初中物理校本教材-《物理之窗》內(nèi)容

1、僅供個人參考不得用于商業(yè)用途第一章物理學發(fā)展簡史引言物理學的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的歷史時期，本文將其劃分為三個階段：古代、近代和現(xiàn)代，并逐一進行簡要介紹其主要成就及特點，使物理學的發(fā)展歷程顯得清晰而明了。一、古代物理學時期古代物理學時期大約是從公元前8世紀至公元15世紀，是物理學的萌芽時期。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse物理學的發(fā)展是人類發(fā)展的必然結(jié)果，也是任何文明從低級走向高級的必經(jīng)之路。人類自從具有意識與思維以來，便從未停止過對于外部世界的思考，即這個世界為什么這樣存在，它的本質(zhì)是什么，這大概是古代物理學啟蒙的根本

2、原因。因此最初的物理學是融合在哲學之中的，人們所思考的，更多的是關(guān)于哲學方面的問題，而并非具體物質(zhì)的定量研究。這一時期的物理學有如下特征：在研究方法上主要是表面的觀察、直覺的猜測和形式邏輯的演繹；在知識水平上基本上是現(xiàn)象的描述、經(jīng)驗的膚淺的總結(jié)和思辨性的猜測；在內(nèi)容上主要有物質(zhì)本原的探索、天體的運動、靜力學和光學等有關(guān)知識，其中靜力學發(fā)展較為完善；在發(fā)展速度上比較緩慢。在長達近八個世紀的時間里，物理學沒有什么大的進展。古代物理學發(fā)展緩慢的另一個原因，是歐洲黑暗的教皇統(tǒng)治，教會控制著人們的行為，禁錮人們的思想，不允許極端思想的出現(xiàn)，從而威脅其統(tǒng)治權(quán)。因此，在歐洲最黑暗的教皇統(tǒng)治時期，物理學幾乎處

3、于停滯不前的狀態(tài)。直到文藝復(fù)興時期，這種狀態(tài)才得以改變。文藝復(fù)興時期人文主義思想廣泛傳播，與當時的科學革命一起沖破了經(jīng)院哲學的束縛。使唯物主義和辯證法思想重新活躍起來。科學復(fù)興導(dǎo)致來，這一時期，力學、數(shù)學、天文學、化學得到了迅速發(fā)展。二、近代物理學時期近代物理學時期又稱經(jīng)典物理學時期，這一時期是從16世紀至19世紀，是經(jīng)典物理學的誕生、發(fā)展和完善時期。近代物理學是從天文學的突破開始的。早在公元前4世紀，古希臘哲學家亞里士多德就已提出了“地心說”，即認為地球位于宇宙的中心。公元140年，古希臘天文學家托勒密發(fā)表了他的13卷巨著天文學大成，在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上系統(tǒng)地確立了地心說。根據(jù)這一學說，地

4、為球形，且居于宇宙中心，靜止不動，其他天體都繞著地球轉(zhuǎn)動。這一學說從表觀上解釋了日月星辰每天東升西落、周而復(fù)始的現(xiàn)象，又符合上帝創(chuàng)造人類、地球必然在宇宙中居有至高無上地位的宗教教義，因而流傳時間長達1300余年。公元15世紀，哥白尼經(jīng)過多年關(guān)于天文學的研究，創(chuàng)立了科學的日心說，寫出“自然科學的獨立宣言”一一天體運行論，對地心說發(fā)出了強有力的挑戰(zhàn)。16世紀初，開普勒通過從第谷處獲得的大量精確的天文學數(shù)據(jù)進行分析，先后提出了行星運動三定律。開普勒的理論為牛頓經(jīng)典力學的建立提供了重要基礎(chǔ)。從開普勒起,天文學真正成為一門精確科學，成為近代科學的開路先鋒。近代物理學之父伽利略，用自制的望遠鏡觀測天文現(xiàn)象

5、，使日心說的觀念深入人心。他提出落體定律和慣性運動概念，并用理想實驗和斜面實驗駁斥了亞里士多德的“重物下落快”的錯誤觀點，發(fā)現(xiàn)自由落體定律。他提出慣性原理，駁斥了亞里士多德外力是維持物體運動的說法，為慣性定律的科學逐漸從哲學中分裂出建立奠定了基礎(chǔ)。伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所用的科學推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學真正的開端。16世紀，牛頓總結(jié)前人的研究成果，系統(tǒng)的提出了力學三大運動定律，完成了經(jīng)典力學的大一統(tǒng)。16世紀后期創(chuàng)立萬有引力定律，樹立起了物理學發(fā)展史上一座偉大的里程碑。之后兩個世紀，是電學的大發(fā)展時期，法拉第用實驗的方法，完成了電與磁的相互轉(zhuǎn)化，并創(chuàng)造性地提出了場的

6、概念。19世紀，麥克斯韋在法拉第研究的基礎(chǔ)上，憑借其高超的數(shù)學功底，創(chuàng)立了了電磁場方程組，在數(shù)學形式上完成了電與磁的完美統(tǒng)一，完成了電磁學的大一統(tǒng)。與此同時，熱力學與光學也得到迅速發(fā)展，經(jīng)典物理學逐漸趨于完善。三、現(xiàn)代物理學時期現(xiàn)代物理學時期，即從19世紀末至今，是現(xiàn)代物理學的誕生和取得革命性發(fā)展時期。19世紀末，當力學、熱力學、統(tǒng)計物理學和電動力學等取得一系列成就后，許多物理學家都認為物理學的大廈已經(jīng)建成，后輩們只要做一些零碎的修補工作就行了。然而，兩朵烏云的出現(xiàn)，打破了物理學平靜而晴朗的天空。第一朵烏云是邁克爾孫-莫雷實驗：在實驗中沒測到預(yù)期的“以太風”，即不存在一個絕對參考系，也就是說光

7、速與光源運動無關(guān)，光速各向同性。第二朵烏云是黑體輻射實驗：用經(jīng)典理論無法解釋實驗結(jié)果。這兩朵在平靜天空出現(xiàn)的烏云最終導(dǎo)致了物理學的天翻地覆的變革。20世紀初，愛因斯坦大膽地拋棄了傳統(tǒng)觀念，創(chuàng)造性地提出了狹義相對論，永久性地解決了光速不變的難題。狹義相對論將物質(zhì)、時間和空間緊密的聯(lián)系在一起，揭示了三者之間的內(nèi)在聯(lián)系，提出了運動物質(zhì)長度收縮，時間膨脹的觀點，徹底顛覆了牛頓的絕對時空觀，完成了人類歷史上一次偉大的時空革命。十年之后，愛因斯坦提出等效原理和廣義協(xié)變原理的假設(shè)，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)立了廣義相對論，揭示了萬有引力的本質(zhì)，即物質(zhì)的存在導(dǎo)致時空彎曲。相對論的創(chuàng)立，為現(xiàn)代宇宙學的研究提供了強有力的武器

8、。物理學的第二朵烏云一一黑體輻射難題，則是在普朗克，愛因斯坦，玻爾等一大批物理學家的努力下，最終導(dǎo)致了量子力學的產(chǎn)生與興起。普朗克引入了“能量子”的假設(shè)，標志著量子物理學的誕生，具有劃時代的意義。愛因斯坦，對于新生“量子嬰兒”，表現(xiàn)出熱情支持的態(tài)度。并于1905年提出了“光量子”假設(shè)，把量子看成是輻射粒子，賦予量子的實在性，并成功地解釋了光電效應(yīng)實驗，捍衛(wèi)和發(fā)展了量子論。隨后玻爾在普朗克和愛因僅供個人參考僅供個人參考不得用于商業(yè)用途不得用于商業(yè)用途斯坦“量子化”概念和盧瑟福了“原子核核式結(jié)構(gòu)”模型的影響下提出了氫原子的玻爾模型。德布羅意把光的“波粒二象性”推廣到了所有物質(zhì)粒子，從而朝創(chuàng)造描寫微

