高中物理校本课程《生活中的趣味物理校本课程实施方案》

生活中的趣味物理校本课程实施方案

高一物理 　

生活中的趣味物理校本课程实施方案

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一、课程背景

生活是许多自然规律、社会知识的本源，而知识规律的作用就在于其来源于生活而又作用于生活，进而改变生活。物理作为一门自然科学在这一方面显得尤为重要。物理规律现象可以说处处贯穿于我们的生活中。而长期以来传统教学中关于物理知识的传授都忽略了生活这一环节，以致使许多人认为物理学而无用，因而对生活中的物理现象也就理所当然的视而不见了，从而造成了实际生活与书本知识的脱离，以及探索精神的匮乏。

《生活中的趣味物理》校本课程方案的拟定和课程的开发是以“关注生活，勇于探究，学以致用，促进发展”为宗旨，以生活为对象，以物理探究为方法，积极组织引导全校学生亲近生活，了解生活，探究生活。营造良好的探究学习的氛围，让学生感到物理离我们很近，并会从日常生活中发现知识、发掘知识。

二、课程目标

本课程以课改为载体，坚持“科研兴校”，走探究式学习之路，以“关注生活，勇于探究，学以致用，促进发展”为宗旨，全面落实素质教育，让师生与课改共同成长。具体目标如下：

知识与技能：

1、  使学生带着物理的眼光走进生活，激励同学们认真研究生活，并在研究过程中积累知识，拓展视野，形成务实的探索精神。

2、  让教师在校本课程开发和实施中，发展教研和科研水平，形成一支良好的校本课程开发和实施的教师队伍。

过程与方法：

1、  通过提供信息资源，创设情境，进行课堂教学及课后活动，引导学生认识物理与生活的关系。

2、  掌握探究问题的方法，学会素材收集整理，学会原理分析，提高处理信息的能力和解决问题的能力。

情感与价值观：

积极营造探究学习的氛围，培养学习兴趣。

三、课程内容：

生活中的趣味物理（高一年级，一学期，24课时）

第一章、趣味物理讲座

1、步行者和蒸汽机车的奥秘

2、应该怎样跳下行驶着的车?

3、电磁列车

4、引力有多大？

5、在铁路的弯道处

6、失重现象

7、假如没有摩擦

8、冰棍和冰激凌

9、趣味物理小实验

第二章、科普知识

1. 超声波及其应用

2. 人造地球卫星

3. 示波管

4. 质谱仪

5. 晶体二极管

6. 失重与宇宙开发

7. 恒星的生命历程

8. 雷达

9. 自行车上的力学知识

10. 潮汐产生的原因

11. 日光灯

12. 光圈指数中的规律

13. ABS汽车防抱死装置简介

第三章、我们身边的物理现象

第四章、生活中的物理

四、课程实施

1、实施对象和课时安排

本课程在高一年级开设，将纳入课时计划，保证师资和时间。实施过程中做到计划落实，人员落实，措施落实，要求实施教师精心备课，认真上课，确保达到预期的课程目标。

2、完善课程的管理机制，促进课程的和谐发展

成立校本课程开发领导小组，具体领导组织、协调校本课程的开发与实施。根据课改规划，制定学校校本课程开发方案，建立相关的课程管理制度和工作制度，确保课程有序运行。

3、认真编写《生活中的趣味物理》校本课程教材

按照本校实际情况，根据课程实施方案与细则，组织老师认真撰写课程设计课案，在这基础上编写出奔课程的教材。

4、加强校本课程、校本教材的科学研究。

就这一课程的开发实施，设立相关课题，组织教师参与，以提高课程开发和实施的能力，提高教师的教科研水平。

五、课程评价

加强对校本课程开发和实施的评价，是提高校本课程开发与实施质量的保证。课程评价的目的不仅仅是为了考查学生学习目标的达成度，更是为了检验和改进校本课程的目标和内容，以及学生的学习和教师的教学，改善教学设计，优化教学过程，从而促进学生的发展和课程建设的发展。

1、评价内容：

①对课程本身的评价

在实施过程中，分析评价课程目标、内容、方法的科学性、合理性，以便及时调整。

②对学生的评价

不仅要关注学生课堂上的学习过程，还应重视课外活动中能力的体现，尤其是要关注创新精神和实践能力方面的水平的进步和提高。

③对教师的评价

对教师实施这一课程的态度，水平和绩效的考核评价

2、评价主体：主要采用学生的自我评价，学生间的互评，教师评价多种形式相结合的评价模式。

3、评价方式和办法：把结果评价和过程评价、定性评价和定量评价结合起来。对学生学习的评定，及学分的认定以平时课堂表现+课外活动表现+考试成绩的方法进行测评。

第一章 趣味物理讲座

生活与每个人都息息相关，我们通过本课程的开发实施尽量使同学们能走出枯燥的课本，将知识应用到生活实际当中，达到学以致用的效果。

趣味物理讲座一

步行者和蒸汽机车的奥秘

在实际生活中常有这种情况，作用力与反作用力是施加在同一物体的不同部位的。肌肉的拉力和机车汽缸内蒸汽的压力就是被称为“内力”的例子。这种”内力”的特点是,它能在物体各个部分相互联系的情况下改变物体各部分的相互位置,同时又不会使物体的所有部分产生一个共同的运动。射击的时候火药产生的气体向一个方向作用而将子弹推向前方。同时火药气体的压力又向相反的方向作用而使枪体向后运动。火药气体的压力作为内力不可能使子弹和枪体都向前运动。

可是,既然内力不可能使整个物体位移，那么步行者是怎么行进的呢？机车又是怎样行驶的呢？如果说步行者是在脚和地面的摩擦力作用下行进的，机车是在车轮和铁轨的摩擦力作用下行驶的，这并未答出题的根本。当然，要让步行者和机车运动，摩擦力是不可或缺的，众所周知，在极滑的冰上不能走动，在很滑的铁轨上（比如结冰的铁轨）机车会，打滑气也就是说车轮在转，而机车却还在原地未动。我们在《怎样理解惯性定律》一节中说过，摩擦力能够阻止已有的运动。那么它又是如何帮助步行者和机车运动起来的呢 ？

解释这个奥秘很简单，两个内力同时作用不可能使物体产生运动，因为这两个力只能使物体的各个部分离开或靠拢。但是假如有第二个力平衡或削弱了两个内力中的一个力，情况又会怎样呢？这时候就没有任何东西会妨碍另一个内力推动物体运动了。摩擦力就是这第三个力，它减弱了一个内力并使物体受另一个内力的作用而运动。

假设你站在一个很滑的表面，比如站在冰面上，你想走动起来。你用力想把右脚向前移动，此时你身体各部分之间开始有内力按照作用力与反作用力相等的规律发生作用。这些内力很多，但结果大致是有两个力作用于你的两脚，一个力 F1 推动右脚前移，另一个力 F2 与 FI 大小相等且方向相反，它使左脚向后移动。这些力作用的结果只是使你的两脚移动，一只向前，另一只向后。而你的身体，或者说得更准确些，你身体的重心却仍然停留在原地。假如左脚站在一个粗糙的表面 ( 在脚下的冰 面撒一层沙子 ), 情况就完全不同了。这时作用于左脚的力 F2 被左脚底的摩擦力 F3（完全或部分地）平衡，而作用于右脚的力 FI 推动右脚向前移动，全身的重心也就跟着向前移动。 事实上我们走路的时候，当一只脚前移时它会抬起，这就减小了脚和地板之间的摩擦，同时作用于另一只脚的摩擦力却会阻止这只脚向后滑动。

对于机车来说情况要复杂一些，但是问题也可以归纳为作用于机车主动轮的摩擦力与其中的一个内力相平衡，从而使另一个内力推动机车运动。

趣味物理讲座二

应该怎样跳下行驶着的车?

您向任何人提出这个问题，当然都会得到这样的回答：“根据惯性定律，顺着行驶的方向朝前跳。”您不妨请他更详细地解释一下，为什么这与惯性定律有关。可以想见，您所问的人开始还满有把握地证明自己的想法；旦即使您不打断他的话，他也很快就会疑惑不解地停下来，因为得出的结论反倒是：正因为有惯性，才恰恰应该朝着相反的方向一一逆着行驶的方向朝后跳！

实际上，惯性定律在这里只起次要作用，另有更主要的原因。可是如果忽略了这一点，我们真的就会得出应该朝后跳，而无论如何不应朝前跳的结论。

假如说您必须在车辆行驶时跳下去，这时会发生什么事呢？当我们从行驶中的车辆里跳下时，我们的身体离开车体后，仍然具有车辆的速度（身体因惯性而继续运动），还会迅速向前冲去。我们向前跳出，当然不仅不会抵消这个速度，恰恰相反，还会加大这个速度。

只从这个角度看，应该朝后跳，而根本不应该顺着车辆行驶的方向朝前跳。因为朝后跳时，跳跃所产生的速度会把我们的身体因惯性而具有的速度抵消一部分，因此，接触地面后，使我们的身体前冲跌倒的力量就比较小。

但如果真的不得不从行驶的车辆中跳出时，大家还是都会顺着行驶的方向朝前跳。这确实是最佳方法，而且屡试不爽，所以我们必须坚决劝告读者不要从行驶的车辆中朝后跳，放弃检验其不当之处的企图。

那么，这又是怎么回事呢？

刚才的解释之所以不符合实际，是因为它只说对了问题的一半。其实无论朝前跳，还是朝后跳，在两种情况下我们都有跌倒的危险，因为在双脚着地停止运动的时候，躯体的上部还在运动。这一运动的速度，在朝前跳时甚至比朝后跳时还要大。但最重要的是，朝前跳落下要比朝后跳落下安全得多。朝前跳落下时，我们会习惯性地伸出一只脚（在车速较快时，我们会跑上几步），这样来防止跌倒。这个动作是习惯性的，因为我们终生在行走时都这样做。正如我们从前一节中得知的那样，从力学的观点看，行走就是我们身体的一系列的前倾动作，而伸脚又防止了倾倒。而在朝后跳落下时，双脚就无法做出这种补救性动作，因此这时的危险就大得多。最后，重要的还有，当我们真的朝前跳，落下时还要伸出双臂，摔伤的程度要比以背着地轻得多。

总之，从车里朝前跳较为安全，其原因主要不在于惯性定律，而在于我们自身。很明显，对于无生物来说这一规则并不适用：从车里朝前方扔出的瓶子，在坠地时比朝相反方向扔出更容易打碎。因此，如果您出于某种原因不得不首先扔出行李然后从车里跳出，那就应该把行李朝后扔，而自己则朝前跳。

有经验的人一一电车售票员，铁路查票员一一往往这样跳车：往后跳，但面朝行驶方向。这样做能得到双重好处：降低我们的身体因惯性而获得的速度；此外，又防止背部着地跌倒的危险，因为跳车人是面朝着可能跌倒的方向的。

趣味物理讲座三

电 磁 列 车

在这种电磁铁路上,车厢的重量被电磁铁的吸引抵消了,所以是完全没有重量的。他设计的车厢不是在路轨上,也不是在水面上或天空中运行的,而是在没有任何支撑和接触的情况下悬在无形的,却强劲的磁力线上奔驰的。懂得了这个工作原理,您就不会大惊小怪了。由于它们受不到一丝摩擦，所以一旦运动起来,无需机车牵引就能依靠惯性保持原有的速度来运行。

它的运行是这样实现的。车厢是在一个抽掉了空气的铜制管道中运动的,所以就消除了运动的阻力。车厢底部也产生不了摩擦力,因为车厢己被电磁力悬起,于是在运动时就不同管道壁接触。为此,在全程的管道上面每隔一段距离就得安装一块强力电磁铁,以吸住在管道中运动的铁制车厢,不使它们跌落。磁铁磁力的强度应恰恰能使这些在管道中行驶的列车厢维系在管道的“天花板”和“地板”之间,不能接触其中任何一方。电磁铁把它下面运行的车厢向上吸，车厢却不因此而碰到“天花板”,因为还有重力在向下拉。而未等它在重力的抖动下磁到“地板”,就又被电磁铁吸了上去……就这样,始终处于电磁力控制之中的列车在其空中做波浪式运动，这种运动不受摩擦的阻碍,无需动力的供给,就像在宇宙空间运行的行星一样。

