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物理之谜.pdf

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上传者: 99in1 2009-07-27 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《物理之谜pdf》,可适用于自然科学领域,主题内容包含人能走路之谜在平坦的马路上谁都可以迈开大步向前走。一个健康的人走路并不是什么难事因而也没有想过人是靠什么走路的。听了这个问题有的人会觉得好笑。人只要符等。

人能走路之谜在平坦的马路上谁都可以迈开大步向前走。一个健康的人走路并不是什么难事因而也没有想过人是靠什么走路的。听了这个问题有的人会觉得好笑。人只要有气力抬腿迈步不就可以往前走了吗?而事实上问题并不那么简单。请你试一个动作:挺直身体贴着墙站在地上。把一只脚抬起来向前迈步只要身体不离开墙壁这只脚是跨不出去的。如果抬起来的脚向前迈出去一步那末回头一望身体已经离开墙壁。这说明身体向前移动了。人的身体向前移动的时候一定依靠了一种外力。或者说是这种力推着人前进的。如果这种外力比较小走路就会遇到困难比如在光滑的冰面上人们就不敢迈大步而只能小心翼翼地挪动双脚。现在请你回答:人走路的时候依靠了什么力?人在走路的时候后脚蹬了一下地。从物理的角度来分析那是人体给了地面一个向后的力与此同时地面也给了人体一个向前的力。正是这个力把人体向前推了一下。脚蹬地面这是作用力地面给人体一个向前的力这是反作用力。这个反作用力表现为摩擦力。在一般情况下作用力和反作用力正好相等因此我们走路并不觉得困难。可是人在冰面上走冰面过于光滑给人的摩擦力要小得多。这样如果你仍然像在地面上走路那样使劲向后蹬的力与摩擦力不平衡后脚要向后滑人就会跌跤。(闫金铎)马能拉动车之谜一听说作用力和反作用力大小相等方向相反人们就马上会想到它们要互相抵销对物体的运动不会产生任何影响。马拉车车也拉马用力相等而且方向还相反车岂不该永远动不了啦!可是实际上马拉车跑得挺好这是怎么回事呢?大小相等方向相反的两个力要能互相抵销或者说二力平衡需要一个基本条件就是它们要同时作用在一个物体上。但是作用力和反作用力是分别作用在甲、乙两个物体上的各起各的作用不能相互抵销。锤子掉到脚上脚对锤子的作用力作用到锤子上使它停下来同时锤子对脚的反作用力作用到脚上脚被砸肿了。作用力和反作用力并没有相互抵销。同样道理马拉车的力和车拉马的力也不能相互抵销。那么马拉车、车拉马的问题该怎样正确解释呢?要弄清这个问题除了要想到牛顿第三定律外还要用牛顿第二定律。让我们先看车在水平方向受到什么力(图)有马拉车向前的力f和地面对车轮的阻力f。马在水平方向受了什么力呢?有车向后拉马的力f'和马蹄向后蹬时地面对马的向前的反作用力f'(在图中同一对作用力和反作用力用标有同数的小横杠的箭头表示)。这四个力中f和f'是一对作用力和反作用力它们总是大小相等、方向相反但因分别作用到车上和马上所以不会相互抵销。车为什么能前进呢?是因为它受的两个力不相等:马拉车的力f大于地面对车的阻力f。马为什么能前进呢?也是因为它受的两个力不相等:它用较大的力f蹬地时地对它也就产生了较大的反作用力f'。当f'大于车拉它的力f'时马就产生向前的加速度而起动了。消除在马拉车问题上这一类错误想法的关键在于要理解到:作用力和反作用力是分别作用到两个物体上的而一个物体的运动情况只决定于此物体所受的力与它对别的物体的作用力无关。有人还举出拔河为例“证明”作用力和反作用力不相等。他们说:如果相等两队就将永远相持不下不分胜负了。这也是对牛顿第三定律第二定律理解不够。两队比赛你拉我我拉你的力一定是大小相等的(图)。但甲队向前或后移并不只决定于乙队拉它的力F还决定于甲队和地面间相互作用的情况而和它对乙队的拉力F'无关。甲队运动员训练有素比赛时身体的倾斜两腿的屈伸双脚的摆法都合适鞋底也比较粗糙那他们就可以对地面有很大的向前的蹬力F。根据牛顿第三定律地面对它们就同时产生很大的向后的反作用力F'。当这个反作用力F'大于乙队拉他们的力F时根据牛顿第二定律他们就要向后起动而取得胜利了。乙队所以失败是因为地面对他们向后的阻力F'小于甲队拉他们向前的力F'了。除力的关系以外质量在这里也起很大作用。根据牛顿第二定律质量越大同样外力产生的加速度越小越不易被拉动。拔河比赛时总是尽可能地挑选体重大的人参加就是这个道理。(张三慧)拉车比推车省力之谜手推车使用方便既可以推又可以拉。请看图推和拉的用力方向跟水平线的夹角一样是推车省力还是拉车省力?省力不省力主要看车轮受到的阻力有多大。因为克服了阻力车子才能前进。在地面条件相同的情况下车轮对地面的压力越大阻力越大阻力大就费劲。反过来压力小阻力就小省力。推车的时候用力的方向指向斜下方它产生两个效果:一个分力向前用来克服阻力使车匀速前进另一个分力竖直向下加大了车对地面的压力使阻力加大。拉车的时候用力的方向指向斜上方也产生两个分力:一个向前用来克服阻力另一个竖直向上减小了车对地面的压力使阻力减小。因此拉车的时候需要克服的阻力小也就省力一些。