9、觀粒子運動的新的力學一一量子力學邁進了革命性的一步。他認為輻射與粒子應(yīng)是對稱的、平等的，輻射有波粒二象性，粒子同樣應(yīng)有波粒二象性，即對微粒也賦予它們波動性。薛定諤則用波動方程完美解釋了物質(zhì)與波的內(nèi)在聯(lián)系，量子力學逐漸趨于完善。量子力學與相對論力學的產(chǎn)生成為現(xiàn)代物理學發(fā)展的主要標志，其研究對象由低速到高速，由宏觀到微觀，深入到廣垠的宇宙深處和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，對宏觀世界的結(jié)構(gòu)、運動規(guī)律和微觀物質(zhì)的運動規(guī)律的認識，產(chǎn)生了重大的變革。其發(fā)展導(dǎo)致了整個物理學的巨大變革，奠定了現(xiàn)代物理學的基礎(chǔ)。隨后的幾十年即從1927年至今，是現(xiàn)代物理學的飛速發(fā)展階段，這一期間產(chǎn)生了量子場論、原子核物理學、粒子物理學、半

10、導(dǎo)體物理學、現(xiàn)代宇宙學、現(xiàn)代物理技術(shù)等分支學科，物理學日漸趨于成熟。四、經(jīng)典物理學發(fā)展史阿基米德古希臘時代的阿基米德已經(jīng)在流體靜力學和固體的平衡方面取得輝煌成就，但當時將這些歸入應(yīng)用數(shù)學，并沒有將他的成果特別是他的精確實驗和嚴格的數(shù)學論證方法汲入物理學中。從希臘、羅馬到漫長的中世紀，自然哲學始終是亞里士多德的一統(tǒng)天下。到了文藝復(fù)興時期，哥白尼、布魯諾、開普勒和伽利略不顧宗教的迫害，向舊傳統(tǒng)挑戰(zhàn)，其中伽利略把物理理論和定律建立在嚴格的實驗和科學的論證上，因此被尊稱為物理學或科學之父。伽利略的成就是多方面的，僅就力學而言，他以物體從光滑斜面下滑將在另一斜面上升到同一高度，推論出如另一斜面的傾角極小

11、，為達到同一高度，物體將以勻速運動趨于無限遠，從而得出如無外力作用，物體將運動不息的結(jié)論。他精確地測定不同重量的物體以同一加速度沿光滑斜面下滑，并推論出物體自由下落時的加速度及其運動方程，駁倒了亞里士多德重物下落比輕物快的結(jié)論，并綜合水平方向的勻速運動和垂直地面方向的勻加速運動得出拋物線軌跡和45的最大射程角，伽利略還分析“地常動移而人不知”，提出著名的“伽利略相對性原理”（中國的成書于1800年前的尚書考靈曜有類似結(jié)論）。但他對力和運動變化關(guān)系的分析仍是錯誤的。全面、正確地概括力和運動關(guān)系的是牛頓的三條運動定律，牛頓還把地面上的重力外推到月球和整個太陽系，建立了萬有引力定律。牛頓以上述的四條

12、定律并運用他創(chuàng)造的“流數(shù)法”（即今微積分初步），解決了太陽系中的二體問題，推導(dǎo)出開普勒三定律，從理論上解決了地球上的潮汐問題。史稱牛頓是第一個綜合天上和地上的機械運動并取得偉大成就的物理學家。與此同時，幾何光學也有很大發(fā)展，在16世紀末或17世紀初，先后發(fā)明了顯微鏡和望遠鏡，開普勒、伽利略和牛頓都對望遠鏡作很大的改進。法國在大革命的前后，人才輩出，以P.S.M.拉普拉斯為首的法國科學家（史稱拉普拉斯學派）將牛頓的力學理論發(fā)揚光大，把偏微分方程運用于天體力學，求出了太陽系內(nèi)三體和多體問題的近似解，初步探討并解決了太陽系的起源和穩(wěn)定性問題，使天體力學達到相當完善的境界。在牛頓和拉普拉斯的太陽系內(nèi)，

13、主宰天體運動的已經(jīng)不是造物主，而是萬有引力，難怪拿破侖在聽完拉普拉斯的太陽系介紹后就問：你把上帝放在什么地位？無神論者拉普拉斯則直率地回答：我不需要這個假設(shè)。拉普拉斯學派還將力學規(guī)律廣泛用于剛體、流體和固體，加上W.R哈密頓、G.G.斯托克斯等的共同努力，完善了分析力學，把經(jīng)典力學推進到更高階段。該學派還將各種物理現(xiàn)象如熱、光、電、磁甚至化學作用都歸于粒子間的吸引和排斥，例如用光子受物質(zhì)的排斥解釋反射，光微粒受物質(zhì)的吸引解釋折射和衍射，用光子具有不同的外形以解釋偏振，以及用熱質(zhì)粒子相互排斥來解釋熱膨脹、蒸發(fā)等等，都一度取得成功，從而使機械的唯物世界觀統(tǒng)治了數(shù)十年。正當這學派聲勢煊赫、如日中天時

14、，受到英國物理學家T.楊和這個學派的后院法蘭西科學院及科學界的挑戰(zhàn)，J.B.V.傅里葉從熱傳導(dǎo)方面，T.楊、D.F.J.阿拉戈、A.-J.菲涅耳從光學方面，特別是光的波動說和粒子說（見光的二象性）的論爭在物理史上是一個重大的事件。為了駁倒微粒說，年輕的土木工程師菲涅耳在阿拉戈的支持下，制成了多種后以他的姓命名的干涉和衍射設(shè)備，并將光波的干涉性引入惠更斯的波陣面在介質(zhì)中傳播的理論，形成惠更斯-菲涅耳原理，還大膽地提出光是橫波的假設(shè)，并用以研究各種光的偏振及偏振光的干涉，他創(chuàng)造了“菲涅耳波帶”法，完滿地說明了球面波的衍射，并假設(shè)光是以太的機械橫波解決了光在不同介質(zhì)界面上反射、折射的強度和偏振問題，

15、從而完成了經(jīng)典的波動光學理論。菲涅耳還提出地球自轉(zhuǎn)使表面上的部分以太漂移的假設(shè)并給出曳引系數(shù)。也在阿拉戈的支持下，J.B.L傅科和A.H.L.菲佐測定光速在水中確比空氣中為小，從而確定了波動說的勝利，史稱這個實驗為光的判決性實驗。此后，光的波動說及以太論統(tǒng)治了19世紀的后半世紀，著名物理學家如法拉第、麥克斯韋、開爾文等都對以太論堅信不疑。另一方面，利用干涉儀內(nèi)干涉條紋的移動，可以精確地測定長度、速度、曲率的極微細的變化；利用棱鏡和衍射光柵產(chǎn)生的光譜，可以確定地上和天上的物質(zhì)的成分及原子內(nèi)部的變化。因此這些光學儀器已成為物理學、分析化學、物理化學和天體物理學中的重要實驗手段。蒸汽機的發(fā)明推動了熱

