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物理有什么用

发布时间:2022-04-04 01:30:06

㈠ 物理学有什么用途

什么是物理 这是一个十分基础的问题.翻开任何一本物理教科书,都不难找到这样的定义:物理学是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学.但这只是对于物理这门科学在学术意义上的一种界定.而我们所面对的“物理”,它同时又是一门课程,于是就有必要从教育意义的层面上去进行一番再认识、再分析,以挖掘蕴含在其中的丰富内涵. 首先,物理是一门科学. 物理学是一门以实验为基础的自然科学,它是发展最成熟、高度定量化的精密科学,又是具有方法论性质、被人们公认为最重要的基础科学.物理学取得的成果极大地丰富了人们对物质世界的认识,有力地促进了人类文明的进步.正如国际纯粹物理和应用物理联合会第23届代表大会的决议《物理学对社会的重要性》指出的,物理学是一项国际事业,它对人类未来的进步起着关键性的作用:探索自然,驱动技术,改善生活以及培养人才. 上世纪初相对论和量子力学的建立,为物理学的飞速发展插上了双翅,取得了空前辉煌的成就,以致于人们将20世纪称誉为“物理学的世纪”.什么21世纪呢?有一种流行的说法:21世纪是生命科学的世纪.其实,这句话更确切的表述应该是:21世纪是物理科学全面介入生命科学的世纪.生命科学只有与物理相结合,才有可能取得更大的发展. 展望物理学的未来,充满着机遇与挑战.李政道先生在《物理的挑战》一文中,曾提出21世纪物理领域所面对的四大难题:为什么一些物理现象在理论上对称但实验结果不对称?为什么一半的基本粒子不能单独存在而且看不见?为什么全宇宙90%以上的物质是暗物质?为什么每个类星体的能量竟然是太阳能量的1015倍?这些问题极大地激励着人们不懈探索的勇气与热情.可以预见,一旦拨去这几朵笼罩在物理天空中的乌云,物理学将会展现出更加灿烂的前景. 其次,物理又是一种智能. 诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言:“如其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现,倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础.”物理学之所以被人们公认为一门重要的科学,不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示,还因为它在发展、成长的过程中,形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系.正因为如此,使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶,文明的瑰宝. 大量事实表明,物理思想与方法不仅对物理学本身有价值,而且对整个自然科学,乃至社会科学的发展都有着重要的贡献.有人统计过,自20世纪中叶以来,在诺贝尔化学奖、生物及医学奖,甚至经济学奖的获奖者中,有一半以上的人具有物理学的背景;——这意味着他们从物理学中汲取了智能,转而在非物理领域里获得了成功.——反过来,却从未发现有非物理专业出身的科学家问鼎诺贝尔物理学奖的事例.这就是物理智能的力量.难怪国外有专家十分尖锐地指出:没有物理修养的民族是愚蠢的民族! 当今,物理学的触角已经伸向众多领域,并取得了越来越大的成就,以至我们很难再用传统的眼光去界分什么是物理学了.1995年在我国厦门举行了第十九届国际统计物理学大会,会上交流论文的涉及面十分广泛,诸如植物的花序、DNA药物系统、交通的流量、文字的存储等等,光看这些篇目,似乎都不太象是物理.什么,究竟什么是物理呢?几年前,美国《今日物理》杂志,曾就此问题向读者广泛征求意见.最后,他们推崇的答案是:物理学家所做的就是物理学.这话乍听似觉偏颇,其实不无道理.因为在今天看来,物理学更多的是体现出一种智能,“代表着一套获取知识、组织和应用知识的有效步骤和方法,把这套方法用到什么问题上,这问题就变成了物理学.”(赵凯华语) 再次,物理还是一种文化. 从广义来说,文化指的是人类历史实践过程中创造的物质财富和精神财富的总和.它包括科学文化和人文文化.同样地,物理学家在长期科学实践中所创造的大量物质产品与精神产品,也就构成了物理文化.物理文化是科学文化的重要组成部分. 大家知道,物理学是以实验为基础的科学,它的基本研究方式就是实践,因而在客观性上表现为“真”;物理学创造的成果最终是为了造福于人类,它在目的性上体现出“善”;另外,物理学还在人的情感、意识等多方面反映了“美”.