2019-2020年滬科版第一章打開物理世界的大門練習(xí).doc
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第一章 2019-2020年滬科版第一章打開物理世界的大門練習(xí) 本章導(dǎo)讀 義務(wù)教育階段的物理課程是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的啟蒙課,第一章則是啟蒙課的開篇。向孩子們打開物理世界的大門,展示五彩繽紛、充滿神奇的物理世界,讓孩子們了解物理學(xué)發(fā)展的大致歷程,以及從“知識(shí)與技能”、過程與方法“、”情感態(tài)度與價(jià)值觀“等方面發(fā)揮課程的功能,讓孩子們初步了解物理學(xué)的研究方法、物理學(xué)家的高尚情操以及物理學(xué)在生產(chǎn)生活實(shí)踐中的重大作用等,以便使孩子們對物理世界有一種新奇感、求知欲,產(chǎn)生學(xué)習(xí)物理的濃厚興趣。 第一節(jié) 走進(jìn)神奇 要點(diǎn)點(diǎn)擊 1、 通過一些典型事例讓學(xué)生體會(huì)到自然界中的神奇是讓人驚嘆的。 2、 通過生活中一些不起眼的小事讓學(xué)生感受到生活中的神奇,而這些神奇則是人類智慧的結(jié)晶。 3、 通過解釋一些神奇現(xiàn)象,讓學(xué)生知道通過學(xué)習(xí)科學(xué),這些神奇是可以得到解釋的。 快樂自主研學(xué) 自然中的神奇完全來自于大自然,沒有任何人工制造或利用的痕跡。這些神奇是驚心動(dòng)魄的。而生活中的神奇,人們已司空見慣,然而當(dāng)仔細(xì)探究時(shí),卻能發(fā)現(xiàn)在這些并非驚心動(dòng)魄的神奇中蘊(yùn)藏了人類非凡的智慧。 以下是一些自然中的神奇照片。 1、宇宙起源和彗星 宇宙起源假說之一:大爆炸理論。宇宙在零時(shí)刻時(shí)密度為無窮大的物質(zhì),后來隨著時(shí)間的推移,這物質(zhì)發(fā)生了一系列的變化,由此便逐漸形成了現(xiàn)在這樣的世界。地球只是圍繞太陽旋轉(zhuǎn)且在自轉(zhuǎn)的行星。除地球外,還有其他行星,如:水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。彗星一般是由頭和尾組成。頭的中心是彗核,彗核的外面包著彗發(fā),彗發(fā)的外面再包著彗云。彗尾有直的,也有彎的,或者是兩者的混合。彗尾長短不一,最長的有幾億千米,有的彗星則沒有彗尾。彗核是彗星的主要部分。它是固體,呈球形,含大量的冰,還含有干冰、塵埃、甲烷、氨和少量的金屬等。由于含冰最多,所以有“骯臟的雪球”之稱。這雪球差不多是整個(gè)彗星的重量,直徑最大的有100km,最小的只有幾百米。 中國民間將彗星叫做“掃帚星”?!板纭痹谥袊Z言中有掃帚的意思,在古希臘語言中有“毛發(fā)”的意思。世界公認(rèn)中國是對彗星觀察和記錄最早的國家。中國古書《淮南子兵略訓(xùn)》中記錄了公元前1057年的一次彗星,它就是后來命名為“哈雷”的彗星。“哈雷”彗星是根據(jù)埃德蒙哈雷的名字命名的。哈雷出生于1656年的英國,曾在圣赫勒納島建立一痤臨時(shí)天文臺(tái),以此觀察天象。哈雷最廣為人知的貢獻(xiàn)是他對“哈雷”彗星出現(xiàn)時(shí)間的準(zhǔn)確預(yù)言,哈雷的預(yù)言在其死后17年準(zhǔn)確應(yīng)驗(yàn):1759年、1835年1910年哈雷彗星如期出現(xiàn)。 2、太陽 太陽是一顆自己能發(fā)光、發(fā)熱的氣體星球。太陽表面叫“光球”,光球外面是色球?qū)樱驅(qū)拥耐鈬侨彰釋?。這三個(gè)層面合起來構(gòu)成了太陽的大氣層。光球上經(jīng)常出現(xiàn)一些漩渦狀的氣流,像一個(gè)淺盤,它的中間凹進(jìn)去好幾百千米,這些漩渦狀氣流像大小不等的、形狀很不規(guī)則的黑窟窿,這就是天文學(xué)家所說的“太陽黑子”。其實(shí)太陽黑子并不是黑色的,一般也有四五千攝氏度,但是與光球相比,它的溫度要低1000~2000℃。在更加明亮的光球襯托下,它就成為看起來沒什么亮光的、暗黑的黑子了。當(dāng)太陽黑子群具有漩渦結(jié)構(gòu)時(shí),這預(yù)示著太陽將發(fā)生劇烈的變化。龍卷風(fēng)形成前,天空會(huì)出現(xiàn)一片雷雨云,其中一個(gè)區(qū)域的云特別黑且稠密。此區(qū)域的空氣會(huì)快速旋轉(zhuǎn),然后形成漏斗狀的云向下延伸,到達(dá)在面,就會(huì)掀起大片的塵土及其他物體。 太陽的直徑為140萬km,是地球直徑的109倍。太陽沒有固態(tài)表面,不會(huì)像地球那樣整體自轉(zhuǎn)。太陽里外的密度是不一樣的。它的外殼大部分是氣體,密度很小,但是越往里面,物質(zhì)密度越大。 3、雷鳴與閃電 閃電是云層和云層之間或云層與地面之間的一種放電現(xiàn)象,而放電時(shí)所發(fā)出的巨大聲響就是雷鳴。雷電一般出現(xiàn)在積雨云里。積雨云常常是由于上下層空氣發(fā)生強(qiáng)烈的對流運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。夏天午后,近地面的空氣被太陽烤得很熱,熱空氣上升,在高空遇到冷空氣就容易產(chǎn)生積雨云。在積雨云中或云塊之間存在著大量的正、負(fù)電荷,空氣對流得愈厲害,云翻滾得愈猛烈;云的上下部聚集的電荷就愈多,在云塊之間或大地之間就會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電場和電位差;當(dāng)電場強(qiáng)度很大時(shí),就能把阻隔在云之間或云與大地之間的空氣擊穿而產(chǎn)生放電現(xiàn)象,發(fā)出耀眼的光芒,這就是閃電。在閃電經(jīng)過的通道上,空氣溫度猛烈陡增,空氣受熱和水滴汽化后會(huì)猛烈膨脹,發(fā)出巨響,這就是雷鳴。這種自然現(xiàn)象曾經(jīng)長期使古人恐懼不安,他們以為觸怒了天神。 4、地球、地震和火山 古時(shí)候,由于觀察手段所限,認(rèn)為天是圓的地是方的。后來,人們發(fā)現(xiàn)船只在離岸航行時(shí)先消失船身,后消失桅桿。由于這樣的一些事例,人們逐漸認(rèn)識(shí)到地球是圓的。地球由外向內(nèi)分三層,由地殼、地幔和地核組成,類似于雞蛋的蛋殼、蛋白和蛋黃。地殼是地球的外衣,也叫巖石圈;地幔介于地殼和地核之間,其體積占地球總體積的83.3%,有上地幔和下地幔之分;在距地面2900km以下為地球的核心——地核。地殼運(yùn)動(dòng)使巖層扭曲而形成斷層,斷層形成時(shí),會(huì)引發(fā)地震。在地層深處,巖石因高溫而熔化成黏稠的液狀,稱為巖漿。這些巖漿噴出地面所形成的山就稱為火山。 5、龍卷風(fēng) 龍卷風(fēng)有時(shí)稱為旋風(fēng),外形近似漏斗,它通過地表或海面時(shí),產(chǎn)生的破壞力極大,是人類所知的最激烈和最具破壞性的天然風(fēng)暴。龍卷風(fēng)內(nèi)部強(qiáng)大的上升氣流有時(shí)可將汽車或樹木舉起,帶到數(shù)百米外。它快速移動(dòng)的漏斗狀旋風(fēng)對建筑物的破壞尤其嚴(yán)重。當(dāng)龍卷風(fēng)通過房子時(shí),建筑物周圍的空氣會(huì)被吸起,使屋外的空氣壓力小于屋內(nèi),造成房子爆炸。龍卷風(fēng)形成前,天空會(huì)出現(xiàn)一片雷雨云,其中一個(gè)區(qū)域的云特別黑且稠密。此區(qū)域的空氣會(huì)快速旋轉(zhuǎn),然后形成漏斗狀的云向下延伸,到達(dá)在面,就會(huì)掀起大片的塵土及其他物體。 6、拉鏈 拉鏈只是一個(gè)小小的發(fā)明,但是整個(gè)世界都離不開它。