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量子力學小故事篇一

11.2.曹沖稱象的故事。在距離現(xiàn)在一千七百多年前，中國是處于魏、蜀、吳三強鼎立的三國時代。有一天，吳國的孫權送給魏國領袖曹操一只大象，長久居住在中原的曹操從來沒有看過這種龐然大物，好奇地想知道這個大怪物的體重到底有多重？于是，他對著臣子們說：“誰有辦法把這只大象稱一稱？”在場的人七嘴八舌地討論著：有人回家搬出特制的秤，但大象實在太大了，一站上去，就把秤踩扁了；有人提議把大象一塊一塊地切下分開秤，再算算看加起來有多重，可是在場的人覺得太殘忍了，而且曹操喜歡大象可愛模樣，不希望為了秤重失去它。就在大家束手無策正想要放棄的時候，曹操7歲的兒子曹沖，突然開口說：“我知道怎么秤了！”他請大家把大象趕到一艘船上，看船身沉入多少，在船身上做了一個記號。然后又請大家把大象趕回岸上，把一筐筐的石頭搬上船去，直到船下沈到剛剛畫的那一條線上為止。接著，他請大家把在船上的石頭逐一稱過，全部加起來就是大象的重量了！小朋友，曹沖是不是很聰明？在一千七百多年前的時代，曹沖的方法的確很聰明，可是，現(xiàn)代的工具非常發(fā)達，我們發(fā)明出許多的工具來稱重的東西，不須要再大費周章地一筐筐地搬石頭。

小朋友，請你和爸爸媽媽一起討論，一只小狗、一袋砂石、一顆蘋果、一卡車的木頭、一臺貨柜車，分別要用什么工具來稱重最適當？ 11.3.死海為什么淹不死人

相傳公元70年羅馬軍東征統(tǒng)帥狄杜處決幾個被俘的奴隸，命令將其投入死海中淹死，但這些被投到湖中的人不下沉，如此反復數(shù)次，以為有神靈保佑，故赦免之。

實際上是因為死海的鹽含量很大,使海水的密度大于人的密度,于是人就浮在水面上了!

11.4.水的密度竟然大于冰，你現(xiàn)在就去冰箱里拿一些冰塊，把它丟在半杯水中，看看冰塊是浮著呢？還是沉下。物質的密度會受溫度的影響而改變。一般而言，物質的質量不受溫度影響，但是體積會熱脹冷縮。所以溫度上升時體積膨脹，密度相對就變小了。相反的，物質在溫度下降時體積縮小，密度會變大。不過水是例外，因為水的密度在4℃時最大，水溫只要從4℃上升或下降，密度都會變小。也就是說4℃的水，體積在受熱時也膨脹、冷卻時也膨脹。所以水總是由表面開始結冰，密度最大的4℃的水會沉入最底層。這個性質非常重要，在嚴寒的冬天，雖然水的表面已結冰，但在湖泊的底層仍維持4℃左右，使水中的生物可安然度過冬天。

11.5.密度知識在生活中的作用 ①鑒別物質

新鮮雞蛋的密度(指它的平均密度)比水的密度稍大。買回的雞蛋是否新鮮，放到水里時，就可鑒別出來。陳舊的由于水份散失，蛋內空隙增大，它的平均密度就變小了，放入水中就會漂浮。而新鮮雞蛋是要沉沒在水中的。

②如果遇到火災，室內的空氣的密度是不相同的。被加熱了的空氣密度變小而上浮，而這部分空氣不但能燙傷人，而且有毒成份也多。你要逃生，當然要盡可能地處在低處。趴下、匍匐最為合適。

12.1 刻舟求劍，《漢語成語詞典》）中是這樣解釋的：據(jù)說從前楚國有一個人過江時把劍掉在水里，他在船沿上劍掉下去的地方刻了記號，等船停下后，他便從刻有記號的地方下水找劍，結果沒有找到（見《呂氏春秋·察今》）。比喻拘泥固執(zhí)，不知道隨著情勢的變化而變化。從物理學的角度來分析：此人錯選了參照物。因船相對劍是運動的，則船和劍的相對位置在不斷地發(fā)生變化，則確定劍的位置應選擇與劍的相對位置不變的物體為參照物，如岸上的石頭、樹木、花草等。11.2.活動人行道，有一種設備，是根據(jù)這種相對運動的原理建造的，就是所謂“活動人行道”；不過這種設備直到目前為止，也還只有在展覽會里可以看到。

.這種設備的構造。有五條環(huán)形的人行道，一條挨著一條套在一起；它們各有單獨的機械來開動，速度各不相同。最外圈的那一條走得相當慢，速度只有每小時5公里，等于平常步行的速度，要走上這樣慢慢爬行的人行道，顯然并不困難。在這條里側，同它并行的第二條人行道，速度是每小時10公里。如果從不動的街道直接跳上第二條人行道，當然是危險的，可是從第一條跨到這一條就不算什么了。事實上，對速度每小時5公里的第一條人行道來說，速度每小時10公里的第二條人行道也不過是在做每小時5公里的運動；這就是說，從第一

條跨到第二條，是和從地面跨到第一條一樣容易的。第三條已經是用每小時15公里的速度前進了，可是從第二條跨上去，當然也不困難。從第三條跨到用每小時20公里的速度前進的第四條，以及最后從第四條跨到用每小時25公里的速度奔馳的第五條，也都一樣容易。這第五條人行道就可以把旅客送到要去的地方；到了目的地，旅客又可以一條條地往外跨，他就可以走到不動的地面上。

11.3.地球半徑是如何估算的

圖3中，圓c代表地球，c是地球中心，r是地球半徑，l是塞恩城觀測點與亞歷山大城觀測點之間的距離(弧長)，s點代表塞恩觀測點，a代表亞歷山大城觀測點，o代表太陽，則∠oaz代表亞歷山大城太陽影子與旗桿的交角，由于地球的半徑大小與地球和太陽之間的距離相比可以忽略不計，所以∠oaz=∠sca，于是l/2πr= r/2π(即l弧長度與地球周長之比等于夾角r與圓周角2π之比)，所以r=l/r,即通過l, r就可算出r。

12.4 看到滑水運動員在水面上乘風破浪快速滑行時，你有沒有想過，為什么滑水運動員站在滑板上不會沉下去呢？

原因就在這塊小小的滑板上。你看，滑水運動員在滑水時，總是身體向后傾斜，雙腳向前用力蹬滑板，使滑板和水面有一個夾角。當前面的游艇通過牽繩拖著運動員時，運動員就通過滑板對水面施加了一個斜向下的力。而且，游艇對運動員的牽引力越大，運動員對水面施加的這個力也越大。因為水不易被壓縮，根據(jù)牛頓第三定律（作用力與反作用力定律），水面就會通過滑板反過來對運動員產生一個斜向上的反作用力。這個反作用力在豎直方向的分力

等于運動員的重力時，運動員就不會下沉。因此，滑水運動員只要依靠技巧，控制好腳下滑板的傾斜角度，就能在水面上快速滑行。

12.5 牛頓：（1642~1727）是一位英格蘭物理學家、數(shù)學家、天文學家、自然哲學家。他在1687年發(fā)表的論文《自然哲學的數(shù)學原理》里，對萬有引力和三大運動定律進行了描述。這些描述奠定了此后三個世紀里物理世界的科學觀點，并成為了現(xiàn)代工程學的基礎。他通過論證開普勒行星運動定律與他的引力理論間的一致性，展示了地面物體與天體的運動都遵循著相同的自然定律；從而消除了對太陽中心說的最后一絲疑慮，并推動了科學革命。

