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2023年量子力學(xué)小故事(3篇)

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2023年量子力學(xué)小故事(3篇)
時(shí)間:2024-06-17 22:04:32     小編:zdfb

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量子力學(xué)小故事篇一

11.2.曹沖稱(chēng)象的故事。在距離現(xiàn)在一千七百多年前,中國(guó)是處于魏、蜀、吳三強(qiáng)鼎立的三國(guó)時(shí)代。有一天,吳國(guó)的孫權(quán)送給魏國(guó)領(lǐng)袖曹操一只大象,長(zhǎng)久居住在中原的曹操?gòu)膩?lái)沒(méi)有看過(guò)這種龐然大物,好奇地想知道這個(gè)大怪物的體重到底有多重?于是,他對(duì)著臣子們說(shuō):“誰(shuí)有辦法把這只大象稱(chēng)一稱(chēng)?”在場(chǎng)的人七嘴八舌地討論著:有人回家搬出特制的秤,但大象實(shí)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(kāi)秤,再算算看加起來(lái)有多重,可是在場(chǎng)的人覺(jué)得太殘忍了,而且曹操喜歡大象可愛(ài)模樣,不希望為了秤重失去它。就在大家束手無(wú)策正想要放棄的時(shí)候,曹操7歲的兒子曹沖,突然開(kāi)口說(shuō):“我知道怎么秤了!”他請(qǐng)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(gè)記號(hào)。然后又請(qǐng)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(huà)的那一條線(xiàn)上為止。接著,他請(qǐng)大家把在船上的石頭逐一稱(chēng)過(guò),全部加起來(lái)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(shí)代,曹沖的方法的確很聰明,可是,現(xiàn)代的工具非常發(fā)達(dá),我們發(fā)明出許多的工具來(lái)稱(chēng)重的東西,不須要再大費(fèi)周章地一筐筐地搬石頭。

小朋友,請(qǐng)你和爸爸媽媽一起討論,一只小狗、一袋砂石、一顆蘋(píng)果、一卡車(chē)的木頭、一臺(tái)貨柜車(chē),分別要用什么工具來(lái)稱(chēng)重最適當(dāng)? 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(gè)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(fù)數(shù)次,以為有神靈保佑,故赦免之。

實(shí)際上是因?yàn)樗篮5柠}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(zhì)的密度會(huì)受溫度的影響而改變。一般而言,物質(zhì)的質(zhì)量不受溫度影響,但是體積會(huì)熱脹冷縮。所以溫度上升時(shí)體積膨脹,密度相對(duì)就變小了。相反的,物質(zhì)在溫度下降時(shí)體積縮小,密度會(huì)變大。不過(guò)水是例外,因?yàn)樗拿芏仍?℃時(shí)最大,水溫只要從4℃上升或下降,密度都會(huì)變小。也就是說(shuō)4℃的水,體積在受熱時(shí)也膨脹、冷卻時(shí)也膨脹。所以水總是由表面開(kāi)始結(jié)冰,密度最大的4℃的水會(huì)沉入最底層。這個(gè)性質(zhì)非常重要,在嚴(yán)寒的冬天,雖然水的表面已結(jié)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(guò)冬天。

11.5.密度知識(shí)在生活中的作用 ①鑒別物質(zhì)

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

②如果遇到火災(zāi),室內(nèi)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(dāng)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(yǔ)成語(yǔ)詞典》)中是這樣解釋的:據(jù)說(shuō)從前楚國(guó)有一個(gè)人過(guò)江時(shí)把劍掉在水里,他在船沿上劍掉下去的地方刻了記號(hào),等船停下后,他便從刻有記號(hào)的地方下水找劍,結(jié)果沒(méi)有找到(見(jiàn)《呂氏春秋·察今》)。比喻拘泥固執(zhí),不知道隨著情勢(shì)的變化而變化。從物理學(xué)的角度來(lái)分析:此人錯(cuò)選了參照物。因船相對(duì)劍是運(yùn)動(dòng)的,則船和劍的相對(duì)位置在不斷地發(fā)生變化,則確定劍的位置應(yīng)選擇與劍的相對(duì)位置不變的物體為參照物,如岸上的石頭、樹(shù)木、花草等。11.2.活動(dòng)人行道,有一種設(shè)備,是根據(jù)這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理建造的,就是所謂“活動(dòng)人行道”;不過(guò)這種設(shè)備直到目前為止,也還只有在展覽會(huì)里可以看到。

.這種設(shè)備的構(gòu)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(dú)的機(jī)械來(lái)開(kāi)動(dòng),速度各不相同。最外圈的那一條走得相當(dāng)慢,速度只有每小時(shí)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(cè),同它并行的第二條人行道,速度是每小時(shí)10公里。如果從不動(dòng)的街道直接跳上第二條人行道,當(dāng)然是危險(xiǎn)的,可是從第一條跨到這一條就不算什么了。事實(shí)上,對(duì)速度每小時(shí)5公里的第一條人行道來(lái)說(shuō),速度每小時(shí)10公里的第二條人行道也不過(guò)是在做每小時(shí)5公里的運(yùn)動(dòng);這就是說(shuō),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(jīng)是用每小時(shí)15公里的速度前進(jìn)了,可是從第二條跨上去,當(dāng)然也不困難。從第三條跨到用每小時(shí)20公里的速度前進(jìn)的第四條,以及最后從第四條跨到用每小時(shí)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(dòng)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(cè)點(diǎn)與亞歷山大城觀測(cè)點(diǎn)之間的距離(弧長(zhǎng)),s點(diǎn)代表塞恩觀測(cè)點(diǎn),a代表亞歷山大城觀測(cè)點(diǎn),o代表太陽(yáng),則∠oaz代表亞歷山大城太陽(yáng)影子與旗桿的交角,由于地球的半徑大小與地球和太陽(yáng)之間的距離相比可以忽略不計(jì),所以∠oaz=∠sca,于是l/2πr= r/2π(即l弧長(zhǎng)度與地球周長(zhǎng)之比等于夾角r與圓周角2π之比),所以r=l/r,即通過(guò)l, r就可算出r。

12.4 看到滑水運(yùn)動(dòng)員在水面上乘風(fēng)破浪快速滑行時(shí),你有沒(méi)有想過(guò),為什么滑水運(yùn)動(dòng)員站在滑板上不會(huì)沉下去呢?

原因就在這塊小小的滑板上。你看,滑水運(yùn)動(dòng)員在滑水時(shí),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(gè)夾角。當(dāng)前面的游艇通過(guò)牽繩拖著運(yùn)動(dòng)員時(shí),運(yùn)動(dòng)員就通過(guò)滑板對(duì)水面施加了一個(gè)斜向下的力。而且,游艇對(duì)運(yùn)動(dòng)員的牽引力越大,運(yùn)動(dòng)員對(duì)水面施加的這個(gè)力也越大。因?yàn)樗灰妆粔嚎s,根據(jù)牛頓第三定律(作用力與反作用力定律),水面就會(huì)通過(guò)滑板反過(guò)來(lái)對(duì)運(yùn)動(dòng)員產(chǎn)生一個(gè)斜向上的反作用力。這個(gè)反作用力在豎直方向的分力

等于運(yùn)動(dòng)員的重力時(shí),運(yùn)動(dòng)員就不會(huì)下沉。因此,滑水運(yùn)動(dòng)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(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家、自然哲學(xué)家。他在1687年發(fā)表的論文《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》里,對(duì)萬(wàn)有引力和三大運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行了描述。這些描述奠定了此后三個(gè)世紀(jì)里物理世界的科學(xué)觀點(diǎn),并成為了現(xiàn)代工程學(xué)的基礎(chǔ)。他通過(guò)論證開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)都遵循著相同的自然定律;從而消除了對(duì)太陽(yáng)中心說(shuō)的最后一絲疑慮,并推動(dòng)了科學(xué)革命。

在力學(xué)和天文學(xué)方面,有伽利略、開(kāi)普勒、胡克、惠更斯等人的努力,牛頓有可以用已經(jīng)準(zhǔn)備好的材料,建立起一座宏偉壯麗的力學(xué)大廈。正象他自己所說(shuō)的那樣“如果說(shuō)我看得遠(yuǎn),那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募缟稀薄?/p>

牛頓在臨終前對(duì)自己的生活道路是這樣總結(jié)的:“我不知道在別人看來(lái),我是什么樣的人;但在我自己看來(lái),我不過(guò)就象是一個(gè)在海濱玩耍的小孩,為不時(shí)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(duì)于展現(xiàn)在我面前的浩瀚的真理的海洋,卻全然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)?!边@顯示出牛頓的謙遜精神。

12.6.為什么自行車(chē)在運(yùn)動(dòng)中容易保持平衡,而在停下時(shí)卻無(wú)法保持平衡?