(闰金铎)挑重担的人走路像小跑步之谜人在步行的时候是左右脚交替着向前的。如果说得正确些人的步行可以认为是一个接替一个的跌倒动作。人在站立不动的时候从人体重心引下的垂直线总是在两脚形成的面积里这叫做处于站立时的平衡状态。人在起步向前的时候总是身体先向前倾使从人体重心引下的垂直线越出底面形成向前倾跌的趋势接着立刻把后脚跨向前来维持新的平衡。所以我们说一步一步地向前走就是作一次一次的向前倾跌。这种倾跌趋势跟人体的重量和跨出步子的大小是有关的。向前倾跌的趋势越厉害迈出的那只脚在着地时就与地面冲击得越重这样不但人要感到吃力步子也不容易跨稳。挑着重担走路等于人体的重量突然增加了许多向前移步时的倾跌趋势就很厉害。缩小跨出的步子可以适当减小这种倾跌趋势迅速迈出后脚可以防止真的跌倒。因此挑重担的人走路的步子总是又小又急这就成了小跑步了。还有挑重担时步子短促可以使速度均匀这样担子也可以匀速地跟着人向前移动。如果步子又大又慢担子就产生摆动而不好挑了。惯性会改变之谜物体不但平动的时候有惯性转动的时候也有惯性。比如花样滑冰运动员在冰上作旋转动作两腿停止用力以后身子还能疾速地转个不停。这就是转动惯性芭蕾舞演员也常常利用转动惯性使身子旋转起来。进一步观察我们还会发现在运动的过程中转动惯性的大小是可以改变的。花样滑冰运动员在旋转的过程中速度可以加快也可以放慢。运动员收拢双臂和悬着的那条腿转动速度就加快平伸双臂腿也伸开转动速度明显地慢了下来。你知道这是什么原因吗?平动物体惯性的大小仅与物体质量有关质量大惯性也大质量小惯性也小。转动物体的惯性不但与质量的大小有关而且与质量的分布有关质量分布离转动轴远惯性就大质量分布离转动轴近惯性就小。花样滑冰运动员旋转的时候两臂平伸伸开一条腿的时候身体的一部分质量就转移到离转动轴比较远的地方转动惯性增大旋转速度就慢收拢手臂和腿的时候这部分质量就转移到离转动轴比较近的地方转动惯性减小旋转速度就明显地加快。(潘邦桢)比重计刻度值不均匀之谜比重计是生产、实验中常用来测量液体密度的仪器。比重计上的刻度值为什么不均匀分布而是上疏下密的?对于图中比重计的刻度值课本上指出:“玻璃管上的刻度值标的是液体的密度与水的密度的比值”表示液体密度是水密度的倍数。若设液体密度为ρx水密度为ρ水比重计的刻度值为N则N=ρxρ水或ρx=Nρ水()当比重计浸在水中水面应在刻度值“”处。该处作为长度轴OX的原点O比重计的O点以下体积设为VO点以下均匀玻璃管的面积设为S对于一支给定的比重计S和V均是定值。并设比重计的重量为G那么由浮体的平衡条件可得比重计浸在水中时:G=ρ水Vg()当比重计浸在某种液体(密度ρxρz>ρ水)中刻度值“”(即零点)以下外露出液面的长度设为X(X>)则由浮体的平衡条件又得:G=ρx(VXS)g()联解()、()、()式有XVSN=()()LL根据()式描出X与N的关系如图所示(是一条渐近线)可见比重计刻度值“”以下的管长X和刻度值N间并不是线性关系。并且在N值越大时相同的刻度之差N对应的管长之差X越小即刻度间隔越密(如图所示)。(姜雄华)降落伞降得慢之谜跳伞表演特别吸引人五颜六色的降落伞出现在空中运动员坠在伞下飘飘悠悠地往下降落。降落伞为什么降得慢?甲说根据阿基米德原理降落伞受到空气的浮力才缓慢降落。乙说是空气的压强产生一个向上的作用力托住了降落伞。你认为哪种说法对?降落伞没有利用阿基米德定律因为降落伞不论是不是张开体积都很小密度比空气大受到的空气浮力十分微小不可能延缓降落伞的降落速度。降落伞下落的时候的确受到空气压强的影响。因为降落伞在空中向下落的时候伞下面的空气受到挤压密度增加压强也就增大了。可是伞上方的空气稀薄压强也小于是伞上伞下的压强有了差别就产生一个向上的作用力把伞托住。降落伞下落的速度增大这个作用力也跟着增大最后这个作用力等于运动员加伞的重量的时候降落伞就以一定的速度缓慢地降落。(金学方)铅笔不倒之谜图中的男孩手里拿着一张窄纸条(宽二三厘米、长约厘米)纸条的另一端用一根直立的铅笔压在桌边。他轻轻地把纸条拉平用另一只手的食指打击纸条的中部纸条从铅笔下被抽了出来铅笔却没有倒。这是为什么?食指打击纸条纸条迅速被抽出纸条对铅笔施力的作用时间很短作用效果就不明显铅笔本身有惯性要保持静止状态不变所以纸条被抽出后铅笔也不会倒。若慢慢拖动纸条纸条对铅笔施力的作用时间变得很长纸条就会带着直立的铅笔一起向前滑动如果速度均匀使铅笔的各部分步调一致向前运动时铅笔平稳向前运动也不会倾倒。可是在实验中很难使速度均匀即使纸条对铅笔施力作用时间足够长铅笔上、下各部分向前运动的步调很难完全一致结果铅笔还是会倾倒。(金学方)小头在上的鸡蛋倒得快之谜找两只大小相同的鸡蛋一只大头朝上一只大头朝下用手扶着立在桌上。你猜猜看松手以后哪只鸡蛋倒得快而且晃动得剧烈一些?你可能想到大头朝上的鸡蛋倒得快。理由很简单大头朝上的鸡蛋重心高而同样重的物体重心高的倒得快重心低的倒得慢。先不要肯定自己的想法这个实验很简单最好亲自动手做一做。一做实验你就会出乎意料地发现自己的想法错了。小头在上的鸡蛋倒得快晃动也比较剧烈。鸡蛋大头这一端有一个气室当大头在上时鸡蛋重心低而小头在上时鸡蛋重心高。同样重量的物体重心高的倒得快而重心低的倒下得慢。