第一章《打开物理世界的大门》

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名称 第一章《打开物理世界的大门》
格式 rar
文件大小 38.6MB
资源类型 教案
版本资源 沪科版
科目 物理
更新时间 2009-10-07 21:14:00

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课件59张PPT。物 理 (八年级)有趣又有用的物理第一节 走进神奇 人的天职在于勇敢探索真理。
————哥白尼第一章 打开物理世界的大门浩瀚宇宙,神奇无处不在。
在你身边,有那些神奇现象呢?你想探索其中奥秘吗? “哈雷”彗星是根据埃德蒙?哈雷的名字命名的。哈雷最广为人知的贡献是他对“哈雷”彗星出现时间的准确预言,其预言在其死后17年准确应验:1759年、1835年、1910年哈雷彗星如期出现。
中国民间将彗星叫作“扫帚星”。世界公认中国是对彗星观察和记录最早的国家。中国古书《淮南子?兵略训》中记录了公元前1057年的一次彗星,它就是后来命名为“哈雷”的彗星。
浩瀚太空群星闪烁在自然中……彗核彗发彗云彗星一般是由头和尾组成;哈雷彗星中间是彗核,彗核外面包有彗发,彗发的外面再包有彗云(76年出现一次)我们地球到底在宇宙什么地方? 地球与太阳系太阳系和宇宙又 是什么样的关系呢?银河系和整个宇宙有什么关系呢? 太阳与银河系 银河系与河外星系宇宙星体它们从哪里来?
宇宙有年龄吗?
思考猜想
宇宙到底有多大,它有边界?
请自己尝试通过网络搜集资料寻找答案
天公“发怒”时,雷电交加,电是如何产生的呢?
打雷总伴随闪电,是闪电在先,雷声在后么?夕阳西下,天边为什么常有红色的彩霞?大地万物生发,为什么会有山崩地裂、岩浆喷吐?江河能灌溉良田,运输航船,为何也能激荡奔腾,冲垮河堤、摧毁房屋?龙卷风为何平地而起,来势凶猛,直冲云霄?在生活中……
自然中的神奇还很多,下面我们走进生活中的神奇现象
实验与讨论
为什么只开一个小孔,饮料罐中饮料不易倒出?
演示实验:铅笔真的被水折断了吗?实验:用木锤按水平方向快速打出木板,猜想鸡蛋位置的变化你观察过为何上下拉动拉链,便可以开合?实验观察:圆珠笔油如何从笔管到笔尖?
为什么完成惊险的冲浪动作要双腿分开,弓着腰?为什么撑竿跳运动员借助小小撑竿,便能客服自身重力,跨越高位横杆?谈谈你们曾经观察到的神奇现象。
你是如何思考的?
课堂讨论第二节 探索之路 我从事科学研究的动机,来自一种想要了解自然奥秘的无法克制的渴望,而不是别的什么目的。 ————爱因斯坦面对神奇世界,“一种想要了解自然奥秘的无法克制的渴望,”促使人类从古至今不懈探索,并将永无止境! 古代先人们很早就开始思索神奇的自然现象了。例如:在早期的文字和图画中并可看出古人们的科学思索,他们还通过建造天文观察台,对日月星辰观察,总结其运行规律,构想宇宙结构的模样。古文明中的科学思索……古代文字中记录的科学探索信息

古代早期建造的天文观察台
中国山西襄汾县天文观象台遗址
(约4000年前) 英格兰的天文观象台遗址
(约3000年前) 英国石头阵大约建立公元前3000年到公元前2500年左右,全部工程延续千年之久 ,被一些考古学者认为是人类现存最早的天文观察台之一。 1960年,天文学家杰拉德·霍金斯借助计算机发现:在夏至这天,从英格兰石头阵圆圈中心观察时,刚刚升起的太阳必将从远离中心的一块“巨石脚跟”上射出来。而在其他重要的节令、日子,太阳、月亮升起和落下的方向也同样与另外的巨石一一对准成一条直线。它的外围坑洞可以被用来预报月食。
2004年9月,在山西省襄汾县陶寺文化遗址考古发掘过程中,考古人员发现了世界距今4100年的最古老天文观象台遗址。有关专家推测,多种数据表明,这座观象台比英国巨石阵观测早近500年。观象台形状为一座直径约50米的半圆形平台。台座顶部有一半圆形观测台,以观测台为圆心,由西向东方向,呈扇状辐射着13个土坑,同时有13根夯土柱。古代人利用两柱之间来观测正东方向的塔儿山日出,并根据日光影可以推测出一年的十二节气,经与现在农历时间比较,实地模拟观测后,节气时令精确度很高。“天圆如张盖,地方如棋局”
“其言天似盖笠,地法覆盘,天地各中高外下。北极之下为天地之中,……天地隆高相从,日去地恒八万里。”
日月星辰附着天而平转
古代中国——盖天说 “天圆地方”
古希腊——地心说物理学进步之阶… …一、哥白尼的天文学革命
哥白尼(Nicolaus Copernicus,1473-1543),著名的天文学家、自然科学先驱
哥白尼经过长期的天文观测和研究,创立了更为科学的宇宙结构体系——日心说,从此否定了在西方统治达千年之久的托勒玫地心说。
哥白尼著有阐述日心说的《天体运行论》(1543年出版), 托勒玫地心说哥白尼日心说 伽利略 通过自制望远镜观察天体,用观察事实有力地支持了哥白尼日心说体系。并在1632年出版了著名的天文学著作,《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》 伽利略经典物理学和实验物理学先驱
(Galileo Galilei,公元1564-1642)二、经典物理学基础的建立
牛顿(英国物理学家)
他在前人的研究基础上奠定了今天经典物理学的基础。通过观察思考苹果落地的原因,进一步发现了引发日月星辰运转的奥秘——万有引力作用。他还发现了物体运动三大定律三、现代物理学诞生20世纪杰出物理学家的贡献
爱因斯坦
研究得出:当物体运动速度接近光速时,我们日常经典的时间和空间等概念会发生很大的变化(如:时钟延缓、尺度缩短,同时的相对性),并进一步建立了相对论理论。
玻尔(Bohr 1885~1962) 丹麦物理学家
发现微观物理世界的物理规律和宏观世界物理规律有很大的差异.他和量子学派的物理学家建立了微观世界物体运动理论——量子力学玻尔与爱因斯坦 由于爱因斯坦、玻尔等人的杰出贡献,20世纪物理学再次跨出了划时代意义的一大步。请自己尝试通过网络搜集下面信息
(可选其中一个)
1)哥白尼的科学研究事迹
2) 伽利略的科学研究事迹
3) 牛顿的科学研究事迹
4)爱因斯坦的科学研究事迹
课外作业
如果说我比别人看的更远的话, 那是因为我站在巨人的肩膀上。
———牛顿第三节 站在巨人的肩膀上在科学探索道路上,众多科学前辈和科学巨人的不懈努力,为后人留下了极为宝贵的财富。它们是今天科学突飞猛进的基石。如:
丰硕的知识成果
科学的探究方法
不朽的科学精神
今天,我们应该不断学习这些财富,”站在巨人们的肩膀上“,更加深入地进行物理学探索,从而推动物理学的发展。知识园地——硕果累累
通过前辈们对神奇的物理现象的探索过程,人们逐渐发现蕴藏在其中的一些物理规律。随着探索的不断深入,物理学大厦终于建立起来了。
物理学(physics)就是研究自然界的物质结构、物体间相互作用和物体运动最一般规律的自然科学。

当今进入信息化时代,科技水平迅猛发展,物理学知识和研究方法也被运用到现代通讯、航天、新材料和新能源等领域,极大推动了这些领域的发展。人类首次踏上月球表面---阿姆斯特朗美国国家航空和宇宙航行局发布8月2日新拍的土星图风驰电掣般的上海磁悬浮列车科学探究————其乐无穷科学研究方法是否得当,是科学研究成功的关键因素之一。
科学巨人们在科学探索过程中总结了许多科学的物理学探究方法,是今天物理研究的宝贵财富。
大家要在学习物理知识的同时,不断学习科学家的科学研究方法,并在探索中学会使用。 背景:亚里斯多德关于重的物体比轻的物体下落快的观点探究实例:伽利略对下落物体运动的探究 问题(驳斥):将重的物体和轻的物体绑在一起下落,以此解释矛盾 猜想假设:重的物体比轻的物体同时下落 实验验证:比萨斜塔实验科学探究的主要要素:
提出问题
猜想假设
制订计划和设计实验
进行实验与搜集数据
分析与论证
评估
交流与合作 科学精神——永远高扬实事求是、尊重客观规律
不迷信权威、敢于坚持真理 哥白尼不畏教会强权迫害,坚持真理,推翻了宗教学术地心说,提出了日心说。伽利略为支持日心说,用自制望远镜观察天象搜集证据,出版著作。该书出版6个月后,罗马教廷下令停止该书出售。认为伽利略违背禁令,要受到审查。 1633年,近七旬的他在罗马圣玛丽亚修女院的大厅里,被要求跪地接受教廷宣判,在“悔过书”上签字。他被判处终身监禁, 著作必须焚毁。 居里夫人在实验室孜孜不倦在矿石中寻找“镭”元素(4年如一日)孜孜不倦、刻苦认真,锲而不舍 玛丽·斯可罗多夫斯卡娅,即居里夫人,被誉为“镭的母亲”。
1898年12月26日,玛丽在提交给法国科学院的报告中宣布他们又发现一个比铀的放射性要强百万倍的新元素——镭。这是皮埃尔·居里和他的妻子玛丽·斯克洛道夫斯卡婚后3年的伟大爱情的结晶。   这一发现把当时在物理学领域中信奉了几个世纪的整个理论翻了个底朝天。一些保守的科学家表示怀疑“镭在哪里?指给我们看看,我们才能相信!”皮埃尔和玛丽决心以事实来回答这一切怀疑。但是,要提炼出纯镭,必须要有大量的矿物和较大的实验室。沥青铀矿是一种最贵的矿物,他们买不起,后来在奥地利的一位教授的帮助下,他们花掉了全部的存款,变卖了所有值钱的东西,才买到十几麻袋沥青铀矿渣。为了实验室,居里夫妇同巴黎大学交涉,回答他们的是一番无情的嘲笑。最后是理化学校同意供给他们一个长期不用的木棚。木棚的地面是用沥青铺的,玻璃房顶破旧得不蔽风雨。室内只有两张破旧的桌子,一只炉子和一块皮埃尔用来进行计算的小黑板。居里夫妇就在这样的破屋里开始了伟大的科学试验。    日月如流水,居里夫妇犹如在梦境里一般,忘却了时间,不论严冬或盛夏,不分黑夜和白天,整天紧张地工作着。由于睡眠太少,体力消耗太大,他们的健康受到损害。皮埃尔全身疼痛,玛丽明显地消瘦了,但是,他们坚持着,整整花了45个月的劳动,经过几万次的提炼,终于成功地获得了10克纯镭。镭发现了,而且不久发现镭有治疗癌的功效,镭价飞涨,一些好友劝居里夫妇申请专利,有了这项专利权,居里夫妇转眼就将成为人间巨富。但是,皮埃尔说:“不行!我们不应该从发现的新原子赚钱。镭既是济世救人的仁慈物质,这东西就应该是属于世界的。” 1903年,居里夫妇由于发现放射性元素而获得了诺贝尔物理学奖。 20世纪,伟大的物理学家玻尔与爱因斯坦为量子力学学术而争论20年之久,争论并未影响私人友谊,玻尔和他同行们在解答爱因斯坦的质疑的同时,逐步完善了量子力学理论需要互相交流,敢于质疑,不畏权威1949年,杨振宁进入普林斯顿高等研究院做博士后,同李政道合作进行粒子物理的研究工作。他们大胆怀疑,小心求证,仔细检查了过去的所有实验,确认这些实验并未证明弱相互作用中宇称守恒。他们通过分析认识到,很可能在弱相互作用中宇称不守恒,最终推翻了宇称守恒律。他们还进一步提出了几种检验弱相互作用中宇称不守恒的实验途径。次年,这一理论预见得到吴健雄小组的实验证实。因此,杨振宁和李政道的工作迅速得到了学术界的承认,并获得1957年诺贝尔物理奖。一项科学工作,在发表的第二年就获得诺贝尔奖,这是第一次。 杨振宁
李政道 1957年12月10日,李政道(左)、杨振宁(中)在瑞典首都接受1957年诺贝尔物理学奖金后瑞典国王古斯塔夫·阿道尔夫(右)向他们致贺 同学们!物理学的发展正是一代代科学家的努力下,才发展到现代物理学阶段。打开物理世界的大门,我们将发现科学巨人们留下的知识、方法和精神等无尽财富。站在巨人的肩膀上,同学们也将成为新时代的“巨人”!