它被美國《科學(xué)世界》雜志評選為20世紀(jì)的十大發(fā)明之一。1893年前后,美國工程師惠特科母、賈德森利用凹凸齒錯(cuò)合原理,設(shè)計(jì)出一種可快速滑動(dòng)的關(guān)啟系統(tǒng),申請了專利,這就是早期的拉鏈。拉鏈這種連接方式與傳統(tǒng)的連接概念完全不同。人們習(xí)慣用扣子系衣服,用帶子拴鞋,這些連接方式都不是完全封閉的,費(fèi)時(shí)也不牢固。人們發(fā)現(xiàn)拉鏈的確是一種方便好用的東西。拉鏈的品種層出不窮,其使用的材料除了金屬外,還發(fā)展到了塑料。人們不僅將其應(yīng)用于衣服、提包上,其他行業(yè)也使用它。 7、圓珠筆 美國人勞得是世界上第一個(gè)想到用小圓珠代替筆尖書寫的人,并于1888年得到圓珠筆的發(fā)明專利。由于他發(fā)明的圓珠筆比起1884年發(fā)明的自來水筆較為遜色,所以50余年后,圓珠筆又有了新的進(jìn)展?,F(xiàn)代的圓珠筆是由匈牙利人比羅兄弟于1938年獨(dú)立設(shè)計(jì)發(fā)明的。他們改進(jìn)了圓珠筆芯的墨水供給系統(tǒng),利用毛細(xì)作用使圓珠濕潤。美國商人雷諾茲看到了比羅的圓珠筆,為了不侵犯比羅的專利權(quán),他參考了勞得的發(fā)明,把比羅的圓珠筆利用毛細(xì)作用供給墨水改為利用重力供給。1949年,美國化學(xué)家西奇配制了一種黏度很高、快速干燥的圓珠筆專用油墨。到1951年,世界上圓珠筆的銷量超過了自來水筆。 探索與實(shí)踐 感受氣壓 取一個(gè)空的鋁質(zhì)易拉罐及一盆冷水,罐口纏上鐵絲并固定并將鐵絲擰成柄狀(要有一定的長度和強(qiáng)度),往易拉罐中加入少量的水,放在酒精燈上加熱至沸騰,并繼續(xù)加熱數(shù)十秒,迅速(持鐵絲柄)將易拉罐倒扣到冷水中,觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 注意:此時(shí)易拉罐在氣壓的作用下被壓扁且發(fā)出巨大的響聲,實(shí)驗(yàn)者應(yīng)有思想準(zhǔn)備,以防驚惶中碰到其它實(shí)驗(yàn)儀器而被燙傷甚至引起火災(zāi)。本實(shí)驗(yàn)有一定的危險(xiǎn)性,建議在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行。 生活擴(kuò)展 摩擦三兄弟 摩擦三兄弟就是指靜摩擦、滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦,它們都是摩擦家族的成員。說起摩擦,大家一定不陌生,因?yàn)槟Σ潦俏覀兩钪兴究找姂T的現(xiàn)象,我們每時(shí)每刻都在和摩擦打交道.我們走路、吃飯、洗衣服依靠摩擦;各種車輛的行使依靠摩擦,機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)離不開摩擦;就是建造房子也離不開摩擦。 假如沒有了摩擦,世界將會(huì)變成什么樣?真是不可想象??梢哉f,摩擦是我們?nèi)祟愲x不開的好朋友。但是在很多場合,摩擦三兄弟扮演著"不受歡迎"的角色。 在現(xiàn)代汽車中,20%的功率要用來克服摩擦;飛機(jī)上的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)因摩擦損耗的功率要占10%,就是最先進(jìn)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)也要為克服摩擦損耗2%的功率。世界上有數(shù)以萬計(jì)的汽車、數(shù)以萬架的飛機(jī),這樣每年要有多少燃料被白白浪費(fèi)掉,真是可惜。 但更為嚴(yán)重的是,摩擦還會(huì)造成機(jī)器零部件的磨損。據(jù)報(bào)道,英國在這方面損失每年要超過20億美元。摩擦除了導(dǎo)致磨損之外,還會(huì)使航空和航天器過度發(fā)熱,這更是現(xiàn)代科技遇到的又一難題。 當(dāng)飛機(jī)著陸的時(shí)候,閘閥和閘輪會(huì)摩擦產(chǎn)生紅熱現(xiàn)象,這樣的高溫使機(jī)閘材料變軟、變質(zhì),一幅價(jià)格昂貴的閘瓦和閘輪,往往只使用了幾次就報(bào)廢了。 當(dāng)宇宙飛船返回地面的時(shí)候,由于高速船體與空氣之間的摩擦,會(huì)使整個(gè)船體成為一個(gè)通紅的火球,為了保護(hù)飛船里的宇航員和各種儀器設(shè)備,人們不得不付出昂貴的代價(jià),用耐高溫的特種合金制造船體,并且還在外面加裝了耐高溫材料。 為了能駕馭摩擦,讓摩擦三兄弟為人類更好地服務(wù),人們一直進(jìn)行著艱苦的研究和探索。早在15世紀(jì),達(dá)芬奇就開始了對摩擦的研究。到17、18世紀(jì),法國形成了一股摩擦研究熱,庫侖根據(jù)達(dá)芬奇的想法完成了摩擦起因的凹凸說。到了18世紀(jì)上半葉,有人又創(chuàng)立了分子說。進(jìn)入20世紀(jì)后又出現(xiàn)了粘合說。 可以說有關(guān)摩擦起因的爭論還在進(jìn)行著,凹凸說、分子說和粘合說都持之有理,言之有據(jù),究竟怎樣圓滿地解釋摩擦的起因,還一直是一個(gè)很活躍的研究課題。 第二節(jié) 探索之路 要點(diǎn)點(diǎn)擊 1、 了解古人對神奇現(xiàn)象的探索。 2、 了解物理學(xué)發(fā)展的幾個(gè)重要階段。 3、 知道自然是神奇的,人們的探索歷程是漫長、曲折并富有意義的。 快樂自主研學(xué) “一種想要了解自然奧秘的無法遇制的渴望”促使世界各民族努力探索、堅(jiān)持不懈、從茫茫遠(yuǎn)古延續(xù)至今并將走向未來。 關(guān)于物理學(xué) 物理學(xué)一詞源出于希臘文physics,意為“自然”。物理學(xué)是人類社會(huì)實(shí)踐的產(chǎn)物,它是隨著人類社會(huì)實(shí)踐的發(fā)展而產(chǎn)生、形成和發(fā)展的。人類的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)形成和發(fā)展的主要源泉。在古代,物理學(xué)只是“自然哲學(xué)”的重要組成部分,直到16世紀(jì)后,它才與哲學(xué)分離開來。自從物理學(xué)成為一門獨(dú)立的學(xué)科之后,它的研究領(lǐng)域就在不斷地開拓著,逐漸建立起力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、量子力學(xué)、粒子物理學(xué)等物理基礎(chǔ)部門;每個(gè)基礎(chǔ)部門,又不斷地形成許多新的分支。物理學(xué)的發(fā)展一般劃分為三個(gè)主要時(shí)期,即古代物理學(xué)時(shí)期、經(jīng)典物理學(xué)時(shí)期(近代物理學(xué)時(shí)期)和現(xiàn)代物理學(xué)時(shí)期。大約在七八世紀(jì)之后,中國和希臘形成東、西方兩個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的中心。當(dāng)時(shí),人們對自然界的認(rèn)識(shí),主要是通過表面的觀察和直覺獲得的,基本上還處于對現(xiàn)象的描述、經(jīng)驗(yàn)的簡單總結(jié)和思辨性的猜測階段,實(shí)驗(yàn)的巨大作用還沒有被認(rèn)識(shí)到。同時(shí)還由于社會(huì)對科學(xué)的需要十分有限,科學(xué)的社會(huì)功能并不顯著,所以物理學(xué)的發(fā)展比較緩慢。 15世紀(jì)末葉,資本主義生產(chǎn)關(guān)系的產(chǎn)生,促進(jìn)了生產(chǎn)和技術(shù)的大發(fā)展。