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1、同学们，你们好！同学们，你们好！欢迎你们进入介休一中！欢迎你们学习高中物理！欢迎你们学习高中物理！今天我们共同学习今天我们共同学习全日制普通高级中学（试验修订本全日制普通高级中学（试验修订本全日制普通高级中学（试验修订本全日制普通高级中学（试验修订本 必修必修必修必修）第一册第一册第一册第一册 绪言绪言绪言绪言有趣的物理有趣的物理全日制普通高级中学（试验修订本）第一册第一章绪言主讲人山西省 介休市 第一中学李奇良2004年5月18日蛋碎瓦全？瓦碎蛋全？为什么短跑要采用蹲踞的姿势为什么短跑要采用蹲踞的姿势？短跑是分秒必争的径赛，必须争取较大的起跑加速度，也就是起跑向前推力P要足够大。如果直立起距
2、，就会发生身体后仰志的现象。因此，采用蹲踞的姿势起跑，使地面（或助跑器）作用于足部的合力F通过人体的重心，如图（d）所示，人体就不会后仰。“香蕉球”的奥秘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
3、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。为什么滑水运动员站在滑板上为什么滑水运动员站在滑板上不会沉下去呢？不会沉下去呢？原因就在这块小小的滑板上。你看，滑水运动员在滑水时，总是身体向后倾斜，双脚向前用力蹬滑板，使滑
4、板和水面有一个夹角。当前面的游艇通过牵绳拖着运动员时，运动员就通过滑板对水面施加了一个斜向下的力。而且，游艇对运动员的牵引力越大，运动员对水面施加的这个力也越大。因为水不易被压缩，根据牛顿第三定律（作用力与反作用力定律），水面就会通过滑板反过来对运动员产生一个斜向上的反作用力。这个反作用力在竖直方向的分力等于运动员的重力时，运动员就不会下沉。因此，滑水运动员只要依靠技巧，控制好脚下滑板的倾斜角度，就能在水面上快速滑行。给你过过电你会怒发冲冠有趣的静电最近，美国佛罗里达州的罗勃特克拉姆普夫在西雅图太平洋科学中心做了一次有趣的静电实验。在实验中，他用高压使头发竖起，并用套在手上的线圈制造了由一百万
5、伏高压产生的四英尺长的“模拟闪电”。闪电闪电假如云中的电荷强度足够，它们就会从空中劈出一条通往地面的通道，就会以闪电的方式来放电。这时，高楼、大树和站在空旷场地上的人就成了闪电袭击的主要目标，因为这一切都成了方便的放电通道。一阵闪电释放出大量的声和光的能。在很远的地方就能听到和看到暴风雨中的雷鸣和闪电。在听到雷声前就能看到闪电，因为光速比声速要快近一千万倍。在闪电发出后的几千万分之一秒钟内，我们就能看到它的闪光，但是要几秒钟之后才能听到雷声。大家都知道，带异性电的两块云接近时放出闪电，闪道中因高温使空气体积迅速膨胀、水滴汽化而发出强烈的爆炸声，这就是我们常说的“闪电雷鸣”。闪电为什么总是弯弯曲
6、曲的呢？美国国家气象局的内泽特赖德尔认为，每当暴风雨来临，雨点即能获得额外的电子。电子是带负电的，这些电子会追寻地面上的正电荷。额外的电子流出云层后，要碰撞别的电子，使别的电子也变成游离电子，因而产生了传导性轨迹。传导的轨迹会在空气中散布着的不规则形状的带电离子群中间跳跃着迂回延伸，而一般不会是直线。所以，闪电的轨迹总是蜿蜒曲折的。放电现象放电现象失重的感觉失重的感觉你能够想象出完全失重的条件下会发生什么现象吗?你设想地球上一旦重力消失，会发生什么现象，在宇宙飞船中就会发生什么现象物体将飘在空中，液滴绝对呈球形，气泡在液体中将不上浮宇航员站着睡觉和躺着睡觉一样舒服，走路务必小心，稍有不慎，将会
7、“上不着天，下不着地”(下图)食物要做成块状或牙膏似的糊状，以免食物的碎渣“漂浮”在空中进入宇航员的眼睛、鼻孔你还可以继续发挥你的想象力，举出更多的现象来多普勒效应多普勒效应不知同学们是否注意过这样的现象，当一辆汽车响着喇叭从你身边疾驶而过时，喇叭的音调会由高变低，好像汽车驶来的时候唱着音符“i”，离开的时候就唱音符“7”了1842年，奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时就注意到了类似的现象，他经过认真的研究，发现波源和观察者互相靠近或者互相远离时，观察到的波的频率都会发生变化，并且做出了解释人们把这种现象叫做多普勒效应毛细现象毛细现象移动电话移动电话蒙气差蒙气差光由真空进入空气中时，传