16、學的發(fā)展，18世紀60年代在J.瓦特改進蒸汽機的同時，他的摯友J.布萊克區(qū)分了溫度和熱量，建立了比熱容和潛熱概念，發(fā)展了量溫學和量熱學，所形成的熱質(zhì)說和熱質(zhì)守恒概念統(tǒng)治了80多年。在此期間，盡管發(fā)現(xiàn)了氣體定律，度量了不同物質(zhì)的比熱容和各類潛熱，但對蒸汽機的改進幫助不大，蒸汽機始終以很低的效率運行。1755年法國科學院堅定地否決了永動機。1807年T.楊以“能”代替萊布尼茲的“活力”，1826年J.V.彭賽列創(chuàng)造了“功”這個詞。1798年和1799年，朗福德和H.戴維分析了摩擦生熱，向熱質(zhì)說挑戰(zhàn)；J.P.焦耳從19世紀40年代起到1878年，花了近40年時間，用電熱和機械功等各種方法精確地測定了

17、熱功當量；生理學家J.R邁爾和H.von亥姆霍茲，更從機械能、電能、化學能、生物能和熱的轉(zhuǎn)換，全面地說明能量既不能產(chǎn)生也不會消失，確立了熱力學第一定律即能量守恒定律。在此前后，1824年，S.卡諾根據(jù)他對蒸汽機效率的調(diào)查，據(jù)熱質(zhì)說推導(dǎo)出理想熱機效率由熱源和冷卻源的溫度確定的定律。文章發(fā)表后并未引起注意。后經(jīng)R.克勞修斯和開爾文分別提出兩種表述后，才確認為熱力學第二定律?？藙谛匏惯€引入新的態(tài)函數(shù)熵；以后，焓、亥姆霍茲函數(shù)、吉布斯函數(shù)等態(tài)函數(shù)相繼引入，開創(chuàng)了物理化學中的重要分支一一熱化學。熱力學指明了發(fā)明新熱機、提高熱機效率等的方向，開創(chuàng)了熱工學；而且在物理學、化學、機械工程、化學工程、冶金學等方

18、面也有廣泛的指向和推動作用。這些使物理化學開創(chuàng)人之一W.奧斯特瓦爾德曾一度否認原子和分子的存在，而宣揚“唯能論”，視能量為世界的最終存在。但另一方面，J.C.麥克斯韋的分子速度分布率（見麥克斯韋分布）和L.玻耳茲曼的能量均分定理把熱學和力學綜合起來，并將概率規(guī)律引入物理學，用以研究大量分子的運動，創(chuàng)建了氣體分子動力論（現(xiàn)稱氣體動理論）確立了氣體的壓強、內(nèi)能、比熱容等的統(tǒng)計性質(zhì)，得到了與熱力學協(xié)調(diào)一致的結(jié)論。玻耳茲曼還進一步認為熱力學第二定律是統(tǒng)計規(guī)律，把熵同狀態(tài)的概率聯(lián)系起來，建立了統(tǒng)計熱力學。任何實際物理現(xiàn)象都不可避免地涉及能量的轉(zhuǎn)換和熱量的傳遞，熱力學定律就成為綜合一切物理現(xiàn)象的基本規(guī)律。

19、經(jīng)過20世紀的物理學革命，這些定律仍然成立。而且平衡和不平衡、可逆和不可逆、有序和無序乃至漲落和混沌等概念，已經(jīng)從有關(guān)的自然科學分支中移植到社會科學中。在19世紀20年代以前，電和磁始終認為是兩種不同的物質(zhì)，因此，盡管1600年W.吉伯發(fā)表論磁性，對磁和地磁現(xiàn)象有較深入的分析，1747年B.富蘭克林提出電的單流質(zhì)理論，闡明了正電和負電，但電學和磁學的發(fā)展是緩慢，1800年A.伏打發(fā)明伏打電堆，人類才有能長期供電的電源，電開始用于通信；但要使用一個電弧燈，就需聯(lián)接2千個伏打電池，所以電的應(yīng)用并不普及。1920年H.C.奧斯特的電流磁效應(yīng)實驗，開始了電和磁的綜合，電磁學就迅猛發(fā)展，幾個月內(nèi)，通過實

20、驗A.-M安培建立平行電流間的安培定律，并提出磁分子學說，J.-B.畢奧和F.薩伐爾建立載流導(dǎo)線對磁極的作用力（后稱畢-薩-拉定律），阿拉戈發(fā)明電磁鐵并發(fā)現(xiàn)磁阻尼效應(yīng)，這些成就奠定了電磁學的基礎(chǔ)。1831年M.法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，磁的變化在閉合回路中產(chǎn)生了電流，完成了電和磁的綜合，并使人類獲得新的電源。1867年W.von西門子發(fā)明自激發(fā)電機，又用變壓器完成長距離輸電，這些基于電磁感應(yīng)的設(shè)備，改變了世界面貌，創(chuàng)建了新的學科一一電工學和電機工程。法拉第還把場的概念引入電磁學；1864年麥克斯韋進一步把場的概念數(shù)學化，提出位移電流和有旋電場等假設(shè)，建立了麥克斯韋方程組，完善了電磁理論，并預(yù)言了

21、存在以光速傳播的電磁波。但他的成就并沒有即時被理解，直到H.R.赫茲完成這組方程的微分形式，并用實驗證明麥克斯韋預(yù)言的電磁波，具有光波的傳播速度和反射、折射干涉、衍射、偏振等一切性質(zhì)，從而完成了電磁學和光學的綜合，并使人類掌握了最快速的傳遞各種信息的工具，開創(chuàng)了電子學這門新學科。直到19世紀后半葉，電荷的本質(zhì)是什么，仍沒有搞清楚，盛極一時的以太論，認為電荷不過是以太海洋中的渦元。H.A.洛倫茲首先把光的電磁理論與物質(zhì)的分子論結(jié)合起來，認為分子是帶電的諧振子，1892年起，他陸續(xù)發(fā)表“電子論”的文章，認為1859年J.普呂克爾發(fā)現(xiàn)的陰極射線就是電子束；1895年提出洛倫茲力公式，它和麥克斯韋方程

22、相結(jié)合，構(gòu)成了經(jīng)典電動力學的基礎(chǔ)；并用電子論解釋了正常色散、反常色散（見光的色散）和塞曼效應(yīng)。1897年J.J.湯姆孫對不同稀薄氣體、不同材料電極制成的陰極射線管施加電場和磁場，精確測定構(gòu)成陰極射線的粒子有同一的荷質(zhì)比，為電子論提供了確切的實驗根據(jù)。電子就成了最先發(fā)現(xiàn)的亞原子粒子。1895年W.K倫琴發(fā)現(xiàn)X射線，延伸了電磁波譜，它對物質(zhì)的強穿透力，使它很快就成為診斷疾病和發(fā)現(xiàn)金屬內(nèi)部缺陷的工具。1896年A.-H貝可勒爾發(fā)現(xiàn)鈾的放射性，1898年居里夫婦發(fā)現(xiàn)了放射性更強的新元素一一釙和鐳，但這些發(fā)現(xiàn)一時尚未引起物理學界的廣泛注意。20世紀的物理學到19世紀末期，經(jīng)典物理學已經(jīng)發(fā)展到很完滿的階段

