钻钻不进3米深，曾捡到月球最初形成时代的结晶岩。
阿波罗-16号
1972.04.16-24
笛卡儿高地
71:03
20:16
111
17.3
除装置核动力科学实验站外，还架设紫外线摄影光谱仪、宇宙线探测仪。使用月球车-2号，曾携回年龄达46亿年的岩石。
阿波罗-17号
1972.12.06-19
陶拉斯·利特罗山脉
74:59
22:05
152
19.9
在月面装置五座核动力科学实验站，进行热流实验、月震测定、月球大气成分、电性能、中子探索等十项新实验。其中七项在月面进行，三项在月球轨道进行。使用月球车-3号曾找到桔黄色和深红色的土壤，为“阿波罗”计划的重大发现。
专访威尔斯博士："阿波罗登月计划"千真万确
2003年02月27日 金羊网-羊城晚报　 本报记者　孙璇　王倩

W.G.威尔斯博士简介
　　1960-1969年任阿波罗登月计划项目管理办公室主管
　　1965-1979年任美国众议院秘书长
　　1979-1984年任美国科学促进协会科技政策经理兼信息主管
　　1988-2000年任总统行政办公室科技政策部部长
　　1999年至今任美国管理技术大学校董会主席
　　“人类从未登上月球”之说纯属无稽之谈！阿波罗登月计划千真万确！昨天，借阿波罗登月计划项目管理办公室主管、美国管理技术大学校董会主席、世界著名项目管理专家W.G.威尔斯博士来粤参加“南方首届项目管理国际论坛”之机，记者对其进行了独家专访。
　　堪称“中国通”的威尔斯博士除了与记者谈及阿波罗计划外，还谈到了他所熟悉的领域———中国的科技、教育以及加入WTO形势下的项目管理现状等热门话题。
　　骗局论是伪科学理论捣鼓出来的
　　记者：这两年看到不少有关“阿波罗计划是一场大骗局”的文章，在这些文章中，“骗局论”的一个主要来源便是曾在阿波罗计划中工作过的比尔.凯恩教授———他在一本《我们从未登上月球》的书中对阿波罗计划提出了诸多疑点。比尔.凯恩教授身份特殊，是您的同事，所以很多人都对他的说法深信不疑。阿波罗登月计划全球关注，“阿波罗计划是真是假”同样举世瞩目，作为当年的计划项目管理办公室主管，您一定知道得很多。
　　威尔斯：我迫不及待地想向你澄清这个问题。因为我们的比尔.凯恩教授已经成为一个狂热的伪科学主义者。他在《我们从未登上月球》一书中提出“阿波罗计划是一场骗局”的所谓证据，都是从伪科学的理论里来的！
　　很遗憾的是，有很多媒体都来炒作他的观点。科学是说一不二的，应该有证据和逻辑来支撑，在美国，不少人都对他嗤之以鼻，他已经成为一个大笑话。
这种事情其实早已屡见不鲜，但我觉得有些媒体的表现值得反思。昨天，就连美国一家主流媒体也花了半个版，给另一名伪科学者作宣传———他居然宣称已推翻达尔文的进化论，说地球上的人种不是进化而来的，而是由外星人克隆的。结果，不少记者都去采访，这种“新观点”也的确为报纸赚取了不少读者的“眼球”。在这种情况下，我认为媒体应该反思的是：你是为了引导读者还是仅仅为了抢“眼球”？
　　作为阿波罗登月计划的项目管理办公室主管，我可以肯定的是，美国政府没有隐瞒阿波罗登月计划这个项目。新闻工作者有揭露某种丑闻或报道事实真相的义务，这也是全世界媒体的共同责任。
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2. 小李在自己五楼的房间里对着穿衣镜看见很远处一个烟囱上吊着一个人，但是距离太远看不清楚，于是他将眼睛更靠近穿衣镜，他能看得更清楚些吗？
3. 两个小实验：（1）找一根长约1ｍ的均匀条木，用两手各一个手指支撑条木呈水平状态，并使得伸出手指的部分一端长些，另一端短些（如右图），然后将手指慢慢向条木中间移动直到相遇，小心做做这个实验，看看条木是否会掉下来，并请解释掉下或不掉下的原因。
（2）找一个牛奶瓶，在其中装满水，然后用一块纱布蒙在瓶口，并用绳将纱布缚紧，然后倒过来，看看水是否从纱布小孔中漏出（如左图）？试解释水漏出或不漏出的原因。
4. 目前，很多家庭都用上了微波炉。你知道微波炉是怎样将食物加热和煮熟的吗？使用中又应该注意哪些问题？
第19期问题及解答 　
2. 雨过天晴，我们常常会见到天空中出现美丽的彩虹。彩虹是怎样形成的呢？为什么通常会在雨过天晴时出现呢？
Ans. 白色的太阳光其实包含有不同颜色的光线，粗略地可分为七种颜色，分别是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。在正常情况下，我们只会看见太阳光是白色的。但是在雨后放晴的时候，天空中仍残留着一些小水珠，白色的阳光被小水珠折射和反射。由于不同颜色的光有不同的折射率，它们在水珠中被反射到稍为不同的方向。如果我们在特定的仰角去观察天空，会看见不同的水珠反射出不同颜色的光，形成彩虹 (图一)。
「霓」和「虹」都是阳光被小水珠折射和反射所形成的彩虹现象。光线被水珠折射两次和反射一次就叫做虹 (图二 a)，彩虹中红色在外，紫色在内，中间有各色光带﹔光线被水珠折射两次和反射两次就叫做霓 (图二 b)，"霓"的色彩正好与虹相反，即外圈是紫色，内圈是红色。由于霓比虹反射多一次，光线的强度较弱，所以并不常见。另一方面，因为霓与虹的反射路径不同，所以我们看到霓的七色刚巧与虹的七色上下相反的 (比较图二 a 和二 b )。
3. 你知道“单面反光镜”吗？从这种镜子的某一面能够看到另一面的景物，但从另一面却只能看到反射回来的光线形成的像。这种神秘镜子的构造和单面反光的原理是怎样的呢？
Ans.在电视片集和电影里，常常都有证人办认疑犯的场面，证人和犯人会分开在两个房间，证人可以透过单面反光镜看见犯人，但犯人就甚么都看不见。有时在商业大厦或百货公司也可以找到这类单面反光镜 。为甚么这种单面镜可让光可以从其中的一面通过，而在另一面就被反射回去呢？
事实上，单面反光镜前后两面的光学性质根本没有分别，它之所以能产生单面反光的效果，完全是因为镜的两面处于不同光度的环境所造成的。我们先比较普通镜子和单面镜的结构。普通镜子是把银镀在玻璃上制成的。单面镜也一样，可是在镀银时就只会镀「一半」。怎样可以镀「一半」呢？方法倒是有点巧妙﹕镀上去的银十分薄，使一半的光可以通过，另一半就被反射回去。在实际使用时，犯人会面向镜面，而且身处有强光的房间。因为光线充足，反射的光较多，犯人便会在镜中看见自己的影象。此时证人站在镜的另一边，一个光线很微弱的房间里。虽然证人房间里部分的光线也可以穿过单面反光镜，但由于光度很低，所以犯人便看不到证人，只能看到自己的影像。情形就好象在街灯的强光下，我们不能看见萤火虫一样，因为来自萤火虫的微弱光线被街灯的光所盖过了。因此所谓单面反光的现象，只是视觉上的错觉罢了！
4. 现在，很多家庭中都有电冰箱用来储藏食品，特别是在城市里，电冰箱的普及率是很高的。在夏天，如果我们站在电冰箱附近，往往会感到一股热气，你知道电冰箱为什么会发热吗？
Ans. 一般来说电冰箱有以下9种制冷的原理：
1）压缩式电冰箱：该种电冰箱由电动机提供机械能，通过压缩机对制冷系统作功。制冷系统利用低沸点的制冷剂，蒸发时，吸收汽化热的原理制成的。其优点是寿命长，使用方便，目前世界上91～95％的电冰箱属于这一类。
2）吸收式电冰箱：该种电冰箱可以利用热源（如煤气、煤油、电等）作为动力。利用氨－水－氢混合溶液在连续吸收－扩散过程中达到制冷的目的。其缺点是效率低，降温慢，现已逐渐被淘汰。
3）半导体电冰箱：它是利用对PN型半导体，通以直流电，在结点上产生珀尔帖效应的原理来实现制冷的电冰箱。
4）化学冰箱：它是利用某些化学物质溶解于水时强烈吸热而获得制冷效果的冰箱。
5）电磁振动式冰箱：它是用电磁振动机作本动力来驱动压缩机的冰箱。其原理、结构与压缩式电冰箱基本相同。
6）太阳能电冰箱：它是利用太阳能作为制冷能源的电冰箱。
7）绝热去磁制冷电冰箱。
8）辐射制冷电冰箱。
9）固体制冷电冰箱。　
由于我们使用的大都是压缩式的冰箱，那么对其工作的原理和组成我有进一步了解的必要，下面，我们来谈一下压缩式冰箱的组成： 压缩式电冰箱的制冷系统由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管和蒸发器等五部分组成。
压缩机将已吸收了热量变成气态的制冷剂抽回汽缸内，随即压缩成高压气体，并排至冷凝器中。制冷剂在冷凝器内将从蒸发器、压缩机和低压管道吸收的热量，以自然对流的方式（或强制通风的方式）传递给周围的空气（这就是我们在冰箱散热器附近感到热气的原因）。散失了热量的高压气体变成了高压液体，然后通过干躁过滤器、毛细管进入蒸发器内。在蒸发器内压力骤然降低，制冷剂沸腾，同时吸收冰箱箱体内的热量，变成饱和蒸汽，再次被压缩机吸回。制冷剂在系统中如此循环往复，将冰箱箱体内的热量不断传递给箱体外的空气，箱体内温度就会降低，达到冷藏、冷冻的目的。
干燥过滤器的功用是吸收氟利昂中的水分，防止冰堵，以及过滤制冷系统中的杂质，防止脏堵。毛细管的功用也有两个方面，其一是节流，控制制冷系统的氟利昂循环量；其二是降压，保证冷凝器中的压力满足冷凝压力，蒸发器中的压力满足蒸发压力。蒸发器是制冷系统制取冷量的地方，是液态氟利昂蒸发汽化为气体，吸收大量汽化热的场所。
对于国产电冰箱的设计命，应不低于15年。国外电冰箱，由于新款式、新品种不断更新换代，在设计上，往往采用较短的使用期限。
使用电冰箱经常遇到的一些名词概念：
单门电冰箱、双门单温电冰箱和双门双温电冰箱是不同的东西吗？ 　　单门电冰箱一般指只有一扇门的电冰箱，它有一个蒸发器，其内可存放少量冷冻食品，是我国最早流行的一种冰箱，目前市场上已基本消失。双门单温电冰箱，是指具有二扇门，但只有一个蒸发器的冰箱。它的内部结构与单门电冰箱相同，故也有人叫它为“假双门”。双门双温电冰箱常指有两扇门、两个蒸发器的电冰箱，其中一个蒸发器安装在冷冻室内，常具有四星级冷冻能力，另一个蒸发器安装在冷藏室内。
电冰箱上星级符号的意义 　　电冰箱上的星级符号表示该电冰箱冷冻部分储藏温度的级别，是国际标准统一采用的电冰箱冷冻室内温度的一种标记。每个星表示电冰箱冷冻室内储藏温度应达到-6℃以下，冷冻食物的储藏时间为1周。 　　例：三星级电冰箱，表示电冰箱冷冻室内储藏温度应达到-18℃以下，并具有对一定量食品的速冻能力。简单地讲，冷冻能力表示了25℃的一定量的瘦牛肉经过24小时可冷冻至-18℃以下的特征。
直冷式电冰箱和间冷式电冰箱 　　“直冷式”与“间冷式”是电冰箱的两种冷却方法。直冷式电冰箱，是利用冰箱内空气自然对流的方式来冷却食品的。因为蒸发器常常安装在冰箱上部，蒸发器周围的空气要与蒸发器产生热交换，空气把热量传递给蒸发器，蒸发器把冷量传递给空气。空气吸收冷量后，温度下降，密度增大，向下运动。冰箱内下部的空气要与被冷却食品产生热交换，食品把热量传递给空气，空气得到热量后，温度回升，密度减少，又上升到蒸发器周围，把热量传递给蒸发器。冷热空气就这样循环往复地自然对流从而达到制冷目的。 　　间冷式电冰箱的蒸发器常用翅片管式，放置在冷冻室与冷藏室之间的夹层中或箱内后上部。利用一只小型风扇强迫箱内空气对流，以达到冷却的目的。 　　我国生产的电冰箱绝大多数是直冷式电冰箱，间冷式电冰箱的产量比较少。
为什么无霜强冷式电冰箱比有霜直冷式耗电量大？ 　　在两个容积相同的电冰箱中，无霜强冷式比有霜直冷式耗电量大。无霜型装有150W的电热器，每天加热2～3次，每次20～3Omin；有霜型则是人工除霜，不需电热，故无霜型耗电量大。强冷式装有风扇，强迫冷空气对流，使箱内降温；直冷式则靠箱内冷空气自然对流。经测试，同容积强冷式比直冷式耗电量多10％。
无氟“双绿色”冰箱： 　　无氟“双绿色”冰箱是指冰箱的制冷剂和箱体保温发泡材料不再使用氟氯烃物质（简称氟利昂），分别改用替代物，不再污染环境。按国际惯例，这种电冰箱可以称之为“双绿色”，即减少氟利昂含量100％，这是一种完全符合国际环保要求的新型电冰箱。 　　有氟电冰箱的使用效果不错，为什么还要推广无氟电冰箱？ 　　科学家近年发现，制冷工业广泛使用以及泄漏的氟利昂造成大气臭氧层空洞性损害，超量紫外线会危害人类健康，如视力减弱、白内障、皮肤癌等患者增多，生态平衡受到破坏等等。为此，1987年联合国组织各国签订的《蒙特利尔议定书》宣布氟利昂为受控物质，原本规定最迟2000年停止使用。随着日后氟利昂危害的日趋严重，国际社会决定将停用氟利昂的时间提前至1996年。
Questions　（答案见下期）
1. 你到医院打过B超吗？B超就是B型超声波诊断仪的简称。B超是一种无损伤、无辐射的疾病诊断方法，它特别适宜于检查肝、胆、胰、肾脏、输尿管、膀胱等疾患，比较先进的三维彩色B超效果更好，用来检查孕妇腹中的胎儿，甚至可以看到胎儿的嘴、脸、鼻、口，对于产前检查胎儿缺陷很有帮助，并且B超的收费又相对低廉。你知道超声波的广泛用途以及B超的工作原理吗？－>>
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超声波的应用
我们的耳朵只能分辨频率为二十至二万赫的声音，频率比人的听频范围高的声波就叫做超声波。不同的动物可听到的声波频率范围不尽相同。狗可以听到一些超声波，所以狗只训练员可以用超声波哨子呼唤狗儿。超声波对于蝙蝠更为重要，这种动物是靠超声波来「看」世界的！
　　蝙蝠先会发出一连串超声的尖叫声，声波遇到障碍物便会反射，就像我们向山谷拍手会听到回声一样。由于超声波的频率高，相对较少出现绕射现象，所以回声十分清晰。蝙蝠分析回声的方向和回传时间，便可以知道环境的精确图像。人们根据蝙蝠「看」事物的原理，发明了声纳探测器，用来测量水深。船只上的发射器先向海底发射超声波，再由另一些仪器接收和分析反射回来的讯息，从而得到整个海床的面貌。
　　医学的超声波扫描术可说是超声波最重要的应用。超声波扫描不涉及有害的辐射，远比 X-射线等检验工具安全，所以常用于产前检查 (右图)。医生会将一个发出高频超声波 (频率为1-5 兆赫) 的手提换能器，贴着母亲的肚皮进行扫描。声波到达各种身体组织的边界时会有不同程度的反射 (例如液体及软组织的边界、软组织及骨的边界)。接收器收到反射波，便可计算出反射的强度及反射面的距离，以分辨不同的身体组织，并得到胎儿的影像。接收器使用了压电的原理，把超声波所产生的压力转变成电子讯号，再输送到仪器分析。超声波扫描可以帮助医生量度胎儿的大小以确定产期，检查胎儿的性别、生长速度、头的位置是否正常向下、胎盘的位置是否正常、阳水是否足够，与及监察抽阳水的过程，以保障胎儿的安全等。此外，超声波扫描术也用于妇科检查，它可以帮助医生有效地把生长在乳房或卵巢的恶性组织分辨出来。
超声波扫描术的两个重要分支-多普勒超声波扫描术和立体超声波成像技术，更扩大了超声波在医学上的用途。
多普勒超声波扫描术已应用了颇长的时间，这技术利用了波动的多普勒效应。反射超声波物体的运动，会改变回声的频率﹔当物体正向着接收器移动时，频率便会升高，相反当物体正在远去时，频率便会降低。从回声的频率改变，仪器便可计算到物体的运动速度。多普勒超声波扫描术主要用于检查血液在心脏及主要动脉中的流动速度。血液的流动情况会以一个颜色的影像显示出来，不同的颜色代表不同的流速 (右图)。这有助医生及早发现胎儿先天性心脏毛病。
　　立体超声波成像技术是很新的技术。检查员首先从多个不同角度拍摄胎儿的二维超声波影像，然后利用计算机技术合成胎儿的立体影像。利用这技术可清晰地显示胎儿的样貌 (下图)，甚至摄录到胎儿细致如踢脚或转身等动态，实在为准父母带来不少惊喜。外表的缺憾如兔唇、多指甚至细如斑痣等都可以清楚地显示出来。立体成像技术将会成为未来超声波技术研究的重点。
此外，高频的超声波带有强大的振动能。将超声波入射载满水的容器，再放入需要的清洗的对象，水的振动便可去除对象上的尘垢，而不需直接接触对象的表面。眼镜公司替我们洗眼镜时就是用这种方法。如果将高能超声波聚焦，能量甚至足以震碎石块，所以可以用来击碎体内结石，使患者免受手术之苦。
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2. 不少人都看到过高楼顶部的尖尖的避雷针，但是不少人以为“避雷针”就是把雷电“避开”。你知不知道避雷针是怎样工作的？你还知不知道有一种新型的“激光避雷针”？
3. 你关注伊拉克战事吗？当我们在电视上看到中央电视台主持人水均益及时为我们报道伊拉克战况的时候，你想过没有：为什么遥远的中东发生的事情，瞬间就可以用声音和图像传送回来，那么的逼真，那么的清晰！这些，完全得益于卫星和信息科技的进步。现在全世界各个角落发生的新闻，都可以在很短的时间内传遍世界各地，难怪人们现在称呼我们的地球是“地球村”。你知道卫星是如何传输万里之遥的各种信息，完成通信的吗？
4. 天空和太阳的颜色可以反映出大气的污染程度。你知道为什么通过清洁的大气看落日的太阳是灿烂的黄色，天空是蓝蓝的颜色；而在严重污染的空气中看落日往往呈现暗红色？
第20期问题及解答 　
2. 不少人都看到过高楼顶部的尖尖的避雷针，但是不少人以为“避雷针”就是把雷电“避开”。你知不知道避雷针是怎样工作的？你还知不知道有一种新型的“激光避雷针”？
Ans. 雷电是怎样产生的，避雷针又是怎样避雷的呢？
　　大气由于宇宙射线或其它电离现象的作用，会产生正负离子。正负离子能自由运动，这就使空气能导电。当大气各处电位不同时，负离子向正电区运动，正离子向负电区运动，进行正负电荷中和，达到电的平衡。
　　但是，在云层里，情况就不太一样。云是由许多微小的水滴组成的，离子吸附在水滴上，成为球电荷。由于水滴的质量大，行动笨拙；即使是直径只有几个微米的水滴，也是气体离子的一个沉重包袱。所以云里的电荷移动缓慢，不易达到电平衡。在大气电场影响下，正负电荷在云的上下层分别积累。常常是正电荷聚集在云的上层，负电荷聚集在云的下层。
　　当带电的云离地面较近时，云和地形成一个巨大的电容器。云和地各是电容器的一个极，云和地之间的大气就是电介质。雷雨时，两极之间的电压差别很大，能达每米几万伏。
　　当电场强度超过空气的介电强度时，就会把空气击穿，进行放电。放电时，带电粒子撞击空气分子，使空气分子电离。在云和地之间形成一条由电子、离子组成的电的通路。云中的电荷就沿着这条通路入地，这就是我们看到的发自云中而窜入地下的闪电。由于瞬时电流可达几万甚至几十万安培，闪电周围空气的温度达几万度，由于气体的受热，附近气压突然升高到几十以至几百个大气压，巨大的气压向四周爆发时，发出吓人的响声，像爆炸一样，这就是雷鸣。
　　被闪电击中的地方，瞬时能量极大，会使所触及的树木房舍炸裂起火，就像命中一枚炸弹一般。
　　捷径人人爱走，电也是这样，要走电阻最小的通路。避雷针就是竖立在建筑物最高处的一根与地相通的金属杆。杆的上端是尖的，根据电工学中尖端放电的原理，金属尖端形成电阻小的通路，云中的电荷可经避雷针入地，建筑物即可免受雷击。所以，“避雷针”并不是将雷电“避开”，而恰恰是将危及建筑物安全的雷电引入地下从而释放雷电的巨大能量。从这个意义上说，避雷针其实应该叫作“引雷针”。
　　要使巨大的雷电电流顺利入地，安全避雷，避雷针的安装有一定的要求，如接地线要足够粗，最好无接点，即使有接点也应是焊接而不应是压接；接地线应尽量走直，不要弯曲；接地电阻应小于10欧姆，最好小于2欧姆。
　　这种避雷方法是富兰克林发明的，所以叫富兰克林避雷针。这种避雷针的保护范围有似一把没有撑足的伞，它的保护半径只有避雷针安装高度的1-1.5倍。因此，当建筑物很大时，就要在上面装许多支避雷针。特别是平顶的大建筑群，避雷针排列成行，宛如针林一般。
　　如何提高避雷针的效能呢？人们发现，合适的激光可以把空气电离，产生一条由正电荷所组成的导电通道，负电苛便会乖乖地沿着这条通道传到传统避雷针入地。这种方法可以更有效地诱导云层的电苛通过避雷针放电，从而大大提高了传统避雷针的效率。现在，物理学家正研究如何利用紫外线激光来使两个电极放电﹔他们以高电压的电极来仿真雷电产生时的情形，并已成功用激光把两个相隔一段距离的电极放电。
　　此外，早在1914年，匈牙利物理学家爱尔·齐拉特已发现利用放射性物质能使空气电离的原理可以增强避雷效能。近年来随着同位素技术应用日益普及，许多先进国家，研制出了放射性同位素避雷针。
　　在欧州雷电最频繁的意大利和西班牙半岛上，许多易受雷电影响的建筑，如无线电发射台、变电站、燃料油或天然气贮存库、军工厂、核工厂都装置了这种新型的避雷针。对一些有保存价值的古代遗迹，如雅典的卫城、西班牙的参坦达纪念碑，也采用了这种新型的避雷针。
　　我国广州的石油化工厂、南京的栖霞山化工厂、四川的维尼伦厂等也采用了放射性同位素避雷针。北京的长城饭店也已采用。
　　激光避雷针、放射性同位素避雷针的避雷原理与富兰克林避雷针的原理是一样的。所不同的是新型避雷针依靠激光或放射性同位素发射的射线使避雷针附近的空气大量地电离，主动地打开一条与云中电荷相通的电的通路；而富兰克林避雷针的尖端只能产生少量的离子。
3. 你关注伊拉克战事吗？当我们在电视上看到中央电视台主持人水均益及时为我们报道伊拉克战况的时候，你想过没有：为什么遥远的中东发生的事情，瞬间就可以用声音和图像传送回来，那么的逼真，那么的清晰！这些，完全得益于卫星和信息科技的进步。现在全世界各个角落发生的新闻，都可以在很短的时间内传遍世界各地，难怪人们现在称呼我们的地球是“地球村”。你知道卫星是如何传输万里之遥的各种信息，完成通信的吗？
Ans. 自从1957年人类发射了第一颗人造地球卫星（前苏联）后，利用卫星进行全球通信的课题就提到了议事日程。卫星通信属于无线通信，在没有人造地球卫星之前，无线通讯和广播都是利用无线电波中的长波、中波和短波进行远距离信号传送，但长波远距离传输需要大功率发射机；中波由于大气电离层反射的特点，传播距离不会很远；短波虽然可以小功率发射机传播几千公里之遥，但工作很不稳定，受太阳活动影响很大。更短的微波只能沿直线传播，由于地球是球体，因为地面曲率的缘故，早期的电视广播都要建一个很高的电视发射塔，还要在接收地树立高高的接收天线！后来用微波接力的方式，虽然可以部分解决微波只能传播视界距离的问题，但几十公里一个的微波“接力塔”耗资巨大，维护管理也较困难。只有在人类发射成功地球同步卫星之后，全球通信才渐渐变成了现实。
　　1963年2月和7月美国发射了"Syncom"号和"同步2号"卫星，分别进行宽带压缩等试验， 1964年8月美国又发射了"同步3号"卫星，成功转播了东京奥委会的实况，但以上这些卫星通信都属试验性质。
　　1965年4月美国发射了"晨鸟"号同步卫星，真正意义上的同步卫星通信由此开始进入实用化的时代 。
同步卫星通信作为越洋国际通信的主要手段，已经历了近40年的发展历程，从第一代发展到了今天的第八代，目前，世界各国共有300多颗同步卫星在360°的静止轨道上运行，承担着电话、电视、传真、数据、广播等通信。
所谓地球同步卫星，即是将卫星发射到赤道上空离地面约36000km高空（距地心约42000km），并使卫星绕行方向与地球自转方向一致，这时卫星的自转周期也就与地球自转周期相同，因此在地面上看来，卫星就好象“悬在”空中不动一样，所以又叫“静止卫星”（相对静止），这样，从地面发射无线电信号到36000km高处的卫星上，再由卫星传送回地球，一次“跨越”就可跨过一万多公里（见上图）。
由于地球同步卫星距地面很高，每颗同步卫星的电波能够覆盖超过地表三分之一的经度（即超过120°的经度），所以只需要3颗地球同步卫星就可实现全球通信和广播了（可参考本栏目第05期对04期第4个问题的解答）。
但是，同步卫星轨道只有赤道上空36000km处一条，如果在360°的赤道轨道上布放120颗卫星，那么卫星之间的间隔便只有3°，如果布放360颗卫星，那么卫星之间的间隔只有1°了，这表明，在36000km高的同步轨道上，两星间的距离仅有700多公里。卫星间隔过小，无论是地球站对相邻卫星还是相邻卫星对地球站，都难以避免相互间的干扰。
地球同步卫星虽然实现了人类全球通信、广播之梦，但它也有着自身的不足：首先，由于卫星轨道过高，无线电波虽然以光速传播，由于距离过远，难免有“时间延迟” 现象，若以一次传播计算，上、下行的总传播距离大约80000km，传播的时间延时将达0.2～0.3ｓ，如果考虑到有时还可能要在两颗同步卫星之间作信号中转，则延时可能在0.5ｓ以上，这在某些时候是无法容忍的！其次，同步卫星轨道在赤道上空，这就注定了在接近两极的高纬度地区无法覆盖，这在某些应用领域比如极地探险和军事应用上是无法满足要求的。
由于地球同步卫星的自身弱点，特别是在通信领域，人们的注意力逐渐又注意到较低的轨道卫星通信上来。这一趋势始于1990年，当时摩托罗拉公司提出要研制并在低地轨道上部署77颗卫星的铱卫星系统。随后又出现了许多其它低地轨道系统方案，如劳拉公司与卡尔通信公司提出的全球星系统、中地轨道的奥德赛系统以及移动通信控股有限公司提出的采用几种不同类型轨道的伊利普索系统等。最近又出现了国际海事卫星Ｐ中地轨道方案以及由800多颗工作星组成的特里德西克低地轨道系统方案。特别是美国于1994年正式建成投入使用的GPS全球定位系统的成功应用，将中、低轨非静地通信卫星的应用推到了极致（本栏目将专题介绍）。
相信随着科技的进步，人们最终将会找到更为理想的全球通信和广播方式。
　
4. 天空和太阳的颜色可以反映出大气的污染程度。你知道为什么通过清洁的大气看落日的太阳是灿烂的黄色，天空是蓝蓝的颜色；而在严重污染的空气中看落日往往呈现暗红色？
Ans. 自然界中绚丽多彩的晚霞和日出东方时的壮丽景象是任何一位艺术家都难以描绘的。但是很少有人知道，我们目睹的大部分颜色是污染造成的。城市的落日和空气清新的乡村落日是不同的。
　　在非常洁净、未受污染的大气中，落日的颜色特点鲜明。太阳是灿烂的黄色，同时邻近的天空呈现出橙色和黄色。当落日缓缓地消失在地平线下面时，天空的颜色逐渐从橙色变为蓝色。即使太阳消失以后，贴近地平线的云层仍会继续反射着太阳的光芒。因为天空的蓝色和云层反射的红色太阳光融合在一起，所以较高天空中的薄云呈现出红紫色。几分钟后，天空充满了淡淡的蓝色，它的颜色逐渐加深，向高空延展。但在一个高度工业化的区域，当污染物以微粒的形式悬浮在空中时，天空的颜色就截然不同了。圆圆的太阳呈现出桔红色，同时天空一片暗红。红色明暗的不同反映着污染物的厚度。有时落日以后，两边的天空出现两道宽宽的颜色，地平线附近是暗红色的，而它的上方是暗蓝色。当污染格外严重时，太阳看上去就像一只暗红色的圆盘。甚至在它达到地平线之前，它的颜色就会逐渐褪去。
　　为什么在洁净的空气中太阳呈现出黄色，同时天空呈现出蓝色呢?在19世纪末期，英国物理学家瑞利在1871年首先对此作出了解释。在地球表面的人是透过经空气散射的太阳光来看天空的。在洁净的、未受污染的大气中，大部分的散射是空气中的分子(主要是氧和氮分子)引起的，这些分子的大小比可见光的波长要小得多。瑞利理论指出，散射光强和波长的四次方成反比(Ｉ∝１／λ4)，在这种情况下，散射主要影响波长较短的光。因为蓝色位于光谱的后面，所以天空本身呈现出蓝色。太阳光直接穿透空气，在散射过程中它失去许多蓝色，所以太阳本身呈现出灿烂的黄色。
　　根据瑞利的理论，当光波波长减少时，散射的程度急剧加强。所以光波波长最短的紫色光应该散射最强，靛青、蓝色和绿色的光散射要少得多。那么为什么我们看见的是蓝天，而不是紫色和靛色的天空呢?原来当散射光穿过空气时，吸收使它丧失了许多能量，波长很短的紫光和靛光虽然在穿过空气时，散射很强烈，但同时它们也被空气强烈地吸收，阳光到达地面时，所剩的紫色和靛色的散射并不多。我们所目睹的天空颜色是光谱中蓝色附近颜色的混合色，它们呈现出来的就是蔚蓝天空的颜色。
除了散射外，太阳光还被空气中的臭氧分子和水蒸气所吸收。因为空气层散射和吸收的共同作用，最终到达地面的太阳光消耗了许多能量。正因为早晨和傍晚，太阳光经过空气的路程长，能量损失过多，所以我们可以欣赏壮丽日出和美丽的日落景色。而在白天，阳光在大气中经过的路程短，它的能量损失少，这时用肉眼直视太阳会使人头晕目眩，是很危险的。在太阳刚刚落山前，你会看到太阳圆盘的周围有一圈灿烂的红色光环。这个光环是太阳光被远大于空气分子的灰尘颗粒--通常它们是悬浮在地球附近空中的--折射的结果。这个光环看上去从太阳圆盘的中心向外延伸了大约3倍。因为光环延伸的角度取决于光波波长和微粒的大小，所以估计折射的颗粒直径大约为尘埃颗粒的大小。如果一阵大雨在落日前清洗了一遍空气的话，在落日时通常就看不到这个光环。瑞利未能明确地解释受污染的空气问题。虽然他的理论指出了光的散射强度将随着散射颗粒的增大而急剧增强，但它只适用于比光波波长小得多的微粒，对于直径超过0.025毫米的颗粒（例如空气分子）就不适用了。在当今的工业社会，污染物通常是悬浮的微粒，它们由直径从0.01到10毫米不等的微粒组成。瑞利的理论不能解释这种情况。后来，戈什塔夫·米证明了大粒子的散射取决于粒子线度与波长的比值，并于1908年提出了一个更为普遍的理论，它所覆盖的颗粒大小范围更大。这个理论指出，如果空气中有足够大的颗粒，它们将决定散射的情况。米氏的散射理论可以解释我们看见的城市天空的景象，颗粒越大，散射越多，同时散射的效果取决于波长。散射不仅在光谱的蓝色区域强烈，而且在绿色到黄色部分也很强。
　　所以，穿过了受到很多污染的空气层的太阳光的强度削弱了许多，太阳看上去更红一些，它已经失去它的蓝色、黄色和绿色成分。除了散射外，像臭氧和水蒸汽还会额外地吸收光能。结果圆圆的太阳呈现出黯淡、桔红的颜色。那么在受污染的空气中，天空本身的颜色又如何呢?悬浮在空中的污染物，时间一久便会聚集成层，较大的颗粒在地面附近形成了较浓密层。当太阳光穿透这些层时，它逐渐褪色，呈现出桔红色。散射的光失去了大量波长较短的光波，结果主要是红光得以穿透。天空呈现出暗红色；因为散射的红光要穿过空气层中较低的、愈来愈浓密的空气，所以在地球表面附近红色越来越浓。你所看到的落日的类型主要取决于你所处的地方。在地面上，落日的亮度和颜色取决于季节和当地每天的大气状况。人在高处所看见的日出和日落的景色完全不同。有时日落后，站在平台上的观察者能看到贴近两面地平线的一小部分空气散射的阳光。
　　日出时，在太阳升起之前，散射的光便可以看见，而对于落日而言，天空的颜色取决于大气状况。日出之前天空中呈现的鲜艳的颜色，例如橙黄色、紫色和深蓝色，表明东面的大气相对而言没受污染。一旦太阳升起来，大部分天空变成了蓝色，只有在贴近地面的部分呈现出一段狭窄的橙色和黄色。
　　傍晚的天空能揭示出大气受污染的情况。天然的"污染"也会影响天空颜色，尤其是火山喷发出的大量的灰尘、热气体和水蒸汽进入大气时。灰尘的颗粒和其他一些微粒最终在离地面15千米到20千米之间的地方聚集成层。这个空气层散射太阳光的效果格外明显，绚丽多彩，太阳呈现出蓝色或绿色，尤其是在黄昏时分，火山喷发几年之后还能看到这种景象。
　　这些引人入胜的景色并不能弥补污染的危害，无论污染是天然的还是人为的。但至少污染物颗粒通过绚丽多彩的天空颜色的微妙变化显示了它们的存在。城市日落一旦出现暗红色，那便是对我们的警告。我们应当禁止污染物排入大气，只有这样，才能保证我们的子孙后代能够继续欣赏到明朗的天空。
Questions　（答案见下期）
1. 环境污染知多少？现代人们对环境和自身的保护意识不断加强，对各种环境污染的认识也越来越深刻全面，不过，以前人们认为所谓“污染”主要就是食物不卫生，身体和衣物弄脏了，随地吐痰等。环境的污染就仅仅是这些吗？请看：－>>
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环境污染知多少？
一、空气污染
大气污染，被称为社会一大公害。能见度的降低，其中一个原因是阳光被空气中的微粒和二氧化氮所散射和吸收。由于其它自然因素的影响，能见度的降低并不一定表示空气受到严重污染。而且，如果我们长期吸入过量含污染物的空气，我们会感到不适并对健康造成长期不良的影响。
　　空气清新的重要。人类是要依靠空气来维持生命的，没有空气就没有了动物、植物，也没有风、云、雨和声音。好的空气质素可以令我们每次能吸入健康、清洁的空气。换句话说，差的空气会令外来的污染物质进入肺里，而这些物质会慢慢地毒害我们的身体。
人们在家里度过的时间平均在60%以上，香烟烟雾是家庭居室的主要污染源。在此次受调查的家庭中，有近80%的家庭里有成员吸烟，也就是说，有近80%的儿童在被动吸烟。
　　家庭燃煤产生的污染和烹调时的油烟是中国家庭室内空气污染的特产。家庭燃煤产生可吸入颗粒物、二氧化硫、甲醛、挥发性有机物、多环芳烃等多种污染物，在冬天污染会更加严重。比较各类儿童呼吸系统疾病，用燃煤的家庭的发病率普遍比不用燃煤的家庭高得多。厨房污染严重的家庭，儿童感冒咳嗽的发病率超过50%，父母呼吸系统的发病率也呈相同趋势，但变化不如儿童明显。儿童对室内空气污染比较敏感，相对于成人更容易受到伤害。
??兰州、重庆、广州、武汉4地的主要污染物虽不同，但每个城市对人体危害最大的都是颗粒物污染，尤其是细颗粒物进入人体呼吸道，在肺部沉积，又通过肺泡进入血液，这是儿童患感冒、咳嗽、支气管炎、哮喘病的重要因素。
??此外，城市空气中的二氧化硫、氮氧化物也会引发感冒咳嗽和支气管炎。调查证明，城区儿童患呼吸系统病症的比例高于郊区儿童，城里的爸爸妈妈也比郊区人容易患呼吸系统疾病。污染程度越严重，儿童肺功能异常率就越高。严重的空气污染可以使儿童肺功能异常的危险增高30%～70%。
越是交通发达的国家，由汽车尾气排放的污染物越严重，已成为污染大气的罪魁，激起了社会公愤。
　　科学分析发现，汽车尾气中有上百种不同化合物，当中污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。一辆轿车一年排出有害废气比自身重量大3倍，汽车尾气中的一氧化碳与血液中的血红蛋白结合的速度比氧气快250倍。所以，即使有微量一氧化碳的吸入，也可能给人造成可怕的缺氧性伤害。轻者眩晕、头痛，重者脑细胞将受到永久性损伤；氮氧、氢氧化合物会使易感人群出现刺激反应，患上眼病、喉炎，尾气中氮氢化合物所含苯并芘是致癌物质，它是一种高散度的颗粒，可在空气中悬浮几昼夜，被人体吸入后不能排出，积累到临界浓度便激发形成恶性肿瘤。
