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1、物理課外知識(shí),離子推進(jìn)器安裝在同步衛(wèi)星上，可以使衛(wèi)星保持適當(dāng)?shù)姆轿徊⑻幵谥付ǖ能壍郎?。離子推進(jìn)器將電能和氙氣轉(zhuǎn)化為帶正電荷的高速粒子流，金屬高壓輸電網(wǎng)對(duì)離子流施加靜電引力，離子流獲得加速度，加速后的離子使推進(jìn)器獲得時(shí)速高達(dá)143201km的速度，推動(dòng)航天器前進(jìn)。,,離子推進(jìn)器,1880年居里兄弟發(fā)現(xiàn)石英晶體被外力壓縮或拉伸時(shí)，在石英的某些相對(duì)表面上會(huì)產(chǎn)生等量異號(hào)電荷，例如，當(dāng)石英晶體受到0.1MPa的壓強(qiáng)時(shí)，其兩表面因極化能產(chǎn)生約0.5V的電勢(shì)差。這一現(xiàn)象被稱為壓電效應(yīng)，產(chǎn)生壓電效應(yīng)的物體稱為壓電體。,壓電體,產(chǎn)生壓電效應(yīng)的電介質(zhì)除了石英、電氣石外，還有酒石酸鉀鈉（NaKC4H4O6. 4H2

2、O)等單晶以及鈦酸鋇（BaTiO3)、鋯鈦酸鉛Pb(ZrxTi1-x)O3，代號(hào)PZT等另一類壓電晶體，稱為壓電陶瓷。,利用壓電效應(yīng)制成的晶體點(diǎn)火器普遍用在了打火機(jī)、煤氣灶及火花塞中，可以說(shuō)，壓電效應(yīng)在我們?nèi)粘Ｉ钪惺请S處可見(jiàn)的。,壓電陶瓷片,壓電陶瓷點(diǎn)火器,等離子體簡(jiǎn)介 隨著物質(zhì)系統(tǒng)溫度的不斷升高，處在固態(tài)的物質(zhì)就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，繼而變?yōu)闅鈶B(tài)，物質(zhì)分子排列的有序程度就逐漸降低。如果繼續(xù)給氣態(tài)加熱，使得原子的動(dòng)能超過(guò)原子的電離能，就會(huì)使氣體發(fā)生電離，形成正離子、電子和中性原子的混合物。大多數(shù)氣體達(dá)到10000K以上時(shí)已經(jīng)高度電離，這時(shí)系統(tǒng)與普通的氣態(tài)有著明顯的區(qū)別，1929年，美國(guó)的朗默爾(

3、Langmuir)將它取名為“Plasma”，譯名為“等離子體”。,等離子體,,等離子體還有許多有趣的電磁學(xué)性質(zhì)，由于等離子體是良導(dǎo)體，所以其內(nèi)部不能有電場(chǎng)存在，但可以有磁場(chǎng)。但是因?yàn)樽兓拇艌?chǎng)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，所以等離子體內(nèi)的磁場(chǎng)不能發(fā)生改變。這種現(xiàn)象稱為磁場(chǎng)在等離子體內(nèi)的凍結(jié)。由于磁場(chǎng)凍結(jié)在等離子體中，所以當(dāng)?shù)入x子體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它能帶動(dòng)和推擠磁場(chǎng)，產(chǎn)生磁聲波。,宇宙中99.9%以上的物質(zhì)是處在等離子態(tài)。 例如太陽(yáng)、恒星就是等離子體，只有行星和某些星際物質(zhì)和微塵云是處在氣液固三態(tài)，而這只是宇宙中極小的一部分。在地i球上，閃電、極光、大氣電離層也是等離子體，霓虹燈發(fā)出的輝光、電焊時(shí)閃爍的電弧、