今天,物理学新发展也必然带来新的问题,这就要求我们要不断进行新的探索,从而推动物理学进入新的时代!课外阅读:
中国的探月工程
查找伽利略的科学探究方法
查找关于反映科学精神的典型的科学家事迹
沪科版新课标教材分析《第一章?打开物理世界的大门》
《物理课程标准》中的课程基本理念
1.注重学生的发展,改革学科本位的观念。
2.从生活走向物理,从物理走向社会。
3.注重科学探究,提倡学习方式多样化。
4.注意学科渗透,关心科技发展
5.构建新的评价体系。 课程总目标 ??? 保持对自然界的好奇,发展对科学的探索兴趣,在了解和认识自然过程中有满足感和兴奋感。 ??? 学习一定的物理基础知识,养成良好的思维习惯,在解决问题或作决定时能尝试运用科学原理和科学研究方法。 ??? 经历基本的科学探究过程,具有初步的科学探究能力,乐于参与和科学技术有关的社会活动,在实践中有依靠自己的科学素养提高工作效率的意识。 ??? 具有创新意识,能独立思考,勇于有根据地怀疑,养成尊重事实、大胆想像的科学态度和科学精神。 ??? 关心科学发展前沿,具有可持续发展的意识,树立正确的科学观,有振兴中华、将科学服务于人类的使命感和责任感。? 全 章 概 述 ??? 在新一轮国家基础教育课程改革中,如何在教材中体现《标准》中的课程基本理念、培养目标以及具体要求等,是课程改革能否成功的关键之一。 ??? 第一章相当于义务教育阶段物理教材的绪论,其地位特殊,肩负了为教材培养目的定位,构建教材框架和栏目,体现教材特色等任务。 ??? 义务教育阶段的物理课程是学生学习物理的启蒙课,第一章则是启蒙课的开篇。向孩子们打开物理世界的大门,展示五彩缤纷、充满神奇的物理世界,让孩子们了解物理学发展的大致历程,以及从“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”等方面发挥课程的功能,让孩子们初步了解物理学的研究方法、物理学家的高尚情操以及物理学在生产生活实践中的重大作用等,以便使孩子们对物理世界有一种新奇感、求知欲,产生学习物理的浓厚兴趣。? 本章有三节:走进神奇、探索之路、站在巨人的肩膀上。 ??? 当打开物理世界的大门,展示在孩子们面前的是神奇的物理世界的图景,这些神奇来自 自然,非凡而震撼人心;这些神奇来自生活,平凡而充满智慧! ??? 面对这些神奇,古人早已开始探索,但是由于条件所限,古人的思索还停留在对经验的 总结上。而后来的物理学家们通过一系列的实验以及对那些神奇现象的理性思考,才使物理 学逐步有了令人惊叹的发展。 ??? 在物理学的发展过程中,物理学家们不仅为人们留下了物理知识,而且还为人们留下了 科学探究方法以及不朽的科学精神。 ??? 本章内容结构图:
本章以典型事例突出了从自然到物理,从生活到物理,从物理到社会的基本理念,强调了物理学与其他学科的融合,体现了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三维课程目标。 ??? 本章内容涉及的知识面广,不仅与物理学有关,而且与天文学、地质学、地理学、考古学、民族学、科技史等内容有关,同时还涉及通信、交通、航天、材料及能源等有关科学技术容。 ??? 本章体现了义务教育阶段物理教育的培养目标:提高全体学生的科学素质。从本章可见本教材的主要目的:不仅要从知识与技能方面培养学生,而且还将注重从过程与方法、情感态度与价值观等多方面培养学生,培养学生终身的探索兴趣,良好的思维习惯,有根据的怀疑精神,一定的创新意识等。
8年级物理 第一章 练习题
一、填空题
1.波兰著名的天文学家、自然科学家 提出了日心说,否定了影响人类达千年之久的托勒玫的地心说,从而有力地拖动了人类文明的进程。
2伟大的物理学家 “站在前人的肩膀上”,继续进行物理学研究,从而奠定了具有划时代意义的经典物理学基础。
3.20世纪,最杰出的物理学家 、玻尔等人的伟大贡献,物理学再次跨出了具有划时代意义的一大步。
4.物理学是研究自然界的 、物体间的 和物体运动最一般规律的自然科学。
5. 科学探究包括以下几个主要环节:提出问题 ,  ,制定计划与 ,  与收集证据, ,评估、交流合作 。
二、 选择题
1.由于坚持科学真理,通过自制望远镜观察天体寻找证据来支持和宣传哥白尼的
“日心说”,被罗马教廷判处终身监禁的物理学家是( )
A. 牛顿 B. 托勒玫 C.伽利略 D.爱因斯坦
2.从物理学进步之阶上看,下列科学家出现先后的排序正确的是( )
A.牛顿 哥白尼 伽利略 爱因斯坦 B.哥白尼 牛顿 伽利略 爱因斯坦
C.爱因斯坦 哥白尼 牛顿 伽利略 D.哥白尼 伽利略 牛顿 爱因斯坦
三、思考题
1你对神秘太空有哪些了解?你对大自然有哪些惊叹?生活中你发现了哪些神奇?请举出几例,大家一起交流。
[解析]:
神奇在我们日常生活中随处可见宇宙的形成是由于大爆炸产生的,太阳发光是核反应,苹果落地是由于地球引力产生的,筷子在水中弯了是由于折射原因等等。
2平日你是怎样喝饮料的?你细心观察过吗?如果一个瓶子装满饮料,盖子盖上,在盖子上开一小孔,刚好能插进吸管。这时再用吸管吸饮料,能吸上饮料吗?试试看,如果吸不上来,怎样做才能将饮料吸上来? 答案:之所以能吸饮料是由于大气压的原因。如果封闭很紧,饮料瓶内气压减小,就吸不上饮料了。可选择扩大插吸管的口,或再开一小孔,问题就可解决。
3圆珠笔方便耐用。你是否探究过圆珠笔油是如何从笔管流到笔尖的?如果你将笔朝上使用,使用一会笔还会出油吗? [解析]: 圆珠笔是靠重力供给油墨。 答案:圆珠笔是靠重力供给油墨的。写字时小圆珠和纸面接触,受到手沿笔杆向下的力。小圆珠就和笔尖间有一空隙,此时油墨就由重力作用流了出来,如果朝上使用写一会就写不出字了。
4爱迪生在研究改进电话的过程中感觉到耳机膜瓣的振动通过短针传到了他的手上,于是他提出了问题:声音既然能使这根针颤动,反过来,这根针颤动是否能改变声音吗?爱迪生为了证实自己的猜想。在助手的帮助下进行了反复的实验。终于发明了会说话的机器——留声机。经过不断改进,爱迪生发明的留声机很快传遍全世界。通过以上阅读,你认为爱迪生在留声机发明过程中用到了哪些科学探究的环节?请按顺序回答 答案:爱迪生所用的探究环节有:提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据。
四、课外阅读
请自己尝试通过网络搜集下面信息(可选其中一个)
1)哥白尼的科学研究事迹
2) 伽利略的科学研究事迹
3) 牛顿的科学研究事迹
4)爱因斯坦的科学研究事迹
伽利略·伽利莱(Galileo Galilei,公元1564-1642)生平简介
1564.2.15日,生于意大利比萨市。祖先在14-15世纪是有钱有势的贵族,但后来开始衰落。父亲对音乐颇有研究,发表过专著和论文。在数学和古典文学方面也颇有功底。父亲开了一个布店。伽利略是长子,有两个弟弟和四个妹妹。10岁以前,跟随父亲学习语文、数学、音乐等。10岁被送到佛罗伦萨郊区一所修道院学校学习了5年文化课,学习逻辑学、修辞学、希腊语文、拉丁语文。1581年,父亲送他进入比萨大学学习医学,希望他将来成为一个好医生,获得可观的收入。但他对医学毫无兴趣,对自然哲学的兴趣却与日俱增。伽利略跟随数学教师O.Ricci学习数学和物理学。1585年,父亲因其不用功学习医学而迫使其辍学。回家后担任家庭教师和进行学术研究。发明了单摆、脉搏计时器、小天平等仪器。