近几年来，我国汽车产业迅速发展，社会保有量在1400万辆以上。汽车主要集中在城市，成为城市的大气污染物的主要来源。一些城市地区出现的光化学烟雾，重要原因就是汽车排放的碳氢化合物和氮氧化合物，通过阳光紫外线作用，形成有毒烟雾。其突出的危害是刺激人体眼睛和上呼吸道粘膜，引起发炎，严重的引起哮喘，头疼、肺气肿等疾病，甚至使视力和中枢神经等受到损害。
　　据各地监测分析，汽车尾气排放量已占大气污染源85％左右。如北京市中心区二氧化硫浓度日超标率达10%至15％，一氧化碳和氮氧化合物浓度日超标率达60％至70％，最大浓度时大气污染超过国家二级标准1至3倍。上海市机动车排放的碳氢化合物占总排放量56％以上：氮氟化合物占20％以上：四川机动车每年排放一氧化碳142万吨、其他有害物超过60万吨，80％的一氧化碳和90%的氮氢化合物等，均来自机动车排放。这表明，治理大气污染，治理汽车尾气是重中之重。
　　根据现代科技水平和国外的一些做法，采用气体燃料，推进"清洁"生产，是目前降低汽车尾气污染较为理想的办法。由于气体燃料含硫、氮等杂质少，燃烧完全，可以显著减少汽车污染物徘放，受到世界各国欢迎。据有关资料显示，目前世界上燃气汽车用液化气消费量一年已达500万吨以上，燃气汽车达到520万辆。日本90％的城市出租车已改用液化气作燃料。
　　近两年来，我国燃气汽车发展迅速，到1997年，全国有800多辆燃气汽车，而目前已增加到4500多辆，建立的天然气和液化石油气站也由最初的10多座发展到68座。为进一步推动燃气汽车发展；我国成立了由科技部、国家计委、公安部等有关部门组成的全国燃气汽车工作协调领导小组，并确定北京、上海，重庆、海口、西安、哈尔滨、乌鲁木齐、深圳和四川绵阳等9个城市为"燃气汽车推广应用试验示范城市"。种种迹象表明，我国燃气汽车发展已进入一个新的阶段。
发展中的燃气汽车被称为环保汽车、绿色汽车，受到各地的高度重视，研制、改装、推广、应用力度愈益加大、近年来，北京市出台19项防冶大气污染的紧急措施，重点控制煤烟、气车和扬尘污染，在公交车、出租车大力推广燃气汽车，并加紧建设燃气站。上海市已加大投入，计划今年新建加气站台70座；在已改装3000多辆出租车燃气装置的基础上，加快改装、推广步伐，将在4年内使全市4万多辆出租车实现燃料气化。成都市已治理汽车尾气污染达标5000多辆。从今年起，成都，绵阳、德阳作为四川3个汽车燃料气化示范市，公交革，出租车、环卫车必须在2年内改装成天然气汽车。广州，昆明、贵阳、西安、哈尔滨等一大批城市，都在加大汽车尾气治理，大力推广使用燃气汽车。
二、食品污染
凡危害人体健康的物质包括生活病原体、有毒化学物质及放射性物质等，通过各式各样的环节进入食品的过程，统称食品污染。食品污染可发生在食品的生产、加工、贮存、运输、销售、烹调直至食用等多个环节。根据污染物的性质，通常分为三大类：
　　（1）生物性污染 ①细菌性污染：常见的有沙门菌、变形杆菌、肉毒杆菌、金黄色葡萄球菌等，主要污染食品为变质的肉、蛋、奶、豆制品、发馊的饭菜或冷饮，肉毒杆菌污染的火腿、腊肉、罐头、臭豆腐等；②霉菌性污染：常见有黄曲霉毒素等，污染的食品主要为霉变的米、麦、花生、玉米等；③寄生虫性污染：常见有缘虫污染的猪肉、牛肉，姜片虫和肺吸虫的卵、囊蚴污染的荸荠、蟹、虾等；④病毒性污染，如甲型肝炎病毒污染毛蚶。
　　（2）化学性污染 ①农药残留：包括谷物、蔬菜、水果、蛋、奶、肉等食品中残留的有机磷农药、有机氯农药、有机汞农药等；②亚硝胺类化合物污染：腌渍食物如腊肠、火腿、腌菜等；③金属及类金属污染：如甲基汞污染鱼类、贝类；④误食：我国曾发生多起将亚硝酸纳误当食盐而致的中毒事件，也曾发生灭鼠药（氟乙酸钠）污染食品而中毒死亡案例多起。
（3）放射性污染 发生在核武器爆或地爆时，放射性灰尘落于食品表层而污染，如1986年4月26日，前苏联切尔诺贝利核电站事故，造成大范围核污染，污染区内的蔬菜、水果、粮食、肉类、蛋、奶类等，在一定时间内均不能食用。
三、水质污染
水质污染的影响几乎遍及所有水体。
当水中的有害物质超出水体的自净能力时，这就是发生了污染。这些有害物质包括农药、重金属及其化合物等有毒物质，有机和无机化学物质，致病微生物、油类物质、植物营养物，各种废弃物和放射性物质等。水污染的来源主要是未加处理的工业废水、生活废水和医院污水等。
　　水质污染对人类健康的危害极大。污水中的致病微生物、病毒等可引起传染病的蔓延。水中的有毒物质可使人畜中毒，一些剧毒物质可在几分钟之内使水中的生物和饮水的人死亡，这种情况还算比较容易发现。最危险的是汞、镉、铬、铝等金属化合物的污染，它们进入人体后造成慢性中毒，一旦发现就无法遏止。据世界卫生组织（WHO）调查，世界上有70％的人喝不到安全卫生的饮用水。现在世界上每年有1500万5岁以下的儿童死亡，死亡原因大多与饮水有关。据联合国统计，世界上每天有2.5万人由于饮用污染的水而得病或由于缺水而死亡。
水污染给渔业生产带来巨大的损失。严重的污染使鱼虾大量死亡；污染还干扰鱼类的洄游和繁殖，造成生长迟缓和畸形。鱼的产量和质量大大下降。还有许多水产品因污染而不能食用，许多优质鱼也濒临灭绝。污水还污染农田和农作物，使农业减产。污水对运输和工业生产的危害也很大，它严重腐蚀船只、桥梁、工业设备，降低工业产品的质量。水污染还造成其他环境条件的下降，影响人们的游览、娱乐和休养。
中国主要河流有五万公里长，根据联合国粮农组织的报告，80％的河流水质遭到破坏而不能再维持鱼类生存。由于城市和河流上游企业，包括高污染的造纸厂、制革厂、炼油厂和化工厂等排放的有毒物质的污染，黄河水目前含有众多重金属和其它有毒元素，使得在其他流经的许多地方，黄河水已不适于灌溉，更不用说供人类消费了。
随着工业化的速度超过污染控制手段的发展，越来越多的河水变得不适于灌溉。在人口稠密、高度工业化的长江流域，也许不是取水用于工业威胁到农业用水，而是长江水被工业污染得不再适用于农业灌溉。
湖泊和海湾的污染也相当严重。就是地下水也难逃厄运。
海水的污染也越来越严重，经常出现海藻迅速繁殖的情况（如红潮），使海水含氧量大减，以致杀死水中生物。
水质污染的影响，包括温度过高以至灼死生物；藻类因养分过多而急速繁殖及死亡，引至水体溶解氧不足，令水中生物相继死亡；过量的废物淤塞河道；当井水或泳滩海水的细菌超越某一限度时，即会使人感染致病。
污染的河流或港湾，时常臭气横溢；较严重的更是黑不见底，不断冒出气泡（甲烷），水中了无生物。
漏油对环境的影响。石油从船侧出来以后，开始向着沿海扩散，部份石油会蒸发。石油中的一些成分蒸发出去从，它变得更加粘稠。受到波浪的搅动，这种粘稠的石油娭笮一种水油性混合乳剂，称为乳脂冻。一些脂冻被海水冲到岸上，另一些则沉入海底，以后，海面上的乳脂冻分裂为烤饼大小的一块块，再分裂成焦油球。
有些海鸟在表面有浮油的海水上降落或在水中游泳时弄得满身油污，另一些则是在石油被冲到岸上从弄脏的。油污破坏了鸟类的保暖功能，所以身上沾上石油的鸟类会迅速被冻死。
海洋哺乳动物也是漏油的早期受害者之一，其中特别容易受危害的是海獭。和其它动物不同的是，海獭没有自我保护的脂肪层，它们只靠身上的皮毛中的空气保暖。而粘在身上的石油使皮毛不能发挥保护的攻效，就是这样活活的被冻死了。
漏油的后遣症就是破坏了食物链。石油杀死了靠近食物链底部的浮游动物，一些动物和鱼苗等幼鱼是以浮生物为食的，浮游动物减少，许多鱼苗被饿死，能够活到成熟期的成熟鱼也就减少了，这样，以鱼苗及这些成熟鱼为生的更大型捕食者的食物缺乏，数量亦随之下降。与此同时，海洋哺乳动物的数目也将减少。
鱼类和贝类也是漏油的受害者。一些鱼类和贝类会因油中毒而立即死亡；而另一些虽然活下来，但它们的肉已变得有毒，其它的动物吃了这些肉就会中毒。石油还会沉入海壮，杀死鲑的卵和螃蟹的幼虫，以及其它动物卵和幼虫。
四、废物污染
大都市的环境都受着不同的污染问题，废物污染就是其中一种。
固体废弃物，通常指人类在生产与生活过程中所扬弃的各类固体物体和泥状物质。按其组成可分为有机废物和无机废物；按其形态可分为固体(块状、粒状、粉状)和泥状的废弃物；按其来源可分为工业废弃物、矿业废弃物、城市垃圾、农业废弃物和放射性废弃物等；按其危害特性可分为有害和无害废弃物。就拿城市垃圾城市的污染来说吧，在18世纪中叶，世界人口仅有3%住在城市。到1950年，城市人口比例占29%。1985年，这个数字上升到41%。预计到2025年，世界人口的60%将住在城市或城区周围。这么多人住在或即将住在城市，而城市又是人口高度集中、环境被大大人工化的地区，城市垃圾所产生的污染极为突出。产生垃圾一般是指城市居民的生活垃圾、商业垃圾、市政维护和管理中产生的垃圾，而不包括工厂所排出的工业固体废物。产生垃圾的数量在全球范围内是惊人的。
固体废物若不经一定处理和处置，长期堆存不仅占用大量土地，而且会造成对水体和大气的严重污染和危害。
有害固体废物长期堆存，经过雨雪淋溶，可溶成分随水从地表向下渗透，向土壤迁移转化，富集有害物质，使堆场附近土质酸化、碱化、硬化，甚至发生重金属型污染。例如，一般的有色金属冶炼厂附近的土壤里，铅含量为正常土壤中含量的10-40倍，铜含量为5-200倍，锌含量为5-50倍。这些有毒物质一方面通过土壤进入水体，另一方面在土壤中发生积累而被植物吸收，毒害农作物。
工业固体废物和城市垃圾在雨水、雪水的作用下，流入江河湖海，造成水体的严重污染与破坏；如果将工业固体废物或城市垃圾直接倒入河流、湖泊或沿海海域，会造成更大的污染。我国每年大约有1000多万吨固体废物倾倒在江、河、湖泊，污染水体，使湖泊面积减少。
此外，工业固体废物与城市垃圾在堆放过程中，在温度、水分作用，某些有机物质发生分解，产生有害气体；一些腐败的垃圾废物散发腥臭味，造成对空气的污染。例如，我国有些煤矿堆积如山的煤石发生自燃时，火势蔓延，难以扑灭，并入出大量SO2气体，污染环境。
我国工业固体废物每年产生量约8.0亿吨，排入量约7.0亿吨，历年累积堆放达65.0亿吨左右，其中危险废物约占5%。目前工业固体废物约占5%。目前工业固体废物的综合利用率只有45%，其余大都堆存在城市工业区和河滩荒地上，风吹雨淋成为严重的污染源，并使污染事件不断发生，造成严重后果。
电子垃圾是困扰全球的大问题。特别是发达国家，由于电子产品更新换代速度快，电子垃圾的产生速度也更快。据统计，德国每年要产生电子垃圾180万吨，法国是150万吨，整个欧洲约600万吨。而美国更惊人，仅淘汰的电脑很快将达到3亿-6亿台。
我国人口多，而且随着生活水平的提高，家电等电子产品普及率会进一步上升，更新换代速度也会逐步加快，今后电子垃圾带来的压力会非常突出。据国家统计局统计，目前我国电视机的社会保有量达到3.5亿台，冰箱、洗衣机也分别达到1.3亿和1.7亿台。这些电器多数是20世纪80年代中后期进入家庭，按照10-15年的使用寿命，从2003年起，我国每年将至少有500万台电视机、400万台冰箱、500万台洗衣机要报废。此外，近年来我国电脑、手机的消费量激增。目前全社会电脑保有量近2000万台，手机约1.9亿部。而电脑和手机的更新速度远快于家电产品，目前约有500万台电脑上千万部手机已进入淘汰期。
电子垃圾不仅量大而且危害严重。特别是电视、电脑、手机、音响等产品，有大量有毒有害物质。比如电视机的显像管含有易爆性废物，阴极射线管、印刷电路板上的焊锡和塑料外壳等都是有毒物质。而电脑更厉害，制造一台电脑需要700多种化学原料，其中50%以上对人体有害。据专家介绍，一台电脑显示器中仅铅含量平均就达到1公斤多。如果对电子垃圾简单采用传统的填埋或焚烧方式处理，对环境、土壤的破坏难以估量。
大量的废旧农用薄膜、包装用塑料膜、塑料袋和一次性塑料餐具（以下统称为塑料包装物）在使用后被抛弃在环境中，给景观和生态环境带来很大破坏。由于废旧塑料包装物大多呈白色，因此造成的环境污染被称为"白色污染"。
目前，我国光是每年扔弃在铁路沿线的塑料快餐盒就达 8 亿多只，加上城市快餐业的发展，每年废弃量达 100 亿只之多，其中 80% 以上未经回收，被大量的散落在环境中，重量在 8 万吨以上。
我国市场上目前大量使用的塑料制品都是不可降解塑料，以发泡聚苯乙烯、聚乙烯或聚丙烯为原料，分子量达 2 万以上。只有分子量降低到 2000 以下，才能被自然环境中的微生物所利用，变成水和其它有机质，而这一过程需要 200 年；如果将其填埋，将会影响农作物吸收养分和水分，导致减产；对其焚烧会释放出多种化学有毒气体，其中有一种叫二恶英的化合物，毒性极大，即使在摄入很小量的情况下，也能使鸟类和鱼类出现畸形和死亡，对生态环境造成破坏，同时对人也有很大危害。
五、放射性污染
放射性污染是指环境中放射性物质的放射性水平高于天然本底或超过规定的卫生标准。放射性污染物主要指各种放射性核素，其放射性与化学状态无关，每一放射性核素都能发射出一定能量的射线。放射性核素排入环境中后，造成对大气、水、土壤的污染，可被生物富集，使某些动、植物特别是一些水生生物体内的放射性核素可比环境中的增高许多倍。
　　环境中的放射性核素的来源有天然性的和人为性的两种。人类环境中存在着铀、钍族元素和钾40等天然放射性物质，加上宇宙辐射线一个人每年受到大约100毫雷姆的放射性辐射称自然本底辐射。人为性的主要是核武器试验而产生的沉降物，仅1961－1962年一年之间就达337兆吨，造成了全球范围的环境污染，其它的如核燃料的开采与加工、核反应堆的泄漏、核燃料的再处理等加剧了环境的放射性污染。
　　放射性物质对人体的健康危害是很大的，一次性受到大量的放射线照射可引起死亡，如二战期间原子弹袭击使广岛、长崎成一片废墟。受到较大剂量的放射性辐射后经一定的潜伏期可出现各种组织肿瘤或白血病。辐射线破坏机体的非特异性免疫机制，降低机体的防御能力，易并发感染、缩短寿命。此外放射性辐射还有致畸、致突变作用，在妊娠期间受到照射极易使胚胎死亡或形成畸胎。
放射性污染对人群健康的危害是很大的，因此必须加强对各种放射性"三废"的治理与排放的管理，制订放射性防护标准，加强对放射性物质的监测，以减少环境的放射性污染。此外应加强个人防护，尽量远离放射源，必要时穿防护服。
六、光污染
光污染是指过量的光辐射对人类的生活和生产环境造成不良影响的现象，主要指可见光污染，又叫噪光。可见光污染比较多见的是眩光，如汽车头灯等。目前由于城市中高楼建筑大量使用玻璃幕墙而使市区内到处充斥着眩目的噪光。光污染的另外一种形式 -- 视觉污染，指城市环境中杂乱的视觉环境，如杂乱的电线、电话线、垃圾废物、乱七八糟的货摊以及五颜六色的广告招贴等。激光污染也是光污染的一种特殊形式，近年来由于激光在医学、生物学、物理学、化学、环境监测、天文学以及工业等多方面的应用日益广泛激光污染也越来越受到人们的重视。
光污染主要损伤人体的视觉系统，长期暴露于强光下，使视觉敏锐度降低、视力下降。其中以激光对眼睛的损伤最大，可累及眼结膜、虹膜和晶状体甚至损伤深层组织和神经系统。此外，视觉污染可使人情绪低落、心情烦闷等从而影响身心健康。光污染的防护主要有：加强城市规划和管理减少光污染的来源；加强对激光的管理，采取必要的防护措施；搞好个人防护等等。
七、噪音污染
噪音污染是任何不想听的声音，这些声音会使人烦噪。噪音污染和大气污染、水污染并列为三大污染，但是噪音污染却不如后两者那样受到重视。
噪音对人体的损害
　　心理的：神经紧张、暴躁、精神不集中
　　生理的：血压增高、心跳加速、听觉不灵 　
　　世界卫生组织曾就全世界的噪音污染情况进行了调查，结果显示，美国及发达国家的噪音污染问题越来越严重，在美国，生活在85分贝以上噪音污染环境中的居民人数20年来上升了数倍；在欧盟国家，40%的居民几乎全天受到交通运输噪音污染的干扰，这些居民相当　　在发展中国家的一些城市，噪音污染问题也已相当严重，有些地区全天24小时的噪音达到75至80分贝……世界卫生组织认为，全球噪音污染已经成为影响人们身体健康和生活质量的严重问题，呼吁各国积极采取有效措施予以控制减少噪音。
　　飞机的噪音使南极企鹅等海鸟的心跳加快早已成定论。本月初，美国海军和国家海洋渔业署首次承认海军声纳研究产生的强烈声纳干扰导致了海洋哺乳动物的触礁与死亡。同样，噪音对人类的伤害也不可低估。噪音污染不但能够影响人的听力，而且能够导致高血压、心脏病、记忆力衰退、注意力不集中及其它精神综合征。研究表明，人听觉最高可以接受30分贝的音量，当室内的持续噪音污染超过30分贝时，人的正常睡眠就会受到干扰，而持续生活在70分贝以上的噪音环境中，人的听力及身体健康将会受到影响。最新科学研究证实，噪音还会伤害人的眼睛，引起视力疲劳和视力减弱。当噪音强度在90分贝时，约有一半的人会出现瞳孔放大，视物模糊；当噪音达到或者超过110分贝时，几乎所有人的眼球，对光亮度的适应都有不同程度的减弱。这就是为什幺长时间生活在噪音环境中的人，特别容易发生眼疲劳、眼胀痛、眼发花，以及视物流泪等多种眼损伤现象的缘故。
一般来说，大家对外界噪音，比如交通工具、工程施工和工业生产等产生的噪音意见较大，但是这些噪音不是我们个人能控制的。相反，对我们能控制的、自己家里的噪音却又往往忽略了。家庭噪音污染来自冰箱、电脑等家用电器，随着每个家庭电器的不断增多，其噪音污染也不可小视。现在家用和商业用空调越来越普及，但空调的排风扇的噪声也严重地污染着环境，上海市某街道的居民就因为不堪忍受这种噪声的骚扰而曾提起过法律诉讼。
据科学家测定，电视机、家庭影院、组合音响等所产生的噪音，可达60至80分贝；洗衣机为42至70分贝；电冰箱为32至50分贝。而国家有关标准规定，居民区的环境噪音，白天不能超过50分贝，夜间则应低于40分贝。倘若超过这个标准，便会对人体构成危害，特别是孩子，更要提防噪音。　
噪音有损人体的听觉器官。医学专家研究认为，家庭噪音是造成儿童聋哑的病因之一。据临床医学资料统计，若在80分贝以上噪音环境中生活，造成聋哑的可能性达50%。同时，噪音是影响儿童智力和身体发育的大敌。据研究资料表明，处在吵闹环境中生活的儿童，其智力发育要比在安静环境中低20%；营养学家研究发现，噪音不仅会使人体的免疫功能下降，还能使人体中的维生素C、B1、B2、B6、氨基酸、谷氨酸、赖氨酸等营养物质的消耗量增加，这对儿童的生长发育造成恶劣影响。
近来因为噪音污染导致的纠纷越来越多:如果上诉失败，英国政府需向居住在希思罗机场附近饱受夜航班机噪音之苦的10万-50万名居民进行赔偿，赔偿总额将高达20亿英镑；河南2万多只老鳖被施工噪音"吵死"之事，至今悬而未决……近20年来，全球噪音污染一直有增无减--
两万多只老鳖被噪音吵死？--听起来有点骇人听闻，但可不是空穴来风。据《大河报》报道："在许昌市魏都兴农食用菌场，工作人员向记者介绍，1999年1月到7月，许昌市健康路东段工程施工时，由于施工的大型机械噪音太大，导致在路边的食用菌场里的老鳖死亡2万多只，经济损失160多万元。同年夏天，他们邀请省水产科学研究所和许昌市渔政监督管理站等单位的技术人员，对老鳖的死因进行了鉴定。技术人员们认为，该食用菌场养殖的中华鳖，习性喜静怕惊，修路的噪音使老鳖长时间处于强应激状态，是导致老鳖大批死亡的主要因素。随后，该食用菌场拿着这几份鉴定报告，多次找到工程的主管单位许昌市东城区管理委员会要求赔偿。东城区管理委员会副主任姚书亮在接受记者采访时承认修路的噪音对老鳖有影响，但是能否造成老鳖大批死亡，尚不能肯定，仅凭几个技术人员的鉴定是不够的。他认为，政府给予适当的补偿是可以理解的，然而食用菌场不应该狮子大开口，这样不利于问题的早日解决……"双方在赔偿金额上一直没有达成共识，可怜的是那些死了两年多的老鳖，为了留下证据，它们一直被冻在冰柜里。
和那些老鳖比起来，伦敦希思罗机场周围居民的生活也很痛苦。在每晚11：30至次日凌晨6点期间，16班出入伦敦希思罗机场的航机噪音影响了机场周围居民的正常生活，前不久欧洲人权法院裁定8名伦敦希思罗机场附近的居民胜诉，他们每人将获得4000英镑的补偿。英国政府正就裁定进行上诉，但如果上诉失败，英国政府需向居住在希思罗机场附近饱受夜航班机噪音之苦的10万-50万名居民进行赔偿，赔偿总额将高达20亿英镑。让英国政府发愁的是，如果伦敦南部盖特威克机场和伦敦北部斯坦斯特德机场附近的居民也投诉夜航班机噪音问题，英国政府将负担数目更为可观的赔偿金。　
近20年来，全球噪音污染有增无减。
八、电磁污染--现代家庭的隐患
随着经济的发展和物质文化生活水平的不断提高，各种家用电器--电视机、空调器、电冰箱、电风扇、洗衣机、组合音响等已经相当普及；近几年来，家用电脑、家庭影院等现代高科技产品变已进入千家万户，给人们生活带来诸多方便和乐趣。然而，现代科学研究发现，各种家用电器和电子设备在使用过程中会产生多种不同波长和频率的电磁波，这些电磁波充斥空间，对人体具有潜在危害。由于电磁波看不见，摸不着，令人防不胜防，因而对人类生存环境构成了新的威胁，被称之为"电磁污染"。
　　电磁污染所造成的危害是不容低估的。前苏联曾发生过一起震惊世界的电脑杀人案，国际象棋大师尼古位，古德科夫与一台超级电脑对奕，当时，古德科夫以出神入化的高超棋艺连胜三局，正准备开始进入第四局的激战时，突然被电脑释放的强大电流击毙，死在众目睽睽之下。后经一系列调查证实，杀害古德科夫的罪凶祸首是外来的电磁波，由于电磁波干扰了电脑中已经编好的程序，从而导致超级电脑动作失误而突然放出强电流，酿成了骇人听闻的悲剧。
　　近些年来，电磁污染对人体造成的潜在危害已引起人们的重视。在现代家庭中，电磁波在为人们造福的同时，也随着"电子烟雾"的作用，直接或间接地危害人体健康。
　　据美国权威的华盛顿技术评定处报告，家用电器和各种接线产生的电磁波对人体组织细胞有害。例如长时间使用电热毯睡觉的女性，可使月经周期发生明显改变；孕妇若频繁使用电炉，可增加出生后小儿癌症的发病率。近10年来，关于电磁波对人体损害的报告接连不断。据美国科罗拉多州大学研究人员调查，电磁污染较严重的丹佛地区儿童死于白血病者是其它地区的两倍以上。瑞典学者托梅尼奥在研究中发现，生活在电磁污染严重地区的儿童，患神经系统肿瘤的人数大量增加。
　　电脑，作为当今时代的高科技产品，已进入人们工作和生活的各个领域，近几年来家用电脑也源源不断地进入千家万户。一些研究资料表明：电脑显示器所发出的电磁辐射长期作用会对女性的内分泌和生殖机能产生劣性影响，危害生殖细胞或殃及早期胚胎发育。电脑的电磁幅射尚未达到影响父母身体健康的强度时，已经对胎儿产生了不良影响。我国有关研究人员在上海和南京进行对比调查发现先兆流产和自发性流产的异常发生率，使用电脑的孕妇明显高于对照组。
为此，有关专家建设，为了减轻家庭居室内电磁污染及其有害作用，必须讲究各种家用电器的科学使用。诸如观看电视、收听组合音响或看家庭影院时距离不可过长，尤其是儿童和孕妇更应注意；尽量避免多种家用电器同时开启使用，相隔或间断使用可过长，次数不宜过频；注意酌情多吃一些胡萝卜、豆芽、西红柿、瘦肉、动物肝等富含维生素A、C 和蛋白质的食物，经常喝些绿茶等等。这些措施对预防和减轻电磁污染对人体的危害都是颇有助益的。
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2. 目前，在全球卫星通信中，海事卫星通信的应用越来越广泛，就连在伊拉克前线报道战况的记者不少都是应用海事卫星来发送消息的。你知道什么是海事卫星及其通信的特点吗？
3. 用两个平面镜连接，并相交成一定的角度，就叫“角镜”，当你站在角镜前面时，通过两面镜子的交替反射，你会看到你在镜中的多个像。那么，角镜中到底能成多少个像呢？
4. 有两个完全一样大小的铁球，但其中一个是空心的，在地面上你很容易就会知道哪个球是空心的，但如果是在完全失重的宇宙飞船中，又如何来比较判断哪个球是空心的？请说说你用的方法，要说出方法的理论根据。
第22期问题及解答 　
2. 我到理发店去理发，店里的王师傅是我的老熟人了，他告诉我，他的一把电吹风坏了，但将电吹风手柄拆开，用验电笔测里面的两根连接电源的导线都“有电”，但电吹风就是不红、不转，王师傅请我帮他修一下。从上面对故障的描述来看，你认为最有可能的故障是什么？
Ans. 一般的民用交流电源线都有一根是接地的，称作“地线”或“零线”；另一根不接地的称为“火线”或“相线”。人体是导体，当人站在地面上用手触摸火线时，电流就会由“相线”通过人体到地，再回到“零线”，完成回路，人就“触电”了（见下右图）。如果人站在地上手拿验电笔去接触相线，仍然会构成回路，有电流通过验电笔和人体，但由于验电笔中串联了一个很大的电阻（一般有1ＭΩ），所以通过人体的电流是非常微小的，对人不会有伤害，但就是这点微弱的电流，也就足以使验电笔中的氖管发光了，这就是验电笔“验电”的原理。
当电吹风正常工作时，人站在地上用验电笔接触电吹风连接相线的导线，验电笔就会发出红光，指示这根线是“带电的”（直接和相线接通），如果用验电笔接触电吹风连接“零线”的导线，由于零线和人体都接触地，电势都相等（０电势），所以这时验电笔不会发光。但是，如果电吹风连接电源“零线”的导线中间断了（见下图），这时电吹风连接“零线”的那根导线就没和地相通，而是通过电吹风内部电路与相线相通，电势就和相线的电势相同，故这时用验电笔无论接触电吹风连接相线的导线还是连接零线的导线，就都要发光了，表面看起来好像“有电”，实际上电吹风电路没有构成回路，是没有电流通过电吹风的。我根据这个道理，经检查发现，原来是电吹风的插头中的接线有一边断线了，而将插头插到电源插座上时，又恰好是插头断线的那边插到了插座的“零线”端。　　　　　　　　　　　　　　　
3. 一天，小张告诉我一件“奇怪”的现象：他看见一架飞机从远方飞来，但是完全听不到飞机的轰鸣声，直到飞机离开头顶的上空离去后，才渐渐听到声音。为什么飞机飞走了才听见声音呢？
Ans. 这一定是一架超音速飞机。超音速飞机非飞行速度大于声音的传播速度，当然就会先看到飞机飞过头顶，然后才听到飞机的轰鸣声了。飞机非飞行速度超过音速越多，“看到”和“听到”之间的时间差就越大。
4. 将一个绕有线的线轴平放在水平桌面上，拉动线头，线轴将向A、B哪个方向滚动呢？设线轴不滑动。做做实验，再分析理由。
Ans. 表面看来，拉动线头时线轴应该逆时针转动，则就应向Ｂ方向滚动，但如果你注意到“线轴不滑”这个条件，应用高中力矩的知识就知道拉动线头时，线轴实际上是以接地点为转轴（而不是以线轴的轴心为转轴！），因此线轴将受到以接地点为转轴的顺时针力矩，将向Ａ方向滚动。
如果不考虑地面摩擦，而且很快拉动线头时，由于线轴的惯性，其重心（转轴）不会马上位移，这时线轴才会短时绕转轴逆时针转动。但是由于地面是完全光滑的，线轴也只是绕转
轴逆时针转动而已，也不会向左“滚动”！
Questions　（答案见下期）
1. 你试着往上跳，无论你跳得多高，最终都总要掉下来，任何东西，如果失去了支撑，最终都要掉到地面上来，这些习以为常的现象，你仔细想过没有，是为什么呢？啊，不是因为万有引力的缘故吗！那么，什么是万有引力，它的本质又是什么呢？你想进一步了解万有引力吗？请看：“万有引力和引力波”－>>
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万有引力和引力波
万有引力-引力场-引力波
　　在自然界的所有相互作用力中，引力是最早被人们知道的力，它的最基本性质--所有物体都以相同的加速度落向地面--在17世纪末，牛顿建立了著名的万有引力定律。万有引力定律说，宇宙中任何物体之间都存在一种相互吸引的力，称为"万有引力"。但是间隔很远的两个物体又是通过什么来发生相互作用的呢？人们想到了磁铁的磁极能够相隔一定距离相互作用，是因为磁极周围存在一种特殊物质"磁场"，那么，任何物体周围就一定存在着"引力场"了，物体之间的万有引力正是通过"引力场"发生作用的。
　　爱因斯坦的理论预言，宇宙中不仅充满运动着的物质--电磁场，同时也存在另一种运动着的物质--引力场。就像运动的带电粒子会产生在空间传播的变化的电磁场形成电磁波一样，运动的物体同样也能产生在空间传播的变化的引力场，形成引力波。引力波也是以光速传播的。
目前，科学家已经可以肯定，广义相对论是正确的，因而引力波必定存在。长期以来，科学家一直在构思各种实验方法以探测引力波，并通过对射电脉冲双星PSR1913+16公转周期变化的研究间接证实了引力波的存在，但迄今直接测量引力波的实验尚未成功。
时空就像橡皮地毯
长期以来，人们对空间的认识是建立在欧几里得几何之上的。在人们的传统观念中，空间就像一个由无数坚实的直线构成的网格，其中两点间的最短距离就是连接它们的直线。而时间与空间是无关的，就像河中的水一样流逝。但是，爱因斯坦打破了传统的时空观。按照广义相对论的观点，时间与空间是紧密联系在一起的整体，时空结构是弹性的，好像一种四维的橡皮地毯。所有的物体都躺在这块地毯上，并使地毯发生变形，称为时空畸变。时空畸变的大小与物体质量有关，质量越大变形越大。物质集中的地方是引力场"浓密"的地方，也是时空弯曲最大的地方，这种时空弯曲产生质量的吸引效应--万有引力。由于时空弯曲，两点间的最短程线不再是直线，而是一条沿着引力场走向的曲线。
这一现象已通过观测来自遥远恒星的光线而得到证实：如果一个巨大的物体正好位于地球与恒星之间，那么来自恒星的光线就会受到时空弯曲的影响，它的传播路径就会被扭曲而偏离一定的角度。这种效应还会形成一种有趣的引力透镜现象，它使远处的恒星变得更亮，有时还会形成双像。如果这个物体是一个黑洞，那么光线就会被吸到引力阱中再也出不来了。
最难检测而又意义重大的波
根据广义相对论，当物体做加速运动时就会对原有的引力场产生干扰从而辐射出引力波，这就好像将一块石头扔到平静的水面上出现的波纹一样。因此，任何物体都在无时无刻地辐射引力波，它在宇宙中是无处不在的。例如，地球绕着太阳运行就一定会发出引力波。地球由此而丧失能量，因而渐渐地沿着螺旋线越来越向太阳靠拢。既然如此，我们为什么没有察觉到它的存在呢？
答案在于引力实际上是我们所知的最微弱的力。使原子保持为一个整体的电磁力要比引力强1000万亿亿亿亿（即1039）倍。我们之所以感受到引力，惟一的原因乃是地球极其巨大，组成地球的无数粒子的引力拉曳累加起来便相当可观了。但是，引力波是自然界中最微弱、最不易察觉的波，它不会产生我们通常能察觉到的任何效应。例如，地球绕太阳公转时辐射引力波而丧失的能量只有大约0.001瓦，因而在几十亿年中，它向太阳靠拢的距离简直微不足道。而假如500亿颗直径为1公里的速度撞向地球，所产生的引力波能量也仅能点亮一只灯波。不过没有人能活着看到这个结果。
当然，更大规模的质量重新分布将会产生更强的引力波，例如一颗恒星坍缩成一个黑洞，或者两颗恒星相撞，有可能产生我们可以检测到的引力波。但即便如此，要直接检测到引力波在技术也是极为困难的，可以说是对人类智慧的一大挑战。
怎样建造引力望远镜
　　我们熟悉的望远镜是用来捕获电磁波的，那么怎样建造一个引力望远镜来捕获引力波呢？原理很简单。正如电磁波引起接收天线振荡一样，引力波也使与其相遇的物质以一定方式振荡，使时空橡皮地毯出现轻微波动，时空距离发生伸长或缩短。例如，如果探测器是一块固体物质，当引力波穿过时该物体的不同部分就会沿不同方向有所移动，即出现形变。
　　物体中两点间的间隔在引力波作用下发生的变动大小能给出引力波的振幅，而引力波的振幅是其能量的直接量度。银河系中心两个恒星级黑洞的碰撞将会使一个1米长的棒状探测器两端发生一万亿分之一毫米的移动，约为一个氢原子尺度（1个氢原子的大小约为1埃，1埃=10-10米）的十万分之一。
　　在20世纪60年代，美国马里兰大学的约瑟夫·韦伯（Joseph Weber）曾制造了一个很大的铝质圆柱体，预期其长度会在来自银河系中心引力波作用下发生振荡。他认为自己已经得到了肯定的结果，并因此而轰动一时。但是在世界上其他许多地方所做的类似实验表明，他对实验误差所做的解释是不正确的，因为他的装置所能探测的最小振幅要比银河系中心一次超新星爆发所产生的引力波振幅高出1万倍。因此，尽管韦伯做了很重要的工作，他的仪器却并未精密到足以胜任这项工作的程度。另外，对银河系中心超新星的探测还有一个问题：银河系中心的超新星爆发平均每35年一次，而爆发过程中的引力波暴只能持续不到1秒钟的时间。
　　最有希望探测到引力波的地方是室女星系团，那里有几千个星系聚集在天空中一个很小的视角范围里，超新星爆发和脉冲双星周期的衰减所发生的频率大约是每星期一次。但是室女星团距地球的距离是5000万光年，比银河系中心远5000倍，这就意味着要探测到那里的一个超新星产生的引力波暴，引力望远镜就必须比用于探测银河系中心类似事件的装置灵敏100万倍。
　　尽管有如此多的技术困难，引力波的探测技术还是取得了长足的进展，并可能在近期取得突破。目前一些科学家正在研究第二代棒状探测器。这种探测器更敏感也更昂贵，并且在接近绝对零度的条件下工作。
　　另一个更有希望的最新方法是利用光学干涉技术，称为引力波干涉天线。其原理是测量两面大质量镜子之间距离的振荡。这两面镜子放在长支架的端点上，它们的距离用一个光学干涉仪系统来检测。这实际上是一种改进的麦克尔逊-莫雷实验，但它不再是用来测量以太的绝对运动，而是测量时空的抖动。镜子之间的距离越大，从系统内部的"背景噪声"（由地震波、声波等等所引起）中检测出引力波效应的机会也就越大。如制造出极高质量的镜子，使之能实现连续几十次光反射，则当镜子之间的实际距离是3公里时能得到的等效距离是120公里。
天文学的新纪元
　　与电磁波不同，引力波并不被物质吸收，因而来自遥远天体的引力波就能不损失任何携带的信息到达地球。
　　到目前为止，我们关于宇宙的知识都是通过分析天体辐射的电磁波和宇宙射线中的高能粒子得到的。但对于最强的引力波辐射源，即中子星对、超新星核心和黑洞，电磁波观测（如光学和射电望远镜）所能揭示的信息极少。
由一对相互环绕运行的中子星系统会辐射出比较强的引力波并逐渐靠近，最后相撞。它们靠近的过程非常长，但在相撞前的几分之一秒会释放出很强的引力波并被地面上的仪器检测到。即使自转的单个的中子星也能产生周期性的引力波辐射，因为即使它的表面只有千分之几毫米的不对称就足以辐射出强烈的引力波。因此，如果能直接检测到引力波的话，那将为我们打开一扇认识更神秘的宇宙的新窗口。