23、，許多物理學家認為物理學已接近盡頭，以后的工作只是增加有效數(shù)字的位數(shù)。開爾文在19世紀最后一個除夕夜的新年祝詞中說：“物理大廈已經(jīng)落成，動力理論確定了熱和光是運動的兩種方式，現(xiàn)在它的美麗而晴朗的天空出現(xiàn)兩朵烏云，一朵出現(xiàn)在光的波動理論，另一朵出現(xiàn)在麥克斯韋和玻耳茲曼的能量均分理論。”前者指的是以太漂移和邁克耳孫-莫雷測量地球?qū)Γń^對靜止的）以太速度的實驗，后者指用能量均分原理不能解釋黑體輻射譜和低溫下固體的比熱。恰恰是這兩個基本問題和開爾文所忽略的放射性，孕育了20世紀的物理學革命。1905年A.愛因斯坦為了解決電動力學應(yīng)用于動體的不對稱（后稱為電動力學與伽利略相對性原理的不協(xié)調(diào)），創(chuàng)建了狹義

24、相對論，即適用于一切慣性參考系的相對論。他從真空光速不變性出發(fā)，即在一切慣性系中，運動光源所射出的光的速度都是同一值，推出了同時的相對性和動系中尺縮、鐘慢的結(jié)論，完滿地解釋了洛倫茲為說明邁克耳孫-莫雷實驗提出的洛倫茲變換公式，從而完成了力學和電動力學的綜合。另一方面，狹義相對論還否定了絕對的空間和時間，把時間和空間結(jié)合起來,提出統(tǒng)一的相對的時空觀構(gòu)成了四度時空；并徹底否定以太的存在，從根本上動搖了經(jīng)典力學和經(jīng)典電磁學的哲學基礎(chǔ)，而把伽利略的相對性原理提高到新的階段，適用于一切動體的力學和電磁學現(xiàn)象。但在動體或動系的速度遠小于光速時，相對論力學就和經(jīng)典力學相一致了。經(jīng)典力學中的質(zhì)量、能量和動量在

25、相對論中也有新的定義，所導(dǎo)出的質(zhì)能關(guān)系為核能的釋放和利用提供了理論準備。1915年，愛因斯坦又創(chuàng)建廣義相對論，把相對論推廣到非慣性系，認為引力場同具有相當加速度的非慣性系在物理上是完全等價的，而且在引力場中時空是彎曲的，其曲率取決于引力場的強度，革新了宇宙空間都是平直的歐幾里得空間的舊概念。但對于范圍和強度都不很大的引力場如地球引力場，可以完全不考慮空間的曲率，而對引力場較強的空間如太陽等恒星的周圍和范圍很大的空間如整個可觀測的宇宙空間，就必須考慮空間曲率。因此廣義相對論解釋了用牛頓引力理論不能解釋的一些天文現(xiàn)象，如水星近日點反常進動、光線的引力偏析等。以廣義相對論為基礎(chǔ)的宇宙學已成為天文學的

26、發(fā)展最快的一個分支。另一方面，1900年M.普朗克提出了符合全波長范圍的黑體輻射公式，并用能量量子化假設(shè)從理論上導(dǎo)出，首次提出物理量的不連續(xù)性。1905年愛因斯坦發(fā)表光量子假設(shè)，以光的波粒二象性，解釋了光電效應(yīng)；1906年又發(fā)表固體熱容的量子理論；1913年N.玻爾（見玻爾父子）發(fā)表玻爾氫原子理論，用量子概念準確地地計算出氫原子光譜的巴耳末公式，并預(yù)言氫原子存在其他線光譜，后獲證實。1918年玻爾又提出對應(yīng)原理，建立了經(jīng)典理論通向量子理論的橋梁；1924年L.V.德布羅意提出微觀粒子具有波粒二象性的假設(shè)，預(yù)言電子束的衍射作用；1925年W.泡利發(fā)表泡利不相容原理，W.K.海森伯在M.玻恩和數(shù)學

27、家E.P.約旦的幫助下創(chuàng)立矩陣力學，P.A.M.狄拉克提出非對易代數(shù)理論；1926年E.薛定諤根據(jù)波粒二象性發(fā)表波動力學的一系列論文，建立了波函數(shù)，并證明波動力學和矩陣力學是等價的，遂即統(tǒng)稱為量子力學。同年6月玻恩提出了波函數(shù)的統(tǒng)計解釋，表明單個粒子所遵循的是統(tǒng)計性規(guī)律而非經(jīng)典的確定性規(guī)律；1927年海森伯發(fā)表不確定性關(guān)系；1928年發(fā)表相對論電子波動方程，奠定了相對論性量子理論的基礎(chǔ)。由于一切微觀粒子的運動都遵循量子力學規(guī)律，因此它成了研究粒子物理學、原子核物理學、原子物理學、分子物理學和固體物理學的理論基礎(chǔ)，也是研究分子結(jié)構(gòu)的重要手段，從而發(fā)展了量子化學這個化學新分支。差不多同時，研究由大

28、量粒子組成的粒子系統(tǒng)的量子統(tǒng)計法也發(fā)展起來了，包括1924年建立的玻色-愛因斯坦分布和1926年建立的費米-狄拉克分布，它們分別適應(yīng)于自旋為整數(shù)和半整數(shù)的粒子系統(tǒng)。稍后，量子場論也逐漸發(fā)展起來了。1927年，狄拉克首先提出將電磁場作為一個具有無窮維自由度的系統(tǒng)進行量子化的方案，以處理原子中光的自發(fā)輻射和吸收問題。1929年海森伯和泡利建立了量子場論的普遍形式，奠定了量子電動力學的基礎(chǔ)。通過重正化解決了發(fā)散困難，并計算各階的輻射修正，所得的電子磁矩數(shù)值與實驗值只相差2.5X10-10,其準確度在物理學中是空前的。量子場論還正向統(tǒng)一場論的方向發(fā)展，即把電磁相互作用、弱相互作用、強相互作用和引力相互

29、作用統(tǒng)一在一個規(guī)范理論中，已取得若干成就的有電弱統(tǒng)一理論、量子色動力學和大統(tǒng)一理論等?！皩嵺`是真理的唯一標準”，物理學也同樣遵循這一標準。一切假說都必須以實驗為基礎(chǔ)，必須經(jīng)受住實驗的驗證。但物理學也是思辨性很強的科學，從誕生之日起就和哲學建立了不解之緣。無論是伽利略的相對性原理、牛頓運動定律、動量和能量守恒定律、麥克斯韋方程乃至相對論、量子力學，無不帶有強烈的、科學的思辨性。有些科學家例如在19世紀中主編物理學與化學雜志的J.C.波根多夫曾經(jīng)想把思辨性逐出物理學，先后兩次以具有思辨性內(nèi)容為由，拒絕刊登邁爾和亥姆霍茲的論能量守恒的文章，終為后世所詬病。要發(fā)現(xiàn)隱藏在實驗事實后面的規(guī)律，需要深刻的洞

30、察力和豐富的想像力。多少物理學家關(guān)注e-T之謎，唯有華裔美國物理學家李政道和楊振寧，經(jīng)過縝密的思辨，檢查大量文獻，發(fā)現(xiàn)謎后隱藏著未經(jīng)實驗鑒定的弱相互作用的宇稱守恒的假設(shè)。而從物理學發(fā)展史來看，每一次大綜合都促使物理學本身和有關(guān)學科的很大發(fā)展，而每一次綜合既以建立在大量精確的觀察、實驗事實為基礎(chǔ)，也有深刻的思辨內(nèi)容。因此一般的物理工作者和物理教師，為了更好地應(yīng)用和傳授物理知識，也應(yīng)從物理學的整個體系出發(fā)，理解其中的重要概念和規(guī)律。五、應(yīng)用物理學應(yīng)用物理學是廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)各部門的一門科學，有人曾經(jīng)說過，優(yōu)秀的工程師應(yīng)是一位好物理學家。物理學某些方面的發(fā)展，確實是由生產(chǎn)和生活的需要推動的。在前幾個世