正因为物理学本身兼具真、善、美的三重属性,我们完全有理由说,物理不仅是一种文化,而且是一种高层次、高品位的文化. 物理学是求真的.物理最讲究实证,物理学家在科学研究活动中最基本的态度就是实事求是,坚守“实践是检验真理唯一标准”的原则.正如物理学家费曼所说:“不论你的想法有多美,不论你什么聪明,更不论你名气有多大,只要与实验不符便是错了,简简单单,这就是科学”.可以说,物理学的发展史,就是一部不断修正错误、不断逼近真理的“求真”史. 物理学是从善的.物理学致力于将人从自然中解放出来,从必然王国走向自由王国,帮助人们不断认识自己,促使人的生活趋于高尚.这是物理学的价值取向和终极目标,因而物理学的本质是从善的;另外,物理学家的行为也是从善的.爱因斯坦曾这样评价居里夫人和以她为代表的杰出物理学家:“第一流人物对时代和历史进程的意义,在其道德方面,也许比单纯的才智成就更大”.他们那种严谨求实的态度、献身科学的精神,热爱人民的情怀等等,对于后人无疑是一份尤为珍贵的人文财富. 物理学是至美的.德国物理学家海森伯说过:美是真理的光辉;罗马哲学家普洛丁又说过:善是美的本原.由此,物理学因真而美、因善而美就是十分自然的了.物理的美属于科学美,主要体现于简单、对称和统一;对称则统一,统一则简单,它们构成了物理学的基本美学准则. 翻开物理学的篇章,可以发现到处都跳动着美的音符,体现了人们对美的追求与创造.仅以统一性为例.当代物理学的发展,正朝着两个相反的研究方向延伸:最宏大的宇宙与最微小的粒子.令人感到惊讶的是,随着研究的深入,它们两者并非是分道扬镳、越走越远,反倒显示出不少殊途同归、相反相成的迹象.例如,粒子物理学的一些研究成果常被天体物理学家所借鉴,用来探寻宇宙早期演化的图象;(正由于此,粒子物理学在某种意义上也被称为“宇宙考古学”.) 反过来,宇宙物理学的研究也为粒子物理学家提供了丰实的信息与印证.于是,物理学中两个截然相反的分支,就这般奇妙地衔接在了一起——犹如一条怪蟒咬住了自己的尾巴. 又如,英国物理学家狭拉克首先发现,在自然界的某些物理量之间存在着下列引人注目的关系: 宇宙半径/电子半径≈1040,宇宙年龄/强衰变粒子寿命≈1040, 氢核与电子的电力/氢核与电子的引力≈1040,…… 在上述比数中,宇宙这个最大的系统,与基本粒子这个最小系统之间,竟然珠联璧合达到了如此完美的统一,让我们再次领略到了物理世界的美,一种动人心弦的壮丽的美.正是这许多美不胜收的事例,激发起人们对大自然由衷的赞叹与敬畏,难怪爱因斯坦会说:“宇宙间最不可理解的,就是宇宙是可以理解的”. 通过以上分析,我们对于物理有了一个较为全面的认识:它既是一门科学,又是一种智能,更是一种文化.作为一名物理教师,能对自己所任教的物理作一番全方位的审视与剖析,这是十分必要的.一方面可使我们看到,物理原来有着如此丰富的的内涵,从而会更自觉、有意识的去挖掘和开发它的育人功能,全面提升教学质量;另一方面又使我们看到,物理原来有着如此美好的禀性,从而会更加钟爱物理,更有激情地去从事物理教学.我以为,只有真正热爱物理的物理教师,才能做到不仅教会学生理解物理、应用物理,而且还进一步引导他们去感悟物理、欣赏物理. 二、为什么教物理 这是一个看似简单却又十分根本的问题,要正确回答并非易事.笔者对此问题的认识,就经历过从“知识本位”到“学科本位”,最后又回归到“学生本位”这样一个曲折渐进的过程. 有很长一段时期,我都把物理教学的目标锁定在知识层面上,认为教物理就是要把物理知识尽可能多地传授给学生,以供他们今后一生的受用.因为我信奉“知识就是力量”.然而令人困惑的是,我们授予学生什么多的物理知识,其中不乏象“F=ma”这类极其重要的知识,但在他们往后的生活和工作中,却很少显示出有什么直接的功用.以至过了若干年后,许多学生把所学的物理知识几乎忘得一干二净,用他们的话说,“全部都还给老师了”.我为此感到深深的失落;但每当我向他们提出“高中三年岂不白读了”的反诘时,这些离开学校多年的学生,却又都会异口同声地作出否定的回答,一致认为高中阶段的学习,对于他们的成长起到了重要的奠基作用,可又说不清究竟是哪些具体知识所起的作用.我想,这大概好比晚饭,谁都不会否认吃饭对于生存的意义,然而谁又都说不清楚,吃了这顿饭究竟是在身上的什么地方长了块肉. 一位毕业已有二十余年的学生,曾与笔者聊起他“印象最深”的一堂物理课.原来那堂课讲的是重力势能.当时为了说明重力势能的相对性,我曾向学生提出过这样的问题:有人站在五楼的窗台上要往下跳,你说危险吗?开始大家都认为这太玩命了,后来仔细一琢磨,又全都乐了:你别往窗外跳,往窗里跳不就没事了吗?这位学生觉得这个例子特有意思,于是经久不忘;但问他该例说明了什么物理知识时,他说忘了.正当我面露憾色时,他紧接着的一番话却令人宽慰,他说:“这个例子使我懂得凡事都是相对的,从不同角度看会有不同的结果”.