车厢是什么样的呢?它像是雪茄状的大圆筒,每节高90厘米,长25米。当然是密闭的,因为它是在真空中运动的。它和潜水艇一样,内有自动清洁空气的装置。

列车的启动方法也是绝无仅有的：类似于炮弹的发射。真的,可以说它就是“发射”出去的,不过所用的是电磁炮罢了。起动它的车站构造具有螺线管的特性,这种螺线管的导线在有电流通过的时候吸引铁芯。这种吸引异常迅猛,以至在线圈足够长、电流足够强的条件下使铁芯获得极高的速度。在新式磁力铁路线上运行的列车就是靠这种力量发动的。由于管道内没有摩擦力,速度不会减小，靠惯性一直前奔,车站的螺线 管断电后才会停住。

下面是设计者提出的若干细节：

"1911至1913 年间,我在托姆斯克工艺学院的物理实验室用铜管做实验。我在铜管(直径为32厘米)安装上多块电磁铁，在电磁铁下面的支架上放上小车一一那是一节铁管,前后都装有轮子。小车前头有凸出的“鼻子“,它撞到一块用沙袋支起的木板时,小车就会停止。小车重10千克。速度约为6 千米/时。由于房间面积和环形管道长度(这个环形管线、、的直径为 6.5 米 ) 的限制 , 没能完成超过这个速度的实验。但在我完成的原设计中,始发站上的螺线管长度达到了3 俄里(1 俄里等于 1.067 千米 一一译者注 ) 。这样 , 车的速度就很容易达到每小时 800~1000 千米。又因为管道中没有空气 , 车与地板和天花板之间没有摩擦 , 所以它在行驶时 不用消耗任何能量。

尽管制造这套设备 , 特别是其中铜管道的费用很多 , 可是省去了运行 的动力、机务、乘务人员等开销 , 每千米的运营成本不过千分之几到百分之 l至2 戈比 , 而双线每昼夜的运输量 , 仅单向就可达 15000 人或 10000 吨货物。 "

现在莫斯科的多家邮局采用了改造后的上述设装置,用来转运较轻的邮寄品。试行的运送路长120 米,运行速度为30米/秒。这种电磁邮局的构造说明存于列宁格勒公共图书馆,可供读者借阅。

趣味物理讲座四

引 力 有 多 大 ?

法国著名的天文学家阿拉哥写道:“假如不是时时刻刻都有落体现象发生,我们就会倍感惊异了。”我们习惯地认为:地球对地面上的一切物体的吸引是自然而普通的现象。但有人对我们说,物体之间也是互相吸引的,我们就不大信服了,因为在日常生活中并没有见这一种情景呀。

那么为什么万有引力不能经常地在我们的日常环境中表现出来呢？为什么我们觉察不出桌子、西瓜、人体是互相吸引呢？那是因为小物体之间的引力太小了。我举个明显的例子:相隔两米站立的两个人是相互吸引的，不过，这种引力小得很，对中等体重的人只有不到百分之一毫克即两个人彼此等于一个十万分之一的砝码压在天平盘上的力量,这只有用科学实验室的最灵敏的天平才能测量出来。如此小的力当然不能克服我们的脚与地面之间的摩擦力, 使我们迈步。我们如若在木制地板上迈进（脚与地板的摩擦力是体重的30%），需用20千克以上的力。

百分之一毫克的引力与这个力比较起来简直太微小了。1毫克是1克的千分之一,而1克又是1千克的千分之一，这样算来，引力只是我们迈步用力的二十万万分之一！我们平常对地球上的物体之间的相互吸引毫无察觉，难道还有什么可奇怪的吗？

假如没有磨擦，就另当别论了。那时即便很小的引力也可以使物体互相接近。但在百分之一毫克引力下,这种接近的速度应是非常小的。可以算出,在没有摩擦的情况下两个相距两米的人,在第一小时内会彼此相向移动3厘米；在第二小时内会再移动9厘米；在第二小时内再靠近15厘米。他们的移动会不断加快,然而要使两人贴合至少得用5小时。

地球上物体之间的引力，在摩擦力不起阻碍作用时还是可以被察觉到的。挂在线上的重物受到地球引力的作用，因此系它的线向下垂直。如若在这个重物附近有另外硕大重物，那么系它的线就会稍微偏离垂直的方向,其指向是地球引力与另外物体的引力（它很小）的合力的方向。1775 年马斯基林在苏格兰第一次观测到铅锤在大山附近偏离垂直线的现象。当时这位科学家是通过比较同座小山的两侧铅锤的指向和对星空极指向之间的角度发现的。后来，又使用有特殊装置的天平对地球上的物体之间的引力进行更完善的实验，精确地测定出这种引力。

质量不大的物体之间的引力是很小的。引力与质量的乘积成正比。然而有不少的人对这个力估计得过大。有一位科学家一一他虽不是物理学家,却也是位动物学家一一曾要我相信:可以常常观察到海船之间的相互吸引的现象,这就是万有引力的作用！计算表明,这跟引力毫无关系, 因为两艘重量都是25000吨的大船,即使相距100米,它们之间的相互引力也不过是100克。如此微小的力自然不能使两艘船在海中做丝毫位移。

质量不大的物体间的引力很小，而庞大的天体之间的引力却就很大了。因此甚至距离我们极为遥远的海王星，虽然它是在太阳系边缘缓慢运转的一颗行星，却对我们地球有1800万吨引力！ 虽然我们地球离太阳很远很远,但地球也只是因太阳的引力才得以守着自己的轨道运转。假如太 阳的引力突然消失了,地球就沿太空轨道的切线一直朝无限的宇宙空间飞去。

趣味物理讲座五

在 铁 路 的 弯 道 处

一位物理学家曾这样描述道：“我坐在火车上当它转弯的时候我突然发现铁路近旁的树术、房屋以及工厂的烟囱都变成倾斜的了。”

当火车开得很快时 ,乘坐火车的旅客有时也会看到这种现象。 我们不应认为造成这种现象的原因是在弯道外边的一条铁轨比里面的一条铺设得高一些，因此火车在转弯的弧线上行驶时处于某种倾斜状态。假如此时你将头略探出窗口，不是通过倾斜的窗框来看周围景物,这种错觉依然存在。

其实,读者在读了前面一节之后,似乎已经没有必要再详细解释这个现象的真正原因了。读者大概已经猜到，当火车在弯道上行驶时,车厢里悬挂的悬锤一定处于倾斜的状态。这个新的垂直线代替了乘客们原来的垂直线。因此所有原来竖直的东西对于乘客来说都变成倾斜的了。

垂直线的新方向从中不难看出。字母P表示重力，字母R表示向心力，合力Q是乘客感觉到的重力。车厢内的所有物体都会朝这个方向偏斜过去。这个方向与垂直方向之间的夹角α可以用公式求出：tanα=R/P。力 R 是与 v2/r 成正比的，这里 v 表示火车速度，r 是转弯处的曲率半径，力 P 与重力加速度 g 成正比,因此tanα= v2/r ：g= v2/rg 。

设火车速度是 18 米/秒（65 千米/小时),转弯处半径是 600 米，那么:

tanα= 182 ≈0.055，由此得出 : α =3° 。

600×9.8,

我们不可避免地将这个“虚假的垂直” 看作是垂直的，而将真正的垂直方向误看成是3°的倾斜。火车行进在弯道极多的地方时，旅客有时会觉得四周垂直的景物偏斜了 10° 。

要使火车在转弯时保持平稳，在转弯处外边一侧的铁轨应该铺设得比里面一侧的铁轨高些,高出的数量应根据新的垂直方向而定。比如，刚才谈到的那个转弯处外边一侧的铁轨 A 应该高出 h，这个 h 应该适合下面的式子： h =sinα

AB

式子中的AB是轨距，大约等于 15 米 :sinα=sin3°=0.052 。

于是 : h =AB ×sinα=1500 × 0.052 毫米≈80 毫米

这就是说，外边一侧的铁轨应该铺设得比里边一侧的铁轨高出 80 毫米。显然，这个数值只适合于一定的行车速度，它不能因车速改变而改变。因此在修建铁路的弯道时一般是根据最常见的行车速度来设计的。

趣味物理讲座六

失 重 现 象

“把盛水的器具抡起旋转,水不会洒出,即使器具底朝上时也是如此,这是由于旋转的作用”, 两千年前亚里士多德这样写道。这种情景想必大家都不会感到陌生:当水桶达到一定的转速时,即使处于底朝上的位置时,水也不会泼出来。

人们通常是用“离心力”的作用来解释这种现象的。这种力被想象为一种施加到物体上的,在它作用下物体脱离旋转轴心的力。其实这种力并不存在:物体脱离旋转轴心，不过是惯性的表现,而一切惯性引起的运动是没有力的参与的。在物理学中,离心力是指旋转的物体对系线的拉力或压在其曲线轨道的实在的力量。这种力施加的对象并非运动的物体,而是阻止物体做直线运动的障碍物——拉线和拐弯处的轨道等。

摒弃了关于离心力似是而非的概念, 让我们来探究一下水桶旋转时什么发生这种现象。我们先向自己提出这样一个问题:如果在桶壁上开一个孔,桶中的水流会涌向何方?假如没有重力,水流会在惯性的作用下说圆周AB的切线AK 涌出。但水流本身有重量,于是,在重力的作用下会沿一条曲线(抛物线)AP 跌落。如果圆周速度达到一定数值 , 这条曲线就会处于圆周 AB 的外围。这股水流显示出 , 盛在旋转的桶中的水 , 如果没有桶壁的阻隔会有什么样的运动轨迹。现在已经得知 , 水决不会竖直流下 , 因而就不会从桶内洒下。水只在一种情况下从桶里流出 , 那就是桶口朝向与旋转方向相同。

现在您计算一下 , 在这个实验中水桶需要多大的转速水才不至从中洒出。这个速度应在旋转术桶的向心力日速度不小于重力加速度时获得。因 为只有这时才会使涌出来的水流的轨迹落在水桶运动圆周轨迹的外围,这样,水桶无论转到什么位置,水也不会从桶里洒出。计算向心加速度 V 的公式是 :

V2

W = ——

R

公式中的 V 为圆周速度 ,R 为圆形轨迹的半径。因为地球表面的重力加速度 g =9.8 米 / 秒 2, 所以我们就得出下列不等式 :

V2

—— ≥9.8

R

设 R=70 厘米 , 则 V≥/0.7 × 9.8 米 / 秒 =2.6 米 / 秒

很容易算出,只要我们牵绳的手每秒转约三分之二圈，就可得到这种圆周速度了,这对我们来说是轻而易举的事,因而这个实验可以顺利完成。

当容器绕水平轴转动时,液体会挤压在容壁上。离心浇铸技术利用的就是这种特性。其原理是:比重不均匀的液体会呈现出不同的层次。比重大的成分就远离旋转轴,比重小的成分会接近旋转轴。这样,金属溶液中含有的气体就会分离出来,散发到铸件中的空白处,避免了在铸件中形成气泡。用这种方法铸成的铸件比较密实,没有气泡。离心浇铸比普通的压铸成本低,也不需使用复杂的设备。

趣味物理讲座七

假如没有摩擦

您看 , 我们周围的摩擦现象可谓林林总总 , 而且有时是出乎意料的。 我们对有些重要的摩擦现象竟然熟视无睹。然而 , 假如我们这个世界突然 没了摩擦 , 生活中的许多方面就会发生根本性变化。 法国的物理学家希洛姆曾对摩擦的作用作过生动的描述 :