席卷歐亞的文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng),解放了人們的思想,激發(fā)起人們的探索精神,系統(tǒng)的觀察實(shí)驗(yàn)和嚴(yán)密的數(shù)學(xué)演繹相結(jié)合的研究方法被引進(jìn)物理學(xué)中,導(dǎo)致了17世紀(jì)在天文學(xué)和力學(xué)領(lǐng)域中的“科學(xué)革命”。牛頓力學(xué)體系的建立健全,標(biāo)志著近代物理學(xué)的誕生。 探究與實(shí)踐 嘗試一下靜電觸電的滋味 把塑料飛盤用洗衣粉洗刷、沖凈、曬干;再準(zhǔn)備一塊圓形鐵片,大小比飛盤略小,在其中打一小孔,用20厘米長的絲線穿過小孔將它拴住,用一塊干燥的毛皮用力摩擦圓盤的內(nèi)側(cè),然后迅速拿開,再用手提著絲線的一端(這是為了不使手與鐵片接觸),將鐵片放入圓盤內(nèi),這樣圓盤上的電荷將聚集到鐵片上,用手指去靠近鐵片時(shí),會(huì)有微麻的感覺,同時(shí)還可看到電火花和聽見放電響聲(這是因?yàn)殡妷焊叨a(chǎn)生放電,但因電量少,電流持續(xù)時(shí)間短暫,雖有微麻的感覺,但并不危及人體的生命與健康) 注意,本實(shí)驗(yàn)的效果受環(huán)境影響較大,一般而言在干燥的天氣比在空氣潮濕時(shí)容易成功,晴天在人少的室內(nèi)比在人多的室內(nèi)容易成功;在室外通風(fēng)處比在室內(nèi)容易成功。 生活擴(kuò)展 露、霜、云、霧、雨和雪是怎樣形成的 在夜間,地面上的草、木、石塊等物體由于向外輻射熱量,它們的溫度要降低,當(dāng)溫度降至露點(diǎn)時(shí),地面物體附近空氣中的水蒸氣便達(dá)到飽和。若露點(diǎn)高于0攝氏度,水蒸氣可在地面物體的表面上凝結(jié)成小水滴,這就是露。若露點(diǎn)低于0攝氏度,水蒸氣則要在地面物體的表面上直接凝結(jié)成水冰粒,這即是霜。 如果在夜間不僅地面上物體的溫度降到了露點(diǎn)以下,而且地面以上稍遠(yuǎn)處的空氣溫度也降到了露點(diǎn),那么空氣中的水蒸氣將以塵埃為核心凝結(jié)成細(xì)小的水滴,這便是霧。 當(dāng)高空中空氣的溫度降到露點(diǎn)以下,若露點(diǎn)高于0度,空氣中的水蒸氣在塵埃上凝結(jié)成細(xì)小的水滴便是云,而凝結(jié)成較大的水滴即是雨。若露點(diǎn)低于0度,則空氣中的水蒸氣將在塵埃上直接凝結(jié)成雪。 由此可知,露、霜和霧都不是從天而降的,而是地面附近空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)直接凝結(jié)而成的。只有雪和雨才是從天而降的,即是高空中空氣里的水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)凝結(jié)而成。 第三節(jié) 站在巨人的肩膀上 要點(diǎn)點(diǎn)擊 1、 了解物理知識(shí)的一些現(xiàn)代應(yīng)用。 2、 了解科學(xué)探究的主要環(huán)節(jié)。 3、 了解物理學(xué)家的科學(xué)精神與偉大情懷。 快樂自主研學(xué) 我國的四大發(fā)明 1、 指南針 指南針是利用磁鐵在地磁場中的指極性制成的。春秋戰(zhàn)國時(shí)代,公元前4世紀(jì)的《管子地?cái)?shù)篇》中記載:“上有慈石者,下有銅金”,《淮南子說山訓(xùn)》中記載:“慈石能吸鐵,及其于銅則不行也”。慈石即磁石,我國古代無“磁”字,在漢以前都把磁石寫作“慈石”,即慈愛的石頭,用以比喻慈母對子女的召引。最早的指南針是用一塊天然磁石,琢成勺子的形狀,使勺柄指向南極,勺頭指向北極?!吧住狈旁跇?biāo)有24個(gè)方向的銅制的光滑的底盤上。勺底呈球面狀,與光滑的底盤摩擦阻力很小,能在底盤上自由轉(zhuǎn)動(dòng),指示方向。這種世界上最古老的的指南儀器,稱為“司南”,距今大約有2000多年歷史。“司南”造成“勺”狀,是模擬“北斗星座”而來的,“勺”柄相當(dāng)于北斗星柄部的三顆星。由于“司南”在使用時(shí)要放在“底盤”上,所以有人稱“司南”叫“羅盤”。又因司南是天然磁石琢制而成的,在琢制過程中因受震動(dòng)而容易失去磁性,而且使用時(shí)也不太方便,所以難以推廣。到了北宋初年,人們掌握了人工磁化的方法,指南針的制造也因此得到了很大發(fā)展。 2、 造紙術(shù) 大約在3500多年前的商朝,我國就有刻在龜甲和獸骨上的文字,稱甲骨文。到了春秋戰(zhàn)國時(shí)代,用竹和木片替代龜甲與獸骨,稱為竹簡和木牘。甲骨和竹簡都很笨重,戰(zhàn)國時(shí)思想家惠施外出講學(xué),僅書簡就裝了五車,所以有“學(xué)富五車”的典故。西漢時(shí)宮廷貴族中用蠶絲做原料織成絲綿紙寫字,稱帛書,但價(jià)格昂貴。東漢時(shí)期,蔡倫總結(jié)前人制造絲織品的經(jīng)驗(yàn),發(fā)明了用樹皮、麻頭、破布等造紙法造出的紙寫成奏折奏報(bào)朝廷,皇帝看后很贊賞,后來封他為尤亭侯,于是人們將這種紙稱為“蔡侯紙”。后來,造紙術(shù)在7世紀(jì)經(jīng)朝鮮傳到日本,8世紀(jì)中葉傳到阿拉伯,12世紀(jì)起,歐洲也仿效中國的方法造紙了。 3、 印刷術(shù) 印刷術(shù)最早起始于隋朝雕版印刷,經(jīng)北宋刻字工人畢升在公元1004年至1048年間,用質(zhì)細(xì)且?guī)д承缘哪z泥,做成方柱體,在上面刻上反寫單字,放在窖里燒硬,形成活字,從此活印刷使印刷術(shù)進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。后來人們又發(fā)明了木活字和金屬活字,使活字印刷得到了改進(jìn)。13世紀(jì)后,活字印刷傳到朝鮮、日本,15世紀(jì),德國人學(xué)會(huì)了用合金鑄字,這樣,畢升首創(chuàng)的活字印刷術(shù)便在歐洲推廣開來。 4、 火藥 火藥是中國古代的四大發(fā)明之一,它究竟是誰發(fā)明的,尚無定論;但火藥與煉丹有關(guān)則是肯定的。煉丹的主要原料是硫黃、硝石,再加上燒煉用的木炭。煉丹方士們在長期的實(shí)踐過程中,逐漸熟悉了這些材料的性能,他們從偶然發(fā)生的爆炸事故中發(fā)現(xiàn),將這三種材料的粉末按一定比例混合,即會(huì)燃燒,甚至爆炸。在《武經(jīng)總要》中就記載了三個(gè)火藥配方,可稱是人類歷史上最早的火藥成分的記載。它們跟現(xiàn)代火藥的配方很接近:硝石75%,硫黃10%,石灰?guī)r15%?;鹚幦紵髸?huì)產(chǎn)生很多氣體,這些氣體在高溫下體積急劇膨脹1000倍以上,由于這是在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的,因而產(chǎn)生了爆炸。三國時(shí)有位技師馬鈞,用紙包火藥的方法做出了娛樂用的“爆仗”。開辟了火藥應(yīng)用的先河?,F(xiàn)在的爆竹、禮花等都是由它演變而來的。到了唐朝末年,火藥開始用在軍事上,起先是造火炮,即用拋石機(jī)把火藥點(diǎn)著拋射出去,燒傷敵人,后來改用弓箭將火藥射出去燒傷敵人。到了宋朝,人們將火藥裝填在竹筒里,扎上細(xì)小的定向棒,這就是世界上第一種火藥火箭。大約在公元1225~1248年間,我國的火藥制造術(shù)傳到了波斯、印度和阿拉伯國家,幾十年后又傳到歐洲。 超導(dǎo)現(xiàn)象 1911年,荷蘭物理學(xué)家昂尼斯(1853~1926)發(fā)現(xiàn),水銀的電阻率并不像預(yù)料的那樣隨溫度降低逐漸減小,而是當(dāng)溫度降到4.15K附近時(shí),水銀的電阻突然降到零.