有趣的物理小故事

第一章声现象非常导航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！第二章光现象非常导航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,你就能找到问题的答案了.五、光的色散六、看不见的光为什么有些花会变颜色?十几年前,生物学家在欧洲进行的一项研究中,发现有一种会变颜色的花．这种花早晨呈乳白色，中午转为粉红色,傍晚变为深红色，第二天清晨则变为紫罗兰色.这样变来变去,直至花朵凋谢为止.无独有偶，生物学家后来又发现了一种会变颜色的奇妙的花,这种花叫红菖蒲．它的花朵原来是红色的，但是随着传播花粉的动物的变化,花朵会从红色变成白色.科学家们经过观察发现，传播花粉的，起初主要是蜂鸟,后来主要是飞蛾．蜂鸟传播花粉时,红菖蒲的花是红色的；当蜂鸟飞走以后,很多花朵会从原来的红色变成白色，后来就有许多飞蛾在白色的红菖蒲花丛中飞来飞去,为红菖蒲传播花粉.红菖蒲的花朵为什么会变色呢?原来，红菖蒲生长在美国西南部的山地,通常在7月中旬开花.当高地上的红菖蒲花大部分开放着鲜红色的花朵时，其时正好是喜欢红色花朵的蜂鸟从高地向低地迁移的时候.而飞蛾喜欢白色的花朵,所以红菖蒲花就改变颜色，以招来新的花粉传播者．据统计，那时的红菖蒲花大约有４0%变成了白花.红菖蒲为了取得飞蛾的喜欢,主动改变花色来适应环境．第三章透镜及其应用非常导航这是八年级物理的第三章,在这一章里,我们将学习透镜及其成像规律和用透镜制成的光学仪器.生活中,人们用照相机拍照,可以把发生在一瞬间的情景留作永恒的记忆；课堂上，老师用投影仪来放大投影片,可以使教室里所有的同学同时看到投影片上的图画;医院里,化验室的医生在显微镜下可以看见血液中的各种细胞;家庭里，老爷爷、老奶奶带着老花镜、拿着放大镜读书看报；战场上,指挥官手拿望远镜观察远方的敌情，根据敌方的动向,适时发出作战命令．这些都离不开透镜．世界有多大?宇宙是什么样的?这些有史以来就困惑着人类，并一直为人类所探究不止的问题,也一定经常萦绕在你的心头．人类怎样才能解开这个疑团呢？科学家们使用的方法是，利用透镜制成巨大的天文望远镜来观察、接收来自宇宙的信息.通过对这些信息的分析，人们对宇宙了解得越来越深入、越来越全面了.……一、透镜冰透镜拯救了探险队有这样一件事:用冰块做透镜曾拯救了一支南极探险队．这支探险队由于丢失火种,面临寒冷、饥饿与死亡的威胁.一个聪明的队员用冰块琢磨成一块凸透镜，把阳光聚焦，点燃了引火物,重新得到了火种，挽救了这支探险队的生命．用冰制作透镜的最早记载，见于一千六百多年前,我国晋代学者张华所著的《博物志》．书中有这样的文字:“削冰命圆,举以向日,以艾承其影,则火生．”这里的冰就是冰透镜,艾是指引火物一一艾绒.因为冰在阳光下很容易融化,所以对用冰取火的真实性,你可能不大相信.其实清代时就有许多人怀疑,还有一些人带着这个问题去请教当时著名的科学家郑复光，郑复光开始也将信将疑，于是在181９年亲自动手用实验研究这个问题．他用一个壶底微微向里凹的锡茶壶(底面直径16厘米以上)装热水,放在冰块上旋转，把冰块熨成两个光滑凸面，做成一个大凸透镜，在灿烂的阳光下，把它放在一个小桌上,对准太阳并特别注意使它稳定不动,另外一个人把纸捻放在其焦点上，过了一会儿,纸捻果真燃烧起来了．冰透镜拯救了探险队绝非虚构的故事,学完本课之后,你就能明白其中的道理了.二、生活中的透镜浪费了一路表情小明爸爸给小明讲了这样一件趣事，说是小明很小的时候，爸爸和单位一帮同事出差去广西南宁，公事办完之后,回来的路上,途经桂林.人常说,桂林山水甲天下，于是大家一商量，决定在桂林停留两天．那时候照相机还比较少，不像现在照相机已经普及，几乎家家都有．幸好有位同事事先带了照相机,只是这位同志也是借别人的，不懂照相机怎么玩儿.于是大家你一言我一语，出主意想办法,集体摆弄起这架相机.