8、播方向只有微小的变化虽然如此，有时仍然不能不考虑空气的折射效应(图)表示来自一个遥远天体的光穿过地球大气层时被折射的情景覆盖着地球表面的大气，越接近地表越稠密，折射率也越大我们可以把地球表面上的大气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的，星光从一个气层进入下一个气层时，要折向法线方向结果，我们看到的这颗星星的位置，比它的实际位置要高一些这种效应越是接近地平线就越明显我们看到的靠近地平线的星星的位置，要比它的实际位置高37这种效应叫做蒙气差，是天文观测中必须考虑的太阳光在大气中也要发生折射，因此，当我们看到太阳从地平线上刚刚升起时，实际看到的是它处在地平线的下方时发出的光，只是由于空气的折射，才
9、看到太阳处于地平线的上方海市蜃楼海市蜃楼海市蜃楼简称蜃景是因海面上暖空气与高空中冷空气之间的密度不同，对光线折射而产生的。蜃景与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系。气温的反常分布是大多数蜃景形成的气象条件。平静的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等地方，偶尔会在空中或“地下”出现高大楼台、城廓、树木等幻景，称海市蜃楼，又称“蜃景”。古人归因于蛟龙之属的蜃，吐气而成楼台城廓，因而得名。当近地面的气温剧烈变化，会引起大气密度很大的差异，远方的景物，在光线传播时发生异常折射和全反射，从而造成蜃景。我国山东蓬莱县，常可见到渤海的庙岛群岛幻景，素有“海市蜃楼”之称。海市
10、蜃楼是近地面层气温变化大，空气密度随高度强烈变化，光线在铅直方向密度不同的气层中，经过折射进入观测者眼帘造成的结果。常分为上现、下现和侧现海市蜃楼。2004年3月15日上午11时30分左右(北京时间10时30分)，日本根室市职员谷口博之在北海道根室市海域的根室海峡上空，观测到了船悬于半空的海市蜃楼奇观，并将其拍摄下来。一般只有在沿海、沙漠的空旷地区，大气层垂直的上下密度差异过大才会造成光线折射的海市蜃楼现象，在内陆是罕见的。”天津一水库惊现海市蜃楼清楚天津一水库惊现海市蜃楼清楚出现电视塔出现电视塔2003年年11月月19日日 15:50 重庆重庆“海市蜃楼海市蜃楼”2002年年5月月17日日1
11、4:10 大连出现罕见海市蜃楼大连出现罕见海市蜃楼2003年年07月月07日日乌鲁木齐市区出现海市蜃楼乌鲁木齐市区出现海市蜃楼 2003年12月21日下午18时许，乌鲁木齐市东南方向地平线处的空中，隐约“飘浮”着几幢建筑物，大约25分钟后又消失在人们的视线中。海拔2675米的万长盐桥2003年06月01日当记者沿着青藏公路经过海拔2675米的万长盐桥时，突然看到远处的戈壁上，有沙丘飘浮在天空中，在阳光和浮云的作用下，沙丘不断变幻着颜色，沙丘的周围是“波光粼粼的湖水”，水面映出清晰的倒影。烟台出现海市蜃楼“蓬莱阁”空中漂浮2004年01月30日美丽的彩虹美丽的彩虹虹的光学原理雨过天晴，虹出现在太
12、阳对面的天空中小水滴可以看成球形，我们只要取一个剖面来研究就可以了（见图1）当平行的太阳光线照射到水滴上时，各处的入射角不同，因此在水滴内经折射、反射后射出的光线便不再平行了出射方向和入射方向之间的夹角称为偏向角，这与三棱镜偏向角的含义一样光线的入射角不同，偏向角也不同，可以证明，有一条光线的偏向角最小，称它为笛尔卡线在笛卡尔线附近的光线，由于折射的结果有偏于笛卡尔线一侧的倾向，因为这时入射角在一定范围内的变化相应于偏向角的变化最小，使笛卡尔线附近的光能量较集中，获得较大的强度，沿着这个方向就可以看到光源的像为此，研究虹的成形，就要确定这条光线的位置太阳光线经雨滴折射、反射、色散后，图2中观测
