A. 初二物理知識點【上冊】到人眼看不見的光為止 謝謝
一、聲音的產生:
1、聲音是由物體的振動產生的;(人靠聲帶振動發聲、蜜蜂靠翅膀下的小黑點振動發聲,風聲是空氣振動發聲,管制樂器考裡面的空氣柱振動發聲,弦樂器靠弦振動發聲,鼓靠鼓面振動發聲,鍾考鍾振動發聲,等等);
2、振動停止,發生停止;但聲音並沒立即消失(因為原來發出的聲音仍在繼續傳播);
3、發聲體可以是固體、液體和氣體;
4、聲音的振動可記錄下來,並且可重新還原(唱片的製作、播放);
二、聲音的傳播
1、聲音的傳播需要介質;固體、液體和氣體都可以傳播聲音;聲音在固體中傳播時損耗最少(在固體中傳的最遠,鐵軌傳聲),一般情況下,聲音在固體中傳得最快,氣體中最慢(軟木除外);
2、真空不能傳聲,月球上(太空中)的宇航員只能通過無線電話交談;
3、聲音以波(聲波)的形式傳播;
註:由聲音物體一定振動,有振動不一定能聽見聲音;
4、聲速:物體在每秒內傳播的距離叫聲速,單位是m/s;聲速的計算公式是v=s/t;聲音在空氣中的速度為340m/s;
三、回聲:聲音在傳播過程中,遇到障礙物被反射回來,再傳入人的耳朵里,人耳聽到反射回來的聲音叫回聲(如:高山的回聲,夏天雷聲轟鳴不絕,北京的天壇的迴音壁)
1、聽見回聲的條件:原聲與回聲之間的時間間隔在0.1s以上(教師里聽不見老師說話的回聲,狹小房間聲音變大是因為原聲與回聲重合);
2、回聲的利用:測量距離(車到山,海深,冰川到船的距離);
四、怎樣聽見聲音
1、人耳的構成:人耳主要由外耳道、鼓膜、聽小骨、耳蝸及聽覺神經組成;
2、聲音傳到耳道中,引起鼓膜振動,再經聽小骨、聽覺神經傳給大腦,形成聽覺;
3、在聲音傳給大腦的過程中任何部位發生障礙,人都會失去聽覺(鼓膜、聽小骨處出現障礙是傳導性耳聾;聽覺神經處出障礙是神經性耳聾);
4、骨傳導:不藉助鼓膜、靠頭骨、頜骨傳給聽覺神經,再傳給大腦形成聽覺(貝多芬耳聾後聽音樂,我們說話時自己聽見的自己的聲音);骨傳導的性能比空氣傳聲的性能好;
5、雙耳效應:生源到兩只耳朵的距離一般不同,因而聲音傳到兩只耳朵的時刻、強弱及步調亦不同,可由此判斷聲源方位的現象(聽見立體聲);
五、聲音的特性包括:音調、響度、音色;
1、音調:聲音的高低叫音調,頻率越高,音調越高(頻率:物體在每秒內振動的次數,表示物體振動的快慢,單位是赫茲,振動物體越大音調越低;)
2、響度:聲音的強弱叫響度;物體振幅越大,響度]越強;聽者距發聲者越遠響度越弱;
3、音色:不同的物體的音調、響度盡管都可能相同,但音色卻一定不同;(辨別是什麼物體法的聲靠音色)
注意:音調、響度、音色三者互不影響,彼此獨立;
六、超聲波和次聲波
1、人耳感受到聲音的頻率有一個范圍:20Hz~20000Hz,高於20000Hz叫超聲波;低於20Hz叫次聲波;
2、動物的聽覺范圍和人不同,大象靠次聲波交流,地震、火山爆發、台風、海嘯都要產生次聲波;
七、雜訊的危害和控制
1、雜訊:(!)從物理角度上講物體做無規則振動時發出的聲音叫雜訊;(2)從環保的角度上講,凡是妨礙人們正常學習、工作、休息的聲音以及對人們要聽的聲音產生干擾的聲音都是雜訊;
2、樂音:從物理角度上講,物體做有規則振動發出的聲音;
3、常見招生來源:飛機的轟鳴聲、汽車的鳴笛聲、鞭炮聲、金屬之間的摩擦聲;
4、雜訊的等級:表示聲音強弱的單位是分貝。符號dB,超過90dB會損害健康;0dB指人耳剛好能聽見的聲音;
5、控制雜訊:(1)在生源處較弱(安消聲器);(2)在傳播過程中(植樹。隔音牆)(3)在人耳處減弱(戴耳塞)