大家一起游览了七星岩、芦笛岩，然后从象鼻山码头登船沿着漓江顺流而下，直到阳朔．这一路上是你选场景,我对焦距，他调快门，一路欢笑一路歌，又是集体合影，又是单独拍照，七手八脚，开心热闹.两天时间转眼而过,游完了桂林风光，照满了一卷胶卷，大家是乘兴而归.回到单位,跟领导汇报完工作,然后上照相馆（现在都改叫影楼了)冲洗胶卷,都想尽快目睹自己的光辉形象．等照相馆老板打开相机，大家全傻了,也都乐了,你猜怎么着？胶卷压根没套上！这一路风景，一路表情，都成了美好的回忆了.三、探究凸透镜成像的规律“魔杯”是怎样显像的？市场上销售一种有趣的酒杯—一“魔杯”．当你向杯中注入酒时,杯底会呈现出栩栩如生的龙凤画面,但当你饮完杯中酒后,龙凤也跟着无影无踪了.自然,龙凤不会随酒进入君腹，那么这是怎么一回事呢？我们不妨挑选一只底部内壁有明显突起的无色透明的小空瓶，让瓶底对准阳光,能证实它也有会聚作用！放一枚硬币在桌上，把小空瓶移至硬币上方,通过瓶口观察瓶底外的硬币,你会发现硬币被放大了!空瓶成了放大镜．逐渐加大瓶底与硬币间的距离，硬币的像不断增大,一会儿硬币的像不见了．保持瓶币间的距离，往瓶内注入少许清水.随着瓶底被水淹没,一个清晰的硬币像又复现了．从本节的学习中，我们知道:凸透镜的成像规律是,物距小于1倍焦距，像为放大的虚像,且与物位于透镜同侧;物距等于或大于1倍焦距,透镜不成像或成实像．但透镜焦距并非一成不变，我们可以改变透镜周围的介质,“拉长”或“缩短”透镜的焦距.在上述实验中,当硬币的像不见时，瓶底与硬币间的距离大致与透镜的１倍焦距相等,向瓶内注入水后，犹如在瓶底凸面上加了一个“水凹透镜”(如图3-45中），这一“水凹透镜”对光线的发散作用“拉长”了瓶底凸透镜的焦距,从而使原来位于瓶底透镜焦点外的硬币一下进入“组合透镜”的一倍焦距之内,所以清水就能显出硬币的像了．仔细观察能显像的酒杯——“魔杯”的构成,可以发现它的杯碗底部有圆弧形的凸起,相当于一个焦距很短的凸透镜.在这一凸起的下方不远处嵌有一张比透镜直径小得多的龙凤画片……．对照上述清水显硬币的实验原理,我们就不难知道“魔杯”显像的秘密了．四、眼睛与眼镜护眼灯怎样预防近视？眼科专家经过长期研究后发现,近视和斜视除了先天性生理遗传因素外，绝大多数人是由于后天不注意用眼卫生造成的.如坐姿不当,眼睛与读物的距离太近，或者照明亮度不足，以致使眼球的晶状体和视网膜的距离过长,也可能由于晶状体折光力过强而形成近视.上世纪90年代初,科学家们研制成功了一种防近视电子台灯,也叫护眼灯.那么,电子护眼台灯为什么能预防近视呢?试验表明,使用护眼灯读书写字，可使青少年的坐姿、视距、照明亮度控制在国家规定的标准范围内.一旦坐姿不正确或头离桌面的距离太近，护眼灯就会自动发出警报声,与此同时,灯光自动熄灭．坐姿一恢复正常,警报声立即停止,灯光也马上恢复正常．此外,由于传统灯具的眩光很容易造成眼睛疲劳,为此，科学家们对电子台灯的灯罩进行了特殊设计,从而避免了眩光的不良影响,使青少年在护眼灯下读书写字时不易发生视觉疲劳.电子护眼台灯的外壳像机器人,伸出的两只“手臂”给学生造成一种心理效应,感觉有一名机器人关怀地注视着、强制自己规范读书的姿势．五、显微镜和望远镜望远镜拯救了荷兰利珀希是荷兰的一个眼镜制造商．有一天，他外出办事,让孩子照料他的那些透镜（半成品镜片）.好奇的孩子趁他不在,偷偷地拿着他的那些宝贝透镜玩了起来．玩呀，玩呀,最后当孩子把两块透镜放在眼前，一块离眼近一块离眼远时,惊讶地发现:远处原来看不清的东西竟然变得又大又近了!利珀希回到店铺时,孩子马上把自己的这一发现告诉了他.利珀希没有因为孩子的贪玩而责怪他,因为他明白孩子这一发现的重要性.孩子走后,利珀希心里在琢磨，人不可能老是手里拿着两块透镜眺望远方，这太不方便了.于是，他挑选了一根金属管,把透镜安装在管子两端适宜的位置上．于是，世界上第一个望远镜诞生了，利珀希把它。