在力學和天文學方面，有伽利略、開普勒、胡克、惠更斯等人的努力，牛頓有可以用已經準備好的材料，建立起一座宏偉壯麗的力學大廈。正象他自己所說的那樣“如果說我看得遠，那是因為我站在巨人的肩上”。

牛頓在臨終前對自己的生活道路是這樣總結的：“我不知道在別人看來，我是什么樣的人；但在我自己看來，我不過就象是一個在海濱玩耍的小孩，為不時發(fā)現(xiàn)比尋常更為光滑的一塊卵石或比尋常更為美麗的一片貝殼而沾沾自喜，而對于展現(xiàn)在我面前的浩瀚的真理的海洋，卻全然沒有發(fā)現(xiàn)?！边@顯示出牛頓的謙遜精神。

12.6.為什么自行車在運動中容易保持平衡，而在停下時卻無法保持平衡？

原因之一是車輪的陀螺效應。當車輪圍繞著軸快速動時，會阻礙軸心的移動。因此，運動中的車輪會對自行車的傾倒形成阻力。當在桌子上轉動硬幣時，可以觀察到同樣的效果，運動中的硬幣可以保持平衡。

另外，如果觀察我們在一條直線上的運動時會發(fā)現(xiàn)，我們一會兒往左，一會兒往右地拐小彎。正是因為這些小彎，我們才能保持平衡。當我們倒向一側時，自行車會往這一側轉小彎。這樣，當我們拐小彎時產生的離心力會使自行車糾正傾斜的程度，從而保持平衡。

13.1彈力的應用

利用彈力可進行一系列社會生產生活活動，力有大小、方向、作用點。如高大的建筑需要打牢基礎，橋梁設計需要精確計算各部分的受力大??；拔河需要用粗大一些繩子，防止拉力過大導致斷裂；高壓線的中心要加一根較粗的鋼絲，才能支撐較大的架設跨度；運動員在瞬間產生的爆發(fā)力等等。

可見，物理力學知識生產和生活實際中是很有用的，從宇宙天體到微觀的分子、原子處處存在著各種各樣的力，教師只要將課本知識與生產生活實際有機地結合起來，就能極大地激發(fā)學生的學習興趣，從而培養(yǎng)他們樹立崇尚科學、研究科學、應用科學精神。

13.2 重力的應用

我們生活在地球上，重力無處不在。如工人師傅在砌墻時，常常利用重錘線來檢驗墻身是否豎直，這是充分利用重力的方向是豎直向下這一原理；羽毛球的下端做得重一些，這是利用降低重心使球在下落過程中保護羽毛；汽車駕駛員在下坡時關閉發(fā)動機還能繼續(xù)滑行，這是利用重力的作用而節(jié)省能源；在農業(yè)生產中的拋秧技術也是利用重力的方向豎直向下。假如沒有重力，世界不可想象，水不能倒進嘴里，人們起跳后無法落回地面，飛舞的塵土會永遠漂浮在空中，整個自然界將是一片混濁。在講授重力時，要讓學生展開熱烈的討論，充分挖掘學生的想象力，知道重力與我們的生產生活實際密切相關。

13.3 摩擦力的應用

摩擦力是一個重要的力，它在社會生產生活實際中應用非常廣泛。如人們行走時，在光滑的地面上行走十分困難，這是因為接觸面摩擦太小的緣故；汽車上坡打滑時，在路面上撒些粗石子或墊上稻草，汽車就能順利前進，這是靠增大粗糙程度而增大摩擦力；鞋底做成各種花紋也是增大接觸面的粗糙程度而增大摩擦；滑冰運動員穿的滑冰鞋安裝滾珠是變滑動摩擦為滾動摩擦，從而減少摩擦而增大滑行速度；各類機器中加潤滑油是為了減小齒輪間的摩擦，保證機器的良好運行?？梢?，人類的生產生活實際都與摩擦力有關，有益的摩擦要充分利用，有害的摩擦要盡量減少。

13.4 阿基米德在《論平面圖形的平衡》一書中最早提出了杠桿原理。阿基米德曾講：“給我一個立足點和一根足夠長的杠桿，我就可以撬動地球”。他首先把杠桿實際應用中的一些經驗知識當作“不證自明的公理”，然后從這些公理出發(fā)，運用幾何學通過嚴密的邏輯論證，得出了杠桿原理。這些公理是：（1）在無重量的桿的兩端離支點相等的距離處掛上相等的重量，它們將平衡；（2）在無重量的桿的兩端離支點相等的距離處掛上不相等的重量，重的一端將下傾；（3）在無重量的桿的兩端離支點不相等距離處掛上相等重量，距離遠的一端將下傾；（4）一個重物的作用可以用幾個均勻分布的重物的作用來代替，只要重心的位置保持不變。正是從這些公理出發(fā)，在“重心”理論的基礎上，阿基米德發(fā)現(xiàn)了杠桿原理，即“二重物平衡時，它們離支點的距離與重量成反比。阿基米德對杠桿的研究不僅僅停留在理論方面，而且據(jù)此原理還進行了一系列的發(fā)明創(chuàng)造。據(jù)說，他曾經借助杠桿和滑輪組，使停放在沙灘上的桅般順利下水，在保衛(wèi)敘拉古免受羅馬海軍襲擊的戰(zhàn)斗中，阿基米德利用杠桿原理制造了遠、近距離的投石器，利用它射出各種飛彈和巨石攻擊敵人，曾把羅馬人阻于敘拉古城外達3年之久。

13.5 機械鐘表、發(fā)條玩具都是靠上緊發(fā)條帶動的。當發(fā)條被上緊時，發(fā)條產生彎曲形變，存儲一定的彈性勢能。釋放后，彈性勢能轉變?yōu)閯幽?，通過傳動裝置帶動時、分、秒針或輪子轉動。在許多玩具槍中都裝有彈簧，彈簧被壓縮后具有勢能，扣動扳機，彈簧釋放，勢能轉變?yōu)閯幽?，撞擊小球沿槍管射出。田徑比賽用的發(fā)令槍和軍用槍支也是利用彈簧被釋放后彈性勢能轉變?yōu)閯幽茏矒舭l(fā)令紙或子彈的引信完成發(fā)令或發(fā)火任務的。14.1

全世界每年大約發(fā)生1萬次鳥撞飛機事件，國際航空聯(lián)合會已把鳥害升級為“a”類航空災難。那么，飛機為何“害怕”小鳥呢? 當鳥與飛機相對飛行時，雖然鳥的飛行速度不是很大，但是飛機的飛行速度卻很大，這樣對于飛機來說，鳥的飛行速度就十分大了。速度越大，撞擊的力量就會越強。比如一只0.45公斤的鳥撞在速度為每小時960千米的飛機上，就會產生21.8萬牛頓的力；如果是一只1.8公斤的鳥撞在速度為每小時700千米的飛機上，產生的沖擊力比炮彈的沖擊力還要大，所以一只小小的鳥也能變成擊落飛機的“炮彈”。鳥與飛機的碰撞大多發(fā)生在飛機起飛和著陸階段。自從人類發(fā)明飛機以來，鳥撞飛機的事故就頻頻發(fā)生。并且隨著航空事業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是寬體客機等大型噴氣式飛機的廣泛使用，再加上飛機場大多建在城市郊外的葦塘、農田、草地、濕地等鳥類棲息地、取食地的附近，所以鳥撞飛機事件成為世界各國航空界面臨的一個共同難題。為了避免或減少鳥撞飛機事故對人類所造成的損失，航空界除了采用原始的單純靠人工驅趕、鳴槍示警、設立攔鳥網(wǎng)或圍墻等驅散鳥類的辦法之外，還發(fā)明了從鳥類的視覺、聽覺、食性等方面人手的各種先進設備。但是目前，航空界尚未找到一種能夠真正有效地防止鳥撞飛機的靈丹妙藥。