1589年,他得到贵族G.Monte的赏识和推荐,由托斯卡纳公国的Ferdinand Ⅰ指派为比萨大学首席数学教授。但年薪只有60佛罗伦萨金币,待遇很低。 比萨大学,多数人是亚里士多德的信徒,思想比较保守。 1589-1592年,写成《论运动》。
1592年, G.Monte推荐他去帕多瓦大学担任数学首席教授。帕多瓦属于威尼斯公国,远离罗马,不受罗马教廷的控制,思想比较活跃。伽利略在帕多瓦大学工作了18年。1610年,他辞去大学的数学教授职务,受聘担任托斯卡纳公国宫廷首席数学家和哲学家。1611年,他去罗马教廷宣传他的天文学新发现,一些神父接受了他的观测事实,并宣传他的天文学成就。
1611年,他观察到太阳黑子及其运动
1612年,出版了《水中浮体对话集》一书。
1615年,一伙教士攻击伽利略的学说是为哥白尼学说辩护,控告他违反基督教教义。
1616年,教皇保罗五世下达了著名的“1616年禁令”。禁止他以口头或文字的形式传授或捍卫日心说。
1624年,他第四次去罗马,试图向教皇说明日心说与基督教教义并不矛盾,要求解除对他的禁令。但结果失败。
1625-1630年,写出《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。
1630年,他第五次去罗马,取得此书的出版许可证。1632年,该书出版。6个月后,罗马教廷下令停止该书的出售。认为伽利略违背1616禁令,要受到审查。
1633年,近七旬的伽利略在罗马圣玛丽亚修女院的大厅里,跪在地上接受教廷的宣判,并在“悔过书”上签字。他被判处终身监禁, 著作必须焚毁,禁止出版或重印其他著作,判决书立即通报整个天主教世界,以儆效尤。
1636年,写出《关于两门新科学与数学证明对话集》,托友人带出国外,1638年在荷兰莱顿出版
1637年,伽利略双目失明。
1639年,伽利略获准接收18岁的维维安尼为其最后一名学生,并可在他身边照料他。
1641年,E.Torricelli前来陪伴他,经常和他讨论一些物理学问题。
1642.1.8,伽利略病逝。
1979年,罗马教皇J.保罗二世代表教廷为伽利略平反昭雪,认为300多年前对他的审判是错误的。
1.伽利略为维护哥白尼体系的努力
1597年写信给刻卜勒时,说自己“多年以前就已经拥护哥白尼的学说”。
维护哥白尼学说的证据:
1)当时人们很早就指出,如果哥白尼的学说是确实的,那么金星就应当象月亮那样有圆有缺。金星用肉眼看去的确一直是只圆球,但是伽利略通过望远镜却证明人们所指望金星的这种面貌变化确实存在。
2)发现太阳有黑子,而且黑子本身有变化的证据;月亮上有山岭,说明天界是不完善的。(亚里士多德曾经主张天界则是完善和不变的,是不生不灭的。)
3)伽利略还证明,不管人们对太阳系的布局采取什么看法,世界上的环行中心肯定不止一个,因为木星就有四个卫星环绕着它。
伽利略的发现和天文学上的发展逐渐对哥白尼的学说有利起来。
关于物理学
物理学一词源出于希腊文physics,意为“自然”。物理学是人类社会实践的产物,它是随着人类社会实践的发展而产生、形成和发展的。人类的生产实践和科学实验是物理学形成和发展的主要源泉。在古代,物理学只是“自然哲学”的重要组成部分,直到16世纪后,它才与哲学分离开来。自从物理学成为一门独立的学科之后,它的研究领域就在不断地开拓着,逐渐建立起力学、光学、热学、电学、量子力学、粒子物理学等物理基础部门;每个基础部门,又不断地形成许多新的分支。
物理学的发展一般划分为三个主要时期,即古代物理学时期、经典物理学时期(近代物理学时期)和现代物理学时期。
大约在七八世纪之后,中国和希腊形成东、西方两个科学技术发展的中心。当时,人们对自然界的认识,主要是通过表面的观察和直觉获得的,基本上还处于对现象的描述、经验的简单总结和思辨性的猜测阶段,实验的巨大作用还没有被认识到。同时还由于社会对科学的需要十分有限,科学的社会功能并不显著,所以物理学的发展比较缓慢。
15世纪末叶,资本主义生产关系的产生,促进了生产和技术的大发展。席卷欧亚的文艺复兴运动,解放了人们的思想,激发起人们的探索精神,系统的观察实验和严密的数学演绎相结合的研究方法被引进物理学中,导致了17世纪在天文学和力学领域中的“科学革命”。牛顿力学体系的建立健全,标志着近代物理学的诞生。
19世纪末叶物理学上一系列重大发现,使经典物理学理论体系本身遇到了不可克服的危机,从而引起了现代物理学的革命。由于生产技术的发展,精密、大型仪器的创制以及物理学思想的变革,使物理学理论呈现出高速发展的状况。研究对象由低速到高速,由宏观到微观,深入到广垠的宇宙深处和物质结构的内部,对宏观世界的结构、运动规律和微观物质的运动规律的认识,产生了重大的变革。相对论和量子力学的建立,克服了经典物理学的危机,完成了从经典物理学到现代物理学的转变和发展。
冲浪运动
蔚蓝的大海,波涛滚滚,那层层翻起的波浪带动了冲浪运动的发展。 当冲浪者驾驭着小小的冲浪板劈波斩浪、快速滑行时,洒脱飘逸和刺激令人艳羡。 冲浪是一项古老的运动,据说,已有几千年的历史,但在最近一、二十年,冲浪运动因为它的独特魅力而发展迅速。冲浪的动力是海水鼓起的波浪,要在有风浪的海滨才能进行。美丽而神秘的夏威夷群岛,由于受季风的影响,夏季从北太平洋吹来的 海浪,往往使海浪高达4米,冲浪者可滑行800米以上。那里成了向往冲浪运动的朋友们的乐园。 小小的冲浪板也是几经改进,由笨重向轻型发展。如今的冲浪板,多为泡沫塑料板,利于滑行。 要想成为一名冲浪者可不是一件容易的事,它需要你有战胜大海的勇敢精神与必胜的信心。运动开始时,冲浪者俯卧或跪在冲浪板上,在远离海岸的地方,则用手向前划行,当海浪推动冲浪板滑行起来 的时候,冲浪者必须迅速起立,斜站在板上通过身体的重心来控制冲浪板的运动,随波逐浪,滑行如飞。 在汹涌的海浪中,冲浪者总是冲在浪峰的前面,似乎与大海融为一体,全然是一幅人与大海一比高低的美妙场景。在这炎热的夏季,你是否有勇气去大海的波浪中一展身手。
1898年12月26日 居里夫人发现镭(人民网资料)
中文名称: 居里夫人   又  名: 玛丽.居里   生 卒 年: 公元1867~1934   国  别: 原籍为波兰的法国科学家
玛丽娅·斯可罗多夫斯卡娅,即著名的居里夫人,被誉为“镭的母亲”。