揭示宇宙最初的景观
　　引力波不仅能揭示出关于致密星和超密物质的未知性质，而且会告诉我们宇宙150亿年前诞生时的情况。
事实上，最使人们感兴趣的引力波源当属宇宙开端的大爆炸。在宇宙诞生的最初的瞬间，宇宙中充满稠密的物质，以致由粒子间的碰撞而产生的引力波立即就被另一些料子吸收了。在宇宙迅速扩张的暴胀价段，宇宙的密度突然下降，而释放出的引力波不再被吸收。从那时起，那些原始的扰动就在我们周围的空间蔓延开来。
　　目前，微波背景辐射是我们可以捕捉到的关于宇宙大爆炸的最古老的"化石"遗迹，但在大爆炸后的头50万年里是没有电磁波射出来的，而引力辐射却能不受妨碍地穿过过原初宇宙的最高密度区域。如果能捕捉到它们并对其加以分析，那将可以获得大爆炸后极短时间（10-38秒）的原初宇宙的宝贵信息，我们有可能追溯到比微波背景辐射给我们带来的时间更为久远的过去，或许只有引力波能够提供黑洞存在和宇宙诞生的确定证据。
　　近代天文学史已经证明，每次当我们用肉眼或照相机以外的眼睛（射电望远镜、X射线和Y射线探测器）来观察天空时，总会发现新的奇迹，从而迫使我们更新自己的思想，加深我们对宇宙的认识。
捕捉引力波的网络
　　事实上，只有一个引力望远镜检测到了引力波还不足以确认它的真实性，我们最少需要两个引力望远镜联合观测。因为引力波是不能被物质吸收并以光速传播的，所以如果地球上的一个引力望远镜检测到了引力波，在基他地方的引力望远镜也应该在几乎同一时间检测到它。因此，我们需要在不同地点建造引力望远镜组成一个网络进行比较，以最终确认观测结果。
　　目前有几个引力波干涉天线正在建造之中，它们将组成一个检测引力波的国际网络。这些项目包括在美国路易斯安那州，长4公里的激光干涉仪引力波观测站（LIGO）；英德联合建在德国汉诺威，长600米的GEO项目；建在日本东京附近，长300米的TAMA项目；还有就是法意联合建造的"室女座"（Airgo）项目（因为室女星系团是主要探测目标）。另外美国航空与航天局还准备计划与欧洲航天局合作，从2001年开始共同实施激光干涉仪太空天线（LISA）计划。该计划要发射3颗卫星，这3颗卫星将组成一个边长为500万公里的巨大三角形，它们之间以激光束相连。这样就可以通过测量3颗卫星中的某一颗是否会因引力波的影响而产生微弱的位置偏差来探测引力波。
下面来看一看即将建成的室女座引力波干涉天线的秘密。
金属高塔中的秘密
　　室女座激光引力波干涉天线从1993年开始建造，再有1年左右即可投入运行。"室女座"位于意大利比萨附近的卡希纳，是由意大利国家核物理研究所和法国国家科研中心联合研制的。这两个机构在2000年组建了一个联合机构--欧洲引力观测站（GEO），它的研究人员将负责"室女座"的运行，并与其他几个探测引力波的机构建立起一个全球性网络以捕捉到引力波。
　　"室女座"的中心是一座高大的建筑物，里面竖立着一座高10米的金属塔。在这个金属塔的钢壳里隐藏着一个复摆结构，它由5个摆组成，下面则悬挂着各种光学元件。这里可以说是"室女座"的心脏，这个装置的目的就是将各种光学的和外界的干扰完全隔离起来。由地震波、刮风、汽车、火车产生的干扰，甚至研究人员在实验室附近活动引起的震动干扰都将通过摆的振动抵消掉。我们知道，引力波产生的效应是很小的。如果我们不小心地将这些外界干扰去除，是不可能从"背景噪声"中分辨出引力波信号的。
　　这个金属塔内部还将处于高真空状态，这样就可以将通过声波传递的干扰完全杜绝了。在摆下面悬挂的光学元件有各种镜子和一个激光器。激光器发出的激光将被分成两束，并分别进入两条垂直的隧道中。
难以想像的精度
　　"室女座"实际上是一个极其精密的光学仪器，它通过激光干涉的方法，以超乎想像的精度来测量引力波引起的空间的变化。
　　与金属塔相连的是两条长度为3公里的隧道，里面各埋有直径1.2米的钢管。在每条钢管的两端各有一面反射镜。当一分为二的两条激光束分别进入两个垂直的隧道后，激光束将镜子来回反射几十次。这种结构叫做法布里-珀罗腔。这样，光束最终在钢管中实际通过的路程相当于120公里。最后，这两束光线将汇合到一起并发生干涉现象，其结果是根据两束光线经过的路程不同呈现明暗变化。如果没有外界干扰，这个亮度将维持不便。
　　如果有引力波通过"室女座"，那么它将会引起时空距离的微小变化。由于两束光线是垂直的，所以引力波对它们的影响不同，最终导致汇合的光线亮度发生变化。通过观测这个亮度变化我们就可以检测到引力波。那么"室女座"可以察觉到多大的长度变化呢？"室女座"的负责人阿达尔伯尔托·贾佐托告诉我们："我们的天线具有前所未的灵敏度。它可以感知的两点之间距离的变化相当于质子直径的1%，也就是一百亿亿分之一米"。
　　贾佐托说："为了达到这样的精度，我们采用了最先进的技术。在没有现成技术时，我们要自己发明新的方法。"科学家在建造"室女座"时遇到的最大难题就是背景干扰，也就是由诸多原因造成的设备震动。为了消除这种震动，他们设计与制作出了超级衰减器，也就是那种复摆结构。而激光器、镜子和传感器都悬挂在它上面。但单靠这一措施还不足以消除全部的干扰。贾佐托解释说："制造镜子的材料物质本身就在不断地产生干扰。这里指的是原子的热扰动，它引起原子位置的变化和引力波引起的效应是同样大小。我们为'室女座'研制的镜子具有最好质量的表面（精度高达10纳米），它们是用高纯度的发射率。当激光射中镜子后，只有百分之一的光损失掉了。而光具有粒子性，所以激光本身也会干扰传感器的功能。为了将这种干扰减低到最低限度，我们研制了新一代的超稳定激光器，它发出的激光束的频率非常稳定。"
　　在激光束穿梭往来的两条3公里长的钢笔管内部也将保持高真空状态，因为空气的存在将会引起折射率的波动，并可能改变光束的路径。
此外，设备技术主任凡尼尔·埃纳德还告诉我们："在焊接导管之前我们还要将它们加热到400℃以上，以便将氢原子驱赶出来。它们通常是隐藏在金属结构中，随着时间的推移就会慢慢释放出来，从而破坏高真空的环境。在完成组装前，还要对每一钢管再次加热，使其内部可能存在水珠蒸发掉。"
昼夜监听
　　光学望远镜是瞄准特定天体并有选择地捕捉光波，而引力望远镜则不同，它将同时监测宇宙中所有的引力波源，因此必须对收到的信号进行认真细致的分析，以区别它们不同的来源。
　　贾佐托说："'室女座'将会昼夜不停地收集信息，并能得到数量众多，令人震惊的数据。这就需要有高性能的计算机去处理和分析这些数据。天文学家们已经研究了在我们银河系中的大约700个潜在的引力波源，这些信息将帮助我们识别出一部分信号。"
事实上，"室女座"的所在地将设一个设备完善的计算中心，以便实时分析处理信息，而有关的差异现象的数据将在意大利国家核物理研究所和法国国家科研中心的实验室里去分析处理。在未来，当全世界的引力波探测器都可以通过网络相互交换数据时，对同一信号由不同手段所进行的对比研究将会使时空发生振颤的神秘的引力波。
那么，我们要“挣脱” 星体的引力，实现宇宙航行，除了采用常规的反冲火箭，消耗大量能量而且无法远航的这种方法之外，还有其它的思路没有呢？请看：
"反重力"传奇
宇宙的60%是反重力？
　　1916年，爱因斯坦在分析宇宙时发现，根据广义相对论，宇宙是不平衡的，它要么是膨胀，要么是收缩。如果仅仅存在万有引力，那么星系之间应吸引而相互靠近，宇宙应是在收缩。为了使宇宙趋于平衡而完美，爱因斯坦给宇宙方程加了一个常数。但是，随着人类观测技术的发展，哈勃望远镜观测到宇宙非但不是收缩，也不是平衡的，而是在膨胀着，为此，爱因斯坦才取消掉了宇宙常数。但是，问题也出来了：是什么力在使宇宙膨胀呢？
寻找反重力
　　从反重力的初次提出起，科学家们就开始寻找反重力，用各种各样的方式试图制造反得力装备。
　　1923年，一位科学家发现，大量充电的电容器，当电容器极板间的电压达到7万至30万伏时，整个电容器就会沿着正极方向移动，电容器的移动速度甚至可达每小时几百千米。这是怎么回事呢？经过一系列研究，科学家才明白，原来高压带电的电容器自身形成了一个人造重力场，这个重力场在抗衡地球重力，从而使电容器在没有动力的情况下移动。1958年，这位科学家利用这个原理，在一个直径为38厘米的碟形模型上，成功地使其带动重物快速移动。这个碟形模型既没有推进器，也没有喷射装置，更没有任何移动装置，只是利用电场在自身周围产生了一个"人造反重力场"。碟内的重物在碟做快速运动时不会有任何被移动的感觉，因为它们处于相同的变了形的局部重力场中。这个试验首次使人们感到了"反重力"的妙用。
　　1967年，有人提出反重力是不明飞行物--"飞碟"飞行原理的惟一解释。这种神奇的"反重力场"，能使飞碟悬在空中掉不下来，能使其悄无声息地旋转，能极快地加速。为了寻求反重力控制的秘密。据说6个政府机构设立了巨额奖金。反重力控制是人类多个世纪的梦想。因为用一般的推动力，飞船以极高加速度运动，对飞船本身是极度危险的，会将其中的东西以极大的压力压向飞船的尾部和侧面。而如果有反重力，则完全不会出现这种问题。
　　1980年，一位叫约翰·西尔的英国人也曾声称他能把万有引力的方向反转。他自称制造了一个产生10万伏高压的飞碟模型，当他用一个发电机给它过量充电时，这个模型的温度降至绝对温度4度，此时，模型发出劈啪声，伴有臭氧味，意外地挣脱充电的发电机升到15米的空中，由于电离而发出红色的光环。模型从边沿吸收能量，不减速，反而加速。并沿着一个轴心旋转，使当地的无线电急剧地切断。然后，模型迅速地飞离了人们的视线。约翰还说，他的飞碟不具有惯性，起飞后处于自身形成的无惯性的场中，其中的人不会感觉到其在高速运动：就像地球在宇宙中高速运动，而生活在地球上的人并没有觉察到一样。这个飞盘产生一个高强度的电场，阳极在中央，阴极在边沿。当电压达到一定值时，就产生永不停息的运动。超过了某一极限植，飞盘的能量散失受到限制，而从周围吸收电子获得能量，电压超过了极限植之后，飞盘周围的温度急剧下降，正好与记录中所说的UFO着陆的边沿地面结冰的现象吻合。飞盘变成了超导体，而旋转的磁场又产生了重力场，而这个力场的极性与地球的一样，因而二者相斥，约翰·西尔教授被认为是惟一建造了反重力装置并使其飞起来的人。他的装置称为悬浮盘，人们称其为反重力装置。据说美国多家媒体曾对它做过报道。
科学家要造反重力装置
　　1992年，芬兰一位物理学家制造了一个直径为145厘米、厚度为6厘米的超导盘。他将超导盘温度降到零下233℃，然后将其置于一个交变电流产生的旋转磁场中超导体产生感应电流，感应电流受到电磁力的作用，从而使得超导盘跟着磁场旋转。一切原本都挺正常，但是，当超导盘的转速达到5000转/分钟时，一个奇怪的现象出现了：置于超导盘上的物体丧失了1%的重量，而且旋转速度越快，物体的重量丧失得越多。
　　经研究，这位物理学家认为，这是由于"重力屏蔽"作用减少了地球对物体的引力，从而使得物体重理丧失了。物理学家声称，即使很小的推动力，对宇宙飞行器来说，也是至关重要的，因此，要是能在宇宙飞行器的底部装上这样一种装置，其意义将是历史性的。
现在，加拿大多伦多大学、法国全国科学研究中心的科学家，甚至美国波音公司的研究人员，都想重复这位物理学家的实验。美国航空航天局马歇尔航天中心的一个研究小组，经过两年的努力，终于获得批准建造认为可以屏蔽掉物质的重力的装置。研究人员说服了美国宇航局，让其拨款60万美元，用于购买SCI公司的超导实验设备，建造反重力装置。如果实验获得成功，将改变重力这个自然界最基本的作用力，从而改变一切。如果成功，未来火箭和内燃机将不再存在，代之以节能、以重力作为推进力（反重力）的太空船、航空器、车、电梯等。
2. 你家里有消毒碗柜吗？在人们越来越注意自己的身体健康和保健的今天，购置有“消毒碗柜”的家庭是越来越多了，那么怎样才能选购一个消毒效果好，价格合理，满意的消毒碗柜呢？
3. 我们不时会在报上或电视里看到“多米诺骨牌”纪录，“多米诺效应”等的报道和文章，那么，什么是“多米诺骨牌”和“多米诺效应”呢？
4. 电磁炉是一种正在我国家庭中逐渐普及的高效清洁炉具，越来越多的家庭购买了电磁炉。你知道电磁炉的原理、使用和怎样选购吗？
第23期问题及解答 　
2. 你家里有消毒碗柜吗？在人们越来越注意自己的身体健康和保健的今天，购置有“消毒碗柜”的家庭是越来越多了，那么怎样才能选购一个消毒效果好，价格合理，满意的消毒碗柜呢？
Ans. 虽说餐具消毒柜还不能像排烟机、烤箱那样跨入厨房必备家电的行列，但已有越来越多的家庭将之列入了购买计划。面对市场上众多品牌、众多型号的餐具消毒柜，该怎样选择呢？
低温臭氧型消毒柜是明智的选择
　　目前市场上常见的消毒柜基本上分为三大类：低温型臭氧消毒柜、红外线高温消毒柜和高低温双门消毒柜。其中，臭氧型餐具消毒柜最适合一般家庭选用。因为，采用红外线加热的高温消毒柜只适用于能承受１５０℃高温的耐热餐具，如陶瓷碗盘等，但如果用来为塑料餐具和漆木制品消毒，则会产生灾难性后果﹔而一般的双门消毒柜，由于低温臭氧消毒室空间过小，消毒效果不会很理想。而且，低温型臭氧消毒柜除具有为各种餐具消毒的本领外，可以兼作瓜果保鲜室，因为臭氧能使蔬菜、水果长保鲜香。
容积、品牌和性能应综合考虑
　　对于有心购买消毒柜这种"奢侈品"的人来说，价格一般不会成为左右购买的主要因素，适用性和品质才是真正需要把关的。
　　作为日常家用的消毒碗柜，功率不宜过大，６００?是比较适宜的数值。容积方面，三口之家，选择５０?─６０?的消毒柜一般就够用了﹔４口人以上的家庭，可选择６０?─８０?消毒柜。至于品牌，市场上常见的万和、康宝等都有不错的品质保证。
另外，作为电器产品，安全性也是左右购买的一大要素。当你看中了一款消毒柜后，付款前不妨对其安全性能做一些简单测试。
消毒柜性能自测法
　　□检查电源部件
　　功率开关按钮应灵活可靠，通断电源反应迅速，指示灯亮、灭正常﹔电源线连接处牢固无松动，绝缘层无破损，连接器插拔松紧适度。
　　□功能检测
　　接通电源，各金属部件不得有漏电现象。臭氧型消毒柜通电后应听到高压放电的啪声或看到臭氧离子发生器放射蓝光﹔红外线型消毒柜通电后应迅速升温，一般４分钟左右应达到４０℃─５０℃。
　　□密封性测试
密封良好的消毒柜才能保证臭氧浓度或消毒室温度，以达到消毒的功效。取一张小薄硬纸片，如果能轻易插入消毒柜门缝中，则证明柜门密封不严。
3. 我们不时会在报上或电视里看到“多米诺骨牌”纪录，“多米诺效应”等的报道和文章，那么，什么是“多米诺骨牌”和“多米诺效应”呢？
Ans. 　多米诺骨牌是一种用木材、兽骨或塑料制成的长方形骨牌。玩时只要将骨牌按一定间距排列成行，轻轻碰倒第一枚，其余的就会产生连锁反应，依次倒下。
　　少则几十块，多则数百万块，在几个小时、几天乃至几个星期的码放，顷刻推倒--刹那间，变幻出一幅幅生动活泼的画面。它静时神秘莫测、触一发而牵全局；动时则惊心动魄，引万涛而铸狂波。由于多米诺骨牌是一项能培养人的创造能力、增强自信心、品位高雅的娱乐活动，而且不受时间、地点的限制，书桌、平地都可以成为游戏者思维空间自由驰骋的场地，因此，它目前已经成为一项时尚的运动"新宠"。
　　多米诺骨牌据说起源于中国，并于17世纪末、18世纪初传入欧洲。据《正字通》记载，宋宣和二年（公元1120年），出现了一种名叫"骨牌"的游戏，并在宋高宗时颁行天下。当时的骨牌多为牙或兽骨制成，所以骨牌又有"牙牌"之称。
　　1849年8月16日意大利传教士多米诺，从中国回到阔别8年的米兰，全家人激动地迎接他。多米诺取出了一件又一件礼物，他最美丽的女儿小多米诺却只喜欢一套28张的骨制产品--牌九。但她不玩那些传统的玩法，而是喜欢按点数大小相接的方式连牌。她的男友智慧·阿伦德是个性情浮躁的人，小多米诺就让他把28张牌一张一张竖起来而不倒下，并且限定时间码完，如果不成功就限制他一周不许参加舞会。经过七七四十九天的磨练，她的男友变得性格刚毅坚强，做事稳健沉着，使米兰人大为吃惊。传教士多米诺为了让尽可能多的人能玩上高雅的骨牌游戏，就制作生产了仍称为骨牌的木制牌，木牌迅速地在意大利和欧洲传播开，并以传教士的名字命名为"多米诺"。到19世纪，多米诺已形成世界的运动，并成为非奥运项目中知名度最高、参加人数最多、扩展地域最广的体育运动。
　　"多米诺"（Domino）这个词目前已成为一个国际性术语，如多米诺理论、多米诺效应、多米诺现象，指的是不论在政坛上，还是在商业领域产生的一倒百倒的连锁反应。
　　这种效应的物理道理是：骨牌竖着时，重心较高，倒下时重心下降，倒下过程中，将其重力势能转化为动能，它倒在第二张牌上，这个动能就转移到第二张牌上，第二张牌将第一张牌转移来的动能和自已倒下过程中由本身具有的重力势能转化来的动能之和，再传到第三张牌上......所以每张牌倒下的时候，具有的动能都比前一块牌大，因此它们的速度一个比一个快，也就是说，它们依次推倒的能量一个比一个大。
　　大不列颠哥伦比亚大学物理学家A·怀特海德曾经制用了一组骨牌,共13张,第一张最小。长9.53mm,宽4.76mm,厚1.19mm,还不如小手指甲大.以后每张体扩大1.5倍,这个数据是按照一张骨牌倒下时能推倒一张1.5倍体积的骨牌而选定的.最大的第13张长61mm,宽30.5mm,厚7.6mm,牌面大小接近于扑克牌,厚度相当于扑克牌的20倍.把这套骨牌按适当间距排好,轻轻推倒第一张,必然会波及到第13张.第13张骨牌倒下时释放的能量比第一张牌倒下时整整要扩大20多亿倍.因为多米诺骨牌效应的能量是按指数形式增长的.若推倒第一张骨牌要用0.024微焦，倒下的第13张骨牌释放的能量达到51焦。可见多米诺骨牌效应产生的能量的确令人瞠目。
　　不过A·怀德特毕竟没有制作第32张骨牌,因为它将高达415m,两倍于纽约帝国大厦.如果真有人制作了这样的一套骨牌,那摩天大厦就会在一指之力下被轰然推倒!
　　作为世界流行的多米诺玩法很多，只要场地符合多米诺的条件，家里办公室都行，当然最好是在俱乐部举办的大型场地。他举例说，像有着300年历史的荷兰，几乎家家都把多米诺当成一种生活中必不可少的游戏娱乐项目，他们崇尚的是活泼、洒脱、轻松、浪漫的风格，在玩多米诺时富于幻想、想像力丰富。大胆创新地进入情境，达到美轮美奂并富于爱心、哲理，并能够反映现实生活。邻里之间、社区里经常有一些竞赛活动。
我国流行玩多米诺还是刚刚新兴起来的，基本上是以俱乐部的形式来组织开展这一活动。
4. 电磁炉是一种正在我国家庭中逐渐普及的高效清洁炉具，越来越多的家庭购买了电磁炉。你知道电磁炉的原理、使用和怎样选购吗？
Ans. 电磁炉顾名思义也是一种炉具，目的是用来加热食品。它的加热方式同样还是先加热锅底，然后再由锅底把热量传递给锅内的食物等需要被加热的物体，与传统的加热方式没有什么区别。因此，电磁炉的使用方法与普通灶具的使用方法基本一致。电磁炉很清洁。由于其采用电加热的方式，没有燃料残渍和废气污染。因而锅具、灶具非常清洁，使用多年仍可保持鲜亮如新，使用后用水一冲一擦即可。电磁炉本身也很好清理，没有烟熏火燎的现象。这在其它炉具是不可想象的，煤气灶具用不多长时间就是黑糊糊的一层。同样，微波炉的内膛清理是非常令人头疼的事情，而使用电磁炉却没有这些麻烦。它无烟、无明火、不产生废气外形简洁，工作起来静悄悄的。所以，电磁炉是一种完全能够代替传统炉具的现代家庭厨房电器，有着广阔的发展前景。
电磁炉利用的是电磁感应原理，220V交流电源经电路转换为超音频(约25Khz)的高频交流电，通过感应线圈将其转变为交变电磁场，穿过灶面板作用在铁磁性锅底，产生涡流，涡流克服锅底内阻流动产生焦耳热，通过该热源加热食物。
电磁炉的功率一般为600W-2000W不等，火力可随意调节。大部分电磁炉具有工作电压过高或过低保护，灶面温度过高会停机保护，锅具移开会自动停止工作。
　　电磁炉顾名思义也是一种炉具，目的是用来加热食品。它的加热方式同样还是先加热锅底，然后再由锅底把热量传递给锅内的食物等需要被加热的物体，与传统的加热方式没有什么区别。因此，电磁炉的使用方法与普通灶具的使用方法基本一致，使用功能较多，煎、炒、烹、炸、蒸、煮、炖，特别是用它来吃火锅更是方便、快捷、卫生。所以，电磁炉是一种完全能够代替传统炉具的现代家庭厨房电器，有着广阔的发展前景。
由于电磁炉的独特加热方式减少了热量传递的中间环节，因而热效率非常高，是一种高效节能的电器，以1600w功率的电磁炉计，烧两升水，在夏天仅需7分钟，与煤气灶的火力相当。有关单位对常见的炊具的加热效率进行了测试，加热效率最高的是电磁炉和电热水瓶，在200秒时间里使水温升高了43度，热效率为90%；其次是电火锅和电饭煲，分别使水温升高了36度和35度，热效率分别为75%和73%；微波炉加热了26度，热效率为54%；普通燃气灶的热效率为50%，低于以上电热器具。本次测试结果证实，电磁炉确实是一种热效率很高的电热器具（见下表）。
附：电加热器具热转换效率对比表
加热器具
耗电功率
加热水量
加热时间
温升
热效率
电磁炉
1600W
1600mL
200s
43(
90%
电热水瓶
700W
700mL
200s
43(
90%
电火锅
1300W
1300mL
200s
36(
75%
电饭煲
900W
900mL
200s
35(
73%
微波炉
1200W
1200mL
200s
26(
54%
备注：普通燃气灶的热转换效率约为50%
还有一个大家比较关心的问题是电磁炉的辐射问题。据最新研究表明，电磁炉由于工作在超声波频段，约为微波炉的工作频率的1/125000。电磁炉产生的"磁"绝大部分分布在锅底，形成闭合磁场。当锅具放在电磁炉上"工作"时，电磁炉所产生的闭合磁场强度在电磁炉边缘的最高强度为160毫高斯，而使用手机时所产生的信号磁场就接近1600毫高斯，是电磁炉炉面边缘磁场的10倍，由此可见，电磁炉所产生的工作磁场对人体影响还远不如手机。
　　只要不长时间呆在离炉子40厘米以内的距离，就不会对人体造成损害，可以放心使用。
电磁炉由于原理的限制，只能加热铁质的"锅"，其它的铝锅、陶锅、砂锅、玻璃锅都不行，但是电磁炉一般都随机配赠几件加热器具，以方便大家使用，您不用为此操心。另外，当锅具的最小直径小于8厘米时电磁炉也不能工作。如果您还想再添置锅的话，应注意一定的挑选方法。
此外，电磁炉虽具如上的种种便利，但也有不尽如人意的地方。在做中餐上，它与微波炉一样，也有无法克服的弊病。因为电磁炉的炊具是利用铁磁分子与磁力感应产生振荡来加热的，所以炊具要求是平底，要大面积接触炉面才成。这样在炒菜时就给人带来了不便，要使用平底锅，翻炒时不像传统炒勺那么如意，像颠勺的技巧要重新捉摸，而且中餐翻炒时那种火包锅的烹饪效果也不可能产生，这些对烹调的口味会有一些影响。此外，绝大多数电磁炉，在火力的调节上还没有实现无级调节，一般均是从60℃保温挡到140℃、160℃、180℃、240℃分为五挡，这样在实际使用时就感觉不够精确。比如在煮粥、炖肉等时候，用140℃挡，放满水，肯定溢锅，要是放在60℃挡，火力又太小。另外，还需要设计一种汤汁外溢自动关机的功能。这样使用起来才更为理想。
电磁炉的选购
1. 选择技术力量雄厚、信誉度高的品牌，产品要通过CCEE中国电工产品安全认证及ISO9001国际质量认证。
2. 根据就餐人数来确定购置何种功率的电磁炉。电磁炉功率越大，电能转换热 能就大且速度快，但电能消耗也大。对于 三口之家以及单身人员，购买800W～1000W的电磁炉就能满足要求，4～5人选1300W左右；6～7人选1600W为宜；8人以上选1800W电磁炉。
3. 检测。当把铁质器皿放在电磁炉上并打开开关后，器皿底部在若干秒钟后就会有热感，用配套的锅具加入凉水，接通电源，按下"加热"按键，在常温下加热4～5分钟将其烧开。当电磁炉在工作时，炉内除了有降温风扇的正常声响外 ，电磁炉内的线圈等部位不得有电流交流声和震荡等声响。
4. 检查自动检测功能是否工作正常。方法是：在电磁炉正在工作的状态下移走锅具，或在炉面上放置铁汤勺等不应加热物，按该电磁炉说明书的检测时间要求来观察此功能是否能报警或自动切断电源。
5. 风扇应工作平稳。在电磁炉不工作时，把电磁炉翻过来并将其晃动 ，风扇的扇叶与轴、轴与轴承间应无间隙、不松旷；通电后，电动机应无明显的噪声或摩擦声，扇叶的转动应平稳、无失圆或摇摆旋转等现象。
6. 炉面外观应平整和无损伤。
Questions　（答案见下期）
1. 大家都知道人造地球卫星是由火箭发射升空，在离地面几百千米到36000千米（同步卫星）高度的轨道上绕地球运转，向心力由地球对卫星的万有引力提供，但是，你知道不知道，还有象放风筝那样，用绳系着运转的卫星，叫做“绳系卫星”－>>
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绳系卫星
什么是绳系卫星？　
　　系绳卫星是航天科学家们受风筝启发而发明的。它以绳或链把卫星与航天飞机、宇宙飞船或空间站连接起来，这样，卫星便可以随时投放或回收，而且还可以像富兰克林那样，用它来捕捉太空中的电能，以及完成其他普通卫星难以完成的任务。
　　系绳卫星由卫星、系绳和卷扬控制机构组成。系绳通常由具有足够强度又具一定柔软性的导电材料组成，绳粗１.６５－２.６０毫米，最长可达１００多千米。
　　第一颗系绳卫星由意大利航天局研制，它呈球形，直径１.６米，重５１８千克，载有７０千克重的科学仪器，用航天飞机来释放系绳卫星，可以拖在航天飞机后面，让其与航天飞机在同一高度上飞行；也可以让它像风筝那样，在航天飞机上方（卫星上配有小型喷气推力器，可把卫星推上较高的空间）高高运行；还可以让其挂在航天飞机的下方，像热气球下的挂篮般运行。
　　系绳卫星不仅有收放方便的优势，而且还能完成一些特殊的任务。譬如地球大气层上部的热层（高度约５０－６０千米），由于吸收了大量的太阳紫外线辐射，大气温度很高，可达１１００摄氏度左右，而且还处于高度电离状态，是大气科学研究的热点。这样的高度，飞机因太高，够不着，卫星又难以低就，人们一直苦于没有恰当的手段。有了系绳卫星，一切就迎刃而解了。
系绳卫星将来或许还可以在地球和月球之间等距离设置。这样，人们便可以像排队传递重物一般，把要输送到月球上去的东西，通过系绳的摆，甩给相邻的卫星，实现不需推进器的空间运输。
绳系卫星发电
大家知道地球是一个大磁场。当航天飞机携带着绳系卫星在空中飞行时，由导电材料制成的绳系卫星的系绳，在绕地球运动时切割地球磁力线，它就成为一台发电机，可以向绳系卫星和牵引它的航天器供电。在这种情况下，据研究，每１０００米长的系绳，可产生２００伏左右的电压，若系绳为５０千米长，则可产生７.４千伏的电压，５安培的电流，３２千瓦的功率。因此，若用它来为空间的各种航天器供电，要比目前广泛采用的太阳能电池板来得简单且经济。
　　1992和1996年，意大利研制的绳系卫星，两次由美国航天飞机携带，在太空进行试验。第一次由于绳索缠绕，只释放到250米，为原计划20公里的1/78，但它产生了40伏特的电压及1.5毫安的电流，第二次释放到19.3千米，产生了3000伏特电压，可惜这时绳索断裂，绳系卫星丢失。
理论计算为：航天飞机在赤道上空圆型轨道由西向东飞，速度为7.5km/s.地磁场在航天飞机轨道处的磁应感应强度 B=0.50×10-4T，从航天飞机上发射出的一颗卫星，携带一根长L＝20km的金属悬绳与航天飞机相连，航天飞机和卫星间的这条悬绳方向沿地球径向井指向地心，悬绳电阻约r＝8O0Ω由绝缘层包裹．计算结果在绳上产生的电流强度应约3A．航天飞机中获得的电功率应约为1.53×104W 。这两次试验虽出师不利，这已证明：太空发电的设想是可行的，在人类的不懈努力下，太空发电的设想将会成为现实。
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2. 电饭锅目前已经成为普通家庭的一种常用炊具了，但是，电饭锅耗电至少也有几百瓦，使用电饭锅省电有诀窍，你知道有多少？
3. 你用过电热灭蚊器吗？你研究或拆卸过电热灭蚊器吗？电热灭蚊器的发热元件就是其中的一片陶瓷片。这是一片什么陶瓷片？为什么通电后能够持续稳定地发热加热灭蚊药片？
4. 磁化水你一定听说过，可能还常常喝它呢！但是，你知道什么是磁化水，以及磁化水的神秘作用吗？
第25期问题及解答 　
2. 你知道什么是垃圾吗？你会说，那当然知道，我每天都要倒垃圾。垃圾产生于家中、办公室、街道、旅游景点、一切有人类生活的地方，垃圾不外是人类生活的废弃物，如废纸屑、食物残渣、落叶和弃物等，但是，你知道太空中也有垃圾吗？你能说说太空中的垃圾都是些什么吗？
Ans. 提到地球上的垃圾尽人皆知，但是你是否知道，在宇宙空间同样存在着垃圾，而且随着人类太空活动的增多而不断增加，已经威胁到人类自身。
　　太空垃圾是人类在进行航天活动时遗弃在太空的各种物体和碎片，它们如人造卫星一般按一定的轨道环绕地球飞行，形成一条危险的垃圾带。太空垃圾可分为三类：一是用现代雷达能够监视和跟踪的比较大的物体，主要有种种卫星、卫星保护罩及各种部件等，这类垃圾目前已达8000个；二是体积小、发动机等在空间爆炸时产生的，其数量估计至少有几百万；三是核动力卫星及其产生的放射性碎片，到2000年，这类卫星送到地球轨道上的核燃料预计将达３吨。
　　1957年10月4日，前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星，揭开了人类空间时代的序幕，同时也为太空送去了第一批垃圾。当时，宇航员完成飞行任务后，把卫星的装载舱、备用舱、仪器设备及其他遗弃物都留在了卫星轨道上。此后，随着人类太空史上的一次次壮举，太空垃圾与日俱增。人类先后已将4000余颗卫星送入太空，目前仍在正常运转的仅有400余颗，其余的或坠毁于地球表面，或遗留在太空，成为太空垃圾。据统计，目前约有3000吨太空垃圾在绕地球飞奔，而其数量正以每年2％－5％的速度增加。科学家们预测：太空垃圾以此速度增加，将会导致灾难性的连锁碰撞事件发生，如此下去，到2300年，任何东西都无法进入太空轨道了。
　　太空垃圾给航天事业的发展带来了隐患，它们成为人造卫星和轨道空间站的潜在杀手，使宇航员的安全受到严重威胁。要知道，太空垃圾是以宇宙速度运行的。一颗迎面而来的直径为0.5毫米的金属微粒，足以戳穿密封的飞行服；人们肉眼无法辨别的尘埃（如油漆细屑、涂料粉末）也能使宇航员殒命；一块仅有阿斯匹林药片大的残骸可将人造卫星撞成"残废"，可将造价亿美元的航天器送上绝路。在人类太空史上，太空垃圾造成的事故和灾难屡见不鲜。1983年，美国航天飞机"挑战者"号与一块直径0.2毫米的涂料剥离物相撞，导致舷窗被损，只好停止飞行。前苏联的"礼炮－７"号轨道站也多次被此类"尘埃"损坏。1986年，"阿丽亚娜"号火箭进入轨道之后不久便爆炸，成为564块10厘米大小的残骸和2300块小碎片，这枚火箭的残骸使两颗日本通信卫星"命赴黄泉"！1991年9月15日，美国发射的"发现者"号航天飞机差一点与前苏联的火箭残骸相撞，当时"发现者"号与这个"不速之客"仅仅相距2.74千米，幸亏地球上的指挥系统及时发来警告信号，它才免于丧生。据计算，目前太空轨道上每个飞行物发生灾难性碰撞事件的几率为3.7％，发生非灾难性撞击事件的可能性为20％。以此计算，今后将每5－10年可能发生一次太空垃圾与航天器相撞事件，到2020年将达到2年一次。
　　太空垃圾不仅给航天事业带来巨大隐患，而且还污染了宇宙空间，给人类带来灾难，尤其是核动力发动机脱落，会造成放射性污染。目前，美国和前苏联在空间的核反应堆中有1吨的铀－235及其他核分离物。前苏联共发射31颗核动力侦察卫星，其中已有两颗给地面带来污染：1976年，"宇宙954"号大量放射性残骸落入加拿大的斯克拉芬海；1983年，"宇宙1402"号的反应堆芯落入南大西洋。
　　为控制和减少太空垃圾对人类的潜在威胁，宇航专家们提出了许多对策，归结起来可用"避、禁、减、清"四个字来概括。
　　所谓"避"，就是加速发展现代空监视系统，对太空垃圾进行严密的监视与跟踪，并采取有效的技术手段，使航天器及时避开太空垃圾。
　　所谓"禁"，就是国际上制定有关空间法规，禁止在空间进行试验和部署各种武器，限制发射核动力卫星，使空间成为为人类文明服务的和平空间。
　　所谓"减"，就是发射航天器的国家应采取措施，尽量减少太空垃圾的增加。对末级火箭采取未燃尽推进剂和高压气体排空，避免末级火箭爆炸。
　　所谓"清"，就是发展太空垃圾清除技术，对已完成任务的运载火箭末级，采取转移轨道措施，使其返回大气层烧毁；对已达到预定寿命的卫星，让其获得逃逸速度，远离近地空间或转用清作装置进行清除。有些专家提出设想，运用激光的力量，使大块垃首先改变运行轨道，然后将其气化。
　　美国一家航空航天公司提出利用所谓的“太空牧羊犬”清除太空垃圾新设想，以便使太空轨道变得更加安全。不仅如此，航天专家还提出了利用太空垃圾无用能量的可能性。
　　船上装备有游动“牧羊犬”——放飞到碎片附近的小型飞船，“牧羊犬”围绕碎片飞行并寻找合适的对接点。从太空轨道上清除用上述方法收集的碎片将十分简单——只要减慢速度即可，甚至可以使任何一个飞船开足马力行驶，将自己的部分能量传递给被收集的碎片。
下右图为“牧羊犬”工作示意图；下左图为前苏联的“和平号空间站”坠毁时是碎片划过斐济上空。“和平号空间站”共有1500块碎片洒落太平洋。
人类只有一个空间，随着人类对太空环保的重视，太空垃圾必将得到治理，那时人类将重新获得一个美丽而清洁的宇宙太空，宇宙遨游将如梦幻一般浪漫。
3. 物理学是一门和人类生活、工作、学习、生产息息相关的一门自然科学。从我们每天早上睁开眼睛到晚上进入梦乡，在一天的生活和工作中，不知不觉地不知要和身边的物理现象打多少次交道！你仔细想想，看看在你生活中，在你的身边你能说出多少和物理有关的现象。
Ans. 从你早上在床上睁开眼，直到晚上睡觉以后，每一天，你无时不在与物理现象打交道。这里略举几例，希望你多多补充：
　1、挂在壁墙上的石英钟，当电池的电能耗尽而停止走动时，其秒针往往停在刻度盘上"9"的位置。这是由于秒针在"9"位置处受到重力矩的阻碍作用最大。
　2、有时自来水管在邻近的水龙头放水时，偶尔发生阵阵的响声。这是由于水从水龙头冲出时引起水管共振的缘故.