尽管这堂课所传授的物理知识,这位学生已经遗忘殆尽,但通过有关知识的学习而凝炼成的思想、方法等,却在他的心里铭刻上深深的印记.从这个意义上说,二十多年前的这堂物理课,对他不也是极有价值的吗?学生从高中毕业后,他们中的大多数可能将告别物理,所学的物理知识终究会被忘记,到那时再回头审视一下:物理教学留给他们的还有些什么呢?如果在他们的身上,体现不出物理所给予的才智与启迪,那将是物理教学的失败.由此看来,具体的知识通常只是作为教学的载体,在知识的背后还有更多值得我们去追求的东西.正如我国资深科学家钱伟长教授说的:“我在大学里学的是物理学,……. 以物理学为对象我学到了调查研究,收集资料,分析资料和逻辑思维的能力,物理学的知识有时是很有用的,但通过物理学学到的这些能力,比物理学知识更有用.”钱老在读书时就是通过“物理学”这个载体,获得了很多比物理知识更重要的能力.所以,那种将物理教学等同于物理知识教学的看法是偏面的,而以“知识本位”来确立物理教学目标取向的做法同样是短视的. 随着教学实践的深入,教师一般都会对自己所任教的学科日臻熟悉,从而格外钟爱.可能是受了这种职业情感的影响,我还一度把物理教学的目标,定位于“将尽可能多的学生培养成为物理学家或物理工作者”.尤其是当我从农村普通中学调入重点高中,面对的是一个个聪颖好学的学生时,这种愿望愈显强烈.但我不久就发现,其它学科的教师大概也出于各自的职业偏好,都对学生有着与我类似的期望.这样一来,大家自扫门前雪,各唱各的调,没能将各学科的分力凝聚成一股合力,实际效果当然就差强人意了.尤其令我沮丧的是,班上那些物理学习优秀的“得意门生”,日后直接从事物理专业的竟然也少之又少.正当我陷于迷惘之时,复旦大学原校长杨福家先生的一则事例给了自己极大的启迪.当年复旦大学曾对核物理专业的毕业生的去向做过一次调查,结果发现,只有不到十分之一的学生毕业后从事与核物理有关的工作,其余的都纷纷改行,活跃在金融、企业或行政等岗位上.对此,多数人都断言这是物理系的失败,而杨福家却认为这正是“复旦”的成功.因为,通过这四年本科的物理教育,使学生具备了良好的素质,为他们今后的发展打下了坚实的基础,于是毕业后都能很快适应各种不同领域的工作.这也印证了赵凯华先生的话:“一个人学了物理之后干什么都可以,他的物理没有白学.在我看来,对于学物理的人无所谓‘改行’…….” 经过上述曲折的认识历程,使我逐渐看清了物理教学最终目标的聚焦点,既不在知识的本位上,也不在学科的本位上,而应该落实在我们的教育对象——学生的本位上. 对于“为什么教物理”这个问题,也可以反过来设问:“如果我们不教物理,学生不学物理,将会对他们今后的发展留下那些缺憾?”一种显而易见的回答是,学生将因此学不到许多重要的物理知识.这话没错,但不够全面.因为除此之外,学生还将失去更为重要的,有关科学方法、科学精神等方面的培养与熏陶,从而最终影响他们的科学素养的提高.当前,物理已经深入到社会的方方面面,成为每一位有教养的公民都必须懂得的知识.对于大多数学生来说,他今天学习物理的目的,恐怕不是为了明天去进一步研究物理,而是有助于他去面对或决策所遇到的大量非物理的问题,为他们今后一生的文明、健康,高质量的生活奠定基础.正如《面向全体美国人的科学》一书中所说的:“教育的最高目标是为了使人们能够过一个实现自我和负责任的生活作准备.” 据此,对于“为什么教物理”这个问题,最确切的答案就是:为提高全体学生的科学素养而教.——这应该成为我们的物理教学观. 众所周知,生物基因对于生物进化有着非同小可的作用,极其细微的基因差异,往往会导致生物之间的巨大差别.受此启发,有不少社会学者正致力于寻求在人类文化传承与发展过程中,有着哪些最为核心的要素,从而提出了“文化基因”的概念,并将其定义为人类文化系统中的“遗传密码”.文化基因的核心是思维方式和价值观念.人类的进化比一般的生物进化更为复杂,它具有双重进化机制,除了生物基因进化机制外,还有文化基因进化机制.教育正是推动文化基因机制的重要途径.学校教育的要义,不只是文化现象的展示与诠释,而在于文化基因的传承和发展.物理教育当然也不例外.什么,蕴含在物理教学中的“文化基因”究竟有些什么呢?笔者以为主要体现为三个方面,即科学知识、科学方法和科学精神,因为这三者是构成科学素养最基本的要素.如果将科学素养比拟为一座金字塔,什么科学知识犹如塔基,科学方法就是塔身,科学精神则是塔尖.物理教学的最高宗旨,就是为了构建这座宏伟的科学素养之塔而添砖加瓦.换言之,物理教学的核心价值就在于促进学生实现三个转化:一是把人类社会积累的知识转化为学生个体的知识,使他们知识世界是什么样的,成为一个客观的人;二是把前人从事智力活动的思想方法转化为学生认识能力,使他们明白世界为什么是这样的,成为一个理性的人;三是把蕴含在知识中的观念、态度等转化为学生的行为准则,使他们懂得怎样使世界更美好,成为一个创造的人