31、紀中，卡諾因提高蒸汽機的效率而發(fā)現(xiàn)熱力學第二定律，阿貝為了改進顯微鏡而建立光學系統(tǒng)理論，開爾文為了更有效地使用大西洋電纜發(fā)明了許多靈敏電學儀器；在20世紀內(nèi)，核物理學、電子學和半導(dǎo)體物理、等離子體物理乃至超聲學、水聲學、建筑聲學、噪聲研究等的迅速發(fā)展，顯然和生產(chǎn)、生活的需要有關(guān)。因此，大力開展應(yīng)用物理學的研究是十分必要的。另一方面，許多推動社會進步，大大促進生產(chǎn)的物理學成就卻肇始于基本理論的探求，例如：法拉第從電的磁效應(yīng)得到啟發(fā)而研究磁的電效應(yīng)，促進電的時代的誕生；麥克斯韋為了完善電磁場理論，預(yù)言了電磁波，帶來了電子學世紀；X射線、放射性乃至電子、中子的發(fā)現(xiàn)，都來自對物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)的研究。從重

32、視知識、重視人才考慮，尤應(yīng)注重基礎(chǔ)理論的研究。因此為使科學技術(shù)達到世界前列，基礎(chǔ)理論研究是絕不能忽視的。六、展望未來展望21世紀的前夕，科學家將從本學科出發(fā)考慮百年前景。物理學是否將如前兩三個世紀那樣，處于領(lǐng)先地位，會有一番爭議，但不會再有一位科學家像開爾文那樣，斷言物理學已接近發(fā)展的終端了。能源和礦藏的日漸匱乏，環(huán)境的日漸惡化向物理學提出解決新能源、新的材料加工、新的測試手段的物理原理和技術(shù)。對粒子的深層次探索，解決物質(zhì)的最基本的結(jié)構(gòu)和相互作用，將為人類提供新的認識和改造世界的手段，這需要有新的粒子加速原理，更高能量的加速器和更靈敏、更可靠的探測器。實現(xiàn)受控熱核聚變，需要綜合等離子體物理、激

33、光物理、超導(dǎo)物理、表面物理、中子物理等方面知識，以解決有關(guān)的一系列理論技術(shù)問題?？傊?，隨著新的技術(shù)革命的深入發(fā)展，物理學也將無限延伸。七、結(jié)論物理學的發(fā)展史，也是人類從愚昧走向成熟，從低級走向高級的歷史。物理學的每一次大發(fā)展，都使人類的思想境界上升到了一個新的高度。相對于整個宇宙范圍來說，當今人類的文明尚處于一個較低的層次，并處于正在向第一文明等級發(fā)展的歷程中。在這個發(fā)展的歷程中，科學無疑是第一推動力，而在科學的眾多分支中,物理學無疑是這一推動力的最先進的代表。第二章生產(chǎn)和生活中的物理一、生活中的物理生活中的物理小常識（一）生活小常識1、跳咼運動員為什么要助跑？跳高運動員能騰起越過橫桿，靠的是

34、助跑的慣性力和起跳蹬地的支撐反作用力。由于慣性力的方向是水平向前的，而支撐反作用力是垂直（或近似垂直）向上的，所以起跳后的身體重心沿著一個拋物線軌跡運動。這個拋物線軌跡的高度，取決于起跳時騰起初速度和騰起角的大小，也就是說，騰起初速度和騰起角是增加跳高高度的關(guān)鍵。一般說來，應(yīng)該盡可能增大這兩項數(shù)值。最大騰起角為90度。然而，由于跳高不是單純的垂直向上運動，越過橫桿還必須有一個向前的力量；再則，還須充分利用水平速度來增大騰起初速度，因此，騰起角應(yīng)小于90度。至于騰起初速度，則和運動員的素質(zhì)和技術(shù)的熟練程度密切相關(guān)。騰起初速度越大，跳得就越高。當騰起角一定時，騰起初速度是起決定作用的。2、為什么可

35、以用吸管“喝”汽水?這是生活中常見的現(xiàn)象，在嘴還沒有從管內(nèi)吸氣時，管內(nèi)外液面是相平的。這時，管內(nèi)外液面上的氣體壓強相等；在嘴從管內(nèi)吸氣時，管內(nèi)氣體減少，管內(nèi)液面上的壓強也減少，這時管子內(nèi)液面上的氣體壓強小于管外作用的液面上的大氣壓。所以，我們說這個現(xiàn)象的原因是大氣壓作用的結(jié)果。喝汽水時，首先要將管子插入汽水里，當嘴吸氣里，管內(nèi)便有一部分氣體被吸進嘴里，便造成了管內(nèi)剩余氣體體積變大，壓強僅供個人參考僅供個人參考變小，且小于管外的大氣壓，因而在管外大氣壓的作用下，汽水便沿管子上升，被吸進嘴里。3、暖水瓶為什么能保溫？熱的傳遞方式有三種：熱對流，熱傳導(dǎo)，熱輻射。熱的對流主要發(fā)生在液體和氣體之間，熱流

36、上升，冷流下降，通過不斷循環(huán)達到動態(tài)平衡，熱的傳導(dǎo)發(fā)生在熱的導(dǎo)體上，熱從高溫的一端向低溫一端傳導(dǎo)，熱的輻射不需要媒介，它通過輻射的方式向低溫處傳熱。暖水瓶的瓶膽與外殼之間是空氣，空氣是熱的不良導(dǎo)體，熱傳導(dǎo)降低了許多，瓶膽內(nèi)部光滑如鏡，降低了輻射，所以暖水瓶能保溫。4、熟雞蛋在冷水里浸一下就容易剝殼？要弄清這個問題，我們首先必須知道水在這一過程中起什么作用?在我們所遇到物質(zhì)中，除少數(shù)幾種以外，大多數(shù)都有“熱脹冷縮”這樣一種物理特性。但是，各種物質(zhì)的伸縮程度又各不相同。雞蛋是由于硬的蛋殼和軟的蛋白、蛋黃組成的，它們的伸縮情況也不一樣。在溫度變化不大或溫度變化均勻時，還顯不出什么，但一到溫度劇烈變化

37、時，蛋白和蛋殼的步調(diào)就不一致了，當煮得滾熱的雞蛋驟然浸到冷水里時，冷水使它的溫度發(fā)生很大的變化。蛋殼猛然收縮。蛋白還處在原有溫度沒縮小體積，這時候就有一部分蛋白被蛋殼擠壓進蛋的空頭處，隨后，蛋白又因溫度漸漸降低，也逐漸收縮，由于蛋白、蛋殼和蛋黃的收縮程度不同，這就形成了蛋白與蛋黃的脫離。因此，剝起來就不會連蛋殼帶肉一起下來了。5、電梯上的特殊感覺？“超重”和“失重”是兩種物理現(xiàn)象，地球上任何事物都受重力的作用。如果有力使物體克服重力作向上加速運動，那么就會呈現(xiàn)超重現(xiàn)象。如果物體沿著重力作向下加速運動，就會呈現(xiàn)失重現(xiàn)象。6、觸電的人是被電吸住了嗎？常聽人們有這種說法：觸電時人被電吸住了，抽不開。