原因之一是車(chē)輪的陀螺效應(yīng)。當(dāng)車(chē)輪圍繞著軸快速動(dòng)時(shí),會(huì)阻礙軸心的移動(dòng)。因此,運(yùn)動(dòng)中的車(chē)輪會(huì)對(duì)自行車(chē)的傾倒形成阻力。當(dāng)在桌子上轉(zhuǎn)動(dòng)硬幣時(shí),可以觀察到同樣的效果,運(yùn)動(dòng)中的硬幣可以保持平衡。

另外,如果觀察我們?cè)谝粭l直線(xiàn)上的運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn),我們一會(huì)兒往左,一會(huì)兒往右地拐小彎。正是因?yàn)檫@些小彎,我們才能保持平衡。當(dāng)我們倒向一側(cè)時(shí),自行車(chē)會(huì)往這一側(cè)轉(zhuǎn)小彎。這樣,當(dāng)我們拐小彎時(shí)產(chǎn)生的離心力會(huì)使自行車(chē)糾正傾斜的程度,從而保持平衡。

13.1彈力的應(yīng)用

利用彈力可進(jìn)行一系列社會(huì)生產(chǎn)生活活動(dòng),力有大小、方向、作用點(diǎn)。如高大的建筑需要打牢基礎(chǔ),橋梁設(shè)計(jì)需要精確計(jì)算各部分的受力大小;拔河需要用粗大一些繩子,防止拉力過(guò)大導(dǎo)致斷裂;高壓線(xiàn)的中心要加一根較粗的鋼絲,才能支撐較大的架設(shè)跨度;運(yùn)動(dòng)員在瞬間產(chǎn)生的爆發(fā)力等等。

可見(jiàn),物理力學(xué)知識(shí)生產(chǎn)和生活實(shí)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(shí)與生產(chǎn)生活實(shí)際有機(jī)地結(jié)合起來(lái),就能極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從而培養(yǎng)他們樹(shù)立崇尚科學(xué)、研究科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)精神。

13.2 重力的應(yīng)用

我們生活在地球上,重力無(wú)處不在。如工人師傅在砌墻時(shí),常常利用重錘線(xiàn)來(lái)檢驗(yàn)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(guò)程中保護(hù)羽毛;汽車(chē)駕駛員在下坡時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)還能繼續(xù)滑行,這是利用重力的作用而節(jié)省能源;在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的拋秧技術(shù)也是利用重力的方向豎直向下。假如沒(méi)有重力,世界不可想象,水不能倒進(jìn)嘴里,人們起跳后無(wú)法落回地面,飛舞的塵土?xí)肋h(yuǎn)漂浮在空中,整個(gè)自然界將是一片混濁。在講授重力時(shí),要讓學(xué)生展開(kāi)熱烈的討論,充分挖掘?qū)W生的想象力,知道重力與我們的生產(chǎn)生活實(shí)際密切相關(guān)。

13.3 摩擦力的應(yīng)用

摩擦力是一個(gè)重要的力,它在社會(huì)生產(chǎn)生活實(shí)際中應(yīng)用非常廣泛。如人們行走時(shí),在光滑的地面上行走十分困難,這是因?yàn)榻佑|面摩擦太小的緣故;汽車(chē)上坡打滑時(shí),在路面上撒些粗石子或墊上稻草,汽車(chē)就能順利前進(jìn),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(yùn)動(dòng)員穿的滑冰鞋安裝滾珠是變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦,從而減少摩擦而增大滑行速度;各類(lèi)機(jī)器中加潤(rùn)滑油是為了減小齒輪間的摩擦,保證機(jī)器的良好運(yùn)行??梢?jiàn),人類(lèi)的生產(chǎn)生活實(shí)際都與摩擦力有關(guān),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(shū)中最早提出了杠桿原理。阿基米德曾講:“給我一個(gè)立足點(diǎn)和一根足夠長(zhǎng)的杠桿,我就可以撬動(dòng)地球”。他首先把杠桿實(shí)際應(yīng)用中的一些經(jīng)驗(yàn)知識(shí)當(dāng)作“不證自明的公理”,然后從這些公理出發(fā),運(yùn)用幾何學(xué)通過(guò)嚴(yán)密的邏輯論證,得出了杠桿原理。這些公理是:(1)在無(wú)重量的桿的兩端離支點(diǎn)相等的距離處掛上相等的重量,它們將平衡;(2)在無(wú)重量的桿的兩端離支點(diǎn)相等的距離處掛上不相等的重量,重的一端將下傾;(3)在無(wú)重量的桿的兩端離支點(diǎn)不相等距離處掛上相等重量,距離遠(yuǎn)的一端將下傾;(4)一個(gè)重物的作用可以用幾個(gè)均勻分布的重物的作用來(lái)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(chǔ)上,阿基米德發(fā)現(xiàn)了杠桿原理,即“二重物平衡時(shí),它們離支點(diǎn)的距離與重量成反比。阿基米德對(duì)杠桿的研究不僅僅停留在理論方面,而且據(jù)此原理還進(jìn)行了一系列的發(fā)明創(chuàng)造。據(jù)說(shuō),他曾經(jīng)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(yuǎn)、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(dá)3年之久。

13.5 機(jī)械鐘表、發(fā)條玩具都是靠上緊發(fā)條帶動(dòng)的。當(dāng)發(fā)條被上緊時(shí),發(fā)條產(chǎn)生彎曲形變,存儲(chǔ)一定的彈性勢(shì)能。釋放后,彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能,通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)時(shí)、分、秒針或輪子轉(zhuǎn)動(dòng)。在許多玩具槍中都裝有彈簧,彈簧被壓縮后具有勢(shì)能,扣動(dòng)扳機(jī),彈簧釋放,勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能,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(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能撞擊發(fā)令紙或子彈的引信完成發(fā)令或發(fā)火任務(wù)的。14.1