某些金屬、合金和化合物,在溫度降到絕對零度附近某一特定溫度時(shí),它們的電阻率突然減小到無法測量的現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象,能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)叫做超導(dǎo)體.超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的溫度稱為這種物質(zhì)的轉(zhuǎn)變溫度(或臨界溫度)Tc.現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)大多數(shù)金屬元素以及數(shù)以千計(jì)的合金、化合物都能在不同條件下顯示出超導(dǎo)性.如鎢的轉(zhuǎn)變溫度為0.012K,鋅為0.75K,鋁為1.196K,鉛為7.193K. 經(jīng)典理論對超導(dǎo)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因無法解釋,為了從微觀上對這一現(xiàn)象進(jìn)行解釋,花費(fèi)了固體物理學(xué)家近半個(gè)世紀(jì)的心血,直到1957年才由巴丁、庫珀和施里弗建立了完整的超導(dǎo)微觀理論(BCS理論).為此,他們榮獲1972年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng). 我們知道,在大的電磁鐵或電機(jī)中,通過線圈的電流很強(qiáng),為了避免產(chǎn)生過多的熱量,線圈就必須用較粗的導(dǎo)線繞或采取冷卻措施.如果用超導(dǎo)體做線圈,就可以避免這種缺點(diǎn).現(xiàn)在用超導(dǎo)體制造電機(jī)方面的研究工作已取得較大的進(jìn)展. 超導(dǎo)電纜的研究和應(yīng)用,也有很大進(jìn)展.超導(dǎo)電纜埋在地下,損耗小,有利于節(jié)約能量,保護(hù)環(huán)境和節(jié)約土地. 超導(dǎo)現(xiàn)象在高能物理領(lǐng)域也有重要應(yīng)用.用超導(dǎo)線圈制成的電磁鐵能產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場,對于核聚變時(shí)約束等離子體和粒子加速器實(shí)驗(yàn)裝置都有很大用處. 目前阻礙超導(dǎo)現(xiàn)象大規(guī)模應(yīng)用的主要問題是它要求低溫.如果能得到在室溫下工作的超導(dǎo)材料,可能會(huì)使整個(gè)工業(yè)的發(fā)展發(fā)生巨大的變化.對新的超導(dǎo)材料的研究工作,我國走在世界的前列. 居里夫婦 我要把人生變成科學(xué)的夢,然后再把夢變成現(xiàn)實(shí)。 ---居里夫人 比埃爾居里(Pierre Curie)1859年5月15日生于巴黎一個(gè)醫(yī)生家庭里.在他的兒童和少年時(shí)期,性格上好個(gè)人沉思,不易改變思路,沉默寡言,反應(yīng)緩慢,不適應(yīng)普通學(xué)校的灌注式知識(shí)訓(xùn)練,不能跟班學(xué)習(xí),人們都說他心靈遲鈍,所以從小沒有進(jìn)過小學(xué)和中學(xué).父親常帶他到鄉(xiāng)間采集動(dòng)、植、礦物標(biāo)本,培養(yǎng)了他對自然的濃厚興趣,學(xué)到了如何觀察事物和如何解釋它們的初步方法.居里14歲時(shí),父母為他請了一位數(shù)理教師,他的數(shù)理進(jìn)步極快,16歲便考得理學(xué)士學(xué)位,進(jìn)入巴黎大學(xué)后兩年,又取得物理學(xué)碩士學(xué)位.1880年,他21歲時(shí),和他哥哥雅克居里一起研究晶體的特性,發(fā)現(xiàn)了晶體的壓電效應(yīng).1891年,他研究物質(zhì)的磁性與溫度的關(guān)系,建立了居里定律:順磁質(zhì)的磁化系數(shù)與絕對溫度成反比.他在進(jìn)行科學(xué)研究中,還自己創(chuàng)造和改進(jìn)了許多新儀器,例如壓電水晶秤、居里天平、居里靜電計(jì)等.1895年7月25日比埃爾居里與瑪麗居里結(jié)婚. 瑪麗居里(Marie Curie)1867年11月7日生于沙皇俄國統(tǒng)治下的華沙,父親是中學(xué)教員.16歲她以金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)庐厴I(yè)于華沙中學(xué),因家庭無力供她繼續(xù)讀書,而不得不去擔(dān)任家庭教師達(dá)六年之久.后來靠自己的一點(diǎn)積蓄和姐姐的幫助,于1891年去巴黎求學(xué).在巴黎大學(xué),她在極為艱苦的條件下勤奮地學(xué)習(xí),經(jīng)過四年,獲得了物理和數(shù)學(xué)兩個(gè)碩士學(xué)位. 居里夫婦結(jié)婚后次年,即1896年,貝可勒耳發(fā)現(xiàn)了鈾鹽的放射性現(xiàn)象,引起這對青年夫婦的極大興趣,居里夫人決心研究這一不尋常現(xiàn)象的實(shí)質(zhì).她先檢驗(yàn)了當(dāng)時(shí)已知的所有化學(xué)元素,發(fā)現(xiàn)了釷和釷的化合物也具有放射性.她進(jìn)一步檢驗(yàn)了各種復(fù)雜的礦物的放射性,意外地發(fā)現(xiàn)瀝青鈾礦的放射性比純粹的氧化鈾強(qiáng)四倍多.她斷定,鈾礦石除了鈾之外,顯然還含有一種放射性更強(qiáng)的元素. 居里以他作為物理學(xué)家的經(jīng)驗(yàn),立即意識(shí)到這一研究成果的重要性,放下自己正在從事的晶體研究,和居里夫人一起投入到尋找新元素的工作中.不久之后,他們就確定,在鈾礦石里不是含有一種,而是含有兩種未被發(fā)現(xiàn)的元素.1898年7月,他們先把其中一種元素命名為釙,以紀(jì)念居里夫人的祖國波蘭.沒過多久,1898年12月,他們又把另一種元素命名為鐳.為了得到純凈的釙和鐳,他們進(jìn)行了艱苦的勞動(dòng).在一個(gè)破棚子里,日以繼夜地工作了四年.自己用鐵棍攪拌鍋里沸騰的瀝青鈾礦渣,眼睛和喉嚨忍受著鍋里冒出的煙氣的刺激,經(jīng)過一次又一次的提煉,才從幾噸瀝青鈾礦渣中得到十分之一克的鐳.由于發(fā)現(xiàn)放射性,居里夫婦和貝可勒耳共同獲得了1903年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng). 1906年,比埃爾居里因車禍不幸逝世,年僅47歲. 比埃爾居里去世后,居里夫人忍受著巨大的悲痛,接任了她丈夫在巴黎大學(xué)的物理學(xué)教授職位,成為該校第一位女教授.她繼續(xù)放射性的研究工作.1910年,她和法國化學(xué)家德別愛爾諾一起分析出純鐳元素,確定了鐳的原子量和在元素周期表中的位置.她還測出了氡和其他一些放射性元素的半衰期,整理出放射性元素衰變的系統(tǒng)關(guān)系.由于這些重大成就,又榮獲1911年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),成為歷史上僅有的兩次獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家. 居里夫婦親自體驗(yàn)了鐳的生理效應(yīng),他們曾不止一次地被鐳射線燙傷.他們與醫(yī)生一起研究將鐳用于治療癌癥,開創(chuàng)了放射性療法.第一次世界大戰(zhàn)期間,她為了自己的祖國波蘭和第二祖國法國,參加了戰(zhàn)地衛(wèi)生服務(wù)工作,組織X光汽車和X光照相室為傷兵服務(wù),還用鐳來治療傷兵,起了很大的作用. 大戰(zhàn)結(jié)束后,居里夫人回到巴黎她創(chuàng)建的鐳學(xué)研究所,繼續(xù)自己的研究工作并培養(yǎng)青年學(xué)者.