4、火箭噴出的火焰、核爆炸產(chǎn)生的火球云等則是人工產(chǎn)生的等離子體。,太陽(yáng),極光,核爆炸,磁懸浮技術(shù)簡(jiǎn)介 磁懸浮的主要原理是利用高頻電磁場(chǎng)在金屬中產(chǎn)生渦流，進(jìn)而產(chǎn)生洛倫茲力來(lái)實(shí)現(xiàn)懸浮。將一個(gè)金屬樣品放置在通有高頻電流的線圈內(nèi)時(shí)，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，會(huì)在金屬表面產(chǎn)生高頻感應(yīng)電流，并形成閉合回路，稱為渦流。這一渦流使金屬樣品在磁場(chǎng)中受到一個(gè)洛倫茲力的作用。通過(guò)合理設(shè)計(jì)懸浮線圈的結(jié)構(gòu)，可以使樣品上洛倫茲力的合力方向與重力方向相反，在通過(guò)調(diào)節(jié)高頻電源的功率使懸浮力與重力相等，即可實(shí)現(xiàn)金屬樣品的懸浮。,磁懸浮技術(shù),磁懸浮飛機(jī),磁懸浮床,磁懸浮列車,磁懸浮電梯,全息攝影簡(jiǎn)介 全息照相是以干涉、衍射等波動(dòng)光學(xué)理論為

5、基礎(chǔ)的無(wú)透鏡拍攝，底片上所記錄的是物體所發(fā)光波的全部信息（包括振幅和相位），因而可以再現(xiàn)物體逼真的立體形象。同時(shí)全息圖中的每一個(gè)局部都包括了物體整體的光信息，因此，如果底片有缺損，也不會(huì)影響完整物像再現(xiàn)。,全息攝影,,全息技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。例如：全息電影和全息電視，全息儲(chǔ)存及全息顯示等。除光學(xué)全息外，還發(fā)展了紅外、微波、超聲全息術(shù)，這些全息技術(shù)在軍事偵察或監(jiān)視上具有重要意義。如對(duì)可見(jiàn)光不透明的物體，往往對(duì)超聲波“透明”，因而超聲全息可用于水下偵察和監(jiān)視，也可用于醫(yī)療透視以及工業(yè)無(wú)損探傷等。,全息照片,全息照片,日本研發(fā)全息電視：用激光投射飄浮圖像,日本研發(fā)的全息立體

6、投影設(shè)備,愛(ài)因斯坦基于廣義相對(duì)論和宇宙學(xué)原理之上的大爆炸宇宙模型做了一個(gè)假設(shè)，說(shuō)在這個(gè)世界上存在的物質(zhì)中，我們已經(jīng)知道的只占5%，還有25%的物質(zhì)叫黑物質(zhì)（dark matter也稱為暗物質(zhì)），人類根本看不到，然后還有70%的物質(zhì)是黑能量（dark energy或稱為暗能量）。,黑物質(zhì)和黑能量,黑物質(zhì)是不發(fā)光的，但是它有顯著的引力效應(yīng)。比如，對(duì)于一個(gè)星系考慮距其中心遠(yuǎn)處的天體的旋轉(zhuǎn)速度，如果物質(zhì)存在的區(qū)域和光存在的區(qū)域一樣，由牛頓引力理論可知，距離中心越遠(yuǎn)，速度應(yīng)該越小，可是天文觀測(cè)事實(shí)不是這樣，這就說(shuō)明其中有看不見(jiàn)的黑物質(zhì)。,2011年,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家索爾珀?duì)栺R特、澳大利亞科學(xué)

7、家布賴恩施密特和美國(guó)科學(xué)家亞當(dāng)里斯，以表彰他們“通過(guò)觀測(cè)遙遠(yuǎn)的超新星而發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速擴(kuò)張”這一成就。 早在1998年，珀?duì)栺R特領(lǐng)導(dǎo)的超新星宇宙學(xué)研究小組，以及施密特和里斯領(lǐng)導(dǎo)的超新星研究小組就分別發(fā)表論文，宣布宇宙在加速膨脹這一驚人結(jié)論。通常認(rèn)為，宇宙是在以一個(gè)恒定的速度膨脹。但他們通過(guò)對(duì)爆炸的超新星的研究，發(fā)現(xiàn)這些超新星的發(fā)光度要小于按照原先給定的宇宙膨脹速率計(jì)算出的數(shù)值，這說(shuō)明超新星離地球的距離要比想象得遠(yuǎn)，也說(shuō)明宇宙在“暗能量”的影響下在加速擴(kuò)張。他們的發(fā)現(xiàn)第一次提出了“暗能量”存在的令人信服的證據(jù)。,索爾珀?duì)栺R特,掃描隧道顯微鏡簡(jiǎn)稱STM（scanning tunneling mi