　3、对着电视画面拍照，应关闭照相机闪光灯和室内照明灯，这样照出的照片画面更清晰。因为闪光灯和照明灯在电视屏上的反射光会干扰电视画面的透射光．
　4、冰冻的猪肉在水中比在同温度的空气中解冻得快。烧烫的铁钉放入水中比在同温度的空气中冷却得快。装有滚烫的开水的杯子浸入水中比在同温度的空气中冷却得快。这些现象都表明：水的热传递性比空气好，
　5、锅内盛有冷水时，锅底外表面附着的水滴在火焰上较长时间才能被烧干，且直到烧干也不沸腾，这是由于水滴、锅和锅内的水三者保持热传导，温度大致相同，只要锅内的水未沸腾，水滴也不会沸腾，水滴在火焰上靠蒸发而渐渐地被烧干，
　6、走样的镜子（哈哈镜），人距镜越远越走样。因为镜里的像是由镜后镀银面的反射形成的，镀银面不平或玻璃厚薄不均匀都会产生走样。走样的镜子，人距镜越远，由光放大原理，镀银面的反射光到达的位置偏离正常位置就越大，镜子就越走样．
　7、天然气炉的喷气嘴侧面有几个与外界相通的小孔，但天然气不会从侧面小孔喷出，只从喷口喷出.这是由于喷嘴处天然气的气流速度大，根据流体力学原理，流速大，压强小，气流表面压强小于侧面孔外的大气压强，所以天然气不会以喷管侧面小孔喷出。
　8、将气球吹大后，用手捏住吹口，然后突然放手，气球内气流喷出，气球因反冲而运动。可以看见气球运动的路线曲折多变。这有两个原因：一是吹大的气球各处厚薄不均匀，张力不均匀，使气球放气时各处收缩不均匀而摆动，从而运动方向不断变化；二是气球在收缩过程中形状不断变化，因而在运动过程中气球表面处的气流速度也在不断变化，根据流体力学原理，流速大，压强小，所以气球表面处受空气的压力也在不断变化，气球因此而摆动，从而运动方向就不断变化。
　9、吊扇在正常转动时悬挂点受的拉力比未转动时要小，转速越大，拉力减小越多．这是因为吊扇转动时空气对吊扇叶片有向上的反作用力．转速越大，此反作用力越大．
　10、电炉"燃烧"是电能转化为内能，不需要氧气，氧气只能使电炉丝氧化而缩短其使用寿命。
　11、从高处落下的薄纸片，即使无风，纸片下落的路线也曲折多变。这是由于纸片各部分凸凹不同，形状备异，因而在下落过程中，其表面各处的气流速度不同，根据流体力学原理，流速大，压强小，致使纸片上各处受空气作用力不均匀，且随纸片运动情况的变化而变化，所以纸片不断翻滚，曲折下落。
　12、往卡车车厢中装货物时，同样多的货物，堆的底面积宜尽可能大些，这样货物的高度就会低一些。这样堆货物的高度就会小一些，整车的重心就会低一些，车就越不容易翻倒，行车就更安全。
4. 自从二十世纪60年代人类发射了第一颗人造地球卫星之后，人类就进入了航天时代、宇航时代。太空、宇宙、航空、航天、航宇等一大批新名词涌现了出来，你能说得清楚什么是航空、航天、航宇、天空、太空等名词的准确含义吗？
Ans. 汉代古籍《淮南·齐俗训》中说，"四方上下 谓之宇，往古来今谓之宙"。汉代著名天文学家张衡说："宇之表无极，宙之端无穷"。通俗地说就是：宇宙是空间和时间的总和。
空间：物质存在的和种客观形式，由长度、宽度、高度表现出来。
天空：日月星辰罗列的广大的空间。
太空：极高的天空。
　航空：指飞机在地球附近大气层中飞行。所使用的飞机、直升机、飞艇和气球等飞行器统称为"航空器"。
　航天：所谓"航天"，就是人类冲出地球大气层，到宇宙太空中去活动，即宇宙航行。它所使用的是航天器及其运载火箭。
　航宇：部分学者又将航天中，冲出地球的束缚，在太阳系甚至冲出太阳系的宇宙航行称之为"航宇"。
Questions　（答案见下期）
1. 波澜壮阔的美国阿波罗飞船载人登月已经过去将近34年了，人们至今还在感叹人类探索宇宙奥秘的伟大精神。你想再回顾一下宇航员登上月球的那些激动人心的照片吗？－>>
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美国阿波罗飞船登月(照片请在网页上下载)
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2. 小明要买一个电炉用来烧开水。他到商店去选购时看到有800W的和1200W的两种规格，他想，800W的电炉省电一些，打算买800W的，你认为他的这种想法合理吗，为什么？
3. 你听说过“混沌”吗？“混沌”是不是就是“杂乱无章”、“混乱”和“毫无秩序”呢？有人说，“混沌”是20世纪发生的物理学的第三次革命。？请将你的理解和下期的答案对照，看看关于“混沌”，你知道多少。
4. 在声音的测试和研究部门，有一种“消音室”，在消音室中发出的任何声音，不会产生一点回声。你知道消音室的结构和消音原理吗？
第26期问题及解答 　
2. 小明要买一个电炉用来烧开水。他到商店去选购时看到有800W的和1200W的两种规格，他想，800W的电炉省电一些，打算买800W的，你认为他的这种想法合理吗，为什么？
Ans. 使用电炉，消耗的是电能，省不省电，不能只看电功率。假使不考虑热量散失和其它能量损失，将1kg水从20℃加热到100℃需要获得能量3.35×105Ｊ，这部分能量完全靠电能转化而来，只是用800Ｗ的电炉需要加热的时间比用1200Ｗ的电炉更长，通过简单的计算可以知道，用800Ｗ电炉要加热7分钟；而用1200Ｗ的电炉只需加热4分40秒，但二者消耗的电能是相同的，都是3.35×105Ｊ。但是，实际上在一边加热的过程中，水壶又一边在散热，使用800Ｗ电炉由于加热时间更长，散失的热量也就更多，要同样加热到100℃，所需要的电能也会更多！所以，在用户电度表允许承受的范围内，购买电功率大一些的电炉更为划算。
3. 你听说过“混沌”吗？“混沌”是不是就是“杂乱无章”、“混乱”和“毫无秩序”呢？有人说，“混沌”是20世纪发生的物理学的第三次革命。？请将你的理解和下期的答案对照，看看关于“混沌”，你知道多少。
Ans. 蝴蝶效应
　　混沌是否只代表一片混乱，毫无秩序？这并不是混沌在物理上的真正解释。其实混沌是指某些物理系统的演化模式。一个世纪以前，人们认为任何物理系统都只有两种演化的可能性。第一种是周期性的运动，例如地球绕太阳公转，周而复始；第二种便是最后会演化至稳定状态的系统，例如你把一个皮球拍一下，它便会在地面上反弹很多次，但由于在碰撞中损失能量，又受到空气阻力的影响，它最后始终会停下来。直至二十世纪，才有人提出混沌这种截然不同的演化模式。
　　长久以来，世界各地的物理学家都在探求自然的秩序，但对无秩序如大气、骚动的海洋、野生动物数目的突兀增减及心脏跳动和脑部的变化，却都显得相当的无知。但是在二十世纪七○年代，美国与欧洲有少数科学家开始穿越混乱去打开一条出路。包括生物学家、物理学家及化学家等等，所有的人都在找寻各种俯拾皆是的混沌现象──袅绕上升的香烟烟束爆裂成狂乱的烟涡、风中来回摆动的旗帜、水龙头由稳定的滴漏变成零乱、复杂不定的天气变化与大崩盘的全球股市──的规则与一些简单模式中所隐藏令人惊讶的复杂行为。
　　试想像以下的实验。在实验中，我们让一小片纸从一个固定的位置下跌十次，并记录它落地的位置。实验后，我们记录了十个位置。这十个位置相同吗？很可能不同！为甚么呢？有很多原因！纸张的初始位置即使有很轻微的移动，也可能使它落地的位置有很大的改变。一阵微风吹来也可能大大改变了纸张的运动路径。纸张落地的位置很难预测，是因为纸张下跌的过程敏感地受许多因素影响。即使我们很精确地知道初始条件，也很难预测纸张在一段长时间后的运动。
　　1972年12月29日，美国麻省理工学院教授、混沌学开创人之一E.N.洛伦兹在美国科学发展学会第139次会议上发表了题为《蝴蝶效应》的论文，提出一个貌似荒谬的论断：在巴西一只蝴蝶翅膀的拍打能在美国得克萨斯州产生一个陆龙卷，并由此提出了天气的不可准确预报性。时至今日，这一论断仍为人津津乐道，更重要的是，它激发了人们对混沌学的浓厚兴趣。今天，伴随计算机等技术的飞速进步，混沌学已发展成为一门影响深远、发展迅速的前沿科学。
　　洛伦兹在计算机上用他所建立的微分方程模拟气候变化的时候，偶然发现输入的初始条件的极细微的差别，可以引起模拟结果的巨大变化。洛伦兹打了个比喻，即上面提到的关于在南半球巴西某地一只蝴蝶的翅膀的偶然扇动所引起的微小气流，几星期后可能变成席卷北半球美国得克萨斯州的一场龙卷风，这就是天气的 "蝴蝶效应"。
　　零乱往往是假相，混沌之中隐藏着更深层次的规则。这种正在蓬勃发展的理论，给全世界带来巨大的冲击，绝不亚于相对论与量子力学。一流期刊上所刊载有关一粒球在桌上跳跃的奇异动力，亦和量子力学的文章平起平坐。
　　混沌系统既不是周期性的，又不会演化至稳定的状态。你可能会认为混沌的系统一定很复杂，但其实一个很简单的数学例子便可以为你解释混沌。
让我们以 这条简单的数式出发。如果你把当中的 代入 0 至 1 之间任何一个数字，然后把所得的结果再次代入式子中的 计算，不断重复，便会得出一大堆看似杂乱无章的数字 (计算以 开始)。图一显示了结果，当中横轴代表计算的次数，纵轴代表数值。这堆数字看起来好象毫无规则，无法预测，它既不是周期性的，亦不会趋向一个特定的数值，但事实上它是根据一条数式计算出来的，绝对不是一些随机的数字。更有趣的是，如果你把起始的数值由 0.6 改为 0.6001，这些数字便会有截然不同的变化。图二中蓝色和粉红色的线分别代表起始数值是 0.6 和 0.6001 的计算结果。在开始的时候，两组数字十分接近，但到了第十个数字之后，分别就越来越大，到了后面更是南辕北辙，看似是毫无联系。
上述例子说明了经典混沌系统两个十分重要的特性﹕(1) 系统的变化骤看似是毫无规则，但实际上是由物理定律所决定的。(2) 系统的演化对初始条件的选取非常敏感，初始条件极微小的分别 (就例如 0.6 和 0.6001 只相差六千分之一！)，在一段时间的演化后也可带来南辕北辙的结果。众所周知，要预测一个系统的未来，除了要知道它背后的物理法则外，还要知道初始条件。可是，我们在量度一个系统的初始状态时总会引入一些误差。在混沌系统中，不管这些误差开始时如何细小，在一段时间后，它也会不断扩大，使系统的真实状况和我们的预测相距极远。混沌系统这种独有的特性，使我们几乎无法预测它的未来。
我们再来看一个例子：用方程产生一个序列数，其中Ａ是0～4之间的常数。
（１）取Ａ＝1.5时，我们选，用方程反复迭代，便会产生以下的序列﹕0.1, 0.135, 0.175, 0.217, 0.255, … 图一表示了计算的结果。曲线没有表现突变。我们可以很容易看出序列的长期变化。它趋向于一个稳定值。这序列没有混沌。
（２）当Ａ＝3.2时，我们仍选,用方程反复迭代，便会得到另一个序列。结果如图二所示。虽然曲线呈现跳动，但我们并不会说这就是混沌，因为序列的长期变化也很明显，只是较为复杂而已。长期来说，在两个稳定的值之间来回跳动。
（３）当Ａ＝3.8时，序列没有任何趋向。这便是混沌。
混沌系统的发现给予我们很大的启示。从前科学家们没有想到，千分之一或更少的初始数值改变可以为系统的演化带来完全不同的结果。天气预测就是最佳的例子，天气的改变牵涉到许多变量，例如温度、气压、风向等等，每一个变量都不可能测得极之准确，只会是一个近似值。但是支配天气的物理定律，例如流体力学的方程等就有混沌的特性，所以误差便会随时间不断扩大，使预测天气十分困难。事实上，我们身边大部分的系统都处于混沌状态，只是我们没有留意吧了！例如六合彩，虽然每一次搅珠前数字球都是顺序摆放的，但却没有人可以正确预测开彩的结果。这是因为搅珠受到很多初始条件的影响，例如数字球在管道中叠起来时总会有些倾侧，它们的位置不可能每次都完全一样，搅珠机每次的转速也可能有微小的分别，空气的湿度也可能影响球的粘性等。这些例子都告诉我们，混沌系统的演化与初始条件息息相关。 某研究混沌的学者，撰写有关蝴蝶效应的论文时，说道：「其实每个人都是那只有着魔力翅膀的蝴蝶，因为每个人的一举一动都可能使世界变得不一样。这告诉了我们世界的真相：这个世界不能失去你，也不能失去他，对于这个世界我们无法置身事外，也无法孤立局部的现象……如果上帝真的有骰子，祂会让我们自己掷的，」他意犹未尽的继续说「也许我们该相信魔法……这正是为什么古代人在自然界里有天赋异禀，而现代人始终只能依赖技术与机械的缘故」虽然他扯离了物理的范畴，却相当由衷地把现代人的处境表达出来。混沌的科学意义和哲学内涵
混沌夸越了不同科学学门的界线，因为它是各种系统的宏观共相，它将天南地北各学门的思想家聚集一堂，一位管理科学预算的海军官员，曾经对一群数学家、生物学家、物理学家和医生的听众陈述：『十五年前，科学正迈入钻牛角尖的危机，但这种细密的分工，又戏剧化地因混沌理论而整合起来了』。对新科学最热烈的拥护者认为，二十世纪的科学中传世之作只有三件：相对论、量子力学、和混沌理论。他们主张混沌已经成为这世纪中物理科学发生的第三次大革命，像前两次革命一样，混沌割断了牛顿物理学的基本原则。如同一位物理学家所说：'相对论排除了对绝对空间和时间的牛顿迷梦；混沌则排除了拉普拉斯决定论的可预见性的狂想。'在这三大革命中，混沌革命适用于我们看得见、摸得到的世界，适用于和人自己同一尺度的对象。"（布莱克：《混沌棗开创新科学》）
在相对论、量子力学、混沌这本世纪的三大物理学革命中，相对论涉及的时空尺度太大了，大得使"普通人"难以想象；量子力学涉及的时空尺度太小了，小得也使"普通人"难以想象；而混沌革命却适用于"普通人"看得见、摸得到的世界，这真是一件应该让"普通人"感到格外高兴和格外有趣的事。
混沌理论研究中得到的一个重要结果是所谓"蝴蝶效应"。"蝴蝶效应"之所以令人着迷、令人激动、发人深省，不但在于其大胆的想象力和迷人的美学色彩，更在于其深刻的科学内涵和内在的哲学魅力。
从科学的角度来看，"蝴蝶效应"反映了混沌运动的一个重要特征棗系统的长期（按：何谓"长期"，对不同系统而言可能有很大差别）行为对初始条件的敏感依赖性。
经典动力学的传统观点认为：系统的长期行为对初始条件是不敏感的，即初始条件的微小变化对未来状态所造成的差别也是很微小的。
可是，混沌理论向传统观点提出了挑战。混沌理论认为在混沌系统中，初始条件的十分微小的变化经过不断放大，对其未来状态会造成极其巨大的差别。我们可以用在西方流传的一首民谣对此作一形象的说明。这首民谣说：
丢失一个钉子，坏了一只蹄铁；
坏了一只蹄铁，折了一匹战马；
折了一匹战马，伤了一位骑士；
伤了一位骑士，输了一场战斗；
输了一场战斗，亡了一个帝国。
请看，马蹄铁上一个钉子是否会丢失，本是初始条件的十分微小的变化，但其"长期"效应却是一个帝国或存或亡这样根本性的差别。这就是军事和政治领域中的所谓"蝴蝶效应"。
说到这里，不禁使我们想起"失之毫厘，差以千里"这句中国传统的古语。
混沌不是偶然的、个别的事件，而是普遍存在于宇宙间各种各样的宏观及微观系统的，万事万物，莫不混沌。混沌也不是独立存在的科学，它与其它各门科学互相促进、互相依靠，由此派生出许多交叉学科，如混沌气象学、混沌经济学、混沌数学等。混沌学不仅极具研究价值，而且有现实应用价值，能直接或间接创造财富。
生物学中的混沌
　　生物学家相信，在一定程度上，用方程产生的序例可以用来描述某种病毒在不同世代的数量，即是第ｎ代的数量，而是第ｎ+1代的数量，如此类推。根据这种推论，当时，此品种的数量趋向于一稳定值。尤其当数量的稳定值是零时，这品种便将会绝种。当时，这品种的数量在几个稳定值之间来回跳动。当时，这品种的数量像在不规则地变化。按照这个看法，混沌生态学家发现，一些病毒数量的不规则变化可以用这个方程在Ａ大于3.570的情况来描述。
你可能会认为上述的情况被过份简化了。品种数量的增加是一个复杂的过程，岂能用简单的方程来表示？事实上，混沌生态学家发现对某些病毒来说，品种的数量主要是从上一代的数量决定的。这说法是有道理的。一个数量过多的品种会因为食物短缺而减少，这是很自然的事。另一方面，如果病毒的数量过少，它们的数量亦会因为食物充裕而增加。
但是，在自然界里， 品种的数量往往由多于一个因素决定。方程就不可用来描述这些复杂的情况了。生物学家需要使用拥有多个变量的复杂方程。除了一个变量，新的方程可能包括代表另外一个品种数量的变量，以及其它变量。
4. 在声音的测试和研究部门，有一种“消音室”，在消音室中发出的任何声音，不会产生一点回声。你知道消音室的结构和消音原理吗？
Ans. 在教室、会议室或音乐室中我们时常会看见墙壁上装有吸音板，目的是隔去声响，以免室外的人受干扰。吸音板的表面有很多小孔，声音进入小孔后，便会在结构有点像海绵的内壁中胡乱反射，直至大部份声波的能量都消耗了，变成热能，达到了隔音的效果。
下雪的时候，地面、建筑物和树上经常盖着一层积雪。与冰不同，雪并不是坚硬的固体，相反雪花稀疏地聚合在一起，当中包含着许多细小的空隙，有点像吸音板内的结构。这些空隙对声波产生吸音效果，特别是对频率高于 600 Hz 的声波效果十分显著。下雪之夜大地异常宁静，就是这个原因。
但是，不同的吸音材料主要吸收的声波点拨频段不同，很难达到对所有频率的声波都吸收良好的要求。要达到更好的消音效果，达到“静音” 的效果，就要采取进一步的措施了。
我们把几百根闪闪发亮的缝衣针对齐针尖捆上，从针尖方向看去，这捆针的中心部分是漆黑的，为什么呢？这是因为光射进针尖之间后经过多次反射不但不能射出，而且能量逐渐减弱的缘故（见图1）。如果用图2所示的带尖劈的吸声材料装修墙面，这样，声音射入尖劈之间的间隙后，就如同光线射入捆绑的针尖之间一样，经过反复反射，能量最终衰减趋于零而不能反射出来（图2）！在这种房间里，即使你高声喊叫，也听不到回声，就好象在旷野里一样。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
Questions　（答案见下期）
1. 人们每天都在和声音打交道：发表意见，交流思想，表演节目……，可以想象，一个人如果失聪（听不见声音）是多么痛苦的事。但是你知道自然界还存在人耳听不见的声音吗？你会说，超声波不是吗？频率高于20000Hz的超声波一般人是“听”不见的，但是不知你知道不知道，频率低于20Hz的声波，一般人也听不见！这就是“次声波”。次声波的神奇和对人类生活的影响，使科学家对它进行了大量的研究，开发了很多应用，对人有利的和有害的……－>>······················································································
次 声 波
一、无人船之谜
　　迄今为止，人们在茫茫大海上已发现了数十艘无人船，孤独，奇异而神秘，像诉说一桩桩故事，却又无从说起。1855年2月28日，英国三桅帆船马拉顿号在北大西洋遇到一艘美国船徒瑞姆斯·切斯捷尔号。该船风帆垂落，空无一人，而船只完好，货物依然如故，食物淡水充足，也无任何搏斗和暴力的迹象，只是不见一人，也找不到航海日记和罗盘。
　　1880年，人们在美国罗德艾兰州纽波特市伊斯顿斯·比奇镇附近的海面上也发现一艘名叫西拜尔德的无人船，船长室的早餐尚在，而全体船员却不知去向了。更为神秘的要算1881年底，美国快速机帆炮舰爱伦·奥斯汀号所经历的一件事了。这年12月12日，快速机帆炮舰巡游时，在北大西洋中发现一艘无人帆船。该船内除无人外，一切正常，水果、瓶装酒、淡水、食物完好无缺。舰长格里福芬命几个水兵留在帆船上，由他的军舰拖着这条船航行。离海岸还有三天路程时，海上狂风大作，拖船用的缆绳断裂，黑夜茫茫，两船失去了联系，呼叫无音。第二天，当爱伦·奥斯汀号发现该帆船时，但舰长派出的水兵都不见了！此时离纽约只有300公里，眼看就要到家了。格里福芬舰长又用重金买动了几个人到那艘帆船上去、这一天能见度很好，微风习习。黎明前，爱伦·奥斯汀号舵手发现船偏离了航线，当他回头再看拖着的帆船时，不禁大吃一惊：帆船不见了！就这样，这艘帆船的失踪成了航海史上又一个神秘的谜。
　　对于无人船案件，科学家给人们提供了一个谜底：海洋之声。确切地说，此类事件的出现，大都可能是受到海洋次声波的作用而造成的。
　　海洋次声波一般在风暴和强风下出现，其频率低于2O赫兹。以波浪表面波峰部波流断裂的程度，决定次声波的能量。如果是大风暴，次声波的功率可达数十千瓦。而次声波属弱衰减型能量），因而可以传得很远。当海船遇到这种强能量的次声波时，次声波对生物体会造成辐射现象。某些频率的次声波，可引起人的疲劳。痛苦，甚至导致失明。同时，过强的次声波常使人们惊恐导致人员失踪。
鉴于上述情况。目前有的国家已建立了预报次声波的机构。当它接受到危及生命的次声波寸，就立刻向有关方面发出预报，以减少"海洋之声"给航海人员带来的危害。
二、能翻山越岭的次声波
　　次声是频率低于可听声频率范围的声，它的频率范围大致为1×10-5Hz ～20Hz。次声学是研究次声波在媒质中的产生、传播和接收及其效应和应用的科学。
　　由于次声的频率很低，所以大气对次声波的吸收系数很小，因而其穿透力极强，可传播至极远处而能量衰减很小。10Hz以下的次声波可以跨山越洋，传播数千千米以远。1983年夏季，印度尼西亚苏门答腊和爪哇之间的喀拉喀托火山发生了一次震惊全球的火山爆发，产生的次声波曾绕地球转了3圈，历时108小时。1986年1月29日0时38分，美国航天飞机"挑战者"号升空爆炸，产生的次声波历时12小时53分钟。通常的隔音吸音方法对次声波的特强穿透力作用极微，7000赫兹的声波用一张纸即可隔档，而7赫兹的次声波用一堵厚墙也挡不住、次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土。
　　强烈的次声波通过固体媒质的传播，会直接破坏建筑物，使其损坏或坍塌。
　　1980年，我国南京某广场的一座大楼施工时，打桩机产生的强烈振动波，把工地附近一家电影院的墙壁震裂，致使这家电影院不得不被拆掉重建。
　　1983年夏，位于印度尼西亚苏门答腊岛和爪哇岛之间的喀拉喀托火山爆发，火山爆发时产生的强次声波绕地球转了3圈，历时108小时后才慢慢消逝。全世界的微气压计都记录到了它的振动余波。
　　1986年1月29日，美国"挑战者"号航天飞机在升空时爆炸，爆炸产生的次声波历时12小时53分，其爆炸威力之强，连远在1万多公里处的我国北京香山中科院声学研究所监测站的监测仪都"听"到了。
　　大气温度密度和风速随高度具有不均匀分布的特性，使得次声在大气中传播时出现"影区"、聚焦和波导等现象。当高度增加时，气温逐渐降低，在20公里左右出现一个极小值；之后，又开始随高度的增加，气温上升，在50公里左右气温再次降低，在80公里左右形成第二个极小值；然后又升高。大气次声波导现象与这种温度分布有密切关系，声波主要沿着温度极小值所形成的通道(称为声道)传播，通常将20公里高度极小值附近的大气层称为大气下声道，高度80公里附近的大气层称为大气上声道。次声波在大气中传播时，可以同时受到两个声道作用的影响。在距离声源100 ～200公里处，次声信号很弱，通常将这样的区域称为影区。在某种大气温度分布条件下，经过声道传输次声波聚集在某一区域，这一区域称它为聚焦区。
风也会对次声在大气中的传播产生很大的影响。次声的传播在顺风和逆风时差别很大：顺风时，声线较集中于低层大气；逆风时，产生较大的影区。不同频率的次声在大气声道中传播速度不相同，产生频散现象，这使得在不同地点测得次声波的波形各不相同。
大气的密度随高度增加而递减，如果次声波的波长很大，例如有几十公里长，这时，在一个波长的范围内，大气密度已经产生显著的变化了。当大气媒质在声波的作用下受到压缩时，它的重心较周围媒质提高，这时除了弹性恢复力作用外，它还受重力的作用。反之，当它在声波作用下膨胀时，也有附加重力作用使它恢复到平衡状态。所以长周期的次声波，除了弹性力作用外，还附加有重力的作用，这种情况下，次声波通常称为声重力波。声重力波在大气中传播时，在理论上可以看作是一些简正波的叠加。基本上可分为声分支和重力分支。它们在大气中传播都具有频散现象。由于重力分支主要能量在地面附近传播。相应地面附近温度较高，因此传播速度较大。
三、无声杀手──次声波武器
　　次声波具有较大的破坏性。高空大气湍流产生的次声波能折断万吨巨轮上的桅杆，能将飞机撕得四分五裂；地震或核爆炸所激发的次声波能将高大的建筑物摧毁；海啸带来的次声波可将岸上的房屋毁坏。次声的频率与人体器官的固有频率相近(人体各器官的固有频率为3~17Hz，头部的固有频率为8 ~12Hz，腹部内脏的固有频率为4~6Hz)，当次声波作用于人体时，人体器官容易发生共振，引起人体功能失调或损坏，血压升高，全身不适；头脑的平衡功能亦会遭到破坏，人因此会产生旋转感、恶心难受。许多住在高层建筑上的人在有暴风时会感到头晕恶心，这就是次声波作怪的缘故。如果次声波的功率很强，人体受其影响后，便会呕吐不止、呼吸困难、肌肉痉挛、神经错乱、失去知觉，甚至内脏血管破裂而丧命。由于次声波的频率与人及生物体主要器官的固有频率十分接近，所以在其作用下，人及生物体的主要器官就会不由自主地产生共振，轻则使人惶恐不安，神经错乱；强大的次声波可以使人的内部器官造成不同程度的破坏和损伤，直至死亡，所谓次声波武器就是利用这一原理来对人体产生影响和杀伤作用的一类新概念武器。由于人听不到、看不见、摸不着次声波，所以又有人把次声波武器称之为"无声杀手"、"哑巴武器"等。
　　1988年在美国的蒙大拿州的一个乡间，全副武装的宗教狂热分子蛰伏在一幢大楼里，声称要与大楼同归于尽，来威胁联邦调查局的特工人员。当特工人员对他们一筹莫展时，有人推来了一个形似大喇叭一样的装置与其"对话"。几分钟后，狂热分子像中了邪一样，一个接一个地东倒西歪、头晕目眩，有的精神错乱、烦躁不安、有的还腹泻、呕吐等，当特工人员轻松地给他们戴上手铐时，狂热分子还不知自己已中了"无声杀手"──次声波武器的暗算。
　　次声波武器与传统的常规武器相比，有着其独特的优点。首先，它的使用具有真正的隐蔽性，很容易达成对有生力量袭击的突然性，且不污染环境，也不会破坏自然物质；其次，由于次声波的频率低，衰减极少，因此它的传播距离很远。比如，炮弹爆炸时产生的声波在几千米以外就听不见了，但它所产生的次声波，却可传到80公里以外。氢弹爆炸时产生的次声波行程可达十来万公里，能绕地球好几圈。军事上还可以用次声波的远距离传播来探测并识别火箭的发射等；此外，次声波武器的穿透能力很强。一般的建筑或隔音墙是难以挡住次声波的传播的，甚至它可以穿透十几厘米厚的钢筋混凝土。所以即使人躲藏在掩蔽所里，或坐在坦克、装甲车及飞机内，或在深海的潜艇中，也都难以逃避次声波武器的攻击。另外，只要防护设施上存在孔洞或缝隙，次声波也会无孔不入地钻进去。
　　次声波武器归纳起来可分为两类。第一类是"神经型"的：它主要是刺激人员的大脑来麻痹人员的神经，使其在心理和意识上产生一定的影响。轻者感觉不适，注意力无法集中，情绪上恐惧不安，引起头痛、恶心、晕眩等；严重时会使人神经错乱，癫狂不止，休克错厥，丧失思维能力。利用这一效应可使作战人员无法执行作占任务。第二类是"器官型"的：在这类次声波武器的作用下，人的主要内脏器官产生共振，轻则肌肉痉挛、全身颤抖、呼吸困难，重则血管破裂、内脏损伤，直至死亡。（科技日报1997年12月9日）
次声波在杀伤敌人的同时，不会造成环境污染，不破坏对方的武器装备，可作为战利品，取而用之。
据说，第一台次声波发生器是由法国人在1972年发明的，它产生的次声波可以损害5km以外的人。发明者还得出结论：频率为7Hz的次声波可对人体造成致命的打击。有报道称，美军在干预索马里期间已经试用过某些音响或声音武器的样品。这些武器可以使人的内脏发生震动，把人震昏，使人感到恶心，甚至使肠子里的粪便液化，不断腹泻。
四、次声波的利用
　　另一方面，通过研究自然现象产生的次声波的特性和产生机制，可以更深入地认识这些现象的特性和规律。例如人们利用测定极光产生次声波的特性来研究极光活动的规律等。利用接收到的被测声源所辐射出的次声波，探测它的位置、大小和其他特性，例如通过接收核爆炸、火箭发射火炮或台风所产生的次声波去探测这些次声源的有关参量。许多灾害性现象如火山喷发、龙卷风和雷暴等在发生前可能会辐射出次声波，因此有可能利用这些前兆现象预测灾害事件。
次声在大气中传播时，很容易受到大气媒质的影响，它与大气中风和温度分布等有密切的联系。因此可以通过测定自然或人工产生的次声波在大气中传播特性的测定，可以探测某些大规模气象的性质和规律。
五、警惕次声波污染
　　经科学家证实，次声波在所有场合都是有害的。弱的次声波影响内耳，引起晕船；强的次声波使身体振荡，破坏人体的机能，甚至使心脏停止跳动；中等强的次声波会导致食道功能和脑功能紊乱，甚至造成眼盲。
　　次声波之所以对人体健康有如此大的危害，是因为它的频率和人体固有的频率是相吻合的。因此，一旦高强度的次声波作用于人体，就会引起人体某些器官的强烈振动，甚至共振，使人产生头晕、耳鸣、恶心、失眠、神经错乱、四肢麻木等症状，严重者还可致人于死地。
让人头痛的是，由于次声波的穿透力极强，几乎没有什么办法能够消除它对人体的危害。人们惟一能做的就是在各种次声波污染物上（交通工具、打桩机等）安上减振器，把它对人体的危害减小到最低程度。
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2. 为什么教室里用黑板写字，而电影院里用白色的银幕放电影？
3. 将两个相同的杯子，装满都是20℃的水，一个杯子用黑纸完全包住，另一个杯子用白纸完全包住，放在太阳下面晒，哪杯水温度升高得快一些？如果将这两杯水都加热到80℃，分别用黑纸和白纸完全包住，放在20℃的环境中，又是哪杯水冷得快？为什么？
4. 你知道一般的气球充足了气为什么会成球形吗？你知道雨后的早上荷叶上的小水珠为什么也是成球形的吗？
第28期问题及解答
2. 山越高，距离太阳越近，温度应该越高才对，为什么山越高反而越冷呢？
Ans. 山的高度和地球与太阳之间的距离简直是小巫见大巫 (地球与太阳之间可以容下一千多万个地球上最高的山！)，所以不管高山或平地，与太阳的距离根本没什么差别。那么为甚么会有温度的差别呢？其实除了太阳光的直接照射会影响到气温外，被地面反射的太阳光也会使大气层增温，低层大气会吸收较多的反射光，所以平地的气温就比高山上的气温高了。平均来说，高度每增加一公里，气温下降6.5度。
3. 为什么声音在晚上传得较远？
Ans. 如果你去海滩渡假，当夜幕低垂，你一定会发现远处的人声也可以听得很清楚。你可能会想，这是因为晚上本来就较日间宁静，所以很容易便可以听见远处的声音。但这只是部分的原因而已﹔原来声音传得较远还与声波的折射有关！声波在热空气中传播得较快，在冷空气中传播得较慢，因此在不同温度的空气有不同的折射率，声波在较冷的空气中折射率比在较热的空气中大。在白天，地面被太阳照射，靠近地面的空气较上层热，声波会被折射向上空 (图一)。相反在夜间时分，接近地面的空气较冷，声波便会被折射向地面 (图二)，这与海市蜃楼、沙漠蜃景的道理是相同的。
4. 有人说，不锈钢绝对不生锈，不会被磁铁吸引，是真的吗？
Ans. 人们常以为磁铁吸附不锈钢材，验证其优劣和真伪，不吸无磁，认为是好的，货真价实；吸者有磁性，则认为是冒牌假货。其实，这是一种极其片面的、不切实的错误的辨别方法。
　　不锈钢是以超过60％的铁为基体，加入络、镍、钼等合金元素的高合金钢，其最大特点是耐腐蚀能力较强，但不锈钢并非绝对不生锈。在沿海地区或某些空气污染严重的地方，当空气中氯离子含量较大时，暴露在大气中的不锈钢表面可能会有一些锈斑，但这些锈斑只限于表面，不会侵蚀不锈钢内部基体。
　　 不锈钢的种类繁多，常温下按组织结构可分为几类：
　　１．奥氏体型：如３０４、３２１、３１６、３１０等；
　　２．马氏体或铁素体型：如４３０、４２０、４１０等；
　　奥氏体型是无磁或弱磁性，马氏体或铁素体是有磁性的。不锈钢大多数带有磁性，因此，用磁体吸附不是鉴别不锈钢的科学方法。
Questions　（答案见下期）
1. 美丽的极光 神秘的极光－>>
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美丽的极光　神秘的极光
一、绚丽多彩的极光
在地球南北两极附近地区的高空，夜间常会出现灿烂美丽的光辉。有时它像一条彩带，有时它像一团火焰，有时它又像一张五光十色的巨大银幕。有时又像轻柔的窗帘，被微风所牵动，婉延在宁静而寒冷的夜空中。它轻盈地飘荡，同时忽暗忽明，发出红的、蓝的、绿的、紫的光芒，多种颜色相继出现，璀灿悦目。静寂的极地由于它的出现骤然显得富有生气。这种壮丽动人的景象就叫做极光。
瑰丽的极光是天空的奇观，它是高纬度地带晴夜天空常见的一种辉煌闪烁的光弧或光蒂，这种电的现象在中低纬度地带一般是不常见的。
人们知道极光至少己有2000年了，因此极光一直是许多神话的主题。这是多少世纪以来引起人们猜测和探索的天象之谜，古代的中国人、日本人、希腊人、罗马人都有文字描述。从前爱斯基摩人以为是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬，许多民族也有他们不同的极光传说。在中世纪早期，不少人相信，极光是骑马奔驰越过天空的勇士。在北极地区，纽因特人认为，极光是神灵为最近死去的人照亮归天之路而创造出来的。但是，长期以来，极光的成因一直未能得到满意的解释。
随着科技的进步，极光的奥秘也越来越为我们所知，原来，这美丽的景色是太阳与大气层合作表演出来的作品。
二、变化莫测的极光
极光下边界的高度，离地面不到100公里，极大发光处的高度约110公里左右，正常的最高边界为300公里左右，在极端情况下可达1000公里以上。大多数极光出现在地球上空90---130千米处。但有些极光要高得多。1959年，一次北极光所测得的高度是160千米，宽度超过4800千米。在地平线上的城市灯光和高层建筑可能会妨碍我们看光，所以最佳的极光景象要在乡间空旷地区才能观察得到。在加拿大的丘吉尔城，一年在有300个夜晚能见到极光；而在罗里达州，一年平均只能见到4次左右。我国最北端的漠河，也是观看极光的好地方。
　　在太阳活动盛期，极光有时会延伸到中纬度地带，例如，在美国，南到北纬40度处还曾见过北极光。极光有发光的帷幕状、弧状、带状和射线状等多种形状。发光均匀的弧状极光是最稳定的外形，有时能存留几个小时而看不出明显变化。然而，大多数其他形状的极光通常总是呈现出快速的变化。弧状的和折叠状的极光的下边缘轮廓通常都比上端更明显。极光最后都朝地极方向退去，辉光射线逐渐消失在弥漫的白光天区。
极光不仅是个光学现象，而且是无线电现象，可以用雷达进行探测研究，它还会辐射出某些无线电波。有人还说，极光能发出各种各样的声音。极光不仅是科学研究的重要课题，它还直接影响到无线电通讯、长电缆通讯，以及长的管道和电力传送线等许多实用工程项目。极光还可以影响到气候，影响生物学过程。当然，极光也还有许许多多没有解开的谜。
长期观测统计结果显示，极光最经常出现的地方是南北地磁纬度67度附近的两个环带状区域内，分别称为南极光区和北极光区。在极光区内，差不多每天都会发生极光活动。在极光区所包围的内部区域，通常称为极盖区，在该区域内，极光出现的机会反而比纬度较低的极光区来得少。在中低纬度地区，尤其是近赤道地区，很少出现极光，但并不是说完全观测不到极光，只不过要数十年才难得遇到一次。1958年2月10日夜间的一次特大极光，在热带地区都能见到，而且显示出鲜艳的红色。这类极光往往与特大的太阳耀斑爆发和强烈的地球磁爆有关。
在寒冷的极区，人们举目瞭望夜空，常常可见到五光十色、千姿百态、各式各样形状不同的极光。毫不夸大地说，在世界上简直找不出完全一样的极光形体来。从科学研究的角度，人们将极光按其形态特征分成五种：一是底边整齐微微弯曲的圆弧状极光弧（或称为弧状极光）（图1）；二是有弯扭折皱的飘带状极光带（或称为带状极光）（图2）；三是如云朵一般的片朵状极光片（或称为片状极光）（图3）；四是像面纱一样均匀的帐幔状极光幔（或称为幕状极光）（图4）；五是沿磁力线方向的射线状极光冕（或称为放射状极光）（图5）。
极光形体的亮度变化也是很大的。从刚刚能看得见的银河星云般的亮度，一直亮到满月时的月球亮度。在强极光出现时，地面上物体的轮廓都能被照清楚，甚至会照出物体的影子来。最为动人的当然是极光运动所造成的瞬息万变的奇妙景象。有些人形容事物变化得快时常说：「眼睛一眨，老母鸡变成鸭。」极光可真是这个样子。名符其实的翻手为云，覆手为雨，变化莫测，而这一切又往往发生在几秒钟或数分钟之内。极光的运动变化，是自然界这个魔术大师，以天空为舞台演出的一出光的话剧，上下纵横成百上千公里，甚至还存在近万公里长的极光带。这种宏伟壮观的自然景象，好象沾了仙气似的，颇具神秘气氛。令人叹为观止的则是极光的色彩，早已不足以用五颜六色去描绘。说到底，它的本色不外乎红、绿、紫、蓝、白、黄，可是大自然这一超级画家用出神入化的手法，将深浅浓淡、隐显明暗搭配组合，一下子变成天际的万花筒啦！这些色彩完全掌控在高层大气的气体成份，氧和氮是最重要的主角。根据非正式的统计，目前能清楚分辨的极光色调已达一百六十余种。
? 　根据近年来关于极光分布情况的研究，极光区的形状不是以地磁极为中心的圆环状，而是更像卵形。
? 极光的光谱线范围约为3100—6700埃，其中最重要的谱线是5577埃的氧原子绿线，称为极光绿线。
? 早在2000多年前，中国就开始观测极光，有着丰富的极光记录。
三、太阳风带来的极光
产生极光的原因是来自大气外的高能粒子（电子和质子）撞击高层大气中的原子的作用。这种相互作用常发生在地球磁极周围区域。现在所知，作为太阳风的一部分荷电粒子在到达地球附近时，被地球磁场俘获，并使其朝向磁极下落。它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩。
造成极光动态变化的机制尚示完全明了。 在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种能量被称为"太阳风"。这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏向地磁极，从而导致带电颗粒与地球上层大气发生化学反应，形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象，一般称之为北极光。