38、實際上這個說法是錯誤的。我們知道，不論是否存在電流，在一般情況正導(dǎo)線中，電器中的正、負電荷的電量是相等的，對外的靜電作用是相互抵消。即使局部地方偶爾出現(xiàn)少許正、負電荷但不相等，其靜電引力也是微不足道的。但是問題出現(xiàn)了，人手觸電時，為什么有時不把手抽回來？難道不想抽回來？顯然是被吸住了抽不回來。對這一提問可用電流的生理效應(yīng)來解釋。人手觸電時，由于電流的刺激，手會由痙攣到麻痹。即使發(fā)出抽回手的指令，無奈手已無法執(zhí)行這一指令了。調(diào)查表明，絕大多數(shù)觸電死亡者，都是手的掌心或手指與掌心的同側(cè)部位觸電。剛觸電時，手因條件反射而彎曲，而彎曲的方向恰使手不自覺地握住了導(dǎo)線。這樣，加長了觸電時間，手很快地痙攣以

39、致麻痹。這時即使想到應(yīng)松開手指、抽回手臂，已不可能，形似被吸住了。如若觸電時間再長一點，人的中樞神經(jīng)都已麻痹，此時更不會抽手了。這些過程都是在較短的時間內(nèi)發(fā)生的。如手的背面觸電，對一般的民用電，則不容易導(dǎo)致死亡，有經(jīng)驗的電工為了判斷用電器是否漏電而手邊又無驗電筆，有時就用食指指甲一面去輕觸用電器外殼。若漏電，則食指將因條件反向而彎曲，彎曲的方向又恰是脫離用電器的方向。這樣觸電時間很短，不致有危險。當然，電壓很高，這樣作也會發(fā)生危險。7、空氣和太陽光為了解釋這種物理現(xiàn)象，首先簡單了解一些空氣和太陽光的知識?？諝馐窃诘厍蛲饷姘囊粚印胺缽椧隆保Ｗo著地球上生物不受紫外線的照射。空氣并不是空的，

40、是由很多的微粒組成。其中99是氮氣和氧氣，其余則是別的氣體（如二氧化碳、惰性氣體等）、小水滴和來源于工廠的粉塵、風中的揚沙、火山爆發(fā)的巖灰等漂浮微粒。但是空氣的成分并不是固定的，這依賴于所在的位置、天氣和其他的不固定因素（如森林、海洋以及火山爆發(fā)和污染的嚴重與否）。光是能量以電磁波傳播的一種方式，在真空中的傳播速度為每秒30萬千米。光和其他波（比如聲波）不同的是具有波粒二象性。這是因為光是由一種無質(zhì)量的粒子光子組成，所以光不但具有波的特性，還有粒子的特性。光傳遞能量的大小與光的頻率成正比，而光的頻率正好決定其顏色。但我們的眼睛只能看到其中特定頻率范圍內(nèi)的光，稱之為可見光，頻率過高（紫外線）和過

41、低（紅外線），我們都看不見。對于太陽光，牛頓首先用三棱鏡發(fā)現(xiàn)其中包含著赤、橙、黃、綠、藍、靛和紫7種顏色?？梢杂靡粋€小實驗即可觀察到“七彩陽光”。取裝入水的玻璃缸放在房子不得用于商業(yè)用途中陽光入射的地方，然后在水中放一面小鏡子，用一張白紙接收從盆中小鏡子反射的光，根據(jù)光的折射原理，即可從白紙上看到一個漂亮的人造彩虹。在7種不同的光中，紅光波長最長（頻率最低），紫光波長最短（頻率最高）。我們?nèi)庋鬯吹降氖撬鼈兊幕旌辖Y(jié)果。8、天空為什么是藍色的？除非有外界干擾，光都是以直線傳播的。當光在空氣中傳播時，不可避免要遇到空氣中的氣體分子和其他微粒。這些微粒對光有吸收、反射和散射等物理作用，正是這些物理作

42、用使得晴日里天空成為蔚藍色。正確解釋天空為什么是藍色始于1859年?？茖W家泰多爾首先發(fā)現(xiàn)藍光要比紅光散射強得多，這就是“泰多爾效應(yīng)”。幾年之后，科學家瑞利更詳細地研究了這種現(xiàn)象，他發(fā)現(xiàn)散射強度與波長的4次方成反比。后來，更多科學家稱這種現(xiàn)象為“瑞利散射”。瑞利散射很容易通過下面一個小實驗來驗證：用一個盛滿水的水杯，然后往水杯中滴入幾滴牛奶，用手電筒做光源，從水杯的一側(cè)照射，從水杯的另一側(cè)看到的是紅光，而從垂直于光線的方向看到的卻是藍色（在黑暗處的效果更明顯）。當時，泰多爾和瑞利都認為天空的藍色是由于空氣中有小的粉塵微粒和小水滴所致，這些小的粉塵微粒和小水滴就類似于水中的牛奶懸浮顆粒。即便今天，

43、也有許多人這樣認為。事實上并非如此，如果天空完全是由于小的粉塵微粒和小水滴引起的，那么天空的顏色將隨著濕度而變，事實上天空的顏色隨著濕度的變化非常小，除非下雨或者烏云密布。后來科學家猜測用空氣中的氮氣和氧氣分子足以解釋天空中的“泰多爾效應(yīng)”。這種猜測最終被愛因斯坦所證實，他對這種散射效應(yīng)作了詳細的計算，并且計算結(jié)果與實驗相符合。我們所看到的藍天是因為空氣分子和其他微粒對入射的太陽光進行選擇性散射的結(jié)果。散射強度與微粒的大小有關(guān)。當微粒的直徑小于可見光波長時，散射強度和波長的4次方成反比，不同波長的光被散射的比例不同，此亦成為選擇性散射。當太陽光進入大氣后，空氣分子和微粒（塵埃、水滴、冰晶等）會

44、將太陽光向四周散射。組成太陽光的紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫7種光中，紅光波長最長，紫光波長最短。波長比較長的紅光透射性最大，大部分能夠直接透過大氣中的微粒射向地面。而波長較短的藍、靛、紫等色光，很容易被大氣中的微粒散射。以入射的太陽不得用于商業(yè)用途僅供個人參考僅供個人參考不得用于商業(yè)用途不得用于商業(yè)用途光中的藍光（波長為0.425口m）和紅光（波長為0.650口m）為例，當光穿過大氣層時，被空氣微粒散射的藍光約比紅光多5.5倍。因此晴天天空是蔚藍的。但是，當空中有霧或薄云存在時，因為水滴的直徑比可見光波長大得多，選擇性散射的效應(yīng)不再存在，不同波長的光將一視同仁地被散射，所以天空呈現(xiàn)白茫茫的顏色

45、。如果說短波長的光散射得更強，你一定會問為什么天空不是紫色的。其中一個原因就是在太陽光透過大氣層時，空氣分子對紫色光的吸收比較強，所以我們所觀測到的太陽光中的紫色光較少，但并不是絕對沒有，在雨后彩虹中我們很容易觀察到紫色的光。另外一個原因和我們的眼睛本身有關(guān)。在我們的眼睛中，有3種類型的接收器，分別稱之為紅、綠和藍錐體，它們只對相應(yīng)的顏色敏感。當它們受到外界的光刺激時，視覺系統(tǒng)會根據(jù)不同接受器受到刺激的強弱重建這些光的顏色，也就是我們所看到物體的顏色。事實上，紅色錐體和綠色錐體對藍色和紫色的刺激也有反映，紅錐體和綠錐體同時接受到陽光的刺激，此時藍錐體接收到藍光的刺激較強，最后它們聯(lián)合的結(jié)果是藍