13、者O看到的太阳光谱图，不是由个别雨滴，而是由大量雨滴色散构成的，图中画出的只是平面、某点观测到的一个示意图，实际看到的应是以SOL为轴线的弧如果光线在水滴中经过二次或三次反射，还可以形成二次或三次虹二次虹（霓）出现在主虹上方更高的天空中，且色彩排列和主虹相反，只是因反射次数增加，强度减弱；三次虹出现在太阳的同一侧，强度更弱高于三次的虹一般就很难观测到了在地球南北两极附近地区的高空，夜间常会出现灿烂美丽的光辉。有时它像一条彩带，有时它像一团火焰，有时它又像一张五光十色的巨大银幕。它轻盈地飘荡，同时忽暗忽明，发出红的、蓝的、绿的、紫的光芒。静寂的极地由于它的出现骤然显得富有生气。这种壮丽动人的景象
14、就叫做极光。极光是划过南北两极地区上空的耀眼的光象。呈带状、弧状、放射状或幕状。在北部出现的称为北极光，在南部出现的则称为南极光。还没有人确切地知道极光发生的原因，但人们通常认为极光是来自太阳微小高能粒子在地球磁场受阻后偏向的结果。太阳每11年左右有一个非常活动期，发出大量高能粒子进入宇宙空间。此时出现的极光最为瑰丽壮观。火山奇观火山是地球内部炽热的融熔状态的岩浆等物冲出地表面所形成的山。一般来说，火山的喷发总是令人毛骨悚然，那猛烈的爆炸形成浓密的烟尘，遮天蔽日；黑暗中滾烫的岩浆从火山口向四面八方奔流，遍及之处无所不摧；大量的火山灰从天而降，令无数生灵涂炭。火山爆发是地球最有威力自然现象之一。
15、太阳耀斑太阳耀斑耀斑为太阳色球中局部小区域的突然增亮，位置在谱斑或光斑附近，且常在黑子群周围。耀斑在几分钟内形成，可持续存在几个小时。能量大多是紫外辐射，也发出强X射线，还有宇宙线和非高能粒子。粒子的运动速度比耀斑的光速慢得多，因而一、二天后才能到达地球附近。耀斑发出的辐射和粒子同地球磁场和电离层相互作用，会使地球上的短波无线电通讯中断并出现极光。地震我们生活的地球表面，好像是静止不动的，实际上却远非如此。地球表面无时无刻不在振动，就象人的脉搏一样，只要人还在活着，脉搏就永远跳动。地球也有象脉搏那样的连续不断的振动，科学家们把地球的这种振动叫做脉动。脉动的成因虽然不同，但都以周期相近，振幅变化
16、不大的波动系列出现。然而有时地球表面突然山崩地裂，河川倒流，房屋倒塌，电线扯断，有时常在地面造成隆起和沉陷，这种突然快速的颤动就是地震。假如你跳进黑洞假如你跳进黑洞如果有两艘宇宙飞船在空间一前一后驶向一个旋转的黑洞，第一艘飞船准备勇敢地牺牲自己，而你在第二艘飞船观察它的“表演”，你将会看到怎样的情景呢？设想在第一艘飞船上的是一位“智能”机器人，在接近视界，即到达有去无回点的黑洞边界时，机器人宇航员走出飞船去迎接死亡。他将被黑洞最近部位极强的引力吸引碎成两半，然后在刚接近时空突然消失的奇点（黑洞中心）时就毫无察觉地被吞没了，飞船也在被吞没前被强大的引力撕得粉碎。这个引力有多大呢？对一个质量与太阳
17、相当的黑洞而言，一个2米高的人在通过它的视界时必须承受相当于地球表面10亿倍的重力加速度。为了不落入黑洞，你必须借助足够大的发动机的推力将飞船停靠在安全距离内或围绕黑洞飞行。在你看来，准备牺牲的飞船似乎用了无穷尽的时间接近黑洞，而且飞船的速度越来越慢，同时改变了颜色，但在你能够看到飞船处于静止之前，飞船就从眼中消失了。之所以产生这种现象，是因为根据相对论，时间的流逝取决于观察者的速度。贪婪的黑洞原本是恒星贪婪的黑洞原本是恒星巨星坍缩形成黑洞一颗恒星在经历了平稳的青年、中年时期后，就将进入老年，最终走向死亡。这颗质量至少比太阳大10倍的恒星，在老年期会发生膨胀，变成一颗红巨星，而后发生爆炸超新星爆发。其外层物质抛向太空，中心核则在引力的作用下发生猛烈而突然的坍缩，形成黑洞。相差悬殊的孪生兄弟相差悬殊的孪生兄弟一对孪生兄弟，其中的一个在做了长时间的宇宙旅行之后归来，他发现自己那留在地球上的兄弟变化比自己要老这就是爱因斯坦相对论中的“孪生子悖论”。本课到此结束本课到此结束