晚年完成了釙和錒的提煉.居里夫人在無任何防護(hù)設(shè)施的情況下從事了35年的鐳元素研究,加上大戰(zhàn)期間四年建立X射線室的工作,射線嚴(yán)重地?fù)p害了她的健康,引起她嚴(yán)重貧血.1934年5月她不得不離開自己心愛的實(shí)驗(yàn)室,并于1934年7月4日與世長辭. 居里夫婦一生澹泊、謙虛,不喜歡世俗的恭維與贊揚(yáng),不關(guān)心個(gè)人的名利和地位.在發(fā)現(xiàn)鐳和提煉成功以后,他們不請求專利,也不保留任何權(quán)利.他們認(rèn)為,鐳是一種元素,應(yīng)該屬于全人類.他們向全世界公開他們的提鐳方法 愛因斯坦和玻爾的論戰(zhàn) 1949年是愛因斯坦七十誕辰之年。這一年,美國出版界組織了一些哲學(xué)家和物理學(xué)家撰寫慶賀愛因斯坦七十壽辰的論文。玻爾也被激參加撰寫。玻爾寫的論文顯得非常奇特,幾乎令人感到與"慶賀"極不協(xié)調(diào)。他在論文中闡述了他和愛因斯坦之間的爭論,并證明愛因斯坦每次提出的思想實(shí)驗(yàn)都是錯(cuò)誤的。當(dāng)然,玻爾仍然象歷來所強(qiáng)調(diào)的一樣,再次指出愛因斯坦提的問題是極卓越和極寶貴的,它們對量子力學(xué)的迅速發(fā)展起了極重大的作用。論文集最后一篇文章是愛因斯坦的致答文。在答文中,愛因斯坦仍然堅(jiān)持自己一貫的觀點(diǎn),并對玻爾的觀點(diǎn)又一次進(jìn)行批駁。這種慶賀文集,在世界上大約是絕無僅有的吧!不過,在文章的末尾、愛因斯坦總算說了幾句客氣話:"我……感到……有點(diǎn)尖銳。不過,下面的說法可作為我的辯解:人們只會(huì)同他的兄弟或者親密的朋友發(fā)生真正的爭吵;至于別人,那就不會(huì)爭吵的。" 看來,愛因斯坦和玻爾這兩位科學(xué)巨擘之間的爭論,一定是異乎尋常的激烈,不然的話是決不會(huì)在祝壽時(shí)都不放過。那么,他們是為什么事情爭論呢?結(jié)果又是誰是誰非呢?由于牽涉到很古老但又很難回答的哲學(xué)問題,所以下面的簡略回顧,多半只論及比較具體的科學(xué)內(nèi)容,至于其中隱含的哲學(xué)內(nèi)容,則只能淺涉一點(diǎn)點(diǎn)。 愛因斯坦與玻爾的爭論,是物理學(xué)史上持續(xù)時(shí)間最長、爭論最激烈和最富有哲學(xué)意義的爭論之一。他們間的爭論開始于1920年4月,這次爭論的具體內(nèi)容在本書有關(guān)玻爾那一節(jié)曾有過描述。玻爾雖然在爭論中因企圖放棄能量守恒的普適性而被證明是錯(cuò)誤的一方,但玻爾強(qiáng)調(diào)要同經(jīng)典物理觀念作徹底決裂的說法,后來被證明是很正確的。 此后,在玻爾身邊集結(jié)了一批極有才華而又具有極強(qiáng)批判能力的年青人,他們在玻爾的領(lǐng)導(dǎo)下,使量子力學(xué)取得了長足的進(jìn)展。1926年6月,德國物理學(xué)家玻恩提出了波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋。這一解釋的主要精神是說由量子力學(xué)波動(dòng)方程求解,只能得到運(yùn)動(dòng)過程一個(gè)確定的幾率,而不能再象牛頓力學(xué)那樣給出確定的值。但自從牛頓以來,人們一直習(xí)慣于牛頓的理論,這種理論告訴我們,只要知道了粒子在某一時(shí)刻的位置和速度,并給出作用于該粒子的力,則根據(jù)牛頓第二定律所給出的方程求解,我們就可以精確知道粒子以后任何時(shí)刻的位置和速度。例如我們可以精確算出哈雷慧星于85年11月8日將在我國廣大地區(qū)上空出現(xiàn),也可以算出幾十個(gè)世紀(jì)以后地球、月亮和太陽之間的精確位置等等。而現(xiàn)在玻恩宣布,我們對基本粒子的了解與經(jīng)典物理不同,我們只能知道某個(gè)粒子出現(xiàn)在某處的可能性或者是三分之一,或者是二分之一。 玻恩的解釋還沒被大多數(shù)物理學(xué)家接受,1927年初,德國另一位年輕的物理學(xué)家海森堡又提出著名的"測不準(zhǔn)原理"。這一原理是說人們不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測定微觀粒子的位置和速度,也不能同時(shí)準(zhǔn)確地測定其能量和時(shí)間,如果位置(或能量)測得越精確,則速度(或時(shí)間)就測得越不精確。這和牛頓力學(xué)又是大相徑庭,在牛頓力學(xué)里人們是可以同時(shí)準(zhǔn)確地測定位置和速度、能量和時(shí)間的。 微觀粒子的這些極為奇異的特性,引起了物理界的激烈的爭論。1927年9月,在意大利迷人的科摩湖畔召開了紀(jì)念伏打逝世一百周年大會(huì),玻爾參加了這次國際物理學(xué)會(huì)議。會(huì)議上,玻爾以《量子公設(shè)和原子論的最新發(fā)展》為題作了講演。玻爾指出微觀粒子現(xiàn)象的任何觀測,都必然使得粒子和測量儀器間存在"原則上不可控制的相互作用",因而我們不可能使微觀粒子的波動(dòng)性和粒子性在同一實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出來,因而必然得出測不準(zhǔn)關(guān)系。這樣,粒子性和波動(dòng)性,位置和速度,以及能量和時(shí)間這些概念是互相排斥的,但在描述同一微觀現(xiàn)象時(shí),這些互斥的概念又是互相補(bǔ)充,缺一不可的。而且,只有它們互相補(bǔ)充,我們才能夠得到隱藏在實(shí)驗(yàn)后面的完備的描述。這就是被哥本哈根學(xué)派推崇備至的"互補(bǔ)原理"。依照這一原理,玻爾指出:"通常意義下的因果性問題不復(fù)存在了"。 雖然玻爾小心翼翼地說,相對論改變了空間和時(shí)間的觀念,現(xiàn)在量子論將改變傳統(tǒng)的因果概念;相對論指出同時(shí)性的確定離不開參考系的選擇,現(xiàn)在量子論則指出在微觀領(lǐng)域里不能忽視儀器對微觀客體的作用,所以,"在這兒,我們發(fā)現(xiàn)自己正同愛因斯坦走著相同的道路",但玻爾的講演,仍然使大多數(shù)與會(huì)者震驚、困擾、憤怒。有一些人極力反對玻爾的理論,另一些人則不習(xí)慣、不喜歡玻爾的解釋方式。 可惜這次會(huì)議愛因斯坦沒參加,大家都想聽聽這位最杰出的人對此有什么看法。他會(huì)反對玻爾的觀點(diǎn)嗎? 緊接著于同年的十月,在比利時(shí)首府布魯塞爾舉行第五屆索爾維物理學(xué)會(huì)議。這次會(huì)議的主題是"電子和光子",這是當(dāng)時(shí)涉及到物理學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。會(huì)議中討論的中心問題就是在新出現(xiàn)的量子力學(xué)解釋中,是不是一定得摒棄確定性原理,有沒有可能存在一種比互補(bǔ)原理顯得不那么離經(jīng)叛道的折衷方法。 這次會(huì)議愛因斯坦和玻爾都參加了。參加會(huì)議的物理學(xué)家心情都非常激動(dòng),誰是誰非看來該有一個(gè)分曉了。玻爾講完了他的互補(bǔ)原理以后,愛因斯坦起來發(fā)言了。愛因斯坦在量子論早期的光量子階段,曾對這一新理論作過卓越的貢獻(xiàn),他的發(fā)言當(dāng)然是令人矚目的。愛因斯坦開門見山,毫不含糊地說他不喜歡測不準(zhǔn)原理,互補(bǔ)原理也不是一種可以接受的好理論。他說:"這個(gè)理論的缺點(diǎn)在于:它一方面無法與波動(dòng)概念發(fā)生更密切的聯(lián)系,另一方面又把基本物理過程的時(shí)間和空間拿來碰運(yùn)氣。" 