全世界每年大約發(fā)生1萬(wàn)次鳥(niǎo)撞飛機(jī)事件,國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)已把鳥(niǎo)害升級(jí)為“a”類(lèi)航空災(zāi)難。那么,飛機(jī)為何“害怕”小鳥(niǎo)呢? 當(dāng)鳥(niǎo)與飛機(jī)相對(duì)飛行時(shí),雖然鳥(niǎo)的飛行速度不是很大,但是飛機(jī)的飛行速度卻很大,這樣對(duì)于飛機(jī)來(lái)說(shuō),鳥(niǎo)的飛行速度就十分大了。速度越大,撞擊的力量就會(huì)越強(qiáng)。比如一只0.45公斤的鳥(niǎo)撞在速度為每小時(shí)960千米的飛機(jī)上,就會(huì)產(chǎn)生21.8萬(wàn)牛頓的力;如果是一只1.8公斤的鳥(niǎo)撞在速度為每小時(shí)700千米的飛機(jī)上,產(chǎn)生的沖擊力比炮彈的沖擊力還要大,所以一只小小的鳥(niǎo)也能變成擊落飛機(jī)的“炮彈”。鳥(niǎo)與飛機(jī)的碰撞大多發(fā)生在飛機(jī)起飛和著陸階段。自從人類(lèi)發(fā)明飛機(jī)以來(lái),鳥(niǎo)撞飛機(jī)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(jī)等大型噴氣式飛機(jī)的廣泛使用,再加上飛機(jī)場(chǎng)大多建在城市郊外的葦塘、農(nóng)田、草地、濕地等鳥(niǎo)類(lèi)棲息地、取食地的附近,所以鳥(niǎo)撞飛機(jī)事件成為世界各國(guó)航空界面臨的一個(gè)共同難題。為了避免或減少鳥(niǎo)撞飛機(jī)事故對(duì)人類(lèi)所造成的損失,航空界除了采用原始的單純靠人工驅(qū)趕、鳴槍示警、設(shè)立攔鳥(niǎo)網(wǎng)或圍墻等驅(qū)散鳥(niǎo)類(lèi)的辦法之外,還發(fā)明了從鳥(niǎo)類(lèi)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、食性等方面人手的各種先進(jìn)設(shè)備。但是目前,航空界尚未找到一種能夠真正有效地防止鳥(niǎo)撞飛機(jī)的靈丹妙藥。

14.2 為什么江河大提與水庫(kù)大壩都修成上窄下寬?

無(wú)論是江河大堤,還是水庫(kù)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(nèi)部壓強(qiáng)公式p=ρgh可知,堤壩內(nèi)的水越靠近堤壩底,水深h越大,水產(chǎn)生的壓強(qiáng)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(qiáng)大,水容易滲進(jìn)壩體。把下部修得寬些,就可以延長(zhǎng)堤壩內(nèi)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(dòng)

堤壩內(nèi)水的壓力總有將大堤向外水平推動(dòng)和將大壩推向下游的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),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(duì)壩體豎直向下的壓力,因此,可以增強(qiáng)壩體與壩基間的最大靜摩擦力,達(dá)到防止堤壩滑動(dòng)的目的。

14.3 當(dāng)你收聽(tīng)無(wú)線(xiàn)電臺(tái)的天氣形勢(shì)廣播時(shí),常聽(tīng)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(lèi)型,那么為什么大氣壓與天氣預(yù)報(bào)有如此密切的關(guān)系呢?

地球表面上的風(fēng)、云、雨、雪,萬(wàn)千氣象,都跟大氣運(yùn)動(dòng)有關(guān)系,而造成大氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力就是大氣壓分布的不平衡和氣壓分布的經(jīng)常變化。由于地球表面各處在太陽(yáng)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(dòng)也是造成氣壓不平衡和經(jīng)常變化的重要因素。這樣在地理情況千差萬(wàn)別的地球表面上空,就形成各種各樣的氣壓分布類(lèi)型,多種氣壓類(lèi)型的組合就構(gòu)成了一定的天氣形勢(shì),而決定著未來(lái)的風(fēng)云變幻。

14.4 靜脈輸液中的物理知識(shí)。靜脈輸液時(shí),要求在輸液過(guò)程中,保持滴點(diǎn)的速度幾乎不變。通過(guò)觀察封閉式靜脈輸液用的部分裝置,結(jié)合氣體壓強(qiáng)、液體壓強(qiáng)的知識(shí)我們不難說(shuō)明其道理。

輸液時(shí),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(shí)通氣管與葡萄糖液瓶?jī)?nèi)部連通,葡萄糖液有一部分進(jìn)入通氣管內(nèi)。但我們注意到進(jìn)入的量并不多,通氣管內(nèi)的液面遠(yuǎn)比葡萄糖液瓶?jī)?nèi)的液面要低。接著醫(yī)生就把點(diǎn)滴玻璃管和輸液管連好,然后將輸液管通過(guò)針頭與葡萄糖液瓶?jī)?nèi)部相連。調(diào)節(jié)橡皮管上的夾子,葡萄糖水就開(kāi)始均勻地一滴一滴在點(diǎn)滴玻璃管內(nèi)下落了。

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

在整個(gè)輸液過(guò)程中,通氣管針頭頂端開(kāi)口處的小液片受到的向下的壓強(qiáng)基本保持在一個(gè)大氣壓強(qiáng)的水平,不會(huì)因瓶?jī)?nèi)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(qiáng)基本保持不變,因而在它下面一定距離的點(diǎn)滴玻璃管上端口液體的壓強(qiáng)也基本保持不變。這樣,就對(duì)穩(wěn)定滴點(diǎn)速度起到了積極作用。

14.5 1噸木頭和1噸鐵,哪一個(gè)重?1噸木頭和1噸鐵,哪一個(gè)重?這還不知道,一樣重??墒侨绻腥嘶卮鹫f(shuō):“1噸木頭重?!蹦阋欢〞?huì)大笑起來(lái)。然而,嚴(yán)格地講,這個(gè)答案才是正確的!

因?yàn)槠匠N覀冋f(shuō)的1噸鐵和1噸木頭,是指鐵和木頭在空氣里稱(chēng)起來(lái)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(pán)上,那么,它們?cè)诳諝饫锓Q(chēng)得的結(jié)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(gè)物體的真正重量,應(yīng)該是它在真空里稱(chēng)出來(lái)的重量??墒俏覀兤匠K傅闹亓?,都是在空氣里稱(chēng)出來(lái)的。既然是在空氣里稱(chēng)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(gè)物體所排開(kāi)的空氣的重量;也就是說(shuō),在空氣中稱(chēng)得的重量,等到于物體的真實(shí)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(yīng)該等于1噸重加上木頭所受的浮力;而鐵的真正重量,應(yīng)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,我們常看到一些小朋友吹肥皂泡,一個(gè)個(gè)小肥皂泡從吸管中飛出,在陽(yáng)光的照耀下,發(fā)出美麗的色彩。此時(shí),小朋友們沉浸在歡樂(lè)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(fēng)景。但我們常常是看到肥皂泡開(kāi)始時(shí)上升,隨后便下降,這是為什么呢? 這個(gè)過(guò)程和現(xiàn)象,我們只要留心想一下,就會(huì)發(fā)現(xiàn),它其中包含著豐富的物理知識(shí)。在開(kāi)始的時(shí)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(kāi),形成里外兩個(gè)區(qū)域,里面的熱空氣溫度大于外部空氣的溫度。此時(shí),肥皂泡內(nèi)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(shí)肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力,因此它會(huì)上升。這個(gè)過(guò)程就跟熱氣球的原理是一樣的。

隨著上升過(guò)程的開(kāi)始和時(shí)間的推移,肥皂泡內(nèi)、外氣體發(fā)生熱交換,內(nèi)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(huì)逐步變小,而其受到的重力不變,這樣,當(dāng)重力大于浮力時(shí),肥皂泡就會(huì)下降。

15.1—4 足球比賽是很多人喜歡的運(yùn)動(dòng)之一,不知你在欣賞比賽時(shí),除了為自己喜愛(ài)的球隊(duì)、球星吶喊助威和每一個(gè)進(jìn)球激情狂歡外,還有沒(méi)有想過(guò)用物理的眼光來(lái)欣賞它。實(shí)際上,這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)包含了很多物理知識(shí)?,F(xiàn)在我們透過(guò)足球場(chǎng)上常見(jiàn)的幾種現(xiàn)象來(lái)看一下:

球越滾越慢。在球場(chǎng)上踢出的球越滾越慢,最終停下來(lái)。這是因?yàn)樘叱龅淖闱蛴捎趹T性要保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),沿原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)滾動(dòng);而在運(yùn)動(dòng)方向上只受到了滾動(dòng)摩擦力的作用,這個(gè)阻力改變了足球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),阻礙足球滾動(dòng),使球越滾越慢,所以球最終停止運(yùn)動(dòng)。球在下落后,每次上升的高度都比上一次低。可以用能量的觀點(diǎn)來(lái)分析:球在下落時(shí),由于球和空氣之間克服摩擦,要損失一部分機(jī)械能;同時(shí)球在碰撞地面時(shí),也要損失一部分機(jī)械能,這樣球的機(jī)械能就逐漸減少,所以球上升的高度將越來(lái)越小。守門(mén)員接球。當(dāng)隊(duì)員大腳射門(mén)時(shí),球速可以高達(dá)100千米/小時(shí)。如果守門(mén)員用胸部停球,那么胸部所受到的沖力將高達(dá)1500牛;如果用手接球,沖力要減少到500牛。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)手臂的運(yùn)動(dòng)可使球的制動(dòng)距離延長(zhǎng)3倍的緣故。守門(mén)員撲點(diǎn)球。守門(mén)員撲點(diǎn)球時(shí),撲住的成功率一般只與守門(mén)員的判斷反應(yīng)能力有關(guān),為什么呢?因?yàn)辄c(diǎn)球的位置距球門(mén)只有9.15米,射門(mén)時(shí)球速可以高達(dá)100千米/小時(shí),這樣球到球門(mén)的時(shí)間大約是0.32秒,而人腦的反映時(shí)間大約是0.6秒,這樣足球到球門(mén)的時(shí)間就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人腦的反映時(shí)間,所以守門(mén)員根本沒(méi)有時(shí)間調(diào)整自己的意識(shí),因此點(diǎn)球的撲住與否跟守門(mén)員對(duì)進(jìn)球方向的預(yù)先判斷直接有關(guān)。正是由于這種原因我們?cè)诳袋c(diǎn)球大戰(zhàn)時(shí),球明明向球門(mén)左邊飛去而守門(mén)員卻撲向右邊就不足為奇了。運(yùn)動(dòng)員絆倒時(shí)前傾??焖俦寂艿倪\(yùn)動(dòng)員被對(duì)方運(yùn)動(dòng)員的腳或身體絆住時(shí),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(yùn)動(dòng),上身卻由于慣性仍保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng),于是奔跑的運(yùn)動(dòng)員絆倒時(shí)向前傾倒。噴霧療傷。在足球比賽中,運(yùn)動(dòng)員相互碰撞跌倒后,??吹竭\(yùn)動(dòng)員雙手抱腿,在地上翻滾。這時(shí),隊(duì)醫(yī)就會(huì)迅速進(jìn)場(chǎng),從藥箱中取出一只瓶子,對(duì)著球員的傷痛處噴出一股白霧,一會(huì),傷員疼痛消失,就可以重新入場(chǎng)比賽了。實(shí)際上這是因?yàn)槠恐醒b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(shí),迅速汽化成霧狀。由

于汽化要吸收大量的熱量,運(yùn)動(dòng)員受傷處溫度將急劇下降,血管收縮,神經(jīng)麻痹,于是痛感就很快消失?;【€(xiàn)球的形成。我們?cè)诳辞驎r(shí),經(jīng)常聽(tīng)到解說(shuō)員說(shuō):球在空中劃著美麗的弧線(xiàn),直掛球門(mén)死角。那么球?yàn)槭裁丛诳罩袆澲利惖幕【€(xiàn)呢?那是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員在踢球時(shí),用腳的內(nèi)側(cè)或外側(cè)摩擦球使球在空中水平方向運(yùn)動(dòng),這樣就造成了球的水平兩側(cè)的氣流速度大小不一樣,根據(jù)氣體流速與壓強(qiáng)的關(guān)系,空氣對(duì)球在水平方向上的力的大小也就不一樣,所以球在前進(jìn)的同時(shí),還在與球前進(jìn)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(xiàn)”。

當(dāng)然,在足球比賽中還有很多物理知識(shí),只要用心還會(huì)發(fā)現(xiàn)很多有趣的物理現(xiàn)象,大家在看球時(shí),不妨從不同的角度去觀察,這樣將會(huì)其樂(lè)無(wú)窮。

15.5.19世紀(jì)中葉,一系列科學(xué)工作者為正確認(rèn)識(shí)熱功能轉(zhuǎn)化和其它物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式相互轉(zhuǎn)化關(guān)系做出了巨大貢獻(xiàn),不久后偉大的能量守恒和轉(zhuǎn)化定律被發(fā)現(xiàn)了。人們認(rèn)識(shí)到:自然界的一切物質(zhì)都具有能量,能量有各種不同的形式,可從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,從一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體,在轉(zhuǎn)化和傳遞的過(guò)程中能量的總和保持不變。能量守恒的轉(zhuǎn)化定律為辯證唯物主義提供了更精確、更豐富的科學(xué)基礎(chǔ)。有力地打擊了那些認(rèn)為物質(zhì)運(yùn)動(dòng)可以隨意創(chuàng)造和消滅的唯心主義觀點(diǎn),它使永動(dòng)機(jī)幻夢(mèng)被徹底的打破了。在制造第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)的一切嘗試失敗之后,一些人又夢(mèng)想著制造另一種永動(dòng)機(jī),希望它不違反熱力學(xué)第一定律,而且既經(jīng)濟(jì)又方便。比如,這種熱機(jī)可直接從海洋或大氣中吸取熱量使之完全變?yōu)闄C(jī)械功。由于海洋和大氣的能量是取之不盡的,因而這種熱機(jī)可永不停息地運(yùn)轉(zhuǎn)做功,也是一種永動(dòng)機(jī)。然而,在大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文于1851年提出了一條新的普遍原理:物質(zhì)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(chǎn)生其它影響。這樣,第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)的想法也破產(chǎn)了。層出不窮的永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案,都在科學(xué)的嚴(yán)格審查和實(shí)踐的無(wú)情檢驗(yàn)下一一失敗了。1775的,法國(guó)科學(xué)院宣布”本科學(xué)院以后不再審查有關(guān)永動(dòng)機(jī)的一切設(shè)計(jì)“。這說(shuō)明在當(dāng)時(shí)科學(xué)界,已經(jīng)從長(zhǎng)期所積累的經(jīng)驗(yàn)中,認(rèn)識(shí)到制造永動(dòng)機(jī)的企圖是沒(méi)有成功的希望的。永動(dòng)機(jī)的想法在人類(lèi)歷史上持續(xù)了幾百年,這個(gè)神話(huà)的被駁倒,不僅有利于人們正確的認(rèn)識(shí)科學(xué),也有利于人們正確的認(rèn)識(shí)世界。能量既不能憑

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

16.1 為什么說(shuō)”響水不開(kāi),開(kāi)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(duì)空氣的溶解度及器壁對(duì)空氣的吸附量隨溫度的升高而減少,當(dāng)水被加熱時(shí),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(guò)熱水層,它將不斷地向小氣泡內(nèi)蒸發(fā)水蒸汽,使泡內(nèi)的壓強(qiáng)(空氣壓與蒸汽壓之和)不斷增大,結(jié)果使氣泡的體積不斷膨脹,氣泡所受的浮力也隨之增大,當(dāng)氣泡所受的浮力大于氣泡與壁間的附著力時(shí),氣泡便離開(kāi)器壁開(kāi)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(guò)程中不僅泡內(nèi)空氣壓強(qiáng)p。隨水溫的降低而降低,泡內(nèi)有一部分水蒸汽凝結(jié)成飽和蒸汽,壓強(qiáng)亦在減小,而外界壓強(qiáng)基本不變,此時(shí),泡外壓強(qiáng)大于內(nèi)壓強(qiáng),于是,上浮的氣泡在上升過(guò)程中體積將縮小,當(dāng)水溫接近沸點(diǎn)時(shí),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(chǎn)生”嗡,嗡“的響聲,這就是”響水不開(kāi)“的道理。