八、聲音的利用
1、超聲波的能量大、頻率高用來打結石、清洗鍾表等精密儀器;超聲波基本沿直線傳播用來回聲定位(蝙蝠辨向)製作(聲納系統)
2、傳遞信息(醫生查病時的"聞",打B超,敲鐵軌聽聲音等等)
3、聲音可以傳遞能量(飛機場幫邊的玻璃被震碎,雪山中不能高聲說話,一音叉振動,未接觸的音叉振動發生)
第二章 光的傳播
一、光源:能發光的物體叫做光源。光源可分為1、冷光源(水母、節能燈),熱光源(火把、太陽);2、天然光源(水母、太陽),人造光源(燈泡、火把);3、生物光源(水母、斧頭魚),非生物光源(太陽、燈泡)
二、光的傳播
1、光在同種均勻介質中沿直線傳播;
2、光的直線傳播的應用:
(1)小孔成像:像的形狀與小孔的形狀無關,像是倒立的實像(樹陰下的光斑是太陽的像)
(2)取直線:激光準直(挖隧道定向);整隊集合;射擊瞄準;
(3)限制視線:坐井觀天(要求會作有水、無水時青蛙視野的光路圖);一葉障目;
(4)影的形成:影子;日食、月食(要求知道日食時月球在中間;月食時地球在中間)
3、光線:常用一條帶有箭頭的直線表示光的徑跡和方向;
三、光速
1、真空中光速是宇宙中最快的速度;
2、在計算中,真空或空氣中光速c=3×108m/s;
3、光在水中的速度約為3/4c,光在玻璃中的速度約為2/3c;
4、光年:是光在一年中傳播的距離,光年是長度單位;1光年≈9.46×1015m;
註:聲音在固體中傳播得最快,液體中次之,氣體中最慢,真空中不傳播;光在真空中傳播的最快,空氣中次之,透明液體、固體中最慢(二者剛好相反)。光速遠遠大於聲速,(如先看見閃電再聽見雷聲,在100m賽跑時聲音傳播的時間不能忽略不計,但光傳播的時間可忽略不計)。
四、光的反射:
1、當光射到物體表面時,有一部份光會被物體反射回來,這種現象叫做光的反射。
2、我們看見不發光的物體是因為物體反射的光進入了我們的眼睛。
3、反射定律:在反射現象中,反射光線、入射光線、法線都在同一個平面內;反射光線、入射光線分居法線兩側;反射角等於入射角。
(1)、法線:過光的入射點所作的與反射面垂直的直線;
(2)入射角:入射光線與法線的夾角;反射角:法射光線與法線間的夾角。(入射光線與鏡面成θ角,入射角為90°-θ,反射角為90°-θ)
(3)入射角與反射角之間存在因果關系,反射角總是隨入射角的變化而變化而變化,因而只能說反射角等於入射角,不能說成入射角等於反射角。(鏡面旋轉θ,反射光旋轉2θ)
(4)垂直入射時,入射角、反射角等於多少?答:垂直入射時,入射角為0度,反射角亦等於0度。
4、反射現象中,光路是可逆的(互看雙眼)
5、利用光的反射定律畫一般的光路圖(要求會作):
(1)、確定入(反)射點:入射光線和反射面或反射光線和反射面或入射光線和反射光線的交點即為入射(反射)點
(2)、根據法線和反射面垂直,作出法線。
(3)、根據反射角等於入射角,畫出入射光線或反射光線
5、兩種反射:鏡面反射和漫反射。
(1)鏡面反射:平行光射到光滑的反射面上時,反射光仍然被平行的反射出去;
(2)漫反射:平行光射到粗糙的反射面上,反射光將沿各個方向反射出去;
(3)鏡面反射和漫反射的相同點:都是反射現象,都遵守反射定律;不同點是:反射面不同(一光滑,一粗糙),一個方向的入射光,鏡面反射的反射光只射向一個方向(刺眼);而漫反射射向四面八方;(下雨天向光走走暗處,背光走要走亮處,因為積水發生鏡面反射,地面發生漫反射,電影屏幕粗糙、黑板要粗糙是利用漫反射把光射向四處,黑板上"反光"是發生了鏡面反射)