㈡ 学习高中物理有什么作用

高中物理怎么样?有哪些好的学习方法?

现在还有很多的小伙伴,都说对于高中物理这是难度比较大的学科,这就让物理成了很多的高中生成了心里的一种痛处,其实吧学习高中物理也是很简单的,只要你掌握好思路,培养好自己的学习习惯,让自己喜欢上这个学科,其实这还是比较简单的.

高中物理试卷

读好每一本教材,看好每一个单元,学会每一个小题,对于高中物理每一个练习都有关键的洞察力以及他的解决办法,可能他们所用的知识都是一样的,只要你记住一个定理就可以做很多类似的题.

㈢ 物理学好有什么用

物理学好的用处:

  1. 物理可以解释很多日常生活现象,坐电梯时会想到重力加速度,用高压锅时会想到压强,有助于更好地理解这个世界。

  2. 高中学习的物理,一方面是对科学方法的一种训练,另外一方面,学到的物理知识也会成为将来生活常识的一部分。

  3. 学生在学习物理过程中形成小的思维习惯,虽然现在意识不到,却能受益终生。

  4. 提高思维的综合能力

㈣ 物理学对我们有什么用

物理是一门自然科学。在生活中,处处都有物理现象。物理虽然很难学,但是你会发现,物理是一个很有趣的课程。

金属球实验

二、填报专业

在我们广东,高考是3+1+2的模式,首选科目是物理和历史中任选一门,对于理科生来说,会选择物理课程。毕竟,在高校填报专业志愿时,百分之九十多的专业条件必须是物理学科。

三、未来就业

就业方面很广泛,例如:物理老师,传授知识;科研工作人员,为国家做出贡献;天文学家,识辨天文。

结束语:

虽然好玩,但是很多学生物理成绩出现挂科,因此要培养起对物理感兴趣,爱上物理,下定决心,认真复习,成绩会有所飞跃。

㈤ 物理在生活中有什么作用

物理已渗透入生活中,无处不在,不管是力学, 光学,还是热学等都在生活的小细节中得以体现。

宏观物理学不分析微粒群中的单个作用效果而直接考虑整体效果,是最早期就已经出现的;微观物理学的诞生,起源于宏观物理学无法很好地解释黑体辐射、光电效应、原子光谱等新的实验现象。它是宏观物理学的一个修正,并随着实验技术与理论物理的发展而逐渐完善。

物理学研究的领域可分为下列方面:

凝聚态物理——研究物质宏观性质,这些物相内包含极大数目的组元,且组元间相互作用极强。最熟悉的凝聚态相是固体和液体,它们由原子间的键和电磁力所形成。更多的凝聚态相包括超流和玻色-爱因斯坦凝聚态(在十分低温时,某些原子系统内发现)。

某些材料中导电电子呈现的超导相;原子点阵中出现的铁磁和反铁磁相。凝聚态物理一直是最大的的研究领域。历史上,它由固体物理生长出来。1967年由菲立普·安德森最早提出,采用此名。

以上内容参考:网络-物理学 (自然科学学科)

㈥ 学物理有什么用

在物质层面,现在社会科技日新月异,掌握基本物理知识可以让你走入社会不会有陌生和被动的感觉,不仅容易掌握现代的基本设备(如各种家电),而且也不容易上当受骗(现在伪科学和利用这些骗人的很多)!
在思想上,物理可以提升个人的唯物主义价值观,可培养人实事求是的精神和理念,因此不大会迷信别人,而且做事判断更容易成功,可以少走很多弯路!
在精神侧面,学物理容易理解客观决定主观,理解宇宙自然的浩渺无边,只有尊重科学规律才能得到应有的收获,所以学物理可以防止人的思想走极端而产生心理疾病。还可以令人控制过多的欲望,道德高尚,不简单追求物质而注重精神生活。会变得宽容,心态良好的度过一生。

㈦ 学物理有什么作用

有用,不管你将来从事什么工科类的工作,都需要用到物理的基础知识。。
比如磁场,电流,没有物理学的基础,这些东西你学起来就很吃力
我是做电气设计的,就需要用到物理学基础。