我们都曾在冰面上行走过,为防止跌倒,我们使出了浑身解数为稳住身体,我们做了不少可笑的动作。这使我们不得不承认我们平常所走 路面的质地多么优良 , 正因为如此,我们才不用吃力地保持身体的平衡。当我们骑着自行车小心翼翼地行驶在光滑的路面上或看到马在柏油路上滑倒时也会这么想。研究类似的现象 , 我们就会了解摩擦的作用了。工程师们千方百计地消除机器部件间的摩擦 , 并取得良好的效果。在应用力学中 , 往往将摩擦当做最不好的现象 , 这固然不错,不过这只局限于少数特殊的领域。除此之外在大多数情况下,我们则应感谢摩擦 , 有了它 , 我们才能安全地行走、坐立和工作 ; 书本和墨水瓶才不会跌落到地上,桌子才不会滑到墙角 , 钢笔才不会从手中滑脱。

摩擦是种普遍存在的现象,它不用招呼,就会自动过来帮助我们,只有少数例外。

摩擦能增加稳定度。木工创平了地板 , 目的是使桌椅就能稳定在原先安放的位置上。只要轮船不发生摇晃 , 船中桌子上的杯盖就很安稳 , 用不着我们刻意照料。

我们再设想一下完全没有摩擦将会如何。那时任何物体 , 无论硕大的 石块或微小的沙粒都会失去相互的支撑 , 于是它们统统会发生滑动、滚动 , 最后像一摊烂泥一样平铺在地上。没有摩擦 , 地球也会变成一堆烂泥般的 没有凹凸的球体。

我们还可以对希洛姆的描写做些补充 : 失去摩擦 , 钉子和螺丝会从墙 体上滑落下来 , 我们的手将拿不住东西 , 任何风暴和声响都将永不止息。 到那时我们房间中的回声将无休止 , 因为它在墙壁间来回反射的过程中没 有收到丝毫削弱。

在结冰的路面上行走时 , 每每会深深地认识到摩擦的重要性。我们上 街时遇到这种路面 , 会感到一种无奈 , 会有随时跌倒的危险 , 下面是报纸 (1927 年 10 月份 ) 有关报道的摘录 :

伦敦 21 日讯 , 由于街道路面冰层甚辱 , 伦敦的街车和电车的行驶严重受阻。另外 , 约有 1400 人跌伤手脚 , 被送往医院……

在海德、公园一带 , 有三辆汽车和两辆电车发生撞车事故 , 引发汽油爆炸 , 车辆全部被毁…

“ 巴黎 21 日讯 , 巴黎及其近郊的路面结冰 , 造成了多起交通事故…”

不过 , 冰面的摩擦力很小 , 这可以有效地应用到技术上。普通用的雪 撬就是一个实例。被称为冰路的运输线则更好地利用了这一点 , 经由这种 线路把木材从伐木场运到铁路站或转运站。在这种路面上 , 两匹马就可拉 动载有 7 吨木材的雪撬。

趣味物理讲座八

冰棍和冰激凌

冰棍和冰激凌是世界各国人们都喜欢的止渴解暑食品。当你吃到凉甜可口的冰棍和冰激凌时，你是否想过，世界上最早制作冰棍和冰激凌的是哪个国家呢？

我国是冰棍和冰激凌的故乡。早在3000年以前，我国就有用冰解暑的记载。后来皇宫里就有了用奶和糖制成的冰棍。到了元世祖忽必烈时代（大约700多年前），皇宫里又有了类似现在冰激凌的食品，叫做冰酪。那时，元朝统治者禁止王室以外的人制作冰酪。直到意大利旅行家马可·波罗离华回国前，元世祖才让人把这种珍品的制作方法教给他。马可·波罗回去后，又把这种制作方法传给了意大利王室，意大利王室把这种方法保密了约300年，到1533年，法国国王和意大利人结婚以后，制作冰酪的方法才由意大利传入法国。1777年美国纽约大街上才有了冰激凌广告。

我国古代劳动人民的解暑食品是冰核。直到清代，每当盛夏到来之际，北京大街上还有人买冬天入窖保存下来的天然冰快冰核。大约在1935年，北京有人想出了“绝招”：先把天然冰放进一个大木桶里，加入适量的食盐，这样的木桶就成了一个“土冷冻室”。再准备许多圆柱形小铁筒，每个小铁筒里都装满加了香料和糖的水，并插上一根木棍。然后把一个个装满糖水的小铁筒放进“土冷冻室”大木桶里，封闭起来冷冻。经过半小时后，小铁筒里的糖水就冻结成了冰棍。由于这种解暑食品很受顾客的欢迎，所以很快就在前门大街出现了专售冰棍的商店。

为什么把食盐放到天然冰里混合后能使水结冰呢？这是因为许多纯净物质一旦掺入杂质，它的凝固点就会降低。放在大木桶里的天然冰，加入适量的食盐，就会因凝固点降低而融解；冰融解时要从小铁筒里的水中吸热，小铁筒的水就会放热冻结成冰。这就是制作冰棍的道理。

当然，在现代，人们已经能用各种先进的制冷设备来制造冰棍和冰激凌等冷食了。

趣味物理讲座九

趣味物理小实验

活动目的：通过做几组趣味物理小实验，使学生感到学习物理其他并不枯燥，从而激发学生学习物理的积极性。

活动形式：班级实验演示

活动对象：高一（35）班

活动地点：课室

活动过程：先就当前学生认为学习物理很枯燥的问题引入主题：物理并不枯燥。接下来为学生演示几组有趣的物理小实验，如：

一、奇特的杠杆

（1）实验目的 认识杠杆省力的原理。

（2）实验器材 约4米长的木杆1根，木支架1个，重约5千克的石块1块，桌子1张（桌面略低于木支架）。

（3）实验过程 ①取石块放在桌面上，并让其1／3露出桌面，再让一位同学拿着木杆一端；用木杆另一端把石块用力往上挑，这时，石块被能挑动吗？②仍让这位同学拿着木杆一端，再在桌子前面用一个木架支起木杆。然后用木杆另一端顶住石下方，再用手往下按，石块能被挑动吗？③把支架慢慢移向桌子，并不断撬动石块，所用的力是越来越大不是越来越小？④把支架慢慢移开，使之离桌子越来越远，并不断撬动石头，所用的力是越来越大还是越来越小？

二、这只气球会爆炸吗？

把一只气球吹足气，系紧口子。再用一块透明胶布（橡皮膏也可）贴在气球上，拿一根针从贴着透明胶布的地方把气球扎破。

你想想看：气球会不会“啪”的一声爆炸？

你也许认为气球要爆炸了吧！其实，气球不会“啪”的一声炸掉。在一般情况下，用针扎破气球，气球肯定会爆炸；现在的情况不同，你会看到气从针孔处徐徐冒出来，气球却象消了气的车胎一样慢慢地瘪下去。是什么道理呢？

原来气球扎破时，溢出的空气造成一股压力，橡皮和胶布对这种压力的反应各不相同。当压缩空气从气球扎破的地方冲出时，橡胶脆而薄，气球皮一下就被撑破了，同时发出很大的破裂声。透明胶带比较坚固，它可以抵住压缩空气冲出造成的压力，所以气球不会“啪”的一声爆炸。

这个实验的原理，已经被人们运用到了生产实践中，防爆车胎就是据此原理制成的。

三、鸡蛋的沉浮

（1）取一个水槽，倒入多半水槽。

（2）取只鸡蛋放入水中，见鸡蛋沉入水底，此时鸡蛋所受到的浮力小于它所受到的重力。

（3）向水槽内缓缓放入精盐粉，盐在水中溶解后，盐水的密度逐渐增大，达到一定密度时，可看到鸡蛋悬浮于盐水中。此时鸡蛋所受的浮力等于它所受的重力。

（4）继续向盐水中加盐增大其密度，直到鸡蛋所受的浮力大于它所受的重力，可以见到鸡蛋缓缓上浮，最后漂浮在盐水面上。

最后，总结：物理并不枯燥，生活中就有许许多多有趣的物理现象，只是我们没有发现，当我们所学的物理知识越丰富，我们将会发现更多奇特的现象，也一定会被物理的魅力深深吸引。希望通过这节课，同学们能够改善以往对物理的看法，更好的学习物理，更加认真的对待物理。

第二章 科普知识

科普知识一

超声波及其应用

　　人耳最高只能感觉到大约 20 000 Hz 的声波，频率更高的声波就是超声波了．超声波广泛地应用在多种技术中．

    　超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿直线传播．它的应用就是按照这两个特点展开的．

    　理论研究表明，在振幅相同的情况下，一个物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比．超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大．在我国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气的湿度．这就是超声波加湿器的原理．对于咽喉炎、气管炎等疾病，药力很难达到患病的部位．利用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够增进疗效．利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎，金属零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事．如果在放有这些物品的清洗液中通入超声波，清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢，能够很快清洗干净．

    　俗话说“隔墙有耳”，这说明声波能够绕过障碍物．但是，波长越短，这种绕射现象越不明显，因此，超声波基本上是沿直线传播的，可以定向发射．如果渔船载有水下超声波发生器，它旋转着向各个方向发射超声波，超声波遇到鱼群会反射回来，渔船探测到反射波就知道鱼群的位置了．这种仪器叫做声纳．声纳也可以用来探测水中的暗礁、敌人的潜艇，测量海水的深度．

    根据同样的道理也可以用超声波探测金属、陶瓷混凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞和裂纹．

    人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的，健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样．平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声波进行造影，帮助医生分析体内的病变．

    有趣的是，很多动物都有完善的发射和接收超声波的器官．以昆虫为食的编幅，视觉很差，飞行中不断发出超声波的脉冲，依靠昆虫身体的反射波来发现食物．海豚也有完善的“声纳”系统，使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置．现代的无线电定位器——雷达，质量有几十、几百、几千千克，蝙蝠的超声定位系统只有几分之一克，而在一些重要性能上，如确定目标方位的精确度、抗干扰的能力等都远优于现代的无线电定位器．深入研究动物身上各种器官的功能和构造，将获得的知识用来改进现有的设备和创制新的设备，这是近几十年来发展起来的一门新学科，叫做仿生学．

科普知识二

人造地球卫星

凡火箭、太空航具，或其他人造物体经设计并置于绕地球运转之轨道上者，均称为“人造地球卫星”。人造卫星是牛顿在他《Principin》一书中所拟出来的理想实验，图1—20是从他的书上复印出来的。从一山顶射出来的子弹，当它们的初速度愈快，离山脚的距离就愈远。当速率足够高时，它将绕地球作圆周运动。人造地球卫星绕地球运行的轨道为圆形或椭圆形两种。若使卫星沿圆形轨道运行，必须注意发射方向一定要水平，发射速度必须等于圆轨道速度，如有稍许偏差，必不能成圆形轨道。椭圆轨道对发射角度与速度无上述限制，但其近地点应在300公里以上，远地点应在2000公里以上。若近地点在300公里以内会受稀薄大气阻力，而使卫星失速而坠落。据测试卫星的近地点如在500公里以上，运行时间可维持在一年以上。如近地点恰在300公里的高度，则只能维持半月之久。若其近地点只达160公里，恐运行不满一周，即因大气阻力而使之坠落。据资料判定，假定近地点在500公里高度，大约可维持5～10年，这需要用事实来判断。