18世纪中叶，瑞典一家地球物理观象台的科学家发现，当该台观测到极光的时候，地面上的罗盘的指针会出现不规则的方向变化，变化范围有1度之多。与此同时，伦敦的地磁台也记录到类似的这种现象。由此他们认为，极光的出现与地磁场的变化有关。原来，极光是太阳风与地球磁场相互作用的结果。太阳风是太阳喷射出的带电粒子，当它吹 到地球上空，会受到地球磁场的作用。地球磁场形如漏斗，尖端对着地球的南北两个磁极，因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个"漏斗"沉降，进入地球的两极地区。两极的高层大气，受到太阳风的轰击后会发出光芒，形成极光。高层大气是由多种气体组成的，不同元素的气体受轰击后所发出的光的前面色不一样。例如氧被激后发出绿光和红光，氮被激后发出紫色的光，氩激后发出蓝色的光，因而极光就显得绚丽多彩，变幻无穷。 ? ??太阳是一个炽热的火球，在太阳的外层大气里，温度可超越一百万度。在这称为日冕的大气层里，原子 (主要是氢) 因为高温电离了，变成了一团充满了自由离子 (主要是质子) 和电子，既高温又非常稀薄的气体。太阳日冕的爆发不断把这些离子和电子拋射出太空，形成所谓太阳风。这些带电粒子带同太阳的磁场，走过了差不多两天的路程才来到地球。电子遇上了地球的磁场后又会被俘虏，最后被牵引至地球南、北极附近，与大气高层的粒子碰撞，形成绚丽的极光。因此，极光的出现与太阳的活动息息相关。太阳的活跃周期为十一年，即每隔十一年，太阳的活跃程度便会到达高峰。在这些太阳暴怒的时候，它的表面可能发生一些称为耀斑的高能爆发，伴随着爆发的是大量在日冕中的带电粒子被拋射出太空。这些极高能的粒子可能带来了比平时大千倍的能量，使极光变得非常灿烂，高度也增加了，甚至在美国也可看到。
科学家已经了解到，地球磁场并不是对称的。在太阳风的吹动下，它已经变成某种"流线型"。
就是说朝向太阳一面的磁力线被大大压缩，相反方向却拉出一条长长的，形似慧尾的地球磁尾。磁尾的长度至少有1，000个地球半径长。由于与日地空间行星际磁场的偶合作用，变形的地球磁场的
两极外各形成一个狭窄的、磁场强度很弱的极尖区。因为等离子体具"冻结"磁力线特性，所以，太阳风粒子不能穿越地球磁场，而只能通过极尖区进入地球磁尾。当太阳活动发生剧烈变化时(如耀斑爆发)，常引起地球磁层亚暴。于是这些带电粒子被加速，并沿磁力线运动。从极区向地球注入，这些带电粒子撞击高层大气中的气体分子和原子，使后者被激发--退激而发光。不同的分子，原子发生不同颜色的光，这些单色光混合在一起，就形成多姿多彩的极光。事实上，人们看到的极光，主要是带电粒子流中的电子造成的。而且，极光的颜色和强度也取决于沉降粒子的能量和数量。用一个形象比喻，可以说极光活动就像磁层活动的实况电视画面。沉降粒子为电视机的电子束，地球大气为电视屏幕。地球磁场为电子束导向磁场。科学家从这个天然大电视中得到磁层以及日地空间电磁活动的大量信息。例如，通过极光谱分析可以了解沉降粒子束来源，粒子种类，能量大小，地球磁尾的结构，地球磁场与行星磁场的相互作用，以及太阳扰乱对地球的影响方式与程度等。
　　右上图显示了地球磁场与太阳风的磁场相互作用，产生了几个区域。地球磁场被太阳风的磁场塑造成彗星状的区域，两者的磁力线在区域的边沿 (称为磁顶) 交接。当太阳风经过磁顶时 (右图)，带电粒子受磁场的磁力影响，质子会偏移至图四的右方，而电子则偏移至左方 (你还记得如何从右手法则决定带电粒子在磁场中的运动方向吗？) 这些电荷的分离造成了正负两个电极，产生了从正极流向负极的电流。但这电流并非直接流通两电极，而是绕过一条很有趣的路径﹕电流首先受地球磁场的影响，沿着磁力线回旋至电离层，在电离层形成一个椭圆状的导电信道，称为极光带，最后电流主要从椭圆的另一端离开，流至负极。极光就是在极光带里产生的，这个以北极为中心的环状区域由北纬60(伸延至北纬75(左右，在南极附近也有一个类似的区域。因此极光只有在极北或极南的地域才可看到，在赤道附近，很难看见。
极光的形成与太阳活动息息相关。逢到太阳活动极大年，可以看到比平常年更为壮观的极光景象。在许多以往看不到极光的纬度较低的地区，也能有幸看到极光。2000年4月6日晚，在欧洲和美洲大陆的北部，出现了极光景象。在地球北半球一般看不到极光的地区，甚至在美国南部的佛罗里达州和德国的中部及南部广大地区也出现了极光。当夜，红、蓝、绿相间的光线布满夜空中，场面极为壮观。虽然这是一件难得一遇的幸事，但在往日平淡的天空突然出现了绚丽的色彩，在许多地区还造成了恐慌。据德国波鸿天文观象台台长卡明斯基说，当夜德国莱茵地区以北的警察局和天文观象台的电话不断，有的人甚至怀疑又发生毒气泄漏事件。这次极光现象被远在160公里高空的观测太阳的宇宙飞行器ACE发现，并发出了预告。在北京时间4月7日凌晨零时三十分，宇宙飞行器ACE发现一股携带着强大带电粒子的太阳风从它旁边掠过，而且该太阳风突然加速，速度从每秒375公里提高到每秒600公里，一小时后，这股太阳风到达地球大气层外缘，为我们显示了难得一见的造化神工。
不仅太阳风在地球的两极生成美丽的极光，太阳风对太阳系的其它行星也会产生极光，下图就是通过太空望远镜拍摄到的木星和土星的极光带。
四、无法忘怀的极光
美丽神奇，多姿多彩的极光永远也看不够。下面让我们再来欣赏几幅极光照片。
　
　　
　
南极极光
　　　
　　
请网友注意：如需本文档中的照片，请在对应网页上下载（光标移到要下载图片上，点击鼠标右键，选择“图片另存为”）。
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2. 小实验：蜡的密度比水小，如果将一截蜡烛放在水中，肯定会浮起来，那么，你有什么方法能使一截蜡烛直立在装水的杯中而不浮起来吗？注意：不能用压、拉或其它固定蜡烛的方法。
3. 你听说过“热敏电阻”吗？你知道它有哪些奇特的性质，在我们的生活和生产中有哪些应用吗？
4. 一辆正在减速的汽车还未完全停下来，一位乘客因有急事下车便跳了下来，为了安全，他应该向前跳呢还是向后跳？请说明理由。
第29期问题及解答
2.小实验：蜡的密度比水小，如果将一截蜡烛放在水中，肯定会浮起来，那么，你有什么方法能使一截蜡烛直立在装水的杯中而不浮起来吗？注意：不能用压、拉或其它固定蜡烛的方法。
Ans. 浸在水里的物体首先要受到水的浮力，其次所受浮力要大于物体的重力，物体才能上浮。物体所受浮力大小虽然等于它所排开的水的重力，但并不是说只要排开了水就一定会受到浮力。要明白，浮力的实质是由于浸在水中的物体上、下两面所受到的水的压力差（大气压差很小，可忽略），水从下面对物体向上的压力大于水从上面对物体向下的压力，从而产生浮力。如果随便将一段蜡烛放到水里，由于它的密度比水小，排开的水的重力（浮力）大于蜡烛的重力，故蜡烛必然要浮起。但是若在杯底放蜡烛的地方事先涂上一层蜡，再将蜡烛底部放在上面，稍稍施压，然后再慢慢倒水在杯中，则由于蜡烛底部没有水进入，浸在水中的蜡烛只受到上部的水向下的压力，而没有水从下部向上的压力，不能产生浮力，因而蜡烛也就不会浮起来了。自己做做，实际体验一下吧。
　　由此可以解释为什么跨江大桥的巨大桥墩不会受到水的浮力，因而不会影响大桥的稳定形，也可以解释为什么江底、海底的沉船打捞十分困难，因为沉船底部已经与江底、海底密切接触，水不能进入沉船底部，要吊起它需要比船自身的重力大得多的力（除了船自身重力外，还有上面很深的水对船的向下的压力）。
3.你听说过“热敏电阻”吗？你知道它有哪些奇特的性质，在我们的生活和生产中有哪些应用吗？
Ans. 自1950年荷兰菲力浦公司的海曼等人发现BaTiO3系陶瓷半导化后可获得正温度系数（PTC）特性以来，人们对它的了解越来越深刻。与此同时，在其应用方面也正日益广泛，渗透到日常生活、工农业技术、军事科学、通讯、宇航等各个领域，且正处于上升时期，大有一发不可收拾之势。
　　形成这种状况的原因在于PTC热敏电阻具有其独特的电一热一物理性能。PTC热敏电阻器的应用是当今最为热门而前景又十分宽广的新型应用技术。
　　用电阻随温度而变的热敏陶瓷制造的温度传感器，用它测量温度，比其他方法测温响应快、精度高，微型温度传感器比一粒芝麻还小，用这类传感器做成的体温计，几秒内即可测出人的体温。这类用热敏陶瓷制造的测温仪表种类繁多，不仅在工农业生产的温度测控中大显身手，而且人们家中的空调机、电冰箱中的自动控温也都离不了它们。
　　利用PTC陶瓷既发热又控温的特性，可以制造许多家用电热电器，如暖风机、卷发器、暖脚器、手炉等等。近年，人们将半导体陶瓷材料涂复在玻璃、陶瓷、搪瓷等器皿上，通电发热用来制造电热壶、电火锅、电热水器等，与用电热丝作发热体的同类电热器相比，这类膜状发热体具有加热面积大、温度均匀、加热快速、安全无明火和能节电20～30%等优点。
　　热敏电阻按阻温度系数为分正电阻温度系数（PTC）和负电阻温度系数（NTC）热敏电阻。
PTC是Positive temperature Coefficient的缩写，实为正的温度系数之意，习惯上用于泛批量正电阻温度系数很大的半导体材料或元器件等。
　　PTC元件的实用化始于60年代初期。最早的商品是用于晶体管电路的温度补偿元件。随后，用于电机过热保安、彩电消磁限流及恒温发热等场合的系列化产品相继商品化，并很快形成大生产规模。
　　我国对PTC元件的研制始于1964年，60年代末期商品化，80年代后期主要产品系列化并初具规模。
　　PTC元件的应用范围十分广泛，有待开发的应用产品极其丰富。这一点已成越来越多的行家所共识。
　　下面略为列举热敏电阻在生产和生活中的一些应用。
PTC热敏电阻在电路控制及传感器中的应用：
　　晶体管温度补偿电路、测温控温电路、过热保护电路、孵育箱、电风扇、彩卷冲洗、开水壶、电热水器、电热毯、日光灯、节能灯、电池冲电、变压器绕阻、取暖器、延迟器、压缩机、彩电、彩显、过流保安、液位控制、电子镇流器、程控交换机、电子元件老化台
PTC热敏电阻在电热器具中的应用：
　　暖风机、暖房机、干燥机（柜）、滚筒干衣机、干手器、吹风机、卷发器、蒸汽美容器、电饭煲、驱蚊器、暖手器、干鞋器、高压锅、消毒柜、煤油气化炉、电熨斗、电烙铁、塑料焊枪、封口机
PTC热敏电阻在汽车中的应用：
　　电器过载保护装置、混合加热器、低温启动加热器、燃料加热器、蜂窝状加热器、燃油液位指示器、发动机冷却水温度检测表
PTC热敏电阻的应用
4. 一辆正在减速的汽车还未完全停下来，一位乘客因有急事下车便跳了下来，为了安全，他应该向前跳呢还是向后跳？请说明理由。
Ans. 应该向前跳。车在未停下之前，车和车上的人都有一个向前的速度，这时人若离开车，由于惯性仍然保持有一个向前的速度，如果向后跳下，人脚触地后立即停了下来，但上身还会继续向车前进的方向运动，人就会向着人的背后一方（车运动的方向）倒下，这是很危险的，只有向前跳，跳下后顺着车前进的方向跑几步，再逐渐停下来，才能保证安全。当然，这也是万不得已的办法，最安全的方法还是要等车停稳后再下车。
Questions　（答案见下期）
1. 今年年初，Sars横行中国大地，同时，在各地车站、码头纷纷出现了一种非接触式的手持测温仪：红外线测温仪，工作人员只需将仪器对着您的额头一“照”，您是否发烧（Sars的一个重要指标）就原形毕露了。那么，红外线手持测温仪是怎样工作的，它的使用、应用范围和特点又是怎样的呢？－>>
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红外测温仪
随着2003年春天Sars在中国的肆虐，人们见识了一种新型的测温仪器——红外测温仪。在机场、车站，到处都有红外红外测温仪的身影，特别是小型的手持便携式红外体温测量仪，更是在各处大小车站都能见到。您想乘车外出吗，别忙，上车前车站工作人员会先用手持测温仪“照”一下您的额部，温度正常才能上车。
红外手持式测温仪属于非接触式测温仪，它是根据什么原理来测温的呢？我们知道，绝对零度以上温度的物体都要辐射红外线，温度越高，辐射的红外线的波长就越短，能量就越大。红外测温仪接收到辐射来的红外线后，由仪器内对红外线敏感的探测器将红外信号转变成电信号，根据信号强度通过运算转化成温度读数，显示在仪器后部的液晶屏上。
常见的便携式红外测温仪有两种类型：红外耳温计、非接触式体表红外测温仪（额温），它们都具有快速测温（1～3s）、测量精度较高（1～3％）、减少传染概率的优点，额温仪受体表下血液循环及周围环境导热状况的影响极大，要注意正确的测量方法，并随时校准。要使额温仪测温准确，应当注意以下三点：首先，应尽量要求被测量人处在测量环境中足够长的时间，使得被测量人的表面换热条件相同或相近，比如，在机场，要在旅客到达机场候机楼10分钟后进行测量，准确性才有相对的保障；其次，被测量人与仪器之间的距离不能太远；第三，“红外体表测温”分工业用和医用两种，测量体温时应选用医用红外辐射温度计（工业用的分辨率更低、误差更大）。相比之下由于人体的耳膜和耳道受外界环境条件影响较小，所以红外耳温计比体表红外辐射温度计准确，但耳温计测量较复杂，需将“枪头”伸进耳道内测量。
其实，多年来医院和家庭中常用的水银体温表也是一种红外线测温仪器（发热→辐射红外线），不过它是一种接触式的测量器具，而且测温时间较长（3～5min）。
非接触式红外线测温仪不仅可以用来测体温，在工业上也有很多应用，如加工工件的温度、炉温、钢水的温度、生产环境的温度等，具有非接触（距离10～30m）、测温范围广（－20℃～500℃，专用测温仪可测3000℃）、测量时间短（响应时间可到0.5s）、测量精度高（1～3％，有的分辨率可到0.1℃）。
几种手持测温仪：

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2. 当我们早上看到第一缕阳光在地平线上出现的时候，太阳是否也正好在地平线上呢？为什么？
3. 一份重要文件或是一张画，不慎被倒在上面的红墨水弄脏了，能够有办法回复原来的面貌吗（去掉了红墨水）？说说具体的操作和原理。
4. 我们从小就会唱歌，当你在唱do, re, mi, fa, so, la, si的时候，你知道音阶的七个音振动的频率各是多少吗？当我们拉二胡或小提琴时，你会注意到手指在弦上按出这七个音时，依次相隔的距离并不是相等的，你知道其中的规律吗？音乐与物理、数学紧密地联系到了一起，这可是一个有趣而迷人的问题啊！
第31期问题及解答 　
2. 被100℃的水蒸气烫伤往往比被100℃的开水烫伤更厉害，为什么？
Ans.水蒸气凝结成100℃非水时，先要放热，再从100℃的水降到室温，又要放热，人受到的烫伤程度与接受水或水蒸气放热多少有关。例如，在一个大气压下，水的汽化热是2.26×106 J·kg-1，水的比热容为4.18×103 J·kg-1·K-1，因此，如果1kg质量的水蒸气凝结成100℃的水，再降温到50℃，总共将放出热量：Q1＝2.26×106+2.09×105＝2.47×106 J，而100℃的水降温到50℃只放出2.09×105 J的热量，当然100℃的水蒸气对人烫伤会更严重。即使只考虑水蒸气的汽化热，也比水降温放出的热量大得多。
3. 放大镜总是将物体放大吗？
Ans. 放大镜实际上就是一个凸透镜，当透过它观看近处物体（比如文字）时，物一般会在凸透镜一倍焦距以内，会成正立放大的虚像，这时就是当作放大镜用。当用它观看远处的物体时，物距一般都大于凸透镜的2倍焦距，这时成倒立缩小的实像。所以，“放大镜”这一名称仅是从凸透镜功能上的命名，并不能表示凸透镜都成放大的像。另外，即使作为放大镜，也不是在所有的含义上都能“放大”，比如，在纸上画一个角，放大镜可以将表示这个角的图形放大，但是无论如何也不可能将角度放大！
　
4. 我国是一个地震多发的国家，随着科技的进步，地震的预报水平虽然已有较大幅度的提高，但地震的规律还远不能说已经清楚了，地震的准确预报还远不如人意，这就需要我们每个人都具有一点地震的知识。最初步的，您知道什么是“震源”和“震中”吗？您知道地震波有哪两种，各自的传播有什么特点，产生什么后果吗？
Ans. 震源：是地球内发生地震的地方。
震源深度：震源垂直向上到地表的距离是震源深度。我们把地震发生在60公里以内的称为浅源地震；60－300公里为中源地震；300公里以上为深源地震。目前有记录的最深震源720公里。
震中：震源上方正对着的地面称为震中。震中及其附近的地方称为震中区，也称极震区。震中到地面上任一点的距离叫震中距离（简称震中距）。震中距在100公里以内的称为地方震；在1000公里以内称为近震；大于1000公里称为远震。
地震波：地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波，它可在地球内部和地球表面传播。这就像把石子投入水中，水波会向四周一圈一圈地扩散一样。
纵波和横波：地震时，同时从震源发出两种类型的地震波。
（1) 振动方向与传播方向一致的波为纵波（P波）。来自地下的纵波引起地面上下颠簸振动。
（2) 振动方向与传播方向垂直的波为横波（S波）。来自地下的横波能引起地面的水平晃动，横波的振动很强烈，是地震时造成建筑物破坏的主要原因。
　　由于纵波在地球内部传播速度大于横波，所以地震时，纵波总是先到达地表，而横波总落后一步。这样，发生较大的近震时，一般人们先感到上下颠簸，过数秒到十几秒后才感到有很强的水平晃动。这一点非常重要，因为横波的振动很强烈，它是引起建筑物破坏的重要原因，而纵波给我们一个警告，告诉我们造成建筑物破坏的横波马上要到了，快点作出防备。
地震中，人们所感受到的振动是多种波共同作用的结果。
Questions　（答案见下期）
1. 我们都知道，机械振动在介质中的传播就会形成机械波，我们还知道，凡是波都有干涉和衍射现象。但是，您知道波的一种特殊的干涉现象“驻波”吗？就让我们来看看奇妙的驻波吧。－>>
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奇妙的驻波
两列具有相同频率、固定相位差的声波叠加时会发生干涉现象。当两列波以同样的相位到达空间某一点时，则两列波相互加强，合成振幅为两波振幅之和，称为波峰，当两列波以相反的相位到达空间某一点时．则两列波相互减弱或完全抵消，合成振幅为两波振幅之差，称为波谷。驻波是一种特殊的干涉波，它是由两列频率相同，以相反方向传播的波叠加而成。通常，驻波是由一列声波和它的反射波干涉的结果。驻波的波形是强弱相间的，并且不随时间而变化，好象永驻不动似的，人们正是根据它的这个特点．称其为驻波。（驻波动画压缩包请到32期页面上的链接处下载，或从以下地址下载：
http://www.ephyst.com/wlsl/issue/32/zb.zip ）
　　如果两列声波的频率稍有不同，这时所发生的现象就不只是在空间中有强有弱，而在时间上也有强有弱，敲击大钟时听到的嗡嗡声音就是这种现象。所产生的声音称为拍音，每秒钟拍的数目等于两个频率之差，这个数称为拍频。
拍是很有趣的物理现象，是一种随时间变化的干涉现象。在图一 (a) 中有两组波动，它们的频率不同，但相差很小。图一 (b) 便是两组波动叠加后的样子，在开始时振幅很小，渐渐地振幅会变大，之后又回复到振幅较小的状态，周而复始。
下面介绍一个拍的力学实验 (图二)。图中的法码连着一个弹簧，可以作垂直的简谐运动，假设它的自然频是ω。弹簧上面的绳子又连着一个小电动机，它转动的频率是ω′，而ω与ω′十分接近。在小电动机还没有转动的时候，法码以自然频率上下振动；当小电动机转动时，法码受到了一个振动频率为ω′的策动力影响。由于两个频率相近，所以便产生了拍的现象。实验时会看到，法码的振幅首先会由很小变得很大，然后再回复到很小，甚至几乎完全静止。之后，法码的振幅又会增大。这个过程会不断重复。
拍的原理在日常生活中也有应用。当我们调试乐器时，便应用了拍的原理。假设我们要把乐器调至 C 调，即频率为 256 Hz 的声音，首先我们会把一个细小的声源放置在乐器附近，它会发出准确的 C 调声音。如果乐器的发声不准确，它便会发出十分接近 C 调的声音，例如频率为 252 Hz 的声音。这时候，两个声源的频率相差很小，因此便会出现拍音现象。声音会由微弱变得响亮，并不断交替转变。声音大小变化的频率称为拍频，与两个声源的频率之差有关。我们就是根据拍频来调试乐器的。
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2. 为什么黑板常常会反光，使得教室里某些位置的同学看不清黑板上写的字？
3. 你知道人为什么要长两只眼睛吗？
4. 我们常用的层板为什么都只有三层板、五层板，却没有四层板、六层板？
第32期问题及解答 　
2. 为什么黑板常常会反光，使得教室里某些位置的同学看不清黑板上写的字？
Ans.黑板会反光并不是因为涂料不够“黑”或者不够平滑，纵使黑色的东西会吸收大部份照射在它上面的光，总会有小部份的光被反射，恰恰是黑板某些部分太过于平滑，光滑的表面会对光发生“镜面反射”，将大量光线反射向同一方向。虽然黑板上白色的字会反射较多的光线，但粗糙的表面将光分散地反射，而文字的反射面积又小，所以大量反射光线反射的方向上的同学就会因黑板的反射光盖过白色的粉笔字的反射光而看不清黑板上的字。所以，质量上乘的黑板应当是表面平整而适度粗糙，使得各个方向射到黑板每一部分的光线都发生“漫反射”，这样，坐在教室任何角落的同学就都能看清黑板上的字了
3. 你知道人为什么要长两只眼睛吗？
Ans. 人和动物都长着两只眼睛，为什么不只长一只呢？这是因为生存竟争的需要，这是因为用两只眼睛观察周围比用一只眼睛来得准确和精细。人们观察到的世界为什么是立体的？这也是因为人长着两只眼睛的缘故。
　　成年人的双眼大约相隔6.5厘米，观察物体(如一本竖立着的书)时，两只眼睛从不同的位置和角度注视着物体，左眼看到书的封底，右眼看到封面。这本书的封面和封底同时在视网膜上成像，左右两面的印象合起来人就得到对这本书的立体感觉了(见图)。引起这种立体感觉的效应叫做"视觉位移"。
　　用两只眼睛同时观察一个物体时物体上每一点对两只眼睛都有一个张角。物体离双眼越近，其上每一点对双眼的张角越大，视差位移也越大。正是这种视差位移，使我们能区别物体的远近，并获得有深度的立体感。对于远离我们的物体，两眼的视线几乎是平行的，视差位移接近于零，所以我们很难判断这个物体的距离，更不会对它产生立体感觉了，夜望星空你会感觉到天上所有的屋星似乎都在同一球面上，分不清远近，这就是视差位移为零造成的结果。　　
　　当然，只有一只眼的话，也就无所谓视差位移了，其结果也是无法产生立体感。例如，闭上一只眼睛去做穿针引线的细活，往往看上去好像线已经穿过针孔了，其实是从边上过去的，并没有穿进去。
4. 我们常用的层板为什么都只有三层板、五层板，却没有四层板、六层板？
Ans. 胶合板是由几层非常薄的木片胶合而成的。如果到卖胶合板的建材商店大看一下行情，你一定会发现，只有三夹板、五夹板、甚至七夹板、十一夹板，而找不到四夹板、六夹板等双数层板，这是为什么？
我们知道，木材干燥时要收缩，而横纹理木材比直纹理木材的收缩要厉害，因此，木板一般都是朝横纹理那个方向翘起未的。木板越薄越容易翘。胶合板里的木材都是非常薄的木片，在粘合成胶合板时翘曲是不可避免的。怎样利用力的平衡原理，使整块胶合板不产生翘曲？
　　胶合板采用单数层的目的，是为了使胶合板有一个核心层。一般他说，这个位于中间的核心层都采用收缩性较小的直纹理板，它两侧则粘合横纹理板，再在它们的外侧粘合直纹理板。这样，横直交错地重迭粘合，就使各层薄板互相牵制，使得胶合板能够不收缩或少收缩。由于单数层胶合板最外面面层板的收缩方向一样（一般也采用直纹板），因此，最后粘成的胶合板不会翘曲。
　　如果是双数层胶合板，例如是四夹板，它的纹理走向只可能是直－ 横－直－ 横，或是横－ 直－横－ 直，总之，最外面两层薄板的纹理走向不同，这会造成两个不良后果：一是胶合板两个表面的大小下一样，横纹理那面因收缩较大，形成的表面就比直纹理那面小，二是由于两面的收缩不一样，必然产生翘曲，胶合板向收缩率大的横纹理表面那侧弯曲。
Questions　（答案见下期）
1. 相同质量的一杯热水和一杯冷水同时放进冰箱，往往是那杯热水先结冰。你知道这个现象吗？这就是有名的姆佩巴效应，请看－>>··············································································
姆佩巴效应
一、姆佩巴效应
人们通常都会认为，一杯冷水和一杯热水同时放入冰箱时，冷水结冰快。事实并非如此。1963年的一天，在地处非洲热带的坦桑尼亚一所中学里，一群学生想做一点冰冻食品降温。一个名叫埃拉斯托·姆佩巴的学生在热牛奶里加了糖后，准备放进冰箱里做冰淇淋。他想，如果等热牛奶凉后放入冰箱，那么别的同学将会把冰箱占满，于是就将热牛奶放进了冰箱。过了不久，他打开冰箱一看，令人惊奇的是，自己的那杯冰淇淋已经变成了一杯可口的冰淇淋，而其他同学用冷水做的冰淇淋还没有结冰。他的这一发现并没有引起老师和同学们的注意，相反在为他们的笑料。姆佩巴把这特殊现象告诉了达累萨拉姆大学的物理学教授奥斯博尔内博士。奥斯博尔内听了姆佩巴的叙述后也感到有点惊奇，但他相信姆佩巴讲的一定是事实。尊重科学的奥斯博尔内又进行了实验，其结果也姆佩巴的叙述完全相符。这就确切地肯定了在低温环境中，热水比冷水结冰快。此后，世界上许多科学杂志载文介绍了这种自然现象，还将这种现象命名为“姆佩巴效应”（Mpemba Effect）。
二、Mpemba 效应的历史
热水比冷水更快结冰的事实已被知道了很多个世纪。最早提到并记载此一现象的数据，可追溯到公元前300年的亚里斯多德，他写道：
“先前被加热过的水，有助于它更快地结冰。因此当人们想去冷却热水，他们会先放它在太阳下．．．”
但在 20 世纪前，此现象只被视为民间传说。直到1969年，才由Mpemba再次在科学界提出。自此之后，很多实验证实了 Mpemba 效应的存在，但没有一个唯一的解释。
　　大约在1461年，物理学家 Giovanni Marliani 在一个关于物体怎样冷却的辩论上，说他已经证实了热水比冷水更快结冰。他说他用了四盎司沸水，和四盎司未加热过的水，分别放在两个小容器内，置于一个寒冷冬天的屋外，发现沸水首先结冰。但他没能力解释此一现象。
　　到了十七世纪初，此现象似乎成为一种常识。1620年培根写道“水轻微加热后，比冷水更容易结冰。”不久之后，笛卡儿说“经验显示，放在火上一段时间的水，比其它水更快地结冰。”
直至1969年，那已是Marliani实验500年之后，坦桑尼亚中学的一个命叫Mpemba的中学生再发现此现象的故事，被刊登在《新科家》（New Scientist）杂志。这个故事告诉科学家和老师们，不要忽视非科学家的观察，和不要过早下判断。
1963年，Mpemba 正在学校造雪糕，他混合沸腾的牛奶和糖。本来，他应该先等牛奶冷却，之后再放入冰箱。但由于冰箱空间不足，他不等牛奶冷却，就直接放入去。结果令他很惊讶，他发现他的热牛奶竟然比其同学的更早凝固成冰。他问他的物理老师为什么，但老师说，他一定是和其它同学的雪糕混淆了，因为他的观察是不可能的。
　　当时Mpemba 相信他老师的说法。但那一年后期，他遇见他的一个朋友，他那朋友在 Tanga 镇制造和售卖雪糕。他告诉Mpemba，当他制造雪糕时，他会放那些热液体入冰箱，令他们更快结冰。Mpemba发觉，在Tanga镇的其它雪糕销售者也有相同的实践经验。
　　后来，Mpemba学到牛顿冷却定律，它描述热的物体怎样变冷（在某些简化了的假设下）。Mpemba 问他的老师为什么热牛奶比冷牛奶先结冰。这位老师同样回答是一定Mpemba混淆了。当Mpemba继续争辩时，这位老师说：“所有我能够说的是，这是你Mpemba的物理，而不是普遍的物理。”从那以后，这位老师和其它同学就用“那是Mpemba的数学”或“那是Mpemba的物理”来批评他的错误。但后来，当Mpemba在学校的生物实验室，尝试用热水和冷水做实验时，他再一次发现：热水首先结冰。
　　更早时，有一位物理教授Osborne博士访问Mpemba的那间中学。Mpemba问他这个问题。Osborne博士说他想不到任何解释，但他迟些会尝试做这个实验。当他回到他的实验室，便叫一个年轻的技术员去测试Mpemba的声称。这位技术员之后报告说，是热水首先结冰，又说：“但我们将会继续重复这个实验，直至得出正确的结果。”然而，实验报告给出同样的结果。在1969年，Mpemba和Osborne报导他们的结果。
　　同一年，科学上很常见的巧合之一，Kell 博士独立地写了一篇文章，是关于热水比冷水先结冰的。Kell 显示，如果假设了水最初是透过蒸发冷却，和维持均匀的温度，这样，热水就会失去足的质量而首先结冰。Kell因此表明这种现象是真的（当时，这现象在加拿大城市是一个传闻。），而且能够用蒸发来解释。然而，他不知道Osborne的实验。Osborne测量那失去的质量，发现蒸发不足以解释此现象。后来的实验采用密封的容器，排除了蒸发的影响，仍然发现热水首先结冰。
三、对姆佩巴效应的各种解释
什么是 Mpemba 效应？有两个形状一样的杯，装着相同体积的水，唯一的分别是水的温度。现在将两杯水在相同的环境下冷却。在某些条件下，初温较高的水会先结冰，但并不是在任何情况下，都会这样。例如，99.9° C 的热水和 0.01° C 的冷水，这样，冷水会先结冰。Mpemba 效应并不是在任何的初始温度、容器形状、和冷却条件下，都可看到。
　　一般人会认为这似乎是不可能的，还有人会试图去证明它不可能。这种证明通常是这样的：30℃的水降温至结冰要花10分钟，70℃的水必须先花一段时间，降至30℃，然后再花 10分钟降温至结冰。由于冷水必须做过的事，热水也必须做，所以热水结冰慢。这种证明有错吗？
　　这种证明错在，它暗中假设了水的结冰只受平均温度影响。但事实上，除了平均温度，其它因素也很重要。一杯初始温度均匀，70℃的水，冷却到平均温度为30℃的水，水已发生了改变，不同于那杯初始温度均匀，30℃的水。前者有较少质量，溶解气体和对流，造成温度分布不均。这些因素会改变冰箱内，容器周围的环境。下面会分别考虑这四个因素。
1. 蒸发──在热水冷却到冷水的初温的过程中，热水由于蒸发会失去一部分水。质量较少，令水较容易冷却和结冰。这样热水就可能较冷水早结冰，但冰量较少。如果我们假设水只透过蒸发去失热，理论计算能显示蒸发能解释Mpemba效应。 这个解释是可信的和很直觉的，蒸发的确是很重要的一个因素。然而，这不是唯一的机制。蒸发不能解释在一个封闭容器内做的实验，在封闭的容器，没有水蒸气能离开。很多科学家声称，单是蒸发，不足以解释他们所做的实验。
2. 溶解气体──热水比冷水能够留住较少溶解气体，随着沸腾，大量气体会逃出水面。溶解气体会改变水的性质。或者令它较易形成对流（因而较易冷却），或减少单位质量的水结冰所需的热量，或者改变沸点。有一些实验支持这种解释，但没有理论计算的支持。
3. 对流──由于冷却，水会形成对流，和不均匀的温度分布。温度上升，水的密度就会下降，所以水的表面比水底部热─叫“热顶”。如果水主要透过表面失热，那么，“热顶”的水失热会比温度均匀的快。当热水冷却到冷水的初温时，它会有一热顶，因此与平均温度相同，但温度均匀的水相比，它的冷却速率会较快。虽然在实验中，能看到热顶和相关的对流，但对流能否解释Mpemba效应，仍是未知。
4. 周围的事物──两杯水的最后的一个分别，与它们自己无关，而与它们周围的环境有关。初温较高的水可能会以复杂的方式，改变它周围的环境，从而影响到冷却过程。例如，如果这杯水是放在一层霜上面，霜的导热性能很差。热水可能会熔化这层霜，从而为自己创立了一个较好的冷却系统。明显地，这样的解释不够一般性，很多实验都不会将容器放在霜层上。
　　最后，过冷在此效应上，可能是重要的。过冷现象是水在低于0℃时才结冰的现象。有一个实验发现，热水比冷水较少会过冷。这意味着热水会先结冰，因为它在较高的温度下结冰。但这也不能完成解释Mpemba效应，因为我们仍需解释为什么热水较少会过冷。
在很多情况下，热水较冷水先结冰，但并不是在所有实验中都能观察到这种现象。而且，尽管有很多解释，但仍没有一种完美的解释。所以，姆佩巴效应仍然是一个謎。
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2. 大家都知道，零摄氏度以下水才结冰，可见冰是很冷的，但是如果我说，冰能“烧开”水，冰能“取火”，你相信吗？为什么？怎样做？如果你想到了点子，在北方寒冷的冬季可以做做实验来验证我的说法。
3. 液体的沸点随外界压强的增大而升高，晶体的熔点是否也是随外界压强的增大而升高呢？
4. 干燥的冬天，当我们用塑料梳子梳头发时，头发常常随梳子的提起而飘起来，好像粘在梳子上一样，特别是女士的长头发，往往越梳越乱；当我们晚上睡觉脱掉毛衣时，常常会听到轻微的劈里啪啦的响声，还会看到无数的小火星，你知道这是为什么吗？你会说，噢，这不就是摩擦产生的静电的作用吗？那么，什么是静电，静电对于我们的生活和生产又有哪些用途和危害呢？
第37期问题及解答 　
1. 我们要测量时间（比如，要测量一个人的脉搏），可以看看钟楼的时钟，家中的挂钟、小闹钟，或者自己的手表。但是，当你的周围这些都没有时，你还有什么招数能够大体测量出时间的长短吗？
Ans. (1)焚香测时
找一支香，先用尺子量出它的长度。点燃五分钟以后，再量一下它的长度；过五分钟以后，又量一次。量了几次以后，你会发现：在没有风的情况下，香的燃烧速度基本上没有什么变化。根据实验所得到的燃烧速度，比如，每五分钟燃烧掉1厘米，就可以在同样的香上每隔1厘米刻上一个刻度。这样，就成了一把测量时间的"尺子"了。只要看看香烧掉的长度，就可以知道已经过去了多少时间。
(2)流水（滴水）计时
　　找一个空酒瓶子，灌满水以后，倒立过来，让水流出去。反复做几次，水流完的时间总是一定的；第一次用几秒钟，第二次还是几秒钟。
　　流动的水和燃烧的香为什么可以作为测量时间的"尺子"呢？因为水的流动和香的燃烧都是一种运动，时间和运动有密切的关系，只有通过运动才能表现出流逝的时间。因此，量度时间离不开运动。在没有钟表以前，古人就是用水和火来计时的，根据古书记载，我国在两千多年前，就有了一种滴水计时的"刻漏"，又叫水钟。
古代有一种刻漏，主要由几个铜水壶组成，又叫"漏壶"。除了最底下的那个，每个壶的底部都有一个小眼。水从最高的壶里，经过下面的各个壶滴到最低的壶里，滴得又细又均匀。最低的壶里有一个铜人，手里捧着一支能够浮动的木箭，壶里水多了，木箭浮起来，根据它上面的刻度，就可以知道时间。燃烧计时也有悠久的历史。我国古代有一种"火闹钟"：把香放在一个船形的槽里，在香的某一点，用细线系上两个铜铃，横挂在放香的小"龙船"上。香从一头点起，烧到拴细线的地方把线烧断，两个铜铃就落在下面的金属盘里，人们听到响声，就知道预定的时刻到了。现在人们仍然使用着"火钟"：引起炸药爆炸的各种导火索都是火钟，从点火到爆炸的时间是由导火索的长度决定的。
(3)日影计时
　　太阳的东升西落告诉我们地球在不停地转动。这也是一种比较稳定的运动。自古以来人们还利用这种运动来计量时间。人们制成了日晷〔guǐ〕，这是一种"太阳钟"，它是利用日影的运动来指示时间的。不过，在阴天和夜晚，太阳钟就不起作用了。
在探险旅游中，在有阳光的时候，常常可以简易地在地上立根杆子，观察杆子在地上的影子（或干脆就看站立的人在地上的影子），也可以大致估计出当时的时间。
此外，利用单摆的周期性，成年人的脉搏大约是60～80min-1,一定的人中速步行，中速报数等都可以大约测定一定的时间。除以上所列举的以外，你还有哪些计时的“土方法”？如果你有很惊人的妙法，请告诉我，可以在本站留言本中留言，也可发邮件到： mailto:guest@ephyst.com ,谢谢你！
2. 你知道2003年的诺贝尔物理学奖是哪几位科学家获得的吗？他们各自的国籍和获奖的原因？
Ans. 共有三位物理学家获奖，他们是：拥有俄罗斯和美国双重国籍的75岁的科学家阿列克谢·阿布里科索夫（Alexei Abrikosov）、87岁的俄罗斯科学家维塔利·金茨堡（Vitaly Ginzburg）以及拥有英国和美国双重国籍的65岁的科学家安东尼·莱格特（Anthony Leggett）。他们由于在创立解释量子论中的两大现象：超导体和超流体方面的理论方面作出突出的开创性贡献贡献而获奖。
3. 以前人们常说，多晒太阳，多吸收紫外线，有利于健康，现在科学家又告诫我们，要防止紫外线对人体的伤害。那么，紫外线对于人体到底有哪些利和弊呢？
Ans.　千百年来，人类视太阳为生命。骄阳普照，万物生灵茁壮成长。随着科学的发达，人们还发现，太阳中的紫外线不仅能杀菌，还能合成人体必需的维生素Ｄ，促进人体对钙的吸收。于是，多晒太阳，又成为人们防病治病的一条重要途径。而海滩上的比基尼，更是成了追求健康生活的标志。
　　然而，近年来，越来越普遍被人们提到的臭氧层空洞、太阳黑子活动高峰等话题，却完全改变了人们的认识。医学专家警告人们，过多的紫外线辐射90％的皮肤癌，均是因为患者长期暴晒所致。
　　我们头上的太阳是一个巨大的原子炉，它所产生的电磁波辐射到太阳系的每一个星球。电磁波包括紫外线、宇宙射线、Ｘ射线、可见光、红外线和无线电波等，它们各有不同的波长和振动频率。在整个电磁范围内波长长于780nm的电磁波叫红外线，属长波范围。短于380nm的叫紫外线，属短波范围。
　　在离地球表面25公里的大气层中的臭氧可以过滤和遮挡大部分的紫外线，使其不致辐射到地面。也就是说，由于臭氧层的屏障作用，只有很小部分的紫外线能够真正达到地球表面。而适量的紫外线照射对人体极有好处，它可以合成人体必需的维生素Ｄ，帮助人体对钙的吸收，对预防儿童佝偻病、软骨病和中老年骨质疏松症等尤为重要。然而，近半个世纪以来，由于超音速飞机的运行，破坏了臭氧的光化学平衡。而严重的工业污染，更是极大地破坏了大气中的臭氧层。据新西兰国家气象研究中心报告：过去10年间，通过仪器测试到的太阳紫外线已经增加了12％，也就是说，大气层中的臭氧浓度减弱了12％。更糟的是，紫外线已经能够直接影响到臭氧层的厚度，使其变薄。就像一个人生病时，其免疫能力也随之下降。
　　过量的紫外线辐射，会抑制皮肤的免疫反应，导致皮肤黑斑和各种炎症，严重时引发皮肤癌。据美国防止皮肤癌协会报告，在美国有104万皮肤癌患者，是前列腺癌、乳癌、肺癌和胰腺癌患者的总和。而美国联邦癌症控制及防御中心的统计则表明，90％的皮肤癌患者都是因为长期暴晒所致，他们大都喜欢在公园、游乐场等进行户外活动。在我国，上海市曾有一份统计资料表明，皮肤癌已居恶性肿瘤发病率的第11位。
　　紫外线的辐射，不分季节，不分阴晴，不分海拔高低，只有到达地面的强弱（紫外线指数）不同。上午10时至下午4时是一天当中紫外线辐射最强的时期，在缺少浓厚云层的晴天，紫外线指数也相对较高。此外，紫外线对人体的伤害，还因人种和遗传因素的不同，而有所差别。一般情况下，下列人群更易受到紫外线的伤害：即浅色皮肤者，中性皮肤者，蓝、绿、灰眼睛者，浅色头发者，有雀斑者，对阳光过敏者，曾有被太阳严重晒伤记录者，有许多黑痣者（超过50至100个），曾经有皮肤病例者。
因此，近年来人们为了防止紫外线的伤害，在炎炎的夏日，外出时纷纷用起了太阳伞、防晒服、防晒膏，在茫茫商海中兴起了一个防晒行业。
Do You Know ?