因此小头在上的鸡蛋倒得快晃动也比较剧烈。(邱德泉)弯钩不平衡之谜找一根粗细均匀的铁棍用细线把铁棍悬起两端平衡以后悬线必然通过重心。不移动悬线悬空把铁棍一端弯成一个钩(见图)这时它还会平衡吗?为了证实你的想法请你用一根均匀的粗铁丝试一下。铁棍不平衡了。铁棍重量虽然没有变化但是重心的位置却变化了。铁棍弯曲以后重心就不在原来的位置上往右移了。这个实验告诉我们物体的重心不仅与重量有关与物体形状也有关与重量分布的状况有关。(闫金铎)摩擦系数不一定小于之谜不少学生认为摩擦系数总是小于。其理由有以下几点:()一般情况下人们在搬运重物时在地上拖着走比背在身上走省力设重物匀速运动因F拖=μmg而F拖<mg所以μ<这是不少学生认为μ<的客观基础。()物理课本和一般物理参考书中所见的摩擦系数都小于这是不少学生认为μ<的理论根据。()通常教师在讲课时也讲到摩擦系数小于这是不少学生认为μ<的可靠保证。然而这种认识是一种偏见事实上摩擦系数可以等于也可以大于。从摩擦机理看μ可以等于或大于摩擦系数主要是接触材料、界面粘染物或面润滑剂的一个特征根据现代摩擦力理论摩擦是接触表面原子之间的附着力引起的当两物体相互接触时首先是凸起部分表面原子相当地接近形成原子键其强度与固体内部使自己聚集在一起的原子键的强度相当。表面如果非常洁净、接触非常紧密两个互相接触的表面会粘附得非常牢固在发生明显滑动之前出现“接点增长”接点面积不断增大直到整个几何接触面积成为巨大的接触点这时摩擦力很大甚至会超过正压力摩擦系数可以等于、大于甚至更大。美国C基特尔等著的《伯克利物理学教程》第一卷《力学》上有一表格记载有:铜与铜静摩擦系数是橡皮与固体静摩擦系数是~。以上均可表明摩擦系数可以等于或大于。从摩擦系数的测定方法看μ可以等于或大于摩擦系数通常可以用摩擦角的方法测定其方法一般是:将所要测量的两物体中的其中一个倾斜放置作为斜面另一个放在斜面体上沿其滑下逐渐减小斜面倾角θ可以发现当θ达到某一数值θ时物体匀速下滑则由mgsinθ=μmgcosθ得:μ=tgθ。()θ是摩擦角测得了θ就可以知道此两物体间μ的值从()式容易看到:当θ<时μ<当θ=时μ=当θ>时μ>。由于正切函数在第Ⅰ象限的值域是()所以μ不一定小于至于μ到底是多少则由材料性质界面状况等而定。(柬义福)木棒平衡而重量不相等之谜有一根光滑木棒用细线通过C点把它悬起来棒的两边平衡木棒平平地悬在空中。这时我们可以知道木棒的重心在O点。如果过OC将木棒截成两段这两段木棒一样重吗?你可能认为既然木棒平衡两边的重量必然相等。这样想对吗?认为两段木棒重量相等是想当然的。所以有这样的判断也许联想到天平天平两端平衡砝码和物品质量相等。可是天平两个端点与中心距离相等而在这道题里不却相等。我们可以看到左端那截木棒的重心在O右边的重心在O这两个点与中心的距离不相等OO>OO。这是一个不等臂的杠杆平衡平衡的条件是:动力动力臂=阻力阻力臂从平衡条件可以看出比较粗短的那一截木棒比较重。你在思考的时候应该联想到不等臂的杠杆那就对路了。(闫金铎)灌满水的瓶子不易破之谜有两个相同的玻璃瓶一个空着一个灌满了水同时从相同的高度落到地面上哪个瓶子容易破?一般说重的瓶子容易破。可是当瓶子灌满水后瓶子里的水还有另外一个作用能减少瓶子的形变反而使瓶子不容易破了。玻璃瓶破裂大多是由于形变引起的。空瓶子落地地对瓶子产生一个压力瓶子从外向里形变终于破裂。瓶子装满水由于水是不可压缩的从而减少了形变使得瓶子不易破裂。瓶子里装满水再拧紧瓶盖就更不容易摔破了。(潘邦桢)大力士输了之谜李虎长得身大力强自认为是个大力士常常找人比手劲。一天班上的小同学吴明对李虎说:“我和你比怎么样?”李虎急忙同意。吴明拿来一根垒球棒自己拿着粗的那一头让李虎拿着细的那一头两人同时向相反的方向使劲结果垒球棒被吴明扭动了李虎怎么使劲也扭不过吴明。李虎的力气比吴明大为什么反而输了?因为垒球棒两头粗细不同他们两人不是比力大而是比哪方的力矩大。吴明握住粗的一头他的力对于轮轴的力臂大李虎握住细的一头用在垒球棒上的力对轮轴的力臂很小因此尽管李虎的劲大他给垒球棒的力矩却很小所以他输了。(金学方)小鸟炮弹之谜在空中鸟和飞机相撞已经算不上什么新闻了。在世界范围相撞的事故的确是成百上千。小鸟撞上了大飞机小鸟无法逃生那是没有疑问的。至于飞机呢?损伤更是不轻。有一次一只鸟把波音飞机的机翼撞出一个两尺多大的洞。另一次一只大雁竟然撞破歼击机坐舱的有机玻璃把飞行员撞昏过去。这里有疑问:为什么肉体的小鸟竟能撞破金属的飞机呢?简单的回答是:因为飞机飞得太快了。这里涉及一个物理学的概念物体的运动速度越快它的动能就越大动能与速度的平方成正比飞行速度达到每小时公里的飞机其动能十分巨大高速飞机比子弹的速度还快应该比子弹还可怕。那么飞机撞上小鸟受损伤的应该只是小鸟而现在小鸟居然撞破了飞机好像动能存在小鸟身上而不在飞机上这是为什么呢?思考这个问题的关键是:物体运动的速度是相对的。我们说这架飞机的速度是每小时公里那是指它相对地面的运动来说的。因为平常大家用到的速度大多是相对地面的运动就没有强调这个前提。如果两架飞机并列在空中飞行相对地面的速度都是每小时公里从甲飞机上看乙飞机它是不动的也就是两架飞机彼此之间的速度是零。