五、平面鏡成像
1、平面鏡成像的特點:像是虛像,像和物關於鏡面對稱(像和物的大小相等,像和物對應點的連線和鏡面垂直,到鏡面的距離相等;像和物上下相同,左右相反(鏡中人的左手是人的右手,看鏡子中的鍾的時間要看紙張的反面,物體遠離、靠近鏡面像的大小不變,但亦要隨著遠離、靠近鏡面相同的距離,對人是2倍距離)。
2、水中倒影的形成的原因:平靜的水面就好像一個平面鏡,它可以成像(水中月、鏡中花);對實物的每一點來說,它在水中所成的像點都與物點"等距",樹木和房屋上各點與水面的距離不同,越接近水面的點,所成像亦距水面越近,無數個點組成的像在水面上看就是倒影了。(物離水面多高,像離水面就是多遠,與水的深度無關)。
3、平面鏡成虛像的原因:物體射到平面鏡上的光經平面鏡反射後的反射光線沒有會聚二是發散的,這些光線的反向延長線(畫時用虛線)相交成的像,不能呈現在光屏上,只能通過人眼觀察到,故稱為虛像(不是由實際光線會聚而成)
注意:進入眼睛的光並非來自像點,是反射光。要求能用平面鏡成像的規律(像、物關於鏡面對稱)和平面鏡成像的原理(同一物點發出的光線經反射後,反射光的反向延長線交於像點)作光路圖(作出物、像、反射光線和入射光線);
六、凸面鏡和凹面鏡
1、以球的外表面為反射面叫凸面鏡,以球的內表面為反射面的叫凹面鏡;
2、凸面鏡對光有發散作用,可增大視野(汽車上的觀後鏡);凹面鏡對光有會聚作用(太陽灶,利用光路可逆製作電筒)
七、光的折射
1、光從一種介質斜射入另一種介質時,傳播方向發生偏折。
2、光在同種介質中傳播,當介質不均勻時,光的傳播方向亦會發生變化。
3、折射角:折射光線和法線間的夾角。
八、光的折射定律
1、在光的折射中,三線共面,法線居中。
2、光從空氣斜射入水或其他介質時,折射光線向法線方向偏折;光從水或其它介質斜射入空氣中時,折射光線遠離法線(要求會畫折射光線、入射光線的光路圖)
3、斜射時,總是空氣中的角大;垂直入射時,折射角和入射角都等於0°,光的傳播方向不改變
4、折射角隨入射角的增大而增大
5、當光射到兩介質的分界面時,反射、折射同時發生
6、光的折射中光路可逆。
九、光的折射現象及其應用
1、生活中與光的折射有關的例子:水中的魚的位置看起來比實際位置高一些(魚實際在看到位置的後下方);由於光的折射,池水看起來比實際的淺一些;水中的人看岸上的景物的位置比實際位置高些;夏天看到天上的星斗的位置比星斗實際位置高些;透過厚玻璃看鋼筆,筆桿好像錯位了;斜放在水中的筷子好像向上彎折了;(要求會作光路圖)
2、人們利用光的折射看見水中物體的像是虛像(折射光線反向延長線的交點)
十、光的色散:
1、太陽光通過三棱鏡後,依次被分解成紅、橙、黃綠、藍、靛、紫七種顏色,這種現象叫色散;
2、白光是由各種色光混合而成的復色光;
3、天邊的彩虹是光的色散現象;
4、色光的三原色是:紅、綠、藍;其它色光可由這三種色光混合而成,白光是紅、綠、藍三種色光混合而成的;世界上沒有黑光;顏料的三原色是品紅、青、黃,三原色混合是黑色;
5、透明體的顏色由它透過的色光決定(什麼顏色透過什麼顏色的光);不透明體的顏色由它反射的色光決定(什麼顏色反射什麼顏色的光,吸收其它顏色的光,白色物體發射所有顏色的光,黑色吸收所有顏色的光)
例:一張白紙上畫了一匹紅色的馬、綠色的草、紅色的花、黑色的石頭,現在暗室里用綠光看畫,會看見黑色的馬,黑色的石頭,還有黑色的花在綠色的紙上,看不見草(草、紙都為綠色)
十一、看不見的光:
1、 太陽光譜:紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫這七種色光按順序排列起來就是太陽光譜;
(從左往右其波長逐漸減小;散射逐漸增強;人眼辨別率依次降低)應用傍晚太陽是紅的,晴天天是藍的,汽車的霧燈是黃光。
2、 紅外線:紅外線位於紅光之外,人眼看不見;
(1)一切物體都能發射紅外線,溫度越高輻射的紅外線越多;(打仗用的夜視鏡)
(2)紅外線穿透雲霧的本領強(遙控探測)
(3)紅外線的主要性能是熱作用強;(加熱)
3、 紫外線:在光譜上位於紫光之外,人眼看不見;
(1)紫外線的主要特性是化學作用強;(消毒、殺菌)
(2)紫外線的生理作用,促進人體合成維生素D(小孩多曬太陽),但過量的紫外線對人體有害(臭氧可吸收紫外線,我們要保護臭氧層)
(3)熒光作用;(驗鈔)
(4)地球上天然的紫外線來自太陽,臭氧層阻擋紫外線進入地球;
B. 日常生活中所觀察到10條有趣的物理現象
飛過來的足球被我踢過去了 可以看出力可以改變物體的運動狀態
用力踢足球,腳感到疼 可以看出力的作用是相互的
硬幣沉下水 可以看出硬幣的密度比水的密度大
。。。。。。
隨便什麼都可以發現物理現象,下面靠你自己發現
C. 物理現象的有趣現象
有趣的物理現象物理現象一:光的折射下雨天天空中出現彩虹;
物理現象二:磁力現象兩塊磁鐵相互吸引或排斥;
物理現象三:能量的轉化細線懸掛的小球在空中擺動(重力勢能和動能的轉化);
物理現象四:液體凝固冬天早晨窗子上出現冰花;
物理現象五:擴散現象一滴紅墨水滴入一個裝滿清水的杯子,很快一杯水都紅了;
物理現象六:光的反射鏡子中出現自己;
物理現象七:沸騰現象燒開的水水面不停地翻滾;
物理現象八:做傢具形狀改變,其本質並沒有變化。木匠把木頭做成桌子、椅子等傢具。
(3)有什麼別人觀察不到的物理體擴展閱讀:
物理現象是指物質的形態、大小、結構、性質(如高度,速度、溫度、電磁性質)等的改變而沒有新物質生成的現象,是物理變化另一種說法。換句話說,物理現象是指可直接感知的物理事件或物理過程,而不同於物理本質,物理本質是對同類物理現象共同本質屬性的抽象。
物理現象中光與微粒
光射到微粒上可以發生兩種情況,一是當微粒直徑大於入射光波長很多倍時,發生光的反射;二是微粒直徑小於入射光的波長時,發生光的散射,散射出來的光稱為乳光。
網路中的講:丁達爾效應指光經過膠體(例如乳劑、混懸劑)時產生散射。
當光射向溶液時,光受到的散射較少,大部分光都能通過溶液。但射向膠體時,膠體的粒子散射光,使得那些粒子有被散射的光的顏色。
維基中的講:當一束光線透過膠體,從入射光的垂直方向可以觀察到膠體里出現的一條光亮的「通路」,這種現象叫丁達爾現象,也叫丁達爾效應。
這是因為膠體微粒較大,對光線產生散射而形成的(溶液無此現象——可用以區別)。
我們身邊的物理現象
1.從高處落下的薄紙片,即使無風,紙片下落的路線也曲折多變。這是由於紙片各部分凸凹不同,形狀各異,因而在下落過程中,其表面各處的氣流速度不同,根據流體力學原理,流速大,壓強小,致使紙片上各處受空氣作用力不均勻,且隨紙片運動情況的變化而變化,所以紙片不斷翻滾,曲折下落。
2.冰凍的肉在水中比在同溫度的空氣中解凍得快。燒燙的東西放入水中比在同溫度的空氣中冷卻得快。裝有滾燙的開水的杯子浸入水中比在同溫度的空氣中冷卻得快。原因是水的比熱容比空氣大,同樣接觸面積的情況下,水下降一度能傳遞給肉的熱量遠遠高於空氣。
3.有雪的路面撒些食鹽化的快,這些現象都表明:鹽作為了融雪劑。
4.打雷時,先看到閃電,後聽到雷聲,這些現象都表明:光比聲音傳播快!