對(duì)水繼續(xù)加熱,由于對(duì)流和氣泡不斷地將熱能帶至中、上層,使整個(gè)溶器的水溫趨于一致,此時(shí),氣泡脫離器壁上浮,其內(nèi)部的飽和水蒸汽將不會(huì)凝結(jié),飽和蒸汽壓趨于一個(gè)穩(wěn)定值。氣泡在上浮過(guò)程中,液體對(duì)氣泡的靜壓強(qiáng)隨著水的深度變小而減小,因此氣泡壁所受的外壓強(qiáng)與其內(nèi)壓強(qiáng)相比也在逐漸減小,氣泡液--氣分界面上的力學(xué)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(kāi)始沸騰了。也就是人們常說(shuō)的”水開(kāi)了“,由于此時(shí)氣泡上升至水面破裂,對(duì)水的振蕩減弱,幾乎聽(tīng)不到”嗡嗡聲“,這就是”開(kāi)水不響"的原因。

16.2 考古學(xué)家證明,人類(lèi)早在幾百萬(wàn)年前開(kāi)始學(xué)會(huì)用火來(lái)加熱物體,火的利用和控制,使人類(lèi)第一次支配了自然,使人類(lèi)文明大大前進(jìn)了一步,同時(shí),它也是古人對(duì)熱現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的開(kāi)端。我國(guó)山西省芮城西侯度舊石器的遺址,說(shuō)明大約180萬(wàn)年前人類(lèi)已經(jīng)開(kāi)始使用火。溫度計(jì)還沒(méi)有發(fā)明以前,古人在冶煉金屬的實(shí)踐中,創(chuàng)造了通過(guò)觀察火候和火色來(lái)判別溫度高低的方法。據(jù)《考工記》記載,在鑄銅與錫時(shí),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(yīng)用于制陶工業(yè)。從現(xiàn)代科學(xué)分析,不同物質(zhì)有不同的汽化點(diǎn),因此從火焰的顏色可以判斷所汽化的物質(zhì),從而判斷溫度的高低。對(duì)同一種物質(zhì),隨著溫度的升高,其顏色也先后有所變化。“火候”(包括火色)成了我國(guó)古代熱工藝中一個(gè)內(nèi)容豐富的特有概念。可見(jiàn),火的利用在人類(lèi)征服自然的過(guò)程中,發(fā)揮了巨大作用

16.3.1798年,英國(guó)學(xué)者倫福德在從事槍炮制造時(shí),發(fā)現(xiàn)鉆孔鉆下的金屬屑具有極高的溫度,用水來(lái)冷卻時(shí),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(xiě)道,由摩擦所生的熱,來(lái)源似乎是無(wú)窮無(wú)盡的,要用熱質(zhì)說(shuō)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(shè)計(jì)并做了一系列實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)鉆下的金屬屑的熱比容在摩擦?xí)r并沒(méi)有降低,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,倫福德斷言熱質(zhì)說(shuō)不足為信,應(yīng)當(dāng)把熱看成是一種運(yùn)動(dòng)形式,熱質(zhì)說(shuō)的統(tǒng)治地位開(kāi)始動(dòng)搖了。

16.4詹姆斯·瓦特是英國(guó)著名的發(fā)明家,是工業(yè)革命時(shí)期的重要人物。英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員和法蘭西科學(xué)院外籍院士。他對(duì)當(dāng)時(shí)已出現(xiàn)的蒸汽機(jī)原始雛形作了一系列的重大改進(jìn),發(fā)明了單缸單動(dòng)式和單缸雙動(dòng)式蒸汽機(jī),提高了蒸汽機(jī)的熱效率和運(yùn)行可靠性,對(duì)當(dāng)時(shí)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展作出了杰出貢獻(xiàn)。他改良了蒸汽機(jī)、發(fā)明了氣壓表、汽動(dòng)錘。后人為了紀(jì)念他,將制中功率和輻射通量的計(jì)量單位稱(chēng)為瓦特,常用符號(hào)“w”表示。

瓦特1736年1月19日生于英國(guó)格拉斯哥。童年時(shí)代的瓦特曾在文法學(xué)校念過(guò)書(shū),然而沒(méi)有受過(guò)系統(tǒng)教育。瓦特在父親做工的工廠(chǎng)里學(xué)到許多機(jī)械制造知識(shí),以后他到倫敦的一家鐘表店當(dāng)學(xué)徒。1763年瓦特到格拉斯大學(xué)工作,修理教學(xué)儀器。在大學(xué)里他經(jīng)常和教授討論理論和技術(shù)問(wèn)題。1781年瓦特制造了從兩邊推動(dòng)活塞的雙動(dòng)蒸汽機(jī)。1785年,他也因蒸汽機(jī)改進(jìn)的重大貢獻(xiàn),被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)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(zhuǎn)化定律與細(xì)胞學(xué)說(shuō),進(jìn)化論合稱(chēng)19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)。而其中能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的發(fā)現(xiàn),卻是和一個(gè)“瘋子”醫(yī)生聯(lián)系起來(lái)的。

這個(gè)被稱(chēng)為“瘋子”的醫(yī)生名叫邁爾(1814~1878),德國(guó)漢堡人,1840年開(kāi)始在漢堡獨(dú)立行醫(yī)。他對(duì)萬(wàn)事總要問(wèn)個(gè)為什么,而且必親自觀察,研究,實(shí)驗(yàn)。1840年2月22日,他作為一名隨船醫(yī)生跟著一支船隊(duì)來(lái)到印度尼西亞。一日,船隊(duì)在加爾各達(dá)登陸,船員因水土不服都生起病來(lái),于是邁爾依老辦法給船員們放血治療。在德國(guó),醫(yī)治這種病時(shí)只需在病人靜脈血管上扎一針,就會(huì)放出一股黑紅的血來(lái),可是在這里,從靜脈里流出的仍然是鮮紅的血。于是,邁爾開(kāi)始思考:人的血液所以是紅的是因?yàn)槔锩婧醒酰踉谌梭w內(nèi)燃燒產(chǎn)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(lái)的?頂多500克的心臟,它的運(yùn)動(dòng)根本無(wú)法產(chǎn)生如此多的熱,無(wú)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(lái),不論吃肉吃菜,都一定是由植物而來(lái),植物是靠太陽(yáng)的光熱而生長(zhǎng)的。太陽(yáng)的光熱呢?太陽(yáng)如果是一塊煤,那么它能燒4600年,這當(dāng)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(yáng)中心約2750萬(wàn)度(現(xiàn)在我們知道是1500萬(wàn)度)。邁爾越想越多,最后歸結(jié)到一點(diǎn):能量如何轉(zhuǎn)化(轉(zhuǎn)移)?

他一回到漢堡就寫(xiě)了一篇《論無(wú)機(jī)界的力》,并用自己的方法測(cè)得熱功當(dāng)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(jiàn)經(jīng)傳的醫(yī)學(xué)雜志上。他到處演說(shuō):“你們看,太陽(yáng)揮灑著光與熱,地球上的植物吸收了它們,并生出化學(xué)物質(zhì)……”可是即使物理學(xué)家們也無(wú)法相信他的話(huà),很不尊敬地稱(chēng)他為“瘋子”,而邁爾的家人也懷疑他瘋了,竟要請(qǐng)醫(yī)生來(lái)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(lèi)即將面臨的能源危機(jī)一直以來(lái)都是世界各國(guó)苦苦思索的問(wèn)題。目前全球蘊(yùn)藏的煤和油氣等資源僅夠人類(lèi)今后數(shù)十年之用,一旦其消耗殆盡,我們能用什么來(lái)作為替代能源?是核能還是太陽(yáng)能?或是其它什么類(lèi)型的能源?