通讯卫星

火箭、飞弹、太空航具，或其他人造物体被置入绕地球公转之轨道上者，均称为人造卫星。而作为通讯用的卫星则称为“通讯卫星”。通讯卫星有两种，被动的和自动的。被动的通讯卫星仅仅是一具反射器。播送站向那卫星发射讯号，这讯号被传送到地面上另一个遥远的接收站。自动的通讯卫星接收讯号后，把它加强，再把它发送出去。它们包含有接收、加强和播送的设备，以特殊的电池或太阳能电池作动力。为了把通讯微波信号，传送得更远，经常采用同步通讯卫星。所谓同步卫星，是指卫星经发射后，它与地球某点的相关位置不变，实际上这些卫星并非在那里静止不动，因为要达到同步的目的，卫星必然要以和地球自转的角速度相同的速度围绕地球转动。根据开普勒第三定律，卫星绕地球的周期因其平均轨道高度增加而增长。故在某一定高度时可期望致使卫星的周期与地球自转周期相同，如此则卫星与地球某点之相关位置可以不变，这个高度大约是35783公里。此种高度的卫星称为同步卫星。严格说来，仅是高度这一要求还不够，而必须又是在赤道面中圆形轨道上的卫星才真正能与地球某点相关位置不变。需要正圆形轨道是根据开普勒第二定律而来，此定律说明卫星在椭圆轨道上时其速度永远在改变，在最低点时为最高速，最高点时为最低速，故在椭圆轨道上的同步卫星，因为速率不定的结果，对地球上某点时而偏东时而偏西。卫星在赤道面轨道运行时称之为赤道轨道，如果轨道平面与赤道面成一个角度时，这个同步卫星称之为倾斜同步卫星，这时卫星对地球上某一点来说会时而偏北时而偏南。以这样的同步卫星作为通讯用的卫星就称之为“同步通讯卫星”由于这种卫星和地球上的某一地区处于同步，如果在赤道上空36000公里以外的高处，设置三颗同步卫星，就可以把微波信号传到全世界的任何地区。

科普知识三

示波管

它是阴极射线管的一种。在一个抽成真空的管状玻璃泡中装有一系列金属制的电极。管的一端是阴极。它的外形是一个圆筒，中间有加热用的灯丝。阴极顶部涂有发射电子效率高的金属氧化物，通常是氧化钡（BaO）、氧化锶（SrO）、氧化钙（CaO）的混合物。阴极外面套有中间开小孔的圆筒状电极，称为栅极。阴极受热后发射的电子就从栅极小孔中出来。相对于阴极来说，栅极上加的是负电压。改变栅极和阴极间的负电压可以调节通过栅极小孔的电子数，所以通常又称它为“调制栅”。调制栅后面是加速极，它是一个和栅极形状相似的圆筒。加速极后面是半径略大的圆柱面状的电极，称为第一阳极。第一阳极后面还有一个半径略小的圆筒状电极，称为第二阳极。相对于阴极来说，加速极、第一阳极和第二阳极上加的都是正电压。调节这些极上的电压就可使从栅极小孔出来的电子加速，并会聚到管轴附近形成很细的一束电子流，打到管子的荧光屏上。这一段过程称为电子束的加速和聚焦。阴极、栅极、加速极、第一阳极、第二阳极这五个部分通常用镍或无磁性不锈钢制成，并由四根玻璃棒同轴地固定在一起构成一个“电子枪”，它专门发射射向荧光屏的电子束。荧光屏是一块涂有荧光物质的玻璃屏，当电子打上去时，就会发光。采用不同的荧光物质可以发出不同颜色的光，例如用钨酸钙（CaWO4）可发蓝光，用锰激活的硅酸锌（Zn2SiO4：Mn）可发绿光等。经过聚焦的电子束射到荧光屏上时，就在屏上打出一个很小的亮点。在电子枪和荧光屏之间有两组平板，相互垂直地安置着，分别称为水平和垂直偏转板。从电子枪出来的电子束在到达荧光屏之前要穿过这两组偏转板。改变加在偏转板上的电压可以使电子的运动方向发生相应的变化，从而改变荧光屏上亮点的位置。从屏上亮点的轨迹可以看出加在偏转板上电压的变化情况。从屏上反回来的电子，则通过管壁上的石墨层汇集到第二阳极而流出管外，和示波管外边的供电电路构成闭合回路，示波管中的电子流就成为整个回路电流的一个组成部分。

摄像管

电视广播中，借光感作用的拾像管。摄像管有许多种，但主要工作原理相同。其中一种叫光电摄像管。它包含三个基本部分，即一个镶嵌板、一个集电环和一支电子枪。镶嵌板是用一块涂了一层绝缘物质的金属板制成的。在绝缘物质的表面上，嵌着成千上万个银制的小球（即一些小银圆点），每个小银球上镀着一层特别的物质，例如铯（光电管材料），所以每一个银点的作用就像一个小光电管一样。镶嵌板是由数以千万计的这样的小光电管做成的。当光线照在这样一个光电管上，电子便被打出而离开它。光线越强，失去的电子越多。由于电子带负电荷，光电管失去电子后，就使它自己带正电荷了。所以任何投影在镶嵌板上的图像，将变成一幅正电荷的分布图。我们可以说，这图像已被分裂成大小不同的电荷点子。小光电管所放出的电子，由集电环收集，移出光电发像管。电子枪电灯丝及带小孔的金属片组成。灯丝用于发射电子，从灯丝发出的电子有一部分穿过小孔。成为一条细如头发的电子束，这束电子又被互相垂直的两套金属板扫描。在第一对金属板上加上适当的交变电压，使电子束沿上下方向扫描。同理，在与第一对金属片垂直的第二套金属片上，加上适当的交变电压使电子左右扫描。电子流就这样从镶嵌板上的左上角开始扫起。像我们看书一样，从左到右，自上而下地把整个镶嵌板全部扫过。这样扫描的目的，是当光线照射时按次序给每个光电管补充电子。假设有一个光电管失去了1000个电子，它要向构成镶嵌板支架的金属板吸引1000个电子。但因为金属板上的绝缘物质，这1000个电子并不能进入光电管。而当由电子枪来的电子流补充了光电管，金属板上那1000个电子又被驱散。由金属板上被驱走的电子形成一电脉冲，这电脉冲与照射到光电管的光线数量成正比。光线强，电脉冲也强。当电子流逐个对每个光电管扫射，电脉冲便快速地一个接着一个。这些电脉冲被增强用以调制电视载波，就像由无线电微音器来的电脉冲用以调制无线电载波一样。合成的电波在电视接收机中引起电子运动，即引起电脉冲。显象管中的扫描电子束的强弱变化，因此扫描电子束也携带了电视讯号，当它打到电视显像管机的屏幕上时，就使荧光屏再现出电视图像。

科普知识四

质谱仪

是一种分析各种同位素并测量其质量及含量百分比的仪器。当一束带电的原子核通过质谱仪中的电场和磁场时，凡其荷质比不相等的，便被分开。S1和S2为两个狭缝，从离子源引出的离子受到施于S1及S2间的电位差，在通过S1到S2的路径上被加速，成为具有一定速度的离子束，进入磁感应强度为B 的匀强磁场区。进入磁场时的速度由下式

决定。正离子在这一磁场中运动时其轨道为半径为r的圆。当离子走过一半圆而抵达照相底片P时会在它上面留下痕迹。由轨道半径r=mv/qB（见洛仑兹力），得

合并(1)、(2)式，消去v，即得

因为V、B及r可直接测量得到，所以如果我们能够用其他方法决定离子所带的电荷q，则由上式便可求出离子的质量。

我们可以用质谱仪将电荷相同而质量不同的离子分开。科学家应用这种仪器在1920年左右发现了同种化学元素的原子其质量可以不相同；这些质量不同的同一种元素的原子被称为同位素。汤姆逊首先利用电磁场测定电子的荷质比的原理，同样可运用到带正电的离子，从荷质比很容易算出该离子的质量。正离子通常带电量等于一个电子（称为单电荷离子）。但有时也带有两个、三个甚至四个电子电量（称为多电荷离子）。目前应用的质谱仪是非常精确的仪器，它不但可以测量出每种同位素之准确质量，并可测定每种同位素在元素中所占的百分比。如将这种仪器略加修改，也可应用到同位素分离。质谱仪的形式很多，但所应用的主要原理及结构却大同小异。图3-32所示是一台现代用质谱仪的主要装置部分。这装置是在真空中，正离子流自离子源引出经过窄隙S进入一曲圆形之电场C1C2，调节C1C2之间的电压，可选择一定能量之正离子，这些正离子随着电场之形状弯曲90°而进入一个半圆形的匀强磁场中，磁场的方向与图面垂直且指向纸内，进入磁场之正离子受磁力作用而沿半圆形轨道进行。因正离子e/m之大小不同，轨道形成大小不等的半圆。分别落在底片上的不同位置也就是说元素将按其质量大小的顺序而排列，故称之为“质谱”。如果我们分别测出每种粒子的电流。就能从这些电流大小的比例中，得出该种在离子源中被电离的物质的各种同位素的成分比例。它也可以把化合物中的不同物质的离子分开和成分分析。

科普知识五

晶体二极管

亦称为“半导体二极管”。一种由半导体材料制成的，具有单向导电特性的两极器件。早期的半导体二极管是用金属丝尖端触在半导体晶片上制成的，称为点接触二极管，通常在较高的频率范围内作检波、混频器用。目前大多数的晶体二极管都是面结型的，它是由半导体晶片上形成的p－n结组成，或由金属同半导体接触组成，可用于整流，检波、混频、开关和稳压等。除一般用途的二极管外，还有一些用于特殊用途，利用特殊原理制成的二极管。例如：（1）肖特基二极管（又称为金属-半导体二极管）：用某些金属和半导体相接触。在它们的交界面处便会形成一个势垒区（通常称为“表面势垒”或“肖特基势垒”），产生整流，检波作用。在这种二极管中，起导电作用的是热运动能量比较大的那些载流子，所以又叫“热载流子二极管”。这种二极管比p－n结二极管有更高的使用频率和开关速度，噪声也比较低，但工作电流较小，反向耐压较低。目前它主要用作微波检波器和混频器，已在雷达接收机中代替了点接触二极管；（2）隧道二极管：它是一种具有负阻特性的半导体二极管。目前主要用掺杂浓度较高的锗或砷化镓制成。其电流和电压间的变化关系与一般半导体二极管不同。当某一个极上加正电压时，通过管的电流先将随电压的增加而很快变大，但在电压达到某一值后，忽而变小，小到一定值后又急剧变大；如果所加的电压与前相反，电流则随电压的增加而急剧变大。因为这种变化关系，只能用量子力学中的“隧道效应”加以说明，故称隧道二极管。它具有开关、振荡、放大等作用，应用在电子计算机和微波技术中；（3）变容二极管：它是利用p－n结的电容特性来实现放大、倍频、调谐等作用的一种二极管。由于它的结电容随外加电压而显著变化，所以称为“变容二极管”。制造变容二极管所用的半导体材料主要用硅和砷化镓。在作微波放大时，它的优点是具有很低的噪声；（4）雪崩二极管：亦称为“碰撞雪崩渡越时间二极管”。是一种在外加电压作用下可以产生超高频振荡的半导体二极管。它的工作原理是：利用p－n结的雪崩击穿在半导体中注入载流子，这些载流子渡越过晶片流向外电路。由于这一渡越需要一定的时间，因而使电流相对于电压出现一个时间延迟，适当控制渡越时间，在电流和电压的关系上会出现负阻效应，因而能够产生振荡。雪崩二极管主要用在微波领域作为振荡源；（5）发光二极管：一种在外加正向电压作用下可以发光的二极管。它的发光原理是：在正向电压作用下，p-n结中注入很多非平衡载流子，这些载流子复合时，多余的能量转化为光的形式发射出来。发光二极管经常用作电子设备中的指示灯、数码管等显示元件，也可用于光通讯。它的优点是工作电压低，耗电量小体积小、寿命长。制造发光二极管所用的半导体材料主要是磷砷化镓、碳化硅等。

科普知识六

失重和宇宙开发

　　人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机进入轨道后，其中的人和物将处于失重状态．人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后，可以认为是绕地球做圆周运动，做圆周运动的物体，速度的方向是时刻改变的，因而具有加速度，它的大小等于卫星所在高度处重力加速度的大小．这跟在以重力加速度下降的升降机中发生的情况类似，航天器中的人和物都处于完全失重状态．

　　你能够想象出完全失重的条件下会发生什么现象吗?你设想地球上一旦重力消失，会发生什么现象，在宇宙飞船中就会发生什么现象．物体将飘在空中，液滴绝对呈球形，气泡在液体中将不上浮．宇航员站着睡觉和躺着睡觉一样舒服，走路务必小心，稍有不慎，将会“上不着天，下不着地”(下图)．食物要做成块状或牙膏似的糊状，以免食物的碎渣“漂浮”在空中进入宇航员的眼睛、鼻孔……．你还可以继续发挥你的想象力，举出更多的现象来．

　　你还可以再想一想，人类能够利用失重的条件做些什么吗?下面举几个事例，将会帮助你思考．这里所举的事例，虽然还没有完全实现，但科学家们正在努力探索，也许不久的将来就会实现．

　　在失重条件下，融化了的金属的液滴，形状绝对呈球形，冷却后可以成为理想的滚珠．而在地面上,用现代技术制成的滚珠，并不绝对呈球形，这是造成轴承磨损的重要原因之一.