14.2 為什么江河大提與水庫大壩都修成上窄下寬？

無論是江河大堤，還是水庫大壩都修成上窄下寬，其目的主要是為了“三防”。

1.防水壓

根據(jù)液體內部壓強公式ｐ＝ρｇｈ可知，堤壩內的水越靠近堤壩底，水深ｈ越大，水產生的壓強也越大。堤壩下面寬能承受較大的水壓，確保堤壩的安全。

2.防滲漏

堤壩下面部分受水的壓強大，水容易滲進壩體。把下部修得寬些，就可以延長堤壩內水的滲透路徑，增大滲透阻力，從而提高堤壩的防滲透性能。3.防滑動

堤壩內水的壓力總有將大堤向外水平推動和將大壩推向下游的運動趨勢，堤壩基底需要有與之抗衡的靜摩擦力，才能保持堤壩平衡。將堤壩下部修寬既可增大壩體的重力，也可增大迎水面（擋水面）上水對壩體豎直向下的壓力，因此，可以增強壩體與壩基間的最大靜摩擦力，達到防止堤壩滑動的目的。

14.3 當你收聽無線電臺的天氣形勢廣播時，常聽到“高氣壓”、“低氣壓”、“高壓脊”、“低壓槽”等詞。這些詞都是指的大氣壓在某一區(qū)域的分布類型，那么為什么大氣壓與天氣預報有如此密切的關系呢？

地球表面上的風、云、雨、雪，萬千氣象，都跟大氣運動有關系，而造成大氣運動的動力就是大氣壓分布的不平衡和氣壓分布的經常變化。由于地球表面各處在太陽照射下受熱情況不同，各地的空氣溫度就有較大差別。溫度高的地方，空氣膨脹上升，空氣變得稀薄，氣壓就低；溫度低的地方，空氣收縮下沉、密度增大，氣壓就高。另外，大氣流動也是造成氣壓不平衡和經常變化的重要因素。這樣在地理情況千差萬別的地球表面上空，就形成各種各樣的氣壓分布類型，多種氣壓類型的組合就構成了一定的天氣形勢，而決定著未來的風云變幻。

14.4 靜脈輸液中的物理知識。靜脈輸液時，要求在輸液過程中，保持滴點的速度幾乎不變。通過觀察封閉式靜脈輸液用的部分裝置，結合氣體壓強、液體壓強的知識我們不難說明其道理。

輸液時，醫(yī)生先將葡萄糖液瓶倒掛，然后將通氣管上的通氣針插入，這時通氣管與葡萄糖液瓶內部連通，葡萄糖液有一部分進入通氣管內。但我們注意到進入的量并不多，通氣管內的液面遠比葡萄糖液瓶內的液面要低。接著醫(yī)生就把點滴玻璃管和輸液管連好，然后將輸液管通過針頭與葡萄糖液瓶內部相連。調節(jié)橡皮管上的夾子，葡萄糖水就開始均勻地一滴一滴在點滴玻璃管內下落了。

我們來分析輸液時葡萄糖液瓶內的壓強情況：我們知道，液體壓強是隨深度增加而增大的。液體越深壓強越大，這樣液流速度就越快。在輸液開始后，葡萄糖液瓶內的液面持續(xù)下降，瓶內空氣壓強減小，因而通氣管內的液體由于受到外界穩(wěn)定的大氣壓強的作用，很快被壓回到葡萄糖液瓶內。

在整個輸液過程中，通氣管針頭頂端開口處的小液片受到的向下的壓強基本保持在一個大氣壓強的水平，不會因瓶內液面的下降而變化。由于圖中通氣管針頭頂端所處水平面液體的壓強基本保持不變，因而在它下面一定距離的點滴玻璃管上端口液體的壓強也基本保持不變。這樣，就對穩(wěn)定滴點速度起到了積極作用。

14.5 1噸木頭和1噸鐵，哪一個重？1噸木頭和1噸鐵，哪一個重？這還不知道，一樣重?？墒侨绻腥嘶卮鹫f：“1噸木頭重?！蹦阋欢〞笮ζ饋怼Ｈ欢?，嚴格地講，這個答案才是正確的！

因為平常我們說的1噸鐵和1噸木頭，是指鐵和木頭在空氣里稱起來的重量。假若有一架很大的天平，我們把這堆鐵和這堆木頭分別放在天平的兩盤上，那么，它們在空氣里稱得的結果是正好平衡的。

但是，我們都有知道，任何物體放在空氣里都要受到浮力的作用。因此一個物體的真正重量，應該是它在真空里稱出來的重量?？墒俏覀兤匠Ｋ傅闹亓?，都是在空氣里稱出來的。既然是在空氣里稱的，就要受到空氣的浮力作用，所以它的重量就要減小。根據(jù)阿基米得原理，物體在空氣里所受的浮力，等于這個物體所排開的空氣的重量；也就是說，在空氣中稱得的重量，等到于物體的真實重量減去物體所受的浮力。

此題中，木頭的體積比鐵的體積大，所以木頭所受的浮力大于鐵的浮力，因此，木頭的真正重量，應該等于1噸重加上木頭所受的浮力；而鐵的真正重量，應該等于1噸重加上鐵所受的浮力。

1噸鐵大約占八分之一立方米的體積，1噸木頭約占2立方米。它們的浮力相差約2.3千克力。

所以1噸木頭的真正重量，就比1噸鐵的真正重量約重2.3千克。

14.6.為什么肥皂泡總先上升后下降。日常生活中，我們?？吹揭恍┬∨笥汛捣试砼?，一個個小肥皂泡從吸管中飛出，在陽光的照耀下，發(fā)出美麗的色彩。此時，小朋友們沉浸在歡樂和幸福之中，我們大人也常希望肥皂泡能飄浮于空中，形成一道美麗的風景。但我們常常是看到肥皂泡開始時上升，隨后便下降，這是為什么呢? 這個過程和現(xiàn)象，我們只要留心想一下，就會發(fā)現(xiàn)，它其中包含著豐富的物理知識。在開始的時候，肥皂泡里是從嘴里吹出的熱空氣，肥皂膜把它與外界隔開，形成里外兩個區(qū)域，里面的熱空氣溫度大于外部空氣的溫度。此時，肥皂泡內氣體的密度小于外部空氣的密度，根據(jù)阿基米德原理可知，此時肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力，因此它會上升。這個過程就跟熱氣球的原理是一樣的。

隨著上升過程的開始和時間的推移，肥皂泡內、外氣體發(fā)生熱交換，內部氣體溫度下降，因熱脹冷縮，肥皂泡體積逐步減小，它受到的外界空氣的浮力也會逐步變小，而其受到的重力不變，這樣，當重力大于浮力時，肥皂泡就會下降。

15.1—4 足球比賽是很多人喜歡的運動之一，不知你在欣賞比賽時，除了為自己喜愛的球隊、球星吶喊助威和每一個進球激情狂歡外，還有沒有想過用物理的眼光來欣賞它。實際上，這項運動包含了很多物理知識?，F(xiàn)在我們透過足球場上常見的幾種現(xiàn)象來看一下：