8、croscope)是目前放大率最高的顯微鏡之一，其分辨率為一個(gè)原子的限度，用它可以“看見(jiàn)”物質(zhì)表面原子的分布細(xì)節(jié)，再現(xiàn)表面原子重新排列的時(shí)間過(guò)程等。這些是光學(xué)顯微鏡及電子顯微鏡望塵莫及的。 STM的特點(diǎn)是不用光源也不用透鏡，其顯微部件是一枚細(xì)而尖的金屬（如鎢）探針。它的工作原理是量子隧道效應(yīng)。,掃描隧道顯微鏡,由于STM的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，必然獲得廣泛的應(yīng)用。自它發(fā)明以來(lái)的近即使年中，不僅在物理學(xué)領(lǐng)域，而且在表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)及微電子技術(shù)等領(lǐng)域的研究都取得了許多令人矚目的成就。,,掃描隧道顯微鏡,掃描隧道顯微鏡所看到的石墨樣品,由于牛頓力學(xué)在統(tǒng)一天上與地上萬(wàn)物運(yùn)動(dòng)方面的巨大成功，也由于當(dāng)時(shí)

9、科學(xué)技術(shù)的局限，人們對(duì)自然現(xiàn)象受決定論規(guī)律支配這一點(diǎn)深信不疑，這一思想后經(jīng)法國(guó)數(shù)學(xué)家拉普拉斯概括，得出一段警示名言： “即只要有一個(gè)宇宙方程，就可以知道宇宙的一切”。,混沌,人們過(guò)去認(rèn)為，一個(gè)能用決定論描述的系統(tǒng)，只要初值確定，即使初值有十分微小的變動(dòng)，也只會(huì)使運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生微不足道的改變，不致動(dòng)搖或改變系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的“基本軌道”。,20世紀(jì)60年代，人們發(fā)現(xiàn)，一些典型的可用決定論描述的系統(tǒng)（如單擺），在一定條件下（如大幅角擺動(dòng)、改變策動(dòng)力大小等），其運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)初值異常敏感，即使初值有微小的測(cè)量不出的偏差，運(yùn)動(dòng)也會(huì)表現(xiàn)得十分混亂、無(wú)規(guī)則，且不可預(yù)測(cè)！自20世紀(jì)70年代起，科學(xué)家把這種來(lái)自可用決定論描述

10、的系統(tǒng)中的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)稱為混沌。隨著對(duì)混沌現(xiàn)象逐漸深入的研究，發(fā)現(xiàn)混沌現(xiàn)象發(fā)生于絕大多數(shù)非線性系統(tǒng)中。,目前，發(fā)現(xiàn)混沌現(xiàn)象不僅存在于物理系統(tǒng)，也存在于化學(xué)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)及人的生命進(jìn)程中，甚至還存在于社會(huì)學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)等社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域。,“今天在北京的一只蝴蝶扇動(dòng)了一下翅膀，可能下月在紐約引起一場(chǎng)暴風(fēng)雨”,正常人的聽(tīng)覺(jué)可以聽(tīng)到20Hz-20kHz的聲波，低于20Hz的聲波稱為次聲波，超過(guò)20kHz的聲波稱為超聲波。超聲波和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動(dòng)，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量和動(dòng)量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長(zhǎng)短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和

11、方向性。,超聲波簡(jiǎn)介,目前，超聲波已經(jīng)在海洋探測(cè)與開(kāi)發(fā)、無(wú)損檢測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域發(fā)揮著不可取代的作用。,超聲波可用來(lái)探測(cè)魚(yú)群和冰山,利用超聲波檢測(cè)固體材料內(nèi)部缺陷、材料尺寸測(cè)量、物理參數(shù)測(cè)量等在醫(yī)學(xué)中利用超聲波進(jìn)行人體內(nèi)部器官的組織結(jié)構(gòu)掃描和血流速度的測(cè)量,用于潛艇導(dǎo)航或傳送信息、地形地貌測(cè)繪和地質(zhì)勘測(cè),導(dǎo)彈外殼超聲波檢測(cè)設(shè)備,醫(yī)學(xué)超聲檢測(cè)（缺血性心肌病）,真空是指低于大氣壓力的氣體的給定空間，即每立方厘米空間中氣體分子數(shù)大約少于兩千五百億億個(gè)的給定空間。真空是相對(duì)于大氣壓來(lái)說(shuō)的，并非空間沒(méi)有物質(zhì)存在。用現(xiàn)代抽氣方法獲得的最低壓力，每立方厘米的空間里仍然會(huì)有數(shù)百個(gè)分子存在。氣體稀薄程度是對(duì)真空