　　玻璃纤维(一种很细的玻璃丝，直径为几十微米)是现代光纤通信的主要部件．在地面上，不可能制造很长的玻璃纤维，因为没等到液态的玻璃丝凝固，由于它受到重力，将被拉成小段．而在太空的轨道上，将可以制造出几百米长的玻璃纤维．

　　在太空的轨道上，可以制成一种新的泡沫材料棗泡沫金属．在失重条件下，在液态的金属中通以气体，气泡将不“上浮”，也不“下沉”，均匀地分布在液态金属中，凝固后就成为泡沫金属，这样可以制成轻得像软木塞似的泡沫钢，用它做机翼，又轻又结实.

　　同样的道理，在失重条件下，混合物可以均匀地混合，由此可以制成地面上不能得到的特种合金．

　　电子工业、化学工业、核工业等部门，对高纯度材料的需要不断增加，其纯度要求为 “6 个 9” 至 “8 个 9”， 即99．9999%～99．999999%．在地面上，冶炼金属需在容器内进行，总会有一些容器的微量元素掺入到被冶炼的金属中．而在太空中的“悬浮冶炼”，是在失重条件下进行的，不需要用容器，消除了容器对材料的污染，可获得纯度极高的产品．

　在电子技术中所用的晶体，在地面上生长时，由于受重力影响，晶体的大小受到限制，而且要受到容器的污染，在失重条件下，晶体的生长是均匀的，生长出来的晶体也要大得多．在不久的将来，如能在太空建立起工厂，生产出砷化镓的纯晶体，它要比现有的硅晶体优越得多，将会引起电子技术的重大突破．

　　在太空失重的条件下，会生产出地面上难以生产的一系列产品．建立空间工厂，已经不再是幻想．科学家们要在太空中做各种实验，青年学生也可以提出自己的太空试验设想，展开你想象的翅膀，为宇宙开发贡献一份力量吧!

科普知识七

恒星的生命历程

一、恒星的诞生

在恒星起源问题上，现在主要有两种观点：一种观点认为恒星是由弥漫物质凝聚形成的，称“弥漫说”；另一种观点认为，恒星是由超密物质爆发形成的．不过，越来越多的观测证据支持“弥漫说”，并逐渐得到大多数天文学家的公认．下面介绍这一观点。

设想在银河系里，远离我们几千光年的某个地方，一团巨大的星际气体和尘埃云寂静地穿越近于完全真空的空间．这团星际云的稀疏边缘向四周黑暗延伸几兆英里之遥．星际云占有如此广漠的空间，因此尽管它具有巨大的质量，但原子在星际云的庞大体积里的分布是很稀疏的。

某个特定的时候，在来自宇宙空间冲击波的作用下，相距很远的原子突然紧紧地拥挤在一起，星际云本来是透明的，但由于原子靠近在一起，微弱的星光不再能穿透通过，这时星际云变成了暗星云．冲击波的另一个作用效果是使有些地方含有比平均数稍多的原子数，有些地方含有比平均数略少的原子数，含原子数多的地方引力大，会把附近的原子吸引过来。以这种方式，星际云开始瓦解成团块或球状体。

球状体是不稳定的，在引力作用了球状体开始收缩，变得越来越小，其核心的压力越来越大，温度也随之不断上升．当温度上升到一定程度后，它内部深处的气体开始发光，这时球状体不再是暗黑的了，它已转变为一颗原恒星。原恒星继续收缩，当原恒星中心的温度达到一千万度时，氢燃烧了，4个氢原子核结合在一起生成了氦核，这就是我们常说的热核反应（氢核聚变）．在这个过程中，减少的质量转换为纯粹的能量．由于氢燃烧释放出巨大的能量，原恒星最终能支撑住它的外层质量，于是收缩停止了，一颗恒星由此诞生了．

二、恒星的演化

以太阳为例来说明恒星的演化．大家都知道，太阳能够发光的原因是因为它在不断地进行热核反应释放出巨大的能量，我们看到的光就是太阳热核反应放出的能量．每一秒钟，在太阳的中心有6亿吨氢转换成氦，释放出的巨大能量一方面向外界释放，另一方面用来支撑自己外层的巨大质量．随着时间的推移，太阳中心氦的数量越来越多，而氢的供应越来越少，直到某一天氢用完了，燃烧便中断了．由于不再有能量向外流出，太阳的核心部分在引力作用下变得不稳定，无力支撑住自己的质量，所以含有丰富氦的太阳核心开始收缩，太阳中心的压力和温度迅速增加，使核心以外的各层被加热．由于太阳核心与表面之间的各壳层仍然包含充裕的氢，在经过比较短的时间以后，收缩的核心上面的温度达到400万开左右，这个温度高到可使围绕太阳核心的一个壳层内的氢燃烧，同时，核心的这种收缩把大量的引力能转换成热能，把太阳大气向外推出．

随着壳层氢燃烧的开始，太阳突然有了新的热核反应能源．太阳无活力核心的不断收缩和这种新的向外大量供应能量，造成太阳发生巨大的膨胀．由于太阳的结构要保持与这种新能源的平衡，所以太阳的外层越来越向外扩展．大气膨胀就会引起自身湿度降低，最终太阳的表面温度降低到4000开．温度为4000开的物体发出的主要是红色的光，此时的太阳就变成了一颗红巨星．变成红巨星的太阳将变得很大，它将吞没地球，地球将化为蒸汽．

在太阳外层膨胀和冷却的同时，无活力的核心压缩也在进行，太阳内部深处的温度升到新的高度．最后，太阳中心的氦原子核在1亿度的高温下，以高速相互碰撞的形式而熔合成碳和氧，于是出现氦燃烧的新的热核反应．氦燃烧所产生的新的能量输出，阻止了恒星核心的进一步收缩．当氦耗尽时，便到了类似太阳这样的恒星的生命发展的最后阶段．由于没有能力点燃任何新的热核反应，所以恒星会一直收缩，直到体积与地球大小差不多，这时，太阳就变成了一颗白矮星．

三、恒星的死亡

从现在起再过50亿年，太阳就会变成一颗白矮星而终结自己的恒星历程．白矮星的体积不会再继续缩小．印度天体物理学家钱德拉塞卡发现，是“电子简并压力”支撑住了死亡的恒星，使白矮星不再继续收缩．这种简并压力并不是无限强大的，电子简并压力所支撑的物质总量有一个上限，这个很重要的上限是1．4个太阳质量，换句话说，只有那些残骸质量小于1．4个太阳质量的恒星才能变成白矮星，白矮星的密度值一般是每立方厘米60吨．

如果恒星遗骸的质量大于1．4个太阳质量的话，由于电子简并压力无法支撑住这个质量的压力．不得不继续收缩，这时出现了“中子简并压力”．这种强大的压力随即有力地抗拒任何进一步的挤压，这时，恒星的遗骸就被压成了一颗中子星．同样，中子简并压力不可能支撑住大于3个太阳质量的燃余恒星物质，因而所有中子星包含的物质必定小于3个太阳的质量．中子星的密度值一般是每立方厘米6亿吨．

自然界里，有许多恒星有巨大的质量，有些星系甚至包含40或50个太阳质量的物质．这类恒星的遗骸很有可能大于3个太阳质量，这类恒星的遗骸是电子、中子简并压力所无法支撑的．自然界中没有任何力量能支撑住它们，因此，在严酷无情的引力作用了它们只能不停地收缩．成万亿吨的燃余恒星物质的无比巨大质量从四面八方向里挤压，使这颗星变得越来越小，这颗恒星就这样从宇宙中消失了，遗留下来的东西被称为黑洞．它由一个奇点（单一的点）和视界组成．

黑洞以贪婪的、永无满足的方式吞噬东西，物体一旦掉进黑洞就永远从我们的宇宙中移去了．因为这种物体不再是我们宇宙的一部分，所以它的许多特性便再也检测不到．加到黑洞上去的不管是l公斤白金，1公斤氢，或者1公斤有生命的组织，我们只把它看作是加上去三公斤质量，并不考虑在此之前它是什么东西．

科普知识八

雷　达

雷达是利用无线电技术进行侦察和测距的设备。它可以发现目标，并可决定其存在的距离及方向。雷达将无线电波送出，然后经远距离目标物的反射，而将此能量送回雷达的记发机。记发机与目标物间的距离，可由无线电波传雷达的目标物，再由目标物回到雷达所需的时间计算出。雷达的基本原理与无线电通讯系统的原理同时被人所发现。赫兹与马可尼两人都曾用超短波试验其反射情形，这也就是所谓雷达回波。赫兹用金属平面及曲面证明，电波的反射完全合乎光的反射定律。同时赫兹度量脉冲的波长及频率，并且计算其速度也发现与光相同，这也就是所谓的电磁辐射。雷达送出短暂的电波讯号的程序，称为脉冲程序。雷达的基本作用原理有些相似于声波的回声。唯一与声波测量距离的不同点，在于雷达系统具有一指示器，指示器中包含有一个与电视收像管相同的观察管。此管可将雷达所发出的脉冲及回波，同时显示于其标有距离的基线上。还有其他指示器，使雷达借天线所搜索的资料，制成一个图，从图上立即可以定出目标物的区域距离及方向。因为雷达的作用完全是借电波的反射原理而成，所以必须用频率在1000兆赫到10 000兆赫的类光微波方行。雷达所发射的电波可借抛物面形的反射器，使其成为极度聚焦的波束，这就像探照灯所射出的光束一样。此波束借旋转天线及抛物体形反射器的精密控制，有系统地对空间进行搜索。当波束从目标物反回来时，天线所指的方向，就表示目标物对天线的水平方位角。以角度为单位所表示的水平方位角，通常都显示于指示器上。为了决定目标物与雷达间的距离，雷达的发射脉冲距接收到回波的时间，必须精确测定。因为雷达电波在空中以每秒约30万公里的光速进行，因此在每微秒的时间内，电波行进约为300米。由于雷达脉冲必须从雷达行至目标物，再由目标物回到雷达，但目标物距雷达的距离，为雷达脉冲总行程的一半。约为每微秒l50米。此时间可利用电子束在阴极射线管的屏幕上，以直线扫描指示出。借电子束，以已知变动率（如以每微秒0.01米）作水平偏向，因此电子束打在萤光屏上所留的痕迹，就形成一个时间标度，或直接用尺，来表示。如雷达天线送出一个1微秒长的脉冲，同时指示器的阴极射线管电子束在屏幕上，以每100微秒0.0254米的变动率开始扫描。再假设雷达脉冲在30000米的距离从一飞机反射回天线。当1微秒长的脉冲离开天线的同时，在雷达指示器的左侧也显示出一个0.025厘米长的主脉冲（发射脉冲）。由天线发射的脉冲，到飞机进行了30000米的距离，需时100微秒，然后反回天线也需100微秒。结果微弱的脉冲回波也显示于指示器上，其与主脉冲之间有5厘米的距离，或指示为200微秒。由于脉冲本身有1微秒的长度，所以量度距离时，必须量度两脉冲的前缘间距离。由于回波信号太弱，所以一个单一回波信号显示于指示器，很难被发现。因此回波信号，必须于每秒内，在指示器上重复显示数次，显示的方法是借电子束随天线扫描的速率（通常天线以每分钟15到20转转动）在指示器上扫描而得。雷达无论在平时及战时，都已被广泛的应用。在二次世界大战时使用雷达的目的，只是为了预知敌机的接近。用于预警网的预警雷达，预警雷达天线都是极大的转动抛物面形反射天线，或静止双极矩阵天线。战时雷达的应用很快就被扩展到地面拦截控制，以及高射炮和探照灯的方向控制等。这些所谓的射击控制雷达不仅能察知敌机的所在，并能自动决定高射炮的发射方向及使其发射。由于雷达可度量其与目标物间的距离，当然也可以从飞机上测量距地面的垂直高度。常用的各种脉冲式雷达就可度量一架飞机的高度，供飞行员飞行的参考。然而对很低的高度（低于1000米），因距离太近，脉冲式雷达的回波有与其发射出的主脉冲合并的趋势。因此大多数雷达测高仪都不用脉冲输出，而用等幅调频电波。雷达测高仪的发射天线，送出一垂直无线电波束，此电波的频率连续不断的变化。当信号离开发射天线的瞬间，其信号的频率为某一频率。然后当信号由地反射回到测高仪的接收天线后，因接收机内有一相位鉴别器（或简称为鉴相器），鉴相器可将接收到的回波，与正在发射出的信号频率（或相角）作一比较。因为当回波回到接收天线，已经过了一段时间，当然此时发射天线所发信号的频率，也已改变。利用已知每秒周数的频率偏差，就可决定出电波由发射天线到地，在回到接收天线的时间，因此可计算出飞机距地的高度。关于电波往来所需的时间与相应的高度，事先已经算出，并直接标示在指示器上，所以可以直接从指示器上读出飞机的高度数值。除此之外，雷达还可以用在飞机和船舶的导航，作为某一城市、机场，高山或某一特定点的辨别符号用的雷达指标，都已事先标示于航行图上。