㈧ 学物理有什么用

物理是研究自然科学的,我们生活中处处离不开物理。

㈨ 学物理有什么用啊

目前,世界还处于科学蒙昧期,物理作为当今最接近科学的学科自然十分重要。对于国家而言,当前正处于第三次科技革命中,而其主要是由物理学上的多个原理引领的。想要借此东风以达我复兴中华之使命,就必然需要培养物理学的人才;对于个人学习而言,物理学不但是其他诸多学科之基础,不论理科还是工科,不学习物理学,不掌握物理的基本思想方法,是很难学习与掌握相关的专业知识的。甚至连许多文科类,经济类,农林类也大量的借鉴物理学以求突破。物理是研究物之本性的,学好物理学自然也能对世界万物有所理解。对于想追求人生道义,天地至理的人来说,学习研究物理学自然也是大有裨益的。不知道你是什么情况,只能笼统叙之。倘若你还在中学阶段,又恰巧没有遇到能够引起你学习物理学兴趣的老师,而对物理学失去了兴趣。那么建议你还是慢慢的自己走进她的世界去发现她的美。总之,物理学很重要,而且很美。

㈩ 物理有什么生活用途

生活物理

1、 两车间为何要保持车距?
前后车之间要保持一定的距离,距离的多少要根据汽车行驶速度、驾驶员的反应时间、汽车的制动功能、路面情况而定。
反应时间与驾驶员的身体状况、注意力集中程度有关。
制动功能与汽车本身性能有关。千万不可忽视汽车会临时出现故障哦。
路面情况要考虑雨天、下雪天、结冰、沙石、稻草等影想。
2、蚂蚁从高处落下为何不会摔死?
众所周知,人从楼上掉下摔不死也会摔成重伤,可是蚂蚁从高处落下却会安然无恙,你知道其中的秘密吗?
原来是这样:物体在空气中运动时会受到空气的阻力,其阻力的大小与物体和空气接触的表面积大小有关。越小的物体其表面积大小和重力大小的比值越大,即阻力越容易和重力相平衡,从而不致于下降的速度越来越大,也就是说微小的物体可以在空气中以很小的速度下落,所以蚂蚁落地时速度很小,不至于摔死。
我们还可以设想一种方法使蚂蚁摔死:把蚂蚁放在一根真空的长玻璃管中。当蚂蚁在这种管子中下落时,因为没有空气阻力,如果管子足够长,蚂议就有可能摔死。
3、跳高运动员为何要助跑?
在体育比赛中,跳远的运动员选择较长的助跑距离,而跳高 运动员的助跑距离则要短得多。如果选择较长的助跑距离,是否 就跳不高呢?
跳高运动员能腾起越过横杆,靠的是助跑的惯性力和起跳蹬 地的支撑反作用力。由于惯性力的方向是水平向前的,而支撑反 作用力是垂直(或近似垂直)向上的,所以起跳后的身体重心沿 着一个抛物线轨迹运动。这个抛物线轨迹的高度,取决于起跳时 腾起初速度和腾起角的大小,也就是说,腾起初速度和腾起角是 增加跳高高度的关键。一般说来,应该尽可能增大这两项数值。 最大腾起角为90度。然而,由于跳高不是单纯的垂直向上运动, 越过横杆还必须有一个向前的力量;再则,还须充分利用水平速 度来增大腾起初速度,因此,腾起角应小于90度。至于腾起初速度 ,则和运动员的素质和技术的熟练程度密切相关。腾起初速度越大, 跳得就越高。当腾起角一定时,腾起初速度是起决定作用的。
4、桥面为何要设计成拱形向上的?
桥是不是不应该设计成拱形向上的,而应该设计成凹形的为好。因为汽车在向下行驶之前具备一定的势能,这个势能可以帮助它顺利地到达桥的那一端。可是拱形向上的桥却没有这个优点。
桥设计成向上的理由,是因为汽车经过桥中部时,桥所承受的压力较小;而相比之下,凹形桥承受的压力较大。
由于汽车经过一个弧形的时候,需要有一个向心力F,它是由重力Mg和支承力N合成的。
在拱形桥:F=Mg-N ∴ N=Mg-F
在凹形桥:F=N-Mg ∴ N=Mg+F
由上述两个式子可见,拱形桥的N较小,N是桥对汽车的支承力,其大小等于汽车对桥的压力。所以拱形桥对桥的结构强度设计上有利。至于茜露的理由是对汽车而言,为了汽车能利用势能节约一点汽油,反而改变桥的设计,这岂不是本末倒置了吗?
5、肥皂泡为什么开始时上升,随后便下降?
日常生活中,我们常看到一些小朋友吹肥皂泡,一个个小肥皂泡从吸管中飞出,在阳光的照耀下,发出美丽的色彩。此时,小朋友们沉浸在欢乐和幸福之中,我们大人也常希望肥皂泡能飘浮于空中,形成一道美丽的风景。但我们常常是看到肥皂泡开始时上升,随后便下降,这是为什么呢?
这个过程和现象,我们只要留心想一下,就会发现,它其中包含着丰富的物理知识。在开始的时候,肥皂泡里是从嘴里吹出的热空气,肥皂膜把它与外界隔开,形成里外两个区域,里面的热空气温度大于外部空气的温度。此时,肥皂泡内气体的密度小于外部空气的密度,根据阿基米得原理可知,此时肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力,因此它会上升。这个过程就跟热气球的原理是一样的。