12、的一種客觀量度 ，最直接的物理量度是單位體積中的氣體分子數(shù)。,真空技術(shù)簡(jiǎn)介,真空技術(shù) 真空技術(shù)是建立低于大氣壓力的物理環(huán)境，以及在此環(huán)境中進(jìn)行工藝制作、物理測(cè)量和科學(xué)試驗(yàn)等所需的技術(shù)。真空技術(shù)主要包括真空獲得、真空測(cè)量、真空檢漏和真空應(yīng)用四個(gè)方面。在真空技術(shù)發(fā)展中，這四個(gè)方面的技術(shù)是相互促進(jìn)的。,地球上的真空環(huán)境 在地球上，通常是對(duì)特定的封閉空間抽氣來(lái)獲得真空，用來(lái)抽氣的設(shè)備稱為真空泵。早先制成的真空泵，抽氣速度不大，極限真空低，很難滿足生產(chǎn)和科學(xué)試驗(yàn)的需要。后來(lái)相繼制成一系列抽氣機(jī)理不同的真空泵，抽速和極限真空都得到不斷的提高。如低溫泵的抽氣速率可達(dá)60000升/秒，極限真空可達(dá)千億分之一

13、帕數(shù)量級(jí)。,真空的應(yīng)用范圍極廣，分為低真空、中真空、高真空和超高真空應(yīng)用。,低真空是利用低(粗)真空獲得的壓力差來(lái)夾持、提升和運(yùn)輸物料，以及吸塵和過(guò)濾，如吸塵器、真空吸盤 。,中真空一般用于排除物料中吸留或溶解的氣體或水分、制造燈泡、真空冶金和用作熱絕緣。如真空濃縮生產(chǎn)煉乳，不需加熱就能蒸發(fā)乳品中的水分。,高真空 可用于熱絕緣、電絕緣和避免分子電子、離子碰撞的場(chǎng)合。高真空中分子自由程大于容器的線性尺寸，因此高真空可用于電子管、光電管、陰極射線管、X 射線管、加速器、質(zhì)譜儀和電子顯微鏡等器件中，以避免分子、電子和離子之間的碰撞。這個(gè)特性還可應(yīng)用于真空鍍膜 ，以供光學(xué)、電學(xué)或鍍制裝飾品等方面使用。

14、,超高真空 可用作空間模擬是因?yàn)橥鈱涌臻g的能量傳輸與超高真空中的能量傳輸相似。在超高真空條件下，單分子層形成的時(shí)間長(zhǎng)(以小時(shí)計(jì))，這就可以在一個(gè)表面尚未被氣體污染前 ，利用這段充分長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)研究其表面特性，如摩擦、粘附和發(fā)射等。,真空包裝機(jī),真空吸盤,噴氣式飛機(jī)所使用的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)靠燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣體向后高速噴射的反沖作用使飛機(jī)向前飛行，它可使飛機(jī)獲得更大的推力，飛得更快。特別地在1萬(wàn)2萬(wàn)米空氣比較稀薄的高空，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)更有著螺旋槳活塞發(fā)動(dòng)機(jī)所無(wú)法比擬的優(yōu)越性。,噴氣式飛機(jī),燒煤油而不燒汽油 現(xiàn)代噴氣式飛機(jī)飛得高、而且速度快，于是帶來(lái)一個(gè)很大的問(wèn)題：處在高空飛行的飛機(jī)，因?yàn)榭諝庀喈?dāng)稀薄，大

15、氣壓力也小，而且燃料處于低壓狀態(tài)，通常在這種環(huán)境下，假如以汽油為燃料，油箱以及油路中的汽油就會(huì)馬上沸騰，從而產(chǎn)生許多油蒸汽，阻塞油路，造成“氣塞”。發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)由于得不到燃料而在空中停車，從而造成機(jī)毀人亡的嚴(yán)重飛行事故。為了防止“氣塞”出現(xiàn)，噴氣式飛機(jī)也只能采用沸騰溫度十分高、而且不易蒸發(fā)的煤油作燃料了。,噴氣種類：渦輪噴氣：用渦輪吸收空氣并壓縮，然后混合燃料燃燒向后噴出，速度快，功率大，體積小，但是低速油耗很大，推力也相對(duì)較小。渦扇噴氣：渦輪噴氣前面加一個(gè)風(fēng)扇，推力大，高速和低速的性能都較好，油耗適中。沖壓噴氣：利用氣流流經(jīng)擴(kuò)張的管道時(shí)壓力突然增大的方法壓縮空氣，然后混合燃料燃燒向后噴出，速度