你知道什么是静电吗？静电对于人类的生活和生产有哪些用途和危害，又如何兴利放弊呢？－>>
静 　　电
　　当两种不同性质的物体相互摩擦或接触时，由于它们对电子的吸力大小各不相同，在物体间发生电子转移，使甲物体失去一部分电子而带正电荷，乙物体获得一部分电子而带负电荷。如果摩擦后分离的物体与大地绝缘，则电荷无法泄漏，停留在物体的内部或表面呈相对静止状态。这种不流动的电行就称为静电。在日常生活中我们常可发现不少静电存在的现象，如用塑料梳子梳理头发时，梳子会将干燥的头发吸起，有时可听到"哆暧"声响。在夜间当脱下腈纶混纺毛衣时还可看到闪烁的火花。
　　你身上和你周围就带有很高的静电电压，几百伏、几千伏甚至几万伏。特别是在干燥的季节当你脱衣服或用手去触摸金属体时会产生电击感，此时你带静电达几千伏至几万伏以上。
　　静电学是十八世纪以前以库仑定律为基础建立起的以研究静止电荷及场作用规律的学科，是物理学中电磁学的一个重要组成部分。
一、静电的产生
　　1. 不同物质外层电子脱离物质表面所需要的功（电子速出功）各有区别，因此两种不同物质紧密接触时，在接触表面发生电子转移，逸出功小的物质容易失去电子而带正电，逸出功大的物质表面则增加电子从而带负电荷，所以不同物质电子逸出功的不同是产生静电的基础。
　　2. 静电的积聚与物质的导电性能有关。以电阻率来表示时，电阻率越小的物质，导电性能良好，静电不易积聚。
当材料的电阻率小于 106欧·厘米时，因其本身具有良好的导电性能，静电很快泄漏。材料电阻率大于 1016欧·厘米或小于 109欧·厘米者也不易产生静电。而电阻率为 1012欧·厘米的材料最易产生静电。
　　3. 两种不同物质在紧密接触、摩擦而又迅速分离时，电子从一个物质转移到另一个物质，因此摩擦、剥离、撞击都会导致静电火花。
　　4. 带电物体能使附近与它不接触的另一导体表面出现极性相反的电荷，称为感应起电。
下表是通过实验测出的几种磨料相互摩擦产生的静电电压（V）
牛皮纸
锦纶
羊毛
丝织物
涤纶
涤纶
780
-2000
-3000
500
3200
毛料
1400
-150
2000
-2000
3000
丝织物
300
-2700
3000
3000
羊毛
100
0
180
几种织物穿脱时的静电电压（Ｖ）
穿上时
穿后5分钟
脱下时
棉织品
0
0
-500
涤纶织品
+100
羊毛
+100
+10
-1500～+4800
合成纤维织品
-100～+200
-100～+300
0～+40
二、静电的危害
　　在二十世纪中期，随着工业生产的高速发展以及高分子材料的迅速推广应用, 一方面，一些电阻率很高的高分子材料如塑料,橡胶等的制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化, 使得静电能积累到很高的程度, 另一方面，静电敏感材料的生产和使用, 如轻质油品, 火药, 固态电子器件等, 工矿企业部门受静电的危害也越来越突出, 静电危害造成了相当严重的后果和损失。
　　据美国统计，电子工业部门每年因静电危害损坏电子元件的损失高达100亿美元；日本电子元件的不合格品中，45％是静电放电所造成。由于静电起火和爆炸现象造成事故更为严重，当带电体与不带电或静电电位很低的物体接近时，其电位差达到300V以上就会发生放电现象。这种放电能量达到或超过周围可燃物最小着火能量时就会引起燃烧或爆炸。穿着合成纤维人员所带静电电压通常大于2000V。国内外氧气加压舱常有报导，由于静电引起火灾。氧气加压氧舱，舱内氧浓度在65％以上，穿着化纤衣服是应绝对禁止的，事故多数因病人穿化纤衣服后翻身或脱衣服发生火花酿成灾难。
　　在航天工业，静电放电造成火箭和卫星发射失败，干扰航天飞行器的运行。在石化工业，美国从1960年到1975年由于静电引起的火灾爆炸事故达116起。1969年底在不到一个月的时间内荷兰、挪威、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静电引起相继发生爆炸以后引起了世界科学家对静电防护的关注。我国近年来在石化企业曾发生30多起较大的静电事故, 其中损失达百万元以上的有数起。例如上海某石化公司的2000米3 甲苯罐, 山东某石化公司的胶渣罐, 抚顺某石化公司的航煤罐等都因静电造成了严重火灾爆炸事故。二次世界大战后许多工业发达国家都建立了静电研究机构。
　　静电对印刷、包装过程的影响
　　印刷过程中由于不同物质之间频繁的撞击、摩擦以及接触，结果是使参与印刷过程的几乎所有物体都带有静电。因此一是会影响产品印刷质量，承印物表面带电，如纸张、聚乙烯、聚丙烯、玻璃纸等，它们会吸附纸属或飘浮在空气中大量灰尘、杂质等，从而影响油墨的转移，在印品上出现"花、点"，造成印品质量下降；其次带电的油墨若在移动中放电，就可能在印品上出现"静电墨斑"，看上去象是油墨的流动性差，上墨不均匀似的，在层次薄版印刷中常出现这种情况。在实地版印刷中，若带电油墨在印品上线条的边缘放电，很容易在边缘出现"墨须"。而且在印刷过程中由于高速摩擦，剥离会产生很高的静电，当静电积累到很容易导致空气放电，造成电击或起火。很高电压时，带电的油墨可能引起油墨、溶剂着火，或通过油墨电击工作人员，直接威胁操作人员的人身安全。
静电对家庭和人体还有不少危害，人体长期在静电辐射下，会使人焦躁不安、头痛、胸闷、呼吸困难、咳嗽。静电可吸附空气中大量的尘埃而且带电性越大、吸附尘埃的数量就越多，而尘埃中往往含有多种有毒物质和病菌，轻则刺激皮肤，影响皮肤的光泽和细嫩，重则使皮肤起癍生疮，更严重的还会引发支气管哮喘和心律失常等病症。
要消除静电的产生造成的危害，可以：
（１）尽量减少物体之间的摩擦，减少静电的产生
（２） "接地"消除法
　　这是最简单的方法。就是用金属导体将要消除静的物体与大地连接，使之与大地等电位，电荷便经大地而泄露，我们常常看到运油汽车后边一条长长的铁链拖地，就是为了泄放静电，采用接地导走静电时，静电接地装置的接地电阻不应大于100欧。搭接线或螺栓连接处，其接触电阻不应超过0.03欧，并应用铜片包垫。。但这种方法对于绝缘物体几乎没效果。
（３）湿度控制消除法
　　物体表面电阻随空气相对湿度增大而减小，因此，增加空气的相对湿度，就可以提高物体表面的电导率，加速电荷泄露。当空气的相对湿度在70％以上时物体表面容易形成微薄的水膜，水膜层溶解空气中的二氧化碳，使表面电阻率大大降低，静电荷就不易积聚。相反环境空气干燥，相对湿度低于50％时静电木易逐散，有可能形成高电位。
（4）降低材料电阻
　　使材料的电阻率小于106欧·厘米，能防止静电积聚，而降低材料电阻率可在材料中添加导电的填料，如橡胶炼制过程中，掺入一定量的石墨粉制得导电橡胶；塑料生产中掺入少量金属粉末或石墨粉制成低电阻塑料；工业油料中掺入微量醋酸等等。还有一种表面处理法，在材料表面涂以防静电剂，防静电剂是以油脂为原料，主要成分为季胺盐，其作用是使化纤、橡胶、塑料等材料表面吸附空气中的水分，从而增加了导电率。如阳离子抗静电剂，在聚乙烯化纤纺织和聚乙烯醇含成纤维抽丝过程中只要涂抹少量即能使静电电压限制在几十伏范围内。有机玻璃表面用肥皂擦抹后也能防止静电的积聚。
（５）采用静电屏蔽
（６）使用静电消除设备
三、静电的利用
　　静电也可以利用来为人类服务，如静电除尘、静电喷涂、静电印刷、静电除虫等。
　　比如，前面提到，静电在印刷和包装过程有很多危害，但利用静电又可以提高印品的质量。照相凹印与凸版印刷、平版印刷相比较，印刷图文存留有叫多的墨量，必须施加较大的印刷压力，才能使着墨孔里的油墨转移到承印物表面，因而印刷机的负荷要比凸版印刷机、平版印刷机的负荷大。尽管采用很大的印刷压力，也只能把版上６０％的油墨转移到承印物上。为了提高照相凹版的油墨转移率，可以在印刷机上安装静电吸墨装置，利用静电吸墨的办法，把印刷上的油墨吸到承印物上，这样油墨转移率能提高２０％，既延长了机器的使用寿命，又使印刷品的细微层次得到了丰富的再现，大大提高了印品的质量与档次。
印刷机的压印滚筒有导电性，印刷时，利用静电高压发生器，在印版和压印滚筒之间产生电场借助静电引力，将印版着墨孔里的油墨吸到承印物上。这种装置，由于高压电场的存在能消除纸张上的静电，克服了纸张带静电而引起的种种故障。
现在人们生活和工作中经常使用的“激光打印机”，“静电复印机”等都是利用了静电吸附的原理。
利用高压静电消毒，还可以确保杀灭0.01微米以上的细菌与病菌，而细菌与病菌的大小主要集中在0.01至0.3微米。
静电的利用和防止的动画演示（见压缩包内的Flash动画）
Questions　（答案见下期）
1. 你注意到自然界的一种“奇怪”的现象没有？南北流动的水流或大气流总是偏向一个方向，比如，在北半球，由北向南的河流总是冲刷右岸；由赤道流向北半球的海洋风或洋流总是右旋……，这些现象统称为“科里奥利力”。你知道什么是科里奥利力，它是怎样形成的吗？
2. 我国刚刚发射成功的神舟五号载人飞船在进入太空变轨后的轨道是离地340km的圆轨道，你能用高中的万有引力知识计算出飞船绕地一圈的时间吗？试试看，看看与国家公布的环绕时间差多少。
3. 做个小实验，体会开水瓶的保温原理：
　　一杯热开水放在桌面上，没有一会儿的工夫就变温水了。所以才有开水瓶、保温杯的产生，它们是如何做成的呢？它们的保温原理是怎样的呢？
（１）找一个小玻璃瓶和一个大玻璃瓶，小玻璃瓶瓶口要比较小，要能放入大玻璃瓶中，高度要低于大玻璃瓶瓶口。
（２）用剛烧开的水倒入小玻璃瓶内约四分之三深度，盖好瓶盖，放置30分钟，然后用温度计（千万不能用体温表呀）测量瓶中水温。
（３）倒干小玻璃瓶中的水，充分冷却后，用二层铝箔纸紧贴住小玻璃瓶外表面和大玻璃瓶内表面，铝箔背面贴在玻璃上，然后用胶带纸固定。
（４）把热水倒进小玻璃瓶内，将瓶盖盖好。
（５）用一个软木塞平放在大玻璃瓶的底部，上面放小玻璃瓶，然后盖好大玻璃瓶的瓶盖。
（６）30分钟后拿出小玻璃瓶，你会发现里面的水仍然较热，立即用温度计测量小玻璃瓶中水的温度。
通过以上对比实验，你能发现什么？你了解了开水瓶、保温杯保温的原理了吗？
第38期问题及解答
1. 你注意到自然界的一种“奇怪”的现象没有？南北流动的水流或大气流总是偏向一个方向，比如，在北半球，由北向南的河流总是冲刷右岸；由赤道流向北半球的海洋风或洋流总是右旋……，这些现象统称为“科里奥利力”。你知道什么是科里奥利力，它是怎样形成的吗？
Ans. 我们知道，地球是由西向东旋转的，赤道地区旋转的线速度最大，随着纬度越高，线速度越来越小，到了极点减为零。设想空气从低纬度地区移向北极：在最初，空气是具有与源地相同的向东速度的；当空气接近极点时，在那儿的地球转动为零，而这股空气却继续保持着它原来的向东的动量（假设没有因为摩擦而耗损的话），于是它会相对于目的地的地表转向东面。这样，即使空气以相当直的路线越过纬线向极地方向前进，相对于地球，它看起来会是同时朝东转向越过经线。
　　一个名叫古斯塔·加斯佩德·科里奥利的法国人在1835年最先用数学方法描述了这种效应，所以科学界用他的姓氏来命名此种力。我们通常也称它为地转偏向力。在北半球，科里奥利力使风向右偏离其原始的路线；在南半球，这种力使风向左偏离。风速越大，产生的偏离越大。于是，在北半球，当空气向低压中心辐合时会向右弯曲，形成了一个逆时针方向的旋转气流。从高压中心辐散出来的空气，则因为向右弯曲而形成了顺时针方向的旋风。我们把逆时针旋转的叫做气旋，把顺时针旋转的叫做反气旋。在南半球，上述的情形正好相反。
　　科里奥利效应使风在北半球向右转，在南半球向左转。此效应在极地处最明显，在赤道处则消失。如果没有地球的旋转，风将会从极地高压吹向赤道低压地区。
　　科里奥利效应在极地最显著，向赤道方向逐渐减弱直到消失在赤道处。这就是为什么台风只能仅仅使云形成在5纬度以上的地区。
　　科里奥利力不仅仅对风产生影响，任何一个环绕地表的远距离运动都会受到它的捉弄。在一战期间，德军用他们引以自豪的射程为113千米的大炮轰击巴黎时，懊恼地发现炮弹总是向右偏离目标。直到那时为止，他们从没担心过科里奥利力的影响，因为他们从没有这样远距离的开火。
　　在北京天文馆的傅科摆每隔37hl15min钟摆平面作顺时针转动一周也是科里奥利力作用的结果。科里奥利力是一个重要但又容易被一般人所忽视的力。例如在北半球火车由南向北快速行驶时右边轨道上所受的压力要大些，由南向北的河流东岸受冲刷较厉害，这些现象都可用科里奥利力来解释，另外在发射远程导弹、气象预报、航海、航空中气泡水准仪的设计等方面也要考虑到科里奥利力的影响。
　　当然，对于近距离的运动，科里奥利力影响极小。从场地一边把篮球抛到另一边的运动员，考虑科里奥利力的影响而需要调整自己投球的偏移量为1.3厘米。当你拔掉盥洗池的橡皮塞时，会发现有时水流并不是逆时针旋转流走的，因为科里奥利力几乎没有足够的时间来影响水这样短距离的运动，水流的形态更多地受到水池形状或者水龙头喷射角度的影响。
　　在大气层的高处，科里奥利效应是一个重要的因素。在大约5500米或更高的地方，空气没有与大山、树木的摩擦，它能够不断地增强力量并达到惊人的速度。当气压差不断地把这些风推向低压地区时，空气就会受科里奥利力的影响而转向，最终会沿着等压线吹动。
　　科里奥利力并不真是一种力；它只不过是惯性的结果。科里奥利： 科里奥利 (Gaspard-Gustave de Coriolis), 1792年5月21日生于法国巴黎。其父为一名军官，曾在法国国王路易十六手下为官。 1792年8月10日，巴黎人民起义，推翻斐扬派统治，逮捕路易十六。9月21日召开国民 公会，次日宣布成立法兰西共和国。由于害怕遭到清算，科里奥利的父亲逃亡到法国 东北部城市南锡，并在当地开办工厂。
　　科里奥利在南锡长大并在此求学。1808年他以在全部考生中入学考试第二名的成绩考入 工艺学校。毕业后进入巴黎桥梁与公路学校继续深造。后来，作为工程师他在默尔特- 摩泽尔省以及孚日山区工作了几年。他的父亲去世后，科里奥利不得不承担起供养全家 的义务。由于当时健康状况已经很糟，在著名数学家柯西的推荐下，他于1816年在工艺 学校谋得一份工作，负责辅导数学分析。
　　1829年科里奥利成为中央艺术和制造学校的力学教授。1830年法国爆发七月革命，9月 柯西离开巴黎。当时的政治形势要求柯西必须返回巴黎宣誓效忠新政权，但他未能返回 巴黎宣誓从而失去了在工艺学校的所有职务。科里奥利接替了柯西在工艺学校的职位。 此时，科里奥利决定不再承担新的教学任务，埋头从事科研工作。
　 尽管在工艺学校不再承担新的任务，科里奥利却于1832年接受了桥梁与公路学校的一个 职位，和纳维一起讲授应用力学。1836年纳维去世，科里奥利被桥梁与公路学校任命 执掌纳维以前的教席。不久，他被选为法兰西科学院力学部院士，接替原先纳维的位置。 他在工艺学校的教学工作一直持续到1838年。他的工作卓有成效，但身体却每况愈 下。1843年春季他的健康状况开始急剧恶化，9月19日在巴黎去世，享年51岁。
科里奥利的研究工作主要集中在力学和工程数学，特别是摩擦、水力学、机器性能和人 类工程学等领域。他在研究中首先引进了 "功"、 "动能" 等科学概念。1835年他提出，如 果在运动方程中加入一个称为科里奥利加速度的额外的力(惯性力)，运动定律同样也适 用于一个旋转参照系。这个额外的力就是著名的科里奥利力或称科氏力。在旋转的的地 球上，流体运动始终受到科氏力的作用，气象学上又称之为地转偏向力。对于大尺度大 气运动，科氏力具有十分重要的意义。
2. 我国刚刚发射成功的神舟五号载人飞船在进入太空变轨后的轨道是离地340km的圆轨道，你能用高中的万有引力知识计算出飞船绕地一圈的时间吗？试试看，看看与国家公布的环绕时间差多少。
Ans. 利用圆轨卫星的周期公式：式中：卫星环绕半径　　 (R 是地球半径，ｈ是卫星高度)
万有引力恒量　　；地球质量　
所以：
国家公布的运行周期是90分钟左右。看来计算结果与实际运行周期非常接近。
3. 做个小实验，体会开水瓶的保温原理：
　　一杯热开水放在桌面上，没有一会儿的工夫就变温水了。所以才有开水瓶、保温杯的产生，它们是如何做成的呢？它们的保温原理是怎样的呢？
（１）找一个小玻璃瓶和一个大玻璃瓶，小玻璃瓶瓶口要比较小，要能放入大玻璃瓶中，高度要低于大玻璃瓶瓶口。
（２）用烧开的水倒入小玻璃瓶内约四分之三深度，盖好瓶盖，放置30分钟，然后用温度计（千万不能用体温表呀）测量瓶中水温。
（３）倒干小玻璃瓶中的水，充分冷却后，用二层铝箔纸紧贴住小玻璃瓶外表面和大玻璃瓶内表面，铝箔背面贴在玻璃上，然后用胶带纸固定。
（４）把热水倒进小玻璃瓶内，将瓶盖盖好。
（５）用一个软木塞平放在大玻璃瓶的底部，上面放小玻璃瓶，然后盖好大玻璃瓶的瓶盖。
（６）30分钟后拿出小玻璃瓶，你会发现里面的水仍然较热，立即用温度计测量小玻璃瓶中水的温度。
通过以上对比实验，你能发现什么？你了解了开水瓶、保温杯保温的原理了吗？
Ans.　第二次实验的水不易变冷，这实际上是在模拟保温瓶（开水瓶）的保温原理。当盖上大玻璃瓶瓶盖后，在大、小玻璃瓶之间就有一层不流动的空气，空气是热的不良导体，不流动的空气又不能发生对流，而大、小玻璃瓶之间的两层铝箔又对辐射热产生反射，减小了辐射散热，综合作用的结果，小玻璃瓶中的开水的热量散失就很慢，温度降低也就较小了。
Do You Know ?能量守恒定律是凡进过中学的人都耳熟能详的宇宙基本定律，在高中，我们知道了它就是“热力学第一定律”。那么热力学有几个基本定律，它们各自的内容以及是如何一起描绘出我们的宇宙图景呢？－>>
热力学定律
一、热力学第一定律
　　在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械, 这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论，这种不需要外界提供能量的永动机称为第一类永动机。
　　热力学第一定律是能量守恒定律, 它是说能量可以由一种形式变为另一种形式, 但其总量既不能增加也不能减少, 是守恒的。本世纪初爱因斯坦发现能量和质量可以互变, 所以能量守恒定律改为质能守恒定律。这一定律指出物质既不能被消灭也不能被创造, 一度被无神论当作宇宙永恒的根据.
热力学第一定律的产生是这样的：在18世纪末19世纪初，随着蒸汽机在生产中的广泛应用，人们越来越关注热和功的转化问题。于是，热力学应运而生。1798年，汤普生通过实验否定了热质的存在。德国医生、物理学家迈尔在1841－1843年间提出了热与机械运动之间相互转化的观点，这是热力学第一定律的第一次提出。焦耳设计了实验测定了电热当量和热功当量，用实验确定了热力学第一定律，补充了迈尔的论证。
二、热力学第二定律
　　在人们认识了能的转化和守恒定律后，制造永动机的梦想并没有停止下来。不少人开始企图从单一热源（比如从空气、海洋）吸收能量，并用来做功。将热转变成功，并没有违背能量守恒，如果能够实现，人类就将有了差不多取之不尽的能源，地球上海水非常丰富，热容很大，仅仅使海水的温度下降1℃，释放出来的热量就足够现代社会用几十万年，从海水中吸取热量做功，则航海不需要携带燃料！这种机械被人们称为第二类永动机。但所有的实验都失败了，因为这违背了自然界的另一条基本规律：热力学第二定律。
　　1824年，法国陆军工程师卡诺设想了一个既不向外做工又没有摩擦的理想热机。通过对热和功在这个热机内两个温度不同的热源之间的简单循环（即卡诺循环）的研究，得出结论：热机必须在两个热源之间工作，热机的效率只取决与热源的温差，热机效率即使在理想状态下也不可能的达到100%。即热量不能完全转化为功。
　　1850年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了能量守恒和转化定律与卡诺原理，指出：一个自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到高温物体而不发生任何变化，这就是热力学第二定律。不久，开尔文又提出：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响；或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。这就是热力学第二定律的"开尔文表述"。奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机不可能制造成功。
　　热力学第二定律有多钟说法，最流行的有两种：
　　1. 克劳修斯（Clausius）的表述： "热量由低温物体传给高温物体而不引起其它变化是不可能的"。
热量从高温传到低温处的过程可自发进行，反之，热量从低温传到高温处虽可以进行，但有条件，如通过制冷机将热从低温处转到高温处，除了这部分能量转化之外，必然引起其它变化，就是还要消耗电功变成热，就是说，使热量从低温向高温转移的同时，需消耗另一部分功，变成为热。
　　2. 开尔文（Kelvin）的表述： "从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其它变化是不可能的"。
　　这种说法的意思是从功转变成热，可不引起其它变化，(如摩擦生热，机械功完全转成热而不发生其它变化)，但是其反过程，将热变成功，除了这些能量转换外，必然引起其它变化，否则就不能发生。
　　克劳修斯和开尔文的两种表述实际上是一致的，假如热量可以由低温传给高温物体而不引起其它变化，则热可以完全变为功而不引起其它变化；在上述例子中，如果可以无条件地将低温热源中的热传给高温热源，则整个过程是高温热源中的热完全转变为功(热没有消耗到低温处)，并且没有发生其它变化(气体的状态没有变化)。即克劳修斯的说法不成立的话，则开尔文的说法也不能成立，两种表述是一致的。
　　当然，"第二类永动机是不能制成的"也是一种较流行的说法。
　　热力学第二定律是人类从生产和生活实践中所总结出来的经验规律，它的命运不象热力学第一定律那样一帆风顺，从它的诞生到20世纪初都在不断遭受人们的非议和攻击，在各个时期都有不少人用各种方式企图来否定它，他们大多数是想制造所谓的"第二类永动机"，当然，都以失败而告终。
　　热力学第二定律有丰富的含义，解释了自然界能量转化方向的深刻的规律，它描述能量自动传递的方向: 分子有规则运动的机械能, 可以完全转化为分子无规则运动的热能；热能却不能完全转化为机械能。
克劳修斯说法和开尔文说法都揭示了热的传递和转化的不可逆过程：克劳修斯说法实质上说热传递过程是不可逆的；开尔文说法实质上说功转变为热的过程是不可逆的。
　　正是各种不可逆过程的内在联系，使得热力学第二定律的应用远远超出热功转换的范围，成为整个自然科学中的一条基本规律。
但热力学第二定律是有适用范围的，它只能用于宏观观世界，微观世界如个别分子的运动不能用热力学第二定律去恒量，而对于超客观的世界如宇宙，由于它是一个开放的不平衡的体系，热力学第二定律也无法解释其发展规律，因而它后有非平衡态热力学使热力学得以延伸。
三、热力学第三定律
　　是否存在降低温度的极限？1702年，法国物理学家阿蒙顿已经提到了"绝对零度"的概念。他从空气受热时体积和压强都随温度的增加而增加设想在某个温度下空气的压力将等于零。根据他的计算，这个温度即后来提出的摄氏温标约为-239℃，后来，兰伯特更精确地重复了阿蒙顿实验，计算出这个温度为-270.3℃。他说，在这个"绝对的冷"的情况下，空气将紧密地挤在一起。他们的这个看法没有得到人们的重视。直到盖-吕萨克定律提出之后，存在绝对零度的思想才得到物理学界的普遍承认。现在我们知道，绝对零度更准确的值是－273.15℃。
　　1848年，英国物理学家汤姆逊在确立热力温标时，重新提出了绝对零度是温度的下限。
　　随着低温技术的发展，人们不断向低温极限冲击，但越是接近绝对零度，温度的降低越困难。1906年，德国化学物理学家能斯特（Walther Nernst, 1864-1941）在观察低温现象和化学反应中发现热定理，1912年，能斯特又这一规律表为绝对零度不可能达到原理："不可能使一个物体冷却到绝对温度的零度。"这就是热力学第三定律。
　　根据热力学第三定律，在绝对零度下一切物质皆停止运动。
　　绝对零度虽然不能达到，但可以无限趋近。
　　迄今为止，人类获得的最接近绝对零度的温度是0.5nK（0.5×10－9K），这是2003年由德国、美国、奥地利等国科学家组成的一个国际科研小组，日前改写的人类创造的最低温度纪录。
此外，还有人提出热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。
四、克劳修斯和开尔文简介
　　1. 克劳修斯（1822～1888）
　　克劳修斯在1822年出生于普鲁士的克斯林。他的母亲是一位女教师，家中有多个兄弟姐妹。他中学毕业后，先考入了哈雷大学，后转入柏林大学学习。为了抚养弟妹，在上学期间他不得不去做家庭补习教师。
　　1850年，克劳修斯被聘为柏林大学副教授并兼任柏林帝国炮兵工程学校的讲师。同年，他对热机过程，特别是卡诺循环进行了精心的研究。克劳修斯从卡诺的热动力机理论出发，以机械热力理论为依据，逐渐发现了热力学基本现象，得出了热力学第二定律的克劳修斯陈述。
　　在《论热的运动力……》一文中，克劳修斯首次提出了热力学第二定律的定义："热量不能自动地从低温物体传向高温物体。"这与开尔文陈述的热力学第二定律"不可制成一种循环动作的热机，只从一个热源吸取热量，使之完全变为有用的功，而其他物体不发生任何变化"是等价的，它们是热力学的重要理论基础。同时，他还推导了克劳修斯方程--关于气体的压强、体积、温度 和气体普适常数之间的关系，修正了原来的范德瓦尔斯方程。
　　1854年，克劳修斯最先提出了熵的概念，进一步发展了热力学理论。他将热力学定律表达为：宇宙的能量是不变的，而它的熵则总在增加。由于他引进了熵的概念，因而使热力学第二定律公式化，使它的应用更为广泛了。
　　1855年，克劳修斯被聘为苏黎世大学正教授，在这所大学他任教长达十二年。这期间，他除了给大学生讲课外，还积极地进行科学探索。
　　1857年，克劳修斯研究气体动力学理论取得成就，他提出了气体分子绕本身转动的假说。这一年，他发表了《论我们称之为热能的动力类型》一文，在这篇文章中他将气体分子的动能不仅看做是它们的直线运动，而且而且看作是分子中原子旋转和振荡的运动。这样，他就正确地，尽管不是充分地（只有量子理论才能给予充分的解释），确定了实际气体与理想气体的区别。同年，他还研究了电解质和电介质。他重新解释了盐的电解质溶液中分子的运动；他建立了固体的电介质理论。他还提出描述分子极性同电介质常数之间关系的方程。同时他还提出了电解液分解的假说。这一假说，后来经过阿仑尼乌斯的进一步发展成为电解液理论。
　　1858年，克劳修斯通过细心的研究，推导出了气体分子平均自由程公式，找出了分子平均自由程与分子大小和扩散系数之间的关系。同时，他还提出分子运动自由程分布定律。他的研究也为气体分子运动论的建立做出了杰出的贡献。
　　1860年，克劳修斯计算出了气体分子运动速度。后来，他确定了气体对于器壁的压力值相当于分子撞击器壁的平均值。运用与概率论相结合的平均值方法，他开辟了物理学一个极为重要的领域，即创建了统计物理学的学科。在后来的著作中，克劳修斯推导出能表示受压力影响的物体熔点（凝固点）的方程式，后来被称为克拉佩龙-克劳修斯方程。
　　克劳修斯在科学研究方面的主要贡献是建立热力学基础；同时，他在分子运动论以及电解质和固体电介质理论方面也都做出了重大的贡献。鉴于他在物理学各领域中所做出的贡献和取得的成就，1865年，他被选为法国科学院院士。
　　1867年，克劳修斯受聘于维尔茨堡大学，担任教授。在这所大学里他任教两年。在这期间(1868年)，他又被选为英国伦敦皇家学会会长。1869年以后，他任波恩大学教授。1870年他最先提出了均功理论。
1870年至1871年的战争期间，克劳修斯的膝盖惨遭重伤，因此，不得不将学生们的实验课交给克莱门斯凯特来负责。此人虽然被称为"老一辈人"的代表人物，但他并没有给他的继承者留下任何设备与仪器。也许，正是由于这个原因，尽管克劳修斯是当时最先进的物理学家，波恩大学的实验物理却没能得到应有的发展，也没能形成一种科学流派。
　　克劳修斯不仅在科研方面取得了重大的成就，而且在教学上也取得了良好的效果。他先后在柏林大学、苏黎世大学、维尔茨堡大学和波恩大学执教长达三十余年，桃李芬芳。他培养的很多学生后来都已成为了知名的学者，有的甚至是举世闻名的物理学家。
　　另外，克劳修斯除发表了大量的学术论文外，还出版了一些重要的专著，如《机械热理论》第一卷和第二卷、《势函数和势》等。
　　在克劳修斯的晚年，他不恰当地把热力学第二定律引用到整个宇宙，认为整个宇宙的温度必将达到均衡而不再有热量的传递，从而成为所谓的热寂状态，这就是克劳修斯首先提出来的"热寂说"。热寂说否定了物质不灭性在质上的意义，而且把热力学第二定律的应用范围无限的扩大了。
克劳修斯于1888年逝世，终年六十六岁。克劳修斯虽然在晚年错误地提出了"热寂说"，但在他的一生的大部分时间里，在科学、教育上做了大量有益的工作。特别是他奠定了热力学理论基础，他的大量学术论文和专著是人类宝贵的财富，他在科学史上的功绩不容否定。他诚挚、勤奋的精神同样值得后人学习。
2. 开尔文（1824～1907）
　　开尔文是英国著名物理学家、发明家，原名W.汤姆孙。他是本世纪的最伟大的人物之一，是一个伟大的数学物理学家兼电学家。他被看作英帝国的第一位物理学家，同时受到世界其他国家的赞赏。他的一生获得了一切可能给予的荣誉。而他也无愧于这一切，这是他在漫长的一生中所作的实际努力而获得的。这些努力使他不仅有了名望和财富，而且赢得了广泛的声誉。
　　1824年6月26日开尔文生于爱尔兰的贝尔法斯特。他从小聪慧好学，10岁时就进格拉斯哥大学预科学习。17岁时，曾立志："科学领路到哪里，就在哪里攀登不息"。1845年毕业于剑桥大学，在大学学习期间曾获兰格勒奖金第二名，史密斯奖金第一名。毕业后他赴巴黎跟随物理学家和化学家V.勒尼奥从事实验工作一年，1846年受聘为格拉斯哥大学自然哲学（物理学当时的别名）教授，任职达53年之久。由于装设第一条大西洋海底电缆有功，英政府于1866年封他为爵士，并于1892年晋升为开尔文勋爵，开尔文这个名字就是从此开始的。1890～1895年任伦敦皇家学会会长。1877年被选为法国科学院院士。1904年任格拉斯哥大学校长，直到1907年12月17日在苏格兰的内瑟霍尔逝世为止。
　　开尔文研究范围广泛，在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、工程应用等方面都做出了贡献。他一生发表论文多达600余篇，取得70种发明专利，他在当时科学界享有极高的名望，受到英国本国和欧美各国科学家、科学团体的推崇。他在热学、电磁学及它们的工程应用方面的研究最为出色。
　　开尔文是热力学的主要奠基人之一，在热力学的发展中作出了一系列的重大贡献。他根据盖-吕萨克、卡诺和克拉珀龙的理论于1848年创立了热力学温标。他指出："这个温标的特点是它完全不依赖于任何特殊物质的物理性质。"这是现代科学上的标准温标。他是热力学第二定律的两个主要奠基人之一（另一个是克劳修斯），1851年他提出热力学第二定律："不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响。"这是公认的热力学第二定律的标准说法。并且指出，如果此定律不成立，就必须承认可以有一种永动机，它借助于使海水或土壤冷却而无限制地得到机械功，即所谓的第二种永动机。他从热力学第二定律断言，能量耗散是普遍的趋势。1852年他与焦耳合作进一步研究气体的内能，对焦耳气体自由膨胀实验作了改进，进行气体膨胀的多孔塞实验，发现了焦耳－汤姆孙效应，即气体经多孔塞绝热膨胀后所引起的温度的变化现象。这一发现成为获得低温的主要方法之一，广泛地应用到低温技术中。1856年他从理论研究上预言了一种新的温差电效应，即当电流在温度不均匀的导体中流过时，导体除产生不可逆的焦耳热之外，还要吸收或放出一定的热量（称为汤姆孙热）。这一现象后叫汤姆孙效应。
　　在电学方面，汤姆孙以极高明的技巧研究过各种不同类型的问题，从静电学到瞬变电流。他揭示了傅里叶热传导理论和势理论之间的相似性，讨论了法拉第关于电作用传播的概念，分析了振荡电路及由此产生的交变电流。他的文章影响了麦克斯韦，后者向他请教，希望能和他研究同一课题，并给了他极高的赞誉。
　　开尔文在电磁学理论和工程应用上研究成果卓著。1848年他发明了电像法，这是计算一定形状导体电荷分布所产生的静电场问题的有效方法。他深人研究了莱顿瓶的放电振荡特性，于1853年发表了《莱顿瓶的振荡放电》的论文，推算了振荡的频率，为电磁振荡理论研究作出了开拓性的贡献。他曾用数学方法对电磁场的性质作了有益的探讨，试图用数学公式把电力和磁力统一起来。1846年便成功地完成了电力、磁力和电流的"力的活动影像法"，这已经是电磁场理论的雏形了（如果再前进一步，就会深人到电磁波问题）。他曾在日记中写道："假使我能把物体对于电磁和电流有关的状态重新作一番更特殊的考察，我肯定会超出我现在所知道的范围，不过那当然是以后的事了。"他的伟大之处，在于能把自己的全部研究成果，毫无保留地介绍给了麦克斯韦，并鼓励麦克斯韦建立电磁现象的统一理论，为麦克斯韦最后完成电磁场理论奠定了基础。
　　他十分重视理论联系实际。1875年预言了城市将采用电力照明，1879年又提出了远距离输电的可能性。他的这些设想以后都得以实现。1881年他对电动机进行了改造，大大提高了电动机的实用价值。在电工仪器方面，他的主要贡献是建立电磁量的精确单位标准和设计各种精密的测量仪器。他发明了镜式电流计（大大提高了测量灵敏度）、双臂电桥、虹吸记录器（可自动记录电报信号）等等，大大促进了电测量仪器的发展。根据他的建议，1861年英国科学协会设立了一个电学标准委员会，为近代电学量的单位标准奠定了基础。在工程技术中，1855年他研究了电缆中信号传播情况，解决了长距离海底电缆通讯的一系列理论和技术问题。经过三次失败，历经两年的多方研究与试验，终于在1858年协助装设了第一条大西洋海底电缆，这是开尔文相当出名的一项工作。他善于把教学、科研、工业应用结合在一起，在教学上注意培养学生的实际工作能力。在格拉斯哥大学他组建了英国第一个为学生用的课外实验室。
　　汤姆孙还将物理学用到完全不同的领域。他研究过太阳热能的起源和地球的热平衡。他的方法可靠而有趣，但只由于他不知道太阳和地球上的能量来自核能，因而不可能得到正确的结论。他试图用落到太阳上的陨石或用引力收缩来解释太阳热能的起源。约在1854年，他估算太阳的"年龄"小于5×108年，而这只是我们现在知道的值的十分之一。
　　从地球表面附近的温度梯度，汤姆孙试图推算出地球热的历史和年龄。他的估算仍然太低，仅为4×108年，而实际值约为5×109年。地质学家以地质现象的演变为理论根据，很快就发现他的估算是错误的。他们不能驳倒汤姆孙的数学，但他们肯定他的假定是错误的。同样，生物学家也发现汤姆孙给出的时间进程与最新的进化论的观念相悖。这一争论持续了多年，汤姆孙完全不理解别人的反对意见是正确的。最后，直到放射性和核反应的发现，才证明了汤姆孙假设的前提是完全错误的。
　　流体力学特别是其中的涡旋理论成为汤姆孙最喜爱的学科之一，他受亥姆霍兹工作的启示，发现了一些有价值的定理。他航行的收获之一是在1876年发明了适用于铁船的特殊罗盘，这一发明后来为英国海军所采用，而且一直用到被现代回转罗盘代替为止。汤姆孙的企业生产了许多磁罗盘和水深探测仪，从中大为获利。
　　基于他的实践经验和理论知识，汤姆孙感到迫切需要统一电学单位，公制的引入使法国革命向前跨了一大步，但是电学测量却产生了全新的问题。高斯和韦伯奠定了绝对单位制的理论基础，"绝对"意味着它们与特定的物质或标准无关，仅取决于普适的物理定律。在绝对单位制中如何确定刻度，如何选择合适的倍数因子使它能方便地应用于工业，如何劝说科技界共同接受这一单位制，所有这一切都是重要并且困难的任务。1861年英国科学协会任命一个委员会开始这项工作，汤姆孙是其中的一员。他们努力工作了许多年，一直到1881年，由汤姆孙和亥姆霍兹起主导作用的在巴黎召开的一次国际代表大会，和1893年，在芝加哥召开的另一次代表大会，才正式接受这一新的单位制，并采用伏特、安培、法拉和欧姆等作为电学单位，从此它们被普遍使用。然而，单位制的问题并未就此解决，后来的一些会议又改变了其中某些标准量的定义，它们的实际值也相应变动了，虽然这种变动是非常小的。
　　开尔文一生谦虚勤奋，意志坚强，不怕失败，百折不挠。在对待困难问题上他讲："我们都感到，对困难必须正视，不能回避；应当把它放在心里，希望能够解决它。无论如何，每个困难一定有解决的办法，虽然我们可能一生没有能找到。"他这种终生不懈地为科学事业奋斗的精神，永远为后人敬仰。1896年在格拉斯哥大学庆祝他50周年教授生涯大会上，他说："有两个字最能代表我50年内在科学研究上的奋斗，就是'失败'两字。"这足以说明他的谦虚品德。为了纪念他在科学上的功绩，国际计量大会把热力学温标（即绝对温标）称为开尔文（开氏）温标，热力学温度以开尔文为单位，是现在国际单位制中七个基本单位之一。
开尔文的一生是非常成功的，他可以算作世界上最伟大的科学家中的一位。他于1907年12月17日去世时，得到了几乎整个英国和全世界科学家的哀悼。他的遗体被安葬在威斯敏斯特教堂牛顿墓的旁边。
Questions　（答案见下期）
1. 一个长方体木块，直立在木板上，现在将木板的一端缓缓抬起（如图），我们发现有的情况当木板抬起到一定倾角时木块开始滑动；有的情况木块始终不滑动，当木板抬起到一定倾角时，木块将翻倒，你能证明什么情况木块不会翻倒，什么情况木块不会滑动，只会翻倒吗？设木块沿木板倾斜方向长ａ，木块高ｂ，木块和木板间摩擦因数小于1。
2. 船停在岸边时，将系船的缆绳在岸上的木桩上缠绕几圈，缆绳就不容易松脱，为什么？
3. 杂技演员作顶杆表演时，我们都会为那根长长的杆是否会倒下捏着一把汗，而每次杂技演员都能化险为夷。为什么不顶一根较短的杆呢？你认为顶的杆长些不易倒还是短些不易倒呢？
第43期问题及解答
1.白炽电灯泡为什么呈梨形
Ans. 电灯泡的灯丝是用金属钨制成的。通电后，灯丝发热，温度高达2500 0C以上。金属钨在高温下升华，一部分金属钨的微粒便从灯丝表面跑出来，附着在灯泡内壁上。时间一长，灯泡就会变黑，降低亮度，影响照明。
　　科学家们根据气体对流是自下而上的特点，在灯泡内充有少量惰性气体，并把灯泡做成梨形。这样，灯泡内的惰性气体对流时，金属钨蒸发时的黑色微粒大部分被气体卷到上方，附着在灯泡的颈部，便可保持玻璃透明，使灯泡亮度不受影响。
2.小张看到电视机中正在播放一幅美丽的山水画面，他立即抓起相机，想将这幅画面拍摄下来。希望拍摄得更清晰一些，打开了闪光灯，可是底片冲洗出来后，反而几乎看不清拍摄的画面，这是为什么呢？
Ans. 拍摄电影银幕上的画面和电视机荧光屏上的画面与拍摄普通物体的画面是有区别的，后者是接收物体各部分反射的光线，而物体各个部位由于凹凸、颜色的不同，反射光线的情况是不相同的，在底片上就形成感光的差异，从而形成影像。如果外部光线太暗，可用闪光灯起辅助照明作用，这时闪光灯的作用与自然光线的作用是相似的。前者无论是银幕还是荧光屏，本身都是一个平面（或接近平面），银幕上光线的强弱不是由于其反光强弱的原因，而是放映机照射到银幕各处的光线强弱不同，银幕本身对于照射来的光线反射率是相同的，荧光屏各处发出强弱不同的光线是因为电子束轰击各处荧光粉的能量强弱不同。因此，如果用闪光灯照射银幕和荧光屏，闪光灯发出的光线就将被银幕和荧光屏均匀地反射回来，底片就会被均匀曝光，随闪光强弱和银幕、荧光屏距相机的距离的不同，冲洗出来的底片就将是一片灰色甚至漆黑一片。所以，拍摄银幕和荧光屏上的画面只能利用其自身发出的光线。
3.我们在用电磁炉烧水、做饭时，水已烧开，饭已做好，为什么电磁炉的面板温度仍然不高呢？为什么电磁炉在加热物品时下面还有一个风扇不断散热呢？
Ans. 电磁炉加热的原理是利用线圈通交流电产生交变磁场，变化的磁感线穿过铁锅（或不锈钢锅）时，由于电磁感应在铁锅中产生涡流，使铁锅发热。而磁感线穿过非磁性物体如陶瓷板时，不会产生涡流，因而也就不会使陶瓷板发热。即使锅内的水已经烧开，锅已经很烫手，但陶瓷板只是由于铁锅的传热，才升高一定的温度。根据电磁炉的加热原理可知，有用热量是产生在铁锅锅体内，但线圈在通电时也要发热，这个热量只是使线圈升温，并没有用于加热食物等，是无用的热量，为了延长线圈使用寿命，并防止线圈过热发生危险，所以线圈需要用风扇散热，线圈的散热是在陶瓷板下部，丝毫不会影响铁锅的加热，一热一冷，各得其所，恰恰就是电磁炉设计巧妙之处。
Do You Know ?
