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第一章 2019-2020年滬科版第一章打開物理世界的大門練習(xí) 本章導(dǎo)讀 義務(wù)教育階段的物理課程是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的啟蒙課，第一章則是啟蒙課的開篇。向孩子們打開物理世界的大門，展示五彩繽紛、充滿神奇的物理世界，讓孩子們了解物理學(xué)發(fā)展的大致歷程，以及從“知識(shí)與技能”、過程與方法“、”情感態(tài)度與價(jià)值觀“等方面發(fā)揮課程的功能，讓孩子們初步了解物理學(xué)的研究方法、物理學(xué)家的高尚情操以及物理學(xué)在生產(chǎn)生活實(shí)踐中的重大作用等，以便使孩子們對(duì)物理世界有一種新奇感、求知欲，產(chǎn)生學(xué)習(xí)物理的濃厚興趣。 第一節(jié) 走進(jìn)神奇 要點(diǎn)點(diǎn)擊 1、 通過一些典型事例讓學(xué)生體會(huì)到自然界中的神奇是讓人驚嘆的。 2、 通過生活中一些不起眼的小事讓學(xué)生感受到生活中的神奇，而這些神奇則是人類智慧的結(jié)晶。 3、 通過解釋一些神奇現(xiàn)象，讓學(xué)生知道通過學(xué)習(xí)科學(xué)，這些神奇是可以得到解釋的。 快樂自主研學(xué) 自然中的神奇完全來(lái)自于大自然，沒有任何人工制造或利用的痕跡。這些神奇是驚心動(dòng)魄的。而生活中的神奇，人們已司空見慣，然而當(dāng)仔細(xì)探究時(shí)，卻能發(fā)現(xiàn)在這些并非驚心動(dòng)魄的神奇中蘊(yùn)藏了人類非凡的智慧。 以下是一些自然中的神奇照片。 1、宇宙起源和彗星 宇宙起源假說之一：大爆炸理論。宇宙在零時(shí)刻時(shí)密度為無(wú)窮大的物質(zhì)，后來(lái)隨著時(shí)間的推移，這物質(zhì)發(fā)生了一系列的變化，由此便逐漸形成了現(xiàn)在這樣的世界。地球只是圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)且在自轉(zhuǎn)的行星。除地球外，還有其他行星，如：水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。彗星一般是由頭和尾組成。頭的中心是彗核，彗核的外面包著彗發(fā)，彗發(fā)的外面再包著彗云。彗尾有直的，也有彎的，或者是兩者的混合。彗尾長(zhǎng)短不一，最長(zhǎng)的有幾億千米，有的彗星則沒有彗尾。彗核是彗星的主要部分。它是固體，呈球形，含大量的冰，還含有干冰、塵埃、甲烷、氨和少量的金屬等。由于含冰最多，所以有“骯臟的雪球”之稱。這雪球差不多是整個(gè)彗星的重量，直徑最大的有100km，最小的只有幾百米。 中國(guó)民間將彗星叫做“掃帚星”?！板纭痹谥袊?guó)語(yǔ)言中有掃帚的意思，在古希臘語(yǔ)言中有“毛發(fā)”的意思。世界公認(rèn)中國(guó)是對(duì)彗星觀察和記錄最早的國(guó)家。中國(guó)古書《淮南子兵略訓(xùn)》中記錄了公元前1057年的一次彗星，它就是后來(lái)命名為“哈雷”的彗星?！肮住卞缧鞘歉鶕?jù)埃德蒙哈雷的名字命名的。哈雷出生于1656年的英國(guó)，曾在圣赫勒納島建立一痤臨時(shí)天文臺(tái)，以此觀察天象。哈雷最廣為人知的貢獻(xiàn)是他對(duì)“哈雷”彗星出現(xiàn)時(shí)間的準(zhǔn)確預(yù)言，哈雷的預(yù)言在其死后17年準(zhǔn)確應(yīng)驗(yàn)：1759年、1835年1910年哈雷彗星如期出現(xiàn)。 2、太陽(yáng) 太陽(yáng)是一顆自己能發(fā)光、發(fā)熱的氣體星球。太陽(yáng)表面叫“光球”，光球外面是色球?qū)?，色球?qū)拥耐鈬侨彰釋?。這三個(gè)層面合起來(lái)構(gòu)成了太陽(yáng)的大氣層。光球上經(jīng)常出現(xiàn)一些漩渦狀的氣流，像一個(gè)淺盤，它的中間凹進(jìn)去好幾百千米，這些漩渦狀氣流像大小不等的、形狀很不規(guī)則的黑窟窿，這就是天文學(xué)家所說的“太陽(yáng)黑子”。其實(shí)太陽(yáng)黑子并不是黑色的，一般也有四五千攝氏度，但是與光球相比，它的溫度要低1000~2000℃。