初二物理校本教材

初二物理校本教材

初二物理 校本教材编写组

第一篇 民谚俗语中的物理知识

在日常生活中，我们经常会接触到一些民谚、俗语，这些民谚、

俗语蕴含着丰富的物理知识，我们平时如果注意分析、了解一些民谚、俗语，就可以在实际生活中深化知识，活化知识，这对培养我们分析问题、解决问题的能力是大有帮助的。下面列举几例：

1、小小称砣压千斤：根据杠杆平衡原理，如果动力臂是阻力臂的几分之一，则动力就是阻力的几倍。如果称砣的力臂很大，那么\"一两拨千斤\"是完全可能的。

2、破镜不能重圆：当分子间的距离较大时（大于几百埃），分子间的引力很小，几乎为零，所以破镜很难重圆。

3、摘不着的是镜中月 捞不着的是水中花：平面镜成的像为虚像。 4、人心齐，泰山移：如果各个分力的方向一致，则合力的大小等于各个分力的大小之和。

5、麻绳提豆腐--提不起来：在压力一定时，如果受力面积小，则压强就大。

6、\"真金不怕火来炼，真理不怕争辩。\" 从金的熔点来看，虽不是最高的，但也有1068℃，而一般火焰的温度为800℃左右，由于火焰的温度小于金的熔点，所以金不能熔化。

7、月晕而风，础润而雨：大风来临时，高空中气温迅速下降，水蒸气凝结成小水滴，这些小水滴相当于许多三棱镜，月光通过这些\"三

棱镜\"发生色散，形成彩色的月晕，故有 \"月晕而风\"之说。础润即地面反潮，大雨来临之前，空气湿度较大，地面温度较低，靠近地面的水汽遇冷凝聚为小水珠，另外，地面含有的盐分容易吸附潮湿的水汽，故地面反潮预示大雨将至。

8、长啸一声，山鸣谷应：人在崇山峻岭中长啸一声，声音通过多次反射，可以形成洪亮的回音，经久不息，似乎山在狂呼，谷在回音。 9、但闻其声，不见其人：波在传播的过程中，当障碍物的尺寸小于波长时，可以发生明显的衍射。一般围墙的高度为几米，声波的波长比围墙的高度要大，所以，它能绕地高墙，使墙外的人听到；而光波的波长较短（10-6米左右），远小于高墙尺寸，所以人身上发出的光线不能衍射到墙外，墙外的人就无法看到墙内人。

10、开水不响，响水不开：水沸腾之前，由于对流，水内气泡一边上升，一边上下振动，大部分气泡在水内压力下破裂，其破裂声和振动声又与容器产生共鸣，所以声音很大。水沸腾后，上下等温，气泡体积增大，在浮力作用下一直升到水面才破裂开来，因而响声比较小。 11、猪八戒照镜子--里外不是人：根据平面镜成像的规律，平面镜所成的像大小相等，物像对称，因此猪八戒看到的像和自已\"一模一样\"，仍然是个猪像，自然就\"里外不是人了\"。

12、水火不相容：物质燃烧，必须达到着火点，由于水的比热大，水与火接触可大量吸收热量，至使着火物温度降低；同时汽化后的水蒸气包围在燃烧的物体外面，使得物体不可能和空气接触，而没有了空气，燃烧就不能进行。

13、洞中方一日，世上已千年：根据爱因斯坦的相对论，在接近光速的宇宙飞船中航行，时间的流逝会比地球上慢得多，在这个\"洞中\"生活几天，则地球上已渡过了几年，几十年，甚至几百年，几千年。 14、千里眼，顺风耳 ：人们利用电磁波传送声音和图像信号，使古代神话中的\"千里眼，顺风耳\"变为现实。并且人类的视野已远远超过了\"千里\"。

15、坐地日行八万里：由于地球的半径为6370千米，地球每转一圈，其表面上的物体\"走\"的路程约为40003.6千米，约8万里。这是毛泽东吟出的诗词，它还科学的揭示了运动和静止关系--运动是绝对的，静止总是相对参照物而言的。

16、釜底抽薪：液体沸腾有两个条件：一是达到沸点，二是继续吸热。如果\"抽薪\"以后，便能制止液体沸腾。

17、墙内开花墙外香：由于分了在不停的做无规则的运动，墙内的花香就会扩散到墙外。

18、坐井观天 所见甚少：由于光沿直线传播，由几何作图知识可知，青蛙的视野将很小。

19、如坐针毡：由压强公式可知，当压力一定时，如果受力面积越小，则压强越大。人坐在这样的毡子上就会感觉极不舒服。

20、瑞雪照丰年：由于雪是热的不良导体，当它覆盖在农作物上时，可以很好的防止热传导和空气对流，因此能起到保温作用。 21、\"霜前冷，雪后寒。\" 在深秋的夜晚，地面附近的空气温度骤然变冷（温度低于0℃以下），空气中的水蒸气凝华成小冰晶，附着在

地面上形成霜，所以有\"霜前冷\"的感觉。雪熔化时要需吸收热量，使空气的温度降低，所以我们有\"雪后寒\"的感觉。

22、\"一滴水可见太阳，一件事可见精神。\" 一滴水相当于一个凸透镜，根据凸透镜成像的规律，透过一滴水可以有太阳的像，小中见大。 23、鸡蛋碰石头--自不量力鸡蛋碰石头，虽然力的大小相同，但每个物体所能承受的压强一定，超过这个限度，物体就可能被损坏。鸡蛋能承受的压强小，所以鸡蛋将破裂。 24、纸里包不住火纸达到燃点就会燃烧。 25、有麝自然香，何须迎风扬气体的扩散现象。

26、玉不琢不成器玉石没有研磨之前，其表面凸凹不平，光线发生漫反射，玉石研磨以后，其表面平滑，光线发生镜面反射。

27、\"扇子有凉风，宜夏不宜冬。\" 夏天扇扇子时，加快了空气的流动，使人体表面的汗液蒸发加快，由于蒸发吸热，所以人感到凉快。 28、\"人往高处走，水往低处流。\" 水往低处流是自然界中的一条客观规律，原因是水受重力影响由高处流向低处。

29、水缸出汗，不用挑担——水缸中的水由于蒸发，水面以下部分温度比空气温度低，空气中的水蒸气遇到温度较低的外表面就产生了液化现象，水珠附在水缸外面.晴天时由于空气中水蒸气含量少，虽然也会在水缸外表面液化，但微量的液化很快又蒸发了，不能形成水珠.而如果空气潮湿，水蒸发就很慢，水缸外表面的液化大于汽化，就有水珠出现了.空气中水蒸气含量大，降雨的可能性大，当然不需要挑水浇地了。

30、下雪不寒化雪寒——雪是高空中的水蒸气凝华或水滴凝固形成的，凝华、凝固都是放热过程，化雪是融化过程，要吸热。 31、雪落高山，霜降平原——下雪天，高山气温低于山下平地气温，下到高山的雪不易融化，而下到平地的雪易及时融化.所以下同样的雪，高山上比平地多.霜是地面上的水蒸气遇冷凝华的结果，山下平地表面上的水蒸气比高山上多，故平地易摻禂霜，而高山不易形成霜。 32、冰冻三尽，非一日之寒——水的温度在0℃～4℃之间是热缩冷胀，4℃时水的密度最大.当整个水温都降到4℃时，水的对流停止.气温继续下降时，上层水温降到 4℃以下，密度减小不再下沉，底层水温仍保持4℃，上层水温降到0℃并继续放热时，水面开始结冰.由于水和冰是热的不良导体，光滑明亮的冰面又能防止幅射，因此，热传递的三种方式都不易进行，冰下的水放热极为缓慢，结成厚厚的冰，当然需要很长时间的天寒。

33、火场之旁，必有风生——火场附近的空气受热膨胀上升，远处的冷空气必将来填充，冷热空气的流动形成风。

34、一石击破水中天——平静的水面如一块平面镜，可看到天的像，石块投入水中破坏了平静的水面，形成层层水波，水中天的像也就被击破了。

35、瞎子点灯白费蜡——人们能看到世上万事万物，是因为太阳光或用来照明的光照射在物体上被物体反射后的光线进入人眼，反射光线进入不了瞎子眼中，所以瞎子看不见物体。

36、早虹雨滴滴，晚虹晒脸皮——我国的降雨云大都是由西向东移动

的，早晨看到的虹，是东方射来的太阳光照在西方的天空降雨层的水滴上形成的西虹，显然，西虹是本地天气将要降雨的预示.相反，傍晚看到的虹是西方射来的阳光照在东方天空降雨层的水滴上而形成的东虹，它预示着西方天空已没有降雨云了，天气必然是晴朗的。 37、朝霞不出门，晚霞走千里——(参考上则)

38、虹高日头低，早晚披蓑衣——当“日头低”时，太阳光线和地平线是非常接近的，这时出现虹，虹心必然亦接近地平线，在地面上可以看到虹的半个圆弧.若此时空气中水滴很多，分布的空间很广，那么除了可以看到虹外，还可以看到霓，霓顶的半圆弧比虹高且接近天顶，也预示着降雨云已经移近天顶，本地很快就有暴雨下降。 39、照相的底片——颠倒黑白——照相机是应用物体放在凸透镜两倍焦距以外，成倒立缩小的实像原理制成的，故照相底片上的像与人是颠倒的.底片上涂有感光剂，人照相时，由于浅色部位反射光的能力强，反射光进入相机的暗箱与底片上的感光剂发生了光化作用，而深色部位由于吸收光的能力强，只有很少的反射光射入底片.这样浅色部位在胶片上感光强，深色部位感光弱.胶片冲洗时，感光弱的部位的感光剂基本冲洗掉，所以呈浅色，而感光强的部位由于发生了光化反应冲不掉，所以呈深色。

40、磨刀不误砍柴工——减小受压面积增大压强

41、鸡蛋碰石头——自不量力——鸡蛋碰石头，虽然力的大小相同，但每个物体所能承受的压强一定，超过这个限度，物体就可能被损坏。鸡蛋能承受的压强小，所以鸡蛋将破裂。

42、一只巴掌拍不响——力是物体对物体的作用，一只巴掌要么拍另一只巴掌，要么拍在其它物体上才能产生力的作用，才能拍响。 43、四两拨千斤——杠杆的平衡条件，增大动力臂与阻力臂的比，只需用较小的动力就能撬起很重的物体。

44、水银落地——无孔不入——水银的密度大于组成地面各物质的密度，水银又具有流动性，故它总是沉在其它物质的下面。 45、泥鳅黄鳝交朋友——滑头对滑头——泥鳅黄鳝的表面都光滑且润滑，摩擦力小。

46、鸡蛋碰石头——完蛋——蛋壳承受的压强远小于石头能承受的压强，鸡蛋碰石头，鸡蛋先破。

47、大船漏水——有进无出——液体内部存在压强，船破后，船外的水被压进船内，直到船内外水面相平，此刻船内的水也不会向外流。 48、水上的葫芦——沉不下去——葫芦的密度小于水的密度，故只能漂浮在水面上

