請?zhí)峁?有關(guān) 聲現(xiàn)象、物態(tài)變化、光現(xiàn)象、物理中的運動 的趣味小故事

【專家解說】：在十七世紀的時候，有一天，狂風(fēng)大作，雷電交錯，一家皮鞋作坊不 幸被雷電襲擊。暴風(fēng)雨過后，作坊主回到作坊里，他很驚奇地發(fā)現(xiàn)，鞋釘 和縫針都粘到鐵錘和砧子上去了，就象磁石能把釘子和釘吸起來那樣。當 時科學(xué)家仔細地研究了這一奇怪的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象是雷電使鐵錘和砧 子等磁化所造成的。后來，人們就把電線繞到鐵塊上，制成了電磁鐵。到 了十九世紀，法拉第用實驗證明;電可以產(chǎn)生磁，磁也可以產(chǎn)生電。從此， 科學(xué)家們把電和磁完全聯(lián)系起來了。 電磁鐵具有廣泛的應(yīng)用，最早也是最簡單的一種應(yīng)用可能要數(shù)電鈴 了。下圖是一張簡單的電鈴結(jié)構(gòu)圖，主要部件是一個馬蹄形電磁鐵，電磁 鐵上有一塊銜鐵，它和彈簧片相連接;銜鐵的一端有一個小錘，錘和鈴蓋 之間有一個小空隙。按鈕就是電鈴的開關(guān)，按下按鈕接通電流，鐵芯被磁 化，將銜鐵向下吸，小錘就會碰擊鈴蓋，發(fā)出叮呤的聲音。在銜鐵被吸向 下的同時，接觸螺釘與彈簧片斷開，電流中斷，電磁鐵失去磁性，銜鐵又 被彈回原處，電流再次接通，小錘又敲擊一下鈴蓋。這樣，在按下電鈕期 間，清脆的門鈴聲就響個不停了。當然，隨著技術(shù)的發(fā)展，五花八門的電 鈴就應(yīng)運而生了 1728 年，英國天文家布萊雷德發(fā)現(xiàn)了光行差現(xiàn)象。他觀察到，恒星在 一年的不同時間表觀位置會發(fā)生變化。也就是說，在地面觀測某顆恒星時， 望遠鏡的傾角要作相應(yīng)的周期變化。 為了更好地理解光行差是怎么回事，我們先來看看日常生活中的一個 有趣現(xiàn)象。大家一定會有這樣的經(jīng)歷，在一個無風(fēng)的下雨天，雨是垂直下 落的，如果你打著傘站著不動，雨就淋不著你。但是如果你把雨傘仍然豎 直舉在頭頂而跑步前進的話，那么你的衣服就會被淋濕，在你看來，這時 候的雨并不是垂直下落的，而是傾斜著向你飄落下來。 光行差的道理也是一樣的，恒星是不動的，但是地球卻在以每秒30 公里的速度繞太陽公轉(zhuǎn)，因此，對于一顆正在頭頂上方的恒星，在地球上 看來，光線并不是垂直照下來的，而是有一定的傾角α，根據(jù)簡單的合成 原則，有: tg = v c a 地球 某種c 為光速。 布萊雷德的觀測發(fā)現(xiàn)，α約為20.5〃。因此將α的觀測值和地球的公 轉(zhuǎn)速度代入上面的公式，就可以得出: c=3.1×108 米/秒。 這是歷史上首次得到的較為準確的光速值。 1911 年昂尼斯發(fā)現(xiàn)汞在絕對溫度4 度時電阻突然消失，于是，超導(dǎo)物 理就此誕生了。 幾十年以來，許多物理學(xué)家致力于超導(dǎo)的理論研究和實驗研究，測得 的臨界溫度也在不斷提高。1986 年12 月23 日，日本東京報道:日本學(xué)者 獲得國際上超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度最高的新材料，轉(zhuǎn)變溫度為絕對溫度37 度。 就在3 天之后，即12 月26 日，北京報道，中國科學(xué)院物理研究所的 趙忠賢教授領(lǐng)導(dǎo)的實驗小組，在具有超導(dǎo)電性的多相性金屬氧化物中，獲 得絕對溫度70 度的轉(zhuǎn)變溫度。 1987 年2 月16 日報道:美國獲得了絕對溫度為98 度的超導(dǎo)體，而且 使用的冷卻劑是液氮而不液氦。 2 月24 日，中國科院宣布:中科院物理所發(fā)現(xiàn)絕對溫度在百度以上的 超導(dǎo)材料。 一時間，全世界各大低溫實驗室都在進行超導(dǎo)實驗，關(guān)于高溫超導(dǎo)的 轉(zhuǎn)變溫度的的報道更是充滿報端。僅在三個月的時間內(nèi)，超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫 度由37 度一下子提高到了一百多度，這確實是一件異乎尋常的事件。 由于高溫超導(dǎo)實驗的熱潮在全世界高漲起來，美國物理學(xué)會決定臨時 召開一次國際高溫超導(dǎo)學(xué)術(shù)會議。大會預(yù)備在3 月18 日下午7 時召開，5 點鐘的時候，會議廳外就有5000 多人在排隊等候，大會會場座無虛席，甚 至有不少人席地而坐。中、日、美三國超導(dǎo)專家在會上作了精彩的報告。 會議一直開到翌日凌晨兩點。這次盛況空前的學(xué)術(shù)會議恐怕是物理學(xué)界前 所未有的。 