5.在加油站,經常會看到「禁止用塑料桶裝汽油」警告語,我們知道用塑料桶裝汽油,在運輸過程中,由於塑料是絕緣體,因此它不能將由於摩擦而產生的電荷傳導出去,電荷累積多了,就容易產生放電現象,從而就會引起汽油燃燒,出現危險事故。
D. 在太陽的另一側,會不會有一個地球人永遠觀察不到的行星呢
這個是不太可能的。這種情況基本上只是理論上的一種猜想罷了,而且需要極其完美的基本條件。但現實中是沒有這樣的完美條件的。
比如說在太陽的背面有一顆和地球一樣公轉節奏的行星,始終保持與地球和太陽呈一條直接旋轉,那麼理論上我們確實可能永遠也看不到那顆星球。
當然我們也應該對於那些「非主流」的猜想給予足夠的理解吧,畢竟有時候這些質疑也在一定程度上推動人類科技的發展。而且人類目前的科技局限性應該還是很強的,有些東西現在理解不了,可能以後就會理解了。
E. 在物理學中,如果某物是不可觀測的,那麼它不存在嗎
不客氣。你看不見分子、細胞、原子、質子、中子、電子、誇克、膠子等等,但它們確實存在。如果你的意思是,即使用我們最好的技術也無法觀察到它們,它們不存在嗎,不,即使它們存在。我們可以看到分子和細胞,最近還能看到原子的影像,但原子通常是看不見的,任何比原子小的東西顯然都是看不見的。
但它們有可觀察到的影響,我們可以檢測到這些影響。我們看不到希格斯玻色子的存在,因為它像10 ^ -21秒,但它衰變為粒子,我們可以檢測跟蹤屏幕上,粒子的行為與我們預測的屬性,所以我們有高度的信心,希格斯粒子。我們看不到誇克或膠子,甚至質子或中子,但我們可以探測到它們的存在,當它們被用來做一些符合預測行為的事情時。
F. 求物理達人,或者數學達人 子彈飛行的過程人是看不見的,那麼人跑多快的時候,一般人就會看不見呢
這個與觀察對象的大小、觀察者與觀察對象的距離、觀察者的視角、觀察者的視力有關,
總之,在觀察者能看到的范圍內出現時間不超過1/24秒,就看不見,如果一定要計算,還得有我說的前面的資料,比如你的視角是90°(一般人不可能是這么少,為方便計算)一顆手槍子彈和一棟大樓在你面前5米遠以垂直於你正前方的方向一公里每秒飛過,它們只需要走10米路程,只需要1/100秒的時間,你兩樣都看不見,但如果他們在你面前一公里處以同樣速度飛過,他們需要走2公里路程需要2秒,我相信一棟大樓在你前方1公里出現2秒你一定能看到,但子彈你絕對看不到,因為視力沒那麼厲害。所以我說這跟前面說的因素有關,再說一個極端的但實際存在的例子,晴朗的中秋節,我相信沒人從來看不見月亮吧?但你子彈月亮相對你的線速度多少嗎,你可以粗略計算一下,月亮離地心超過31萬公里,我算30萬公里好了,你第二天看到它回到大致相同位置約需要1天,即使86400秒,我算9萬秒,那麼可以算得,月亮相對你的速度還超過10公里每秒,我還是時間算多了,路程算少了,但這樣的速度下,你要願意,你可以見幾小時他,要是用太陽來算,我們距離她1.5億公里,那相對速度就更恐怖了,啥也不說了,相信你應該明白了吧
就你補充的問題回答:
因為樓主還是沒說觀察者的視角視力問題,我仍然設觀察者的視力在10米遠可以看得見這個物體,視角90°,運動方向為垂直於觀察者正前方,你做一個等腰直角三角形可以輕易知道,這個物體在觀察者觀察范圍內自出現到消失需要走20米(忽略物體尺寸,因為你也沒有相關數據描述),則如果物體走這段路程所需要時間不超過1/24秒的話,觀察者就看不到,那麼它的速度至少是20/(1/24)=480米每秒,即只要速度等於或者大於480米/秒觀察者就看不到。
上面說什麼0.1秒的人應該去網路一下,先接受下科普。
G. 物質體之於觀察者,在什麼情況下即看不見也摸不著