第二篇 物理与生活

第一讲 厨房中的物理知识

物理越来越广泛地应用于们日常的生活生产中，人们生活也越来越离不开物理，可以说处处与物理打着交道，就拿与人们朝夕相处的厨房来说吧，其中就蕴涵着丰富的物理知识，现殒举如下：

一、与电学知识有关的现象

1．电饭堡煮饭、电炒锅煮菜、电水壶烧开水是利用电能转化为内能，都是利用热传递煮饭、煮菜、烧开水的。

2．排气扇（抽油烟机）利用电能转化为机械能，利用空气对流进行空气变换。

3．电饭煲、电炒锅、电水壶的三脚插头，插入三孔插座，防止用电器漏电和触电事故的发生。

4．微波炉加热均匀，热效率高，卫生无污染。加热原理是利用电能转化为电磁能，再将电磁能转化为内能。

5．厨房中的电灯，利用电流的热效应工作，将电能转化为内能和光能。

6．厨房的炉灶（蜂窝煤灶，液化气灶，煤灶，柴灶）是将化学能转化为内能，即燃料燃烧放出热量。

二、与力学知识有关的现象

1．电水壶的壶嘴与壶肚构成连通器，水面总是相平的。 2．菜刀的刀刃薄是为了减小受力面积，增大压强。

3．菜刀的刀刃有油，为的是在切菜时，使接触面光滑，减小摩擦。

4．菜刀柄、锅铲柄、电水壶把手有凸凹花纹，使接触面粗糙，增大摩擦。

5．火铲送煤时，是利用煤的惯性将煤送入火炉。

6．往保温瓶里倒开水，根据声音知水量高低。由于水量增多，空气柱的长度减小，振动频率增大，音调升高。

7．磨菜刀时要不断浇水，是因为菜刀与石头摩擦做功产生热使刀的内能增加，温度升高，刀口硬度变小，刀口不利；浇水是利用热传递使菜刀内能减小，温度降低，不会升至过高。

三、与热学知识有关的现象

（一）与热学中的热膨胀和热传递有关的现象

1．使用炉灶烧水或炒菜，要使锅底放在火苗的外焰，不要让锅底压住火头，可使锅的温度升高快，是因为火苗的外焰温度高。

2．锅铲、汤勺、漏勺、铝锅等炊具的柄用木料制成，是因为木料是热的不良导体，以便在烹任过程中不烫手。

3．炉灶上方安装排风扇，是为了加快空气对流，使厨房油烟及时排出去，避免污染空间。

4．滚烫的砂锅放在湿地上易破裂。这是因为砂锅是热的不良导体，烫砂锅放在湿地上时，砂锅外壁迅速放热收缩而内壁温度降低慢，砂锅内外收缩不均匀，容易破裂。

5．往保温瓶灌开水时，不灌满能更好地保温。因为未灌满时，瓶口有一层空气，是热的不良导体，能更好地防止热量散失。

7．冬季从保温瓶里倒出一些开水，盖紧瓶塞时，常会看到瓶塞马上跳一下。这是因为随着开水倒出，进入一些冷空气，瓶塞塞紧后，进入的冷空气受热很快膨胀，压强增大，从而推开瓶塞。

8．冬季刚出锅的热汤，看到汤面没有热气，好像汤不烫，但喝起来却很烫，是因为汤面上有一层油阻碍了汤内热量散失（水分蒸发）。

9．冬天或气温很低时，往玻璃杯中倒入沸水，应当先用少量的沸水预热一下杯子，以防止玻璃杯内外温差过大，内壁热膨胀受到外壁阻碍产生力，致使玻璃杯破裂。

10．煮熟后滚烫的鸡蛋放入冷水中浸一会儿，容易剥壳。因为滚烫的鸡蛋壳与蛋白遇冷会收缩，但它们收缩的程度不一样，从而使两者脱离。

（二）与物体状态变化有关的现象

1．液化气是在常温下用压缩体积的方法使气体液化再装入钢罐中的；使用时，通过减压阀，液化气的压强降低，由液态变为气态，进入灶中燃烧。

2．用焊锡的铁壶烧水，壶烧不坏，若不装水，把它放在火上一会儿就烧坏了。这是因为水的沸点在1标准大气压下是100℃，锡的熔点是232℃，装水烧时，只要水不干，壶的温度不会明显超过100℃，达不到锡的熔点，更达不到铁的熔点，故壶烧不坏。若不装水在火上烧，不一会儿壶的温度就会达到锡的熔点，焊锡熔化，壶就烧坏了。

3．烧水或煮食物时，喷出的水蒸气比热水、热汤烫伤更严重。因为水蒸气变成同温度的热水、热汤时要放出大量的热量（液化热）。

4．用砂锅煮食物，食物煮好后，让砂锅离开火炉，食物将在锅内继续沸腾一会儿。这是因为砂锅离开火炉时，砂锅底的温度高于100℃，而锅内食物为100℃，离开火炉后，锅内食物能从锅底吸收热量，继续沸腾，直到锅底的温度降为100℃为止。

5．用高压锅煮食物熟得快些。主要是增大了锅内气压，提高了水的沸点，即提高了煮食物的温度。

6．夏天自来水管壁大量“出汗”，常是下雨的征兆。自来水管“出汗”并不是管内的水渗漏，而是自来水管大都埋在地下，水的温度较低，空气中的水蒸气接触水管，就会放出热量液化成小水滴附在外壁上。如果管壁大量“出汗”，说明空气中水蒸气含量较高，湿度较大，这正是下雨的前兆。

7．煮食物并不是火越旺越快。因为水沸腾后温度不变，即使再加大火力，也不能提高水温，结果只能加快水的汽化，使锅内水蒸发变干，浪费燃料。正确方法是用大火把锅内水烧开后，用小火保持水沸腾就行了。

8．冬天水壶里的水烧开后，在离壶嘴一定距离才能看见“白气”，而紧靠壶嘴的地方看不见“白气”。这是因为紧靠壶嘴的地方温度高，壶嘴出来的水蒸气不能液化，而距壶嘴一定距离的地方温度低；壶嘴出来的水蒸气放热液化成小水滴，即“白气”。

9．油炸食物时，溅入水滴会听到“叭、叭”的响声，并溅出油来。这是因为水的沸点比油低，水的密度比油大，溅到油中的水滴沉到油底迅速升温沸腾，产生的气泡上升到油面破裂而发出响声。

10．当锅烧得温度较高时，洒点水在锅内，就发出“吱、吱”的声音，并冒出大量的“白气”。这是因为水先迅速汽化后又液化，并发出“吱、吱”的响声。

11．当汤煮沸要溢出锅时，迅速向锅内加冷水或扬（舀）起汤，可使汤的温度降至沸点以下。加冷水，冷水温度低于沸腾的汤的温度，混合后，冷水吸热，汤放热。把汤扬起的过程中，由于空气比汤温度低，汤放出热，温度降低，倒入锅内后，它又从沸汤中吸热，使锅中汤温度降低。

（三）与热学中的分子热运动有关的现象

我们在日常生活、生产中只要细心观察身边的物理现象，联系到我们学过的物理知识，去分析和解释这些现象，就能够提高观察、分析及解决物理问题的能力。

物理作为一门大众的学科，在生活中的应用数不胜数，厨房中的物理知识应用真可谓冰山一角，我们必须更加努力的学习，积累物理知识，提高自己的科学技术水平，这样才能使我们的生活变得更美好。

第二讲 电冰箱的原理

起源：冰箱，又称冰桶，由古时的“冰鉴发展而来，功能明确，既能保存食品，又可散发冷气，使室内凉爽。它是古代人的发明创造，向我们揭示了古代生活的一个侧面。冰鉴，是古代盛冰的容器。《周礼天官·凌人》：“祭祀共（供）冰鉴。”可见周代当时

已有原始的冰箱，只是冰并不是一年里时时都有，特别是在炎热的夏季，冰可谓弥足珍贵。 ·”

传世有不少清代晚期的木胎冰箱，多用红木、花梨、柏木等较为细腻的木料制成，此件为红木制品，仿竹编式样，制作精致。形制为大口小底，外观如斗形，铅叶镶里，底部有泄水小孔，结构类似木桶。冰箱箱体两侧设提环，顶上有盖板，上开双钱孔，既是抠手，又是冷气散发口。为使冰箱处于一定高度便于取放冰块和食物，配有箱座。

这对冰箱结构标准，箱桶和底座均装饰华美。成对制作，当为大户人家所用之物。

从经济学角度来分析，在当时价值高的器物，传至如今其价值一定比同样传至今天的过去价值较低的器物要高。今天如此，将来也一定如此。这是选择收藏品的要招。这一点，对于想收藏冰箱的人来说，特别管用。因为在古时候，即便是清代末年了，由于没有制冰设备，在炎炎夏日要想求得一方清凉的冰，何其困难。虽然古时有凿地储冰的方法，但冰的奢侈，一定不是那些一般人家所能享用的。能用得上冰箱的人家，必定衣食无忧。而在当时的社会里，富裕的人家绝对是少数，用得起红木家具的，并不一定能用得上红木制作的冰箱，这也就是为什么冰箱的收藏价值高的原因，不仅如此，它将来的意义将会更加重要。

襟抱堂认为，冰箱的发明让人类远离了发霉的食物，可以将温度降低并保存，让我们在夏天的时候享受健康的食物，不能不说是科技带给人的一种进步。

发明历史：17世纪中期，“冰箱”这个词才进入了美国语言，在那之前，冰只是刚刚开始影响美国普通市民的饮食。随着城市的发展冰的买卖也逐渐发展起来。它渐渐地被旅馆、酒馆、医院以及被一些有眼光的城市商人用于肉、鱼和黄油的保鲜。内战（1861-1865）之后，冰被用于冷藏货车，同时也进入了民用。 到1880年以前，已经有半数在纽约、费城和巴尔的摩销售的冰， 三分之一在波士顿和芝加哥销售的冰箱开始进入家庭使用，因为一种新的家庭设备——冰箱——即现代冰箱的前身，被发明了。现在同类产品还有冰柜。

制造一台有效率的冰箱不像我们想象的那么简单。19世纪早期，发明家们关于对冷藏科学至关重要的热物理知识的了解是很浅陋的。人们认为最好的冰箱应该防止冰的融化，而这样一个在当时非常普遍的观点显然是错误的，因为正是冰的融化起到了制冷作用。早期人们为保存冰而作出了大量的努力，包括用毯子把冰包起来，使得冰不能发挥它的作用。直到近19世纪末，发明家们才成功地找到有效率的冰箱所需要的隔热和循环的精确平衡。

但早在1803年，一位有发明天才的马里兰农场主——托马斯·莫尔就找到了正确的方法。他拥有一个农场，离华盛顿约20

英里，那里的乔治镇村庄是集市中心。当他用自己设计的冰箱运送黄油去市场时，他发现顾客们会走过装在竞争者桶里那些迅速融化的黄油而给他比市价更高的价格买他仍然新鲜坚硬，整齐地切成一磅一块的黄油。莫尔说他的冰箱的一个好处是使得农民们不必为了保持他们产品的低温而在夜里去市场交易。

