有趣的物理小故事.docx
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有趣的物理小故事
第一章 声现象
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这是八年级物理课的第一章,在这一章里我们将学习有趣的声现象.小溪里流水淙淙,树林里鸟鸣啾啾,剧院里琴声悠悠,工厂里机声隆隆,流水、小鸟、钢琴、机器为什么会发声?
为什么它们发出的声音各不相同,有的十分悦耳,有的却刺耳难听?
古代打仗时列兵布阵,为什么人们把耳朵贴近地面就能知道敌军队伍的远近?
现在用MP3欣赏音乐,为什么人们能一下子听出自己熟悉的乐器和喜爱的歌手的声音?
蝙蝠昼伏夜出,能在黑夜里自由飞翔,为什么却从不“迷路”或者碰壁?
地震发生前,为什么有些动物会有预感,并出现行为异常?
这些问题都会在这一章的学习中得到解决.
……
一、声音的产生与传播
警觉的士兵
你看过美国西部影片吗?
在一部反映古代战争场面的美国西部影片里,有这样一个情节,印第安人跪在地上,把耳朵贴近地面,倾听看不见的远处有没有敌军的骑兵在赶路.我国北宋时期的著名学者沈括,在他的著作《梦溪笔谈》里也曾记载:
行军宿营,士兵枕着牛皮制的箭筒睡在地上,能及早听到夜间偷袭的敌人的马蹄声.这样做有道理吗?
耳朵通过地下的泥土能听到马蹄声,通过空气不是也一样能听到声音吗?
是不是因为声音在地下传播的速度比在空气中快呢?
通过本节的学习我们将会明白,声音在地下传播的速度确实比在空气中快,但这里利用的并不是这一点,因为声音在空气中传播的速度比骑马的速度也要快得多.只要从空气中能听到远方敌军马队的声音,我军还是有足够时间作出反应的.这里最主要的理由是,因为声音在地下传播时,所碰到的使声音散射和衰减的障碍较少,所以能较清楚地传播到更远的地方.这样耳朵贴近地面倾听时,敌兵相距很远时就能听到;加上牛皮箭筒对声音的放大作用(共鸣,就像二胡等弦乐器的共鸣腔一样),听得会更清楚,而在空气中直接侧耳细听的话,等到能够听清时,敌军就已经快到跟前了.
二、我们怎样听到声音
鱼有听觉吗?
鱼有听觉吗?
人们谁也没有见到过鱼的耳朵,所以,鱼的听觉似乎无从谈起.但是,有一件事改变了人们的看法.
德国一家大鱼场里饲养了许多鳟鱼,鱼场附近的一座教堂每天早上8时都要打钟,鱼场的饲养员则在打钟之后去喂鱼,天天如此.有一天饲养员在教堂钟声响过半小时后才去喂鱼,却见一大群鱼仍聚集在池塘边,不断把头伸出水面在等食.这件事把饲养员惊呆了,也引起了科学家们的兴趣.经过一段时间仔细观察,发现鱼是有听觉的.它们在听到钟声后不久就能进食,久而久之就形成了条件反射.因此,那天饲养员虽然没有及时赶来喂食,鱼却因已经听到钟声仍然向岸边聚来.
鱼不但能听,还会“说”(叫).渔民们都知道黄花鱼会叫,而且叫得很响.黄花鱼发声靠的是体内一种密闭的充满气体的囊,称之为‘鳔”.鳔是黄花鱼的发声器官,还起着共鸣器的作用.在鳔的边上有一排鼓肌,它可以敲击鳔.每敲一次,鳔就发生一次振动,这振动的频率恰好等于鳔的固有频率,因而发生共振,把鳔因振动而发出的声音放大,形成了鱼叫.当然,鱼叫与人的叫声不同,它不是从鱼的喉咙里发出的,而是从鱼鳔里发出的.
三、声音的特性
谁帮了盟军的忙?
你知道吗?
第二次世界大战期间,纳粹德国海军与盟国海军在大西洋上进行过一场激烈的海战.为了达到既能炸毁敌军舰只,又确保德军舰只安全的目的,德国海军在一些重要航道旁,布设了大量新发明的“音响水雷”.这种水雷比磁性水雷灵敏得多,它能在对方舰艇发动机音响的诱导下自动爆炸,从而使盟军舰只在接近德军舰艇之前就被消灭.
正当德军自以为得计时,这些音响水雷却在盟军舰只尚未来到时,接二连三自动爆炸,连一条盟军舰艇也未炸着,这件事让德国人百思不得其解.若干年后,经水声学家和海洋生物学家的研究发现,在德国海军布设水雷的海域里,生活着一种小虾,它们能发出某些频率的音响.这些音响与舰艇发动机音响的频率一致,于是大量小虾发出的巨大音响,诱爆了德军的音响水雷,使他们想依靠这种新式武器打击盟军舰艇的希望成了泡影.