看不看得見,摸不摸得著,個人認為只是與人本身有關罷了。。也許有某種生物它有能感受場的感受器,那麼他就能「看到」場了。如果再先進一點他也許還能「摸到」場,但是由於本身進化後的暇疵,它對彈力啊。。溫度啊。。根本沒有感受刺激的能力,那他也許就「摸」不到了,假如他不能感受電磁波---光,那他也就不能通過光看到物體了---也許是通過其它介質接受刺激來進行感知的。。
所以我認為,生物體只是一個偉大的自然「造」出來的一個最巧妙的機器,他有很巧妙的零件來感知自然。。所以人是非常狹隘的。。很多可能有的東西可能不僅觀察不到,甚至因為人本身的思維而想不到呢。。
H. 宇宙中有哪些有趣的物理現象
宇宙是浩瀚無限的,是無邊無際無始無終的。目前人類認知的宇宙只局限於「宇宙大爆炸」形成的理論中。而大爆炸的中心就是「黑洞」,大爆炸後宇宙開始向四周膨脹,在宇宙膨脹結束後,黑洞開始收縮,並吸收宇宙中所有星體,物質,包括光,在宇宙中心聚集擠壓。最終發生新的「大爆炸」,產生新和宇宙。並以此永遠無限循環。
要解開宇宙之謎,黑洞之謎今後需要人類不斷的研究探索和發現。
I. 幾幾年什麼國的物理學家在哪首先發現了超導體
1911年,荷蘭科學家卡末林—昂內斯((Heike Kamerlingh-Onnes)用液氦冷卻汞,當溫度下降到4.2K時,水銀的電阻完全消失,這種現象稱為超導電性,此溫度稱為臨界溫度。根據臨界溫度的不同,超導材料可以被分為:高溫超導材料和低溫超導材料[1]。但這里所說的「高溫」,其實仍然是遠低於冰點攝氏0攝氏度的,對一般人來說算是極低的溫度。1933年,邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學家發現,如果把超導體放在磁場中冷卻,則在材料電阻消失的同時,磁感應線將從超導體中排出,不能通過超導體,這種現象稱為抗磁性。經過科學家們的努力,超導材料的磁電障礙已被跨越,下一個難關是突破溫度障礙,即尋求高溫超導材料。
1973年,發現超導合金――鈮鍺合金,其臨界超導溫度為23.2K,這一記錄保持了近13年。
1986年,設在瑞士蘇黎世的美國IBM公司的研究中心報道了一種氧化物(鑭鋇銅氧化物)具有35K的高溫超導性。此後,科學家們幾乎每隔幾天,就有新的研究成果出現。
1986年,美國貝爾實驗室研究的超導材料,其臨界超導溫度達到40K,液氫的「溫度壁壘」(40K)被跨越。
1987年,美國華裔科學家朱經武以及中國科學家趙忠賢相繼在釔-鋇-銅-氧系材料上把臨界超導溫度提高到90K以上,液氮的「溫度壁壘」(77K)也被突破了。1987年底,鉈-鋇-鈣-銅-氧系材料又把臨界超導溫度的記錄提高到125K。從1986-1987年的短短一年多的時間里,臨界超導溫度提高了近100K。
來自德國、法國和俄羅斯的科學家利用中子散射技術,在高溫超導體的一個成員單銅氧層Tl2Ba2CuO6+δ中觀察到了所謂的磁共振模式,進一步證實了這種模式在高溫超導體中存在的一般性。該發現有助於對銅氧化物超導體機制的研究。
高溫超導體具有更高的超導轉變溫度(通常高於氮氣液化的溫度),有利於超導現象在工業界的廣泛利用。高溫超導體的發現迄今已有16年,而對其不同於常規超導體的許多特點及其微觀機制的研究,卻仍處於相當「初級」的階段。這一點不僅反映在沒有一個單一的理論能夠完全描述和解釋高溫超導體的特性,更反映在缺乏統一的、在各個不同體繫上普遍存在的「本徵」實驗現象。本期Science所報道的結果意味著中子散射領域里一個長期存在的困惑很有可能得到解決。