愛因斯坦的觀點(diǎn)一亮出來,會(huì)場立即象炸了鍋似的,不同國家的物理學(xué)家激動(dòng)得顧不上用國際語言,就各用各的語言叫嚷著要發(fā)言。會(huì)議主席洛倫茲一向以善于周旋于各派物理學(xué)家之間而聞名,但這次怎么拍桌子也管用。同是愛因斯坦和玻爾好友的荷蘭物理學(xué)家埃倫菲斯特著急了,只得跑到講臺(tái)上在黑板上寫了一句話:"上帝真的使人們的語言混雜起來了!"正在叫嚷的物理學(xué)家見了這句話,哄堂大笑,第一次會(huì)議總算到此結(jié)束。 為什么大家見了埃倫菲斯特的話就哄堂大笑呢?原來這是《圣經(jīng)》上的一段的故事:據(jù)說巴比倫人曾經(jīng)想建造一座通天高塔,上帝知道了十分震怒,為了懲罰人類這一野心,他使人類的語言混雜起來,彼此無法交流思想,結(jié)果使通天塔無法修建。現(xiàn)在,各國物理學(xué)家都用各國語言叫嚷,不也會(huì)使他們想建成的新理論無法成功嗎!所以,大家都覺得自己太激動(dòng)了,真有點(diǎn)可笑。 通過這次會(huì)議激烈的爭論,許多物理學(xué)家接受了以玻爾為首的哥本哈根學(xué)派的觀點(diǎn),但愛因斯坦并沒有信服。盡管愛因斯坦在這次會(huì)上想出非常巧妙的思想實(shí)驗(yàn)以揭露哥本哈根學(xué)派觀點(diǎn)的錯(cuò)誤,但每次都被玻爾證明這些思想實(shí)驗(yàn)其實(shí)是根本站不住腳的。玻爾非常成功地捍衛(wèi)了自己的觀點(diǎn)。 愛因斯坦堅(jiān)持認(rèn)為:"當(dāng)主要的描述方法還不完備時(shí),當(dāng)然只能由此得出統(tǒng)計(jì)性的結(jié)果來,這是不足奇的。"這就是說,愛因斯坦認(rèn)為哥本哈根學(xué)派的解釋,只不過是一種權(quán)宜之計(jì)。他曾開玩笑地問玻爾:"難道你們真的相信上帝也靠擲骰子辦事嗎?"玻爾也恢諧地回答:"難道你不認(rèn)為用普通的言語來描述神的旨意時(shí),還是小心一點(diǎn)為妙嗎? " 三年之后,在布魯塞爾又舉行了第六屆索爾維物理學(xué)會(huì)議。玻爾早就料到上次會(huì)議的爭論將繼續(xù)下去。果然,會(huì)議一開始,愛因斯坦就又使出他的拿手好戲,設(shè)計(jì)了一個(gè)非常巧妙的思想實(shí)驗(yàn),力圖徹底摧毀測不準(zhǔn)這一"偏見"。愛因斯坦深知,作為哥本哈根學(xué)派解釋的核心或關(guān)鍵的測不準(zhǔn)原理如果能證明在單個(gè)事件中不成立,那么量子理論的不完備性可以被肯定。 愛因斯坦提出了一個(gè)名叫"光厘"的思想實(shí)驗(yàn)。在這兒也許有必要簡單地解釋一下什么叫"思想實(shí)驗(yàn)"。思想實(shí)驗(yàn)又稱假想實(shí)驗(yàn)或理想實(shí)驗(yàn),它不同于具體的實(shí)驗(yàn),它不是一種實(shí)踐活動(dòng),而只是一種思想中塑造的理想過程,是邏輯推理的一種方法和形式。在物理學(xué)發(fā)展的重要關(guān)頭,思想實(shí)驗(yàn)不只一次擔(dān)當(dāng)了重要的角色,它被證明是一種重要的科學(xué)研究方法。愛因斯坦的"光匣"是一個(gè)假想的里面裝滿了輻射物質(zhì)的匣子,其一側(cè)有一個(gè)小洞,洞口有一塊擋板,一個(gè)機(jī)械鐘可以控制擋板的開關(guān)。當(dāng)某一時(shí)刻洞門打開,放出一個(gè)光子。愛因斯坦論證說,光子跑出匣子的時(shí)間可以精確測出來,而光子的能量可以簡單地通過匣子重量變化以及公式E=mc2而精確地確定,這樣,測不準(zhǔn)原理就顯然被違犯了,而準(zhǔn)確性和因果性又得到了恢復(fù),世界又正常了。 玻爾這一下可有點(diǎn)緊張了。愛因斯坦竟用他的相對論巧妙地批駁了整個(gè)玻爾的觀點(diǎn)。當(dāng)天夜晚,玻爾和哥本哈根學(xué)派的人根本沒有睡覺,他們緊張地探究,愛因斯坦的這個(gè)實(shí)驗(yàn)究竟又在哪兒出了錯(cuò)呢?玻爾毫不懷疑愛因斯坦是錯(cuò)了,但是玻爾不知錯(cuò)在哪兒,而天明后他就應(yīng)該回答愛因斯坦的挑戰(zhàn)。比利時(shí)物理學(xué)家羅森菲爾德后來回憶說:"面對這一問題,玻爾感到十分震驚。他不能馬上找出這問題的答案。整個(gè)晚上的他都感到極度不快。他從一個(gè)人走向另一個(gè)人,企圖說服他們這情況不可能是真實(shí)的,而且指出,如果愛因斯坦正確,則將是物理學(xué)的終結(jié),但玻爾提不出任何反駁。我永遠(yuǎn)也不會(huì)忘記這兩個(gè)對手在離開俱樂部時(shí)的身影。愛因斯坦,一個(gè)高高的莊嚴(yán)的形象,而玻爾則在他身旁快步走著,非常激動(dòng)。他徒勞地辯護(hù)說,如果愛因斯坦的裝置能夠運(yùn)轉(zhuǎn),這將意味著物理學(xué)的終結(jié)。" 愛因斯坦大約覺得自己已穩(wěn)操勝券了。但在第二天的會(huì)議上,喜氣洋洋的玻爾又倒過來使愛因斯坦十分震驚了。玻爾利用愛因斯坦十五年前在相對論中的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)找到了愛因斯坦思想實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤。愛因斯坦在那個(gè)發(fā)現(xiàn)中曾指出,一只鐘如果沿重力方向發(fā)生位移,它的快慢會(huì)發(fā)生變化,這樣,當(dāng)光子跑出匣子前后,由于匣子重量發(fā)生了變化,從而造成了鐘表快慢的變化,這樣,要在測量光子能量的同時(shí)準(zhǔn)確測量粒子跑出的時(shí)間是根本不可能的。這一反駁,實(shí)在是太妙了,結(jié)果使得愛因斯坦用來否定測不準(zhǔn)原理的"光匣",倒變成了論證測不準(zhǔn)原理的理想實(shí)驗(yàn)! 愛因斯坦不得不承認(rèn),玻爾的論證是完全正確的,但他還是不承認(rèn)玻爾的理論是最后的答案。玻爾后來曾回憶兩人在會(huì)議下面交談的情形說:"他說,對于這種顯然不那么肯定地解釋自然的原理,他覺得很不安。從我的角度出發(fā),我只能回答他說,在了解一個(gè)全新世界的規(guī)律時(shí),我們不能過分信賴以往所熟悉的原理,無論這些原理具有何等的普遍性。" 在愛因斯坦看來,盡管量子理論的哥本哈根學(xué)派的解釋與經(jīng)驗(yàn)事實(shí)相符,但作為一種完備的理論,應(yīng)該是決定論的而不應(yīng)該是或然的。用概率語言表達(dá)的理論充其量也只能是暫時(shí)代替的理論。此后,由于愛因斯坦對被大多數(shù)人接受的哥本哈根學(xué)派量子理論的解釋深感不滿,他選擇了一條與眾不同的道路,將自己置身于物理學(xué)發(fā)展的主流之外,一個(gè)人弧獨(dú)而又艱難地中跋涉著。 一位傳記作家克拉克曾這樣描述愛因斯坦的晚年:"在日益增長的不滿情緒中,愛因斯坦引退了。他置身于物理學(xué)發(fā)展主流之外,造成了他晚年的悲劇氣氛,甚至他最忠誠的朋友也無法驅(qū)散它。"玻爾對于無法改變愛因斯坦的這種不滿,終生引為遺憾。但玻爾曾一再表示,他正是從愛因斯坦的反對意見中,獲取了完美表達(dá)量子理論的思想。他曾經(jīng)說:"愛因斯坦的關(guān)懷和批評,很有價(jià)值地激勵(lì)我們所有人來再度檢驗(yàn)和原子現(xiàn)象的描述有關(guān)的形勢的各個(gè)方面"。 探索與實(shí)踐 哪個(gè)瓶子滾得快 兩個(gè)完全相同的玻璃瓶,一個(gè)裝滿沙,另一個(gè)裝滿水,放在同一斜面上滑下,哪個(gè)瓶子滾得比較快?動(dòng)手試試,想想看,為什么? 生活擴(kuò)展 無處不在的彈簧 在我們的日常生活中,彈簧形態(tài)各異,處處都在為我們服務(wù)。常見的彈簧是螺旋形的,叫螺旋彈簧。