事实上,海洋中的生物大部分都能发声,只不过有些发出的是人耳听不到的超声或次声,上述这种小虾发出的则是与舰艇发动机响声相似的可闻声.因此,在设计、制造、使用海洋测量仪器时,必须周密地考虑海洋生物发出的种种声波,否则就会像德国海军那样功亏一篑.
四、噪声的危害与控制
新型反恐武器
“反恐”,是当今世界一个国际性的热门话题.利用高科技手段对付恐怖分子,保证人质的安全,用最小的代价,达到最好的反恐效果,已成为当今特警技术发展的重点目标.噪声炸弹,便是这方面的最新成就.
噪声炸弹与普通的炸弹不同,它不是利用爆炸后的弹片杀伤人员,而是利用爆炸时产生的超高分贝强噪声波,使歹徒丧失抵抗能力.在生活中,人们有时会碰到这样的现象,当人的听觉器官受到较大噪声刺激时,会感到周身不自在.随着噪声强度的不断增大,—些人会出现头昏、目眩,甚至昏迷的现象.噪声炸弹正是利用人的这种生理反应,把噪声增大到正常人无法忍受的程度,从而达到麻痹人的听觉和中枢神经系统的目的,使人在短时间内昏迷,又不伤害人体.比如,当劫机事件发生时,只要特警人员有机会接近被劫持的飞机,向机内发射噪声炸弹,飞机内的旅客与劫机者都会因此而暂时昏迷.然后,特警人员便可以从容不迫地进入机舱.当飞机上的乘客苏醒之后,一切归于平静,只是劫机歹徒已经束手就擒.
五、声的利用
高超的机械加工师
金刚钻、人造宝石等属于超硬材料,你知道它们是怎样加工的吗?
过去人们用激光来进行加工,但激光发生装置很复杂,加工成本很高,所以现在人们常用超声波来加工它们.
为什么用超声波呢?
因为超声波的波长短、频率高,具有较强的集束发射性能.这一特性使其具有了征服某些超硬材料的本领.当然,单纯的超声波是不能直接用于机械加工的,必须加上一些超声能量的承载物,才能进行加工.这种能量承载物就是磨粒.细小的磨粒在超声波能量的作用下,以极高的速度冲击加工表面,表面材料在磨粒冲击下,逐步被磨损,而达到加工的目的.这就是超声波加工的原理.
那么怎样才能在宝石上加工出不同形状的小孔呢?
这是由固定在超声振动头下端的工具横截面形状决定的.因为振动头作超声振动时,只有工具横截面下面的磨料承载超声能量,对工件表面材料作高速冲击,所以在被加工表面上也必然打出与工具横截面形状相同的孔来,如三角形、椭圆形、星形等非圆形孔.同时,也可以用来加工金刚钻模上或硬质合金喷嘴上的细孔(0.1~0.15毫米).这在一般机械加工方法中,是很难做到的.你看,超声波的“手段”够高吧!
第二章 光现象
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这是八年级物理第二章,在这一章里,我们将学习有趣的光现象.清晨旭日东升,大地万物从暗夜中醒来,一切都恢复了原有的色彩:
远处的山,青了;近处的水,蓝了;草丛中,露珠晶莹剔透;树林里,鸟儿穿红戴绿跳跃枝头;农家小院走出了棕的牛,白的羊,灰的马,黑的毛驴,红的拖拉机和收割机,还有崭新的电动车和摩托车,奔向田间地头;傍晚夕阳西下,城市华灯初上,色彩各异的霓虹灯照着大小不一的牌匾,宣示着机关的名称和职能、商家经营的范围和品牌…….光与人的生活和生产密切相关,晨起梳妆照镜子,读书写字看黑板,观察实验现象,教室灯光亮度,……;太阳能,电视机,微波炉,还有验钞机,……;海市蜃楼,日食月食,光纤通信,激光制导,等等……,无不与本章的光学知识有关.
……
一、光的传播
古希腊的雕像与古埃及的浮雕
你知道人类历史上有哪些文明古国吗?
你知道这些文明古国有哪些珍贵的艺术宝藏吗?
你知道为什么古希腊人留下了很多的雕像,而古埃及人则留下了很多的浮雕吗?
为什么同是文明古国,而古代艺术会有这么大的差异呢?
原来,这种差异与希腊和埃及两地的地理位置、太阳光成影的情况不同有关.地球上到处都有影子,不过不同的地方太阳的影子也不相同:
北极圈里是影子的大人国,那里的太阳总是斜照的,于是物体的影子总是轻轻的、在白茫茫的雪原上伸展得很远很远;赤道地带则是影子的小人国,那儿的太阳总是高悬在头顶上,于是物体的影子总是变得很小很小,但是看起来又浓又重,在正午的阳光下,人们好像踩着自己的影子在走路.