1898年12月26日,玛丽在提交给法国科学院的报告中宣布他们又发现一个比铀的放射性要强百万倍的新元素——镭。这是皮埃尔·居里和他的妻子玛丽·斯克洛道夫斯卡婚后3年的伟大爱情的结晶。   这一发现把当时在物理学领域中信奉了几个世纪的整个理论翻了个底朝天。一些保守的科学家表示怀疑“镭在哪里?指给我们看看,我们才能相信!”皮埃尔和玛丽决心以事实来回答这一切怀疑。但是,要提炼出纯镭,必须要有大量的矿物和较大的实验室。沥青铀矿是一种最贵的矿物,他们买不起,后来在奥地利的一位教授的帮助下,他们花掉了全部的存款,变卖了所有值钱的东西,才买到十几麻袋沥青铀矿渣。为了实验室,居里夫妇同巴黎大学交涉,回答他们的是一番无情的嘲笑。最后是理化学校同意供给他们一个长期不用的木棚。木棚的地面是用沥青铺的,玻璃房顶破旧得不蔽风雨。室内只有两张破旧的桌子,一只炉子和一块皮埃尔用来进行计算的小黑板。居里夫妇就在这样的破屋里开始了伟大的科学试验。   日月如流水,居里夫妇犹如在梦境里一般,忘却了时间,不论严冬或盛夏,不分黑夜和白天,整天紧张地工作着。由于睡眠太少,体力消耗太大,他们的健康受到损害。皮埃尔全身疼痛,玛丽明显地消瘦了,但是,他们坚持着,整整花了45个月的劳动,经过几万次的提炼,终于成功地获得了10克纯镭。镭发现了,而且不久发现镭有治疗癌的功效,镭价飞涨,一些好友劝居里夫妇申请专利,有了这项专利权,居里夫妇转眼就将成为人间巨富。但是,皮埃尔说:“不行!我们不应该从发现的新原子赚钱。镭既是济世救人的仁慈物质,这东西就应该是属于世界的。”   玛丽·居里是法籍波兰人,于1867年11月7日出生在波兰华沙的一个知识分子家庭里,她原名玛丽·斯克罗多夫斯卡。她父亲是圣彼得堡大学的毕业生,后来在华沙一所中学教数学和物理。1891年,玛丽辞别家人,考入巴黎大学理学院,开始了深造。1893年,她毕业于巴黎大学物理系,成绩名列全班第一,获得了物理学硕士学位。第二年她又在数学系毕业,名列全班第二,获得数学硕士学位。毕业之后,玛丽本想回到波兰工作,然而,由于她认识了法国青年物理学家皮埃尔·居里,结婚后便留在法国了。
皮埃尔·居里于1859年5月15日出生在法国巴黎。他父亲是一名医生。皮埃尔和他哥哥的启蒙教育是在家里进行的,他们的父母采取一种比较自由的教育方法,除安排规定的学习计划外,还鼓励他们多阅读课外读物,以及多接触大自然,在郊游中培养他们对事物的观察能力。皮埃尔16岁获得巴黎大学文理学院科学学士学位,18岁获得物理学硕士学位,并留校任实验室助教。1883年,皮埃尔任巴黎市立理化学校物理实验室主任。   1903年,居里夫妇由于发现放射性元素而获得了诺贝尔物理学奖。
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居里夫人 简介   中文名称: 居里夫人   又  名: 玛丽.居里   生 卒 年: 公元1867~1934   国  别: 原籍为波兰的法国科学家
玛丽娅·斯可罗多夫斯卡娅,即著名的居里夫人,被誉为“镭的母亲”。
  居里夫人1867年11月7日诞生于沙俄侵略者统治下的波兰首都华沙,是家中5个子女中最小的。父亲是华沙高等学校的物理学教授。她的童年是不幸的,母亲得了严重的传染病,是大姐照顾她长大的。后来,母亲和大姐在她不满10岁时就相继病逝了。她的生活中充满了艰难。这样的生活环境不仅培养了她独立生活的能力,也使她从小就磨炼出了非常坚强的性格。
  玛丽从小学习就非常勤奋刻苦,对学习有著强烈的兴趣和特殊的爱好,从不轻易放过任何学习的机会,处处表现顽强的进取精神。从上小学开始,她每门功课都考第一。15岁时,就以获得金奖章的优异成绩从中学毕业。她的父亲早先曾在圣彼得堡大学攻读过物理学,父亲对科学知识如饥似渴的精神和强烈的事业心,也深深地薰陶著小玛丽。她从小就十分喜爱父亲实验室中的各种仪器,长大后她又读了许多自然科学方面的书籍,更使她充满幻想,她急切地渴望到科学的世界中去探索。但是当时的家境不允许她上大学。1886年,她开始做长期的家庭教师,同时还自修了各门功课。1891年,她到巴黎大学深造,攻读物理学和数学,并获得了这两个硕士学位。学业完成后,她本打算返回祖国为受奴役的波兰人民服务,但是,与法国年轻物理学家皮埃尔·居里(Pierre Curie,1859~1906)的相识,改变了她的计划。1895年,她与皮埃尔结婚,1897年生了一个女儿,一个未来的诺贝尔奖金获得者。
  法国物理学家贝克勒尔的研究工作引起了居里夫人的关注。贝克勒尔在检查一种稀有矿物质“铀盐”时,继伦琴(Wilhelm Roentgen 1845~1923)发现X射线之后又发现了一种“铀射线”人们称之为贝克勒尔射线。贝克勒尔发现的射线,引起了居里夫人极大兴趣,射线放射出来的力量是从哪里来的?居里夫人看到当时欧洲所有的实验室还没有人对铀射线进行过深入的研究,于是决心闯进这个领域。但是,由于当时学校的设备房屋极为紧张,无法给居里夫人提供好的实验条件和处所, 校长经过皮埃尔多次请求,才允许居里夫人使用一间潮湿的小屋作理化实验。居里夫妇的实验室条件极差,夏天,因为顶棚是玻璃的,里面被太阳晒得像一个烤箱;冬天,又冷得人都快冻僵了。居里夫妇克服了人们难以想像的困难,为了心中的理想辛勤地奋斗著。
  居里夫人受过高等化学教育,具有丰富的化学知识。她在研究铀盐矿石时想到,没有什么理由可以证明铀是惟一能发射射线的化学元素。她根据门捷列夫的元素周期律排列的元素,逐一进行测定,很快发现含钍元素的化合物,也能自动发出射线,与铀射线相似,强度也相像。居里夫人认识到这种现象绝不只是铀的特性,必须给它起一个新名称。居里夫人提议叫它“放射性”,铀、钍等有这种特殊“放射”功能的物质,叫作“放射性元素”。
  对大量能够收集到的矿物进行测定之后,居里夫人发现一种沥青铀矿的放射性强度比预计的强度大得多。 经过仔细的研究后发现,这些沥青铀矿中铀和钍的含量无法解释她观察到的放射性的强度。这种反常的而且过强的放射性是哪里来的?只能有一种解释:这些沥青矿物中含有一种少量的比铀和钍的放射性作用强得多的新元素。居里夫人在以前所做的试验中,已经检查过当时所有已知的元素了。居里夫人断定,这是一种人类还不知道的新元素。
  居里夫人的发现吸引了皮埃尔的注意,居里夫妇一起向未知元素进军。在潮湿的工作室里,经过居里夫妇的合力攻关,1898年7月,他们宣布发现了这种新元素,它比纯铀放射性要强400倍。为了纪念居里夫人的祖国——波兰,新元素被命名为钋(波兰的意思)。
  1898年12月,居里夫妇又根据实验事实宣布,他们又发现了第二种放射性元素,这种新元素的放射性比钋还强。他们把这种新元素命名为“镭”。可是,当时谁也不能确认他们的发现,因为按化学界的传统,一个科学家在宣布他发现新元素的时候,必须拿到实物,并精确地测定出它的原子量。而居里夫人的报告中却没有针和镭的原子量,手头也没有镭的样品。居里夫妇决定拿出实物来证明。当时,藏有钋和镭的沥青铀矿,是一种很昂贵的矿物,主要产在波希米亚的圣约阿希母斯塔尔矿,人们炼制这种矿物,从中提取制造彩色玻璃用的铀盐。对于生活十分清贫的居里夫妇来说,哪有钱来支付这件工作所必需的费用呢?他们的智慧补足了财力,他们预料,提出铀之后,矿物里所含的新放射性元素一定还存在,那么一定能从提炼铀盐后的矿物残渣中找到它们。经过无数次的周折,奥地利政府决定馈赠一吨废矿渣给居里夫妇,并答应若他们将来还需要大量的矿渣,可以在最优惠的条件下供应。为了提炼镭,居里夫人立即投入提取实验,她每次把20多公斤的废矿渣放入冶炼锅熔化,连续几小时不停地用一根粗大的铁棍搅动沸腾的材料,而后从中提取仅含百万分之一的微量物质。他们从1898年一直工作到1902年,经过几万次的提炼,处理了几十吨矿石残渣,终于得到0.l克的镭盐,测定出了它的原子量是225。
  镭宣告诞生了!