早在1991年,法國物理學家利用中子散射技術在雙銅氧層YBa2Cu3O6+δ超導體單晶中發現了一個微弱的磁性信號。隨後的實驗證明,這種信號僅在超導體處於超導狀態時才顯著增強並被稱為磁共振模式。這個發現表明電子的自旋以某種合作的方式產生一種集體的有序運動,而這是常規超導體所不具有的。這種集體運動有可能參與了電子的配對,並對超導機制負責,其作用類似於常規超導體內引起電子配對的晶格振動。但是,在另一個超導體La2-xSrxCuO4+δ(單銅氧層)中,卻無法觀察到同樣的現象。這使物理學家懷疑這種磁共振模式並非銅氧化物超導體的普遍現象。1999年,在Bi2Sr2CaCu2O8+δ單晶上也觀察到了這種磁共振信號。但由於Bi2Sr2CaCu2O8+δ與YBa2Cu3O6+δ一樣,也具有雙銅氧層結構,關於磁共振模式是雙銅氧層的特殊表徵還是「普遍」現象的困惑並未得到徹底解決。
理想的候選者應該是典型的高溫超導晶體,結構盡可能簡單,只具有單銅氧層。困難在於,由於中子與物質的相互作用很弱,只有足夠大的晶體才可能進行中子散射實驗。隨著中子散射技術的成熟,對晶體尺寸的要求已降低到0.1厘米3的量級。晶體生長技術的進步,也使Tl2Ba2CuO6+δ單晶體的尺寸進入毫米量級,而它正是一個理想的候選者。科學家把300個毫米量級的Tl2Ba2CuO6+δ單晶以同一標准按晶體學取向排列在一起,構成一個「人造」單晶,「提前」達到了中子散射的要求。經過近兩個月散射譜的搜集與反復驗證,終於以確鑿的實驗數據顯示在這樣一個近乎理想的高溫超導單晶上也存在磁共振模式。這一結果說明磁共振模式是高溫超導的一個普遍現象。而La2-xSrxCuO4+δ體繫上磁共振模式的缺席只是「普遍」現象的例外,這可能與其結構的特殊性有關。
關於磁共振模式及其與電子間相互作用的理論和實驗研究一直是高溫超導領域的熱點之一,上述結果將引起許多物理學家的關注與興趣。
20世紀80年代是超導電性的探索與研究的黃金年代。1981年合成了有機超導體,1986年繆勒和柏諾茲發現了一種成分為鋇、鑭、銅、氧的陶瓷性金屬氧化物LaBaCuO4,其臨界溫度約為35K。由於陶瓷性金屬氧化物通常是絕緣物質,因此這個發現的意義非常重大,繆勒和柏諾茲因此而榮獲了1987年度諾貝爾物理學獎。
1987年在超導材料的探索中又有新的突破,美國休斯頓大學物理學家朱經武小組與中國科學院物理研究所趙忠賢等人先後研製成臨界溫度約為90K的超導材料YBCO(釔鉍銅氧)。
1988年初日本研製成臨界溫度達110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超導體。至此,人類終於實現了液氮溫區超導體的夢想,實現了科學史上的重大突破。這類超導體由於其臨界溫度在液氮溫度(77K)以上,因此被稱為高溫超導體。
自從高溫超導材料發現以後,一陣超導熱席捲了全球。科學家還發現鉈系化合物超導材料的臨界溫度可達125K,汞系化合物超導材料的臨界溫度則高達135K。如果將汞置於高壓條件下,其臨界溫度將能達到難以置信的164K。
1997年,研究人員發現,金銦合金在接近絕對零度時既是超導體同時也是磁體。1999年科學家發現釕銅化合物在45K時具有超導電性。由於該化合物獨特的晶體結構,它在計算機數據存儲中的應用潛力將是非常巨大的。
自2007年12月開始,中國科學院物理研究所的陳根富博士已投入到鑭氧鐵砷非摻雜單晶體的制備中。今年2月18日,日本東京工業大學的細野秀雄教授和他的合作者在《美國化學會志》上發表了一篇兩頁的文章,指出氟摻雜鑭氧鐵砷化合物在零下247.15攝氏度時即具有超導電性。在長期研究中保持著跨界關注習慣的陳根富和王楠林研究員立即捕捉到了這一消息的價值,王楠林小組迅速轉向製作摻雜樣品,他們在一周內實現了超導並測量了基本物理性質。
幾乎與此同時,物理所聞海虎研究組通過在鑭氧鐵砷材料中用二價金屬鍶替換三價的鑭,發現有臨界溫度為零下248.15攝氏度以上的超導電性。
3月25日和3月26日,中國科學技術大學陳仙輝組和物理所王楠林組分別獨立發現臨界溫度超過零下233.15攝氏度的超導體,突破麥克米蘭極限,證實為非傳統超導。