中國(guó)科學(xué)院廣州能源所專(zhuān)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(shí)產(chǎn)生的晶體物質(zhì),外貌極似冰雪,點(diǎn)火即可燃燒,故又稱(chēng)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(gè)國(guó)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(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)量已相當(dāng)于全球傳統(tǒng)化石能源(煤、石油、天然氣、油頁(yè)巖等)儲(chǔ)量的兩倍以上。

17.2 我國(guó)的核武器、核物理資料

1964年10月16日在羅布泊馬蘭核試驗(yàn)基地,我國(guó)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(chǎng),我國(guó)第一枚導(dǎo)彈核武器試驗(yàn)。

1967年6月17日在馬蘭核試驗(yàn)基地我國(guó)第一枚氫彈試驗(yàn)成功。

1969年9月23日在馬蘭基地我國(guó)第一次地下爆炸試驗(yàn)成功。

1980年我國(guó)建成高通量工程試驗(yàn)堆。

1988年10月16日我國(guó)自行設(shè)計(jì)建造的第一臺(tái)高能加速器--北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)對(duì)撞成功。

1988年12月12日我國(guó)最大的重離子加速器在蘭州建成。

我國(guó)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(yáng)核聚變”盡顯威力

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

太陽(yáng)中含有極其豐富的氫,在中心高溫下發(fā)生氫核聚變反應(yīng),從而釋放出巨大的光能和熱能,通稱(chēng)為太陽(yáng)核聚變能。地球接受到太陽(yáng)核聚變能的功率,平均為每平方米1353千瓦,這就是人們常說(shuō)的“太陽(yáng)常數(shù)”。盡管地球接受到的僅僅是“太陽(yáng)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(wàn)噸煤當(dāng)量。這些能量,比目前全世界人類(lèi)的能耗量大3.5萬(wàn)倍。人類(lèi)采用各種先進(jìn)技術(shù),可以使太陽(yáng)核聚變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為電能。這一過(guò)程的兩條基本途徑證實(shí),太陽(yáng)發(fā)生氫核聚變反應(yīng)所發(fā)出的光和熱,都可以轉(zhuǎn)換成電能供給人類(lèi)使用。

從茫茫宇宙人射到地球表面的太陽(yáng)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(xì)長(zhǎng)的太陽(yáng)聚集管,將管中流動(dòng)的液體用太陽(yáng)熱集中加熱,轉(zhuǎn)換成為高溫水蒸氣,以蒸汽渦輪機(jī)變換為電。另一種方法是采用拋物面型的聚光鏡將太陽(yáng)熱集中,使用計(jì)算機(jī)讓聚光鏡追隨太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。后者的熱效率很高,今后隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,發(fā)展前景令人矚目。目前,在利用太陽(yáng)熱發(fā)電方面,各國(guó)都已開(kāi)始行動(dòng)。除了發(fā)達(dá)國(guó)家之外,發(fā)展中國(guó)家也不示弱。在世界范圍內(nèi),以色列的技術(shù)最為先進(jìn)。此外,巴西、印度、摩洛哥也都在進(jìn)行設(shè)備的建設(shè)。為了鼓勵(lì)和支持這種有利于人類(lèi)進(jìn)步的行動(dòng),世界銀行已開(kāi)始提供資金給開(kāi)發(fā)中的國(guó)家。據(jù)報(bào)道,通過(guò)對(duì)美國(guó)利用各種能源發(fā)電成本的分析比較,專(zhuān)家認(rèn)為,認(rèn)為在2000年以前,利用太陽(yáng)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(yáng)能、氫能、風(fēng)能等,但另一類(lèi)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(zhì)能源。

其實(shí),綠色能源是一種古老的能源,千萬(wàn)年來(lái),我們的祖先都是伐樹(shù)、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(lái)了嚴(yán)重的破壞。沉痛的歷史教訓(xùn)告訴我們,利用生物能源,維持人類(lèi)的生存,甚至造福于人類(lèi),必須按照它的自然規(guī)律辦事,既要利用它,又要保護(hù)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(lèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明,目前世界上的草場(chǎng)面積有26億公頃,絕大部分是天然草場(chǎng)。它既能放牧,又是野生動(dòng)物生息繁衍的樂(lè)園。還有一部分草場(chǎng)專(zhuān)為牲畜越冬提供飼料,極少部分的草場(chǎng)才是為人們生活提供燃料的。

近年來(lái),由于廣大農(nóng)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(nóng)民們的燃料結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的變化,許多農(nóng)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(yuǎn)山區(qū)極少一部分,或個(gè)別農(nóng)家。而大量的秸稈堆放在田間,成堆成山,有的甚至侵占了農(nóng)田。因此,有的農(nóng)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(chē)和飛機(jī)起降。

怎樣才能解決這個(gè)問(wèn)題呢?最有效的是搞綜合利用。實(shí)踐證實(shí),農(nóng)作物秸稈既可以作肥料,又可以作飼料,又可當(dāng)柴燒。如果我們把農(nóng)作物秸稈漚制沼氣,產(chǎn)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(lái)漚制沼氣,產(chǎn)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(kāi)發(fā)綜合利用,是解決農(nóng)村目前能源短缺的好途徑。

17.5發(fā)達(dá)國(guó)家的能源戰(zhàn)略

1、以保障石油安全為核心 積極開(kāi)拓新的石油供應(yīng)基地

發(fā)達(dá)國(guó)家一直都在全球范圍不斷勘探、開(kāi)發(fā)石油和天然氣,加緊對(duì)世界油氣資源的爭(zhēng)奪和控制。對(duì)任何國(guó)家來(lái)說(shuō),多渠道的能源來(lái)源都是保障能源安全的基本條件。

2、建立和加強(qiáng)戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備

戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備是石油消費(fèi)國(guó)應(yīng)付石油危機(jī)的最重要手段,所以西方國(guó)家都把建立石油戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備作為保障石油供應(yīng)安全的首要戰(zhàn)略。戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備已超出一般商業(yè)周轉(zhuǎn)庫(kù)存的意義。它不僅具有保障供應(yīng)、減少風(fēng)險(xiǎn)、穩(wěn)定價(jià)格的作用,更著眼于石油的政治后果,力圖使本國(guó)在國(guó)際政治的風(fēng)云變幻和激烈競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟,取得主動(dòng),避免受制于人。

3、厲行節(jié)能政策

發(fā)達(dá)國(guó)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(biāo)和措施。美國(guó)1998年4月推出的《綜合國(guó)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?xì)獍l(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(mén)的能源消費(fèi)總量將比現(xiàn)在減少25%,交通領(lǐng)域?qū)⑼瞥鋈剂侠寐嗜队诔R?guī)交通工具的新型私人交通工具等。

4、積極開(kāi)發(fā)新能源

新能源的開(kāi)發(fā)利用,不僅代表著一個(gè)國(guó)家的技術(shù)發(fā)展水平,更是關(guān)系到占領(lǐng)未來(lái)能源利用制高點(diǎn)、保障國(guó)家能源安全的重要措施。美國(guó)《國(guó)家綜合能源戰(zhàn)略》確定的新能源開(kāi)發(fā)利用目標(biāo)是,發(fā)展先進(jìn)的可再生能源技術(shù),開(kāi)發(fā)非常規(guī)的甲烷資源,發(fā)展氫能的儲(chǔ)存、分配和轉(zhuǎn)化技術(shù)。