工作原理：我们知道任何物质在液化后都要放出热量，在气化时都要吸收热量，这是最普遍的物理现象。空调冰箱就是利用了这个道理，将制冷剂液化放出热量，然后再让他蒸发吸收热量。液化放出热量的位置和蒸发吸收热量的位置不能在一处，否则没有任何效果。因此空调就有了室外机，目的是散热和其它主要功能，冰箱则散热器在冰箱外部。

那么怎么能实现制冷剂液化-气化呢？我们知道，气体物质在它的临界温度下，当压力达到一定值的时候，就会液化。所谓的临界温度就是在这个温度之上，无论采用多高的压力都不能使他液化。当温度高于气体物质在某个压力下的沸点之上时就会发生气化，气化时吸收热量，吸收的热量从环境中获得，从而实现制冷。

用于上述实现制冷的气体物质就是制冷剂。作为制冷剂的物质通常常温下为气体，便于蒸发，而且临界温度不能太低，否则压缩时液化不容易。还要要求无毒，无异味儿。常见的制冷剂为氨、氟(这个字念服笨蛋才念佛呢)里昂。

氟里昂实际上很多种物质的总称，是一种系列产品。那么他是什么物质呢？实际上就是卤代烷，常见的是卤代甲烷。例如一氟三氯甲

烷、三氟一氯甲烷、二氟二氯甲烷等等。也就是甲烷的分子中的氢原子被氯和氟原子所取代，你可以自己组合出不同的物质。当然了，这种卤代烷一定要有氯原子和氟原子存在，不能全是氯也不能全是氟，而且烷烃中的氢原子全部被取代。倒不是说不存在这种物质，而是满足不了作为制冷剂的要求，例如四氯甲烷，常温下为液体，也就是四氯化碳，不能做制冷剂的。但是四氯化碳中的一个氯被氟取代，就可以做制冷剂。

制冷的过程是这样的：

首先压缩机将蒸发器来的气体制冷剂进行压缩，由于室温低于制冷剂的临界温度，当达到所需的压力后液化，液化时放出大量的热，这些热量通过散热管、散热片散发到空气中，也就是冰箱后面的散热管、空调室外机的风扇吹着的散热片。

液化后的制冷剂散热后，温度降低到接近室温，经过缓冲器后再通过毛细管进入蒸发器，蒸发器就是粗管，上面带有导热良好的金属片。制冷剂在这里蒸发，会吸收大量的热量，使得蒸发器周围温度迅速降低。对于冰箱，蒸发器就是冷冻室周围的金属和部分，对于空调就是室内机里面的金属管和外面的吸热片，和冰箱不同的是，空调蒸发器温度不是低吗，用风扇吹他，于是空调就吹出了冷风。冰箱同志则住在密封箱里，由于蒸发器不断地吸热，使得这里面温度很低，低到零下十几度。

制冷剂在蒸发器蒸发后变成了气体，再到压缩机压缩，结果又放出热量变成了液体，成为一个循环。那位优点物理知识的姐姐该问我

了：“不对吧？如果说制冷剂在工作中不是在密闭的、循环的系统中运作没有任何问题，但制冷剂和压缩机等在一个密闭的系统内进行循环，那压力应该是平衡的，也就是压力不变啊，既然不变，那液体怎么可能变成气体呢？便不成气体，制个屁冷啊？”姐姐，前面说了，在蒸发器前面有个毛细管，这个毛细管的作用就是减压，为什么呢，你想想毛细管后面的是蒸发器，蒸发器空间是很大的，毛细管很细，流着的是液体，到了蒸发器，空间突然增大，而且蒸发器后面就是压缩机，压缩机会及时地抽取气体，于是通过毛细管到达蒸发器内液体制冷剂由于压力低，不得不气化了，于是上演了气化吸热的一幕。 制冷机理就是这样的，简单吧？那温度是怎么控制的？冰箱和空调温度控制都是通过启停压缩机来实现的。压缩机总在那里干活儿就冷，反之就不制冷。

控制温度的部分叫温控器，冰箱的比较简单，有机械的，也有电子的，空调基本上都是电子的。机械的相对比较简单，就是一个密封管，里面装有膨胀系数大的液体或气体，当温度升高时，膨胀，推动开关，使冰箱供电导致压缩机启动。

电子的也很简单，一般是一个热电阻温度计或热电偶温度计或者半导体温度计(所谓的温度计实际上是传感器)，温度变化导致传感器参数变化，通过电子电路实现对压缩机供电电路的开关。电子温控有好处，便于实现遥控、定时、等等。

近年来出现的所谓变频空调，号称节能，实际上是通过变频技术调节拖动压缩机的电动机的供电频率来实现调节电机的转速。我们知

道交流电机调速很难实现，冰箱、空调中的压缩机都是有交流电机拖动的，特别是空调，美女、衰哥喜欢温度不一样，总爱调来调去的，如果不采用变频调速在平稳电机运转，只能通过间断运行来实现。我们知道，电动机在启动过程中，需要较大的起动电流，因此对电网的电压造成波动，甚至烧掉不耐压的设备，最常见的是白炽(这个字念赤)灯烧断钨丝。刚刚启动不久的电机往往由于温度对它的控制又要求停机，反反复复导致电机频繁启动，一方面浪费电能，另一方对压缩机等部件的机械部分也会造成疲劳、磨损等。采用变频空调，就可以在电机在根据温度的不同选择不同的转速来实现。交流电机的变频调速本身不节能，但是避免了需要频繁启动的电机等，这时候相对传统手段就节能了，这是相对的。

制冷剂氟里昂可以破坏大气中的臭氧层。我们知道，大气分为对流层、平流层、暖层、电离层等，其中在大气层的10公里到50公里高度的区域(平流层)臭氧有相当的浓度，是臭氧富集区，臭氧是氧气的一种同素异形体，一个分子中有三个氧原子(氧气是两个)，臭氧可以吸收太阳光中的紫外线，使得紫外线转变为热能，氧气也可以在紫外线的作用下转变为臭氧。单独的氧气在紫外线的照射下是不能把紫外线转化为热能的，而是直接透过。只有在臭氧存在下，才会出现臭氧在紫外线照射下转换为氧气，氧气再在紫外线照射下转换为臭氧，实际上是一种化学平衡。

在氟里昂存在的情况下，臭氧分子将会被破坏变成氧气分子，在这个过程中，氟里昂并不发生变化，起到催化剂的作用。也就是说，

氟里昂破坏了臭氧分子后自己并不被消耗掉，氟里昂自然降解过程十分缓慢，因此大气中氟里昂的浓度增加自然而然会把臭氧破坏干净。自然界的臭氧的产生一般是通过空气放电也就是闪电过程中有氧气转变而来的，在自然环境下，臭氧的产生和消耗是平衡的，但人类制造了氟里昂，就会破坏这种平衡。

臭氧被破坏了，太阳光中波长小于290纳米的紫外线就会对生物造成极大的影响。

制冷技术除了液化蒸发法，还有半导体制冷技术。实际上某些板式半导体在通电时，会出现温度差，导致一面冷另一面热。于是就出现了利用这一技术的微型冰箱、凉帽等，某些饮水机的冷热水，就是半导体制冷。半导体制冷优点是无噪音，无制冷剂，无运转机构，如意控制温度，但致命缺点就跟五笔字型类似，耗电量大(五笔字型工作量大)，效率低，因此应用领域比较窄。

第三讲 高压锅

高压锅的由来：三百多年前，法国有个名叫丹尼斯·巴本的人，他是一个物理学家，也是一个医生，还是一个机械师。由于那时法国国王亨利四世对新教徒的迫害，巴本不得已逃往国外。在跋山涉水的路途中，他发现：在高山上煮马铃薯时，尽管锅里的水哗哗地沸腾，

马铃薯还是煮不软。在帕斯卡由实验证实的“高山上的大气压比海平面低”的启示下，巴本猜想：液体的沸点是否随大气压的减小而降低呢？到了国外以后，他便从事这方面的研究工作。终于用实验证实了“液体的沸点随大气压强的减小而降低”的猜想。

巴本进一步想，如果把问题倒过来，用人工加压的方法增大气压，那么水的沸点不就会升高了吗？1681年，巴本根据这个道理设计并制成了世界上第一个高压锅，当时人们把它叫做巴本锅。巴本锅有内外两层，内层里放要煮的食物，外层是密封的，锅盖更是经过严格选择的，以此控制外层锅里的气压。为了更加安全，锅的外围还特地加上了金属罩。

据说，巴本访问英国时，在英国国王查尔斯二世的要求下，曾作了一次表演，用巴本锅煮肉，不仅省时间，而且就连坚硬的骨头，也能煮得像奶酪一样松软。

在懂得了巴本锅的道理以后，你能解释下列两则奇闻吗？

一、当伦敦泰晤士河下的过河隧道竣工时，各界知名人士前来参加通车典礼，在隧道里还举行了庆祝酒会，会上大家一致感到香槟酒的气不够，味不浓。可是，会后大家返回地面上时，一个个嘴里却不住地打嗝，感到肚子胀。但是，当他们重新回到地下时，一切又恢复了正常。试问，人们的肚子是否真的出了什么毛病？

二、1971年6月30日，苏联宇宙飞船“联合Ⅱ号”由太空返回地面时，突然宇航员和地面指挥中心失去了通话联系，幸亏飞船上有自动飞行控制设备，飞船才重新返回地面。意外的是三名宇航员全部死

亡。经过对尸体的解剖化验，确定宇航员死于“血液沸腾症”。科学家又对飞船进行检查，发现密封舱壁上有漏气处。由于舱内空气在太空中迅速地泄漏，致使宇航员死于“血液沸腾症”。为了更加保险，从此以后，宇航员还得穿上“宇航服”，以免血液沸腾。试问飞船漏气以后，宇航员的血液为什么会沸腾？

原理：高压锅的原理很简单，因为水的沸点受气压影响，气压越高，沸点越高。在高山、高原上，气压不到1个大气压，不到100℃水就能沸腾，鸡蛋是用普通锅具是煮不熟的。在气压大于1个大气压时，水就要在高于100℃时才会沸腾。人们现在常用的高压锅就是利用这个原理设计的。高压锅把水相当紧密地封闭起来，水受热蒸发产生的水蒸气不能扩散到空气中，只能保留在高压锅内，就使高压锅内部的气压高于1个大气压，也使水要在高于100℃时才沸腾，这样高压锅内部就形成高温高压的环境，饭就容易很快做熟了。当然，高压锅内的压力不会没有限制，要不就成了炸弹。

当前，我国市场上出售的压力锅，工作压强约为1．3×105帕，水的沸点是124℃。用它来焖饭比用普通锅节约时间。在工厂里也要用高压锅炉，有些热电厂的中型锅炉内，压强高达40×105帕，水的沸点为249℃，用这样的高温高压蒸汽推动蒸汽轮机发电。

压力锅构造：由锅身、锅盖、易熔片、放气孔、安全阀和密封胶圈、以及其他新形式的放气通道组成。

热锅上的水滴

液体与气体接触的表面层，由于表面张力会出现表面收缩的趋势；液体与固体接触的附着层会出现浸润与不浸润现象；由于表面层和附着层的影响，在毛细管内又会出现毛细观象。这些现象在日常生活中普遍存在。