  居里夫妇证实了镭元素的存在,使全世界都开始关注放射性现象。镭的发现在科学界爆发了一次真正的革命。居里夫人以(放射性物质的研究)为题,完成了她的博士论文。1903年,居里夫人获得巴黎大学的物理学博士学位。同年,居里夫妇和贝克勒尔共同荣获诺贝尔物理学奖。
《1.1走进神奇》教学资料
自然中的神奇完全来自于大自然,没有任何人工制造或利用的痕迹。这些神奇是惊心动魄的。而生活中的神奇,人们已司空见惯,然而当仔细探究时,却能发现在这些并非惊心动魄的神奇中蕴藏了人类非凡的智慧。
1、宇宙起源和彗星
宇宙起源假说之一:大爆炸理论。地球只是围绕太阳旋转且在自转的行星。除地球外,还有其他行星,如:水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星。
彗星一般是由头和尾组成。头的中心是彗核,彗核的外面包着彗发,彗发的外面再包着彗云。彗尾有直的,也有弯的,或者是两者的混合。彗尾长短不一,最长的有几亿千米,有的彗星则没有彗尾。彗核是彗星的主要部分。它是固体,呈球形,含大量的冰,还含有干冰、尘埃、甲烷、氨和少量的金属等。由于含冰最多,所以有“肮脏的雪球”之称。这雪球差不多是整个彗星的重量,直径最大的有100km,最小的只有几百米。
中国民间将彗星叫做“扫帚星”。“彗”在中国语言中有扫帚的意思,在古希腊语言中有“毛发”的意思。世界公认中国是对彗星观察和记录最早的国家。中国古书《淮南子·兵略训》中记录了公元前1057年的一次彗星,它就是后来命名为“哈雷”的彗星。“哈雷”彗星是根据埃德蒙·哈雷的名字命名的。哈雷出生于1656年的英国,曾在圣赫勒纳岛建立一痤临时天文台,以此观察天象。哈雷最广为人知的贡献是他对“哈雷”彗星出现时间的准确预言,哈雷的预言在其死后17年准确应验:1759年、1835年1910年哈雷彗星如期出现。
2、太阳
太阳是一颗自己能发光、发热的气体星球。太阳表面叫“光球”,光球外面是色球层,色球层的外围是日冕层。这三个层面合起来构成了太阳的大气层。光球上经常出现一些漩涡状的气流,像一个浅盘,它的中间凹进去好几百千米,这些漩涡状气流像大小不等的、形状很不规则的黑窟窿,这就是天文学家所说的“太阳黑子”。其实太阳黑子并不是黑色的,一般也有四五千摄氏度,但是与光球相比,它的温度要低1000~2000℃。在更加明亮的光球衬托下,它就成为看起来没什么亮光的、暗黑的黑子了。当太阳黑子群具有漩涡结构时,这预示着太阳将发生剧烈的变化。龙卷风形成前,天空会出现一片雷雨云,其中一个区域的云特别黑且稠密。此区域的空气会快速旋转,然后形成漏斗状的云向下延伸,到达在面,就会掀起大片的尘土及其他物体。
太阳的直径为140万km,是地球直径的109倍。太阳没有固态表面,不会像地球那样整体自转。太阳里外的密度是不一样的。它的外壳大部分是气体,密度很小,但是越往里面,物质密度越大。
3、雷鸣与闪电
闪电是云层和云层之间或云层与地面之间的一种放电现象,而放电时所发出的巨大声响就是雷鸣。雷电一般出现在积雨云里。积雨云常常是由于上下层空气发生强烈的对流运动而产生的。夏天午后,近地面的空气被太阳烤得很热,热空气上升,在高空遇到冷空气就容易产生积雨云。在积雨云中或云块之间存在着大量的正、负电荷,空气对流得愈厉害,云翻滚得愈猛烈;云的上下部聚集的电荷就愈多,在云块之间或大地之间就会产生很强的电场和电位差;当电场强度很大时,就能把阻隔在云之间或云与大地之间的空气击穿而产生放电现象,发出耀眼的光芒,这就是闪电。在闪电经过的通道上,空气温度猛烈陡增,空气受热和水滴汽化后会猛烈膨胀,发出巨响,这就是雷鸣。这种自然现象曾经长期使古人恐惧不安,他们以为触怒了天神。
4、地球、地震和火山
古时候,由于观察手段所限,认为天是圆的地是方的。后来,人们发现船只在离岸航行时先消失船身,后消失桅杆。由于这样的一些事例,人们逐渐认识到地球是圆的。地球由外向内分三层,由地壳、地幔和地核组成,类似于鸡蛋的蛋壳、蛋白和蛋黄。地壳是地球的外衣,也叫岩石圈;地幔介于地壳和地核之间,其体积占地球总体积的83.3%,有上地幔和下地幔之分;在距地面2900km以下为地球的核心——地核。地壳运动使岩层扭曲而形成断层,断层形成时,会引发地震。在地层深处,岩石因高温而熔化成黏稠的液状,称为岩浆。这些岩浆喷出地面所形成的山就称为火山。
拉链 圆珠笔
拉链只是一个小小的发明,但是整个世界都离不开它。它被美国《科学世界》杂志评选为20世纪的十大发明之一。
1893年前后,美国工程师惠特科母、贾德森利用凹凸齿错合原理,设计出一种可快速滑动的关启系统,申请了专利,这就是早期的拉链。拉链这种连接方式与传统的连接概念完全不同。人们习惯用扣子系衣服,用带子拴鞋,这些连接方式都不是完全封闭的,费时也不牢固。
人们发现拉链的确是一种方便好用的东西。拉链的品种层出不穷,其使用的材料除了金属外,还发展到了塑料。人们不仅将其应用于衣服、提包上,其他行业也使用它。
圆珠笔
美国人劳得是世界上第一个想到用小圆珠代替笔尖书写的人,并于1888年得到圆珠笔的发明专利。由于他发明的圆珠笔比起1884年发明的自来水笔较为逊色,所以50余年后,圆珠笔又有了新的进展。现代的圆珠笔是由匈牙利人比罗兄弟于1938年独立设计发明的。他们改进了圆珠笔芯的墨水供给系统,利用毛细作用使圆珠湿润。美国商人雷诺兹看到了比罗的圆珠笔,为了不侵犯比罗的专利权,他参考了劳得的发明,把比罗的圆珠笔利用毛细作用供给墨水改为利用重力供给。1949年,美国化学家西奇配制了一种黏度很高、快速干燥的圆珠笔专用油墨。到1951年,世界上圆珠笔的销量超过了自来水笔。
火山爆发的原因
火山并非是喷出“火”的山,它喷出的是一种高温粘稠的物质,这种物质叫岩浆。火山爆发时景象异常壮观。平时,死死被地包在地壳里岩浆,由于其温度极高,又承受着地壳的巨大压力,所以一遇地壳较薄的地方或有裂隙,岩浆就猛烈地冲出地面。 当火山爆发时,伴随着惊天动地的巨大轰鸣,石块飞腾翻滚,炽热无比的岩浆像条条凶残无比的火龙,从地下喷涌而出,吞噬着周围的一切,霎时间,方圆几十里都被笼罩在一片浓烟迷雾之中。有时候,由于火山爆发,还能使平地顷刻间矗立起一座高高的大山,如赤道附近的乞力马扎罗山和科托帕克希山就是这样形成的;有时候,又能在瞬间吞掉整个村庄和城镇。 火山的形成是地表下面,越深的地方,温度就越高,大约在20英里深处,温度之高足以熔化大部分岩石。岩石熔化时,就会膨胀而需要更多更大的空间。这种被高温熔化的物质便会沿着隆起造成的裂缝上升。当熔岩槽里的压力大于它上面的岩石的压力时,便向外爆发而形成一座火山。
爱因斯坦与玻尔之间的旷世之争
在20世纪物理学的发展中,爱因斯坦和玻尔是两位最伟大的科学巨匠,他们都创造了现代物理学的辉煌,然而他们对现代物理学的基本问题却有着自己独特而深刻的见解,由此引起了长期的争论,成为两个最伟大的心灵之间的冲突。 两位科学巨匠争论的问题,主要不在于量子理论本身的内容与形式,而在于量子理论的解释方面,即关于作为量子理论基本特征的不连续性与统计性的说明方面。因此,争论主要发生在1927年哥本哈根学派系统地提出量子力学解释以后,但随着量子理论的不断成熟,两位科学巨匠思想上的差别也不断明显。下面我们将按照争论的不同阶段和特点,讲一讲有关的故事。 第一阶段(1927年以前)。量子力学逐步建立,量子力学的哥本哈根解释还没有提出,但对于量子理论中出现的、引人注目的不连续性与因果性问题,即涉及到是坚持还是放弃经典物理学的信条,爱因斯坦与玻尔的态度却有很大的不同,因而开始个别地、直接或间接地进行了争论。 爱因斯坦虽然提出了光的波粒二象性,但从根本上他不准备放弃连续性和严格因果性,因为这些正是相对论的基本特征。他还坚持相信对于原子过程能够给出连续的机制和直接的原因,而这种原因一旦被得到、被重复,现象即会无一例外地以决定论方式精确地出现。 而玻尔则认为,这一理想并不总被满足,由于观察操作引起的扰动不能任意小,我们只能谈论一种“单元事件体”。例如电子从激发态到基态的某一次跃迁,比这更细微的过程我们便无法认识到。因此,对于经典物理学的连续性和严格因果性必须放弃。 这场争论的开始可以追溯到1920年春天,当时玻尔和爱因斯坦这两位科学巨匠在柏林会晤。虽然玻尔十分赞赏爱因斯坦对相对论的贡献以及对普朗克定律的巧妙的推导,但是他难以接受爱因斯坦的光量子概念。因此在1920年4月他对柏林物理学会所作的关于《光谱理论的现状及其在不久的将来的发展的各种可能性》的讲演中,虽然这个题目同光子理论有密切关系,他却仅仅在一个地方提到“辐射量子”的观念,而且这还可能只是出于对也参加了这个报告会的爱因斯坦的尊重;玻尔立即补充道:“我将不在这里讨论‘光量子假设’在干涉现象上所带来的众所周知的困难了,而辐射的经典理论对于说明干涉现象却是这样合适。” 在玻尔看来,经典物理学和量子理论是不可调和的,虽然它们通过对应原理以渐近的方式联系着。而爱因斯坦则是一切物理现象应该有一个统一的因果理论的坚定信仰者。从他在1919年6月写给玻恩的一封信中,我们可以看出他心目中对玻尔的二分法是颇为反感的:“量子论给我的感觉同你的感觉非常相像。人们实在应当对它的成功感到羞愧,因为它是根据教会的信条‘不可让你的左手知道右手所做的事’而获得的。” 在没有会晤玻尔以前写给玻恩的另一封信中,爱因斯坦写道:“关于因果性的问题也使我很伤脑筋。光的量子吸收和发射是否有朝一日总可以在完全的因果性的意义下去理解呢,还是一定要留下一个统计性的尾巴?我必须承认,在这里我缺乏判决的勇气。无论如何,要放弃完全的因果性,我将是非常、非常难受的……” 1920年3月,爱因斯坦在给玻恩的信中又写道:“我在空暇时总是从相对论的观点来沉思量子论的问题。我认为理论并不见得非得要放弃连续性不可。但是,迄今我未能把我的宝贝想法具体化,这个想法就是用过分确定条件下的微分方程来理解量子的结构。”