球越滾越慢。在球場上踢出的球越滾越慢，最終停下來。這是因為踢出的足球由于慣性要保持原來的運動狀態(tài)，沿原來的運動方向繼續(xù)滾動；而在運動方向上只受到了滾動摩擦力的作用，這個阻力改變了足球的運動狀態(tài)，阻礙足球滾動，使球越滾越慢，所以球最終停止運動。球在下落后，每次上升的高度都比上一次低?？梢杂媚芰康挠^點來分析：球在下落時，由于球和空氣之間克服摩擦，要損失一部分機械能；同時球在碰撞地面時，也要損失一部分機械能，這樣球的機械能就逐漸減少，所以球上升的高度將越來越小。守門員接球。當隊員大腳射門時，球速可以高達100千米/小時。如果守門員用胸部停球，那么胸部所受到的沖力將高達1500牛；如果用手接球，沖力要減少到500牛。這是因為通過手臂的運動可使球的制動距離延長3倍的緣故。守門員撲點球。守門員撲點球時，撲住的成功率一般只與守門員的判斷反應能力有關，為什么呢?因為點球的位置距球門只有9.15米，射門時球速可以高達100千米/小時，這樣球到球門的時間大約是0.32秒，而人腦的反映時間大約是0.6秒，這樣足球到球門的時間就會遠遠小于人腦的反映時間，所以守門員根本沒有時間調整自己的意識，因此點球的撲住與否跟守門員對進球方向的預先判斷直接有關。正是由于這種原因我們在看點球大戰(zhàn)時，球明明向球門左邊飛去而守門員卻撲向右邊就不足為奇了。運動員絆倒時前傾。快速奔跑的運動員被對方運動員的腳或身體絆住時，都是向前傾倒。出現(xiàn)這種情況的原因是：人的下半身由于被絆住而停止了運動，上身卻由于慣性仍保持原來的運動狀態(tài)繼續(xù)向前運動，于是奔跑的運動員絆倒時向前傾倒。噴霧療傷。在足球比賽中，運動員相互碰撞跌倒后，常看到運動員雙手抱腿，在地上翻滾。這時，隊醫(yī)就會迅速進場，從藥箱中取出一只瓶子，對著球員的傷痛處噴出一股白霧，一會，傷員疼痛消失，就可以重新入場比賽了。實際上這是因為瓶中裝的是“冷氣霧鎮(zhèn)痛”，它是由氟氯甲烷配一些鎮(zhèn)痛治傷藥組成，這種藥液從噴嘴噴到傷處時，迅速汽化成霧狀。由

于汽化要吸收大量的熱量，運動員受傷處溫度將急劇下降，血管收縮，神經麻痹，于是痛感就很快消失?；【€球的形成。我們在看球時，經常聽到解說員說：球在空中劃著美麗的弧線，直掛球門死角。那么球為什么在空中劃著美麗的弧線呢?那是因為運動員在踢球時，用腳的內側或外側摩擦球使球在空中水平方向運動，這樣就造成了球的水平兩側的氣流速度大小不一樣，根據(jù)氣體流速與壓強的關系，空氣對球在水平方向上的力的大小也就不一樣，所以球在前進的同時，還在與球前進方向垂直的水平方向上發(fā)生彎曲，從而造成了“美麗的弧線”。

當然，在足球比賽中還有很多物理知識，只要用心還會發(fā)現(xiàn)很多有趣的物理現(xiàn)象，大家在看球時，不妨從不同的角度去觀察，這樣將會其樂無窮。

15.5.19世紀中葉，一系列科學工作者為正確認識熱功能轉化和其它物質運動形式相互轉化關系做出了巨大貢獻，不久后偉大的能量守恒和轉化定律被發(fā)現(xiàn)了。人們認識到：自然界的一切物質都具有能量，能量有各種不同的形式，可從一種形式轉化為另一種形式，從一個物體傳遞給另一個物體，在轉化和傳遞的過程中能量的總和保持不變。能量守恒的轉化定律為辯證唯物主義提供了更精確、更豐富的科學基礎。有力地打擊了那些認為物質運動可以隨意創(chuàng)造和消滅的唯心主義觀點，它使永動機幻夢被徹底的打破了。在制造第一類永動機的一切嘗試失敗之后，一些人又夢想著制造另一種永動機，希望它不違反熱力學第一定律，而且既經濟又方便。比如，這種熱機可直接從海洋或大氣中吸取熱量使之完全變?yōu)闄C械功。由于海洋和大氣的能量是取之不盡的，因而這種熱機可永不停息地運轉做功，也是一種永動機。然而，在大量實踐經驗的基礎上，英國物理學家開爾文于1851年提出了一條新的普遍原理：物質不可能從單一的熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a生其它影響。這樣，第二類永動機的想法也破產了。層出不窮的永動機設計方案，都在科學的嚴格審查和實踐的無情檢驗下一一失敗了。1775的，法國科學院宣布”本科學院以后不再審查有關永動機的一切設計“。這說明在當時科學界，已經從長期所積累的經驗中，認識到制造永動機的企圖是沒有成功的希望的。永動機的想法在人類歷史上持續(xù)了幾百年，這個神話的被駁倒，不僅有利于人們正確的認識科學，也有利于人們正確的認識世界。能量既不能憑

空產生 也不能憑空消失 只能從一種形式轉化成另一種形式 或者從一個物體轉移到另一個物體 在轉化和轉移過程中 能量的總和不變 這就是能量守恒定律了 所以第一類永動機是不能做出來的。而能量的轉化和轉移是有方向的，就像熱量可以自發(fā)的由熱的物體轉移到冷的物體 但不能自發(fā)的由冷的物體轉移到熱的物體 而不引起其他的變化 所以第二類永動機也是不能做出來的。

16.1 為什么說”響水不開，開水不響“ 我們知道，水中能溶有少量空氣，容器壁的表面小空穴中也吸附著空氣，這些小氣泡起氣化核的作用。水對空氣的溶解度及器壁對空氣的吸附量隨溫度的升高而減少，當水被加熱時，氣泡首先在受熱面的器壁上生成。

氣泡生成之后，由于水繼續(xù)被加熱，在受熱面附近形成過熱水層，它將不斷地向小氣泡內蒸發(fā)水蒸汽，使泡內的壓強（空氣壓與蒸汽壓之和）不斷增大，結果使氣泡的體積不斷膨脹，氣泡所受的浮力也隨之增大，當氣泡所受的浮力大于氣泡與壁間的附著力時，氣泡便離開器壁開始上浮。

在沸騰前，窗口里各水層的溫度不同，受熱面附近水層的溫度較高，水面附近的溫度較低。氣泡在上升過程中不僅泡內空氣壓強p。隨水溫的降低而降低，泡內有一部分水蒸汽凝結成飽和蒸汽，壓強亦在減小，而外界壓強基本不變，此時，泡外壓強大于內壓強，于是，上浮的氣泡在上升過程中體積將縮小，當水溫接近沸點時，有大量的氣泡涌現(xiàn)，接連不斷地上升，并迅速地由大變小，使水劇烈振蕩，產生”嗡，嗡“的響聲，這就是”響水不開“的道理。

對水繼續(xù)加熱，由于對流和氣泡不斷地將熱能帶至中、上層，使整個溶器的水溫趨于一致，此時，氣泡脫離器壁上浮，其內部的飽和水蒸汽將不會凝結，飽和蒸汽壓趨于一個穩(wěn)定值。氣泡在上浮過程中，液體對氣泡的靜壓強隨著水的深度變小而減小，因此氣泡壁所受的外壓強與其內壓強相比也在逐漸減小，氣泡液--氣分界面上的力學平衡遭破壞，氣泡迅速膨脹，加速上浮，直至水面釋出蒸汽和空氣，水開始沸騰了。也就是人們常說的”水開了“，由于此時氣泡上升至水面破裂，對水的振蕩減弱，幾乎聽不到”嗡嗡聲“，這就是”開水不響"的原因。