5、降低石油消費(fèi) 大力推廣使用清潔能源

自1997年京都環(huán)境會(huì)議以來(lái),世界各國(guó)以尊重健康、改善區(qū)域及全球環(huán)境質(zhì)量為目標(biāo),大力推廣使用清潔能源,但各國(guó)側(cè)重點(diǎn)有所不同。丹麥?zhǔn)秋L(fēng)能發(fā)電的大國(guó),2000年風(fēng)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(guó)政府對(duì)國(guó)內(nèi)天然氣生產(chǎn)實(shí)行扶持政策,計(jì)劃到2010年使天然氣供應(yīng)量增長(zhǎng)1700億立方米;同時(shí),美國(guó)加快開(kāi)發(fā)可

再生能源發(fā)電技術(shù),計(jì)劃到2010年使非水力可再生能源的發(fā)電能力至少達(dá)到2500萬(wàn)千瓦。日本政府則大力發(fā)展核電,計(jì)劃在現(xiàn)有51座原子爐的基礎(chǔ)上,爭(zhēng)取再新建16—20座原子爐。

量子力學(xué)小故事篇二

量子物理的小故事

原來(lái)量子力學(xué)是這么搞出來(lái)的(獻(xiàn)給學(xué)習(xí)固體物理的苦主們)來(lái)源: 宋飛 leon的日志

故事發(fā)生在二十世紀(jì)初的法國(guó)。

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(dòng)與彷徨。

路上走著一個(gè)年輕人,名叫德布羅意(de broglie)。在當(dāng)時(shí),這名字屌得就跟你說(shuō)你姓愛(ài)新覺(jué)羅一樣。事實(shí)上德布羅意的爸正是法國(guó)的一個(gè)伯爵奸內(nèi)閣部長(zhǎng),德布羅意正是一個(gè)典型的富二代。

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

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

時(shí)間轉(zhuǎn)眼到了1919,這個(gè)科學(xué)界騷動(dòng)的年代。

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

量子論。

簡(jiǎn)言之,他就是迷戀于當(dāng)時(shí)一個(gè)很潮的觀點(diǎn):光是粒子。

按說(shuō)這本該不值個(gè)爛錢(qián),因?yàn)閹装倌昵耙粋€(gè)大牛牛頓就曰過(guò):光是粒子。不過(guò)后來(lái)這個(gè)觀點(diǎn)被菲涅爾、泊松一群做光學(xué)的搞得很久不流行了。幾百年來(lái),科學(xué)界正統(tǒng)的觀點(diǎn)是:光是波。十幾年前的一天,某君普朗克突然說(shuō):原來(lái)光還是粒子啊~~!大家本來(lái)不想鳥(niǎo)他,結(jié)果愛(ài)因斯坦用他的理論做著做著就做出了光電效應(yīng)!這本來(lái)是物理學(xué)里的一朵烏云,現(xiàn)在突然沒(méi)了,于是學(xué)界就嘩然了。

當(dāng)年的德布羅意倒并不見(jiàn)得對(duì)這一觀點(diǎn)的物理思想有多么深刻的見(jiàn)地,按他的理解,光是粒子就是在說(shuō)原來(lái)牛頓是對(duì)的我們被后人忽悠了。或許一時(shí)沖動(dòng),年輕人告別了中世紀(jì)歐洲史,告別了奢侈糜爛的生活,來(lái)到了一派宗師朗之萬(wàn)門(mén)下,說(shuō):請(qǐng)您收我念phd吧。

歷史上,郎之萬(wàn)為什么給德布羅意offer已經(jīng)很難說(shuō)清,德布羅意到底花了多少精力去讀他的phd也已經(jīng)很難說(shuō)清。白駒過(guò)隙,五年說(shuō)過(guò)就過(guò)了。作為歷史系中世紀(jì)歐洲史專(zhuān)業(yè)的德布羅意,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)到物理系以后的確力不從心。

當(dāng)下,很現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題就是如何搞定那篇令他蛋疼的畢業(yè)論文,算是對(duì)青春一個(gè)交代。

這個(gè)問(wèn)題讓他輾轉(zhuǎn)反側(cè)很多年。畢不了業(yè),煩!德布羅意只聽(tīng)愛(ài)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(jiān)定,已經(jīng)完全拋棄自己當(dāng)初的量子假設(shè),轉(zhuǎn)回去做經(jīng)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(jié)五年終于過(guò)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(jì)封面,論文只有一頁(yè)之多一行。遙想在那個(gè)沒(méi)有槍手、沒(méi)有萬(wàn)方的時(shí)代,這已經(jīng)是不容易了。

他的一頁(yè)紙的論文反復(fù)而執(zhí)著地論述粒子是波波是粒子,說(shuō)來(lái)說(shuō)去就一句話(huà):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(dòng)量和能量的關(guān)系是:

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

這是他的論文里出現(xiàn)的唯一兩個(gè)公式,其他主要是議論和感想。

其實(shí),就這兩個(gè)公式也是從愛(ài)因斯坦發(fā)表于1905年那篇《光電效應(yīng)》中借用而來(lái)的。

很難想象這樣一篇博士論文是怎樣通過(guò)答辯的。

正式表決之前,德布羅意的老板也就是朗之萬(wàn)得知,論文評(píng)審委員會(huì)的六位教授中的三位表示一定會(huì)投反對(duì)票。

本來(lái)在歐洲,一個(gè)學(xué)生苦讀數(shù)年都那不到學(xué)位是很正常的事情,更別說(shuō)一個(gè)來(lái)混日子的的花花公子。這一點(diǎn)也至今未變。

然而,偏偏德布羅意的父親又是一位權(quán)高望眾的內(nèi)閣部長(zhǎng)。名門(mén)之下,德公子寒窗五年,最后連一個(gè)ph.d都沒(méi)拿到,雙方豈不都很沒(méi)面子?

情急之中,朗之萬(wàn)往他的一個(gè)好朋友那里寄了一封信。

也許當(dāng)初的朗之萬(wàn)只是礙于情面想幫德布羅意混得一個(gè)phd,然而事實(shí)上,這一封信卻改變了科學(xué)史。

這封信的收信人是愛(ài)因斯坦。

信的內(nèi)容大致如下:

尊敬的愛(ài)因斯坦閣下:

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

??請(qǐng)問(wèn)您怎么看?

另,該研究生的父親是弊國(guó)的伯爵,內(nèi)閣的**部長(zhǎng)??

若您??將來(lái)您來(lái)法國(guó)一定會(huì)受到最隆重的接待!