鉴于这一段话,我们就不难理解,为什么爱因斯坦后来对薛定谔的波动力学是那样“热情”。 1923年,康普顿效应被发现后,玻尔同爱因斯坦的争论达到了头一次高潮。看来康普顿效应是绝对支持光的粒子说的,因此就要求玻尔一方相应采取断然的步骤。 为了回答这个挑战,玻尔在1924年同克拉默斯和斯莱脱一起写了著名的论文《辐射的量子理论》。这篇文章完全摈弃了爱因斯坦关于辐射的量子结构的观念,而是假设用抽象的几率波来说明实在的电磁波,从而进一步突出了不连续性与统计性的根本性质。 该年4月,爱因斯坦在致玻恩的信中写道:“玻尔关于辐射的意见使我很感兴趣。但是,在有比迄今为止更为有力得多的反对严格的因果性的证据之前,我不想轻易放弃严格的因果性。我不能容忍这样的想法:受到一束光照射的一个电子,会由它自己的自由意志来选择它想要跳开的时刻和方向。如果是那样,我宁可做个补鞋匠或者甚至赌馆里的一名佣人,都比当个物理学家强。不错,我要给量子以明确形式的尝试,一而再、再而三地失败了,但是,我还是不想长远地放弃希望。” 第二阶段(1927~1930年)。在玻尔提出对应原理和哥本哈根学派提出波函数的几率解释的基础上,1927年海森伯提出“测不准关系”。同年9月,玻尔在意大利科摩市召开的纪念伏打逝世100周年的国际物理会议上发表了题为《量子公设和原子理论的最近发展》的讲演,提出著名的“互补原理”,进一步引起了学术界的巨大震动。 互补原理认为“微粒和波的概念是互相补充的,同时又是互相矛盾的,它们是运动过程中互补图像。”玻尔特别指出,观察微观现象的特殊性,由于微观客体中最小作用量子h要起重要作用,因此微观客体和测量仪器之间的相互作用是不能忽略的。这种相互作用在原则上是不可控制的,是量子现象不可分割的组成部分。这种不可控制的相互作用的数学表示就是测不准关系。由此决定了量子力学的规律只能是几率性的;为了描述微观客体,必须抛弃决定性的因果原理;而量子力学精确地描写了单个粒子体系状态,它是完备的。 一个月以后,在布鲁塞尔举行了第五届索尔维物理学会议。10月24日早晨,在一种满怀期望的心情中,全世界的物理学权威们济济一堂,来对新量子论的意义交换意见。科摩会议的大部分参加者出席了这次会议,此外参加者中引人注目地增加了爱因斯坦、埃伦费斯特和薛定谔。 玻尔在会上又一次阐述了他的互补原理,量子力学的哥本哈根解释为当时许多参加者所接受。但是它也受到来自各方面的批评,特别是爱因斯坦公开的批评。他在会上发言说:“我必须请大家原谅,因为我对量子力学并没有深入的研究。虽然如此,我还是愿意谈一些一般性的看法。” 爱因斯坦认为,波函数不是代表单个电子,而是代表分布在空间中的电子云。|ψ|2表示在被观察的那一部分空间有电子云的一个粒子存在的几率,而不是表示在所考虑时刻的那一瞬间一个特定的粒子存在于所给地方的几率。因此,量子力学只能给出相对来说是无限多个基元过程的集合的知识,而不能完备地描述某些单个过程。 会上进行的争论,在会后的交谈继续进行。会议参加者一般是在早餐以后就在旅馆中见面了,爱因斯坦就开始描述一个理想实验,那是他认为可以通过分析坐标和动量的测量来驳倒测不准关系。于是玻尔、海森伯等就分析这个理想实验,并在晚饭桌上由玻尔把分析的结果告诉爱因斯坦。这样,爱因斯坦又提出了另一个理想实验,但是在玻尔、海森伯这两位擅长分析理想实验的专家面前,爱因斯坦非但没有驳倒测不准关系,反而被哥本哈根学派抓到了不少把柄。当然,爱因斯坦的挑战还是促使哥本哈根学派去深入地研究量子力学的测量问题。 1930年,第六届索尔维物理学会议又在布鲁塞尔举行。会议原定的主题是讨论“物质的磁性”。可是,会上围绕量子力学基础的讨论却成了主要内容。 在这次会议上,爱因斯坦提出了一个“光子箱”的理想实验,试图通过能量和时间可以同时精确测量,由此来驳倒能量与时间的测不准关系。 设有一个用弹簧秤挂在固定底座上的不透明的箱子,箱子的一个壁上开了一个小孔,小孔上装着一个用计时装置来控制其启闭的快门。通过挂在箱子下面的砝码和装在箱子侧面的指针,可以测定整个箱子的总重量。爱因斯坦设想,快门从时刻t1打开到时刻t2关闭,中间经历的时间△t=t2-t1很短,以至只有单独一个光子从箱子中放出。在t1之前和t2之后,都可以要多准确就多准确地测定箱子的重量,并从而根据质量和能量的关系式E=mc2来推出箱子的发射光子以前和以后的能量之差。另一方面,按照计时装置的读数也可以要多准确就多准确地确定光子的发射时刻及其到达远处屏幕上的时刻。这样,按照爱因斯坦的想法,关于能量和时间的测不准关系似乎是不能成立的了。
爱因斯坦的这种争论方式出乎玻尔的意外,以致使他大吃一惊。据目击者回忆,当时玻尔面色苍白,呆若木鸡。但是,在经过一个不眠之夜的紧张思考之后,他终于找出了问题的症结所在。他发现爱因斯坦在上述论证中,竟忘记他自己发明的效应:在引力场中,时钟会延缓。结果使爱因斯坦否定测不准关系的光子箱实验,反倒成了论证测不准关系的理想仪器。从此以后,爱因斯坦承认量子力学的内在体系是自洽的,但他仍坚持认为量子力学不是微观体系的、完备的、最终的描述。 第三阶段(1930年以后)。量子力学理论体系取得了更加完美的形式,但有关量子理论的完备性的争论仍继续进行着。1935年5月,爱因斯坦同两位年轻的美国物理学家波多耳斯基和罗森在美国《物理评论》47期发表了题为《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?》的论文,在物理学界、哲学界引起了巨大的反响,玻尔则以同样的题目撰文回答。 爱因斯坦等在论文中提出了物理理论体系完备性的判据与著名的以三位作者姓的头一个字母简称的EPR悖论(这一悖论涉及到如何理解微观世界实在的问题),认真地论证了量子力学对物理实在描述的不完备性。 EPR在论文中,首先给物理实在与物理理论的完备性下了定义。如果一个物理理论对物理实在的描述是完备的,那么物理实在的每个要素都必须在其中有它的对应量,即完备性判据。当我们不对体系进行任何干扰,却能确定地预言某个物理量的值时,必定存在着一个物理实在的要素对应于这个物理量,即实在性判据。 EPR在推理过程中还默认了以下两个假设:(1)定域性假设;如果测量时两个体系不再相互作用,那么对第一个体系所能做的无论什么事,都不会使第二个体系发生任何实在的变化;(2)有效性假设:量子力学的统计预示(至少在本论证有关的范围内)已为经验所证实。接着,EPR介绍了物理实在的量子力学描述的一般特征后,认为量子力学不满足上述这些判据,所以是不完备的。 在论文的第二部分,EPR设计了一个理想实验来论证:假设有两个子系统Ⅰ和Ⅱ构成的复合系统,当t<0时,它们是彼此分离的,状态为已知;在0<t<T时,它们接近而发生相互作用;在t>T以后,它们又彼此分离并停止相互作用。一方面由量子力学可知,当子系统Ⅰ和Ⅱ分离后,据对子系统Ⅱ的动量(或位置)所作的测量,人们便可以在不对子系统Ⅰ进行干扰的情况下确定地预示子系统Ⅰ的动量(或位置)。因此,根据EPR的实在性判据和定域性假设,子系统Ⅰ的动量与位置均对应于物理实在的要素。另一方面,由于动量与位置是一对不对易的共轭变量,人们不可能对子系统Ⅱ的动量与位置同时进行测量,从而不可能对子系统Ⅰ的动量与位置同时作出预示。这样,我们就否定了上面二中择一的两个命题中的第二个命题,从而证明了其中第一个命题,即证明了量子力学并不为物理实在提供一个完备的描述。 玻尔认为,EPR所说“不对体系进行任何干扰”是不确切的。因为在测量过程中虽然没有对子系统Ⅰ施加力学干扰,但由于作用量子的不可分性,微观体系和测量仪器构成了一个不可分割的整体。测量安排是确定一个物理量的必要条件,而对微观体系未来行为所预示的可能类型正是由这些条件所决定的。 这样,玻尔提出的量子现象的整体性特征,引起了人们对EPR所默认的定域实在论的怀疑,意味着把世界看做在空间上分离的、独立存在的各部分组成的看法不一定普遍成立,从而促使量子力学的完备性问题得到了系统的研究。 1949年,为纪念爱因斯坦70大寿,玻尔写了题为《就原子物理学中的认识论问题和爱因斯坦进行的商榷》的论文,爱因斯坦则主要针对论文集《爱因斯坦:哲学家一科学家》中哥本哈根学派各篇论文的意见,写了《对批评的回答》一文作为反批评。这两篇论文,都带有某种总结性质,不过他们各自坚持自己的基本观点不变。 1955年4月18日爱因斯坦逝世以后,玻尔心里也没有忘记和爱因斯坦的论战。据记载,玻尔在逝世(1962年11月18日)前一天的傍晚,在他的工作室的黑板上所画的最后一个图,便是爱因斯坦的光子箱的草图。 对于这场持续了近40年的争论,特别是EPR悖论的争论,从基本观点来说,谁也没有说服谁。后来,有人想将上述EPR理想实验推进到真实实验,以此来证明孰是孰非。50年代,英国物理学家玻姆在EPR悖论启发下提出了隐参量的量子理论。60年代,又一位英国物理学家约翰·贝尔根据隐参量的量子理论从数学上推导出了一个关于远隔粒子量子关联的定量不等式——贝尔不等式。由于贝尔的工作,人们才有可能设计真实实验来检验EPR悖论的争论的谁是谁非。 从1972年至1982年间,物理学家共完成了12个实验,其中10个实验的结果违反贝尔不等式而与量子力学的预言一致。但是,人们如果引入非决定论的随机性,便可导出贝尔不等式。所以,上述实验只是说明了量子理论是超距关联、非定域的,而没有确定量子理论是决定论的还是非决定论的,也就是说微观世界因果律是否成立还没有盖棺论定,EPR悖论的争论还有待于人们进行更深入的研究。
一、爱因斯坦的生平简介
爱因斯坦的科学贡献
相对论(狭义相对论和广义相对论)
量子论
分子运动论
现代宇宙学
统一场论
爱因斯坦 1879年3月14日生于德国乌尔姆;
父母都是犹太血统.父亲赫尔曼·爱因斯坦是商人,当时与人合伙经营一家羽毛床垫小企业.母亲泡琳·柯赫也出生于商人家庭.