應(yīng)該說在本世紀五、六十年代之前，就人們所認識的限度而言，愛因 斯坦的觀點應(yīng)該是正確的:超光速是不可能的?？稍谄呤甏昂螅潆?天文學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)，宇宙中有4 個致密的河外類星體射電源。河外射電星體 有時會拋出一、兩對射電星云--射電子源，這似乎是一次猛烈爆炸引起 的，它們彼此高速分離，其中大約有半數(shù)出現(xiàn)超光速運動，甚至達到光速 的5 倍至10 倍。 這些難以解釋的現(xiàn)象有些使科學(xué)家們膽怯，生怕被不精確的測量所愚 弄?？擅绹臀鞯碌囊恍┛茖W(xué)家經(jīng)過十多年的認真觀測，積累了足夠多的 數(shù)據(jù)，令人信服地證實他們的觀測是真實的。這就是說，超光速粒子在茫 茫宇宙中是客觀存在的。面對這種出乎意料的結(jié)果，眾說紛紜，各種猜測， 假說應(yīng)運而生。1967 年，美國哥倫比亞大學(xué)范伯格提出一種假設(shè)，即認為， 在宇宙空間中存在另一個由速度超過光速的粒子(稱之為“快子”)組成 的宇宙，在由這種由“快子”組成的宇宙空間中，一個能量為零的粒子是 以無窮大速度運動的，而且若它們獲得的能量越多，反而運動速度越慢， 直到獲得無窮大能量后，速度才減慢到光速。這正好與我們這個宇宙中的 情況相反:在我們這個宇宙中，一個靜止物質(zhì)能量最小，當它獲得能量后， 就開始運動，而且獲得能量越多，運動速度就越快，直到獲得無窮大的能 量后，物體速度也達到極限，即光速。 在快宇宙中(由“快子”組成的宇宙)，任何情況下，一個超光速粒 子不可能比光速運動得慢，而在我們的慢宇宙中，任何情況下，一個物體 不可能比光速運動得快，由此可見，光速正是兩個宇宙的分水嶺。 如果一個“快子”在真空中運行，則它經(jīng)過時必須要留下一道可以探 測的光跡，雖然目前實驗室里還從來沒有發(fā)現(xiàn)過“快子”，但從數(shù)學(xué)公式 的推算看，“快子”是可能存在的，所以科學(xué)家們都希望能快些捕捉到“快 子”。 總之，超光速之謎是令人神往的。 人們都知道，紫外線是肉眼看不見的光，若用一束紫外線照射酸性的 硫酸奎寧溶液，你就能看到原來不發(fā)光的溶液發(fā)出了藍光，這種光就叫做 熒光。通常的日光燈也是利用熒光道理做成的:在日光燈管壁上涂有一層 能激發(fā)白光的熒光粉，管內(nèi)是低壓水銀蒸汽，當管子兩端被加上六、七百 伏高壓(鎮(zhèn)流器產(chǎn)生)時，水銀蒸汽被電離，產(chǎn)生2237Å 的紫外線，這紫 外線照射在熒光粉上就能發(fā)出柔和的白光來了。用手摸一下白熾燈燈泡與 日光燈的管壁，你就會感覺到，白熾燈泡燙手，而日光燈管卻一點也不燙。 所以日光燈也叫熒光燈。 熒光的特點是當入射光照射時，熒光產(chǎn)生，而入射光一停止照射，熒 光也幾乎同時停止發(fā)射。 自然界中還有一種固體，平時它不發(fā)光，但當它們受到紫外線的照射 時，就能發(fā)出一種暗綠色的光。入射光停止照射時，這種物質(zhì)仍能持續(xù)發(fā) 光，有的甚至能持續(xù)發(fā)光幾個小時，這種光就稱之為磷光。人們利用磷光 的這種特性做成了夜光表、夜光指示器及坑道、山洞的夜光指示燈，給人 們的生活和工作帶來很大放便。 熒光和磷光都必須在外界光線照射下才能產(chǎn)生，它們不象普通光線那 樣產(chǎn)生熱效應(yīng)，所以又稱之為冷光。冷光的另一特性是它們的顏色與入射 光波長無關(guān)，只與發(fā)光的物質(zhì)種類有關(guān)。如日光照射葉綠素的醇溶液時， 會激發(fā)出紅色熒光，照射鈾玻璃則呈綠色熒光，照射奎寧溶液時能產(chǎn)生藍 色熒光。另外有些生物體，甚至人體也能發(fā)出熒光或磷光來。 在無線電波的傳播中，當傳播余隙過小時，路途中的障礙物可能會把 電波擋住，造成嚴重的傳播損耗，甚至使通訊中斷。但是，有時會遇到這 樣一種有趣的現(xiàn)象:在被高山擋住的電波傳播路途上，接收到的場強比沒 有高山阻擋時更強，隨著接收點離開山腳越遠，場強也越大，甚至可以比 沒有山峰時大10 分貝以上。這種現(xiàn)象稱為“屏障增益”。如何解釋這種現(xiàn) 象呢? 電磁波由T 發(fā)出后，一部分電波直接傳播到山頂C，另一部分電波由 地面A 反射達到C。而C 點的電波也有一部分直接傳到接收站R，一部分通 過B 反射到R。只要反射波和直達波在R 處干涉加強，則在R 處就可以收 到很強的信號。為減小山峰的繞射損耗，可在C 點架設(shè)無源接力站，即在 山頂上架設(shè)兩副天線，一副對準T，另一幅對準R，二天線用匹配饋線聯(lián)接 起來。 由屏障獲得最大增益的現(xiàn)象對電波傳播是很有利的，在通訊線路上如 果有可能，應(yīng)充分利用。不過，這種條件并不是經(jīng)常能得到的。