先在锅里滴几滴水，看它是什么形状？而后把锅放在炉子上加热，可见到水滴汽化成蒸气。继续加热锅底，让水滴全部汽化并加热锅底至灼热。再滴几滴水珠到锅底，会立即听见嗤嗤声，出现了水变成水蒸气的强烈汽化。请注意观看：被蒸气层托住的尚未被汽化的水滴呈什么形状？──呈扁球形，并在不停地跳跃。这说明，液体在表面张力作用下，表面积会尽可能的小。

第四讲 香脆的爆米花

“砰！”随着一声巨响，爆米花的香气便飘散开来。爆米花个大粒圆，酥脆芳香，是很受小朋友欢迎的一种膨体食品。大米经过爆米机一加工，体积陡然胀大好多倍，难怪人们风趣地把爆米机称作“粮食扩大器”哩！

爆米花的来历：爆米花是一种古已有之的膨化食品，起源可上溯到宋朝。当时的诗人范成大在他的《石湖集》中曾提到上元节吴中各地爆谷的风俗，并解释说：“炒糯谷以卜，谷名勃娄，北人号糯米花。”为什么把爆米花叫做“孛娄”呢？爆米花想是摹拟爆谷时的响声，因为当地的方言把打雷的声音叫做“孛辘”。清代学者赵翼在他著的《檐曝杂记》记收有一首《爆孛娄诗》：“东入吴门十万家，家家爆谷卜年华。就锅排下黄金粟，转手翻成白玉花。红粉美人占喜事，白头老叟问生涯。晓来妆饰诸儿子，数片梅花插鬓斜。”诗人笔下的爆米花不仅写得很美，而且洋溢着生活的情趣。爆米花也是发明于宋代，范成大在《吴郡志·风俗》中记载：“上元，……爆糯谷于釜中，名孛娄，亦曰米花。每人自爆，以卜一年之休咎。”在新春来临之际宋人用爆米花来卜知一年的吉凶,姑娘们则以此卜问自己的终身大事。宋人把饮食加入文化使之有了更丰富的内涵。爆米花松脆易消化，可作为日常的可口零食。爆米花的发明更折射出中国饮食的丰富多彩，它有更深的含义，就是开创了一种食物的加工方式澎化食品。说明中国古代的食品加工不止仅仅是食品简单的加热作熟，而是通过的物理的高温高压作用原理来改变食物的状态口感，这种加工方式就是现代新兴的澎化食品。这种加工方式使普通不和口的食品变为可口有特色的食品小吃，可以说千百年前的爆米花是近现代各种五花八门澎化食品零食小吃的祖先。数百年前“项链”馋人早在欧洲移民迁入这块“新大陆”之前，居住在这块大陆上的印第安人便盛行吃爆玉

米花了。哥伦布在返回欧洲后，曾向人们描绘了“新大陆”上的印第安儿童用爆玉米花串成项链在街上兜售的生动情景。也是印第安人教会了欧洲新移民如何栽种、如何烘烤玉米的技术。一名历史学家还在美国新墨西哥州的洞穴里发现了5000年前古代印第安人食用的爆玉米花，只是由于当时的“工艺”所限，在口感上远远不如当代爆玉米花松脆而已。发明家为喜食爆玉米花的家庭设计了一种电锅，据说仅花费10分钟就能爆制好一大盆玉米花。目前，美国的许多地方电视台还常常播出如何爆制玉米花的常识，还介绍各种新风味爆玉米花的方法。一名频频在电视屏幕上亮相、自称为“爆玉米花大王”的专家瑞顿·巴哈尔已成为全美家喻户晓的人物——此君一上台，讲的都是“玉米经”。爆米花七月初七炒糖豆、爆米花，其意是“吃炒豆、活老老”。当天晚上，人们都涌上埕头，观看天上牛郎织女相会。这天人们很少见到喜鹊，说是上天搭鹊桥去了。有时夜里还会落几点雨，人们说这是牛郎织女相会时落下的泪水。中元节七月十五，俗称“七月半”，也叫中元节，是旧时民间祭祀祖先的节日。民间炊“薄荷糕”、“金米果”、烧银冥纸衣，祭祀祖宗。出嫁女子，倘遇父母新亡，则于十三日备办祭品、银纸，回娘家祭祀，俗称送“头年纸”，其后每年是于十四日“送纸”。建国后，此俗渐废。

那么，米粒是怎样被扩大的呢？

我们知道，密封在容器中的气体，都有一个特别的脾气：温度增高，压强就增大。给爆米机加热的时候，密封在罐里的空气的压强逐

渐增大；同时，装在里面的大米逐渐被加热，贮存在米里的水分也逐渐蒸发出来，聚积在铁罐内。罐的温度不断升高，罐内的气压越来越大，这种高压阻止米中水分继续蒸发，使残存在米中的水分也逐渐升温升压，一个个米粒象憋足了气的小气球，只因为受到罐内气压的约束，它们才不能爆开。当罐内气压升高到2—3个大气压的时候（这从气压表上可以看出），便停止加热。这时，爆米花的师傅拿一条长布袋套在爆米机的口上，然后打开盖子。说时迟，那时快，在一声巨响中，大米喷到布袋里了。高温高压的米粒突然进入气压较低的环境中，憋在米粒中的高温高压水分，失去了约束力，便急骤膨胀，使米粒迅速胀大，变成了爆米花。

透过爆米花，使我们看到了“高温高压”的巨大力量。节日的焰火、鞭炮，工地上的爆破，工厂里的蒸汽锤，大力士蒸汽火车头……它们那种有声有色的表演，都是“高温高压”导演出来的。随着科学技术的发展，它已成为生产上的强大动力。

第五讲 鸡蛋中的物理

在物理教学中，教师有意识地引导学生联系生活实际，分析物理现象，这样不仅能激发学生的学习兴趣，而且能加深学生对物理知识的理解。本文介绍一组与日常生活中的鸡蛋有关的物理实验。

一、热胀冷缩的性质

实验 把煮熟捞起的蛋立刻浸入冷水中待完全冷却后，再捞上来剥落比不放入冷水中直接剥要容易多。

分析 蛋刚浸入冷水中，蛋壳直接遇冷收缩，而蛋向温度下降不大，收缩也较小，蛋壳和蛋白相比主要蛋壳在收缩、冷却过程中，蛋白收缩率比蛋壳大，收缩程度更明显容易造成蛋白蛋有相互脱离，剥蛋壳就更方便了。

二、液体蒸发吸热

实验 把刚煮熟的鸡蛋从锅内捞起来，直接用手拿时，虽然较烫，但还可以忍受过一会儿，当蛋壳上的水干了后，感到比刚捞上时烫。

分析 因为刚捞上来的蛋壳上附着一层水，开始时，水蒸发吸热，使蛋壳的温度下降，所以并不觉得烫经过一段时间，水蒸发完了。由蛋内部传递出的热量使蛋壳的温度重新升高，所以感到更烫手。

三、验证大气压的存在

实验 如图1所示，选一只口径略小于鸡蛋的瓶子，在瓶底铺上一层沙千。点燃一团浸过酒糟的棉花投入瓶内，接着把一只剥了壳的熟鸡蛋堵住瓶口。火焰熄灭后，蛋被瓶子存入了瓶肚中

分析 浸过酒精的棉花燃烧使瓶内气体受热膨胀，部分空气被排出。同时棉花燃烧也消耗了部分空气。当蛋堵住瓶口，火焰熄灭后，

瓶内气体由于温度下降，压强变小，低于瓶外的大气压。在大气压的作用下，有一定弹性的熟鸡蛋被压入瓶内。

四、浮沉现象

实验 把一只鸡蛋，浸没在一只装有清水的大口径玻璃杯中。松开手后，发现鸡蛋缓缓沉入杯底，如图2（a），捞出鸡蛋往清水中加入食盐，调制成浓度较高的盐水，再把鸡蛋浸没在盐溶液中，松开手，鸡蛋却缓缓上浮，如图2（b）。

分析 物体的浮沉情况取决于所受的重力和浮力的大小关系。因为蛋的密度略微比清水的密度大，当蛋浸入清水中，鸡蛋受到的重力大于浮力，所以蛋将下沉。当鸡蛋浸没在盐水中时，由于盐水的密度比鸡蛋的密度大，所受的重力小于浮力，所以蛋将上浮。

五、惯性现象

如图3，用手指突然弹击硬纸片，鸡蛋却不会随纸片一起飞出。 分析硬纸片虽然被弹出去，但鸡蛋由于惯性还要保持原来的静止状态。所以鸡蛋不会随纸片一起飞出，鸡蛋会落入杯中。

六、分子运动现象

实验 外壳完好的蛋，放入食盐水中腌制一段时间，可以制成咸蛋。蛋壳虽然完好，但内部的蛋黄都变咸了。

分析 因为物质的分子间存在间隙，而且分子不停地做无规则运动，所以食盐分子扩散到蛋黄和蛋清中，使整个蛋黄也变咸。

第六讲 怎么煮饺子？

北方人都爱吃水饺，常言道：“好吃不如饺子。”但是，饺子有羊肉饺子、猪肉饺子、三鲜饺子…… 这里怎么还有“物理”饺子？所谓“物理”饺子，意思是说煮饺子并不是容易的事。火轻煮不熟，火重饺子都破了，这里边还真有一些学问，实际是一些物理原理的运用。 煮饺子时，有经验的“美食家”都是水沸腾后才把一定数量的饺子下到锅里，并且边让饺子下锅，边用勺子轻轻在锅底推动沉下的饺子（重力大于浮力，饺子下沉），水不再沸腾；等到水重新沸腾后，看到饺子个个饱满，而且浮到水面（浮力大于重力，饺子上浮），部分饺子悬浮在水中（浮力等于重力，饺子悬浮），再加点儿凉水，再煮一会儿，就捞出来，断定已经煮熟，可以享用了。这是为什么呢？ 从物理学的观点看，包饺子的面从生到熟，密度由大变小，熟饺子的体积要比生饺子的体积大，原因是包饺子的时候，将空气和馅一起包到饺子里，这些空气封闭在饺子里出不来，生饺子放到锅里后，受热后使饺子里的空气体积膨胀。因此，生饺子下锅后，饺子的重力大于浮力，饺子沉在锅的底部，煮熟的饺子，浮力大于饺子的重力，饺子上浮到水面。所以，煮饺子也有“很深”的物理学问。

捞到盘里或碗里的饺子，马上又变小了。这正好是出锅后，室内温度变低，饺子遇冷，里边的空气又收缩，使饺子又变小了。

第七讲 开水不响，响水不开

生活中大家可能都有这样的体会：烧开水时，水开前响声较水开后响。为什么“开水不响，响水不开”呢？注意观察一下就会发现：水中没有出现气泡时，是听不到响声的，而气泡的产生就会伴随着响声的出现。由此可见，烧开水时发出响声与水中气泡的产生是密不可分的。要揭开“开水不响，响水不开”之谜就要从气泡身上找原因。