如果这两架飞机是相对飞行从甲飞机上看乙飞机彼此之间的速度就是每小时公里了。反过来从乙飞机上看甲飞机彼此之间的速度也是每小时公里。小鸟在空中朝着飞机飞对地的速度假定是每小时公里飞机对地的速度是每小时公里。从飞机上看小鸟小鸟飞来的速度就是=公里小时了。小鸟的速度那么高就具有极大的能量能够把飞机撞坏!顺便说一下在激烈的空战中如果射来的子弹与飞机飞行的方向相同而且子弹与飞机的对地速度也相同彼此之间的速度是那么飞行员伸手就可以把子弹抓在手里。(闫金铎)吸不上汽水之谜我们用蜡纸管喝汽水总以为是嘴把汽水吸上去的。其实不是用嘴吸只吸走了蜡纸管里的空气至于汽水嘛那是大气把它压到嘴里去的。原来蜡纸管里的空气被吸走以后管里的汽水受到的空气压强变小而瓶子里的汽水受到的压强是大气压强这两个压强有差别大气就把汽水压到嘴里去了。如果汽水瓶口盖一个塞紧了的软木塞木塞中插着一根玻璃管那末你从玻璃管里吸汽水顶多只能吸几口就再也喝不到瓶里的汽水了。这个道理也简单因为大气无法进入汽水瓶大气也就无法把汽水压到嘴里去了。不拔掉瓶塞还能喝到汽水吗?吸不上来能不能吹上来?对着玻璃管向瓶子里吹气是个办法。吹气增加了瓶内的气体提高了瓶内气体的压强。瓶内的气体压强变大以后就会把汽水从玻璃管里压出来这时只要嘴不离开玻璃管就能喝到汽水。往瓶里吹的气越多压强增加得越多就可以顺利地喝到汽水。喝掉一些汽水以后瓶内的气体体积变大、压强降低就喝不到汽水了。再吹气又能继续喝到汽水。(潘邦桢)石头拉不上去之谜有一个人人瘦力气大。他体重只有公斤却能抱起七八十公斤石头。现在有一只定滑轮上面悬挂着一条绳子绳子的一端拴着一块公斤重的石头请问这位冠军用力向下拉绳子的另一端能不能把石头提上去呢?在有定滑轮的地方你可以自己试一试:能不能通过定滑轮提起比自己重的东西?使用定滑轮改变了力的方向这种情况有点类似拔河比赛起决定作用的不是他的力气而是他的体重。当运动员竖直地向下拉绳子时绳子也以同样大小的力向上拉运动员当运动员用等于或稍大于公斤的力拉绳子时绳子也以同样的力拉他这时显然石头没被提起来而运动员却被提起来离开了地面。要把公斤重的石头提上去他的体重必须大于公斤才行因此一位体重只有公斤的人尽管用尽了力气也只能两脚悬空挂在绳子上石头还是一动不动。(邱德泉)提不起自己身体之谜张飞是一员猛将有人问他:“你力气大你能不能把自己从地上提起来呢?”他抓住头发使劲向上提怎么也不能把身体提高一寸。就算抓头发不是办法换个办法用手抱住自己的身体向上用力任何人也无法使身体离开地面。还有一种类似的情况:人坐在车上用绳子拉车不能使车前进车向前行驶人在车上拉紧拴在车上的绳子车也不会停下来。这是说:一个物体只靠内部的相互作用不能改变物体重心的运动状态。可是骑自行车刹车的时候闸皮紧紧抱住车轮的瓦圈车就停了下来。那末能不能说“只靠闸皮和车轮的瓦圈就使自行车停了下来呢?”骑自行车手捏车闸车就停下来不仅仅是闸皮和车轮相互作用的结果也是车轮与地面摩擦力增大的结果。车轮原来与地面是滚动摩擦刹车后变为滑动摩擦摩擦力加大以后车才停下来。这也是说明只靠闸皮和车轮自行车是停不下来的还是依靠车轮和地面的摩擦力。如果可以借用外部条件那末张飞双手拉住双杠就可以把自己的身体向上提起。(金学方)木块不下沉之谜小明捧着鱼缸走进了电梯。电梯开动的时候觉得自己的身体往下坠鱼缸的重量也好像增大了。小明知道这就是超重:在向上作加速运动的时候物体的重量大于静止时的重量。在电梯里向上加速快的时候是可以感觉得到超重。超重最突出的例子还是在航天飞机里开始向上飞的时候超重现象特别明显。不过现在小明想的是一个奇怪的问题:“超重的时候鱼缸里的鱼体重也增加了鱼会不会下沉呢?”他接连坐了几次电梯看到超重的时候金鱼仍然在游动看不清是不是下沉了。这个奇怪的问题一直在小明头脑里转。既然鱼缸里的金鱼会游动那就改用不会游的木块他想在鱼缸里灌满水上面漂一大块木头使水面与鱼缸的边相平鱼缸下边垫一个盘子可以接水。电梯开动的时候木块超重下沉那么就会从鱼缸里溢出一些水来。他用这个办法在电梯里试了几次都没有水溢出来。他想来想去怎么也想不明白木块肯定有超重可是为什么不下沉呢?我们在分析这个问题的时候要注意一个情况木块、鱼缸里的水都在同一部电梯上木块超重的时候水也超重了。水超重就意味着浮力增大了。在超重的情况下阿基米德的浮力定律仍然有用一件东西在水里受到的浮力等于它所排开的水的重量。木块受到的浮力等于木块本身的重量也等于它所排开的那一部分水的重量。木块增加多少重量它所排开的那一部分水也增加多少重量。所以木块仍然保持平衡不会向水中沉下去。(潘邦桢)轮船入海所受浮力不变之谜对于这个问题不少同学都认为:“这太容易了。”他们回答:“浮力变大了。”问理由他们还有好几条呢!有的说:“海水的密度比淡水大根据浮力的公式F=ρgV密度大的液体对物体的浮力也大所以轮船在海水中所受的浮力大。”有的说:“轮船在海水中吃水要浅些这就足以证明轮船在海水中所受的浮力要大些。”有的说:“海比河深水越深物体所受的浮力越大。”下面我们来分析这个问题。我们知道:浮在液面上的物体受到的浮力等于物体的重量如果用G表示物体的重量用F表示物体所受的浮力则有F=G。既然轮船不论在淡水中或是在海水中的重量是一样的那么它所受的浮力也应该是不变的。