46、色的，而不是紫色的。9、家電節(jié)能（1）照明節(jié)電日光燈具有發(fā)光效率高、光線柔和、壽命長、耗電少的特點，一盞14瓦節(jié)能日光燈的亮度相當于75瓦白熾燈的亮度，所以用日光燈代替白熾燈可以使耗電量大大降低。在走廊和衛(wèi)生間可以安裝小功率的日光燈。看電視時，只開1瓦節(jié)電日光燈，既節(jié)約用電，收看效果又理想。還要做到人走燈滅，消滅“長明燈”（2）電視機節(jié)電電視機的最亮狀態(tài)比最暗狀態(tài)多耗電5060%；音量開得越大，耗電量也越大。所以看電視時，亮度和音量應(yīng)調(diào)在人感覺最佳的狀態(tài)，不要過亮，音量也不要太大。這樣不僅能節(jié)電，而且有助于延長電視機的使用壽命。有些電視機只要插上電源插頭，顯像管就預(yù)熱，耗電量為68瓦。所以電視

47、機關(guān)上后，應(yīng)把插頭從電源插座上拔下來。（3）電冰箱節(jié)電電冰箱應(yīng)放置在陰涼通風處，決不能靠近熱源，以保證散熱片很好地散熱。使用時，盡量減少開門次數(shù)和時間。電冰箱內(nèi)的食物不要塞得太滿,食物之間要留有空隙，以便冷氣對流。準備食用的冷凍食物，要提前在冷藏室里慢慢融化，這樣可以降低冷藏室溫度，節(jié)省電能消耗。洗衣機節(jié)電洗衣機的耗電量取決于電動機的額定功率和使用時間的長短。電動機的功率是固定的，所以恰當?shù)販p少洗滌時間，就能節(jié)約用電。洗滌時間的長短，要根據(jù)衣物的種類和臟污程度來決定。一般洗滌絲綢等精細衣物的時間可短些，洗滌棉、麻等粗厚織物的時間可稍長些。如果用洗衣機漂洗，可以先把衣物上的肥皂水或洗衣粉泡沫擰干

48、，再進行漂洗，既可以節(jié)約用電，也減少了漂清次數(shù),達到節(jié)電的目的。電風扇節(jié)電一般扇葉大的電風扇，電功率就大，消耗的電能也多。同一臺電風扇的最快檔與最慢檔的耗電量相差約40%,在快檔上使用1小時的耗電量可在慢檔上使用將近2小時。所以，常用慢速度，可減少電風扇的耗電量。10、為什么蝦片用油一炸就會脹大？蝦片是用熟淀粉制作的。制作時在里面形成的許多微孔中都封閉進一些空氣。由于這些微孔非常細小，所以我們用肉眼看不出來。把蝦片放進熱油鍋里，一方面熟淀粉遇熱就要軟化，另一方面微孔中的空氣受熱就要急劇膨脹。里面的空氣要向外擠，外面的熟淀粉又軟化了，于是蝦片立刻被脹大了。等到溫度一降低，外面的淀粉又硬化后，蝦片

49、就變得又松又脆，胖乎乎的了。11、為什么通常女人比男人更容易仰浮在水面上？夏天，我們一起去游泳，幾個男同學試著仰浮在水面上不動，他們發(fā)現(xiàn)，總是腳向下沉。而旁邊的幾個女同學卻可以仰浮在水面上。這是為什么呢？我們知道，人的平均密度是在1.0Xl03kg/m3左右變化，當人憋住一口氣，人的密度小于水的密度，人應(yīng)當能漂在水面上；但是男人的密度比女人的密度大，這是因為女人身體內(nèi)脂肪所占的比率高于男人，女人體內(nèi)脂肪約占體重的20%，而男人體內(nèi)脂肪約占體重的15%左右。這樣女人比男人更容易被水托起來。此外，從體形上看，男、女差別也決定了女人比男人更容易浮在水面。男人的整個身體中體積最大的是胸部，因此，水對男

50、人的浮力的作用點在靠近肺部的附近，而由于腳的重力，男人的重心在偏離肺部的臀部附近，這一對力不作用在一條直線上，產(chǎn)生了轉(zhuǎn)動的效果腳向下沉。女人整個身體中體積最大的部位是臀部，浮力對女人的作用點在臀部附近，其重心在臀部稍上一點的地方，兩個力的作用線離得很近，稍加調(diào)整人的姿態(tài)，就可以便浮力與重力在同一條直線上，達到二力平衡，使女人浮在水面上比男人要穩(wěn)得多。男人若想平穩(wěn)地仰浮在水面，可將兩臂舉過頭頂平伸出去，使重心上移可減少腳下沉的趨勢。12、為什么泡菜壇子的上方要有一個環(huán)狀水槽？有一種制做泡菜的壇子，陶制的容器上方有環(huán)狀水槽。把泡菜湯和需泡制的萊放進壇后，將碗倒扣在環(huán)狀水槽上，并在水槽內(nèi)加適量的水，

51、就可以泡制泡菜了。泡制泡菜是乳酸菌對菜進行加工的過程，乳酸菌是厭氧菌，也就是說腌制泡菜應(yīng)在隔絕空氣的條件下進行。環(huán)狀水槽上倒扣一個碗，加適量水后，水槽被碗邊分成了兩個底都相通的容器，即連通器，根據(jù)連通器原理，碗邊內(nèi)外的水面相平。這樣壇內(nèi)外的空氣被水隔開?？諝獠荒苓M入壇內(nèi),保證了壇內(nèi)的化學變化正常進行。另外，壇內(nèi)發(fā)生化學變化產(chǎn)生了氣體，當壇內(nèi)氣壓大于壇外大氣壓強時，這部分氣體還可以通過環(huán)狀水槽的底部的水排出壇外?？梢姯h(huán)狀水槽起著隔絕空氣和單向閥門兩個作用，在泡制泡菜的過程中起著關(guān)鍵的作用。如果你家正在用泡菜壇子泡制泡菜的話，千萬別忘了給環(huán)狀水槽添水，因為水槽淺，盛不了多少水，很容易蒸發(fā)完，使泡菜

52、壇內(nèi)外氣體相通，使泡菜湯發(fā)生霉變，長了一層白毛，只好將其全部倒掉，那多可惜呀！13、濕襪子為什么粘腳？襪子穿在腳上，腳踩在水中，襪子濕透了，這時要把襪子脫下來可費勁了，就好像粘在腳上一樣。有人說，這是水有粘性，是水把襪子和腳粘在了一起，這種說法不準。是空氣把襪子和腳粘在了一起，同時水分子之間的引力也起了作用。干襪子和腳之間原來有一層空氣，襪子的內(nèi)外層都受到大氣壓的作用，脫襪不必克服大氣壓的壓力。襪子濕透了，襪子和腳之間的空氣都排掉了，襪子的空隙充滿了水以后成了一個封閉的整體，外面的空氣進不到襪子和腳之間，大氣壓從襪子外面把襪子緊緊地壓在腳上，所以脫濕襪子還要克服大氣壓力很不容易。不是襪子粘在了