原因之一：气泡的产生过程对响声大小的影响

水中溶有少量空气，容器壁的表面小空穴中也吸附着空气，这些小气泡起气化核的作用。水对空气的溶解度及器壁对空气的吸附量随温度的升高而减少。当水被加热时，气泡首先在容器壁上生成。气泡生成之后，气泡内部的容器壁部分实际上是处于“干烧”状态，而气泡边缘与干烧部分之间处于激烈的汽化过程。由于水继续被加热，这个过程中不断地向小气泡内蒸发水蒸汽，使泡内的压强不断增大，结果使气泡的体积不断膨胀，气泡所受的浮力也随之增大。当气泡所受的浮力大到一定程度时，便离开器壁开始上浮，整个过程的声音就象往

烧红的铁上倒水一样，试想一下：无数个这样的剧烈汽化响声汇合在一起会产生什么样的声音？

响声是由于气泡的产生而出现的，更重要的是：沸腾后，气泡会迅速上浮，这种剧烈汽化过程的时间要比沸腾前要短，响声自然就小了。

原因之二：气泡上浮过程中的变化对响声大小的影响

在沸腾前，容器里各水层的温度不同，容器壁附近水层的温度较高，水面附近的温度较低。气泡在上升过程中不仅泡内空气压强随水温的降低而降低，泡内有一部分水蒸汽凝结成饱和蒸汽，压强也在减小，而外界压强基本不变，此时，泡外压强大于内压强，于是，上浮的气泡在上升过程中体积将缩小。在继续加热的过程中，气泡产生和膨胀就越来越多，越来越大，但当气泡上升到温度较低的地方时，气泡中的水蒸气又要凝结成水，体积又逐渐地减小。那么在这样的过程中，随着温度的升高，气泡的体积一会儿膨胀一会儿缩小，又不断的上浮，在水的中、上部会产生一种振动，当水温接近沸点时，有大量的气泡涌现，接连不断地上升，并迅速地由大变小，使水剧烈振荡，产生较大的响声。

在水的温度达到沸腾的温度时，由于对流和气泡不断地将热能带至中、上层，使整个容器的水温趋于一致。水的内部急剧汽化，气泡内水蒸气达到饱和，密度大气压高，在上升过程中其体积不仅不会缩小，而且还继续增大。这时气泡所受的浮力也在它上升过程中增大，

气泡就由底部一直上升到表面而破裂，放出水蒸气和空气。由于此时气泡上升至水面破裂，对水的振荡减弱，响声自然也就小了。

由此可见，“开水不响，响水不开”是很有物理道理的。

第八讲 饮料瓶在物理实验教学中的应用

生活中有各种各样的废弃塑料饮料瓶，我一直在想怎样才能变废为宝、开发为课程资源，为实验教学“添砖加瓦”，使物理教学体现为“从生活走向物理，从物理走向科技”的新课程理念。同时“一物多用”的典型事例，能够逐步养成学生从多角度、多方位、多层次分析和解决问题的能力，促进创造性思维的发展。在这样思索下，本人在课堂教学中进行了探索，现介绍如下，以其抛砖引玉。 一、对饮料瓶不进行任何技术处理，就可以做如下实验 1．压缩气体体积，气体液化演示

拧开瓶盖，滴入几点乙醚，拧紧瓶盖后，稍待一会，蒸发，乙醚液体不见了。当用手挤压瓶体时，乙醚液体重新出现在瓶壁上。这表明压缩气体体积，气体被液化。 2．碘的升华与凝华演示

拧开瓶盖，用匙加入少些固态碘，拧紧瓶盖后，竖起将含有碘的瓶底，放入烧杯中的沸水里，就会观察到紫色的碘蒸气从瓶底上升，到瓶子的上部后重新凝华成闪闪发光的碘晶体。此时摇动饮料瓶时看到

瓶底的碘仍然是固体，这比用烧瓶在酒精灯上加热出现液态碘的可操作更强。

3．物体的悬浮、上升、下降演示

（1）将几粒茶叶放入饮料瓶中，然后倒入多半瓶热水（不要倒满，留一部分空间，用于调节饮料瓶中的压强），最后旋紧瓶盖。 （2）观察到几粒茶叶中有的漂浮、有的下沉、也有的悬浮。选取一个漂浮的茶叶片为观察对象，用手挤压方形塑料饮料瓶正对的两侧面时，漂浮的茶叶片就会下降，当用力适度时茶叶片就会悬浮在热水中。

（3）若选取一个缓慢下降（或沉在瓶底）的茶叶片为观察对象，用手挤压方形塑料饮料瓶正对的两个棱时，下降的茶叶片就会停止下降（或瓶底的茶叶片上升），当用力适度时此茶叶片也会悬殊浮在水中。

实验原理：方形塑料饮料瓶挤压正对两侧面时，瓶的容积变小，内部压强增大，茶叶中浸入一些水而重力变大，当茶叶的重力等于浮力时就悬浮。当挤压方形塑料饮料瓶正对的两个棱时，瓶子的容积增大（数学证明略去），瓶内压强减小，浸入茶叶中的水分量减小，当茶叶的重力等于浮力时也会悬浮。 4．演示气体、液体分子之间有间隔

将空饮料瓶的瓶盖拧紧后，用手握住用力挤压，观察到瓶子发生的形变，体积减小，说明气体分子之间有间隔。将饮料瓶中盛满水，再拧紧瓶盖后，也用手握住使劲挤压，会观察到瓶子发生很小的形变，

体积也减小，说明液体分子之间也有间隔。通过两次挤压后观察到形变的程度不同，说明了气体分子之间比液体分子之间间隔大。 5．演示光的直射、反射、折射现象

在一个比较粗一些的饮料瓶中充满香烟（或是卫生香）的烟雾，拧紧瓶盖，制成了显示光路器（能多个班级重复使用）。用激光笔从瓶底照向瓶口，能清晰地显示光在同一种物质中沿直线传播。若将瓶底放在平面镜上，用激光笔从侧面照向瓶底的平面镜照射时，会清晰地观察到入射光线和反射光线，给学生留下深刻的反射现象的表象。若一半是盛有未澄清的石灰水，一半是烟雾时，从侧面向石灰水面照射时，会清晰地观察到光的入射光线和折射光线。

6．分子不停地做无规则运动

将饮料瓶中滴入几滴酚酞试液，拧紧瓶盖后，上下倒置并旋转饮料瓶子，使管壁上涂有一层无色酚酞试液。然后，将瓶盖拧开后，在瓶盖里滴上两滴酚酞试液，并把饮料瓶倒置后，拧紧瓶盖，2秒钟后观察到饮料瓶内的氨分子与酚酞反应，从瓶口外开始逐渐向上变红，表明氨分子不停地做无规则运动。特点：饮料瓶由无色变成红色，色彩鲜艳，能激发求知欲望，而且不污染环境。

7．证明大气压存在的演示

方法a：拧开塑料饮料瓶的瓶盖后，用打火机点燃浸过酒精的棉花团，用镊子放入塑料饮料瓶中，随即旋紧瓶口，火熄灭片刻后，塑料饮料瓶就发生明显的变形，同时有喀喀声音的出现。这是棉花团在瓶内燃烧，消耗氧气，体积膨胀又溢出，封口冷却后，瓶内气压减小，

外界大气压把瓶压变形了。松开瓶盖后，空气进入内外气压平衡，在弹力的作用下，瓶身恢复了原样。

方法b：饮料瓶中盛满水，用一硬纸片（或塑片）挡住瓶口后，用手支撑着倒立过来，松手后，所挡的硬纸片掉不下来。再缓慢地使饮料瓶在竖直面转动360度，硬纸片也倒不下来的，从而形象生动地证明大气压的存在。

方法c：将饮料瓶用手挤压使它发生形变，让瓶内的气体被排出一部分后，把瓶口与自己的脸（或吹起的玩具气球上）上相接触，松手后，饮料瓶子就被“沾”在脸上了。这是饮料瓶瓶身的向外弹力作用下体积增大，内部压强减小，瓶外的大气压使饮料瓶“压”在人脸（或吹起的玩具气球上）上了。

方法d ：如图所示，饮料瓶中盛满水，用带有较长（1．6～1．8m）橡胶管的塞子塞紧瓶口，将饮料瓶子倒立进过来，瓶中的水从橡胶管中流入容器中，随着水流入容器的增多，饮料瓶就发生形变，同时有声音的出现。这是由于瓶内水的流出使瓶内气压减小，外界大气压作用在瓶子上的缘故。

方法e：将饮料瓶拧开瓶盖后，用手按入水槽中使瓶中充满水，然后把饮料瓶倒立在水槽中，慢慢提起，直至瓶口不离开水面为止，液面不下降（并与托里拆利实验对比，使学生感悟出，当时托里拆利实验为什么用水银做实验），从而说明大气压强的存在。

8．演示空气振动产生声音及音调变化

方法a：在几个饮料瓶中盛入不同深度的水，将瓶口移至嘴边吹气，可以听到不同音调的声音产生。空气柱越短的，音调越高，反之，空气柱越长，音调越低。

方法b：在饮料瓶中盛入小部分水，用手握住后，将饮料瓶口移到嘴边、吹气，学生会听到一种音调的声音。若一边吹气，一边用手挤压饮料瓶水面升高时，学生又会听见不同音调的声音。

二、若对饮料瓶进行稍稍加工就会产生了“多功能瓶”

改进一：把自行车内袋上具有单向导气的气门芯，固定在瓶的盖上，这样就制成了可作如下实验：

1．演示空气有浮力

人类长时间生活在空气中，对空气的浮力适应，感受不到有浮力的存在，有下面的实验，使学生直观体会到空气中的物体有浮力。用打气筒给多功能瓶充气，然后气球套紧在气门芯上，并用线系好。放在天平上使天平平衡，将套在气球内的螺丝帽松动，使气球膨胀，天平左端上升。在左端质量不变的情况下，左端上升是体积大浮力变大的缘故。

2．演示空气有质量

空气有质量的直观表象是理解大气压强的关键，在新教材中没有编排这一实验，学生觉察不到大气有质量，因此，我们增加了该实验，天平调平后，将“多功能瓶”放在天平左盘上，右盘加砝码使天平平衡；然后用打气筒往“多功能瓶”中充8～9次后，再放在天平左盘上，发

现左盘迅速下降，要使用天平再平衡，需要往右盘加1g多的砝码，这表明空气有质量。 3.演示对外做功内能减少

打开瓶盖、滴入几滴乙醚，拧紧瓶盖，在用打气筒充气后，看见瓶内的乙醚蒸发透明，然后慢慢松开瓶盖，同学们会看见瓶内出现了“白气”，这表明气体对外做功，气体的内能减小，温度降底而使乙醚液化的原因。 4．演示反冲运动

用打气筒往“多功能瓶”中充10～15次的空气后，将充足空气的多功能瓶放在水池中的水面上，然后旋松气门芯的螺丝，使气体放出，会观察到多功能饮料瓶，在水面上快速地前进着。

改进二：在饮料瓶上从上向下用针扎三个等距离的小孔可做如下实验． 1．大气压的存在

饮料瓶中盛满水，拧紧瓶盖后，放在水平桌面上。用锥子在周围扎一些小眼（直径小于3mm），水并未流出，这是瓶内水产生的压强，小于外界大气压的缘故；当用手拧松瓶盖时，瓶内的水与大气压产生的压强之和大于瓶外的大气压，因此水就从所扎的小眼向外喷射出来，形成美丽的水帘。