轮船在海水中吃水浅了又怎样解释呢?根据阿基米德定律可分别写出轮船在淡水中和在海水中所受浮力的表达式:F淡水=ρ淡水gV船浸入淡水的体积F海水=ρ海水gV船浸入海水的体积ρ海水>ρ淡水而F淡水=F海水=GV船浸入海水的体积>V船浸入淡水的体积即轮船在海水中吃水浅了。同学们不要把物体所受浮力的大小与物体的浮沉问题混同起来。决定物体所受浮力的条件有两个:一个是浸入液体或气体中那部分物体的体积另一个是液体和气体的比重。物体的重量对浮力是没有影响的。决定物体沉浮条件的是物体所受的重力和浮力的大小而当物体浮在液面上时物体受到的浮力等于重力。错误认为“水越深浮力就越大”是由于没有搞清浮力的物理意义把浮力跟水的压强混为一谈了。混淆了浮力公式F=ρgV与压强公式P=ρgh的区别。其实水对物体的浮力(F)总是等于物体排开水的重量(ρgV)跟水的深度(h)无关。(陈玉书)用弹簧秤“称”出茶杯容积之谜对本文的标题你一定觉得很奇怪:弹簧秤是测力的工具又如何能测出茶杯的容积呢?是标题错了吗?别着急你仔细地想一想、做一做会得到不少启发的。要解决用弹簧秤称茶杯容积的问题先看看这样一道题吧:在重量为牛顿的玻璃杯中装满水而后称出杯与水的总重量为牛顿求水的体积是多少毫升。首先求出杯子的质量以及装满水后水和杯子的总质量。由=得。Gmgm=Gg所以玻璃杯的质量(千克)。杯杯m=G=g=水和杯的总质量为:(千克)。总总m=Gg==那么杯中水的质量是:m水=m总m杯==(千克)。千克的体积是多大?这可以通过水的密度去找答案。由ρ得。所以==(米)()。水水水=mVV=mV=mlrrm=由于杯子中装满了水所以水的体积的大小也就等于杯子的容积。到此你对“用弹簧秤称出茶杯的容积”不会再怀疑了吧?这种测量方法叫做间接测量。其实有不少东西是无法直接测量的如大气压等对那些不能直接测量的物理量就只能使用间接测量的方法。最后请你把用弹簧秤测出茶杯容积的实验步骤写出来。(亦木)水面下降之谜在一个不大的水池的水面上浮着一只小船船上除了坐着一个小孩外还载着许多石块这时水池内的水面已经与池边沿相平若再加一点水水池中的水就会溢出。这时让船上的小孩将船内的石块轻轻投入水中水池中的水面是上升是下降还是不升不降?水面将下降。我们可以这样思考问题:先从船中取出质量为千克的石块放到岸上。这时由于船中减小了千克的石块船的总重量减小了牛顿。据阿基米德定律船排开水的重量也减小了牛顿排开水的体积是米水面下降了一定高度。当我们再把千克石块重新投入水时由于石块有一定体积水面将回升但是由于石块密度比水大千克石块的体积必小于米所以水面回升的高度比刚才水面下降量小因此总的说来水面下降。(潘邦桢)口袋轻重之谜有两个相同的塑料口袋一个充满空气而鼓了起来另一个把空气排出去折叠起来。想想看哪个口袋重量大?小刚说充满空气的塑料口袋除了口袋的重量还包括空气的重量所以它的重量较大。小方想了想说在空气中称塑料袋的重量时要考虑空气的浮力鼓起来的塑料袋受到的浮力大所以它的重量小。小明最后说鼓起来的塑料袋虽然增加了空气的重量同时也受到空气的浮力。根据阿基米德定律增加的空气的重量与受到空气的浮力相等所以两个塑料袋不论是充满空气还是把空气排出去它们称得的重量是相等的。请你给他们三人当个裁判谁的说法对?小明的说法是正确的。一般来说塑料口袋内外的空气压强总是相等的他的说法成立。如果口袋里的空气被压缩空气压强升高这时空气的重量比空气的浮力大口袋就会变得重一些。(邱德泉)挑担子要把绳子放长一些之谜对挑担子有经验的人他一定喜欢把两头的绳子放长一些这样做可使担子挑得比较稳并且走起来脚步也不须跨得很急。这是为什么呢?挑着重担走路的人当把后脚提起向前跨的时候总感到身体有向前倾跌的趋势。经验证明:这种向前倾跌的趋势越大脚步就跨得越急也就是说从后脚离地到跨前着地的时间就越短。经验还证明:这种向前倾跌的趋势与担子的重量和重心的高低有关担子越重重心越高这种倾跌的趋势就越大。放长绳子就是降低担子的重心(实际上是降低了人和担子的整体重心)也就是减小了跨脚时的倾跌趋势因此脚步就不须跨得很急人就感到舒适得多了。还有一个人在走路的时候总是左脚一步、右脚一步地前进左脚跨步时右脚单独支持全身的重量右脚跨步时左脚单独支持全身的重量。在转换左右脚支持全身重量时为了防止向左右倾跌人的肩头总在作很小的左右摆动。挑担子的人随着肩头的摆动扁担也在振动吊在扁担两头的东西也要跟着扁担头向左右摆动。如果肩头的摆动和挑着的东西的摆动合了拍(科学术语叫共振)东西就摆动得很厉害这样会使挑担的人累得像喝醉了酒一样歪歪倒倒无法顺利前进!物体来回振动一次所经过的时间叫周期。肩头振动的周期决定于跨步的快慢担子振动的周期决定于绳子的长短绳子越长周期越大(用米长的绳子吊着的东西摆动周期差不多是秒多钟)。实验证明:当担子振动的周期和肩头振动的周期相差不大的时候就要发生共振现象。放长绳子就可以加大担子振动的周期使它比肩头振动的周期相差较多而不致发生共振现象。但是在崎岖不平的路上或在山地上挑担绳子就不宜放得过长否则担子会经常碰撞地面使人东倒西歪失去平衡。因此决定绳子的长短还要考虑地形等因素。挑水时在水面上放一片木板或叶子之谜没挑过水的人挑起一担水开头走几步还好多走几步就不行了桶里的水摇来晃去泼天泼地的挑到目的地恐怕一桶水只剩下大半桶了。