53、腳上，而是被壓在腳上。另外，襪子和腳上都有水，水分子之間有引力，脫襪子時還要多克服水分子間的吸引。由于上述兩個原因，脫濕襪子比脫干襪子困難一些。14、風箏為什么能升上天？每年的春天，北京的風箏會一下多起來，無論是天安門廣場，還是新建的立交橋邊的空地上，都有不少的大人小孩興致勃勃地把五顏六色、各式各樣的風箏放上天空。這些風箏在藍天上翩翩起舞，十分壯觀。但是你知道風箏為什么會飛上天嗎?有人說風箏是風吹上天的，說的不全對，紙片被風吹上天不一會兒就自己落到地面來。風箏被線拉著與風吹來的方向有一定的角度，當風刮到風箏上的時候，由于風箏的阻擋風的方向發(fā)生改變，風箏給風一股力量，使風轉(zhuǎn)變了方向。根據(jù)牛頓第三

54、定律，作用力與反作用力的大小相等，方向相反，分別作用在相互作用的兩個物體。風也就給風箏一個反作用力，這個力使風箏向上，向遠方飄去，這時只要適當?shù)胤砰_拉住風箏的細線,風就把風箏送上了天空。當人拉緊細線，細線對風箏的拉力與風對風箏的作用力方向相反，不讓風箏遠去。風箏在這兩個力的作用下，懸在半空中。如果風速太小，風對風箏的作用力不足以支持風箏的重力和細線的拉力，風箏就會從高處向下跌落。一般靠近地面的風力較小，必須設(shè)法使風箏達到一定的高度,才能自動上升到更高處，線在空中飄浮。因此人們往往拉著風箏迎著風跑，或登到高處使吹到風箏上的風速大一些，使風箏飛升上天。15、乘飛機時，乘務(wù)員為什么要發(fā)給乘客口香糖?

55、當你乘飛機旅行時，乘務(wù)員總是要在飛機起飛前發(fā)給你口香糖，這是不是為了給你的旅行增加甜蜜的味道？不是，而是為了減輕你在飛行中的不適。我們知道大氣層空氣的密度是變化的，大氣壓強隨著高度的增加而減少。雖然我們的大型民航客機的機艙是密封的,但是在飛機起飛、降落和航行中，機艙內(nèi)空氣的壓強還是會有較大的變化。人在地面時，地面的大氣壓強為1個大氣壓左右，人的耳咽管及內(nèi)耳道內(nèi)空氣的壓強也是一個大氣壓左右，當飛機升入高空之后，機艙內(nèi)的空氣壓強降低，而內(nèi)耳及耳咽管封閉著一個大氣壓的氣體，造成鼓膜內(nèi)外有個壓強差，使鼓膜受到從內(nèi)耳向外耳的壓力作用，使人感到頭暈、惡心，甚至于出現(xiàn)嘔吐等不舒服的癥狀。這時只要張開嘴，作咀

56、嚼、吞咽動作，耳咽管就會開啟與空氣相通，使內(nèi)耳中的空氣壓強與機艙內(nèi)的氣壓相同，使加在鼓膜上的壓強差消失。為了幫助你能打開你的耳咽管減輕乃至消除由于氣壓變化給你帶來的不適，乘務(wù)員發(fā)給你口香糖，是為了讓你輕松地、甜蜜地渡過這個難關(guān)。我們從這個實例中可以知道，當你周圍環(huán)境的氣壓作較劇烈變化的時候，主動張嘴，使內(nèi)、外耳壓強保持一致，是保護耳朵的好辦法之一。16、為什么公共汽車后面的窗子是不打開的？當你坐在疾馳的公共汽車中的時候，是否發(fā)現(xiàn)，汽車的后窗總是關(guān)閉的，這是怎么回事，為什么在很熱的夏季，都不打開車的后窗呢？如果有一條小魚在茫茫的大海里游泳，水面是不會產(chǎn)生什么波浪的。如果大鯨魚游來就會激起滾滾的浪

57、花。這是由于鯨的身體很大，它要占據(jù)很大的體積，當他往前游的時候，它離開的地方就會有水補充進來，因此，鯨的尾部常常出現(xiàn)巨大的浪頭。公共汽車也是這樣的，在車身剛經(jīng)過的地方，就要有空氣來補充，因此，空氣就由兩旁和后面這些地方涌來，形成一股渦流。空氣的渦流卷起地上的塵土，緊跟在汽車后面，卷起一個大灰柱；這就是我們看到的汽車后面的飛揚的塵土。如果我們把公共汽車的后面的窗子打開，那么空氣必然夾帶著塵土，一個勁地往車里擠。因此，公共汽車后面的窗子，大多是不打開的。17、公共廁所里的自動沖水水箱為什么能定時沖水？在公共廁所里常見到定時自動放水沖洗的裝置，它是根據(jù)虹吸現(xiàn)象制造的衛(wèi)生設(shè)備。虹吸現(xiàn)象在日常生活中常見

58、。拿一根裝滿水的長橡皮管，兩頭用手捏住，把它的一頭插入放在桌子上的水桶里，讓橡皮管另一端掛在水桶的外邊，掛在外邊的橡皮管較長。松開捏著皮管里兩端的手，水桶里的水就會源源不斷地流出來，直到水桶里的水位降到管子口的下方為止。這是因為橡皮管里灌滿了水，大氣壓強壓著水流入橡皮管，由于橡皮管的出水口低于桶里的水位，產(chǎn)生了壓強差，水就順著管子流了出來。這就是虹吸現(xiàn)象。打開水龍頭，向高懸于廁所房頂?shù)乃鋬?nèi)注水。當注進的水的水位，低于虹吸管上端彎曲的部分因為管內(nèi)有空氣不會發(fā)生虹吸現(xiàn)象。當注進水位高于水管上方彎曲部分時，水管內(nèi)灌滿了水，發(fā)生虹吸現(xiàn)象，水箱的水自動地沖出來沖洗下水道，直到水位下降到彎管進水口之下。

59、接著又開始第二次儲水的過程。水儲滿了之后又發(fā)生虹吸現(xiàn)象，只要進水量調(diào)得合理，就能保證水槽定時，定量沖水。18、為什么下水管要穿出樓頂？現(xiàn)在的樓房里的廚房和廁所都要安裝較粗的下水管，這是因為下水道的空管里有空氣，空氣要占據(jù)空間，水管里的廢水如果不能把空氣擠出去，廢水就會堵在下水管的上端，流不下去，下水管的上端穿出屋頂，就給下水道里的空氣留了出路。廢水往下流把空氣往上擠，讓空氣流到樓頂?shù)拇髿庵腥ィ瑥U水才會順順當當?shù)赝铝?。生活中也有這樣的實例。我們用漏斗向瓶中灌油時，若漏斗緊壓在瓶口，瓶中的空氣排不出去，油就停在漏斗中不漏到瓶子里。當我們把漏斗從瓶中提起，使漏斗與瓶口之間出現(xiàn)空隙，漏斗中的油就會順

60、利地流到瓶中。這是因為瓶中的空氣從瓶口和漏斗之間排出瓶外，不再堵住漏斗的油向下流。19、夏天冰棍會什么會冒汽?夏天，由于外面的氣溫比冰棍的溫度高得多，冰棍一旦遇到空氣就要融化，融化時要從周圍的空氣中吸收大量的熱，使空氣的溫度下降。平時空氣里含有一定量的水蒸氣，由于溫度突然降低，就達到飽和或過飽和狀態(tài)。也就是說，冰棍周圍的空氣由于溫度降低,便容納不下原來所含的那么多水蒸氣了。在這種情況下，多余的水蒸氣就結(jié)成微小的水珠，形成一團團飄浮著的霧狀水滴，經(jīng)光線照射，就成了白色的水汽。20、服裝的顏色“冬不穿白，夏不穿黑?！边@是人們從生活實踐中總結(jié)出來的經(jīng)驗，你知道它包含的科學道理嗎？太陽不僅給人們送來光