2．液体的压强随深度的增加而增大

将带有三孔的饮料瓶，用手按入水中充满水后，不盖瓶盖时，从水中提出水面来，可观察到不同深度的水射程不同，从而说明液体的压强，随着深度的增加而增大。 3．演示失重和超重

将带有三孔的饮料瓶，用手按入水中充满水，拧紧瓶盖后，从水中提出来（水不溢出，是大气压的作用）。然后打开瓶盖，水从小孔射出，将饮料瓶提高位置，松手使饮料瓶自由下落，小孔中没有水射出。当瓶子落至地面前，用手接住，这时水又从小孔射出来。再竖直上抛时，也会观察到水不溢出。再下落时，又会看到没有水从小孔射出。这是因为当自由下落时，水受到的重力全部用作自由落体加速度g，不产生附加压强，完全“失重”了。而竖直上抛时，作减速上升的运动时，负加速度也是重力产生的，也“失重”了。

4．演示帕斯卡定律

将带有三孔的饮料瓶，用手按入水中充满水，拧紧瓶盖后，用手挤压饮料瓶，会观察到从三个孔中射出来的射程是一样的。从而说明加在密闭液体上的压强，能够按着原来的大小不变地传递。 通过以上几例，我们做如下思索：设计简单教具，不是老、少、边、穷地方取代国拔教具的简单替代，而是低成本实验的真正魅力所在，那就是成本低智慧不低，成本低价值不低，这也是开发高智慧、高教育价值的重要研究课题。

第三篇 生活中的物理小故事

巧立竹筷

如图1所示，找一个大碗，在碗中加入大半碗的水，手握三根竹筷，使他们成品字形并在一起，将其一端立于碗中，待一会儿，松开手，竹筷不会倒下来。

这是因为并在一起的三根竹筷，在相并处形成狭缝，好像毛细管，由于毛细管的作用，水会浸润竹筷，同时沿着竹筒上升，此时竹筷被水粘成一体，在三根竹筷与碗底的接触处有三个支点，把这三点两两相连，围成一个支面，当竹筷直立时，竹筷的重力作用线便通过支持面，所以竹筷会稳定地直立起来。

金碗不如木碗好

传说，有个国王要给臣民们赐发鸡汤，并宣布：谁喝得最快，谁对国王最忠。不同地位的人喝汤，用的碗不一样：皇族用金碗，大臣用银碗，卫士用铁碗，随从用木碗。

赐汤的时辰到了，众人跪下，厨师为每个人都盛满了一碗热汤。主事人一声令下，大家开始喝汤。皇族、大臣和卫士们个个心急如火，巴不得端起碗，一口把鸡汤喝下去，但是他们一摸到碗，立即就被烫得把手缩回去。随从们却不慌不忙地端起碗，最先把汤喝完了。

为什么随从能端起碗，先把鸡场喝完呢？为了回答这一问题，让我们先作一个实验。

取形态完全相同的三根筷子，一根是木质的，一根是铜的，一根是铁的。在它们上端侧面用猪油各粘住一粒黄豆，粘好后把筷子的下端放在玻璃杯里，再向杯里倒入适量的开水，注意不要让木质筷子离开杯底。这样你就会看到：铜筷子上的黄豆很快就掉了下来；再过片刻，铁筷子上的黄豆也掉了下来；而木筷子上的黄豆却不掉下来。 这个实验说明，不同的物质传导热的本领是不同的。人们把善于传导热的物体叫做热的良导体，把不善于传导热的物体叫做热的不良导体。科学家通过大量实验证明，金属是热的良导体，其中银和铜的导热本领最强。石头、陶瓷、玻璃、木材、皮革、棉花等是热的不良导体。正因如此，当皇族、大臣和卫士用的金属碗还烫得不能用手端的时候，随从却能端起不烫手的木碗，不慌不忙地喝鸡汤了。

江河大堤与水库大坝

一般江河大堤和水库大坝的横截面如图1甲、乙所示．

图1

比较上面两图，不难发现，它们的共同之处都是上窄下宽，不同的是江河堤的迎水面坡度缓，背水面坡度陡，而水库坝则恰恰相反，挡水面坡度陡，背水面坡度缓．

一、为什么江河大提与水库大坝都修成上窄下宽

无论是江河大堤，还是水库大坝都修成上窄下宽，其目的主要是为了“三防”． 1.防水压

根据液体内部压强公式ｐ＝ρｇｈ可知，堤坝内的水越靠近堤坝底，水深ｈ越大，水产生的压强也越大．堤坝下宽能承受较大的水压，确保堤坝的安全． 2.防渗漏

堤坝下部受水的压强越大，水越容易渗进坝体．把下部修得宽些，就可以延长堤坝内水的渗透路径，增大渗透阻力，从而提高堤坝的防渗透性能． 3．防滑动

堤坝内水的压力总有将大堤向外水平推动和将大坝推向下游的运动趋势，堤坝基底需要有与之抗衡的静摩擦力，才能保持堤坝平衡．将堤坝下部修宽既可增大坝体的重力，也可增大迎水面（挡水面）上水对坝体竖直向下的压力，因此，可以增强坝体与坝基间的最大静摩擦力，达到防止堤坝滑动的目的．

二、为什么江河大堤和水库大坝两边的坡度陡缓状况修得恰恰相反 对于两岸拦水的大堤来说，奔腾的江河水的冲击力方向朝下游，水对堤坝的作用力主要是压力，如图2甲、乙所示，水的压力垂直于堤面，根据力的分解知识有，Ｆｘ＝Ｆｓｉｎθ，Ｆｙ＝Ｆｃｏｓθ，因此，对于同样大小的水的压力Ｆ，坡度平缓的堤面所受横向水平压力较小，即Ｆｘ＜Ｆｘ′；所受竖直向下的压力较大，即Ｆｙ＞Ｆｙ′．所以对于江河大堤，迎水面坡度缓，水对大堤水平向外的推力Ｆｘ小．同时竖直向下的力Ｆｙ大，有利于增大堤坝基底与堤坝的静摩擦力，即可以防滑．

图2 图3

对于水库大坝受力分析，如图3所示，根据液体压强公式ｐ＝ρｇｈ，水库大坝的挡水面各处承受的压强跟水深成正比，． 由此可见，在不增加建设大堤和大坝的土石方，用料及造价相同的前提下，迎水面比背水面缓的江河大堤更牢固，挡水面比背水面陡的水库大坝更稳定．

飞鸟就会击落一架飞机

我们知道，运动是相对的。当鸟儿与飞机相对而行时，虽然鸟儿的速度不是很大，但是飞机的飞行速度很大，这样对于飞机来说，鸟儿的速度就很大。速度越大，撞击的力量就越大。

比如一只0.45千克的鸟，撞在速度为每小时80千米的飞机上时，就会产生1500牛顿的力，要是撞在速度为每小时960千米的飞机上，那就要产生21.6万牛顿的力。如果是一只1.8千克的鸟撞在速度为每小时 700千米的飞机上，产生的冲击力比炮弹的冲击力还要大。所以浑身是肉的鸟儿也能变成击落飞机的“炮弹”。

1962年11月，赫赫有名的“子爵号”飞机正在美国马里兰州伊利奥特市上空平稳地飞行，突然一声巨响，飞机从高空栽了下来。事后发现酿成这场空中悲剧的罪魁就是一只在空中慢慢翱翔的天鹅。 在我国也发生过类似的事情。1991年10月6日，海南海口市乐东机场，海军航空兵的一架“014号 ”飞机刚腾空而起，突然，“砰”的一声巨响，机体猛然一颤，飞行员发现左前三角挡风玻璃完全破碎，令人庆幸的是，飞行员凭着顽强的意志和娴熟的技术终于使飞机降落在跑道上，追究原因还是一只迎面飞来的小鸟。

瞬间的碰撞会产生巨大冲击力的事例，不只发生在鸟与飞机之间，也可以发生在鸡与汽车之间。

如果一只 1.5千克的鸡与速度为每小时54千米的汽车相撞时产生的力有2800多牛顿。一次，一位汽车司机开车行使在乡间公路上，突然，一只母鸡受惊，猛然在车前跳起，结果冲破汽车前窗，一头撞

进驾驶室，并使司机受了伤，可以说，汽车司机没被母鸡撞死真算幸运。

为什么肥皂泡总先上升后下降

日常生活中，我们常看到一些小朋友吹肥皂泡，一个个小肥皂泡从吸管中飞出，在阳光的照耀下，发出美丽的色彩。此时，小朋友们沉浸在欢乐和幸福之中，我们大人也常希望肥皂泡能飘浮于空中，形成一道美丽的风景。但我们常常是看到肥皂泡开始时上升，随后便下降，这是为什么呢?

这个过程和现象，我们只要留心想一下，就会发现，它其中包含着丰富的物理知识。在开始的时候，肥皂泡里是从嘴里吹出的热空气，肥皂膜把它与外界隔开，形成里外两个区域，里面的热空气温度大于外部空气的温度。此时，肥皂泡内气体的密度小于外部空气的密度，根据阿基米德原理可知，此时肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力，因此它会上升。这个过程就跟热气球的原理是一样的。

随着上升过程的开始和时间的推移，肥皂泡内、外气体发生热交换，内部气体温度下降，因热胀冷缩，肥皂泡体积逐步减小，它受到的外界空气的浮力也会逐步变小，而其受到的重力不变，这样，当重力大于浮力时，肥皂泡就会下降。

人体与大气压强

人体与大气有着不可分离的密切关系，这不仅是由于人体需要呼吸和调节体温。大气对于人体还有一种不易被人察觉到的作用----大气的压力。一名优秀的游泳运动员，在几分钟内不呼吸还不成问题，但如果没有大气压力，恐怕连几秒钟也生存不了。

一般认为，标准的大气压是每平方厘米1.0336公斤。一个成年人的人体总共要受到12-15吨的大气压力。但是由于大气压强总是从各个不同的方向作用与同一点的，并且大小相同，每两个大小相同的压力便相互抵消，所以人体才感觉不到那么大的压力，但它是实实在在存在着的。

就拿呼吸来说，当吸气中枢兴奋时，通过膈神经使胸腔和腹腔之间的横膈肌肉收缩，胸腔容积扩大，肺气泡也跟着扩大，使其中的气压下降，并低于外部大气压。于是外界空气在大气压的作用下，从鼻孔和嘴流进肺部，进入肺气泡。呼气的情况正好相反，由于胸腔容积缩小，肺内空气收缩，内部压强大于外部，气体便从肺里呼出来。 在雷雨之前，由于气压的下降，人们常会出现胸闷、头昏和情绪烦躁等症状。另外，在人体的股骨和髋骨之间有一个没有大气的空腔，空腔内不存在向外的作用力，于是股骨就靠外部大气压紧紧地压在身体上，使我们抬起腿走路不觉得费力，行走自如。

惯性故事——萨尔维阿蒂的大船

经典物理学是从否定亚里士多德的时空观开始的。当时曾有过一场激烈的争论。赞成哥白尼学说的人主张地球在运动，维护亚里土多德----托勒密体系的人则主张地静说。地静派有一条反对地动说的强硬理由：如果地球是在高速地运动，为什么在地面上的人一点也感觉不出来呢？这的确是不能回避的一个问题。

