有趣的物理小故事

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．

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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．

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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．

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