朗之萬(wàn)

就是說(shuō),如果您不肯給個(gè)面子,以后就甭來(lái)法國(guó)了。

不知愛(ài)因斯坦是出于知趣呢,還是出于因?yàn)樽约寒?dāng)年的離經(jīng)叛道產(chǎn)生的惺惺相惜,對(duì)著這滿(mǎn)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(shuō):it is interesting.在英語(yǔ)里,interesting一般用于描述一種想說(shuō)它好卻說(shuō)不出怎么好所以不知怎么說(shuō)才好的微妙狀態(tài)。此時(shí)的愛(ài)因斯坦已頗有威望,既然他都說(shuō)interesting了,評(píng)審委員們也就心領(lǐng)神會(huì)了。

終于,化險(xiǎn)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(dāng)時(shí)歐洲的學(xué)術(shù)

傳統(tǒng),朗之萬(wàn)需要將德布羅意的博士論文分寄到了歐洲各大學(xué)物理系。

幾乎所有人都以為事情會(huì)就此了結(jié),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(méi)。

然而歷史總喜歡以不確定性原理來(lái)開(kāi)玩笑。而這個(gè)玩笑順帶著改變了許多人的命運(yùn)。

在朗之萬(wàn)寄出的博士論文中,有一份來(lái)到了維也納大學(xué)。

1926年春,維也納。

當(dāng)時(shí)在維也納大學(xué)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(jīng)年屆不惑的老講師,說(shuō):回去看了下次組會(huì)講下。

想一想,一大把年紀(jì)了還在講臺(tái)上晃蕩,其學(xué)術(shù)生涯多么朦朧而慘淡。德拜將任務(wù)交給他時(shí)說(shuō):

“你現(xiàn)在研究的問(wèn)題不重要,不如給我們講講德布羅意的論文吧。”

這位講師的名字叫做:

薛定諤

在接下來(lái)的兩周里,薛定諤仔細(xì)的讀了一下德布羅意的“博士論文”,其實(shí)從內(nèi)容上來(lái)講根本就用不上“仔細(xì)”二字,薛定諤的這篇論文只不過(guò)一頁(yè)之多一點(diǎn),公式也不過(guò)就兩個(gè)而已,并且是已經(jīng)在愛(ài)因斯坦發(fā)表的論文中出現(xiàn)過(guò)的。

然而論文里說(shuō)的話(huà)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(gè)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(nèi)容在seminar上講了一下,講完之后,聽(tīng)這也是云里霧里,而老板德拜則做了一個(gè)客氣的評(píng)價(jià):

“這個(gè)年輕人的觀點(diǎn)還是有些新穎之處的,雖然顯得很孩子氣,當(dāng)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(gè)波動(dòng)方程吧!”

多年以后,有人問(wèn)及德拜是否后悔自己當(dāng)初作出了這一評(píng)論,而沒(méi)有自己埋頭深入,德拜自我解嘲的說(shuō):

“你不覺(jué)得這是一個(gè)很好的評(píng)論嗎?”

德拜建議薛定諤做一做這個(gè)工作,兩周以后seminar的時(shí)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(shí)候,他宣布,他為德布羅意的“波”找

了這樣一個(gè)方程。

這個(gè)方程就是“薛定諤方程”!

當(dāng)然,在薛定諤方程誕生之初,沒(méi)人真正把這給德布羅意的“波”生搬硬套上的方程當(dāng)回事。常識(shí)是:德布羅意的那篇論文已經(jīng)是學(xué)界公認(rèn)的垃圾了,而從垃圾里翻出來(lái)的自然如同垃圾。當(dāng)時(shí)還有一首打油詩(shī)諷刺薛定諤和他的方程:

歐文的psi,算來(lái)真靈通; psi是個(gè)啥,沒(méi)人看得懂。

psi是薛定諤方程中的波動(dòng)變量,歐文是薛定諤的名字。

“這貨不至于是

個(gè)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(duì)平庸的不甘。

如果把上世紀(jì)初的物理學(xué)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(fēng)平浪靜。

縱觀兩年以來(lái)的物理學(xué)界:哥本哈根已然成為量子理論界的“屠龍”——普朗克和愛(ài)因斯坦理論的啟發(fā)下,哥本哈根學(xué)派掌門(mén)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(jìn)一步提出了描述氫原子軌道的理論。那個(gè)年代,沒(méi)有線(xiàn)代,沒(méi)有數(shù)學(xué)物理方法,精通數(shù)學(xué)的物理學(xué)家本來(lái)屈指可數(shù),就連數(shù)學(xué)很強(qiáng)的海森堡本人也并未必知道同時(shí)代那些數(shù)學(xué)家在搞什么飛機(jī)。在他的理論出爐之后,學(xué)弟玻恩悄悄地告訴海森堡大師兄你用的東西在數(shù)學(xué)里叫:矩陣。

于是,矩陣力學(xué)走上了歷史的舞臺(tái)。

天下大變,僅一步之遙。

此時(shí)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(fēng)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!

倚天一出,四海皆驚。

沒(méi)人再敢把薛定諤的方程當(dāng)扯淡了。

哥本哈根學(xué)派的掌門(mén)玻爾大為驚駭,急信至維也納把薛定諤邀請(qǐng)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(xué)太強(qiáng)了還是薛定諤的數(shù)學(xué)太挫了,反正兩個(gè)人根本不知道對(duì)方在說(shuō)什么。在一場(chǎng)令人疲憊不堪又毫無(wú)結(jié)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(jiān)持努力工作,不久,矩陣力學(xué)和他的波動(dòng)方程在數(shù)學(xué)上被證明等價(jià)。

“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(shè)出發(fā)導(dǎo)出更基本的方程,但始終沒(méi)有成功。不久他終于對(duì)這一切失去了耐性:他也轉(zhuǎn)系了,去研究“生命是什么”。

歷史繼續(xù)著它的歷史劇,不懂?dāng)?shù)學(xué)的德布羅意和薛定諤秒殺了那一年的諾獎(jiǎng),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(dòng)方程僅在海森堡的矩陣力學(xué)的的誕生一年之后,倘若上帝把這個(gè)玩笑開(kāi)得更大一點(diǎn),讓薛定諤在1925年之前就導(dǎo)出薛定諤方程,那恐怕矩陣力學(xué)就根本不可能誕生了。(波動(dòng)方程也就是偏微分方程的理論是為大多

數(shù)物理學(xué)家所熟悉的,而矩陣在當(dāng)時(shí)則幾乎沒(méi)人能懂。)如此則此前在量子領(lǐng)域辛苦奮斗了十幾年的哥本哈根學(xué)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(méi)有真正理解這個(gè)方程微妙,而對(duì)方程的解釋也是錯(cuò)誤的——正解為哥本哈根學(xué)派的玻恩作出。玻恩的解釋讓物理學(xué)界另一位大師——愛(ài)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(huà)。

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

量子力學(xué)的殿堂終于建立起來(lái)。

量子力學(xué)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(zhì)哪個(gè)是絕對(duì)黑體()。

(a)不輻射可見(jiàn)光的物體(b)不輻射任何光線(xiàn)的物體

(c)不能反射可見(jiàn)光的物體(d)不能反射任何光線(xiàn)的物體

2、提出量子概念解決黑體輻射問(wèn)題的物理學(xué)家是

(a)普朗克(b)愛(ài)因斯坦(c)玻恩(d)玻爾

3、光電效應(yīng)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(dòng)性(d)光具有粒子性

4、下列說(shuō)法正確的是()。

(a)實(shí)物粒子既具有粒子性,也具有波動(dòng)性;

(b)光的能量是連續(xù)的;

(c)光具有波動(dòng)性,但無(wú)粒子性;

(d)電子具有粒子性,但無(wú)波動(dòng)性;

5、康普頓效應(yīng)表明()。

(a)電子具有波動(dòng)性(b)電子具有粒子性

(c)光具有波動(dòng)性(d)光具有粒子性

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

h?12hc12?mvm?a?mvm?ac2?2(a)(b)

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

二、簡(jiǎn)答題

1、什么是光的波粒二象性?波動(dòng)性和粒子性如何表現(xiàn)?

第1頁(yè)

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(dòng)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(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)2.0×10-10m的電子的動(dòng)量為總能量;波長(zhǎng)2.0×10-10m的光子的動(dòng)量為總能量;

4、動(dòng)能為1.0 ev的電子的德布羅意波的波長(zhǎng)為。

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

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

四、計(jì)算題

1、金屬鉀的逸出功為2.00ev,求:

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

2、假定對(duì)某個(gè)粒子動(dòng)量的測(cè)定可精確到千分之一,試確定這個(gè)粒子位置的最小不確定量。

(1)該粒子質(zhì)量為5×10-3kg,以2m·s-1的速度運(yùn)動(dòng);

(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(dòng)量是p的電子,通過(guò)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?

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