16.2 考古學家證明，人類早在幾百萬年前開始學會用火來加熱物體，火的利用和控制，使人類第一次支配了自然，使人類文明大大前進了一步，同時，它也是古人對熱現(xiàn)象認識的開端。我國山西省芮城西侯度舊石器的遺址，說明大約180萬年前人類已經開始使用火。溫度計還沒有發(fā)明以前，古人在冶煉金屬的實踐中，創(chuàng)造了通過觀察火候和火色來判別溫度高低的方法。據(jù)《考工記》記載，在鑄銅與錫時，隨溫度的升高，火焰的顏色先后變?yōu)榘导t色、橙色、黃色、白色、青色，然后才可以澆鑄。這種方法同樣也應用于制陶工業(yè)。從現(xiàn)代科學分析，不同物質有不同的汽化點，因此從火焰的顏色可以判斷所汽化的物質，從而判斷溫度的高低。對同一種物質，隨著溫度的升高，其顏色也先后有所變化?！盎鸷颉保òɑ鹕┏闪宋覈糯鸁峁に囍幸粋€內容豐富的特有概念?？梢姡鸬睦迷谌祟愓鞣匀坏倪^程中，發(fā)揮了巨大作用

16.3.1798年，英國學者倫福德在從事槍炮制造時，發(fā)現(xiàn)鉆孔鉆下的金屬屑具有極高的溫度，用水來冷卻時，甚至可以使水沸騰。他懷疑金屬屑具有極高溫度是不是比熱容降低造成的倫福德在他的筆記中寫道，由摩擦所生的熱，來源似乎是無窮無盡的，要用熱質說解釋釋摩擦生熱現(xiàn)象，鉆下的金屬屑的比熱容要改變很多才行，于是他設計并做了一系列實驗，發(fā)現(xiàn)鉆下的金屬屑的熱比容在摩擦時并沒有降低，根據(jù)實驗結果，倫福德斷言熱質說不足為信，應當把熱看成是一種運動形式，熱質說的統(tǒng)治地位開始動搖了。

16.4詹姆斯·瓦特是英國著名的發(fā)明家，是工業(yè)革命時期的重要人物。英國皇家學會會員和法蘭西科學院外籍院士。他對當時已出現(xiàn)的蒸汽機原始雛形作了一系列的重大改進，發(fā)明了單缸單動式和單缸雙動式蒸汽機，提高了蒸汽機的熱效率和運行可靠性，對當時社會生產力的發(fā)展作出了杰出貢獻。他改良了蒸汽機、發(fā)明了氣壓表、汽動錘。后人為了紀念他，將制中功率和輻射通量的計量單位稱為瓦特，常用符號“w”表示。

瓦特1736年1月19日生于英國格拉斯哥。童年時代的瓦特曾在文法學校念過書，然而沒有受過系統(tǒng)教育。瓦特在父親做工的工廠里學到許多機械制造知識，以后他到倫敦的一家鐘表店當學徒。1763年瓦特到格拉斯大學工作，修理教學儀器。在大學里他經常和教授討論理論和技術問題。1781年瓦特制造了從兩邊推動活塞的雙動蒸汽機。1785年，他也因蒸汽機改進的重大貢獻，被選為皇家學會會員。1819年8月25日瓦特在靠近伯明翰的希斯菲德逝世。16.5 能量守恒和能量轉化定律與細胞學說，進化論合稱19世紀自然科學的三大發(fā)現(xiàn)。而其中能量守恒和轉化定律的發(fā)現(xiàn)，卻是和一個“瘋子”醫(yī)生聯(lián)系起來的。

這個被稱為“瘋子”的醫(yī)生名叫邁爾（1814~1878），德國漢堡人，1840年開始在漢堡獨立行醫(yī)。他對萬事總要問個為什么，而且必親自觀察，研究，實驗。1840年2月22日，他作為一名隨船醫(yī)生跟著一支船隊來到印度尼西亞。一日，船隊在加爾各達登陸，船員因水土不服都生起病來，于是邁爾依老辦法給船員們放血治療。在德國，醫(yī)治這種病時只需在病人靜脈血管上扎一針，就會放出一股黑紅的血來，可是在這里，從靜脈里流出的仍然是鮮紅的血。于是，邁爾開始思考：人的血液所以是紅的是因為里面含有氧，氧在人體內燃燒產生熱量，維持人的體溫。這里天氣炎熱，人要維持體溫不需要燃燒那么多氧了，所以靜脈里的血仍然是鮮紅的。那么，人身上的熱量到底是從哪來的？頂多500克的心臟，它的運動根本無法產生如此多的熱，無法光靠它維持人的體溫。那體溫是靠全身血肉維持的了，而這又靠人吃的食物而來，不論吃肉吃菜，都一定是由植物而來，植物是靠太陽的光熱而生長的。太陽的光熱呢？太陽如果是一塊煤，那么它能燒4600年，這當然不可能，那一定是別的原因了，是我們未知的能量了。他大膽地推出，太陽中心約2750萬度（現(xiàn)在我們知道是1500萬度）。邁爾越想越多，最后歸結到一點：能量如何轉化（轉移）？

他一回到漢堡就寫了一篇《論無機界的力》，并用自己的方法測得熱功當量為365千克米/千卡。他將論文投到《物理年鑒》，卻得不到發(fā)表，只好發(fā)表在一本名不見經傳的醫(yī)學雜志上。他到處演說：“你們看，太陽揮灑著光與熱，地球上的植物吸收了它們，并生出化學物質……”可是即使物理學家們也無法相信他的話，很不尊敬地稱他為“瘋子”，而邁爾的家人也懷疑他瘋了，竟要請醫(yī)生來醫(yī)治他。他因不被人理解，終于跳樓自殺了。17.1 怎樣解決人類即將面臨的能源危機一直以來都是世界各國苦苦思索的問題。目前全球蘊藏的煤和油氣等資源僅夠人類今后數(shù)十年之用，一旦其消耗殆盡，我們能用什么來作為替代能源？是核能還是太陽能？或是其它什么類型的能源？

中國科學院廣州能源所專家樊栓獅告訴記者，天然氣水合物是水和天然氣（主要成分為甲烷）在中高壓和低溫條件下混合時產生的晶體物質，外貌極似冰雪，點火即可燃燒，故又稱之為“可燃冰”或者“氣冰”、“固體瓦斯”。它在自然界分布非常廣泛，海底以下0到1500米深的大陸架或北極等地的永久凍土帶都有可能存在，世界上有79個國家和地區(qū)都發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物氣藏。

從能源的角度看，“可燃冰”可視為被高度壓縮的天然氣資源，每立方米能分解釋放出160－180標準立方米的天然氣。迄今為止，在世界各地的海洋及大陸地層中，已探明的“可燃冰”儲量已相當于全球傳統(tǒng)化石能源（煤、石油、天然氣、油頁巖等）儲量的兩倍以上。