在更加明亮的光球襯托下，它就成為看起來(lái)沒什么亮光的、暗黑的黑子了。當(dāng)太陽(yáng)黑子群具有漩渦結(jié)構(gòu)時(shí)，這預(yù)示著太陽(yáng)將發(fā)生劇烈的變化。龍卷風(fēng)形成前，天空會(huì)出現(xiàn)一片雷雨云，其中一個(gè)區(qū)域的云特別黑且稠密。此區(qū)域的空氣會(huì)快速旋轉(zhuǎn)，然后形成漏斗狀的云向下延伸，到達(dá)在面，就會(huì)掀起大片的塵土及其他物體。 太陽(yáng)的直徑為140萬(wàn)km，是地球直徑的109倍。太陽(yáng)沒有固態(tài)表面，不會(huì)像地球那樣整體自轉(zhuǎn)。太陽(yáng)里外的密度是不一樣的。它的外殼大部分是氣體，密度很小，但是越往里面，物質(zhì)密度越大。 3、雷鳴與閃電 閃電是云層和云層之間或云層與地面之間的一種放電現(xiàn)象，而放電時(shí)所發(fā)出的巨大聲響就是雷鳴。雷電一般出現(xiàn)在積雨云里。積雨云常常是由于上下層空氣發(fā)生強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。夏天午后，近地面的空氣被太陽(yáng)烤得很熱，熱空氣上升，在高空遇到冷空氣就容易產(chǎn)生積雨云。在積雨云中或云塊之間存在著大量的正、負(fù)電荷，空氣對(duì)流得愈厲害，云翻滾得愈猛烈；云的上下部聚集的電荷就愈多，在云塊之間或大地之間就會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)和電位差；當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度很大時(shí)，就能把阻隔在云之間或云與大地之間的空氣擊穿而產(chǎn)生放電現(xiàn)象，發(fā)出耀眼的光芒，這就是閃電。在閃電經(jīng)過的通道上，空氣溫度猛烈陡增，空氣受熱和水滴汽化后會(huì)猛烈膨脹，發(fā)出巨響，這就是雷鳴。這種自然現(xiàn)象曾經(jīng)長(zhǎng)期使古人恐懼不安，他們以為觸怒了天神。 4、地球、地震和火山 古時(shí)候，由于觀察手段所限，認(rèn)為天是圓的地是方的。后來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)船只在離岸航行時(shí)先消失船身，后消失桅桿。由于這樣的一些事例，人們逐漸認(rèn)識(shí)到地球是圓的。地球由外向內(nèi)分三層，由地殼、地幔和地核組成，類似于雞蛋的蛋殼、蛋白和蛋黃。地殼是地球的外衣，也叫巖石圈；地幔介于地殼和地核之間，其體積占地球總體積的83.3%，有上地幔和下地幔之分；在距地面2900km以下為地球的核心——地核。地殼運(yùn)動(dòng)使巖層扭曲而形成斷層，斷層形成時(shí)，會(huì)引發(fā)地震。在地層深處，巖石因高溫而熔化成黏稠的液狀，稱為巖漿。這些巖漿噴出地面所形成的山就稱為火山。 5、龍卷風(fēng) 龍卷風(fēng)有時(shí)稱為旋風(fēng)，外形近似漏斗，它通過地表或海面時(shí)，產(chǎn)生的破壞力極大，是人類所知的最激烈和最具破壞性的天然風(fēng)暴。龍卷風(fēng)內(nèi)部強(qiáng)大的上升氣流有時(shí)可將汽車或樹木舉起，帶到數(shù)百米外。它快速移動(dòng)的漏斗狀旋風(fēng)對(duì)建筑物的破壞尤其嚴(yán)重。當(dāng)龍卷風(fēng)通過房子時(shí)，建筑物周圍的空氣會(huì)被吸起，使屋外的空氣壓力小于屋內(nèi)，造成房子爆炸。龍卷風(fēng)形成前，天空會(huì)出現(xiàn)一片雷雨云，其中一個(gè)區(qū)域的云特別黑且稠密。此區(qū)域的空氣會(huì)快速旋轉(zhuǎn)，然后形成漏斗狀的云向下延伸，到達(dá)在面，就會(huì)掀起大片的塵土及其他物體。 6、拉鏈 拉鏈只是一個(gè)小小的發(fā)明，但是整個(gè)世界都離不開它。它被美國(guó)《科學(xué)世界》雜志評(píng)選為20世紀(jì)的十大發(fā)明之一。1893年前后，美國(guó)工程師惠特科母、賈德森利用凹凸齒錯(cuò)合原理，設(shè)計(jì)出一種可快速滑動(dòng)的關(guān)啟系統(tǒng)，申請(qǐng)了專利，這就是早期的拉鏈。拉鏈這種連接方式與傳統(tǒng)的連接概念完全不同。人們習(xí)慣用扣子系衣服，用帶子拴鞋，這些連接方式都不是完全封閉的，費(fèi)時(shí)也不牢固。