做力學(xué)實(shí)驗(yàn)用的彈簧秤、擴(kuò)胸器的彈簧等都是螺旋彈簧。螺旋彈簧有長有短,有粗有細(xì):擴(kuò)胸器的彈簧就比彈簧秤的粗且長;在抽屜鎖里,彈簧又短又細(xì),約幾毫米長;有一種用來緊固螺母的彈簧墊圈,只有一圈,在緊固螺絲螺母時(shí)都離不開它。螺旋彈簧在拉伸或壓縮時(shí)都要產(chǎn)生反抗外力作用的彈力,而且在彈性限度內(nèi),形變越大,產(chǎn)生的彈力也越大;一旦外力消失,形變也消失。有的彈簧制成片形的或板形的,叫簧片或板簧。在口琴、手風(fēng)琴里有銅制的發(fā)聲簧片,在許多電器開關(guān)中也有銅制的簧片,在玩具或鐘表里的發(fā)條是鋼制的板簧,在載重汽車車廂下方也有鋼制的板簧。它們在彎曲時(shí)會(huì)產(chǎn)生恢復(fù)原來形狀的傾向,彎曲得越厲害,這種傾向越強(qiáng)。有的彈簧像蚊香那樣盤繞,例如,實(shí)驗(yàn)室的電學(xué)測量儀表(電流計(jì)、電壓計(jì))內(nèi),機(jī)械鐘表中都安裝了這種彈簧。這種彈簧在被扭轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生恢復(fù)原來形狀的傾向,叫做扭簧。 形形色色的彈簧在不同場合下發(fā)揮著不同的功能: 1. 測量功能 我們知道,在彈性限度內(nèi),彈簧的伸長(或壓縮)跟外力成正比。利用彈簧這一性質(zhì)可制成彈簧秤。 2. 緊壓功能 觀察各種電器開關(guān)會(huì)發(fā)現(xiàn),開關(guān)的兩個(gè)觸頭中,必然有一個(gè)觸頭裝有彈簧,以保證兩個(gè)觸頭緊密接觸,使導(dǎo)通良好。如果接觸不良,接觸處的電阻變大,電流通過時(shí)產(chǎn)生的熱量變大,嚴(yán)重的還會(huì)使接觸處的金屬熔化??跓纛^的兩個(gè)金屬柱都裝有彈簧也是為了接觸良好;至于螺口燈頭的中心金屬片以及所有插座的接插金屬片都是簧片,其功能都是使雙方緊密接觸,以保證導(dǎo)通良好。在盒式磁帶中,有一塊用磷青銅制成的簧片,利用它彎曲形變時(shí)產(chǎn)生的彈力使磁頭與磁帶密切接觸。在釘書機(jī)中有一個(gè)長螺旋彈簧它的作用一方面是頂緊釘書釘,另一方面是當(dāng)最前面的釘被推出后,可以將后面的釘送到最前面以備釘書時(shí)推出,這樣,就能自動(dòng)地將一個(gè)個(gè)釘推到最前面,直到釘全部用完為止。許多機(jī)器自動(dòng)供料,自動(dòng)步槍中的子彈自動(dòng)上膛都靠彈簧的這種功能。此外,像夾衣服的夾子,圓珠筆、鋼筆套上的夾片都利用彈簧的緊壓功能夾在衣服上。 3. 復(fù)位功能 彈簧在外力作用下發(fā)生形變,撤去外力后,彈簧就能恢復(fù)原狀。很多工具和設(shè)備都是利用彈簧這一性質(zhì)來復(fù)位的。例如,許多建筑物大門的合頁上都裝了復(fù)位彈簧,人進(jìn)出后,門會(huì)自動(dòng)復(fù)位。人們還利用這一功能制成了自動(dòng)傘、自動(dòng)鉛筆等用品,十分方便。此外,各種按鈕、按鍵也少不了復(fù)位彈簧。 4. 帶動(dòng)功能 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)一定的彈性勢能。釋放后,彈性勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能,通過傳動(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能,扣動(dòng)扳機(jī),彈簧釋放,勢能轉(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。 5. 緩沖功能 在機(jī)車、汽車車架與車輪之間裝有彈簧,利用彈簧的彈性來減緩車輛的顛簸。 6. 振動(dòng)發(fā)聲功能 當(dāng)空氣從口琴、手風(fēng)琴中的簧孔中流動(dòng)時(shí),沖擊簧片,簧片振動(dòng)發(fā)出聲音。 第一章綜合能力提升與實(shí)踐 在線回眸 打開物理世界的大門 走進(jìn)神奇 探索之路 站在巨人的肩膀上 激發(fā)興趣 探究方法 培養(yǎng)目標(biāo) 自然中的神奇非凡而震撼人心 生活中的神奇平凡而充滿智慧 古文明中的科學(xué)思索思辨與總結(jié) 物理學(xué)的進(jìn)步之階 實(shí)驗(yàn)與理論 知識(shí)園地——碩果累累(知識(shí)技能) 科學(xué)探究——其樂無窮(過程方法) 科學(xué)精神——永遠(yuǎn)高揚(yáng)(情感態(tài)度與價(jià)值觀) 訓(xùn)練與回顧 生活在自然之中,我們每天都要面對許多與力、聲、熱、光、電等有關(guān)的現(xiàn)象。在自然科學(xué)中誕生的物理學(xué)就是研究這些現(xiàn)象,找出它們發(fā)生的原因,研究怎樣利用它們來為人類服務(wù)。 觀察思考(一) (a)夕陽西下 (b)電閃雷鳴 (c)湖光山色 (d)火山噴發(fā) (e)彎弓搭箭 (f)演奏二胡 觀察圖1-1所示的情景,按要求將它們分類。(填序號(hào)) 1、屬于力的現(xiàn)象的有 。 2、屬于聲的現(xiàn)象的有 。 3、屬于光的現(xiàn)象的有 。 4、屬于熱的現(xiàn)象的有 。 5、屬于電的現(xiàn)象的有 。 觀察思考(二) 面對神奇的物理現(xiàn)象,人們在迷茫、好奇、敬畏的同時(shí),不斷地努力探索。下面是在物理學(xué)的發(fā)展中作出過大量貢獻(xiàn)的科學(xué)巨匠,你能根據(jù)介紹說出他們的名字嗎? 圖1-2 圖1-3 圖1-4 圖1-5 1、 如圖1-2,他是著名的天文學(xué)家,自然科學(xué)的先驅(qū)。他用日心說否定了影響人類達(dá)千年之久的托勒密地心說,有力地推動(dòng)了人類文明的進(jìn)程。 他是 。 2、 如圖1-3,他是經(jīng)典力學(xué)和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)等的先驅(qū),他率先用望遠(yuǎn)鏡觀察天空,由此得到的關(guān)于天體運(yùn)行的結(jié)果有力地支持了哥白尼的日心說。 他是 。 3、 如圖1-4,他被人們譽(yù)為偉大的物理學(xué)家。他在前人研究的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了具有劃時(shí)代意義的經(jīng)典物理學(xué)體系。他發(fā)現(xiàn)日月星辰的運(yùn)轉(zhuǎn)與蘋果下落有某些相似之處,從而建立了以他的名字命名的運(yùn)動(dòng)三大定律。 他是 。 4、 如圖1-5,他被譽(yù)為20世紀(jì)杰出的物理學(xué)家。他認(rèn)為:當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí),人們所熟悉的空間和時(shí)間等概念都會(huì)發(fā)生變化。他是量子力學(xué)的主要奠基人之一,發(fā)現(xiàn)微觀世界的物理規(guī)律與宏觀世界的物理規(guī)律有很大的差異。 他是 。 觀察和思考(三) 前輩們在探索神奇的現(xiàn)象的過程中,逐漸發(fā)現(xiàn)蘊(yùn)藏其中的某些物理規(guī)律,形成了物理學(xué)體系。物理學(xué)就是研究自然界的物質(zhì)結(jié)構(gòu),物體間的相互作用和物體運(yùn)動(dòng)最一般的自然科學(xué)。 觀察圖1-6并填空。 甲 乙 甲 放大了200萬倍的銥原子排列圖,這是利用 觀察得到的。 乙 極低溫下金屬塊在磁場中會(huì)自動(dòng)漂浮,這屬于 現(xiàn)象。 科學(xué)家們不僅為后人留下了知識(shí)的宮殿,而且創(chuàng)建了科學(xué)的探究方法。