17.2 我國的核武器、核物理資料

1964年10月16日在羅布泊馬蘭核試驗基地，我國第一枚原子彈爆炸成功。

1966年10月27日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射場，我國第一枚導彈核武器試驗。

1967年6月17日在馬蘭核試驗基地我國第一枚氫彈試驗成功。

1969年9月23日在馬蘭基地我國第一次地下爆炸試驗成功。

1980年我國建成高通量工程試驗堆。

1988年10月16日我國自行設計建造的第一臺高能加速器－－北京正負電子對撞機對撞成功。

1988年12月12日我國最大的重離子加速器在蘭州建成。

我國已建成兩座核電站：浙江秦山核電站和廣東大亞灣核電站。

17.3 “太陽核聚變”盡顯威力

我們每天迎接太陽，太陽給予我們光和熱。它是取之不盡，用之不竭的巨大能源寶庫。

太陽中含有極其豐富的氫，在中心高溫下發(fā)生氫核聚變反應，從而釋放出巨大的光能和熱能，通稱為太陽核聚變能。地球接受到太陽核聚變能的功率，平均為每平方米1353千瓦，這就是人們常說的“太陽常數(shù)”。盡管地球接受到的僅僅是“太陽核聚變”中很少的一部分，但是，每秒照射到地球上的能量，也有，500萬噸煤當量。這些能量，比目前全世界人類的能耗量大3.5萬倍。人類采用各種先進技術，可以使太陽核聚變產生的能量轉換為電能。這一過程的兩條基本途徑證實，太陽發(fā)生氫核聚變反應所發(fā)出的光和熱，都可以轉換成電能供給人類使用。

從茫茫宇宙人射到地球表面的太陽熱能是廣泛而分散的，要充分收集并使之發(fā)揮熱能效益，現(xiàn)在主要采用兩種方法。一種方法是采用細長的太陽聚集管，將管中流動的液體用太陽熱集中加熱，轉換成為高溫水蒸氣，以蒸汽渦輪機變換為電。另一種方法是采用拋物面型的聚光鏡將太陽熱集中，使用計算機讓聚光鏡追隨太陽轉動。后者的熱效率很高，今后隨著技術的不斷進步，發(fā)展前景令人矚目。目前，在利用太陽熱發(fā)電方面，各國都已開始行動。除了發(fā)達國家之外，發(fā)展中國家也不示弱。在世界范圍內，以色列的技術最為先進。此外，巴西、印度、摩洛哥也都在進行設備的建設。為了鼓勵和支持這種有利于人類進步的行動，世界銀行已開始提供資金給開發(fā)中的國家。據(jù)報道，通過對美國利用各種能源發(fā)電成本的分析比較，專家認為，認為在2000年以前，利用太陽熱發(fā)電的成本比天然氣和煤炭要高，但是，到了2000年以后，就能夠逐漸接近采用天然氣和煤炭發(fā)電的成本，以至更低。

17.4 人們常常提到的綠色能源，如太陽能、氫能、風能等，但另一類綠色能源，就是綠色植物給我們提供的燃料，我們就管它叫做綠色能源，又叫生物能源或物質能源。

其實，綠色能源是一種古老的能源，千萬年來，我們的祖先都是伐樹、砍柴燒飯、取暖、生息繁衍。這樣生存的后果是給自然生態(tài)平衡帶來了嚴重的破壞。沉痛的歷史教訓告訴我們，利用生物能源，維持人類的生存，甚至造福于人類，必須按照它的自然規(guī)律辦事，既要利用它，又要保護它，發(fā)展它，使自然生態(tài)系統(tǒng)保持良性循環(huán)。

但在綠色能源中，另一種資源是草類。據(jù)統(tǒng)計資料表明，目前世界上的草場面積有26億公頃，絕大部分是天然草場。它既能放牧，又是野生動物生息繁衍的樂園。還有一部分草場專為牲畜越冬提供飼料，極少部分的草場才是為人們生活提供燃料的。

近年來，由于廣大農民生活水平的提高，電氣化程度也在不斷地提高，大多數(shù)農民們的燃料結構發(fā)生了根本性的變化，許多農民朋友，冬季取暖不再用柴火燒炕，而是電熱毯一插溫暖如春，做飯也不再燒柴、燒秸稈了，而是用上了蜂窩煤爐、液化氣灶以及沼氣。即使燒秸稈，也是邊遠山區(qū)極少一部分，或個別農家。而大量的秸稈堆放在田間，成堆成山，有的甚至侵占了農田。因此，有的農民在田間大量焚燒秸稈，造成環(huán)境污染，甚至影響高速路行車和飛機起降。

怎樣才能解決這個問題呢？最有效的是搞綜合利用。實踐證實，農作物秸稈既可以作肥料，又可以作飼料，又可當柴燒。如果我們把農作物秸稈漚制沼氣，產生出的沼氣可作燃料，也可用沼氣燈照明，腐爛了的秸稈，還可以作肥料。如果把秸稈粉碎后與草混合還可喂牲畜，牲畜的糞便也可以用來漚制沼氣，產生沼氣以后剩下的渣子還可以作肥料。因此，大力發(fā)展沼氣開發(fā)綜合利用，是解決農村目前能源短缺的好途徑。

17.5發(fā)達國家的能源戰(zhàn)略

1、以保障石油安全為核心 積極開拓新的石油供應基地

發(fā)達國家一直都在全球范圍不斷勘探、開發(fā)石油和天然氣，加緊對世界油氣資源的爭奪和控制。對任何國家來說，多渠道的能源來源都是保障能源安全的基本條件。

2、建立和加強戰(zhàn)略石油儲備

戰(zhàn)略石油儲備是石油消費國應付石油危機的最重要手段，所以西方國家都把建立石油戰(zhàn)略儲備作為保障石油供應安全的首要戰(zhàn)略。戰(zhàn)略石油儲備已超出一般商業(yè)周轉庫存的意義。它不僅具有保障供應、減少風險、穩(wěn)定價格的作用，更著眼于石油的政治后果，力圖使本國在國際政治的風云變幻和激烈競爭中站穩(wěn)腳跟，取得主動，避免受制于人。

3、厲行節(jié)能政策

發(fā)達國家都把提高能效、節(jié)約能源作為其能源戰(zhàn)略的重要目標和措施。美國1998年4月推出的《綜合國家能源戰(zhàn)略》要求：在電力系統(tǒng)，到2010年燃煤發(fā)電效率由目前的35％提高到60％以上，燃氣發(fā)電效率由目前的50％上升到70％；到2010年，主要的能源密集型工業(yè)部門的能源消費總量將比現(xiàn)在減少25％，交通領域將推出燃料利用率三倍于常規(guī)交通工具的新型私人交通工具等。

4、積極開發(fā)新能源

新能源的開發(fā)利用，不僅代表著一個國家的技術發(fā)展水平，更是關系到占領未來能源利用制高點、保障國家能源安全的重要措施。美國《國家綜合能源戰(zhàn)略》確定的新能源開發(fā)利用目標是，發(fā)展先進的可再生能源技術，開發(fā)非常規(guī)的甲烷資源，發(fā)展氫能的儲存、分配和轉化技術。

5、降低石油消費 大力推廣使用清潔能源

自1997年京都環(huán)境會議以來，世界各國以尊重健康、改善區(qū)域及全球環(huán)境質量為目標，大力推廣使用清潔能源，但各國側重點有所不同。丹麥是風能發(fā)電的大國，2000年風能發(fā)電占丹麥發(fā)電量的12％，根據(jù)規(guī)劃，到2030年要上升到50％。美國政府對國內天然氣生產實行扶持政策，計劃到2010年使天然氣供應量增長1700億立方米；同時，美國加快開發(fā)可

再生能源發(fā)電技術，計劃到2010年使非水力可再生能源的發(fā)電能力至少達到2500萬千瓦。日本政府則大力發(fā)展核電，計劃在現(xiàn)有51座原子爐的基礎上，爭取再新建16—20座原子爐。

量子力學小故事篇二

量子物理的小故事

原來量子力學是這么搞出來的(獻給學習固體物理的苦主們)來源： 宋飛 leon的日志

一

故事發(fā)生在二十世紀初的法國。

巴黎。

一樣延續(xù)著千百年的燈紅酒綠，香榭麗舍大道上散發(fā)著繁華和曖昧，紅磨坊里彌漫著躁動與彷徨。

路上走著一個年輕人，名叫德布羅意（de broglie）。在當時，這名字屌得就跟你說你姓愛新覺羅一樣。事實上德布羅意的爸正是法國的一個伯爵奸內閣部長，德布羅意正是一個典型的富二代。