现在人们都知道，物质是由分子组成的，而分子又是由原子组成的，原子又是由原子核内的质子和中子，以及绕核旋转的电子组成的。这就是物质的构成的终极图形吗？否！长期以来，科学家们用他们的辛勤工作，探索物质最基本的组成，发现了原子内部的一个又一个更基本的组成粒子，……－>>
物质构成之迷－基本粒子的新发现
物质是由分子构成的，分子是由原子构成的。在本世纪30年代以前，古典物理学 一直认为：原子是组成物质的最小颗粒。1932年，科学家经过研究证实：原子是由电 子、中子和质子组成的。以后，科学家们把比原子核次一级的小粒子，如质子、中子 等看作是物质微观结构的第三个层次，统称为基本粒子。1964年，美国物理学家马雷 ·盖尔曼大胆地提出新理论：质子和中子并非是最基本的颗粒，它们是由一种更微小 的东西--夸克构成的。为了寻找夸克，全世界优秀的物理学家奋斗了20年，终于获 得成功。
介子与核力
30年代初，虽然科学家已经知道原子核是由质子和中子组成的，但是，却无法解释其中的一些问题。比如：质子都具有正电荷，而正电荷是互相排斥的，它们靠得越 近，彼此间互相排斥的力量就越强。在原子核内部，几个、几十个质子紧紧地挤在一 起，排斥力极强，但是，原子核并没有因此而分崩离析，这是为什么呢? 日本科学家汤川秀树对这个问题考虑了很久，他认为：一定是存在着某种特殊的 拉力，使那些质子维系在一起。这种拉力必定很强，它能够克服把质子互相推开的" 电磁力"。他又发现：当质子位于原子核外时，它们互相排斥，丝毫没有任何吸引的 迹象。也就是说，这种力非常特别，它仅在非常短的距离上起作用。汤川秀树把这种 只在原子核内才能觉察到、但又极强的吸引力称为"核力"。 1934年，汤川秀树发表了基本粒子相互作用的论文，预言用β粒子轰击某种原子 核能产生一种新的粒子，并推测它的质量介于电子和质子之间，称作"介子"。 第二年，汤川秀树在对核力进行了深入的研究后宣称：这种核力可能是由原子核 内的质子和中子不断交换介子而产生的，质子和中子在来回抛掷介子，当它们近得能 抛掷和接住这些介子的时候，它们就能牢牢地维系在一起，一旦中子和质子离得较远， 那些介子不再能抵达对方时，核力也就失效了。 汤川秀树的理论很好地解释了核力，但是，这种介子是否存在呢？当时谁也说不 清楚，如果这种介子根本不存在，那么，汤川秀树的理论也就不成立。 刚巧，就在汤川秀树宣布他的理论的时候，在科罗拉多州高高的派克斯峰上研究 宇宙线的美国物理学家安德逊，却为汤川秀树的理论提供了证据。安德逊用宇宙线粒 子击中空气中的原子，将击出的粒子引入充满湿空气的云室，然后，用照相机拍摄下 粒子的径迹进行研究。一天，安德逊从他所拍摄的数以千计的照片中，发现了一些特 殊的径迹，其弯曲的方式表明它们比电子重，但又比质子轻。这种现象随后引起了许 多科学家的兴趣，经过认真研究，便有人于1936年首先宣布已经发现了汤川秀树所说 的介子。 但是，好事多磨，以后的研究表明，这种介子比汤川秀树所预言的那种粒子稍微 轻了一点儿，在其他方面也与汤川秀树所说的粒子毫不相干。这种较轻的介子被称为 "μ介子"(μ子)。 虽然不是汤川秀树所说的那种介子，但毕竟发现了新的粒子。科学家们欢欣鼓舞， 继续寻找着证据。1947年，英国物理学家鲍威尔在玻利维亚安第斯山上研究着宇宙线。 他没有使用云室，而是用一些特殊的照相药品。当亚原子粒子击中它们时，这些物质 就会变暗。 鲍威尔在研究粒子的径迹时，也发现了一种介子，这种介子比早先发现的那种μ 介子重，称为"π介子"(π子)，它恰恰具备汤川秀树预言的那种粒子的性质。 这些新的μ子、π子是非常不稳定的粒子，它们形成之后存在不了多长时间，π 子大约只能存在一亿分之二点五秒，然后便分裂成较轻的μ子。当它形成时，通常总 是以每秒成千上万公里的惊人速度飞驰着，即使在十亿分之一秒钟之内，它也已经飞 行了若干厘米，于是，便留下了一条径迹，这种径迹到了末端便变成另一种形式，表 明π子已经消失，而由μ子取而代之。μ子持续的时间相对来讲却要长得多，它可持 续百万分之几秒钟，然后，分裂而形成电子。电子是稳定的，如果没有外界的影响， 它就会永恒不变地存在下去。 到40年代末，人们设想的原子核图景似乎已经非常完美，它含有质子和中子，它 们由来回飞闪的π子维系在一起，化学家们则弄清了每一种不同原子的质子数和中子数。
有"正"就有"反"
　 30年代初，英国物理学家狄拉克认为：每一种粒子都应该有一个与之相反的伙伴， 称为"反粒子"。按照他的理论，有一个电子就应该有一个"反电子"，"反电子" 的质量应该恰恰等于电子的质量，其电荷则正好相反，也就是说，它的电荷不是-1， 而是+1。 1932年，安德逊在研究宇宙线时，注意到在一张云室照片上有一条径迹，虽然他 很容易地认出这是由电子所产生的，但有一件事甚为蹊跷，那就是其弯曲方向错了！ 这意味着它不是带负电荷，而是带正电荷，这正是狄拉克所说的"反电子"。 "反电子"的存在，对狄拉克的理论十分有利。随着时间的流逝，人们发现的反 粒子也越来越多。例如，通常的μ子像电子一样，其电荷为-1，人们常称其为负μ子。 反μ子除了像正电子一样，具有+1的电荷以外，其他一切方面都恰与μ子相同，所以， 人们把它称作正μ子。通常的π子是电荷为+1的正π子，反π子则是电荷为-1的负π 子。 到40年代末期，看来完全有理由假定，既存在着正常的原子核，它由质子和中子 组成，且有正π子在其间往返飞驰，也存在着反原子核，它由反质子和反中子组成， 在其间往返不已的则是反π子。 但是，探测反质子甚至比探测π子更困难，反质子的质量与质子相同，这意味着 它的质量为π子的质量的7倍，产生一个反质子所需集中的能量也将7倍于产生一个π 子所需的能量。产生一个π子所需的能量是若干亿电子伏，产生一个反质子就需几十 亿电子伏的能量了。 为了更好地观察这些高能粒子，1954年 3月，在美国加利福尼亚大学建成了一座 产生高能粒子的装置。科学家西格雷和张伯仑用它来加速质子，使质子的能量达到60 亿电子伏，然后，让它猛然撞到一块铜片上，结果，他们发现产生了介子，相应于每 一个可能的反质子就伴有数以千计的介子，不过，介子要比反质子轻得多，运动速度 也比反质子快。西格雷小组安装的检测设备能以适当的方式作出反应，从而拣出慢速 运动的带负电荷的重粒子。当这种检测装置反应正常时，只有恰恰具备反质子的预期 特征的东西才能触发它。到1955年10月，这种检测装置已经触发了60次，这不可能是 偶然的事情，所以，反质子必定存在，他们宣布了这一发现。 存在着反质子和反中子，但是，它们能结合起来形成一个反核呢？物理学家们认 为是能够的，但一直到1965年才找到最终答案。那一年，美国布鲁海文国立实验室的 科学家们，用具有70亿电子伏能量的质子轰击铍靶，结果发生了数起反质子与反中子 相接触的事件，它们都被检测到了。
"八重法"
1947年，英国物理学家罗彻斯特和巴特勒，在用云室研究宇宙线时，偶然发现了 一个奇特的"V"型径迹，似乎是某种中性粒子突然分裂成2个带有一定电荷粒子，分别朝不同的方向匆匆离去。其中一个是π子，另一个则是某种新粒子。根据它留下的 径迹的性质来看，其质量似乎为电子的1000倍。 科学家们从未想到存在这样的粒子，它使物理学家们大为震惊。起初，除了给它 取个名字之外，物理学家们对它全然不知所措，就称它为"V 粒子"，而产生这种粒 子的碰撞就称为"V事件"。 科学家们开始注意了这一事件，不久便发现更多的"V 事件"。到1950年，科学家们发现这些"V 粒子"实际上似乎比质子或中子还要重。这又是令人震惊的事情， 因为物理学家们先前一直理所当然地认为质子和中子乃是质量最大的粒子。 物理学家们在惊疑之余便着手研究这些新粒子了。科学家们发现，第一次发现的 那个"V粒子"，某些性质与π子十分相似，因此被归入介子一类，被称为 K介子( K 子)，它共有4种：带正电的K子、带负电的反K子、中性的K子，以及中性的反K子。 50年代初，所发现的其他"V 粒子"都比质子重，科学家们将它们归为一组而称 为超子，它们有许多性质都与质子和中子相似，所以，人们也把它们合在一起统称为 重子。 1960年以后，由于采用了新的探测装置--"气泡室"，所以又发现了许多新的 粒子，数量已超过百种，被称为"共振粒子"。这些新粒子寿命十分短暂，寿命最短 的粒子仅为十亿分之一秒钟左右。 当共振粒子开始为人所知时，物理学家们便开始越来越认真地考虑解释如此众多 的重粒子的方法，他们不明白为什么要有这么多的粒子。 越来越多的科学家开始想到，粒子的确切数目也许并不重要，也许粒子是以族的 形式存在的，它们应该归并为一些"粒子族"。1961年，美国物理学家盖尔曼和以色 列的尼曼各自独立地提出了彼此极其相似的方案，来构成这些粒子族。 盖尔曼认真地整理物理学家们所弄清的各种粒子的性质。为了建立一种粒子族的 配置方案，盖尔曼需要与 8种不同的性质打交道，他诙谐地把自己的体系称为"八重 法"--佛教中所说的8种解脱途径。 他创造了一个由10个粒子组成的粒子族，设想有一个三角形，其底部有 4个物体， 在它上面是3个物体，再上面是２个物体，在顶端是唯一的1个物体。 底部的4个物体是相互有关的Δ粒子，每一个都比质子重30%左右，它们之间的主 要差异在于电荷。这4种Δ粒子所具有的电荷分别为-1、0、+1和+2；在它们之上的 3 个∑粒子，它们比Δ粒子更重，带有电荷-1、0以及 +1；再上面是两个Ξ粒子，它们 比∑粒子更重，所带的电荷是-1和 0；最后，在这个三角形的顶端是一个最重电荷为 -1的粒子，盖尔曼称最后这一种粒子为负Ω粒子，因为Ω是希腊字母表中的最后一个 字母，并且这种粒子又带一个负电荷。 盖尔曼琢磨着他的设想，忽然发现在这个图形中规律性很强：质量越来越大，粒 子数则越来越少；电荷的排列方式同样也很有规律：底层是-1、0、+1、+２，然后是 -1、0、+1，再上面一层是-1、0，最后是顶部的-1。其他性质也处处都以有规律的方 式变化着，整个事情确实非常干净利索。 "这是偶然的吗?"盖尔曼不时地想着这个问题。 但是，盖尔曼不明白，在这个粒子族的10个粒子中，当时已知的只有其中的 9个， 从来也没有人观察到位于这个图形顶端的第10个粒子，即负Ω粒子，如果它不存在的 话，那么，这整个图像就垮了。盖尔曼认为：负Ω粒子确实是存在的，如果人们去寻 找它，并且确切地知道它们正在寻找的究竟是什么样的东西，那么，他们是能够找到 的。 盖尔曼的设想公布之后，引起了其他科学家的重视。如果盖尔曼的设想是正确的 话，那么，人们只要采取与此设想吻合的各种数值，便能推演出负Ω粒子的全部特征。 有些科学家进行了认真的研究，他们发现负Ω粒子有许多不可思议之处：它要适于占 据那个三角形的顶端所处的地位，就必须具有很不寻常的奇异数。位于三角形底部的 Δ粒子的奇异数为0，其上的∑粒子的奇异数为-1，再上面的Ξ粒子奇异数为-２，因 此，顶端的负Ω粒子的奇异数就必须是-3。物理学家们从未遇到过这么大的奇异数， 而且，也难以相信一个粒子的奇异数会那么大。 物理学家们认为，如果真能产生负Ω粒子，那么要形成这个粒子，必须轰击高能 负K 子，使之转变成质子。如果一切正常的话，那么偶然发生一次这样的碰撞便会产 生一个质子、一个正K子、一个中性K子以及一个负Ω粒子。 1963年11月，物理学家们开始使用布鲁克海文的一台庞大的新设备对粒子进行加 速，它可以把粒子加速到拥有 330亿电子伏的能量，这超过了数年前用来产生反质子 的能量的5倍。到1964年1月30日，科学家从拍摄到的 5万张照片中还没有发现任何异 常的事件，但到31日，出现了一张照片，在这张照片上有一系列径迹，似乎表明产生 了一个负Ω粒子，它继而又分裂成其他粒子，如果往回追溯某些容易识别的已知粒子， 并算出它们必定是由哪几种粒子变来的，然后再继续追溯后者的由来的话，那么，最 后就会遇到一个存在时间极其短暂的负Ω粒子。 几个星期之后，另一张照片呈现出一组不同的径迹，追溯到最后，也是一个Ω粒 子。也就是说，人们探测到了一个粒子，它以两种不同的方式分裂，对负Ω粒子而言， 如果它恰恰具有盖尔曼所预言的性质，那么这两种分裂方式都是可能的。从那以后， 人们又探测到许多负Ω粒子，它们全部具有恰如盖尔曼预言的那些性质。至此，科学 家已经知道，负Ω粒子之所以在过去没有测到它，是因为它极难形成，而且存在时间 又如此短暂。
新颖的夸克模型
盖尔曼在研究他的粒子族方案时发现，它们是由更深层次的 3种组元构成的，因为每一种不同的重子都需要 3个这样的粒子。1963年，他决定为他提出的粒子命名， 但叫什么好呢?他偶然想起了詹姆斯·乔伊斯所写的《芬尼根斯·威克》中的一句话： "三个夸克原顶得上一个马克"。 于是，他就把这些粒子称做"夸克"。盖尔曼最初提出的那3种夸克，分别称为 上夸克(u)、下夸克(d)和奇夸克(s)。上夸克所具有的电荷是 +2/3，下夸克和奇夸克 均为-1/3，它们各有自己的反粒子--反夸克。 正、反夸克所带的电荷正好相反，所有的重子都由3个夸克构成。例如：质子由2 个上夸克、1个下夸克组成(uud)，中子由1个上夸克、2 个下夸克组成(udd)。其他重 子也与此类似，例如正∑子是由２个上夸克和1个奇夸克构成(uus)，负?子是由 3个 奇夸克构成(sss)。所有的介子都由一个夸克和一个反夸克构成，例如正K介子是由 1 个上夸克和1个反奇夸克构成，负π介子是由1个下夸克和 1个反上夸克构成。至此， 可以说是一切如意，所有已知的强子都可以用区区几种夸克构成：整个宇宙由两类" 建筑材料"构成，一类是轻子，一类是夸克。这3种夸克加上已知的4种轻子，便成为 构成世界万物的本原。 如果夸克适用于盖尔曼所设计的方案，那么，它们就必须具有某些非常奇特的性质，而最奇特之处，当推它们必须具有分数电荷。最初发现电子时，为了方便起见， 人们就把它的电荷定为-1，以后新发现的所有粒子如果带电就是恰恰等于电子电荷， 或者恰恰等于电子电荷的整数倍，从来没有发现过分数电荷。对于正电荷也是如此。 但是，夸克却不同了，它所带的电荷是-1／3和+2／3。 盖尔曼提出夸克模型后，科学家们召开了一次国际学术会议，有人曾经当面向他提问："夸克是否当真存在?" 盖尔曼的回答极为简练："谁知道呢?" 对于盖尔曼的回答，著名的前苏联理论物理学家和天体物理学家泽尔多维奇作了这样的评价： "恐怕需要另一支笔--作家的笔，才能表现出他这句简短的话中的全部含义。 这里包含着对实验的巨大尊重，因为归根到底要靠实验来解决科学问题并推动科学前进。这里表现出盖尔曼精神上素有的勇气、对新事物的敏感，也表现出他的求实精神。 他准备接受自然界给予的一切，并以此来创造新理论，继续导致新的实验。" 为了检验盖尔曼所提出的设想，科学家们进行了不懈的努力。 按照盖尔曼的理论，如果要打碎1个质子或打碎别的粒子，以形成1个夸克，那么， 就可提供当初由夸克释放出来的全部能量，必须提供足以形成30倍于质子质量的一群 粒子，所需的能量至少要比50年代产生质子和反质子时的能量大15倍。 为了使粒子获得巨额的能量，人们采取的办法就是将粒子的运动速度加至极快。 1967年，前苏联建成一台 760亿电子伏的强聚焦质子同步加速器；1976年，西欧核子 研究中心建成一台4000亿电子伏的加速器，……尽管新的加速器所提供的能量越来越 高，但是，打碎质子或其他粒子，捕捉由此产生的夸克，却总是得出否定的结果。到 70年代，人们只有几次勉强地宣布，似乎"看见"了夸克的影子。 1974年 8月，美籍华裔物理学家丁肇中，率领一个科学家小组，用布鲁克海文的 那台 330亿电子伏的加速器进行实验，发现了一个新粒子。同年11月，他们宣布了这 一发现，并将它命名为"J 粒子"。几乎与此同时，在斯坦福大学直线加速器中心， 以美国物理学家里希特为首的另一组高能物理工作者，也独立地发现了这种粒子，并 将它取名为ψ粒子。不久，在意大利和联邦德国的加速器中也相继观察到这种粒子。 新粒子的奇特性质又引起了很大的震动，人们对粒子进行分类时，无法确定它的 归属，它是一种玻色子，其自旋是整数，但是它的质量很大，所以决不是光子，而像 是一种强子，它的质量达质子质量的 3倍半。通常，质量这么大的强子寿命都极短， 但是 J粒子的寿命却比质量与之相近的那些强子要长1000倍，这标志着它与先前已知 的粒子有着原则性的差别。人们把J粒子称做粲夸克(C夸克)。它的反粒子称为反 C夸 克。 J 粒子发现以后，人们继续致力于证实粲夸克存在的各项预言。在布鲁克海文、 欧洲核子研究中心和费米实验室的气泡室实验中，曾经不断地获得可能是粲粒子的痕 迹。 1976年下半年，美国的一些物理学家用4000亿电子伏的高能质子打靶，在由此产 生的许多事例中，又发现了一个新粒子，它的行为完全符合粲粒子应该具备的特征， 它是第一个粲反重子--一个类似于反质子、但包含着一个反粲夸克的粒子，为此， 在粒子物理学的历史中，人们郑重地写道： "1976年，首次找到了粲夸克的径迹。" 粲夸克C正好和奇夸克S配成一对，它们正好与一对儿轻子--μ子和μ中微子相 对应，至此，似乎一切都很完美了，但是，就在4种夸克与4种轻子填平补齐之后不久， 斯坦福直线加速器中心和劳伦斯伯春利实验室的科学家小组忽然又发现了一种新的轻 子，只是相对于电子和μ子而言，它又显得太重了--质量约为电子质量的4000倍， 于是，人们只好在"轻"字前面再加上一个"重"字，把这种新轻子叫做"重轻子"， 具体地把它们发现的新粒子命名为"τ重轻子"，简称τ子。 就像存在着电子中微子和μ中微子一样，τ子和τ子中微子也各有自己的反粒子。 就这样，轻子家族的成员从4个增加到6个，它们配成彼此非常相似的 3对。问题是是 否存在着与"τ子--τ子中微子"相对应的夸克。如果不想放弃夸克与轻子之间的 美妙的对称性，那么，就必须承认，应该存在着第5种和第6种夸克。它们相互配对， 而且与第3代轻子相对应。 1997年 7月，在欧洲物理学会举办的"布达佩斯粒子物理讨论会"上，美国哥伦 比亚大学的物理学家列昂·莱德曼宣布：他们在费米国家加速器实验室发现了一种新 粒子，其质量为J粒子的3倍左右，也就是要比质子重10多倍。无论是莱德曼本人还是 听众，都因这项出乎意料的发现兴奋不已。说来也巧，莱德曼的话音刚落，城市突然 停电，四周一片漆黑，莱德曼诙谐地说： "这可能是上帝给的信号--他认为我们太接近于他的秘密了。" 莱德曼在命名他新发现的粒子时，使用了一个很少使用的希腊字母γ，科学家们 把新发现的粒子称为底夸克(b夸克)--第5种夸克。
最后的冲刺
莱德曼发现底夸克之后，科学家搜寻的目标便转向了底夸克的配偶--第 6种夸 克，人们称它为顶夸克(t夸克)。 顶夸克比底夸克更重，因而需要更高的能量才可望探测到它。搜索顶夸克的历程 远比发现粲夸克和底夸克曲折得多。每年总结当年的科学新进展时，关于寻找顶夸克 总是一句话： "到目前为止，还没有结果。" 1984年7月，情况终于有了转机。在莱比锡召开的第 22届高能物理会议上，西欧 核子研究中心的一个实验组报导，他们利用对撞机找到了顶夸克的 6个实验事例，并 确定了顶夸克的质量范围。它的质量大约相当于奇夸克质量的 100多倍，或底夸克的 10多倍。但是，也是在这次会议上，在同一个对撞机上工作的另一个实验小组却报导 说，他们利用类似方法寻找顶夸克，尚未获得肯定的结果。 1992年10月，费米实验室对撞机检测器的研究人员发现一个可疑对撞事件的尾迹， 似乎发现了顶夸克，但它却又如西方鬼节中的游荡的幽灵，渺然而逝了。 1994年 4月26日上午，美国费米国家实验室主任约翰·皮普斯宣布：他们可能找 到了证实顶夸克存在的证据。对撞机探测器在一年中的实验中，共探测到约 1万亿次 粒子碰撞事件，并记录下了其中的700万次。他们分析后认为，其中1个事件产生了顶 夸克。但是，在同一实验室用D0探测器探测的小组却没有测到顶夸克事件，所以，多 数科学家认为，还需要进一步的研究工作（▲注）。其实，费米实验室的科学家们也承认，仅凭这一证据，尚不能作出顶夸克确实存 在的定论，还需要收集更多的顶夸克事件，以进一步检验这一成果，参与此实验的科 学家们审慎地指出：他们在过去一年半里收集到的证实顶夸克存在的证据，虽足以使 许多科学家信服，但仍不能作为最终的结论。领导实验的芝加哥大学物理学家肖切特 说： "如果有人说：你们干得不错，可是还需要更多的数据才能做出结论，对此我只 能表示同意。" 另一位费米实验室的高级官员也说： "我们并未获得发现，我们只是托到一项证据，这是很好的证据。这项证据与证 实顶夸克实际存在密切相关，下一步是要争取在加速器上实现更多的顶夸克事件。" 科学家们再接再厉，继续寻找着顶夸克。功夫不负有心人，终于，顶夸克露面了。 在费米实验室，物理学家比尔·卡里塞斯和梅尔文·肖切特领导了一个由35所大 学和实验室、439 名研究人员组成的科研小组，他们利用实验里的加速器进行研究。 这是世界上最先进的加速器，周长有 6.3公里，使用1000个超导磁铁，能把质子与反 质子加速到各具有9000亿电子伏的能量后进行对撞，平均1兆次的对撞可能观察到1次 顶夸克。D0探测器犹如一座庞然大物，高13米、长20米、宽12米，重5000吨，如此庞 然大物，研究的对象却非常小。 1995年3月2日，在美国费米国家实验室威尔逊大楼会议厅里，来自世界各地研究 机构及大学的科学家们以及新闻界的1000多人，出席了该实验室举行的学术研讨会暨 新闻发布会。费米国家实验室郑重宣布：经过8年的实验工作，他们已发现第6种夸克 --顶夸克，从而解开了当今物理界预言的第6种夸克的存在之谜。 随后，该实验室的对撞机探测器研究小组和D0探测器研究小组发言人，分别介绍 了各自研究发现夸克的实验结果：在过去10个月内，对撞机探测小组共找到了56个顶 夸克事例，经过计算，他们得到顶夸克的质量为1760亿电子伏特；D0探测器小组共探 测到17个顶夸克事件，他们得到顶夸克的质量为1990亿电子伏特。这两个小组的结果 虽然不相同，但在误差范围内两者还是一致的。两个小组用不同的分析方法都找到了 顶夸克，而且质量在误差范围内符合，更加强了结果的可靠性。 顶夸克的发现绝不意味着研究工作的终止，还有许多有关问题需要解决，将要揭 示更多的自然之谜。比如：顶夸克发现之后，物理学家们又开始考虑夸克和轻子是否 还会有更深层次的结构。 人们或许会问：研究这些微观粒子有什么用处？的确，许多科学家对他们自己的 研究工作也说不清，但对于顶夸克的发现，科学家们回答道： "这项发现的意义是告诉我们宇宙是可以认识的。" 参与这项研究的华裔高能物理学家叶恭平说： "宇宙刚开始瞬间，只是基本粒子存在的状态。找到 6种夸克等基本粒子，将可 以协助科学家回溯宇宙的初始阶段，因此，可以知道宇宙过去到未来的演化过程。" 至于这项发现是不是会像发现质子、中子对人类生活产生影响，仍有待观察。不 过，类似的粒子物理学基础研究有初步成果发表时，实用价值往往都不明显，但绝对 具有极高的学术价值。比如上个世纪建立的电磁理论，当时没有人清楚它的实际用处，而时至今日，我们生活中的电灯、电话、电报、电传、发电机、电动机、收音机、电 视机、大哥大、频谱治疗仪，哪一项不来自于历史上无数科学家们艰辛的非功利的基 础科学研究呢？著名华裔科学家李政道先生在一次报告中，作了一个非常贴切的比方： "基本科学如水；应用科学如鱼；市场经济如鱼市场；要有鱼市场必须有鱼；有 鱼必须有水。但有水未必一定有鱼。" 是的，应该承认：人类的进步，民族的振兴，永远也离不开那些非功利的、探索 性的基础研究工作。
注：顶夸克的发现
1995年初，美国费米国家实验室的两组实验CDF和DO正式发表文章 宣布，他们已观察到了粒子物理学家期待已久的顶夸克。在这之后不 久，这个令人振奋的发现连续十多次被美国科学信息研究所出版的《科学观察》期刊列为十大最热门课题之一(即由引用率最高的论文所 确定的前沿领域)并被国际合众社评为1995年度的"十大国际科技新 闻"。
夸克是目前人类认识到的构成物质的最小量子组元。质子和中子是由两称之为上夸克和下夸克的夸克组成。顶夸克作为粒子物理标准模型预言的第六个基本组元，花费了粒子物理学家近20年时间，并且建造了目前世界上能量最高的超高能质子反质子对撞机，才直接探测到它的存在。顶夸克的发现不仅进一步证实了粒子物理标准模型的预言，也是人类对物质基本组元进行长期不懈探索所取得的又一重大的突破性进展。人类之所以不惜代价来探测物质的基本组元，是因为人类的发展史让我们越来越清楚地看到，探索物质的基本组元以及这些基本组元的运动和相互作用所遵循的规律，实际上一直是作为推动人类文明发展的最主要的动力之一，而且也已成为人类认识世界和改造世界的一个重要途径。从分子到原子，又从原子到核子(质子和中子)，直至夸克。每一次对物质组元更深层次的发现，就会引起一场科技的革命，并带来社会的变革。尤其使人类的思维和认识产生质的飞跃，为人类的精神文明和物质文明建设打下更坚实的基矗就像大家较熟知的：核能，激光，X光技术，半导体材料，超级计算机等。相对论的创立改变了人们对绝对时空观的认识，量子理论的建立又打破了人们对物质性质的经典描述。
顶夸克的发现进一步完善了粒子物理的最小标准模型。这个模型是描述六个夸克和与之对应的六个轻子之间具有的三种基本相互作用力的模型。这六个夸克按其质量从小到大的次序，分别是：上夸克和下夸克、奇异夸克和粲夸克、底夸克和顶夸克，与之相对应的轻子是：电子中微子和电子，μ轻子和μ中微子，τ轻子和τ中微子。按所谓弱同位旋对称性，又把它们分为三代。第一代由上夸克和下夸克以及电子中微子和电子组成，依次为第二代和第三代。三种基本相互作用力为：①强相互作用力，只有夸克参与，相互作用力由所谓的胶子传递，使夸克之间束缚而形成核子、重子和介子。其中质子由两个上夸克和一个下夸克结合而成，中子由两个下夸克和一个上夸克构成。强相互作用力是由SU(3)规范对称性的量子色动力学描述。②电磁相互作用力，所有带电粒子都参与，它由光子传递相互作用。如原子和分子就是通过电磁相互作用力形成的。电磁相互作用由量子电动力学描述。③弱相互作用力，夸克和轻子都参与。它是由质量较重的所谓中间玻色子传递。核辐射衰变就是由弱相互作用力引起的。在标准模型中，电磁相互作用和弱相互作用被统一在一起描述。美国理论物理学家格拉肖和温伯格以及萨拉姆由于对弱电统一模型的贡献而获得1979年的诺贝尔物理奖。正是因为所有夸克和轻子的这些普通适相互作用力，才使得物理学家能够利用稳定的质子和电子以及光子来产生和探测其他基本组元。
显然，因第一代夸克和轻子的质量最轻、它们作为稳定的粒子存在于我们现在生存的宇宙中，并构成我们现在观察到的物质世界，包括我们人类自己。这自然成为粒子物理学家最早发现和认识到的基本粒子。美国理论物理学家Gell?Mann因最早提出夸克理论而获得了1969年的诺贝尔物理奖。
第二代是在70年代通过探测由夸克?反夸克组成的介子束缚态，即所谓的J/ψ共振态粒子而发现的。它已成为粒子物理学上的一个惊人发现而载入科学史册。丁肇中和里奇教授因发现粲夸克而获得了诺贝尔物理奖。粲夸克比同代的奇异夸克约重10倍，而比最轻的上夸克重300倍左右。
粲夸克发现后不久，美国费米国家实验就发现了第三代的底夸克，因它的质量比粲夸克质量仅重3倍多。同时斯坦福实验室也发现了相应的τ轻子。不久，τ中微子也得到了证实。τ轻子的质量与粲夸克质量相近，约为电子质量的3600倍。这样第三代就只剩下顶夸克没有被发现。从70年代末，粒子物理学家就开始寻找顶夸克。从前面发现的五个夸克的质量谱，简单地看，质量越重的夸克间，质量比值越校故人们直观地认为，顶夸克的质量大约是底夸克的几倍，即为质子质量的10多倍至30多倍。可是在这些能区的探测都没能得到肯定的结果。为此，美国费米国家实验室专门建立了超高能质子?反质子对撞机，其质心能量约为质子质量的1800多倍，直接用来探测顶夸克。因为顶夸克的存在与否，直接关系到我们对夸克层次的物理规律的认识。弱电统一标准模型预言了它的存在(此模型不能预言它的质量)，而标准模型的其他预言得到了越来越多的更精确的实验的证实，尤其欧洲核子中心于1983年直接观察到了此模型预言的中间玻色子，为此，实验物理学家Rubia等人获得了诺贝尔物理奖。粒子物理学家坚信标准模型是一个成功的描述夸克和轻子的物理模型。在美国费米国家实验室的超高能对撞机上，建立了两个国际性合作的实验组CDF和DO，并独立地进行寻找顶夸克。仅CDF实验组的合作成员就有398人，来自加拿大、美国、中国、意大利和日本五个国家，其中美国国内的成员来自于14个州的34个机构，直到1994年初，CDF实验组首次观察到了顶夸克的直接证据。一年后，CDF和DO两个实验组同时宣布，他们通过所谓的"单轻子道"和"双轻子道"的过程直接观察到了顶夸克的存在，并测量出了顶夸克的质量。结果它比同代的底夸克重30多倍。其质量是质子质量的180多倍，出乎人们最初的意料。
顶夸克的发现，无疑使粒子物理学家感到兴奋，同时也令我们整个人类受到鼓舞。它的存在首先是在理论上预言的，对它的探测又经历了这么长的周期，并投入了大量的人力和物力，还需利用最高新的一些科技成果。故寻找顶夸克的过程，同时也推动了高新科技的发展，并发挥了一大批在世界各地的科学家进行超越国界的合作和探索。这是人类对自然界规律认识能力以及科学探索精神的又一次写照。更重要的是：顶夸克的发现又进一步为物理学家探索更基本的理论奠定了新基矗因顶夸克出乎意料的重，它比最轻的上夸克重3万多倍。这启示粒子物理学探讨基本粒子质量的起源和机制。标准模型虽取得了很大的成功，但它含有19个未知参数(质量，耦合常数和混合角)，所有参数的起源都是未知的。故物理学家普遍认为，标准模型不可能是最基本的理论。目前，一个较前沿的方向是所谓的超对称大统一模型。另外，顶夸克与标量粒子的耦合可以变得较强，这样有可能通过研究顶夸克参与的过程来探测基本标量粒子的存在。这将帮助物理学家研究清楚另一个长期以来悬而未决的基本问题，即自然界对称性破缺的机制。自从李政道和杨振宁教授发现宇称不守恒，并得到吴健雄教授等人的实验证实，使得粒子物理学家开始重新认识和探讨时空变换对称性以及物质的其他内部对称性。从此，对称性的研究在粒子物理学中起着越来越重要的作用，如标准模型的建立。李政道和杨振宁教授因发现宇称对称性不守恒，而获得了1957年诺贝尔物理奖。
总之，顶夸克的发现虽完善了粒子物理标准模型，但它并不意味着粒子物理已大功告，相反，它标志着探索更基本理论的开始，如标准模型与引力的统一被认为是本世纪理论物理最重大的课题之一。现在，标准模型将作为探索更基本理论的基础和出发点，来迎接21世纪新的科技革命。
Questions　（答案见下期）
1. 冰棍为什么会"冒汽"
2. 我们知道，电子的运动是最基本的电荷运动，那么，你知道电子在不同的情况下的运动速度的大小吗？比如金属导体中自由电子的杂乱无章的热运动，导体中有恒定电流时电子的定向运动速度，阴极射线中的电子的运动速度……等。
3. 你知道为什么大陆性气候昼夜温差很大，而靠近大海边的地方气候却比较温和，昼夜温差小（海洋性气候）吗？
第44期问题及解答 　
1.冰棍为什么会"冒汽"
Ans. 夏天的气温比冰棍的温度高得多，冰棍一遇到空气就要融化，融化时要从周围的空气中吸收大量的热，使空气的温度下降。平时空气里含有一定量的水蒸气，由于温度突然降低，就达到饱和或过饱和状态。也就是说，冰棍周围的空气由于温度降低，便容纳不下原来所含的那么多水蒸气了。在这种情况下，多余的水蒸气就结成微小的水珠，形成一团团飘浮着的雾状水滴，经光线照射，就成了白色的水汽。
寒冷的冬天，早上起来，会看见室内的玻璃窗上常常有一层白色的雾，也是由于室内暖和空气里的水汽遇到很冷的玻璃析出形成的。
　　云、雾、雨、雪形成的原因也是这样。江河湖海里的水，受到阳光照射后，不断地变成水蒸气，飘散在空气中，含有水蒸气的空气受热上升，升到一定高度，遇到冷空气，就凝成一团团悬浮的小水滴，这便是云。靠近地面的水蒸气，遇冷也能结成一团团悬浮的小水滴，这就是雾。所以云和雾在本质上是相同的。在合适的条件下，云里的小水滴不断地合并成大水滴，直到上升的气流托不住它的时候，便降落下来，形成雨。如果是冬季，这些水滴就结晶成雪花漫天飘舞。不过，空气中饱和水汽的凝结，必须有它凝结的"核心"才行，这个核心就是飘浮在空气中的尘埃，它是促进云、雾、雨、雪形成的必要条件之一。
云雾的秘密，使英国物理学家威尔逊受到很大启发。经过研究，他于1894年发明了一个叫"云雾室"的装置，它里面充满了干净空气和酒精（或乙醚）的饱和汽。如果闯进去一个肉眼看不见的带电微粒，它就成了"云雾"凝结的核心，形成雾点，这些雾点便显示出微粒运动的"足迹"。因此，科学家可以通过"云雾室"，来观察肉眼看不见的基本粒子（电子质子等）的运动和变化情况。同时，还发现了不少新的基本粒子。威尔逊云雾室，为研究微观世界作出了卓越贡献，1927年，他因此荣获了诺贝尔物理学奖金。
2.我们知道，电子的运动是最基本的电荷运动，那么，你知道电子在不同的情况下的运动速度的大小吗？比如金属导体中自由电子的杂乱无章的热运动，导体中有恒定电流时电子的定向运动速度，阴极射线中的电子的运动速度……等。
Ans. 一、阴极射线的速度
阴极射线是由带负电的微粒组成，阴极射线就是电子流．让这些电子流垂直进入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，改变电场强度或磁感应强度的大小，使这些带负电微粒运动方向不变，这时电场力恰好等于磁场力，即，从而得出电子运动速度。1894年汤姆逊利用此方法测得阴极射线的速度是光速的1/1500，约2×105米/秒．
二、电子绕核运动速度
电子没有被原子核吸到核上，是因为它以很大的速度绕核运动，这个速度有多大呢？按玻尔理论，氢原子核外电子的可能轨道是，米。根据电子绕核运动的向心力等于电子与核间的库仑力，可计算电子绕核的速度，代入数据得v1=2.2×106米/秒，同理可得电子在第二、第三能级上的运动速度v2=1.1×106米/秒，v3=0.73×106米/秒．从以上数字可知，电子离核越运其速度越小．
三、光电子速度　　
在光的照射下从物体发出电子的现象叫做光电效应．发射出来的电子叫光电子，光电子的速度有多大呢？由爱因期坦光电效应方程，可以计算出电子逸出的最大速度，如铯的逸出功是3.0×10－19焦，用波长是0.5890微米的黄光照射铯，光电效应方程与 联立可求出电子从铯表面飞出的最大初速度，代入数字得vm=2.9×105米/秒．如果用波长更短的光照射铯，电子飞出铯表面的速度还会更大．从而得知，不同的光照射不同的物质，发生光电效应时电子飞出的最大速度也不同．
四、金属导体中自由电子热运动的平均速率　　
因为自由电子可以在金属晶格间自由地做无规则热运动，与容器中的气体分子很相似，所以这些自由电子也称为电子气．根据气体分子运动论，电子热运动的平均速率，式中k是玻耳兹常数，其值为1.38×10－23焦/开，m是电子质量，大小为0.91×10－30千克，T是热力学温度，设t=27℃，则Ｔ=300K，代入以上公式可得v =1.08×105米/秒．
五、金属导体中自由电子的定向移电速率
设铜导线单位体积内的自由电子数为n，电子定向移动为v，每个电子带电量为e，导线横截面积为S．则时间t内通过导线横截面的自由电子数，其总电量。根据得，代入数字可得v =7.4×10－5米/秒，即0.74毫米/秒．从以上数据可知，自由电子在导体中定向移动速率（约10－4米/秒）只约为自由电子热运动的平均速率（约105米／秒）的1/109．这说明电流是导体中所有自由电子以很小的速度运动所形成的．这是为什么呢？金属导体中自由电子定向移动速度虽然很小，但是它的"传导速度"是很大的，好像一队学生从前校门列队到后操场，没有行进命令时，都是站着不动的（相当于导线中无电流），一声令下，虽然后操场最后的那位同学可能要走很久才能到达前校门，但只要整个队列一动，马上就有学生出了前校门！（相当于整个导线中各处都有了电流）。这里前校门开始有学生走出的反应速度决定于口令声波的传播速度，同样，导线中即使很远的地方开始有电流的反应速度，只决定于"口令"电磁场在导线中的传播速度（等于光速）。
六、自由电子在交流电路中的运动速率
当金属中有电场时，每个自由电子都将受到电场力的作用，使电子沿着与场强相反的方向相对于晶格做加速的定向运动．这个加速定向运动是叠加在自由电子杂乱的热运动之上的．对某个电子来说，叠加运动的方向是很难确定的．但对大量自由电子来说，叠加运动的定向平均速度方向是沿着电场的反方向．电场大小变化或电场方向改变，其平均速度大小和方向都变化．对50赫的交流电而言，可推导出自由电子的定向速，τ为自由电子晶格碰撞时间，其数量级为10－14秒．所受到的合力，即电子所受的力满足．这说明自由电子在交流电路中是做简谐运动．其电子定向运动的最大速率为：，振幅约为10－6米．
七、打在电视荧光屏上的电子速度　　
电视机显像管与示波管的基本原理是相同的，故电子在电视荧光屏上的速度，也可根据带电粒子在匀强电场中的运动规律求出．以黄河47cm彩电为例，其加速电压按12000伏计算，电子打在荧光屏上的速度，代入数字得v =6.5×107米/秒．
八、打在对阴极上的电子速度　　
伦琴射线管中阴极炽热钨丝发出的电子在电场的作用下以很大的速度打到对阴极上，设伦琴射线管阴阳两极间高压为10万伏，则电子在电场力作用下做加速运动，求其速度用公式显然是不行的．因为在如此高速情况下，会有明显的相对论效应，电子质量将随其速度增大而增大，故需用相对论质量公式代入上式求出，即，代入数字得v =1.70×108米/秒．
九、放射线的速度　　
研究β射线在电场和磁场中的偏转情况，证明了β射线是高速运动的电子流。β射线的贯穿本领很强，很容易穿透黑纸，甚至能穿透几毫米厚的铝板．那么β射线的速度有多大呢？法国物理学家贝克勒耳在1990年研究β粒子时的方法，大体上同汤姆逊在1897年研究阴极射线粒子的过程相同．通过把β射线引入互相垂直的电场和磁场，贝克勒耳测算出了β粒子的速率接近光速（c =3×108米/秒）
十、正负电子对撞的速度　　
我国1989年初投入运行的第一台高能粒子器--北京正负电子对撞机，能使电子束流的能量达到28+28亿电子伏．那么正负电子相撞的速度有多大呢？根据即可求出v =2.98×108米/秒．可见其速度之大接近光速（光速取3×108米/秒）．
十一、轰击质子的电子速度　　
为了探索质子的内部结构，使用了200亿电子伏的电子去轰击质子．这样的高能电子是利用回旋加速器得来的．电子的速度同样可用来计算，代入数字得2.999×108米/秒，此速度极接近光速．
通过以上讨论可知，在各种不同情况电子的速度大小各异，但电子运动的速率永远不能等于光速，更不能大于光速，只可能接近光速．1901年德国物理学爱考夫曼用镭放射出的β射线进行实验时，发现了电子质量随速度变化而变化的现象，当电子速度接近光速时其质量急剧增加．1905年爱因斯坦发表了狭义相对论，他提出：物体的质量不是固定不变的，它随物体运动速度的增大而增大．当物体运动速度 （c为光速）时，其运动质量为静止质量的1.7倍，当物体运动速度v=0.8c时，其运动质量为静止质量的3.1倍．28亿电子伏的电子其运动质量是静止质量的8.77倍．200亿电子伏的电子其运动质量是静止质量的1224倍．
3.你知道为什么大陆性气候昼夜温差很大，而靠近大海边的地方气候却比较温和，昼夜温差小（海洋性气候）吗？
Ans. 水的比热容比空气大得多，水在常温下比热容约为4.18×103J/(kg·K),空气只有0.25×103J/(kg·K)，沙石和泥土大约只有0.8～0.9×103J/(kg·K)，靠近海边的地方，白天太阳的辐射热被海水大量吸收，但引起的温升却较低，夜晚，吸收了很多热量的海水又将白天所吸收的热释放出来，但由于比热容大，释放了很多热温度降低却不大，因此临海的地方白天和夜晚温差较小，气候较为温和。在内陆地区，特别是沙漠地区，由于沙石和空气比热容都小得多，有没有大量的水，所以在白天，地面和地面附近的空气只要吸收不太多的太阳辐射热，温度上升就较多，而到了夜晚，只要释放不多的热量，温度降低又很快，导致昼夜温差剧烈。当然海洋性气候和大陆性气候的成因还有其它地理因素，比如海洋洋流，陆地高山对气候的影响，但大海海水对气温的调节的确是海洋性气候形成的主因。
Do You Know ?