3月29日,中國科學院院士、物理所研究員趙忠賢領導的小組通過氟摻雜的鐠氧鐵砷化合物的超導臨界溫度可達零下221.15攝氏度,4月初該小組又發現無氟缺氧釤氧鐵砷化合物在壓力環境下合成超導臨界溫度可進一步提升至零下218.15攝氏度。
為了證實(超導體)電阻為零,科學家將一個鉛制的圓環,放入溫度低於Tc=7.2K的空間,利用電磁感應使環內激發起感應電流。結果發現,環內電流能持續下去,從1954年3月16日始,到1956年9月5日止,在兩年半的時間內的電流一直沒有衰減,這說明圓環內的電能沒有損失,當溫度升到高於Tc時,圓環由超導狀態變正常態,材料的電阻驟然增大,感應電流立刻消失,這就是著名的昂尼斯持久電流實驗。
[編輯本段]超導技術談
1911年,荷蘭萊頓大學的卡茂林-昂尼斯意外地發現,將汞冷卻到-268.98℃時,汞的電阻突然消失;後來他又發現許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性,由於它的特殊導電性能,卡茂林-昂尼斯稱之為超導態。卡茂林由於他的這一發現獲得了1913年諾貝爾獎。
這一發現引起了世界范圍內的震動。在他之後,人們開始把處於超導狀態的導體稱之為「超導體」。超導體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失,被稱作零電阻效應。導體沒有了電阻,電流流經超導體時就不發生熱損耗,電流可以毫無阻力地在導線中流大的電流,從而產生超強磁場。
1933年,荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發現了超導體的另一個極為重要的性質,當金屬處在超導狀態時,這一超導體內的磁感興強度為零,卻把原來存在於體內的磁場排擠出去。對單晶錫球進行實驗發現:錫球過渡到超導態時,錫球周圍的磁場突然發生變化,磁力線似乎一下子被排斥到超導體之外去了,人們將這種現象稱之為「邁斯納效應」。
後來人們還做過這樣一個實驗:在一個淺平的錫盤中,放入一個體積很小但磁性很強的永久磁體,然後把溫度降低,使錫盤出現超導性,這時可以看到,小磁鐵竟然離開錫盤表面,慢慢地飄起,懸空不動。
邁斯納效應有著重要的意義,它可以用來判別物質是否具有超性。
為了使超導材料有實用性,人們開始了探索高溫超導的歷程,從1911年至1986年,超導溫度由水銀的4.2K提高到23.22K(絕對零度代號為 K = -273℃)。86年1月發現鋇鑭銅氧化物超導溫度是30度,12月30日,又將這一紀錄刷新為40.2K,87年1月升至43K,不久又升至46K和53K,2月15日發現了98K超導體,很快又發現了14℃下存在超導跡象,高溫超導體取得了巨大突破,使超導技術走向大規模應用。
超導材料和超導技術有著廣闊的應用前景。超導現象中的邁斯納效應使人們可以到用此原理製造超導列車和超導船,由於這些交通工具將在無摩擦狀態下運行,這將大大提高它們的速度和安靜性能。超導列車已於70年代成功地進行了載人可行性試驗,1987年開始,日本國開始試運行,但經常出現失效現象,出現這種現象可能是由於高速行駛產生的顛簸造成的。超導船已於1992年1月27日下水試航,目前尚未進入實用化階段。利用超導材料製造交通工具在技術上還存在一定的障礙,但它勢必會引發交通工具革命的一次浪潮。
超導材料的零電阻特性可以用來輸電和製造大型磁體。超高壓輸電會有很大的損耗,而利用超導體則可最大限度地降低損耗,但由於臨界溫度較高的超導體還未進入實用階段,從而限制了超導輸電的採用。隨著技術的發展,新超導材料的不斷涌現,超導輸電的希望能在不久的將來得以實現。
現有的高溫超導體還處於必須用液態氮來冷卻的狀態,但它仍舊被認為是20世紀最偉大的發現之一。