這樣一個不愁吃穿不愁房只是成天愁著如何打發(fā)時光的紈绔子弟自然要找一個能消耗精力的東西來度過那些寂寞的日子。這一點至今未變。

而他選擇了??研究中世紀歐洲史，據(jù)說這倒也不僅是為了裝b——中世紀史中有著很多神奇的東西吸引著他，據(jù)說。

時間轉眼到了１９１９，這個科學界騷動的年代。

比如，就在這一年，德布羅意突然萌生了轉系的念頭。他發(fā)現(xiàn)，原來物理學中有著更多神奇的東西吸引著他，尤其是感興趣于當時正流行的：

量子論。

簡言之，他就是迷戀于當時一個很潮的觀點：光是粒子。

按說這本該不值個爛錢，因為幾百年前一個大牛牛頓就曰過：光是粒子。不過后來這個觀點被菲涅爾、泊松一群做光學的搞得很久不流行了。幾百年來，科學界正統(tǒng)的觀點是：光是波。十幾年前的一天，某君普朗克突然說：原來光還是粒子啊~~！大家本來不想鳥他，結果愛因斯坦用他的理論做著做著就做出了光電效應！這本來是物理學里的一朵烏云，現(xiàn)在突然沒了，于是學界就嘩然了。

當年的德布羅意倒并不見得對這一觀點的物理思想有多么深刻的見地，按他的理解，光是粒子就是在說原來牛頓是對的我們被后人忽悠了?；蛟S一時沖動，年輕人告別了中世紀歐洲史，告別了奢侈糜爛的生活，來到了一派宗師朗之萬門下，說：請您收我念phd吧。

二

歷史上，郎之萬為什么給德布羅意offer已經很難說清，德布羅意到底花了多少精力去讀他的phd也已經很難說清。白駒過隙，五年說過就過了。作為歷史系中世紀歐洲史專業(yè)的德布羅意，發(fā)現(xiàn)轉到物理系以后的確力不從心。

當下，很現(xiàn)實的問題就是如何搞定那篇令他蛋疼的畢業(yè)論文，算是對青春一個交代。

這個問題讓他輾轉反側很多年。畢不了業(yè)，煩！德布羅意只聽愛因斯坦那幫家伙一直念什么光是粒子還是波??普朗克早不念了，他不堅定，已經完全拋棄自己當初的量子假設，轉回去做經典了。波呢，還是粒子？粒子呢，還是波？還是是粒子又是波

呢？畢不了業(yè)啊，煩！

糾結五年終于過去了。抓?。保梗玻吹奈舶?，德布羅意終于提交了自己的博士論文。

不計封面，論文只有一頁之多一行。遙想在那個沒有槍手、沒有萬方的時代，這已經是不容易了。

他的一頁紙的論文反復而執(zhí)著地論述粒子是波波是粒子，說來說去就一句話：既然波可以是粒子，那么粒子未必不能是波。光既然可以既是粒子又是波，別的粒子干嘛不行？

波的波矢和角頻率與粒子動量和能量的關系是：

p=h/(2*pi*k), e=hv

這是他的論文里出現(xiàn)的唯一兩個公式，其他主要是議論和感想。

其實，就這兩個公式也是從愛因斯坦發(fā)表于1905年那篇《光電效應》中借用而來的。

很難想象這樣一篇博士論文是怎樣通過答辯的。

正式表決之前，德布羅意的老板也就是朗之萬得知，論文評審委員會的六位教授中的三位表示一定會投反對票。

本來在歐洲，一個學生苦讀數(shù)年都那不到學位是很正常的事情，更別說一個來混日子的的花花公子。這一點也至今未變。

然而，偏偏德布羅意的父親又是一位權高望眾的內閣部長。名門之下，德公子寒窗五年，最后連一個ph.d都沒拿到，雙方豈不都很沒面子？

情急之中，朗之萬往他的一個好朋友那里寄了一封信。

也許當初的朗之萬只是礙于情面想幫德布羅意混得一個phd，然而事實上，這一封信卻改變了科學史。

三

這封信的收信人是愛因斯坦。

信的內容大致如下：

尊敬的愛因斯坦閣下：

在我這里有一位研究生，已經攻讀了五年的博士學位，如今即將畢業(yè)。給你看他的畢業(yè)論文！當中有一些想法??我覺得很新鮮??

??請問您怎么看？

另，該研究生的父親是弊國的伯爵，內閣的**部長??

若您??將來您來法國一定會受到最隆重的接待！

朗之萬

就是說，如果您不肯給個面子，以后就甭來法國了。

不知愛因斯坦是出于知趣呢，還是出于因為自己當年的離經叛道產生的惺惺相惜，對著這滿篇色即是空空即是色一樣的文字盯了半天，他很客氣回了一封信，大意是說：it is interesting.在英語里，interesting一般用于描述一種想說它好卻說不出怎么好所以不知怎么說才好的微妙狀態(tài)。此時的愛因斯坦已頗有威望，既然他都說interesting了，評審委員們也就心領神會了。

終于，化險為夷。

浪蕩子弟德布羅意就這樣拿到phd，回去炫耀去了。

按照當時歐洲的學術

傳統(tǒng)，朗之萬需要將德布羅意的博士論文分寄到了歐洲各大學物理系。

幾乎所有人都以為事情會就此了結，以為德布羅意那篇“很有趣”的博士論文在檔案堆里從此埋沒。

然而歷史總喜歡以不確定性原理來開玩笑。而這個玩笑順帶著改變了許多人的命運。

在朗之萬寄出的博士論文中，有一份來到了維也納大學。

四

1926年春，維也納。

當時在維也納大學物理系老大是德拜，他收到這份博士論文后，把它交給了他的組里面一位已經年屆不惑的老講師，說：回去看了下次組會講下。

想一想，一大把年紀了還在講臺上晃蕩，其學術生涯多么朦朧而慘淡。德拜將任務交給他時說：

“你現(xiàn)在研究的問題不重要，不如給我們講講德布羅意的論文吧?！?/p>

這位講師的名字叫做：

薛定諤

在接下來的兩周里，薛定諤仔細的讀了一下德布羅意的“博士論文”，其實從內容上來講根本就用不上“仔細”二字，薛定諤的這篇論文只不過一頁之多一點，公式也不過就兩個而已，并且是已經在愛因斯坦發(fā)表的論文中出現(xiàn)過的。

然而論文里說的話卻讓薛定諤一頭霧水，薛定諤只知道德布羅意大講了一通“波即粒子，粒子即波”，除此之外則是兩個黃鸝鳴翠柳——不知所云。

兩周之后，薛定諤硬著頭皮把這篇論文的內容在seminar上講了一下，講完之后，聽這也是云里霧里，而老板德拜則做了一個客氣的評價：

“這個年輕人的觀點還是有些新穎之處的，雖然顯得很孩子氣，當然也許他需要更深入一步，比如既然提到波的概念，那么總該有一個波動方程吧！”

多年以后，有人問及德拜是否后悔自己當初作出了這一評論，而沒有自己埋頭深入，德拜自我解嘲的說：

“你不覺得這是一個很好的評論嗎？”