如果我们在水面上浮一块木板或一张荷叶挑起来就平稳得多桶里的水也不是那么容易泼出来了。这是什么道理呢?原来挑着担子走路人和扁担都要振动桶里的水也要随着振动。最初水的振动幅度不大不过是水面有些摇晃等到后来桶里的水振荡得与人的步伐合拍了水就振动得非常厉害以致溅出桶外这就是共振现象。在水桶上放一块木板或一张荷叶水在振动时就必须带着木板或荷叶一起振动这样大大地减小了振动幅度水就不会溅出来了。雾中跑步对健康无益之谜早晨常常可以看到许多人为了身体的健康而进行跑步锻炼如果遇上了有雾的早晨跑步对身体的健康还会有益吗?这要从雾的成因分析。雾是飘浮在低空中的细小水珠它是由空气中的水蒸汽达到饱和状态时凝结而成的。从热学知识可知气体的液化必须具备两个条件:一是要在一定的温度下进行。白天由于气温较高地球表面的水通过蒸发进入大气到了夜间由于气温降低空气中大量的水蒸汽变成了饱和蒸汽但要凝结空中还需要有浮尘倘若无浮尘存在水的饱和蒸汽压再高也无法疑结成小水珠雾也就不能出现。可见空气中的浮尘在雾的形成中起着凝结核心的作用这就是气体液化必须具备的第二个条件是要有凝结核心。为什么气体在液化时要有凝结核?我们知道液体蒸发过程中饱和蒸汽压除了随温度的升高而增大外还和液滴的弯曲程度有关曲率半径越小液体越容易蒸发饱和蒸汽压也就越大。因而在相反的凝结过程中饱和蒸汽要凝结成液体除了降低到一定温度外还需要有个凝结核也就是需要有个凝结半径对应于一个饱和气压就应有一个临界半径γc当γ>γc时蒸汽对半径为γ的液滴未达到饱和因而液滴要继续蒸发饱和蒸汽压就要增大而液滴半径γ却随之减小这样液化就无法实现。虽然水的分子可以作凝结核但水分子的半径γ远远小于γc无法形成液滴也就无法形成我们所能看得见的雾。只有当γ>γc时蒸汽对半径为γ的液滴呈现过饱和状态所以发生凝结空气中的浮尘要比水分子大得多以它为凝结核心饱和水蒸汽就能液化而形成雾。综上所述在雾的形成中空气中的浮尘是不可缺少的凝结核这种凝结核既可以是与水蒸汽相同的物质也可以是其他微粒例如尘埃、病原微生物等。由于大气的污染在形成雾的小水珠中还可能会有各种酸、碱、盐、胺、苯等有害物质特别在城区由于大气污染较重雾中所含的有害物质相对多一些因此在有雾的早晨跑步大量吸入这些有害物质会影响身体的健康重者还会引起喉炎、气管炎或其他过敏性疾病。(周如虹)公共汽车后面窗子不打开之谜当正在疾行着的公共汽车驶过时后面总是飞扬起滚滚的尘土当汽车走远时尘土也就随着消失这是什么道理呢?鱼儿生活在水里我们生活在空气的海洋里。小鱼儿在茫茫的大海里游泳时水面不会起什么波浪如果大鲸游来的时候就会激起滚滚的浪花。由于鲸的身体很大它要占据许多地方当它往前游的时候它所离开的地方就会有水补充进来因此在鲸的尾部常常出现巨大的浪头。人们要占据一定的空间人所占的地方这里的空气也要被人体所排开但是人的体积比较小行动又不像汽车那么快所以并不感到什么。当比人体大好多倍的汽车开来时它要排开同体积的空气车子飞快地前进着在车身刚经过的地方就要有空气来补充因此空气就由两旁和后面向这个地方涌来而形成一股涡流空气的涡流带着马路上的灰尘紧跟在车子后面卷起一个大灰柱这就是我们常看到的汽车后面飞扬的尘土。这时候如果我们把汽车后面的窗子打开那么空气必然带着尘土一个劲儿地往车厢里挤因此公共汽车后面的窗子大多是不打开的。宇宙中物质密度之谜宇宙中天体的密度是多种多样的。我们居住的地球的平均密度是千克米。有的天体密度比地球小有的天体的密度则大得惊人!地球的密度也是不均匀的由地壳到地核密度逐渐增大。地壳(厚度千米)的平均密度约为千克米而在地幔(深度达到地面以下千米)密度为千克米在地核(从地面以下千米直到地心)密度为千克米太阳是一个炽热的球它的质量相当于地球的万倍但太阳的密度却比地球小只有千克米。宇宙中各种恒星的密度相差很大有的恒星密度小到只有太阳密度的几亿分之一有的恒星密度可达到太阳密度的几十万亿倍。自年代以来天文学家陆续发现了一些中子星。这些天体都有惊人的密度根据计算一个直径千米的中子星每立方厘米的质量可达几亿吨!人造卫星发射讯号能量来源之谜地面上把各种信号送到很远的地方需要有强功率的发射设备和强大的电源。发射功率越大所需的电源功率也要相应增大一般来说就要增加电源的体积和重量。这在地面上关系是不太大的。但是对于人造卫星来说就不是那么简单了又笨又重的电源会给卫星的发射增加困难。那么卫星上的电台用的是什么样的能量呢?人造卫星发射无线电讯号使用的是电池。目前使用在人造卫星上的电池有两种一种是化学能电池一种是太阳能电池。有的卫星是采用化学能电池供电的供电的时间有一定的期限当电池能量消耗完了卫星也就不再发送讯号了。有的卫星是采用两种电池组联合使用的方法。在卫星外表面上密集地排列着一组光电池它是由一种半导体制成的能将太阳光直接转换成电能。这样多个元件组成的电池组发电功率比较大。太阳能是取之不尽、用之不竭的但是由于卫星绕地球运行有时会进入地球的阴影之内阳光被地球遮隔这时太阳电池就会立即停止工作但是卫星上的电台、仪器决不能因此而断电这时就可采用另一组电池一种类似镉镍电池的蓄电池来供电它是可以用光电池反复进行充电的。