科普知识九

自行车身上的力学知识

自行车在我国是很普及的代步和运载工具。在它的“身上”运用了许多力学知识，

1．测量中的应用

在测量跑道的长度时，可运用自行车。如普通车轮的直径为0.71米或0.66米。那么转过一圈长度为直径乘圆周率π，即约2.23米或2.07米，然后，让车沿着跑道滚动，记下滚过的圈数n，则跑道长为n×2.23米或n×2.07米。

2．力和运动的应用

(1)减小与增大摩擦。

车的前轴、中轴及后轴均采用滚动以减小摩擦。为更进一步减小摩擦，人们常在这些部位加润滑剂。

多处刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦。如车的外胎，车把手塑料套，蹬板套、闸把套等。变滚动摩擦为滑动摩擦以增大摩擦。如在刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦大大增加了，故车可迅速停驶。而在刹车的同时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。

(2)弹簧的减震作用。

车的座垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。

3．压强知识的应用

(1)自行车车胎上刻有载重量。如车载过重，则车胎受到压强太大而被压破。

(2)座垫呈马鞍型，它能够增大座垫与人体的接触面积以减小臀部所受压强，使人骑车不易感到疲劳。

4．简单机械知识的应用

自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆，可增大对刹车皮的拉力。自行车为了省力或省距离，还使用了轮轴：脚蹬板与链轮牙盘；后轮与飞轮及龙头与转轴等。

5．功、机械能的知识运用

(1)根据功的原理：省力必定费距离。因此人们在上坡时，常骑“S形”路线就是这个道理。

(2)动能和重力势能的相互转化。

如骑车上坡前，人们往往要加紧蹬几下，就容易上去些，这里是动能转化为势能。而骑车下坡，不用蹬，车速也越来越快，此为势能转化为动能。

6．惯性定律的运用

快速行驶的自行车，如果突然把前轮刹住，后轮为什么会跳起来。这是因为前轮受到阻力而突然停止运动，但车上的人和后轮没有受到阻力，根据惯性定律，人和后轮要保持继续向前的运动状态，所以后轮会跳起来。

切记下坡或高速行驶时，不能单独用自行车的前闸刹车，否则会出现翻车事故！

科普知识十

潮汐产生的原因

到过海边的人都知道，海水有涨潮和落潮现象。涨潮时，海水上涨，波浪滚滚，景色十分壮观；退潮时，海水悄然退去，露出一片海滩。我国古书上说：“大海之水，朝生为潮，夕生为汐。”那么，潮汐是怎样产生的？

古时候，很多贤哲都探讨过这个问题，提出过一些假想。古希腊哲学家柏拉图认为地球和人一样，也要呼吸，潮汐就是地球的呼吸。他猜想这是由于地下岩穴中的振动造成的，就像人的心脏跳动一样。

随着人们对潮汐现象的不断观察，对潮汐现象的真正原因逐渐有了认识。我国古代余道安在《海潮图序》一书中说：“潮之涨落，海非增减，盖月之所临，则之往从之。”汉代思想家王充在《论衡》中写到：“涛之起也，随月盛衰。”他们都指出了潮汐与月球有关系。到了17世纪80年代，英国科学家牛顿发现了万有引力定律以后，提出了潮汐是由于月球和太阳对海水的吸引力引起的假设，从而科学地解释了潮汐产生的原因。

原来，海水随着地球自转也在旋转，而旋转的物体都受到离心力的作用，使它们有离开旋转中心的倾向，这就好象旋转张开的雨伞，雨伞上水珠将要被甩出去一样。同时海水还受到月球、太阳和其它天体的吸引力，因为月球离地球最近，所以月球的吸引力较大。这样海水在这两个力的共同作用下形成了引潮力。由于地球、月球在不断运动，地球、月球与太阳的相对位置在发生周期性变化，因此引潮力也在周期性变化，这就使潮汐现象周期性地发生

科普知识十一

日光灯

你家里使用日光灯吗？你知道为什么闭合开关后过几秒钟灯管才发光吗？日光灯的起动正是利用了线圈的自感现象。

日光灯主要由灯管、镇流器和启动器组成。灯管的两端各有一个灯丝，管中充有稀簿的氩和微量水银蒸气，管壁上涂着荧光粉。灯管的工作原理和白炽灯不同，两个灯丝之间的气体在导电时主要发出紫外线，荧光粉受到紫外线的照射才发出可见光。荧光粉的种类不同，发光的颜色也不一样。

气体的导电有一个特点：只有当灯管两端的电压达到一定值时气体才能导电；而要在灯管中维持一定大小的电流，所需的电压却低得多。因此，如果把220V的电压加在灯管的两端并不能把它点燃。有了镇流器和启动器就能解决这个问题。

镇流器是绕在铁芯上的线圈，自感系数很大；启动器由封在玻璃泡中的静触片和U形动触片组成，玻璃泡中充有氖气。两个触片间加上一定的电压时，氖气导电，发光、发热。动触片是用粘合在一起的双层金属片制成的，受热后两层金属膨胀不同，动触片稍稍伸开一些，和静触片接触。

启动器不再发光，这时双金属片冷却，动触片形状复原，两个触点重新分开。

闭合开关后电压通过日光灯的灯丝加在启动器的两端，启动器如上所述发热－触点接触－冷却－触点断开。在触点断开的瞬间，镇流器L中的电流急剧减小，产生很高的感应电动势。感应电动势和电源电压叠加起来加在灯管两端的灯丝上，把灯管点燃。实际使用的启动器中常有一个电容器并联在氖泡的两端，它能使两个触片在分离时不产生火花，以免烧坏触点，同时还能减轻对附近无线电设备的干扰。没有电容器时启动器也能工作。

家里照明用的电源是交流，它的大小和方向都在不停地变化。镇流器L中的自感电动势阻碍电流的变化，使得流过灯管的电流不致过大。自感的这个作用在“交变电流”那章还会讲到。

读完这段，请你思考以下几个问题。

(1)如果电容器两端的电压过高，电容器的绝缘层就会破坏，变成导体，把两极连在一起。这种故障叫做电容器的击穿。这是日光灯启动器的一种常见故障。为什么常常出现这种故障？

(2)为什么电容器击穿后日光灯不能点燃？说出这种情况下可以采取的应急措施。

(3)启动器是安装在插座上的。如果启动器丢失，有什么办法用一小段带绝缘外皮的导线起动日光灯吗？

科普知识十二

光圈指数中的规律

用过照相机的朋友会发现几乎所有照相机镜头的光圈环上都刻有同一组光圈指数：1.4，2，2.8，4，5.6，8，11,16，22

乍一看，这组光圈指数很不整齐，也不好记。难道照相机的设计师要跟用户过不去吗？

细心的朋友会发现，光圈指数不整齐，却有规律：每隔一个指数，数值都扩大2倍；相邻指数之比都约等于。例如：1.4×≈2,2×≈2.8……为什么要这样设置光圈指数呢?

让我们先看看光圈跟光圈指数的关系吧。调整光圈环，可以选择不同的光圈指数，从而改变镜头里面的光孔直径（光圈），以改变进入镜头的光的能量。你会发现，光圈指数小时，光圈变大。由于单位时间进入镜头的光的能量跟光孔面积成正比，即跟光孔直径平方成正比，而相邻指数之比都约等于，其相邻指数对应的光孔面积之比就约等于2。

现在，我们不难理解照相机设计师的一番苦心了：光圈指数不整齐，为的是使单位时间进入镜头的光的能量变化整齐，即每开大一挡光圈（光圈指数小一档），单位时间进入镜头的光的能量扩大2倍。那么，为什么要调整光圈呢？

我们知道，照相机是利用透镜成像的原理制成的，而像必须成在感光胶片上。当快门打开后，感光胶片要接受一定的光能量（即底片正常曝光），才能得到好的底片。进入镜头的光能首先取决于被摄景物的亮度，而被摄景物的亮度既千差万别，又千变万化。要使曝光正常，就要根据景物亮度的不同来控制进入镜头的光能量。

控制进入镜头的光能量通常靠调节光圈和快门速度来实现的。前面说过，光圈大小可以控制单位时间进入镜头的光的能量，而快门速度可以控制光进入镜头的时间。

在拍摄运动的对象时，如果快门速度太慢，拍出的照片就会模糊不清。提高了快门速度，光进入镜头的时间就变短，只有相应地调大光圈（减少光圈指数），以便加大单位时间进入镜头的光的能量，才能保证获得正常的曝光量。

照相机的快门速度的级别也是按2倍关系设置的：250,125,60,30,15……分别代表1/250秒,1/125秒,1/60秒,1/30秒,1/15秒……于是，快门速度每改变一级，光进入镜头的时间变化2倍。正因为光圈指数和快门速度的级别都是按照2倍关系设置的，才会给用户调节带来方便：如果用户选快门速度为60（1/60秒），光圈指数为11时，底片正常曝光，那么，当他根据需要（如拍摄较快运动的物体）将快门速度改变为125（比原来大一级）时，只需将光圈指数调整为8（光圈也比原来开大一挡），底片依然正常曝光。

现代的照相机，大多是用电子装置自动控制曝光量的，其依据也是这个道理，只不过用户不必去反复调节光圈和快门就是了。

科普知识十三

ABS-汽车防抱死装置简介

一、 ABS 的应用

世界上第一台防抱死制动系统 ABS(Ant-ilock Brake System), 在 1950 年问世，首先被应用在航空领域的飞机上， 1968 年开始研究在汽车上应用。 70 年代，由于欧美七国生产的新型轿车的前轮或前后轮开始采用盘式制动器，促使了 ABS 在汽车上的应用。 1980 年后，电脑控制的 ABS 逐渐在欧洲、美国及亚洲日本的汽车上迅速扩大。到目前为止，一些中高级豪华轿车，如西德的奔驰、宝马、雅迪、保时捷、欧宝等系列，英国的劳斯来斯、捷达、路华、宾利等系列，意大利的法拉利、的爱快、领先、快意等系列，法国的波尔舍系列，美国福特的 TX3 、 30X 、红慧星及克莱斯勒的帝王、纽约豪客、男爵、道奇、顺风等系列，日本的思域，凌志、豪华本田、奔跃、俊朗、淑女 300Z 等系列，均采用了先进的 ABS 。到 1993 年，美国在轿车上安装 ABS 已达 46% ，现今在世界各国生产的轿车中有近 75% 的轿车应用 ABS 。