德拜建議薛定諤做一做這個工作，兩周以后seminar的時候再講一下。

僅僅兩周，世界為之一變。

薛定諤再次出現(xiàn)在seminar上講解德布羅意的論文的時候，他宣布，他為德布羅意的“波”找

了這樣一個方程。

這個方程就是“薛定諤方程”！

當然，在薛定諤方程誕生之初，沒人真正把這給德布羅意的“波”生搬硬套上的方程當回事。常識是：德布羅意的那篇論文已經是學界公認的垃圾了，而從垃圾里翻出來的自然如同垃圾。當時還有一首打油詩諷刺薛定諤和他的方程：

歐文的psi，算來真靈通； psi是個啥，沒人看得懂。

psi是薛定諤方程中的波動變量，歐文是薛定諤的名字。

“這貨不至于是

個雞肋吧！”他想。

薛定諤的故事似乎要再一次陷入平庸，然而平庸往往是正醞釀奇跡的緣由，只因人對平庸的不甘。

五

如果把上世紀初的物理學比作一潭湖水，前面的故事都好比湖水深處的**——湖的表面卻是風平浪靜。

縱觀兩年以來的物理學界：哥本哈根已然成為量子理論界的“屠龍”——普朗克和愛因斯坦理論的啟發(fā)下，哥本哈根學派掌門人一代宗師玻爾提出了著名的“三大核心原理”，成功解釋氫光譜。1925年，玻爾的得意大弟子海森堡進一步提出了描述氫原子軌道的理論。那個年代，沒有線代，沒有數(shù)學物理方法，精通數(shù)學的物理學家本來屈指可數(shù)，就連數(shù)學很強的海森堡本人也并未必知道同時代那些數(shù)學家在搞什么飛機。在他的理論出爐之后，學弟玻恩悄悄地告訴海森堡大師兄你用的東西在數(shù)學里叫：矩陣。

于是，矩陣力學走上了歷史的舞臺。

天下大變，僅一步之遙。

此時的薛老師正帶著他的情婦在阿爾卑斯山滑雪。

不知是大自然的唯美風景還是身邊的溫香軟玉，冥冥之某種存在，給予薛定諤靈感。在“那兩周”的最后幾天里：

他從方程中得出玻爾的氫原子的解！

六

倚天一出，四海皆驚。

沒人再敢把薛定諤的方程當扯淡了。

哥本哈根學派的掌門玻爾大為驚駭，急信至維也納把薛定諤邀請到哥本哈根，切磋量子之精妙。

然而讓玻爾遺憾的是，“切磋”了十天，不知因哥本哈根那幫子哥們兒的數(shù)學太強了還是薛定諤的數(shù)學太挫了，反正兩個人根本不知道對方在說什么。在一場令人疲憊不堪又毫無結果的“哥本哈根論劍”之后，波爾悻悻地目送薛定諤回到維也納。

薛定諤堅持努力工作，不久，矩陣力學和他的波動方程在數(shù)學上被證明等價。

“倚天”“屠龍”，合鑄為一。

在此之后，薛定諤不斷試圖從更基本的原理和假設出發(fā)導出更基本的方程，但始終沒有成功。不久他終于對這一切失去了耐性：他也轉系了，去研究“生命是什么”。

歷史繼續(xù)著它的歷史劇，不懂數(shù)學的德布羅意和薛定諤秒殺了那一年的諾獎，成為了鬧劇中的主角。

按這故事的尿性，該是尾聲了。

在這一讓人啼笑皆非的歷史中，上帝還是保留了某種程度的公正。

薛定諤得出它的波動方程僅在海森堡的矩陣力學的的誕生一年之后，倘若上帝把這個玩笑開得更大一點，讓薛定諤在1925年之前就導出薛定諤方程，那恐怕矩陣力學就根本不可能誕生了。（波動方程也就是偏微分方程的理論是為大多

數(shù)物理學家所熟悉的，而矩陣在當時則幾乎沒人能懂。）如此則此前在量子領域辛苦奮斗了十幾年的哥本哈根學派就真要集體吐血、暴斃而亡了！

薛定諤方程搞出了薛定諤方程，卻到死都沒有真正理解這個方程微妙，而對方程的解釋也是錯誤的——正解為哥本哈根學派的玻恩作出。玻恩的解釋讓物理學界另一位大師——愛因斯坦極為震怒，他至死念念不忘“上帝是不擲篩子的”，此為后話。

而更為基本的物理，薛定諤試圖獲得而無力企及，則是有根本哈根學派的另一位少壯派弟子——狄拉克做出的。狄拉克領袖群倫，同克萊默、約爾當，也包括后來的魏扎克和伽莫夫、朗道等幾代物理學家的努力，不斷對理論進行修繕，最終確立了量子論的正統(tǒng)解釋，史稱“哥本哈根解釋”。

量子力學的殿堂終于建立起來。

量子力學小故事篇三

第十五章量子物理作業(yè)題

一、選擇題

1、下列物質哪個是絕對黑體（）。

（a）不輻射可見光的物體（b）不輻射任何光線的物體

（c）不能反射可見光的物體（d）不能反射任何光線的物體

2、提出量子概念解決黑體輻射問題的物理學家是

（a）普朗克（b）愛因斯坦（c）玻恩（d）玻爾

3、光電效應表明（）。

（a）光的能量是量子化的(b)光的能量是連續(xù)的(c)光具有波動性(d)光具有粒子性

4、下列說法正確的是（）。

（a）實物粒子既具有粒子性，也具有波動性；

(b)光的能量是連續(xù)的；

(c)光具有波動性，但無粒子性；

(d)電子具有粒子性，但無波動性；

5、康普頓效應表明（）。

（a）電子具有波動性(b)電子具有粒子性

(c)光具有波動性(d)光具有粒子性

6、若用頻率為?（波長為?）的單色光照射逸出功為a的某金屬，發(fā)生 了光電效應，其愛因斯坦光電效應方程為：（）

h?12hc12?mvm?a?mvm?ac2?2（a）(b)

h?12hc12?mvm?a?mvm?ac2?2(c)(d)

二、簡答題

1、什么是光的波粒二象性？波動性和粒子性如何表現(xiàn)？

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3、微觀例子(如電子)同光子一樣具有波粒二象性，它們之間有什么區(qū)別，它們的波動性有什么不同？

三、填空題

1、已知地球跟金星的大小差不多，金星的平均溫度約為773 k，地球的平均溫度約為293 k。若把它們看作是理想黑體，這兩個星體向空間輻射的能量之比為。

2、鉀的截止頻率為4.62 ? 1014 hz，今以波長為435.8 nm的光照射，則鉀放出的光電子的初速度為

?1m?s。

3、波長2.0×10-10m的電子的動量為總能量；波長2.0×10-10m的光子的動量為總能量；

4、動能為1.0 ev的電子的德布羅意波的波長為。

5、測定核的某一確定狀態(tài)的能量不準確量為1ev，則這個狀態(tài)的最短壽命是秒。

6、氦氖激光器所發(fā)紅光波長? = 632.8 nm，譜線寬度??=10-9 nm，當這種光子沿x方向傳播時，它的x坐標的不確定量是。

四、計算題

1、金屬鉀的逸出功為2.00ev，求：

（1）光電效應的紅限頻率和紅限波長；（2）如果入射光波長為300nm，求遏止電壓。

2、假定對某個粒子動量的測定可精確到千分之一，試確定這個粒子位置的最小不確定量。

（1）該粒子質量為5×10-3kg，以2m·s-1的速度運動；

（2）該粒子是速度為1.8×108m·s-1的電子。

位置的不確定量為0.10 ?m，求其速率的不確定量。

4、一束動量是p的電子，通過縫寬為a的狹縫，在距離狹縫為r處放置一屏，屏上電子衍射圖樣中央最大的寬度是多少？