这样太阳电池和蓄电池联合使用就能不间断地给卫星供电。子弹杀伤力之谜一粒小小的子弹砰的一声飞出枪口可以贯穿敌人的胸膛。子弹杀伤的威力是从哪里得到的?实际上子弹贯穿目标的过程就是它做功的过程因为快速运动的子弹能够克服阻力深入到目标的内部。这样说来运动的子弹具有杀伤力是因为它具有做功的本领。物体具有做功的本领我们就说它具有能量。任何运动的物体所具有的能量我们称之为动能。运动着的子弹具有动能也就获得了杀伤的威力处于相对静止的子弹没有动能因而也就没有杀伤力。很早以前人们就利用运动的物体为人类做功。到了世纪有人把长期积累的经验上升为理论并且得到动能的计算公式式中表示=mVm物体的质量V表示物体运动的速度。这个公式告诉我们运动的速度越快物体的动能越大因而物体做功的本领越大。下过矿井的同志都知道在井下是禁止在井口的正下方停留的。因为如果恰好井口有石块落下(那怕是很小的一块)当石块到达井底时往往可以得到每秒几十米的速度这虽然比不上子弹的威力但对造成工伤却是绰绰有余的。有趣的是速度是一种具有相对意义的概念。这就是说速度的大小是相对的主要是看你针对谁说的。例如你坐在一辆行驶的列车上相对于车站你与列车同速前进但是针对车厢和你的座位你却处于相对静止。进一步讲假如你在车厢里用每秒米的速度向前走那么在车站上的人看来你的速度应当是火车的速度再加每秒米。既然动能的大小是由相对速度决定的因而动能也就具有相对的意义。子弹对于静止的或低速运动的人具有杀伤力但是如果有人和子弹同速同方向运动那么子弹和他处于相对静止对于此人来说子弹没有动能可以随手捻来。如果此人是和子弹同速反方向运动那末子弹的相对速度就大了一倍其动能也相应地增加了三倍。有谁会想到空中的飞鸟会成为现代喷气式飞机的大敌是现代机场上空飞机失事的祸因之一。在飞机起飞和降落的过程慌乱的鸟群便在迎着飞机飞翔的时候获得了很大的相对速度(等于飞机速度与鸟速之和)结果他们像炮弹一样冲进飞机的发动机或撞毁飞机的其他部分。年月一架大型客机由美国芝加哥机场起飞结果遇到雁群一只大雁竟击穿了机头蒙皮和密封隔板并打坏了仪表板飞机只好迫降。因此飞鸟的问题已引起航空界的很大注意。人类利用动能从事生产已有很久的历史人们利用风(流动的空气)推动帆船前进利用风车提水利用水流的动能磨面。在现代人们则更有效地利用风或水流的动能去发电。子弹在做功之后要停止下来水流在做功推动水轮转动之后流速便平缓下来。一切具有动能的物体在做功之后它原有的动能便会减少甚至完全丧失。相反当我们推动小车的时候小车会因此而得到动能。简单地说就是物体对外做功它的动能便减小外力对这个物体做功它的动能便增加。(何艾生)发射人造卫星一般要顺着地球自转方向之谜跳远先要跑一段路跳高也要先跑上一段路。至于赛跑的人在到达终点以后总会冲出一段路。这是因为有一种惯性把身体向前推去要是脚突然停住准会摔倒。跳远和跳高也是利用了这一惯性以便比静立着跳得更远跳得更高。我们有一句话叫做“逆水行舟”表示事情不容易要用力量去克服还有一句话叫做“顺水推舟”意思和前一句相反。舟是一样的一个逆水一个顺水人们所花的力量却不同了。发射人造卫星之所以要顺着地球自转的方向道理正跟跳远、跳高和顺水行舟一样就是要借一股外力这股外力不是别的是地球自转的速度。地球由西向东自转这是大家知道的可是究竟转得多快又有多少力可以借呢?地球自转的线速度并不是全球各点都是一样的越近南北极线速度越慢越近赤道线速度越快这就跟唱片在留声机上转动一样同样转一周外圈跑的路长里圈跑的路短。在南北极的中心点上速度几乎等于可是在赤道上线速度竟快到每秒米。所以只要不是在两极的中心点上在地球的各处都有不同程度的地球自转的外力可借。发射人造卫星和宇宙飞船当然首先要依靠火箭本身的推力可是如果火箭在赤道上发射那么因为有每秒米速度的外力可借火箭的推力略为小一点点问题也还不大。纬度越高能借的外力越小。所以发射人造卫星一般都要借用地球自转的这一股力。当然如果发射火箭的推力大到足够的程度时就不一定要借用地球自转的外力了人们尽可以按照需要向任何一个方向发射。人造卫星发射时穿过大气层不会烧掉之谜为什么流星穿过大气层被烧掉而人造卫星发射时也穿过大气层却没有被烧掉呢?流星穿过大气层前本身就具有一定的速度。在地球强大的吸引力作用下流星越靠近地球地球对它的引力就越来越大因此它的速度迅速地增大最后能达到每秒到公里。流星以这么高的速度在大气层中运动受到了巨大的摩擦力使流星达到几千度的高温足以烧掉流星。人造卫星发射前相对于地球的速度为零在发射过程中还要不断克服地球的引力开始的速度很慢以后逐渐增加。在目前技术条件下第一级火箭发动结束后才增加到每秒二至三公里。这时卫星已经离地面到公里高那里的大气密度还没有地面的千分之一。当卫星进入轨道时速度达到每秒公里以上。可是由于高度更高大气更加稀薄了。所以在人造卫星发射过程中虽然由于空气摩擦而产生的温度相当高但比流星穿进大气层时的温度要低得多所以不会被烧掉。但尽管这样还是要用耐高温的合金来做火箭的外壳。为了减少人造卫星与大气层的摩擦还采取了下面措施:卫星和火箭的联结总体的外壳要造得尽量光滑以减少大气的阻力。与前进方向垂直的火箭横截面越大受到的阻力就越大因此火箭要做成细长的。发射卫星时为了尽快脱离最浓密的低层大气一般采用垂直于地面或基本垂直于地面向上发射的方法。