叔叔雅各布.爱因斯坦是工程师,在电工技术上有不少创新,在改进弧光灯、开关、电表等方面曾取得多项专利.对少年时代的爱因斯坦的启蒙产生了重要影响.
1880年6月,爱因斯坦随父母迁居慕尼黑,参加叔叔在那里开办的煤气和自来水安装公司
爱因斯坦很迟才学会说话。小学时的学习成绩并不像以前所传说的那样糟,相反,他常常是全班第一名.
受叔叔的启迪和引导,爱因斯坦从小对数学非常感兴趣.10岁以后,他又受到医科大学生塔耳穆德的引导.读了数学、科学和哲学书籍.12岁自学了平面几何,并自己证明了毕达哥拉斯定理.随后又自学了微积分,读了A.伯恩斯坦的多卷本《自然科学通俗读本》、L.毕希纳的《力与物质》和洪堡 的名著《宇宙》.他13岁时还读了 I.康德《纯粹理性批判》。并同塔耳穆德讨论书中的问题.
1894年他们家关闭了在慕尼黑的工厂,搬到意大利米兰开设工厂.爱因斯坦全家迁到米兰,他一个人留在慕尼黑以结束中学最后一年的学业.1894年12月他放弃学籍,到米兰与家人团聚.
为了报考苏黎世瑞士联邦理工大学,他自学了法国物理学家物理学教程.受此启发,当时他已开始思考有关光的传播速度问题.随后,他想到这样一个问题:如果一个人以光速跟着光波跑,他就会处于一个不随时间而改变的波场之中.这个设想,10年后导致狭义相对论.
1895年10月他被特许参加苏黎世瑞士联邦理工大学的入学考试,由于文科成绩欠佳未录取,转学到瑞士的阿劳(Aarau)中学补习最后一年中学课程.
1896年在阿劳中学毕业后,爱因斯坦进入苏黎世瑞士联邦理工大学数理师范系(六系)A组学习物理专业
爱因斯坦在大学时对课堂听课没有多大兴趣,大部分时间在实验室里度过,其余时间在家里阅读当时科学家门的著作和论文,逐渐了解当时物理学前沿的一些重要理论问题.大学的生活使他感到自由自在,但4年仅有的两次考试却使他并不感到轻松.为了应付考试.他向同学格罗斯曼借来听课笔记复习。
1900年7月毕业考试.爱因斯坦大学毕业就失业了,做家庭教师.1902年爱因斯坦搬到瑞士首都伯尔尼居住。他在报上登“私人讲授数学和物理学”的广告.结果招来了2位工程技术人员来听课,每人每节课收费2法郎.随后又来了一个学哲学的大学生,不久另一个学数学的大学生也参加进来.他们三人每天晚上一起阅读科学和哲学书籍,并进行深入的讨论.这项被他们戏称为“奥林比亚科学院”的活动,持续了3年多时间,对爱因斯坦早期的科学创造起了重要的启迪和推动作用, 他把当时的物理学理论出现的困难提到哲学和认识论高度来考察,比其他人站得更高
1902年6月,通过同学父亲的推荐并经过考试,爱因斯坦被瑞士专利局聘任为三级技术员.他在专利局工作了7年.这个时期是他科学创造最辉煌的时期,特别是1905年,他创造了科学史上一个空前的奇迹. 1905年,他完成了6篇论文,从3月至9月,他在物理学3个不同领域取得了4项历史性的成就:4项成就都够得上获诺贝尔物理学奖的水平这一年,他还在《物理学杂志增刊》 上发表了21篇书刊评论.被评论的论文和著作所用的文字,除德文外,还有英文、意大利文和法文,内容涉及当时理论物理学前沿的所有重大问题.
1906年1月获苏黎世大学博士学位.1908年,爱因斯坦在伯尔尼大学任兼职编外讲师.没有固定工资,报酬来自听课学生所交学费.每周讲两次课,听课者仅三、四个人.1909年被苏黎世大学聘为理论物理学副教授.10月他告别伯尔尼的专利局,迁居苏黎世.
1912年8月,瑞士联邦理工大学数理系主任格罗斯曼的邀请,回母校任教授.格罗斯曼专攻非欧几何,对爱因斯坦试图建立广义相对论具有重要作用,于是爱因斯坦请他合作,导致了《广义相对论纲要和引力论》的发表.
1913年7月,普朗克和H.W.能斯特访问爱因斯坦,邀请他回德国工作.同月,普鲁士科学院选举爱因斯坦为院士.
1914年4月,爱因斯坦应邀在柏林普鲁士科学院工作,任筹建中的威廉皇帝物理研究所所长,兼任柏林大学教授(并无实际讲课任务).当时德国是世界科学的中心,爱因斯坦在柏林受到科学界普遍的欢迎和尊重。
1914年8月1日,第一次世界大战爆发 ,爱因斯坦积极投身反战斗争。
1914年11月16日爱因斯坦参与发起组织了反战团体“新祖国同盟”.
1915年爱因斯坦建立了广义相对论;
1916年提出受激辐射概念(成为60年代出现的激光技术的理论先导);
1917年发表篇宇宙学论文,标志着现代宇宙学创立.
这一时期,是他一生科学成就的第二个高峰.
爱因斯坦根据广义相对沦.推断光线经过引力场要弯曲,预言日全食时所观测到的太阳周边的星的位置不同于原来的位置. 1919年英国派遣两个天文观察队分别赴西非和巴西观测5月29日的日全食.9月,观察队向英国皇家学会报告观测结果与爱因斯坦的预测一致.11月9日,伦敦《泰晤士报》(Times)以“科学中的革命”为题报道了这一结果,各国报刊都纷纷作了相应的报道,全世界为之震动,于是爱因斯坦成了全世界家喻户晓的最著名人物.
爱因斯坦青年时代受到社会民主主义思想的影响,从那时起他就自称是社会主义者. 1917年俄国爆发十月革命时,爱因斯坦热情支持,认为这是一次伟大的社会实验.但他对斯大林统治时期愈演愈烈的政治迫害和意识形态上的专制深为不满.
爱因斯坦的出名和一些政治倾向招来了德国和其他各国的沙文主义、军国主义和排犹主义分子的恶毒攻击.
1921年,爱因斯坦第一次访问美国。1922年,应邀去日本讲学.在往返途中,两次路过上海,他对中国人民表示了深切的同情。 1931年日本侵略军占领中国东北三省,他一再呼吁各国政府对日本实行经济制裁,迫使它撤军,但毫无回应。
1933年1月,希特勒当上德国魏马共和国总理。纳粹组织开始公开迫害犹太人。当时爱因斯坦正在美国讲学。3月10日在启程回欧洲,爱因斯坦发表声明,表示放弃德国国籍,不再回德国工作。10月l7日再到美国,决定定居于普林斯顿.爱因斯坦任刚成立的普林斯顿高等学术研究院教授,直至1945年退休.
1939年,流亡美国的匈牙利物理学家L.西拉德获悉纳粹德国纳粹有可能企图制造原子弹,于是约另一位匈牙利物理学家E.P.维格纳去找爱因斯坦商量,想借助他的名望给美国总统写信,敦促美国赶在德国之前造出原子弹.8月2日爱因斯坦签发了给罗斯福总统的信(西拉德起草). (曼哈顿计划)
1945年7月原子弹被制成。美国杜鲁门总统不顾直接参与原子弹研制工作的科学家的一再反对,下令于8月6日和9日向日本两个城市投掷两颗原子弹 ,造成24万人的死伤 。
爱因斯坦是原子能基本原理(E=mc2)的发现者和制造原子弹的倡议者,被人们称为“原子弹之父”,原子弹爆炸在日本造成的伤害使他感到痛苦和矛盾.
1946年5月,爱因斯坦发起组织“原子科学家非常委员会”(直至1951年9月解散,他始终担任主席),刊行《原子科学家公报》,以唤起科学家的社会责任感,广泛开展保卫世界和平运动.
爱因斯坦因动脉瘤破裂,卧床不起,1955年4月18日凌晨逝世于普林斯顿医院.遵照其生前遗嘱,死后不举行任何丧礼,不做坟墓,不立纪念碑,骨灰撒向天空,为的是不使有任何地方可以成为“圣地”.