随着上升过程的开始和时间的推移,肥皂泡内、外气体发生热交换,内部气体温度下降,因热胀冷缩,肥皂泡体积逐步减小,它受到的外界空气的浮力也会逐步变小,而其受到的重力不变,这样,当重力大于浮力时,肥皂泡就会下降。
6、作用力与反作用力
能使物体运动状态发生变化的力叫作用力,反作用力是作用力的反冲力。牛顿力学中的三大定律之一就是“作用力与反作用力”定律。作用力与反作用力的例子在日常生活中无处不在:
1.人走在路上,人给地面一向后作用力,地面给人一向前的反作用力,于是人 往前运动;
2.火箭也是靠反作用力,才能飞向太空。
7、过山车中的物理知识
过山车是一项富有刺激性的娱乐工具。那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。如果你对物理学感兴趣,那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感,还有助于理解力学定律。实际上,过山车的运动包含了许多物理学原理,人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果,那感觉真是妙不可言。这次同物理学打交道不用动脑子,只要收紧你的腹肌,保护好肠胃就行了,当然,如果你的身体条件和心理承受能力的限制,无法亲身体验过山车带来的种种感受,你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。
在开始旅行时,过山车的小列车是靠一个机械装置的推力推上最高点的,但在第一次下行后,就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上,从这时起,带动它沿着轨道行驶的惟一的"发动机"将是引力势能,即由引力势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。
第一种能,即引力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量,是由于它的高度和由引力产生的加速度而来的。对过山车来说,它的势能在处于最高点时达到了最大值,也就是当它爬升到"山丘"的顶峰时最大。当过山车开始下降时,它的势能就不断地减少(因为高度下降了),但它不会消失,而是转化成了动能,也就是运动能。不过,在能量的转化过程中,由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量,从而损耗了少量的机械能(动能和势能)。这就是为什么要设计成随后的小山丘比开始时的小山丘要低的原因:过山车已经没有上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。过山车最后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事实上,下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快,这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样,乘坐在最后一节车厢的人就能快速地达到和跨越最高点,从而产生一种要被抛离的感觉,因为质量中心正在加速向下。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的,否则在到达顶峰附近时,小车厢就可能脱轨甩出去。车头部的车厢情况就不同了,它的质量中心在“身后”,在短时间内,它虽然处在下降的状态,但是它要"等待"质量中心越过高点被引力推动。
到达“疯狂之圈”时,沿直线轨道行进的过山车突然向上转弯。这时,乘客就会有一种被挤压到轨道上的感觉,因为这时产生了一种表观的离心力。事实上,在环形轨道上由于铁轨与过山车相互作用产生了的一种向心力。这种环形轨道是略带椭圆形的,目的是为了"平衡"引力的制动效应。当过山车达到圆形轨道的最高点时,事实上它会慢下来,但如果弯曲的程度较小时,这种现象会减弱。一旦过山车走完了它的行程,机械制动装置就会非常安全地使过山车停下来。减速的快慢是由气缸来控制的。
8、弹簧无处不在:
在我们的日常生活中,弹簧形态各异,处处都在为我们服务。常见的弹簧是螺旋形的,叫螺旋弹簧。做力学实验用的弹簧秤、扩胸器的弹簧等都是螺旋弹簧。螺旋弹簧有长有短,有粗有细:扩胸器的弹簧就比弹簧秤的粗且长;在抽屉锁里,弹簧又短又细,约几毫米长;有一种用来紧固螺母的弹簧垫圈,只有一圈,在紧固螺丝螺母时都离不开它。螺旋弹簧在拉伸或压缩时都要产生反抗外力作用的弹力,而且在弹性限度内,形变越大,产生的弹力也越大;一旦外力消失,形变也消失。有的弹簧制成片形的或板形的,叫簧片或板簧。在口琴、手风琴里有铜制的发声簧片,在许多电器开关中也有铜制的簧片,在玩具或钟表里的发条是钢制的板簧,在载重汽车车厢下方也有钢制的板簧。它们在弯曲时会产生恢复原来形状的倾向,弯曲得越厉害,这种倾向越强。有的弹簧像蚊香那样盘绕,例如,实验室的电学测量仪表(电流计、电压计)内,机械钟表中都安装了这种弹簧。这种弹簧在被扭转时也会产生恢复原来形状的倾向,叫做扭簧。
形形色色的弹簧在不同场合下发挥着不同的功能:
1. 测量功能
我们知道,在弹性限度内,弹簧的伸长(或压缩)跟外力成正比。利用弹簧这一性质可制成弹簧秤。
2. 紧压功能
观察各种电器开关会发现,开关的两个触头中,必然有一个触头装有弹簧,以保证两个触头紧密接触,使导通良好。如果接触不良,接触处的电阻变大,电流通过时产生的热量变大,严重的还会使接触处的金属熔化。卡口灯头的两个金属柱都装有弹簧也是为了接触良好;至于螺口灯头的中心金属片以及所有插座的接插金属片都是簧片,其功能都是使双方紧密接触,以保证导通良好。在盒式磁带中,有一块用磷青铜制成的簧片,利用它弯曲形变时产生的弹力使磁头与磁带密切接触。在钉书机中有一个长螺旋弹簧它的作用一方面是顶紧钉书钉,另一方面是当最前面的钉被推出后,可以将后面的钉送到最前面以备钉书时推出,这样,就能自动地将一个个钉推到最前面,直到钉全部用完为止。许多机器自动供料,自动步枪中的子弹自动上膛都靠弹簧的这种功能。此外,像夹衣服的夹子,圆珠笔、钢笔套上的夹片都利用弹簧的紧压功能夹在衣服上。
3. 复位功能
弹簧在外力作用下发生形变,撤去外力后,弹簧就能恢复原状。很多工具和设备都是利用弹簧这一性质来复位的。例如,许多建筑物大门的合页上都装了复位弹簧,人进出后,门会自动复位。人们还利用这一功能制成了自动伞、自动铅笔等用品,十分方便。此外,各种按钮、按键也少不了复位弹簧。
4. 带动功能
机械钟表、发条玩具都是靠上紧发条带动的。当发条被上紧时,发条产生弯曲形变,存储一定的弹性势能。释放后,弹性势能转变为动能,通过传动装置带动时、分、秒针或轮子转动。在许多玩具枪中都装有弹簧,弹簧被压缩后具有势能,扣动扳机,弹簧释放,势能转变为动能,撞击小球沿枪管射出。田径比赛用的发令枪和军用枪支也是利用弹簧被释放后弹性势能转变为动能撞击发令纸或子弹的引信完成发令或发火任务的。
5. 缓冲功能
在机车、汽车车架与车轮之间装有弹簧,利用弹簧的弹性来减缓车辆的颠簸。
6. 振动发声功能
当空气从口琴、手风琴中的簧孔中流动时,冲击簧片,簧片振动发出声音
9、雨衣为什么不透水呢?
下雨天,外出的人们不是打伞,就是穿雨衣。雨衣为什么不透水呢?奥妙就在制作材料上。就拿布制雨衣来说吧,它是用防雨布(经过防水剂处理的普通棉布)制成的。防水剂是一种含有铝盐的石蜡乳化浆。石蜡乳化以后,变成细小的粒子,均匀地分布在棉布的纤维上。石蜡和水是合不来的、水碰见石蜡,就形成椭圆形水珠,在石蜡上面滚来滚去。可见,是石蜡起了防雨的作用。物理学上把这种不透水的现象,叫做“不浸润现象”。而水一旦遇到普通棉布,就通过纤维间的毛细管渗透进去,这就叫做“浸润现象”。
物体是由分子组成的。同一种物质的分子之间的相互作用力,叫做内聚力;而不同物质的分子之间的相互作用力,叫做附着力。在内聚力小于附着力的情况下,就会产生“浸润现象”;反之,则会出现“不浸润现象”。雨衣不透水,正是由于水的内聚力大于水对雨衣的附着力的缘故。
物理学还告诉我们:水的内聚力作用在水表面形成表面张力。水的表面张力使水面形成一层弹性薄膜,当水和其它物体接触时,只要水对它不浸润,那么这层弹性膜就是完好的、可以把水紧紧地包裹着。有人试验过:巧妙地把水倒进浸过蜡的金属筛里,水并没有从筛眼里漏下去。
常见的玻璃,看起来光滑晶亮。可是,水遇上它,却紧紧地缠住不放,带来了种种麻烦:下雨的时候,车前窗玻璃上的雨水挡住了司机的视线,很不安全,于是只好开动划水器,把雨水排去;戴眼镜的人,在喝热水的时候,镜片立即蒙上一层雾汽,挡住了视线,什么东西也看不见了。
人们知道了水的表面张力的特性,了解了水的内聚力与附着力的关系以后,不仅巧妙地制成了雨衣,而且还造出了新颖的“憎”水玻璃——在普通玻璃上涂一层硅有机化合物药膜,它大大削弱了雾汽对玻璃的附着力。用这种憎水玻璃做镜片,为戴眼镜的人解除了蒙雾的苦恼;把这种玻璃安在车的前窗上,划水器也就用不着了。现在你该能说出篷布、布伞不漏雨的道理了吧!
10、“香蕉球”是怎样踢出来的?