人们早就注意到,地球上不同地方的物体,在阳光下成影的情况不同,并在实际生活中加以不同的运用.例如,在非洲强烈的阳光下,埃及地面上的一切东西都投下了明显的影子.在这种照射情况下,浮雕就会显得跟木刻画一样清晰.可是,若将古希腊的阿波罗雕像放到埃及去的话,在烈日照射之下,阿波罗的眼窝会黑得让人可怕,鼻子下的黑影会使这位太阳神“长出”胡须来.但是在希腊,阳光透过地中海上空的薄云后会变得十分柔和,维纳斯女神的雕像在柔和日光的照射下,显得十分美丽动人.不过,你若是将古埃及的浮雕搬到希腊去的话,淡淡的影子却会使浮雕变得模糊不清,白色的浮雕挂在白色的墙壁上简直看不见了.
二、光的反射
阿基米德“光炮”是真的吗?
相传公元前3世纪,在古罗马与古希腊交战中,罗马人的舰队逼近了叙拉古.著名科学家阿基米德也参加了城市保卫战,他运用自己的知识提出了一种新奇的战术.即组织了许多妇女,让她们每人手持一面镜子,站在海岸边,用镜子把阳光聚焦到罗马战舰的篷帆上,最终在入侵的敌舰靠岸之前就把他们统统烧毁了.
阿基米德的战术是真的吗?
这个传说发生的年代在2300年前,已经无从考证.但是在18世纪,法国科学家蒲丰专门研究了这个问题的可行性.他经过计算发现,至少要有1000面镜子,每面镜子的直径起码得有10米,才能把l千米外的船帆烧着.在当时的技术条件下,要制作这么大的玻璃反射镜是不可能的.因此蒲丰认为阿基米德的战术是不可能成功的.
后来,在法国有人根据蒲丰的设计真的制做了一架“光炮”.它由168块玻璃反射镜组成,每块镜子长15厘米,宽20厘米.这168块镜子组成一个5平方米左右的反射面,它所聚集的太阳光能把47米远处的松木板在几分钟内点燃.但是,若要把1千米远的松木板点燃的话,整个反射面的面积要增大到1平方千米,这当然是难以办到的事.即使勉强凑到那么大,使用时还有困难,怎么使几百万块小镜子反射的阳光聚焦于一点呢?
要使这么许多小镜子同步转动,那得动员多少人呢?
由此更可以看出阿基米德的“光炮”在当时只是个美妙的幻想.但是随着科学技术的发展,在宇宙空间安装人造月亮或人造太阳已经成为现实.
三、平面镜成像
到底被遮住的是哪只眼睛?
当你面对着镜子,闭上你的右眼,然后用纸片将镜子里那只闭着的眼睛遮住.请你保持头部的位置不动,只是换一只眼睛(左眼)闭合,睁开你的右眼看看,这时镜子里被遮住的是哪只眼睛?
你能解释它的道理吗?
只要你实际观察一下,就会发现:
这时镜子里被遮住的换成了闭合的左眼.为什么呢?
通过本节课的学习,我们知道,平面镜所成的像和物的连线跟镜面垂直,并且它们到镜面的距离相等.当你睁着左眼看镜中的右眼时,似乎是来自右眼虚像的射向左眼的光线与镜面相交于一点:
而这点正好是在左右两眼的中垂线上,因此遮住右眼的小纸片应当贴在交点上.当你换成左眼闭合时,小纸片又会遮住似乎是来自左眼虚像的射向右眼的光线,闭合的左眼就看不见了,也就是左眼被遮住了.
四、光的折射
高速公路上的“海市蜃楼”
暑假里,小明同学参加了团市委组织的青少年夏令营.
一天上午,夏令营的专车从古都洛阳出发前往青岛.车子沿着连霍高速公路向东疾驰,坐在前排的小明同学发现,道路正前方不远处一片“水汪汪”,而且车走“水”也走,总是在前头.小明很纳闷:
明明看到公路前方象水淋过一样,可是车子行到近前,路面上却一切正常,而且那“一汪水”一直在道路的前方.于是便向夏令营的领队老师请教,老师告诉他,这种现象同海市蜃楼的道理是一样的.
小明是个勤奋好学的同学,他从“十万个为什么”里知道海市蜃楼是发生在大海边或沙漠里的一种自然现象.可现在汽车还未到郑州,离青岛海滨还有好远,前方更没有沙漠,这两种现象怎么会联系在一起呢?
学完本节课的知识,你就能找到