现今全世界已有本迪克斯、本迪克斯、波许、摩根 . 戴维斯、海斯 . 凯尔西、苏麦汤姆、本田、日本无限等许多公司生产 ABS ，它们中又有整体和非整体之分。预计随着轿车的迅速发展，将会有更多的厂家生产。

二、 ABS 的功用

制动性能是汽车主要性能之一，它关系到行车安全性。评价一辆汽车的制动性能最基本的指标是制动加速度、制动距离、制动时间及制动时方向的稳定性。

制动时方向的稳定性，是指汽车制动时仍能按指定的方向的轨迹行驶。如果因为汽车的紧急制动（尤其是高速行驶时）而使车轮完全抱死，那是非常危险的。若前轮抱死，将使汽车失去转向能力；若后轮抱死，将会出现甩尾或调头（跑偏、侧滑）尤其在路面湿滑的情况下，对行车安全造成极大的危害。

汽车的制动力取决于制动器的摩擦力，但能使汽车制动减速的制动力，还受地面附着系数的制约。当制动器产生的制动力增大到一定值时，汽车轮胎将在地面上出现滑移。其滑移率

δ＝ (V t -V a )/V t × 100 ％

式中：δ--滑移率；

V t-- 汽车的理论速度；

V a --汽车的实际速度。

据试验证实，当车轮滑移率δ＝ 15 ％一 20 ％时附着系数达到最大值，因此，为了取得最佳的制动效果，一定要控制其滑移率在 15 ％一 20 ％范围内。

ABS 的功能即在车轮将要抱死时，降低制动力，而当车轮不会抱死时又增加制动力，如此反复动作，使制动效果最佳。

三、 ABS 的两种控制方式

1 ．双参数控制

双参数控制的 ABS ，由车速传感器 ( 测速雷达 ) 、轮速传感器、控制装置 ( 电脑 ) 和执行机构组成。

其工作原理是车速传感器和轮速传感器，分别将车速和轮速信号输入电脑，由电脑计算出实际滑移率，并与理想滑移率 15 ％一 20 ％作比较，再通过电磁阀增减制动器的制动力。

这种曳速传感器常用多普勒测速雷达。当汽车行驶时，多普勒雷达天线以一定频率不断向地面发射电磁波，同时又接收反射回来的电磁波，测量汽车雷达发射与接收的差值，便可以准确计算出汽车车速。而轮速传感器装在变速器外壳，由变速器输出轴驱动，它是一个脉冲电机，所产生的频率与轮速成正比。

执行机构由电磁阀及继电器等组成。电磁阀调整制动力，以便保持理想的滑移率。

这种 ABS 可保证滑移率的理想控制，防抱制动性能好，但由于增加了一个测速雷达，因此结构较复杂，成本也较高。例如汽车杂志社沈树盛审报的专利 ( 专利号 92221809 ． 9) 。

2 ．单参数控制

它以控制车轮的角减速度为对象，控制车轮的制动力，实现防抱死制动，其结构主要由轮速传感器、控制器 ( 电脑 ) 及电磁阀组成。

轮速传感器由传感器和齿圈钢环组成

1. 电缆 2 ．永磁体 3 ．外壳 4 ，传感线圈 5 ，极轴 6 ．齿圈

2. 为了准确无误地测量轮速，传感头与车轮齿圈间应留有 1mm 间隙。为避免水、泥、灰尘对传感器的影响，安装前应将传感器加注黄油。

电磁阀用于车轮制动器的压力调节。对于四通道制动系统，一个车轮圈有一个电磁阀；三通道制动系统，每个前轮拥有一个，两个后轮共用一个。电磁阀有三个液压孔，分别与制动主缸与车轮制动分缸相连，并能实现压力升高、压力保持、压力降低的调压功能。工作原理如下。

1) 升压 在电磁阀不工作时，制动主缸接口和各制动分缸接口直通。由于主弹簧强度大，使进油阀开启，制动器压力增加。

2) 压力保持 当车轮的制动分缸中的压力增长到一定值时，进油阀切断关闭。支架就保持在中间状态，三个孔间相互密封，保持制动压力。

3) 降压 当电磁阀工作时，支架克服两个弹簧的弹力，打开卸荷肉使制动分缸压力降低。压力一旦降低，电磁阀就转换到压力保持状态，或升压的准备状态。

控制装置 ECU 的主要任务是把各车轮的传感器传回来的信号进行计算、分析、放大和判别，再由输出级将指令信号输出到电磁阀，去执行制动压力调节任务。电子控制装置，由四大部分组成，输入级 A 、控制器 B 、输出级 C ，稳压与保护装置 D 。

电子控制器以 4 一 101tz 的频率驱动电磁阀，这是驾驶员无法做到的。

这种单参数控制方式的 ABS ，由于结构简单、成本低，故目前使用较广。

在美国克莱斯勒型高级轿车中大多配备了这种单参数控制方式的 ABS 。它在轿车的四个轮上都装有轮速传感器。

分配阀是一个三通道的分配阀，它位于制动油泵总成的下方。

在车轮轴上安装有 45 齿或 100 齿的齿圈，轮速传感器的传感头装在齿圈的顶上。当车轮转动时，使传感器不断产生电压信号，并输入电脑，与 RoM 中理想速度比较，算出车轮的增速或减速，向电磁阀发出升压或卸压的指令，以控制制动分缸制动力。

四、 ABS 使用中注意的问题

（ 1 ）更换制动器或更换液压制动系部件后，应排净制动管路中的空气，以免影响制动系统的正常工作。

（ 2 ）装有 ABS 的汽车，每年应更换一次制动液。否则，制动液吸湿性很强，含水后不仅会降低沸点，产生腐蚀，而且还会造成制动效能衰退。

（ 3 ）检查 ABS 防抱死制动系统前应先拔去电源。

三、汽车上应用的物理知识

一、力学方面

1、汽车的底盘质量都较大，这样可以降低汽车的重心，增加汽车行驶时的稳度。

2、汽车的车身设计成流线型，是为了减小汽车行驶时受到的阻力

3、汽车前进的动力——地面对主动轮的摩擦力（主动轮与从动轮与地面的摩擦力的方向相反）

4、汽车在平直路面匀速前进时——牵引力与阻力互相平衡，汽车所受重力与地面的支持力平衡

5、汽车拐弯时：①司机要打方向盘——力是改变物体运动状态的原因；②乘客会向拐弯的反方向倾倒——由于乘客具有惯性

6、汽车急刹车（减速）时，①司机踩刹车——力是改变物体运动状态的原因；②乘客会向车行方向倾倒――惯性 ;③司机用较小的力就能刹住车――杠杆原理；④用力踩刹车——增大压力来增大摩擦；⑤急刹车时，车轮与地面的摩擦由滚动变摩擦成滑动摩擦

7、不同用途的汽车的车轮还存在大小和个数的差异——这与汽车对路面的压强大小相关

8、汽车的座椅都设计得既宽且大，这样就减小了对坐车人的压强，使人乘坐舒服

9、汽车快速行驶时，车的尾部会形成一个低气压区，这是我们常常能在运动的汽车尾部看到卷扬的尘土形成原因

10、交通管理部门要求：①小汽车的司机和前排乘客必须系好安全带——这样可以防止惯性的危害；②严禁车辆超载——不仅仅减小车辆对路面的破坏，还有减小摩擦、惯性等；③严禁车辆超速——防止急刹车时，因反应距离和制动距离过长而造成车祸

11、简单机械的应用：①方向盘、车轮、开窗摇柄等都是轮轴，②调速杆，自动开关门装置是杠杆

12、汽车爬坡时要调为低速：由P=Fv，功率一定时，降低速度，可增大牵引力

13、关于速度路程，时间的计算问题；参照物与运动状态的描述问题

14、认识限速，里程，禁鸣等标志牌，了解其含义

二、声学方面

1、汽车喇叭发声要响，发动机的声音要尽量消除（发动机上装配消音器）――这是在声源处减弱噪声

2、为减轻车辆行驶时的噪声对道旁居民的影响，在道旁设置屏障或植树――可以在传播过程中减弱噪声

3、喇叭发声：电能――机械能

三、热学方面

1、汽车发动机常用柴油机或汽油机——它们是内燃机——利用内能来做功

2、发动机外装有水套，用循环流动的水帮助发动机散热——水的比热容大

3、冬天，为防冻坏水箱，入夜时要排尽水箱中的水――防止热胀冷缩的危害

4、小汽车的后窗玻璃板中嵌有一道道的电热丝——它可以防止车内形成的雾气附着于玻璃上并凝结

5、刚坐进汽车或有汽车从你身旁驶过时，会闻到浓浓的汽油味——扩散现象

6、空调车车窗玻璃设计成双层的――防止传热

7、环保汽车使用气体燃料，可减小对大气的污染

四、电学方面

1、汽车的发动机常用低压电动机起动：电动机是根据磁场对电流的作用的道理制成的，工作时把电能转化为机械能。

2、汽车电动机（汽车电机）常用车载电瓶（蓄电池）供电，汽车运行过程中可以利用的车轮带动车载发电机发电，给蓄电池充电。给蓄电池充电时，电能转化为化学能储存起来，此时蓄电池是用电器；用蓄电池给电动机供电时，化学能转化为电能，此时蓄电池才是电源

3、车载蓄电池还被用来为汽车上配装的空调、电扇、收录机、CD机及各种用途的电灯供电，方便地电能转化为机械能、声能、光能等等

3、油罐车的尾部通常要挂一条铁链直达路面，这样做有利于使运输过程中因颠簸而产生的电荷迅速传到大地上，避免因静电放电而带来灾难

4、车灯发光：电能――光能

五、光学方面

1、汽车旁的观后镜，交*路口的观察镜用的都是凸面镜，可以开阔视野

2、汽车在夜间行驶时，车内一般不开灯，这样可防止车内乘客在司机前的挡风玻璃上成像，干扰司机正确判断

3、汽车前的挡风玻璃通常都不直立（底盘高大的车除外），这是因为挡风玻璃相当于平面镜车内物体易通过它成像于司机面前，影响司机的判断

4、汽车尾灯灯罩：角反射器可将射来的光线反回，保证后面车辆安全

5、汽车头灯：凹面镜反射原理，近距光灯丝在焦点附近，远距光灯丝在焦点上

6、运动中汽车要保持车距

前后车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。千万不可忽视汽车会临时出现故障哦。路面情况要考虑雨天、下雪天、结冰、沙石、稻草等影想。

第三章 我们身边的物理现象

1、挂在壁墙上的石英钟，当电池的电能耗尽而停止走动时，其秒针往往停在刻度盘上"9"的位置。这是由于秒针在"9"位置处受到重力矩的阻碍作用最大。

2、有时自来水管在邻近的水龙头放水时，偶尔发生阵阵的响声。这是由于水从水龙头冲出时引起水管共振的缘故.