如果你经常观看足球比赛的话,一定见过罚前场直接任意球。这时候,通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”,挡住进球路线。进攻方的主罚队员,起脚一记劲射,球绕过了“人墙”,眼看要偏离球门飞出,却又沿弧线拐过弯来直入球门,让守门员措手不及,眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。
为什么足球会在空中沿弧线飞行呢?原来,罚“香蕉球”的时候,运动员并不是拔脚踢中足球的中心,而是稍稍偏向一侧,同时用脚背摩擦足球,使球在空气中前进的同时还不断地旋转。这时,一方面空气迎着球向后流动,另一方面,由于空气与球之间的摩擦,球周围的空气又会被带着一起旋转。这样,球一侧空气的流动速度加快,而另一侧空气的流动速度减慢。物理知识告诉我们:气体的流速越大,压强越小(伯努利方程)。由于足球两侧空气的流动速度不一样,它们对足球所产生的压强也不一样,于是,足球在空气压力的作用下,被迫向空气流速大的一侧转弯了。
乒乓球中,运动员在削球或拉弧圈球时,球的线路会改变,道理与“香蕉球”一样。
要以最快的速度从一个地方去到数百公里,甚至数千公里以外的地方,一般人都会选择乘搭飞机。可是,在不久的将来,一种新的交通工具将会带领人们以高速于城市之间穿梭。
目前为止,一般的子弹火车能以 200 km/h 的速度前进。由于火车与路轨之间的磨擦力限制了火车的最高速度,所以人们便开始研究能悬浮于路轨之上的火车,于是便有磁浮火车的出现了。
顾名思义,磁浮火车是利用磁力使火车悬悬浮于路轨之上。磁浮火车经常被称为 Mangle,即 Magnetically Levitated train 的简写。但是,利用一般的磁铁并不能把火车稳定地浮起。要是你将两块磁铁的北极相对,你会发现无法使一块磁铁稳定地浮在另一块上 (图一)。所以,要把火车浮起并不如想象中般简单。
真正磁浮火车是如何浮起来的?目前,磁浮火车还在试验阶段。德国科学家设计了一个名为 Transrapid 的系统,利用了“电磁力悬浮法”(EMS) 把火车浮起 (图二)。在这个系统中,火车的底部包着一条导轨,在火车底部起落架的电磁铁向着导轨,磁力使火车悬浮在导轨之上约一厘米,即使在静止的时候,火车仍然保持浮起。其它导引磁铁则能使火车在行使时保持稳定。
日本的科学家则利用了“电动力悬浮法”(EDS) 把火车浮起。还记得甚么是“电磁感应”吗?当磁铁在导体附近移动,导体内的磁场会因而改变 (图三),并感应出电流。感应电流又能产生磁场,根据楞次定律,这样产生出来的磁场总是倾向于抗拒引起这个感应的改变。“电动力悬浮法”应用了电磁感应的原理。图四(a)显示了这种磁浮火车的原理。火车在导槽内行走,槽的两边安有一系列 "8" 字形的线圈。当一辆列车快速驶过时,车两边的超导磁铁便会在线圈上感应出电流。巧妙的是,超导磁铁在 "8" 字形的线圈中心以下经过,因此 "8" 字形线圈下半部的磁通量改变比上半部大,感应出如图四(b)所示的电流,产生磁力。"8" 字形线圈下半部的磁极与超导磁铁的磁极相同,上半部则与之相反,结果是这两部分的线圈对超导磁铁产生的磁力,都有一个向上的分力,把列车悬浮起来。由于"8" 字形线圈只有在超导磁铁运动时才能感应出电流并产生磁性,因此当火车静止的时候,便不能浮起。所以,火车在启动时会首先靠轮子来滑行,直到产生的磁力足以承托火车的重量,才将轮子收起来,就好像飞机起飞一样。
那么,磁浮火车是怎样被推动的?它的基本原理很简单。以日本的磁浮火车为例。移动的列车带同超导磁铁在导槽两边的线圈感应出电流,根据这些讯息,系统便会把交流电输入导槽两边的推进线圈,产生南北梅花间竹的磁极 (图五),对超导磁铁造成拉力和推力,使列车加速。
磁浮火车能悬浮在路轨上行驶,免除了火车与路轨之间的磨擦力,故能以高速飞驰。估计未来的磁浮火车能以高达 500 km/h 的速度行驶,比现在最快的火车速度要高一倍。此外,磁浮火车非常宁静。德国农民在磁浮火车路轨附近工作,几乎察觉不到有火车经过呢!但磁浮火车有一个缺点,就是建造导轨的费用昂贵。磁浮火车只能在这些导轨上走,大大限制了它的发展。估计未来的铁路发展,仍会以传统火车为主。
值得中国人民兴奋的是,世界上第一条商用的磁浮铁路将于 2003 年于中国面世。这个计划耗资 26 亿元人民币。到时 Transrapid 磁浮火车将会带领人们以 200 km/h 的高速穿梭于上海市中心和浦东国际机场之间,整个旅程只需 10 分钟!
镜子问题
人距镜越远越走样。因为镜子里的像由镜后镀银面的反射形成的,镀银面的不平或玻璃厚薄不匀都会产生走样。走样的镜子,人距镜越远,由光放大原理,镀银面的反射光到达的位置偏离正常位置就越大,镜子越走样
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