根據(jù)圖1-7所示,填寫出科學(xué)探究的主要環(huán)節(jié)。 1、 2、猜想和假設(shè) 3、制定計(jì)劃和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 4、 5、分析與論證 6、評估 7、 科學(xué)家們在科學(xué)探究的過程中,還為后人留下了永遠(yuǎn)高揚(yáng)的科學(xué)精神。請根據(jù)下列文段中介紹的情況,填寫后面的空格。 圖1-7 1、面對羅馬教會(huì)的強(qiáng)權(quán),哥白尼頑強(qiáng)地說自己終于推動(dòng)了地球;伽利略堅(jiān)持認(rèn)為地球在轉(zhuǎn)動(dòng)。這體現(xiàn)了科學(xué)家們的實(shí)事求是、 、 、 的精神。 2、居里夫人(M.S.Cure,1867~1934),兩次獲得若貝爾獎(jiǎng)。這些偉大的成功者皆源于她對真理的執(zhí)著追求,以及長期勤勤懇懇的努力工作。她和丈夫發(fā)現(xiàn)的“鐳”是在簡陋的棚屋里辛苦工作四年提煉出來的。這體現(xiàn)了科學(xué)家們 、 、 的精神。 3、愛因斯坦和玻爾進(jìn)行了長達(dá)二十余年的量子力學(xué)大論戰(zhàn),而這種學(xué)術(shù)之爭并未影響兩位科學(xué)泰斗的友誼。在解答愛因斯坦提出的一個(gè)個(gè)難題的過程中,玻爾等人逐漸完善了量子力學(xué)體系。這體現(xiàn)了科學(xué)家們善于 ,敢于提出與眾不同的見解,也敢于 自己的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。 第一章《打開物理世界的大門》單元練習(xí) 長樂第七中學(xué) 陳欽松 一、生活在自然之中,我們每天都要面對許多與力、聲、熱、光、電等有關(guān)的現(xiàn)象。在自然科學(xué)中誕生的物理學(xué)就是研究這些現(xiàn)象,找出它們發(fā)生的原因,研究怎樣利用它們來為人類服務(wù)。 (一)觀察思考: (a)夕陽西下 (b)電閃雷鳴 (c)湖光山色 (d)火山噴發(fā) (e)彎弓搭箭 (f)演奏二胡 觀察圖1-1所示的情景,按要求將它們分類。(填序號(hào)) 1、屬于力的現(xiàn)象的有 。 2、屬于聲的現(xiàn)象的有 。 3、屬于光的現(xiàn)象的有 。 4、屬于熱的現(xiàn)象的有 。 5、屬于電的現(xiàn)象的有 。 (二)觀察思考: 面對神奇的物理現(xiàn)象,人們在迷茫、好奇、敬畏的同時(shí),不斷地努力探索。下面是在物理學(xué)的發(fā)展中做出過大量貢獻(xiàn)的科學(xué)巨匠,你能根據(jù)介紹說出他們的名字嗎? 圖1-2 圖1-3 圖1-4 圖1-5 5、 如圖1-2,他是著名的天文學(xué)家,自然科學(xué)的先驅(qū)。他用日心說否定了影響人類達(dá)千年之久的托勒密地心說,有力地推動(dòng)了人類文明的進(jìn)程。 他是 。 6、 如圖1-3,他是經(jīng)典力學(xué)和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)等的先驅(qū),他率先用望遠(yuǎn)鏡觀察天空,由此得到的關(guān)于天體運(yùn)行的結(jié)果有力地支持了哥白尼的日心說。 他是 。 7、 如圖1-4,他被人們譽(yù)為偉大的物理學(xué)家。他在前人研究的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了具有劃時(shí)代意義的經(jīng)典物理學(xué)體系。他發(fā)現(xiàn)日月星辰的運(yùn)轉(zhuǎn)與蘋果下落有某些相似之處,從而建立了以他的名字命名的運(yùn)動(dòng)三大定律。 他是 。 8、 如圖1-5,他被譽(yù)為20世紀(jì)杰出的物理學(xué)家。他認(rèn)為:當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí),人們所熟悉的空間和時(shí)間等概念都會(huì)發(fā)生變化。他是量子力學(xué)的主要奠基人之一,發(fā)現(xiàn)微觀世界的物理規(guī)律與宏觀世界的物理規(guī)律有很大的差異。 他是 。 (三)觀察和思考: 前輩們在探索神奇的現(xiàn)象的過程中,逐漸發(fā)現(xiàn)蘊(yùn)藏其中的某些物理規(guī)律,形成了物理學(xué)體系。物理學(xué)就是研究自然界的物質(zhì)結(jié)構(gòu),物體間的相互作用和物體運(yùn)動(dòng)最一般的自然科學(xué)。 觀察圖1-6并填空。 甲 乙 甲:放大了200萬倍的銥原子排列圖,這是利用 觀察得到的。 乙:極低溫下金屬塊在磁場中會(huì)自動(dòng)漂浮,這屬于 現(xiàn)象。 二、科學(xué)家們不僅為后人留下了知識(shí)的宮殿,而且創(chuàng)建了科學(xué)的探究方法。根據(jù)圖1-7所示,填寫出科學(xué)探究的主要環(huán)節(jié)。 1、 2、猜想和假設(shè) 3、制定計(jì)劃和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 4、 5、分析與論證 6、評估 7、 三、科學(xué)家們在科學(xué)探究的過程中,還為后人留下了永遠(yuǎn)高揚(yáng)的科學(xué)精神。請根據(jù)下列文段中介紹的情況,填寫后面的空格。 圖1-7 1、面對羅馬教會(huì)的強(qiáng)權(quán),哥白尼頑強(qiáng)地說自己終于推動(dòng)了地球;伽利略堅(jiān)持認(rèn)為地球在轉(zhuǎn)動(dòng)。這體現(xiàn)了科學(xué)家們的實(shí)事求是、 、 、 的精神。 2、居里夫人(M.S.Cure,1867~1934),兩次獲得若貝爾獎(jiǎng)。這些偉大的成功者皆源于她對真理的執(zhí)著追求,以及長期勤勤懇懇的努力工作。她和丈夫發(fā)現(xiàn)的“鐳”是在簡陋的棚屋里辛苦工作四年提煉出來的。這體現(xiàn)了科學(xué)們 、 、 的精神。 3、愛因斯坦和玻爾進(jìn)行了長達(dá)二十余年的量子力學(xué)大論戰(zhàn),而這種學(xué)術(shù)之爭并未影響兩位科學(xué)泰斗的友誼。在解答愛因斯坦提出的一個(gè)個(gè)難題的過程中,玻爾等人逐漸完善了量子力學(xué)體系。這體現(xiàn)了科學(xué)家們善于 ,敢于提出與眾不同的見解,也敢于 自己的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。 第一章《打開物理世界大門》參考答案: 一、 1、d e 2、b d f 3、 a b c d 4、d 5、b 二、 1、哥白尼 2、伽利略 3、牛頓 4、愛因斯坦 三、 電子顯微鏡、 超導(dǎo)中的磁懸浮 、 提出問題、 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集證據(jù)、 交流與合作 1、 尊重客觀規(guī)律、不迷信權(quán)威、敢于堅(jiān)持真理 2、 孜孜不倦、刻苦認(rèn)真、堅(jiān)強(qiáng)自信 3、 合作與交流、修正或放棄- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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- 2019 2020 年滬科版 第一章 打開 物理 世界 大門 練習(xí)
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