牛顿简介
1642年12月25日生于英格兰林肯郡格兰山姆南面13公里的伍尔索普村一小农家庭。父亲老艾萨克已于1642年10月1日去世。
1646年1月27日牛顿的母亲汉娜改嫁,与北维萨姆的教长史密斯结婚,牛顿由外祖父母抚养。1653年,史密斯去世,母亲带三个异姓孩子回到伍尔索普村。
1654年,离家去格兰山姆国王中学读书。读书期间,因得到一本机械小制作书的指导,牛顿善于自制各种器具,培养了他构思和设计的才能和制造技术。1659年,母亲命其辍学,回家务农。
1660年,经中学校长劝说,其母同意牛顿复学,重新回校读书,并准备报考剑桥大学三一学院。
1661年6月牛顿考入剑桥大学三一学院读大学,导师为普莱恩(B.Pulleyn)按传统方法教育牛顿,但不限制牛顿探索新的知识。做低级减费生。1664年剑桥大学卢卡锡数学讲座教授巴罗的数学课对牛顿产生影响,并与牛顿相识。普莱恩向巴罗介绍牛顿的成绩很出色,由减费生变为公费生。牛顿广泛阅读数学、力学、光学、天文学和哲学名著,并且在光学和数学上有了重要发现,如发现日光谱,提出光的粒子说和颜色理论的初步想法,用极限概念做曲线的切线和求曲线曲率及化任意次方二项式为近似级数等。 1665年获剑桥大学三一学院的学士学位。
1665年发现二项式定理,5月发明了流数和微积分,11月给出流数表示符号。
同年夏季,剑桥流行瘟疫,牛顿回伍尔兹索普,开始他一生中创造性最大的时期,奠定了后来很多重大发现的知识和思想基础。1665—1666年间,系统总结他发明的微积分和微分方程,证明圆轨道上引力平方反比关系。
但到1704年英文版《光学》发表时,才第一次附上关于微积分的数学论文公开发表。
1667年4月22日从故乡回剑桥,10月当选三一学院管理委员会的低级成员。开始习修化学。 1668年7月获硕士学位。修改巴罗光学讲义,制成反射式望远镜。购置原料和设备,开始研究炼金术和化学。
1669年写出《论用无限项方程所做的分析》一文,系统总结研究流数和二项式定理的成果。巴罗退休,推荐牛顿继任剑桥大学卢卡锡数学讲座教授。
1670—1671年写出《级数和流数方法论著》一文,概括阐述了流数法。
1670—1672年间选择光学为就职系列讲课,并汇集成《光学讲义》。1672年1月11日当选皇家学会会员,2月8日在皇家学会宣读《关于光和颜色的理论》论文。
(在2月15日的讨论会上胡克批评牛顿的光微粒说和颜色理论,并发表批判文章,引起著名的光的波动说与微粒说争论。)1673—1676年间惠更斯等几位法国科学家发表文章反对牛顿的颜色理论,使光学上的争论扩大到笛卡尔—惠更斯学派。
开始从事《圣经》预言、古年代学、神学研究。同年,完成论文《实验之论》,是其研究炼金术前5年的精华总结。1680—1683年致力于化学实验研究,兼及宗教教义考察,以及光学和化学的著作手稿写作等。
1684年底或1685年初,牛顿确定了运动基本三定律,1685年初发现万有引力定律,并着手写《原理》第一卷。1687年《自然哲学的数学原理》 初版发行
1688年英国资产阶级革命胜利,牛顿拥护新政权,当选上议院议员。
1696年3月被任命为造币局监督。在本特雷建议下,修改《原理》第一版,为第二版出版做准备。约在这一年开始研究年代学和古代史,修改光学和月球理论。
1698年,充当私家侦探,兼检察官。1699年任造币局局长,当选法国科学院国外院士,11月30日当选皇家学会理事会成员。
1701年再次当选上议院议员,辞去卢卡锡数学讲座教授,由惠斯顿正式接任。
1703年3月3日胡克去世。11月30日牛顿当选皇家学会主席,从此连任5届,直至去世。1705年4月16日被女王安妮授与爵士.1725年2月患双脚痛风,辞去造币局局长职务。
1725—1726年,写成编年史巨著《古王国变迁年代学——从欧洲事物的最早回忆至伟大的亚历山大征服波斯的编年简史》。
1727年2月28日3月18日病发,3月20日晨一、二时去世,3月28日举行隆重国葬,葬于伦敦西敏寺(即威斯特敏斯特教堂)的公墓中。
雪崩,雪崩发生及规律
积雪的山坡上,当积雪内部的内聚力抗拒不了它所受到的重力拉引时,便向下滑动,引起大量雪体崩塌,人们把这种自然现象称做雪崩。也有的地方把它叫做“雪塌方”、“雪流沙〃或“推山雪”。雪崩,每每是从宁静的、覆盖着白雪的山坡上部开始的。突然间,咋嚓一声,勉强能够听见的这种声音告诉人们这里的雪层断裂了。先是出现一条裂缝,接着,巨大的雪体开始滑动。雪体在向下滑动的过程中,迅速获得了速度。于是,雪崩体变成一条几乎是直泻而下的白色雪龙,腾云驾雾,呼啸着声势凌厉地向山下冲去。
  雪崩具有突然性、运动速度快、破坏力大等特点。它能摧毁大片森林,掩埋房舍、交通线路、通讯设施和车辆,甚至能堵截河流,发生临时性的涨水。同时,它还能引起山体滑坡、山崩和泥石流等可怕的自然现象。弱小的人体遇到它,后果是可想而知了。因此,雪崩被人们列为是积雪山区的一种严重自然灾害。
  雪崩的发生:
  有些雪崩是在特大雪暴中产生的,但常见的是发生在雪已经聚积于一定地点之后。雪崩的原因之一是在雪堆下面缓慢地形成了深部“白霜”(在地平面上开始形成的冰的六角形杯状晶体)。其晶体由原始雪粒的蒸发,以及同时在地面附近以蒸汽凝结为较大较致密的冰晶,而形成松散的阵列,这样就在地面附近雪堆内部形成了一个软弱带,带中的“白霜”颗粒在上层雪开始顺坡下滑时,就会充当起润滑剂的角色,不仅加速雪下滑的速度,而且还带动周围没有滑动的积雪。
  人们可能察觉不到,其实在雪山上一直都进行着一种较量:重力一定要将雪向下拉,而积雪的内聚力却希望能把雪留在原地。当这种较量达到高潮的时候,哪怕是一点点外界的力量,比如动物的奔跑、滚落的石块、刮风、轻微地震动,甚至在山谷中大喊一声,只要压力超过了将雪粒凝结成团的内聚力,就足以引发一场灾难性雪崩。例如刮风。风不仅会造成雪的大量堆积,还会引起雪粒凝结,形成硬而脆的雪层,致使上面的雪层可以沿着下面的雪层滑动,发生雪崩。
  然而,除了山坡形态,雪崩在很大程度上还取决于人类活动。据专家估计,90%的雪崩都由受害者或者他们的队友造成,这种雪崩被称为“人为休闲雪崩”。滑雪、徒步旅行或其他冬季运动爱好者经常会在不经意间成为雪崩的导火索。而人被雪堆掩埋后,半个小时不能获救的话,生还希望就很渺小了。我们经常会看到这样的报道,说某某人在滑雪时遭遇雪崩,不幸遇难。但那时,雪崩到底是主动伤人,还是在人的运动影响下,迫不得已发生就不得而知了。
  雪崩发生的规律:
  雪崩的发生是有规律可寻的。大多数的雪崩都发生在冬天或者春天的降雪非常大的时候。尤其是暴风雪爆发前后。这时的雪非常松软,粘合力比较小,一旦一小块被破坏了,剩下的部分就会像一盘散沙或是多米诺骨牌一样,产生连锁反应而飞速下滑。春季,由于解冻期长,气温升高时,积雪表面融化,雪水就会一滴滴地渗透到雪层深处,让原本结实的雪变得松散起来,大大降低积雪之间的内聚力和抗断强度,使雪层之间很容易产生滑动。雪崩的严重性取决于雪的体积、温度、山坡走向,尤其重要的是坡度。最可怕的雪崩往往产生于倾斜度为25°~50°的山坡。如果山势过于陡峭,就不会形成足够厚的积雪,而斜度过小的山坡也不太可能产生雪崩。
龙卷风的成因与动力来源
龙卷风如何形成的?它是的动力来源是什么?就是说它靠什么来旋转?为什么什么龙卷风会越转越大?动力没有消耗吗? 我一直以为,龙卷风是地面冷热空气碰撞形成的。其实不是。那么龙卷风是怎样形成的呢?原来,它也是云层中雷暴惹出来的祸。也就是说,由于云层中巨大能量的雷暴,使近地面空气受热急剧上升,气压极度降低,形成一个大空洞,四面八方的气流急速流入空洞,碰撞变为绕轴心向上的热气流,形成龙卷,快速旋转上升。急剧上升的涡流受过境冷气流的影响而加剧了旋转的速度,垂直旋转,形成中尺度气旋。中尺度气旋向地面能,足以牵引一列14节车厢的火车行进200千米,或点亮300万盏电灯。又有人指出,若闪电两端的电压为1 000万伏,闪电中的电流为2万安培,在闪电发生的那一瞬间,它的功率可达2亿千瓦。而我国葛洲坝水力发电站的功率仅为270万千瓦;也就是说,一次雷电瞬时的能量,相当于74个葛洲坝发电站的发电能力。据大量观测资料估计,全球平均每天有超过100万次的雷电发生,据此估算,每天将会有巨大的能量被雷电释放出来。有人打趣地说,如果我们有办法把这些雷电能全部收集发展的同时也向上伸展,使龙卷变细,从而变得更强劲,面积也在缩小,向一个方向旋转着前进,这就是龙卷风的形成。龙卷风的危害极大,它经过的地方,常常是房倒屋塌,人员死伤,造成毁灭性的灾害。目前,对龙卷风的观测主要通过多普勒雷达。在龙卷风发生时,多普勒雷达对准龙卷风发出微波束,微波束被龙卷风中的碎屑和雨点反射回来,再被雷达接收。如果龙卷风向远离雷达的方向移动,反射回的微波信号频率向低频方向移动;如果龙卷风向雷达方向移动,反射回的微波信号频率向高频方向移动。这就是多普勒频移。科学家通过分析频移数据,就可以计算出龙卷风的速度和移动方向。起来利用,那么全球的发电厂都可以关门停业了。全部利用雷电能,谈何容易!那么部分或少部分地加以利用是否可能呢?大家也许早已听说,18世纪时美国著名科学家富兰克林,曾用风筝把天上的闪电,成功地引到地面的故事。当然现在看来,这样做只是一种简单的试验,不足以把大量雷电引下来,但它毕竟说明了用类似手段可以把雷电人为地引向地面。正是根据这一思路,1989年我国科学家研制出了一种“引雷火箭”,成功地进行了三十多次引雷试验,使张牙舞爪的闪电和震耳欲聋的雷鸣,顿时消失。遗憾的是,人们还未解决如何把引向地面的电能贮存起来,加以利用。因此,这些试验仅仅是把雷电引入地下,来消除它可能造成的祸害。不过我们相信,随着时间的推移,人们终究会解决雷电的贮存难题。到那时,雷电的利用就会变为现实。你愿为实现这一目标贡献你的才智吗?但是,龙卷风的风速究竟是多少?我们还没有完全掌握。因为龙卷风是短命鬼,从发生到消散时间短,活动范围小,致使现有的探测仪器难以捕获到它的全部信息,所以还未能把它看透。我们期待将来借助更先进的科学仪器,彻底揭开龙卷风的秘密。
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