　　3、对着电视画面拍照，应关闭照相机闪光灯和室内照明灯，这样照出的照片画面更清晰。因为闪光灯和照明灯在电视屏上的反射光会干扰电视画面的透射光．

　　4、冰冻的猪肉在水中比在同温度的空气中解冻得快。烧烫的铁钉放入水中比在同温度的空气中冷却得快。装有滚烫的开水的杯子浸入水中比在同温度的空气中冷却得快。这些现象都表明：水的热传递性比空气好，

　　5、锅内盛有冷水时，锅底外表面附着的水滴在火焰上较长时间才能被烧干，且直到烧干也不沸腾，这是由于水滴、锅和锅内的水三者保持热传导，温度大致相同，只要锅内的水未沸腾，水滴也不会沸腾，水滴在火焰上*蒸发而渐渐地被烧干，

　　6、走样的镜子，人距镜越远越走样．因为镜里的像是由镜后镀银面的反射形成的，镀银面不平或玻璃厚薄不均匀都会产生走样。走样的镜子，人距镜越远，由光放大原理，镀银面的反射光到达的位置偏离正常位置就越大，镜子就越走样．

　　7、天然气炉的喷气嘴侧面有几个与外界相通的小孔，但天然气不会从侧面小孔喷出， 只从喷口喷出.这是由于喷嘴处天然气的气流速度大，根据流体力学原理，流速大，压强小，气流表面压强小于侧面孔外的大气压强，所以天然气不会以喷管侧面小孔喷出。

　　8、将气球吹大后，用手捏住吹口，然后突然放手，气球内气流喷出，气球因反冲而运动。可以看见气球运动的路线曲折多变。这有两个原因：一是吹大的气球各处厚薄不均匀，张力不均匀，使气球放气时各处收缩不均匀而摆动，从而运动方向不断变化；二是气球在收缩过程中形状不断变化，因而在运动过程中气球表面处的气流速度也在不断变化，根据流体力学原理，流速大，压强小，所以气球表面处受空气的压力也在不断变化，气球因此而摆动，从而运动方向就不断变化。

　　9、吊扇在正常转动时悬挂点受的拉力比未转动时要小，转速越大，拉力减小越多．这是因为吊扇转动时空气对吊扇叶片有向上的反作用力．转速越大，此反作用力越大．

　　10、电炉"燃烧"是电能转化为内能，不需要氧气，氧气只能使电炉丝氧化而缩短其使用寿命。

　　11、从高处落下的薄纸片，即使无风，纸片下落的路线也曲折多变。这是由于纸片各部分凸凹不同，形状备异，因而在下落过程中，其表面各处的气流速度不同，根据流体力学原理，流速大，压强小，致使纸片上各处受空气作用力不均匀，且随纸片运动情况的变化而变化，所以纸片不断翻滚，曲折下落。

第四章 生活中的物理

物理是一门历史悠久的自然学科。随着科技的发展，社会的进步，物理已渗入到人类生活的各个领域； 物理学存在于物理学家的身边；物理学也存在于同学们身边；在学习中，同学们要树立科学意识，大处着眼，小处着手，经历观察、思考、实践、创新等活动，逐步掌握科学的学习方法，训练科学的思维方式，不久你就会拥有科学家的头脑，为自己今后惊叹不已的发展，为今后美好的生活打下扎实的基础。

关键词：物理 渗入 人类生活 各个领域 存在 物理学家 同学们 身边 科学意识 科学学习方法

　　科学思维方式物理是一门历史悠久的自然学科，物理科学作为自然科学的重要分支，不仅对物质文明的进步和人类对自然界认识的深化起了重要的推动作用，而且对人类的思维发展也产生了不可或缺的影响。从亚里士多德时代的自然哲学，到牛顿时代的经典力学，直至现代物理中的相对论和量子力学等，都是物理学家科学素质、科学精神以及科学思维的有形体现。随着科技的发展，社会的进步，物理已渗入到人类生活的各个领域。例如，光是找找汽车中的光学知识就有以下几点：

　　1． 汽车驾驶室外面的观后镜是一个凸镜

　　利用凸镜对光线的发散作用和成正立、缩小、虚像的特点，使看到的实物小，观察范围更大，而保证行车安全。

　　2． 汽车头灯里的反射镜是一个凹镜

　　它是利用凹镜能把放在其焦点上的光源发出的光反射成为平行光射出的性质做成的。

　　3． 汽车头灯总要装有横竖条纹的玻璃灯罩

　　汽车头灯由灯泡、反射镜和灯前玻璃罩组成。根据透镜和棱镜的知识，汽车头灯玻璃罩相当于一个透镜和棱镜的组合体。在夜晚行车时，司机不仅要看清前方路面的情况，还要还要看清路边持人、路标、岔路口等。透镜和棱镜对光线有折射作用，所以灯罩通过折射，根据实际需要将光分散到需要的方向上，使光均匀柔和地照亮汽车前进的道路和路边的景物，同时这种散光灯罩还能使一部分光微向上折射，以便照明路标和里程碑，从而确保行车安全。

　　4． 轿车上装有茶色玻璃后，行人很难看清车中人的面孔

　　茶色玻璃能反射一部分光，还会吸收一部分光，这样透进车内的光线较弱。要看清乘客的面孔，必须要从面孔反射足够强的光透射到玻璃外面。由于车内光线较弱，没有足够的光透射出来，所以很难看清乘客的面孔。

　　5． 除大型客车外，绝大多数汽车的前窗都是倾斜的

　　当汽车的前窗玻璃倾斜时，车内乘客经玻璃反射成的像在国的前上方，而路上的行人是不可能出现在上方的空中的，这样就将车内乘客的像与路上行人分离开来，司机就不会出现错觉。大型客车较大，前窗离地面要比小汽车高得多，即使前窗竖直装，像是与窗同高的，而路上的行人不可能出现在这个高度，所以司机也不会将乘客在窗外的像与路上的行人相混淆。

　　再如下面一个例子：

　　五香茶鸡蛋是人们爱吃的，尤其是趁热吃味道更美。细心的人会发现，鸡蛋刚从滚开的卤汁里取出来的时候，如果你急于剥壳吃蛋，就难免连壳带“肉”一起剥下来。要解决这个问题，有一个诀窍，就是把刚出锅的鸡蛋先放在凉水中浸一会，然后再剥，蛋壳就容易剥下来。

　　一般的物质（少数几种例外），都具有热胀冷缩的特性。可是，不同的物质受热或冷却的时候，伸缩的速度和幅度各不相同。一般说来，密度小的物质，要比密度大的物质容易发生伸缩，伸缩的幅度也大，传热快的物质，要比传热慢的物质容易伸缩。鸡蛋是硬的蛋壳和软的蛋白、蛋黄组成的，它们的伸缩情况是不一样的。在温度变化不大，或变化比较缓慢均匀的情况下，还显不出什么；一旦温度剧烈变化，蛋壳和蛋白的伸缩步调就不一致了。把煮得滚烫的鸡蛋立即浸入冷水里，蛋壳温度降低，很快收缩，而蛋白仍然是原来的温度，还没有收缩，这时就有一小部分蛋白被蛋壳压挤到蛋的空头处。随后蛋白又因为温度降低而逐渐收缩，而这时蛋壳的收缩已经很缓慢了，这样就使蛋白与蛋壳脱离开来，因此，剥起来就不会连壳带“肉”一起下来了。

明白了这个道理，对我们很有用处。凡需要经受较大温度变化的东西，如果它们是用两种不同材料合在一起做的，那么在选择材料的时候，就必须考虑它们的热膨胀性质，两者越接近越好。工程师在设计房屋和桥梁时，都广泛采用钢筋混凝土，就是因为钢材和混凝土的膨胀程度几乎完全一样，尽管春夏秋冬的温度不同，也不会产生有害的作用力，所以钢筋混凝土的建筑十分坚固。

另外，有些电器元件却是用两种热膨胀性质差别很大的金属制成的。例如，铜片的热膨胀比铁片大，把铜片和铁片钉在一起的双金属片，在同样情况下受热，就会因膨胀程度不同而发生弯曲。利用这一性质制成了许多自动控制装置和仪表。日光灯的“启动器”里就有小巧的双金属片，它随着温度的变化，能够自动屈伸，起到自动开启日光灯的作用。

　　这样的例子举不胜举，物理是一门实用性很强的科学，与工农业生产、日常生活有着极为密切的联系。物理规律本身就是对自然现象的总结和抽象。

　　谈到物理学，有些同学觉得很难；谈到物理探究，有同学觉得深不可测；谈到物理学家，有同学更是感到他们都不是凡人。诚然，成为物理学家的人的确屈指可数，但只要勤于观察，善于思考，勇于实践，敢于创新，从生活走向物理，你就会发现：其实，物理就在身边。正如马克思说的：“科学就是实验的科学，科学就在于用理性的方法去整理感性材料”。物理不但是我们的一门学科，更重要的，它还是一门科学。

物理学存在于物理学家的身边。勤于观察的意大利物理学家伽利略，在比萨大教堂做礼拜时，悬挂在教堂半空中的铜吊灯的摆动引起了他极大的兴趣，后来反复观察，反复研究，发明了摆的等时性；勇于实践的美国物理学家富兰克林，为认清“天神发怒”的本质，在一个电闪雷鸣、风雨交加的日子，冒着生命危险，利用司空见惯的风筝将“上帝之火”请下凡，由此发明了避雷针；敢于创新的英国科学家亨利&8226;阿察尔去邮局办事。当时身旁有位外地人拿出一大版新邮票，准备裁下一枚贴在信封上，苦于没有小刀。找阿察尔借，阿察尔也没有。这位外地人灵机一动，取下西服领带上的别针，在邮票的四周整整齐齐地刺了一圈小孔，然后，很利落地撕下邮票。外地人走了，却给阿察尔留下了一串深深的思考，并由此发明了邮票打孔机，有齿纹的邮票也随之诞生了；古希腊阿基米德发现阿基米德原理；德国物理学家伦琴发现X射线；……研究身边的琐事并有大成就的物理学家的事例不胜枚举。

物理学也存在于同学们身边。学了测量的初步知识，同学们纷纷做起了软尺。有位同学别出心裁，用透明胶把制好的牛皮纸软尺包扎好，这样更牢固。然后，用大大卷泡泡糖的包装盒作为软尺的外壳，在盒的中心利用铁丝做一摇柄中心轴，软尺的末端固定在轴上，这样一个可以收拾并反复使用的卷尺诞生了。同时，这位同学受软尺自作的启示，用实验解决了一道习题：用软尺测量物体长度时，若把软尺拉长些，测量值是偏大还是偏小？他做了这样一个模拟实验：在白纸上画一条直线，标上刻度，然后用透明胶粘贴，再扯下来，便做成了“软尺”，用“软尺”不仅找到了上题的答案，而且还清楚地看到分度值变大了，知其然，并知其所以然；学了电学的有关知识后，同学们对蚯蚓能承受的最大电压进行了探究：当给它加上1.5V的电压时，蚯蚓迅速分泌粘液，且奋力挣扎，从瓶内跳出瓶外。当给它加上3V的电压时，蚯蚓被电为两截；有同学在测量“2.4V、0.5A”的小灯泡的功率，并研究其发光情况时，不满足于给灯泡加上2.4V的电压，而是用自己早已准备好的小灯泡做破坏性实验，不断加大灯泡两端的电压，直至电压高达9V、灯泡灯丝烧断，才停止探究；有同学在学习蒸发的知识时，不厌其烦地座在桌旁观察相同的两滴水（其中一滴水滩开），进行聚精会神地观察，然后进行分析、对比，得出影响蒸发的因素；……同学们捕捉身边的琐事进行探究的事例屡见不鲜。

身边的事物是取之不尽的，对与现实生活联系很紧密的物理学科来说，更是时时会用到的，用身边的事例去解释和总结物理规律，学生听起来熟悉，接受起来也就容易了。只要时时留意，经常总结，就会不断发现有利于物理教学的事物，丰富我们的课堂，活跃教学气氛，简化概念和规律。新课标告诉我们“义务教育阶段的物理课程应贴近学生生活，符合学生认知特点，激发并保持学生的学习兴趣，通过探索物理现象，揭示隐藏其中的物理规律，并将其应用于生产生活实际，培养学生终身的探索乐趣、良好的思维习惯和初步的科学实践能力。”

　　今天，人类所有的令人惊叹不已的科学技术成就，如克隆羊、因特网、核电站、航空技术等，无不是建立在早年的科学家们对身边琐事进行观察并研究的基础上的。在学习中，同学们要树立科学意识，大处着眼，小处着手，经历观察、思考、实践、创新等活动，逐步掌握科学的学习方法，训练科学的思维方式，不久你就会拥有科学家的头脑，为自己今后惊叹不已的发展，为今后美好的生活打下扎实的基础。

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