人們發(fā)現(xiàn)拉鏈的確是一種方便好用的東西。拉鏈的品種層出不窮，其使用的材料除了金屬外，還發(fā)展到了塑料。人們不僅將其應(yīng)用于衣服、提包上，其他行業(yè)也使用它。 7、圓珠筆 美國(guó)人勞得是世界上第一個(gè)想到用小圓珠代替筆尖書寫的人，并于1888年得到圓珠筆的發(fā)明專利。由于他發(fā)明的圓珠筆比起1884年發(fā)明的自來(lái)水筆較為遜色，所以50余年后，圓珠筆又有了新的進(jìn)展?，F(xiàn)代的圓珠筆是由匈牙利人比羅兄弟于1938年獨(dú)立設(shè)計(jì)發(fā)明的。他們改進(jìn)了圓珠筆芯的墨水供給系統(tǒng)，利用毛細(xì)作用使圓珠濕潤(rùn)。美國(guó)商人雷諾茲看到了比羅的圓珠筆，為了不侵犯比羅的專利權(quán)，他參考了勞得的發(fā)明，把比羅的圓珠筆利用毛細(xì)作用供給墨水改為利用重力供給。1949年，美國(guó)化學(xué)家西奇配制了一種黏度很高、快速干燥的圓珠筆專用油墨。到1951年，世界上圓珠筆的銷量超過了自來(lái)水筆。 探索與實(shí)踐 感受氣壓 　　取一個(gè)空的鋁質(zhì)易拉罐及一盆冷水，罐口纏上鐵絲并固定并將鐵絲擰成柄狀（要有一定的長(zhǎng)度和強(qiáng)度），往易拉罐中加入少量的水，放在酒精燈上加熱至沸騰，并繼續(xù)加熱數(shù)十秒，迅速（持鐵絲柄）將易拉罐倒扣到冷水中，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 注意：此時(shí)易拉罐在氣壓的作用下被壓扁且發(fā)出巨大的響聲，實(shí)驗(yàn)者應(yīng)有思想準(zhǔn)備，以防驚惶中碰到其它實(shí)驗(yàn)儀器而被燙傷甚至引起火災(zāi)。本實(shí)驗(yàn)有一定的危險(xiǎn)性，建議在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行。 生活擴(kuò)展 摩擦三兄弟 摩擦三兄弟就是指靜摩擦、滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦，它們都是摩擦家族的成員。說起摩擦，大家一定不陌生，因?yàn)槟Σ潦俏覀兩钪兴究找姂T的現(xiàn)象，我們每時(shí)每刻都在和摩擦打交道.我們走路、吃飯、洗衣服依靠摩擦；各種車輛的行使依靠摩擦，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)離不開摩擦；就是建造房子也離不開摩擦。 　　假如沒有了摩擦，世界將會(huì)變成什么樣？真是不可想象?？梢哉f，摩擦是我們?nèi)祟愲x不開的好朋友。但是在很多場(chǎng)合，摩擦三兄弟扮演著"不受歡迎"的角色。 　　在現(xiàn)代汽車中，20％的功率要用來(lái)克服摩擦；飛機(jī)上的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)因摩擦損耗的功率要占10％，就是最先進(jìn)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)也要為克服摩擦損耗2％的功率。世界上有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的汽車、數(shù)以萬(wàn)架的飛機(jī)，這樣每年要有多少燃料被白白浪費(fèi)掉，真是可惜。 　　但更為嚴(yán)重的是，摩擦還會(huì)造成機(jī)器零部件的磨損。據(jù)報(bào)道，英國(guó)在這方面損失每年要超過20億美元。摩擦除了導(dǎo)致磨損之外，還會(huì)使航空和航天器過度發(fā)熱，這更是現(xiàn)代科技遇到的又一難題。 　　當(dāng)飛機(jī)著陸的時(shí)候，閘閥和閘輪會(huì)摩擦產(chǎn)生紅熱現(xiàn)象，這樣的高溫使機(jī)閘材料變軟、變質(zhì)，一幅價(jià)格昂貴的閘瓦和閘輪，往往只使用了幾次就報(bào)廢了。 　　當(dāng)宇宙飛船返回地面的時(shí)候，由于高速船體與空氣之間的摩擦，會(huì)使整個(gè)船體成為一個(gè)通紅的火球，為了保護(hù)飛船里的宇航員和各種儀器設(shè)備，人們不得不付出昂貴的代價(jià)，用耐高溫的特種合金制造船體，并且還在外面加裝了耐高溫材料。 　　