科学家追寻真理的执著精神，真是令人叹为佩服，对于物质的构成总是要寻根问底，物质－分子－原子……，象剥笋子那样，一层一层地不断剥下去！以前认为质子、中子、电子就是最基本的粒子，后来发现，它们是由更小的微粒组成的，这种更小的微粒称为“夸克”，是美国科学家盖尔曼在1964年按照一种海鸥的叫声取名的粒子。那么，夸克有哪些奇特的性质，它们又是如何构成质子和中子的呢？－>>
质子、中子里有些什么？再谈夸克种种
一、 质子、中子不是点状粒子
近代以来的物理学研究发现，物质是由不同层次的微粒构成的，形成了一个阶梯系列。二三百年前，人们发现物质由分子及原子组成。到19世纪末，在科学实验基础上，科学家认识到原子由原子核和核外电子构成。原子很小，直径约亿分之一厘米。原子核大约是原子的10万分之一，电子则更小，大约是原子的亿分之一。1932年查德威克发现了中子，人们发现原子核又是由质子和中子组成的。人们对物质结构的研究就如剥笋一样层层盘剥下去，每一个层次的发现，都是对物质结构认识的深化。
　　到此，曾有人以为找到了构成物质的最小"砖块"。然而，不久人们就发现了这种认识的局限性。
在原子核层次下面，质子和中子是否还有其内部结构呢？
　　通过对宇宙射线的观察分析和高能加速器的实验，又发现了比上述微粒更小、更基本的大批新粒子，如介子、中微子、反粒子以及组成质子、中子的夸克等，达到几百种之多。其中，大部分在自然界中并不存在，而是在高能束流的轰击下才产生出来的。
　　微观粒子之间存在不同的相互作用。根据这些相互作用力的特点，可把几百种粒子分为强子、轻子和传播子三类。
　　强子是指参与强相互作用的那些粒子，包括质子。中子、π介子等。强子有其内部结构，由夸克组成。夸克有上、下、奇、粲、底、顶6类，每类有3种，共18种。1995年，科学家用高能物理实验证实了顶夸克存在的预言，这是近年来关于物质结构研究的一项重大进展。
　　轻子与强作用无关，只参与弱力、电磁力和引力相互作用，如电子、中微子、μ子、τ子等。1992年，我国北京正负电子对撞机成功实现了τ轻子质量的精确测定，取得了国际高能物理界瞩目的结果，使我国在该高科技领域占有一席之地。
　　微观世界作用力的传递是由粒子完成的。
　　这些粒子即称传播子，也属于基本粒子范畴，传递强力的称胶子，传播电磁力的是光子，弱力的传播子是中间玻色子W+、W+和Z0。
　　夸克、轻子是不是就是最基本的物质结构单元呢？也不是。已有许多迹象表明，它们也可能还存在内部结构。对更微观层次的探究，是当代科学研究的最前沿之一。1979年的诺贝尔物理奖得主格拉肖曾建议，假如一旦在实验上发现了比夸克更小的微粒，应命名为"毛子"，以纪念毛泽东关于物质无限可分的哲学思想。这一设想虽尚未实现，但说明了科学家对辩证思维的重视。
　　质子和中子不是点粒子，它们都具有内部结构。在30年代，理论物理学家认为作为核子的质子和中子是基本粒子，应该象点粒子，根据狄拉克的相对论性波动方程，质子的磁矩是一个单位核磁子，中子由于不带电，因而磁矩是零。但出乎意料的是，实验家斯特恩测得的质子磁矩却为5.6个单位核磁子，中子磁矩也不是零，而是-3.82个单位核磁子，与点粒子理论相悖。这些都清楚地说明质子、中子并不是我们想象的那样简单，它们可能是具有内部结构的。60年代，霍夫斯塔特等人用高能电子轰击核子，证明核子电荷呈弥散分布，核子的确具有内部结构。既然核子并不是点粒子，那么其内部的物质是怎样分布的呢？也许有三种情形：或者核子内有一个硬核，核子象一枚桃子；或有许多颗粒，象石榴一样有许多子；或没有颗粒，疏松如棉絮状。具体属哪一种情形，要靠深度非弹性散射实验来作进一步决定。
深度非弹性散射实验指用极高能电子去撞击质子或中子，使后者激发到一个个分立的能级即共振态，甚至达到使π介子离化出来的连续激发态。非弹性散射实验会改变质子、中子的静止质量。实验表明，质子、中子内部有一个个点状的准自由的粒子，它们携带有一定动量和角动量。那么质子、中子内的这些点状粒子是什么呢？具有些什么性质？
二、 夸克模型——夸克的味和色
1964年，美国科学家盖尔曼（见右图）提出了关于强子结构的夸克模型。强子是粒子分类系统的一个概念，质子、中子都属于强子这一类。"夸克"（quark）一词原指一种德国奶酪或海鸥的叫声。盖尔曼当初提出这个模型时，并不企求能被物理学家承认，因而它就用了这个幽默的词 。夸克也是一种费米子，即有自旋1/2 。因为质子中子的自旋为1/2，那么三个夸克，如果两个自旋向上，一个自旋向下，就可以组成自旋为1/2的质子、中子。两个正反夸克可以组成自旋为整数的粒子，它们称为介子，如π介子、 J/ψ子，后者由丁肇中等人于1974年发现，它实际上是由粲夸克和反粲夸克组成的夸克对。凡是由三个夸克组成的粒子称为重子，重子和介子统称强子，因为它们都参与强相互作用，故有此名。原子核中质子间的电斥力十分强，可是原子核照样能够稳定存在，就是由于强相互作用力（核力）将核子们束缚住的。由夸克模型，夸克是带分数电荷的，每个夸克带+2/3e或-1/3e电荷（e为质子电荷单位）。现代粒子物理学认为，夸克共有6种（味道），分别称为上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克，它们组成了所有的强子，如一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成，则上夸克带+2/3e电荷，下夸克带-1/3e电荷。上、下夸克的质量略微不同。中子的质量比质子的质量略大一点点，过去认为可能是由于中子、质子的带电量不同造成的，现在看来，这应归于下夸克质量比上夸克质量略大一点点。
虽然夸克模型当时取得了许多成功，但也遇到了一些麻烦，如重子的夸克结构理论认为，象Ω－和Δ++这样的重子可以由三个相同夸克组成，且都处于基态，自旋方向相同，这种在同一能级上存在有三个全同粒子的现象是违反泡利不相容原理的。泡利不相容原理说的是两个费米子是不能处于相同的状态中的。夸克的自旋为半整数，是费米子，当然是不能违反泡利原理的。但物理学家自有办法，你不是说三个夸克全同吗？那我给它们来个编号或着上"颜色"（红、黄、蓝），那三个夸克不就不全同了，从而不再违反泡利原理了。的确，在1964年，格林伯格引入了夸克的这一种自由度--"颜色"的概念。当然这里的"颜色"并不是视觉感受到的颜色，它是一种新引入的自由度的代名词，与电子带电荷相类似，夸克带颜色荷。这样一来，每味夸克就有三种颜色，夸克的种类一下子由原来的6种扩展到18种，再加上它们的反粒子，那么自然界一共有36种夸克，它们和轻子（如电子、 μ子、τ子及其相应的中微子）、规范粒子（如光子、三个传递控制夸克轻子衰变的弱相互作用的中间玻色子、八个传递强（色）相互作用的胶子）一起组成了大千世界。夸克具有颜色自由度的理论得到了不少实验的支持，在70年代发展成为强相互作用的重要理论--量子色动力学。
三、量子色动力学及其特点
"量子色动力学"这一名称听起来有点可怕，念起来有点拗口，应该这样念：量子/色/动力学。这个理论认为，夸克是带有色荷的，胶子场是夸克间发生相互作用的媒介。这不禁让我们想起电子是带有电荷的，传递电子间相互作用的媒介是电磁场（光子场）。的确，关于电荷的动力学我们早已有了，它叫"量子电动力学"，发展于三四十年代。一般读者对电磁相互作用都有点熟悉，因此就以它为例来理解质子中子内的色相互作用。电磁场的麦克斯韦方程的量子化就是量子电动力学，具体地说，量子电动力学就是研究电子和光子的量子碰撞（即散射）的，自然，量子色动力学是研究夸克和胶子的量子碰撞的。
胶子是色场的量子，就象光子是电磁场的量子一样。胶子和光子都是质量为0、自旋为1、传递相互作用的媒介粒子，都属于规范粒子。两个电子发生相互作用是靠传递一个虚光子而发生的（虚光子只在相互作用中间过程产生，其能量和动量不成正比，不能独立存在，在产生后瞬时就湮灭。由相对论知道，自由运动的电子不能发射实光子，但可以发射虚光子。给予我们光明和热能的是实光子，它的能量和动量成正比，脱离源后，能独立存在），自然，两个夸克发生相互作用是靠传递一个虚胶子而发生的。虚胶子携带着一个夸克的部分能量和动量，交给另一个夸克，于是两个夸克就以胶子为纽带发生了相互作用。看到这里，我们会说，不是重复了一下吗？量子色动力学可以由量子电动力学依葫芦画瓢建立起来，真是太容易了！不过实际上没有这么简单。按群论的语言讲，电磁场是U（1）规范场，是一种阿贝尔规范场，群元可以交换，而胶子场是SU(3)规范场，是一种非阿贝尔规范场，群元不可以交换。一般来说，"非"总比"不非"要麻烦得多。电荷只有一种，而色荷却有三种（红、黄、蓝）；U(1)群的生成元只有一个，就是1，所以光子只有一种，而U(3)群有八个生成元，一个生成元对应一种胶子，所以胶子共有八种；光子不带电荷，而胶子场由于是非阿贝尔规范场，场方程具有非线性项，体现了胶子的自相互作用，因而胶子也带色荷，夸克发射带色的胶子，自身改变颜色。所以胶子场比电磁场复杂，因而出现了许多不同寻常的现象和性质，其中最重要的恐怕要数"渐近自由"和"夸克幽禁"了。
"渐近自由"说的是两个夸克之间距离很小时，耦合常数也会变得很小，以致夸克可以看成是近自由的。耦合常数变小是由于真空的反色屏蔽效应引起的。真空中的夸克会使真空极化（即它使真空带上颜色），夸克与周围真空的相互作用导致由真空极化产生的虚胶子和正反虚夸克的极化分布，最终效果使夸克色荷变大，这称为色的反屏蔽效应（对于电荷，刚好相反，由于真空极化导致电荷吸引反号电荷的虚粒子，所以总电荷减少，这称为电的屏蔽效应。与它作比较，色的反屏蔽效应这一术语由此而来）。由于这一效应，在离夸克较小距离上看来，大距离的夸克比它带的色荷多，所以小距离上强作用相对而言变弱了，这就是所谓"渐近自由"。渐近自由是量子色动力学的一项重要成果，它使得高能色动力学可以用微扰理论计算。但是在低能情形或者说大距离情形，由于耦合常数变强及存在幽禁力，计算变得困难。
量子色动力学可以预言小距离的"渐近自由"，但是对大距离的"夸克幽禁"，量子色动力学就无法预言了，这是量子色动力学的困难。
"夸克幽禁"说的是夸克无法从质子中逃逸出去。红黄蓝三色夸克组成无色态，强子都是无色的。一旦夸克可以从质子或强子中跑出来，自然界就会存在带色的粒子;带色的粒子引起真空的进一步极化，色荷之间的幽禁势是很大的，整个真空都带上了颜色，能量很高，导致真空爆炸。实际这些都没有发生，暗示自然界不存在游离的夸克，那么我们会问：夸克倒底是一个数学技巧还是一个物理实在？研究这一问题，是对夸克模型的考验。不过，现在因为已有了夸克存在的间接证据，物理学家相信夸克是应该的确存在的。夸克为什么要被幽禁起来，物理学家已提出了几个理论。有人提出口袋模型，如认为质子是一只受真空挤压的口袋，可将夸克束缚住而逃不出来；有人提出了弦理论，认为夸克绑在弦的两端，而这条弦却难以断裂，即使一旦断裂，断裂处生成一对正反夸克，原来的强子碎裂为两个新的强子，从而自由的夸克从来不可能出现；也有人说，既然胶子带色荷，胶子之间也会有色磁吸引力，从而色力线被拉紧呈平行状，就如一个带电电容器两板因为有平行的电力线因而彼此有吸引一样，夸克之间也有类似这种吸引力；格点规范理论的面积定律证明夸克之间有线性禁闭势存在；90年代中期塞伯和威滕用他们发展的四维空间量子场论证明磁单极凝聚也会导致夸克幽禁。关于夸克幽禁的理论有许多，正好说明了我们对强力的了解还不够充分。
四、 核子结构图象与核子衰变
对介子谱的研究表明，夸克之间除了由于单胶子交换引起的色库仑力外，还有色禁闭力，其势是随距离线性增长的，正如上面所说，虽然不清楚线性禁闭势的来源，但可以认为正是这个势导致了夸克幽禁。但是这一观点也许要受到挑战。因为用相对论性波动方程解介子能谱，发现在无穷远处波函数并不收敛至零，而是一个散射解。这意味着我们应探测到游离的夸克，但实际并不如此。那这些散射解是怎么产生的呢？原来禁闭势在无穷远处十分巨大，以致扰动真空导致正反夸克产生。实际没有测到这些产生的夸克，一个原因可能是大距离时夸克的质量也会变得十分巨大，远远超过了线性势，抑制了真空扰动产生正反夸克的能力。夸克质量会随距离增大而增大，可能可以用真空色电极化（导致真空带上颜色）来解释。真空色电极化使得色荷象滚雪球一样越来越大，夸克能量和质量也相应越来越大，浸在真空中的单一夸克质量巨大，真空没有足够的能量产生这些夸克，也许这最终导致了夸克幽禁。
　　对于强子结构，现在对不同的能态用不同的理论模型来描述。基态质子和中子，可以用量子力学的薛定谔方程求解，强子质量主要由夸克承担；对于处于激发态的共振粒子，弦模型比较成功，该模型认为重子和介子的质量和自旋主要由弦（色力线管）提供；对于更高能的强子激发态，由于真空色电极化十分强大，因而强子质量主要就是色电极化质量，夸克的质量和弦的质量十分微小。现在对处于不同能态的质子、中子结构还无法用一个统一的理论来描述。
　　上面讨论的是质子中子及其共振态的静态性质，下面谈一下它们的衰变问题。原子核内的质子中子是稳定的，但自由的中子是不稳定的，寿命约为11分钟。中子的质量比质子略大一些，因而可以有足够的能量衰变为质子，并放出一个电子和一个电子型反中微子。在夸克水平上解释这一过程，实际上就是：中子内的一个下夸克（带-1/3e电荷）放出一个传递弱相互作用的中间玻色子W- ，自身变成上夸克（带+2/3e电荷），W-又衰变为一个电子和一个电子型反中微子。由于质子中子的重子数都为+1，轻子数为0，电子和电子型中微子的重子数为0，轻子数分别为+1和-1，所以这一过程重子数、轻子数都守恒。现在的粒子物理标准模型（量子电动力学、弱电统一理论、量子色动力学）认为重子数是守恒的，质子已是最轻的重子，所以它不能再衰变为其他重子，它是永恒的。由于人们面遇的物质世界主要就是由重子组成的，所以很容易相信质子是永恒的。但是有一种理论却预言这种观念是不对的，质子会衰变成正电子和中性π介子，重子数和轻子数并不绝对守恒。这种理论是大统一理论，它企图把强、弱、电相互作用统一起来，用一个耦合常数来描写。大统一理论包含着标准模型，但比标准模型来得更大，因而有更多的传递相互作用的规范玻色子。虽然这些规范玻色子是一种超弱场的量子，但质子中的下夸克却会释放这种规范玻色子，自身变成正电子，而质子内的一个上夸克吸收这个规范玻色子，变成上夸克的反粒子（反上夸克），这个反上夸克与质子内的另一个上夸克结合成中性π介子。由于引起这种夸克-轻子转化的场十分弱，所以质子虽然要衰变，但衰变寿命是很长的，大约为一千万亿亿亿年，而我们的宇宙寿命也只有几百亿年，所以质子平均寿命比宇宙寿命长十万亿亿倍。在你一生当中，你体内的质子只能衰变零点几个，不必担心质子衰变会给我们的生活带来什么不便。质子衰变还只是一个理论预言，实验的证明还没有完全结束。
前面提到，质子中的点粒子是夸克，实际上它们还包括胶子和不断产生、湮灭的海夸克。过去认为质子自旋为1/2，是由三个夸克提供的，而如今的研究却不能支持这一观点，质子中的三个夸克的总角动量只占质子自旋的15%，而大部分自旋也许由胶子和海夸克承担。这被称为"质子自旋危机"，是个热门课题。
五、简短总结
虽然胶子的存在证据也有了，顶夸克存在的证据也在1995年找到了，但是对于强子结构的研究和自由夸克的探索还需走更长远的路。夸克幽禁的根本原因倒底是线性禁闭势的存在还是色电极化所致，夸克幽禁是暂时的还是永久的，值得继续研究。如果夸克是永久性禁闭的，强子永远是无色的，正应了一句话："色即空，空即色。"孰是孰非，有待高能物理及其理论的继续发展。
Questions　（答案见下期）
1. 挂在墙壁上的石英钟，当电池的电能耗尽而停止走动时，为什么其秒针常常停在刻度盘上“9”的位置？
2. 为什么疏松的新棉做的被盖盖着很暖和，而板结了的旧棉被保暖效果就较差？
3. 大家都知道，平面镜成的虚像总是和物等大的，但为什么人们看镜子时，总是感到离镜越近，像好像越大，也越清晰？
第45期问题及解答 　
1.挂在墙壁上的石英钟，当电池的电能耗尽而停止走动时，为什么其秒针常常停在刻度盘上“9”的位置？
Ans. 秒针走到“9”的位置时，恰好成水平方向，这时阻碍秒针运动的重力力矩最大，所以常常在这个位置停下。
2.为什么疏松的新棉做的被盖盖着很暖和，而板结了的旧棉被保暖效果就较差？
Ans. 新棉被中的疏松的棉花中存在很多不流动的空气，而空气是热的不良导体，所以新棉被隔热保温效果很好。板结的旧棉絮棉花纤维已经相互紧靠，棉花中存留的空气很少了，故隔热保温效果就要差得多。
3.大家都知道，平面镜成的虚像总是和物等大的，但为什么人们看镜子时，总是感到离镜越近，像好像越大，也越清晰？
Ans. 平面镜成像像和物肯定是等大的，但是人如果离镜子越近，人观察镜中像时的视角也会更大，视角越大，看起来就会感到更清楚，就会感觉像要大些。远处一座山，看起来并不高，但走近一看，原来是一座高山，山本身高度并没有变，原因就是在远处看时，视角小，走近看时视角大。所谓“远小近大”，其实是由于距离的变化，引起视角的变化，使得大小的“感觉”也发生变化。
Do You Know ?
摩擦，是一种非常常见的现象，但是摩擦到底是什么？摩擦是怎样产生的？从古代以来，一直困惑着人们。现代科学对摩擦现象虽然说已经研究得相当深入了，但是，研究越深，思考也越多，请看：“摩擦是什么”一文。－>>
摩擦是什么？
摩擦力存在于两界面间有相对运动（动摩擦），或两界面间没有相对运动但有相对运动的趋势时（静摩擦）时。 有了摩擦力 我们才能在路面上行走、棉线才能织成布料不脱落、 铁钉才能钉在木头内……。
但有时候我们却又希望减少摩擦力，例如机械表面或轴承的润滑等。摩擦力不只造成机械消耗能量产生热能，更会造成表面磨损。
一、摩擦小史
人类很早就对摩擦现象有了认识并加以利用，许多早期的文献里，都有把摩擦的影响减至最小的多种尝试的记载．2000多年前的亚里士多德就已经提到摩擦力的概念．但是真正对摩擦进行定量的研究，则始于15世纪的文艺复兴时期．500多年的漫长而曲折的历史大致可划分为五个时期来讨论．
　（一）达芬奇的早期研究时期
　　1508年，达芬奇（1452--1519）使用石头和木头开始了对固体摩擦的实验研究，测量了水平和斜面上物体间的摩擦力，测量了半圆形槽与滚简间的摩擦，进行了表面接触面积对摩擦阻力影响的实验研究，发现了等重物体之间的摩擦力与接触面积无关的重要结论．
　　达芬奇首先引入了摩擦系数的概念．他将该系数定义为摩擦力和垂直载荷的比值,他的结论是："每一个摩擦物体所具有的摩擦阻力等于自身重量的四分之一．"当时他使用的材料大多为硬木或铁与硬木的组合，他的结论对于这些材料来说还是比较符合实际的．
　　达芬奇还研究了摩擦面间有润滑油和其它介质时对摩擦的影响．他认为"所有东西，不管它如何薄，当它放入两个互相摩擦的物体之间时，摩擦都会减少．"
　　（二）阿蒙顿的进一步研究时期
进入16世纪后，由于水力和风力能源的广泛应用，机器大量增加．特别是磨的发展，大大推进了对摩擦的研究．许多科学家进行了各种各样的摩擦实验，其中最有成就者当推法国实验物理学家阿蒙顿（1663--1705）．作为一个永动机的积极倡导者，他自然对摩擦产生的损失特别感兴趣．他通过多次实验后，于1699年12月19日向皇家科学院提交了一分经典论文．在文中提出了摩擦力的经典规律，这就是后来人们所熟知的阿蒙顿定律．
①静摩擦定律：两接触物体间的最大静摩擦力，跟接触面上的正压力成正比，并与接触面的性质及状态有关；但与接触面的面积及形状无关．即： 。
②滑动摩擦定律：滑动摩擦力跟摩擦物体接触面上的正压力成正比，跟外表的接触面积无关．即： 。
（三）库仑对摩擦的总结时期
进入18世纪的法国，在经济、军事、工业等方面有了很大的发展．机器的大量使用，使得机械的效率和耐磨问题成为了一大难道．为此，巴黎科学院于1781年以"摩擦定律和绳的倔强性"为题，进行了一次有奖竞赛．库仑（1736--1806）研究总结了达芬奇和阿蒙顿的实验和理论之后，又进一步做了大量的实验．最终以《简单的机械理论》为题的论文赢得了这次竞赛的优胜奖，提出了他的摩擦理论--库仑摩擦定律．
①库仑摩擦第一定律：摩擦力跟作用在摩擦面上的正压力成正比，跟外表的接触面积无关．这实际上就是阿蒙顿定律，也就是现在称谓的静摩擦定律和滑动摩擦定律．
②库仑摩擦第二定律：滑动摩擦力和滑动速度大小无关．
这一结论，若作为普遍法则是不正确的．实际上滑动摩擦力和滑动速度的关系是相当复杂的．
③库仑摩擦第三定律：最大静摩擦大于滑动摩擦力，即 。
④库仑二项式定律：这是反映摩擦力和负载之间的关系．即滑动摩擦力 。
库仑认为"常数"A跟压力的平方根成正比，但它都没有反映出A的物理意义．这一定律也只适用于干摩擦和边界摩擦．
库仑对摩擦的研究，总结了从达芬奇到阿蒙顿的理论，提出了他的库仑摩擦定律．但是，实际上这些定律只能是经典的经验公式，对于实际情况也仅仅是近似的、粗浅的描述．
（四）19世纪对摩擦的研究时期
19世纪，随着蒸汽机进入实用阶段，工业革命迅速普及，为了防止机器的高速转动而带来的轴承烧焦和磨损，润滑成了这个时期摩擦研究的特征．
1883年，英国的托尔（1845--1904）在研究轴承的润滑中发现油膜具有高压力；同时代的雷诺（1842--1912）根据托尔的发现，利用流体力学的原理，从理论上证明了因旋转而在油膜中产生高压力的现象，说明了轴与轴承的间隙能支持载荷的道理．
1896年，金斯伯里（1863--1943）证明了用空气代替润滑油的设想，在一次美国军事系统的展览会上进行了空气轴承的公开表演．这种轴承后来在高速磨床、高级陀螺仪上得到了广泛的应用．
在这一时期，雷尼（1791--1866）、莫伦（1795--1880）等人测定了许多物体间的摩擦系数，迄今仍在广泛应用．
总之，进入19世纪，由于摩擦的实验定律大体已确立完毕，只是在研究如何减小摩擦方面进行了一系列工作．但仍然没有对摩擦的物理机制给以科学的、满意的解释．
二、摩擦的基本性质和产生的效果
摩擦力必不完全都是阻碍或减缓运动。有时候情形恰相反， 例如： 走路或汽车加速时，便是靠摩擦力才可能达成的。当施力欲推动物体，物体却静止不动时，物体所受外力合必为零。 因此物体所受摩擦力恰抵销所施加的外力，两者大小相等方向相反。 直到外力超过某最大值（称最大静摩擦） 物体便会开始与界面间有相对运动，此时为动摩擦。通常动摩擦稍小于最大静摩擦。
两固体界面间的动摩擦通常与界面间相对速度 没有太大的关系，也与接触面积无关。 但是和接触面的性质有关且通常与两界面间的压力成正比。
三、摩擦的机理
流行的理论认为，摩擦力起源于原子间的电磁作用力，可以存在于固态﹑液态或气态接触面间。 液态与气态接触面间： 由于雨滴与空气间的摩擦，使得雨滴很快达到等速度下落（终端速度）的状态。 否则从数千公尺高空落下的雨滴将会以极高的速度打在你我身上。（估算一下吧！） 固态与液态接触面间： 水在水管内因摩擦而减缓流速，子弹若射入水中则比起空气中威力大减， 高速公路上轮胎若沾上油则减少轮胎与地面间摩擦会闹出大祸！ 在两固态接触面间加入液态流体经常用以减少其间的摩擦，但并非消除。 固态与气态接触面间： 汽车行驶时大部份的能量损耗于将汽车前方的气体推开。 宇宙飞船从外层空间回地面时，外表与空气间的摩擦产生高热。 高空跳伞者最后也以某终端速度落地！ 固态与固态接触面间： 铅笔与纸张间的摩擦得以留下字痕，东西得以固定在某处，你我得以行走...
一般认为，摩擦力起源于两接触面间的附着吸引力。由于原子或分子间的电磁吸引力导致于摩擦的存在。 原子或分子间必须在很短（几个原子半径间距离）时，其间才有较明显相互吸引的作用力。 两接触面必须很接近才会有显著摩擦存在。 一般的表面可能看似光滑，可是若以放大镜仔细观察将发现表面凹凸不平。 坑坑洞洞的大小甚至有数百个原子半径。实际上两接触面间只有凸出的部份相接触。 当压力增加时，会使得表面稍微变形（更为扁平） 而增加接触面积（实际的接触面积）。实际的接触面积往往只占宏观接触面积很小的比例。 大部份仍然相距10-50个原子半径的距离。 当书本平放在桌面时，宏观接触面积大，使得接触面间压力较小，而使得实际接触面积比例较小。 当书本直立时，宏观接触面积变小，使得接触面间压力增大而增加实际接触面积比例。 但较小的面积乘以较大的接触比例与较大的面积乘以较小的接触比例约略相同。 （也就是说微观实际接触面积约略相同） 使得摩擦力与宏观接触面积无关。压力大小决定"实际接触面积"，而原子间的吸引力与"实际接触面积"成正比。 因此摩擦力正比于接触面间的压力。 实际接触面积也与接触面接触表面的性质相关（原子种类与光滑程度等），也就是与摩擦因数相关的因素。 两接触面间相对静止时比相对运动时实际接触面积大。 因此静摩擦大于滑动摩擦。 滑动的过程会将部份原子由其中一接触面转移到另一接触面上， 如摩擦后留下的痕迹也使得表面更平滑。 滚动时就比滑动时容易，因此滚动摩擦又小于滑动摩擦。
四、干摩擦和湿摩擦
把一个小木块放进盛了水的脸盆里，那木块便浮在水面上了。向它吹上一口气，看！木块被你吹跑了。再把这个木块放到桌面上，你吹吧，怎么吹也不动弹。就是在木块下垫上几支铅笔，把它和桌面的摩擦改为滚动摩擦，你也很难用一口气吹走它。　　　
　　为什么木块放在水里便容易吹跑？这是因为木块和水之间的摩擦，属于固体和液体之间的摩擦（人们管这种摩擦叫湿摩擦，湿摩擦还包括固体和气体之间的摩擦），而木块和桌面之间的摩擦，是固体和固体之间的摩擦，统称为干摩擦。
　　上边的实验说明，对同一个物体来说，湿摩擦力小于干摩擦力。
在固体之间涂上一层润滑油，就把干摩擦改变成了半湿摩擦，使摩擦力大大减小。穿着冰鞋在冰面上溜冰，脚下的摩擦力会变得很小，那是因为冰刀压在冰面上的时候，会使冰面上少量的冰在瞬间化成水，把冰刀和冰之间的干摩擦变成了半湿摩擦。你如果穿上冰鞋在水磨石地面上溜滑，即使地面象冰那样平坦、光滑，但是由于干摩擦总也变不成半湿摩擦，冰刀依然滑动不起来。
五、干摩擦的研究
1. 干摩擦原理
为了说明干摩擦，我们把重 W 的物体置于水平的粗糙面上，并施加水平拉力，如下图(a)所示。接触面的部分可视为非刚体，其余部分仍然视为刚体。作此物体之自由体图，下图(b)，地板沿着接触面施加分布的法向力△Nn 及摩擦力△Fn 于物体上。为了达成平衡，此法向力必须向上，且与物重W平衡；摩擦力必须向左以抵抗外力P使物体向右运动。将地板与物体的接触面放大，即可了解法向力与摩擦力产生的原因。如下图(c)所示，两不规则的接触面及各接触点的反作用力之合力，其分力即为摩擦力△Fn 与法向力△Nn。
2. 平衡
为了分析方便，将分布的法向力与摩擦力以其合力N及F表示，分别作用于下图(d)的自由体图上。由上图(b)得知F必须与接触面相切且与P反向；而法向力N的方向向上并与物重W平衡，同时法向力的作用线如下图(d)所示，在W的作用线右侧 x 处 〔此作用点即上图(b)负载图形的形心〕，与P达成平衡，而不使体产生倾倒。例如，若P作用于高度h处，为使对O点之力矩呈平衡，Wx = Ph 或 x = Ph/W。若x = a/2，则物体即将倾倒。
3. 临界运动
若h很小，或者接触面不够粗糙，摩擦力F不足与P达到平衡，则物体在倾倒之前先产生滑动。即P逐渐增大，F亦随之增大，直到最大值Fs，称之为极限静摩擦力 (limiting static frictional force，即最大静摩擦力)，如上图(e)所示。此时物体呈现不稳定平衡，若P再增大，使得接触点发生变形及破裂，而物体产生运动。由实验得知，极限静摩擦力Fs 的大小与压力N的大小成正比，可表示成
其中比例常数mS称之为静摩擦系数 (coefficient of static friction)。此外，更细致的研究摩擦力的问题，还必须包括接触面间的温度、密度、清洁程度、以及原子或分子的吸引力等。
一些典型的mS值列于表1。一般而言， mS值小于1，亦有例外，如铝与铝接触，其值 mS大于1，此表示摩擦力比压力大。 mS值无单位，且仅与接触面间的性质有关。由于实验过程中接面的粗糙度、清洁度的不同，使得 mS呈现不同的值，故使用 mS值时，必须充分了解造成摩擦的实际情形。若希望得到正确的Fs，可由实验来获得两物体间之 mS值。
表 1 典型的mS值
接触材料
静摩擦系数
金属与冰
0.03～0.05
木材与木材
0.30～0.70
皮革与木材
0.20～0.50
皮革与金属
0.30～0.60
铝与铝
1.10～1.70
4. 运动
若作用力P继续加大，并大于FS时，摩擦力将略微减少成FK，称为动摩擦力 (kinetic frictional force)。物体不再维持平衡 (P >FK) 而开始加速的运动，如上图(f)所示。可藉由观察上图(g)接触点的情况来说明FS 减少成FK 的原因，当P > FS时，P足以剪去接触面的突起部分，使物体上移至突起的顶端。在物体开始滑动时，接触点产生局部的高温，使接触点结合 (焊合)，持续剪断此接触点焊合为造成摩擦的主因。因此△Rn 在压力的方向比上图(c)的大小略增，而摩擦力分量△Fn 则略减。
由实验得知滑动中的物体其摩擦力Fk的大小与压力N的大小成正比，可表示成
其中比例常数mk称之为动摩擦系数 (coefficient of kinetic friction)。典型的 mk值约比表1所列的mS值小25%。
以上对摩擦的叙述可由右图F与作用力P之变化情形作个说明。摩擦分为三部分：在平衡时F为静摩擦力，若F达到平衡的最大值FS时为极限静摩擦力，开始滑动后F为FK即动摩擦力。图中亦显示P值很大时，或物体以高速运动时，由于空气动力的效应，则FK即mK会略为减小。
5. 干摩擦的特性
有前述的摩擦实验结果，可归纳成下列的干摩擦定律：
(1) 摩擦力与接触表面相切，并作用在相对运动或有运动趋势的反方向上。
(2) 只要正向力不致大到使物体的接触面发生严重的变形，则所产生的最大静摩擦力FS与接触面积的大小无关。
(3) 对任何两接触面，最大静摩擦力的大小比动摩擦力大，但物体以极慢的速度在另一表面
上移动时，FK 大约等于FS，即。
(4) 当接触点即将发生滑动时，最大静摩擦力的大小与压力成正比，即 。
(5) 接触点已产生滑动时，摩擦力的大小与压力成正比，即。
(6) 摩擦角
上两式应用于摩擦问题有其限制条件，当物体的接触面有相对运动时，使用。若物体呈静止状态时，F不一定等于，而是，只有在物体即将产生运动，F达到最大值，即。此现象可由下图(a)加以说明，物体受P之作用，当P = FS时，物体呈现临界运动的状态，为了达到平衡，压力N摩擦力FS之合力为RS，RS与N所成的夹角称为静摩擦角 (angle of static friction)，由图得知
若物体并未运动，则水平力P < FS，合力R之作用线与垂直线间的夹角Φ≤Φs。若P使物体产生等速运，即P = FK，合力RK之作用线与垂直线之夹角ΦK称之为动摩擦角 (angle of kinetic friction)，如上图(b)所示，即
比较得知，Φs≥Φk。
7. 静止角
如下图(a)所示，在一平面上放置一重W的物体以测量两接触面问的摩擦系数，当平面倾斜角时，体即将开始运动，则。物体的自由体图标于图(b)，应用力平衡方程式，得N = W cos，以及，所以即为静止角 (angle of repose)，比较得知此角与静摩角Φs相等，一旦此角得知，可由求得静摩擦系数，此处的计算与物重W无关。
8. 干摩擦产生机理的研究
①早在达芬奇、阿蒙顿、库仑等人在研究摩擦定律的同时，就对摩擦的物理机制提出了一个凹凸说．他们认为摩擦的根源在于两表面的凹凸相互啮合，当一个物体在另一个物体表面上滑动时，互相啮合的凹凸部分，就会相互撞碰，并且被破坏，阻碍物体运动，就产生了滑动摩擦．但是这一理论无法解释为什么表面越光滑，反而摩擦越大，新生成的结晶表面在空气中停留时间一长，摩擦系数会急剧减小等现象的产生．
②1734年，贝萨克利基于光滑铅柱的粘合实验，认为摩擦的物理机制在于相互摩擦的表面分子间的相互作用力．因而提出了一种分子说．他预言："只要把平面无止境地研磨得很光滑，摩擦迟早会增大的．"这一理论得到了英国物理学家文斯（1749--1821）的赞同．到了本世纪还被哈迪的实验所证实．
　　凹凸说认为摩擦源于凹凸体间的相互挤压、剪切的机械阻力；而分子说则认为摩擦来源于接触面上晶体分子间电性引力．其是非焦点在于前者认为摩擦是凹凸间的斥力，后者认为是接触面间的粘着引力．
③1939年，克拉格尔斯基统一了争论很久的凹凸说和分子说．认为摩擦具有二重性：它不仅要克服两表面分子相互吸引所决定的作用力，还要克服由于表面粗糙互相啮合而发生变形所引起的机械阻力．从而提出了一套分子-机械理论学说．
④1950年，包登等人认为两物体个别接触区产生的高压引起局部热熔而粘为一体，这样形成的连结又因表面相对滑动而剪断．粘着点的形成和剪断在接触表面上交替进行，构成摩擦的粘着分量；较硬表面的微凸体犁削较软材料的基体，构成摩擦的变形分量．总的摩擦力是二者之和．这种理论被称为粘着说，被普遍承认适用于金属间的摩擦．
⑤近年来，由于表面技术加工的发展，半导体工业所带来的高真空、高洁净环境技术的发展等有利条件，相继又出现了表面微凸体的塑性作用学说和热活化分子动力交换学说．这些学说也能在一定范围内说明摩擦所产生的物理机制．
但是，由于影响摩擦的因素相当复杂，现有的这些学说都不是包罗万象的，无法完整和圆满地将摩擦的物理机制说清楚．一句话，摩擦的原因到现在还没有完全研究清楚。
Questions　（答案见下期）
1. 我们在近处稍微偏斜一点观察穿衣镜中的像时，常常会看到两个稍微错开一点的像，为什么？
2. 天花板上的吊扇自重150Ｎ，当它旋转起来时，它对天花板的拉力是等于150Ｎ、大于150Ｎ还是小于150Ｎ呢？为什么？
3.　用一张较硬的纸，折叠成一只小杯子，用几根细线将纸杯子吊起来，然后在纸杯中倒入一些水，立即用火在下面烧，直到水烧开了，纸杯也是完好无损的。为什么火不能将纸杯烧着呢？