16、快，體積小，重量輕，油耗很大。常常裝在前兩種噴氣后面增加推力，又叫加力燃燒室或者后燃器。也常用于大氣層內(nèi)高速飛行的飛行器。涵道噴氣：螺旋槳的一種變體，或者稱為風(fēng)扇，將螺旋槳外側(cè)包起來(lái)的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力，推力小，體積小且能搭配各種不同的原動(dòng)機(jī)，多見(jiàn)于電動(dòng)的噴氣式模型飛機(jī)。,天宮一號(hào)與神舟飛船對(duì)接示意圖,2010年10月,NASA太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到一顆巨大的超新星,它的光芒被數(shù)百年前自身爆炸產(chǎn)生的灰塵和氣體遮掩,1993年，美國(guó)科學(xué)家成功地進(jìn)行了移動(dòng)鐵原子的實(shí)驗(yàn),安裝在“猛士”軍車上的定向聲波發(fā)射器,爆炸恒星的超密集內(nèi)核包含著叫做“超流體”的奇特超導(dǎo)體物質(zhì),超導(dǎo)磁懸浮與超聲生物懸浮,磁星：從10萬(wàn)英

17、里處消除信用卡信息,超導(dǎo)體中的持續(xù)電流可以使物質(zhì)浮起來(lái)，因?yàn)楹愣娏鲿?huì)排斥浮動(dòng)物體(甚至是活體)的磁場(chǎng)。此圖中，荷蘭科學(xué)家在一個(gè)16特斯拉的磁場(chǎng)里將一只青蛙浮了起來(lái)。,大型離子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)（ALICE）的內(nèi)部追蹤系統(tǒng)運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)洞窟并將它嵌入定時(shí)發(fā)射膛(TPC),電荷藕合器件圖像傳感器CCD,哈勃太空望遠(yuǎn)鏡,巨磁電阻”效應(yīng)引發(fā)硬盤的“大容量、小型化”革命,美33年前發(fā)射2艘航海家號(hào)宇宙飛船（Voyager）已飛220億公里即將向太陽(yáng)系道別,美國(guó)的德?tīng)査鸺l(fā)射最新型的GPS衛(wèi)星,納威司達(dá)歐V排放MaxxForce （邁斯福）13發(fā)動(dòng)機(jī)，排量為12.4升,全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) (GPS) 實(shí)際上是一個(gè)衛(wèi)星

18、群，由27顆沿環(huán)地球軌道運(yùn)行的衛(wèi)星組成，其中24顆為工作衛(wèi)星，另外3顆為備用衛(wèi)星。這些衛(wèi)星由太陽(yáng)能提供動(dòng)力，在地球上空大約19300千米的高度繞地球運(yùn)行，每天繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)兩周。它們的運(yùn)行軌道是經(jīng)過(guò)特殊安排的，所以在任何時(shí)候，地球上任何地方的上空都至少可以“見(jiàn)到”四顆衛(wèi)星。,全球最大的人造磁體,掃描隧道顯微鏡：圖中的“IBM”是由單個(gè)原子構(gòu)成的,掃描隧道顯微鏡拍下的DNA,神舟飛船 火箭發(fā)射圖片,神舟飛船發(fā)射,神舟七號(hào),世界上最大的摩天輪,世界最大的水上摩天輪,英飛凌已開(kāi)始利用這種效應(yīng)，測(cè)量汽車中的轉(zhuǎn)向角度，是全球第一家開(kāi)始量產(chǎn)整合式巨磁電阻感測(cè)器 (iGMR) 的半導(dǎo)體供應(yīng)商,在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)9000年的沉寂后,智利的紫藤（Chaiten）火山爆發(fā)時(shí)伴隨著雷電和暴風(fēng)雨,這種很難理解的現(xiàn)象可能是當(dāng)火山爆發(fā)時(shí)的巖石碎片、灰塵和冰粒相互碰撞產(chǎn)生強(qiáng)大靜電造成的。,中子星：磁場(chǎng)強(qiáng)度是地球100萬(wàn)億倍,