1632年，伽利略出版了他的名著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。书中那位地动派的“萨尔维蒂”(图4-1)对上述问题给了一个彻底的回答。他说：“把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里，让你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫，舱内放一只大水碗，其中有几条鱼。然后，挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里。船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向舱内各方向飞行，鱼向各个方向随便游动，水滴滴进下面的罐中，你把任何东西

扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不必比另一方向用更多的力。你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相等。当你仔细地观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速，也不忽左忽右地摆动，你将发现。所有上述现象丝毫没有变化。你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动。即使船运动得相当快，在跳跃时，你将和以前一样，在船底板上跳过相同的距离，你跳向船尾也不会比跳向船头来得远。虽然你跳到空中时，脚下的船底板向着你跳的相反方向移动。你把不论什么东西扔给你的同伴时，不论他是在船头还是在船尾，只要你自己站在对面，你也并不

需要用更多的力。水滴将象先前一样，滴进下面的罐子，一滴也不会滴向船尾。虽然水滴在空中时，船已行驶了许多柞。鱼在水中游向水碗前部所用的力并不比游向水碗后部来得大；它们一样悠闲地游向放在水碗边缘任何地方的食饵。最后，蝴蝶和苍蝇继续随便地到处飞行。它们也决不会向船尾集中，并不因为它们可能长时间留在空中，脱离开了船的运动，为赶上船的运动而显出累的样子。”

萨尔维阿蒂的大船道出了一条极为重要的真理，即：从船中发生的任何一种现象，你是无法判断船究竟是在运动还是在停着不动。现在称这个论断为伽利略相对性原理。

用现代的语言来说，萨尔维阿蒂的大船就是一种所谓惯性参考系。就是说，以不同的匀速运动着而又不忽左忽右摆动的船都是惯性参考系。在一个惯性系中能看到的种种现象，在另一个惯性参考系中必定也能无任何差别地看到。亦即，所有惯性参考系都是平权的、等价的。我们不可能判断哪个惯性参考系是处于绝对静止状态，哪一个又是绝对运动的。

伽利略相对性原理不仅从根本上否定了地静派对地动说的非难，而且也否定了绝对空间观念(至少在惯性运动范围内)。所以，在从经典力学到相对论的过渡中，许多经典力学的观念都要加以改变，唯独伽利略相对性原理却不仅不需要加以任何修正，而且成了狭义相对论的两条基本原理之一。

电灯泡为什么呈梨形?

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℃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，着在灯泡的颈部，便可保持玻璃透明，使灯泡亮度不受影响。

运动中汽车要保持车距

前后行驶的车辆之间要保持一定的距离，距离的多少要根据汽车行驶速度、驾驶员的反应时间、汽车的制动功能、路面情况而定。 反应时间就是驾驶员看到情况后做出反应，并产生操作的时间，与驾驶员的身体状况、注意力集中程度有关。

制动功能与汽车本身性能有关，还有受到路面情况的影响。千万不可忽视汽车会临时出现故障。

路面情况要考虑雨天、下雪天、结冰、沙石、稻草等影响，有这些情况时，路面的摩擦力减小，制动的距离会大大增长。

蚂蚁从高处落下来为什么摔不死?

众所周知，人从楼上掉下摔不死也会摔成重伤，可是蚂蚁从高处落下却会安然无恙，你知道其中的密秘吗？

原来是这样：物体在空气中运动时会受到空气的阻力，其阻力的大小与物体和空气接触的表面积大小有关。越小的物体其表面积大小和重力大小的比值越大，即阻力越容易和重力相平衡，从而不致于下降的速度越来越大，也就是说微小的物体可以在空气中以很小的速度下落，所以蚂蚁落地时速度很小，不致于摔死。

我们还可以设想一种方法使蚂蚁摔死：把蚂蚁放在一根真空的长玻璃管中。当蚂蚁在这种管子中下落时，因为没有空气阻力，如果管子足够长，蚂议就有可能摔死。

为什么旋转球不走直线

罚点球的队员把球踢出去后，对方守门员朝着来球的方向扑去，但是球在半途中改变了方向，绕过守门员射进了球门，球场上响起了一片喝采声……

这种被解说员称为“香蕉球”的射门技巧是由于射出的球高速旋转而形成的，但为什么旋转的球体就不走直线了呢？这就要用空气动力学中一条重要结论来解释了。这条结论简述为：物体在流体中运动，它周围的流体相对它流速越大处压强就越小，当球如图所示的方向旋转着前进时，球的左侧面的气流相对球面来说流动速度较小，这时球

左侧的压强大于右侧，则球受了一个向右的力，所以球从对方大门右侧射入。

流体力学的这条规律有多种应用，如飞机机翼的断面设计成上凸下平、喷雾器插在药液中的细管等。

跳高时为什么要助跑

在体育比赛中，跳远的运动员选择较长的助跑距离，而跳高运动员的助跑距离则要短得多。如果选择较长的助跑距离，是否就跳不高呢？

跳高运动员能腾起越过横杆，靠的是助跑的惯性和起跳蹬地的支撑反作用力。由于惯性，运动方向是水平向前的，而支撑反作用力是垂直（或近似垂直）向上的，所以起跳后的身体重心沿着一个抛物线轨迹运动。这个抛物线轨迹的高度，取决于起跳时腾起初速度和腾起角的大小，也就是说，腾起初速度和腾起角是增加跳高高度的关键。一般说来，应该尽可能增大这两项数值。最大腾起角为90度。然而，由于跳高不是单纯的垂直向上运动， 越过横杆还必须有一个向前的力量；再则，还须充分利用水平速度来增大腾起初速度，因此，腾起角应小于90度。至于腾起初速度 ，则和运动员的素质和技术的熟练程度密切相关。腾起初速度越大，跳得就越高。当腾起角一定时，腾起初速度是起决定作用的。

牛顿的苹果树还活着吗

英国科学巨匠牛顿目睹苹果从树上坠落而产生有关万有引力的灵感，是科学史上的一个美丽传奇。这棵著名的苹果树1820年被一场暴风雨刮翻后，大多数牛顿研究学者认为它早已消失于历史的烟尘中。但英国约克大学的基辛博士最近提出新论，他认为“牛顿的苹果树”很可能依然在它原先的地点老树发新枝，继续生长。

这棵苹果树被刮倒后被劈砍成数截，其中一些插条还被其他国家的著名大学拿回去小心翼翼地扦插栽培。但苹果树本身一般认为已不复存在。在今天的伍尔斯索普庄园中，依然存活着一些苹果树，但通常认为不过是那棵“牛顿的苹果树”的后代子孙。

基辛博士认为“牛顿的苹果树”依然存活的主要依据是偶然获得的伍尔斯索普庄园保留下的一张18世纪素描。草图上描绘了在被暴风雨刮倒之前，“牛顿的苹果树”当年所处的地点和周围环境，基辛博士“按图索驻”来到画中所描绘的现实地点后，惊奇地发现了与图中非常相似的一棵苹果树。这棵树不仅与图中区别不大，而且还抽出新芽。

基辛博士据此认为，当初的那棵苹果树被刮倒后其主要树干仍保存下来，并重新生根发芽。最新一期《当代物理学杂志》发表了基辛

博士的分析成果，另外他已将新发现的苹果树部分样品送交英国牛津大学进行碳成分年代测定。一旦属实，这棵苹果树应该已持续生长350多年。

专家认为，由于大多数苹果树都活不过百年，因此如果基辛理论成立，那么“牛顿的苹果树”很可能是通过自我嫁接方式生长出一套全新的树根系统而一直生存下来的。

纳米技术及应用

纳米(nanometer):长度单位的一种，1纳米=10-9米，即十亿分之一米。大约相当于头发粗细的八万分之一。“nanometer“\"源自拉丁文，意思是\"矮小\"。纳米的确微乎其微，然而纳米构建的世界却

是神奇而宏大的。21世纪，信息科学技术、生命科学技术和纳米科学技术是科学技术发展的主流。人们普遍认为，纳米技术是信息和生命科学技术能够进一步发展的共同基础。纳米技术所带动的技术革命及其对人类的影响，远远超过电子技术。 纳米技术：于细微之处显神奇

纳米技术是在纳米尺度内，通过对物质反应、传输和转变的控制来实现创造新的材料、器件和充分利用它们的特殊的性能，并且探索

在纳米尺度内物质运动的新现象和新规律。由于纳米正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带，被称为纳米世界，也是物理、化学、材料科学、生命科学以及信息科学发展的新领地。纳米材料中包含了若干个原子、分子，使得人们可以在原子层面上进行材料和器件的设计和制备。几十个原子、分子或成千个原子、分子\"组合\"在一起时，表现出既不同于单个原子、分子的性质，也不同于大块物体的性质，这种\"组合\"被称为\"超分子\"或\"人工分子\"。\"超分子\"的性质，如它的熔点、磁性、电容性、导电性、发光性和颜色及水溶性都有重大变化。当\"超分子\"继续长大或以通常的方式聚集成大块材料时，奇特的性质又会失去。通俗来说，纳米材料一方面可以被当作一种\"超分子\"，充分地展现出量子效应；而另一方面它也可以被当作一种非常小的\"宏观物质\"，以至于表现出前所未有的特性。同时，许多化学和生物反应的过程也发生在纳米尺度的层面上，因此探测纳米尺度内物理、化学和生物性质的变化，将加深对生命科学的理解。对由数量不多的电子、原子或分子组成的体系中新规律的认识和如何操纵或组合他们，是当今纳米科学技术的主要问题之一。当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农业等方面。

纳米材料:材料科学领域的前沿

纳米科技发展中，纳米材料是它的前导，因为纳米材料集中体现了小尺寸、复杂结构、高集成度和强相互作用以及高比表面积等现代科学技术发展的特点，其中最应该指出的是纳米材料是将量子力学效应工程化或技术化的最好场合之一，可能会产生全新的物理、化学现象。

现在可以用物理、化学及生物学的方法制备出只包含几百个或儿千个原子、分子的 \"颗粒\"。这些\"颗粒\"的尺寸只有几个纳米，它们很容易与外界的气体、流体甚至固体的原子发生反应，也就是说十分活泼。实验上发现如果将金属铜或铝做成几个纳米的颗粒，一遇到空气就会燃烧，发生爆炸。有人认为用纳米颗粒的粉体做成火箭的固体燃料将会有更大的推力。另外，用纳米金属颗粒粉体做催化剂，可加快化学反应过程，大大地提高化工合成的产率。

如果把金属纳米材料颗粒粉体制成块状金属材料，它会变得十分结实，强度比普通金属高十几倍，同时又可以像橡胶一样富于弹性。人们幻想有一天会使用这样的纳米钢材或纳米铝材制造出汽车、飞机或轮船，使它们的重量减少到原来的1/10。不仅如此，汽车或飞机的发动机由具有塑性的纳米陶瓷材料制成，可在更高的温度下运作，汽车跑得更快，飞机飞得更高。