人造卫星发射穿过大气层时不使其烧掉用的是这些办法那么宇宙飞船返回地球穿过大气层时用什么方法不让它烧掉呢?一般都用这些方法:当飞船返回地球将要进入大气层时飞船向前进的方向喷气就像喷气飞机那样不过是向前喷不是向后喷使飞船的速度减慢。这时飞船开始下降当它进入大气层时不是像一块石头那样笔直地从几百公里高空直冲下来而是逐渐转成一个弧形很大的下降轨道斜着飞下来一般要绕着地球飞行半圈以后再打开强大的降落伞这时飞船就可以缓慢而安全地落到地面了。人造卫星可以转播远地电视之谜一架普通收音机除了能收听本地电台的广播还可以收到一些远地电台的广播。然而电视机一般只能接收本地电视台的节目稍远一点例如一二百公里以外的电视台播送出来的节目就接收不到了。如果要使电视广播能被更远的地方收到就要设置中继转播站来转播。那是因为在地球大气的上层有一个“电离层”里面含有许多带电颗粒。它能够反射短波波段的无线电波所以普通收音机可以收听到远地电台的广播。而电视广播发出的电波是超短波波长通常只有几米。这样短的无线电波不能被电离层反射只会穿过电离层或者被电离层吸收掉因此它只能直线式地传播。同时又由于地球的孤形表面会把这种电波遮断因而远地的电视节目就无法收到了。当然我们也可以采取加高电视发射台天线的方法来扩大播送的距离但是即使用几百米高的天线传播范围也只有多公里。为了解决这个问题可以设置一些中继站在中继站中装置一套电视收发设备一方面接收电视台发来的电视另一方面转发出去一站一站地把电视节目传到远方去。利用特制的人造地球卫星作电视转播这种卫星叫做通信卫星。这种通信卫星可以发射到离地面几百到几万公里的高空。人们把电视信号通信发射出去穿过电离层到达卫星上。卫星上设有电视转播台它把地面电视台的广播信号接收下来加以放大然后再向地面发射回来。利用通信卫星转播电视信号可以不受距离的限制。凡是面对卫星的地面都可以收到它所转播的电视节目。例如所谓“小时卫星”就是把一颗卫星放到地球赤道上空约万公里处以地球自转相同的速度自西向东转动那么从地面上看起来它永远悬挂在天空中一个固定的位置。如果发射三个这样的卫星彼此角距度那末用它们来转播电视信号并彼此转播所收到的电视信号的话转播的范围几乎可遍及全球了。澳星发射与火箭“刹车”之谜“新华社西安月日电中国卫星发射测控系统部驻澳星发射现场发言人在此宣布澳大利亚通讯卫星在今晚时分发射时因运载火箭点火后一级发动机推力不正常实施紧急关机。其原因正在查找之中目前卫星、运载火箭和发射设施均处于安全状态。”这则来自新华社短短多字的电讯稿引起了海内外各界人士的极大关注。这次澳星发射尽管失败了但是人们对“长征号E”火箭点火异常后居然能在几秒内及时“刹车”却留下了深刻印象。此次澳星发射点火时一级箭体的一台发动机在工作数秒后莫明其妙地自行关闭导致火箭推力不正常。据现场录像火箭点火后曾向上“轻微”弹起。后经检查表明火箭的一个支撑脚发生偏移就差一点火箭将发生倾倒。事故发生后火箭工程技术人员经过近一个月的检查分析确认故障原因是助推发动机点火后一、三助推器发动机氧化剂副系统断流活门电爆管误爆使一、三助推器发动机关机。而电爆管误爆是由于点火控制电路中的程序配电器的一个控制接点上有微量铝质多余物接点闭合后产生高温引起爆燃使上述电爆管误爆。如果不是火箭的安全保障系统及时“刹车”那么运载火箭还差几吨推力就会起飞后果不堪设想。世界上能够用火箭发射卫星的国家屈指可数各国都有自己的“刹车”绝招总的来讲不外乎两种:一种是程序控制式一种是抓持式。程序控制式的原理大致如下:所有火箭上的发动机从点火到达额定起飞推力时均需要一定时间如果到了一定时间而火箭未起飞则证明火箭推力不正常。于是人们可以在程序中设定一段延时如果延时过后火箭仍未升空则立即关闭所有发动机。抓持式的原理是:用一些巨形“机械爪”将待发射的火箭抓住然后进行点火当检测到火箭推力正常后再松开“机械爪”使火箭升空如果此时发现火箭推力不正常则可从容不迫地关闭所有发动机。我国采用的是程序控制式西方一些国家采用的是抓持式。采用程序控制式的困难在于第一程序中的延时不好确定第二火箭在延时中就可能由于其各发动机之间的不平衡推力所产生的力矩作用而倾覆。采用抓持式虽然可以避免程序控制式的弊病但是“机械爪”之间的同步问题同样也会在火箭发射时带来麻烦。假如当其它“机械爪”都松开了而唯有一只“机械爪”因出现故障而按兵未动那么火箭倾角马上会发生变化严重的会导致箭体爆炸。我国这次火箭“刹车”技术的首次使用成功保护了数亿美元的火箭、卫星及发射台避免了一场大灾难。正如海外的一篇专稿中指出的那样:“长征火箭发射澳星上天失败但无意中向国际航天界透露了中国航天技术的一项‘秘方’火箭刹掣技术。”(蔚文江)飞机隐身术之谜在谈飞机的隐身术之前先要谈谈雷达。雷达是一种利用无线电波搜索目标和测量其位置的设备。雷达的构造虽然复杂但它的基本原理是好懂的打个比方就明白了:你站在山谷里对着高山大喊一声过一会儿你就会听到回声。如果你把从发声到听到回声的时间计算出来你就可以根据声音传播的速度算出高山离你有多远。雷达的工作原理也是如此所不同

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