氧化物纳米颗粒最大的本领是在电场作用下或在光的照射下迅

速改变颜色。平常人们戴的变色镜变色的速度较慢，用纳米材料做成的变色镜就不一样了，变色速度很快，用它做士兵的防护激光镜是再好不过了。用纳米氧化物材料做成广告板，在电、光的作用下会变得更加绚丽多彩。

半导体纳米材料的最大用处是可以发出各种颜色的光，可以做成超小型激光的光源。它还可以吸收太阳光中的光能，把它们直接变成电能，这种技术一旦实现，太阳能汽车、太阳能住宅就会成为现实。利用特种半导体纳米材料使海水淡化已得到应用；半导体纳米材料做成的各种传感器，可灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化，这在汽车尾气和大气环境保护士已得到应用。

目前科学家正在致力于研究的碳纳米管材料，是一种非常独特的材料。它是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状\"纤维\"，内部是空的，外部直径只有几到几十个纳米。这种材料的密度是钢的1/6，而强度却是钢的l00倍。用这样轻而柔软，又非常结实的材料做防弹背心是最好不过的。如果用碳纳米管作绳索，是惟一可以从月球上挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索，如果用它做成地球月球乘人的电梯，人们到月球定居就很容易了。纳米管的细尖极易发射电子，用于做电子枪，可以做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业新的方向。

利用纳米技术还可以以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的材料或自然界不存在的材料，制作生物材料和仿生材料，并能在材料破坏过程中进行纳米级损伤的诊断和修复。

纳米器件：给信息技术带来革命

纳米科技的另一主要研究领域是设计、制备新型纳米结构和纳米器件。就像30年前，微电子器件取代真空电子管器件给信息技术带来革命一样，纳米结构将再次给信息技术带来革命。

把自由运动的电子囚禁在一个小的纳米颗粒内，或者在一根非常细的短金属线内，线的宽度只有几个纳米，会发生十分奇妙的事情。由于颗粒内的电子运动受到限制，原来可以在费米动量以下连续具有任意动量的电子状态，变成只能具有某动量值，也就是电子动量或能量被量子化了。自由电子能量量子化的最直接的结果表现在：当在金属颗粒的两端加上合适电压，金属颗粒导电；而电压不合适时，金属颗粒不导电。这样一来，原来在宏观世界内奉为经典的欧姆定律在纳米世界内就不再成立了。还有一种奇怪的现象，当金属颗粒具有了负电性，它的库仑力足以排斥下一个电子从外电路进入金属颗粒内，从而切断了电流的连续性。这使得人们想到是否可以发展用一个电子来控制的电子器件，即所谓单电子器件。单电子器件的尺寸很小，把它们集成起来做成电脑芯片，电脑的容量和计算速度不知要提高多少

倍。然而，事情可不是人们想像的那么简单。实际上，被囚禁的电子可不那么\"老实\"，按照量子力学的规律，有时它可以穿过\"监狱\"的\"墙壁\"逃逸出来，这会使芯片的动作不可控制，同时还需要新的设计使单电子器件变成集成电路。所以尽管电子器件已经在实验室里得以实现，但是真要用在工业上还需要时间。

被囚禁在小尺寸内的电子的另一种贡献，是会使材料发出强的光。\"量子点列激光器\"或\"级联激光器\"的尺寸极小，但发光的强度很高，用很低的电压就可以驱动它们发生蓝光或绿光，用来读写光盘可使光盘的存贮密度提高几倍。如果用\"囚禁\"原子的小颗粒量子点来存贮数据，制成量子磁盘，存贮度可提高成千上万倍，会给信息存贮的技术带来一场革命。

纳米加工：有待人类显身手

为了研究纳米科学和应用纳米科学的研究成果，首先要能按照人们的意愿在纳米尺度的世界中自由地剪裁、安排材料，这一技术被称为纳米加工技术。实际上，一方面纳米加工技术是纳米材料的重要基础，另一方面纳米加工技术中包含了许多人们尚未认识清楚的纳米科学问题。比如说，在一个粗细为几纳米的孔或线里，原子的扩散就与宏观世界里的扩散大不一样。一般而言，原子运动的自由程为几个微米，在此长度上，原子发生碰撞，进行热扩散器壁的作用可忽略不计，

可在纳米孔或线内，原子的扩散主要是靠与孔壁的碰撞来完成的。再举一个例子，一般认为物体之间相互运动时的摩擦力主要来源于物体表面的不平整性，即物体表面越光滑，它们之间的摩擦力越小。而纳米材料表面越小，相互之间距离很近，以至于两块材料表面上的原子会发生化学键合而产生对相互运动的阻力。因此，在纳米世界里，所有的加工都必须在原子尺寸的层面上考虑。纳米加工技术可以使不同材质的材料集成在一起，它具有芯片的功能，又可以探测到电磁波、光波(包括可见光、红外线、紫外线等)信号，同时还能完成电脑的命令。如果将这一集成器件安装在卫星上，可以使卫星的重量大大地减小，更容易发射，成本也更低。当前人们已经在考虑用\"小鸟\"卫星部分地代替现有的卫星系统。

鸽子是如何认路和判断方向的

较为权威的解释包括敏锐嗅觉说和探测磁场说。如今在经过数十年的调查研究后，科学家证实了鸽子的上喙确实具有一种能够感应磁

场的晶胞，正是这种器官为鸽子的飞行导航。有关这一研究的报告发表在11月25日的《自然》杂志上。

秘密藏在嘴上

最近，科学家在实验室里进行了一系列细致的行为试验后宣布，他们首次明确证明鸽子具有磁性感知能力，就像简易的磁性罗盘，这让鸽子也许还有其他鸟类和海龟一样，是利用地球磁场进行导航的。美国北卡罗莱纳大学的生物学专家卡杜拉.诺拉博士在教堂山艺术科学院说：“关于鸽子能够识途的能力有两种主要的理论：一种是鸽子靠嗅觉找到回家的路；另一种是在它们的脑中有一个磁力图。我们的工作有力地支持了后一种理论。当然，这一理论还需进一步的证明。”

对鸽子的这种研究是诺拉在新西兰的一项博士研究课题，有关这一研究的报告发表在11月25日的《自然》杂志上，研究报告的另几位作者是新西兰奥克兰大学的迈克尔.沃克博士、迈克尔.达维森博士和马丁.韦尔德博士。

美国北卡罗莱纳大学著名的生物学教授肯尼思.罗曼博士说：“这是一项迷人的研究，在这项研究中，诺拉训练了一些能够对磁场作出反应的信鸽。这是一项生物学上的重要新闻，因为，一些人在以前多

年的时间里曾做过10多次试验，但均告失败，诺拉是第一个找到一种行之有效的方法的人。”

试验是这样进行的

诺拉说，在实验中，如果鸽子准确地找到设在隧道一样的房间里的两个平台，它们就会受到食物奖励。在正常的条件下，它们会随便爬到两个平台中的任何一个寻找吃的。但当在放有食物的平台上面和下面都放上马蹄磁铁对它们进行诱导时，这些鸽子就会准确地找到食物。准确率达到75%。这比它们随意寻找食物的准确率要高得多。

在知道了鸽子能够对磁场刺激作出反应后，诺拉下一步要做的是找出鸽子身上像磁场感受器一样的东西究竟在什么部位。

他们先将一小块强磁铁绑在鸽子上喙上，结果这些鸽子找错平台的次数超过了一半。他们再将一块重量相同但没有磁力的黄铜绑在鸽子的喙上时，结果没有什么影响。接着，他们在鸽子的上喙进行局部麻醉以及切断眼三*神经，发现这些都会削弱鸽子探测磁场的能力。但当切断传递嗅觉信息的嗅觉神经时，却并不会削弱鸽子感知磁场的能力。通过这些实验，诺拉相信鸽子的磁场感知能力在鼻子那一带。诺拉说：“在试验中我们知道鸽子具有磁场识别能力。不过，通过各种方法也可以削弱这种能力，现在我们可以说鸽子的磁场感知能力在

鼻子那一带。”

也许答案不止一个

诺拉的研究结果是令人信服的，也就是鸽子是靠地球磁场来识途的。其他研究结果也显示，鸽子识途的方法可能有多种，因为其他科学家也有另外的发现。比如，英国研究人员于今年2月发表了一份研究报告，也声称解开了鸽子辨别归途之谜。他们认为，鸽子认路回家的秘密其实非常简单和直接，像其他鸟类一样，它们经常沿公路、铁路、运河和其他人造航运、航空标志等飞行，最终到达目的地。

这项研究是牛津大学动物学家进行的，他们对归家的鸽子进行了10年之久的研究，在最后的一年半里，他们采用了最先进的全球定位技术，得以跟踪这种飞禽所飞过的路径，误差在1~4米之内。牛津大学动物学系的研究人员说，经过10年多的国际研究，结果发现鸽子似乎并不依赖其与生俱来的辨别方向的本能，而是按照道路系统飞行，这确实使研究人员感到意外。如果作远程飞行或首次飞行，鸽子会利用它们识别方向的天性，根据太阳和星辰辨别方位。但只要飞过一次，鸽子就会按熟悉的路线往回飞，很像人们下班后驱车或步行回家。研究人员说：“有些人可能认为此事微不足道，但对我们来说非常重要，因为这将涉及鸟的记忆结构，以及在鸟的眼里地图是什么样子。”

可是，这一研究结果引起了一些鸟类研究专家的争议，他们坚持认为，鸽子是借助太阳或地磁感应来确定方向飞到目的地的。法兰克福大学飞鸽研究专家威尔兹柯即对牛津大学的研究表示了怀疑。他的研究表明，鸽子利用太阳、地磁场，甚至是嗅觉等各种能力来认路。威尔兹柯说，鸽子喙部带有微小的磁铁粒子，通过它们可以和地磁场产生感应。很显然，威尔兹柯的看法与诺拉等科学家的最新研究结果是一致的。

识途是综合因素的结果

现在科学家比较一致的看法是，包括鸽子等鸟类可以通过本地的地球磁场，来确定自己的绝对位置和相对位置。从地球的两个磁极发出的磁力线，在两极地区是垂直的，到了南北回归线以内的地区，转为平行。在高纬度地区，地球磁力非常强；而在赤道地区，就会弱一些。由于磁力大小和方向的不同，形成了一个个地磁路标。

有大量的证据表明，鸟类可以依据这种地磁路标作为自己的导航系统。鸟类可能是通过眼部视网膜内的色素感知地球磁场的强度和方向的。此外，在上喙处，结晶状的类似磁铁矿的组织，也可以感应到地球磁场。但科学家们表示，这还不是鸟类的全部本领。从上世纪50年代开始，鸟类学家就已经认识到，鸟类将太阳作为罗盘确定方向。

太阳每天从东方升起，一般来说大约每小时运行15度，最后在西方落下。对于这个问题，鸟类绝对是专家。

进一步的研究发现，鸟类确定方向是综合多种线索和感觉的。更为有趣的是，随着环境的变化，鸟类可以非常适宜地调整自己的方向决策系统。例如，鸽子在晴天会用太阳作为罗盘，但是当太阳不可见时，它们就主要参考感应到的地磁信号了。那些在黎明和黄昏时分行动的候鸟，例如知更鸟，很有可能是通过日出和日落时的偏振光来确定方向的。