為了能駕馭摩擦，讓摩擦三兄弟為人類更好地服務(wù)，人們一直進(jìn)行著艱苦的研究和探索。早在15世紀(jì)，達(dá)芬奇就開始了對(duì)摩擦的研究。到17、18世紀(jì)，法國(guó)形成了一股摩擦研究熱，庫(kù)侖根據(jù)達(dá)芬奇的想法完成了摩擦起因的凹凸說。到了18世紀(jì)上半葉，有人又創(chuàng)立了分子說。進(jìn)入20世紀(jì)后又出現(xiàn)了粘合說。 　　可以說有關(guān)摩擦起因的爭(zhēng)論還在進(jìn)行著，凹凸說、分子說和粘合說都持之有理，言之有據(jù)，究竟怎樣圓滿地解釋摩擦的起因，還一直是一個(gè)很活躍的研究課題。 第二節(jié) 探索之路 要點(diǎn)點(diǎn)擊 1、 了解古人對(duì)神奇現(xiàn)象的探索。 2、 了解物理學(xué)發(fā)展的幾個(gè)重要階段。 3、 知道自然是神奇的，人們的探索歷程是漫長(zhǎng)、曲折并富有意義的。 快樂自主研學(xué) “一種想要了解自然奧秘的無(wú)法遇制的渴望”促使世界各民族努力探索、堅(jiān)持不懈、從茫茫遠(yuǎn)古延續(xù)至今并將走向未來(lái)。 關(guān)于物理學(xué) 物理學(xué)一詞源出于希臘文physics，意為“自然”。物理學(xué)是人類社會(huì)實(shí)踐的產(chǎn)物，它是隨著人類社會(huì)實(shí)踐的發(fā)展而產(chǎn)生、形成和發(fā)展的。人類的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)形成和發(fā)展的主要源泉。在古代，物理學(xué)只是“自然哲學(xué)”的重要組成部分，直到16世紀(jì)后，它才與哲學(xué)分離開來(lái)。自從物理學(xué)成為一門獨(dú)立的學(xué)科之后，它的研究領(lǐng)域就在不斷地開拓著，逐漸建立起力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、量子力學(xué)、粒子物理學(xué)等物理基礎(chǔ)部門；每個(gè)基礎(chǔ)部門，又不斷地形成許多新的分支。物理學(xué)的發(fā)展一般劃分為三個(gè)主要時(shí)期，即古代物理學(xué)時(shí)期、經(jīng)典物理學(xué)時(shí)期（近代物理學(xué)時(shí)期）和現(xiàn)代物理學(xué)時(shí)期。大約在七八世紀(jì)之后，中國(guó)和希臘形成東、西方兩個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的中心。當(dāng)時(shí)，人們對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)，主要是通過表面的觀察和直覺獲得的，基本上還處于對(duì)現(xiàn)象的描述、經(jīng)驗(yàn)的簡(jiǎn)單總結(jié)和思辨性的猜測(cè)階段，實(shí)驗(yàn)的巨大作用還沒有被認(rèn)識(shí)到。同時(shí)還由于社會(huì)對(duì)科學(xué)的需要十分有限，科學(xué)的社會(huì)功能并不顯著，所以物理學(xué)的發(fā)展比較緩慢。 15世紀(jì)末葉，資本主義生產(chǎn)關(guān)系的產(chǎn)生，促進(jìn)了生產(chǎn)和技術(shù)的大發(fā)展。席卷歐亞的文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)，解放了人們的思想，激發(fā)起人們的探索精神，系統(tǒng)的觀察實(shí)驗(yàn)和嚴(yán)密的數(shù)學(xué)演繹相結(jié)合的研究方法被引進(jìn)物理學(xué)中，導(dǎo)致了17世紀(jì)在天文學(xué)和力學(xué)領(lǐng)域中的“科學(xué)革命”。牛頓力學(xué)體系的建立健全，標(biāo)志著近代物理學(xué)的誕生。 探究與實(shí)踐 嘗試一下靜電觸電的滋味 把塑料飛盤用洗衣粉洗刷、沖凈、曬干；再準(zhǔn)備一塊圓形鐵片，大小比飛盤略小，在其中打一小孔，用20厘米長(zhǎng)的絲線穿過小孔將它拴住，用一塊干燥的毛皮用力摩擦圓盤的內(nèi)側(cè)，然后迅速拿開，再用手提著絲線的一端（這是為了不使手與鐵片接觸），將鐵片放入圓盤內(nèi)，這樣圓盤上的電荷將聚集到鐵片上，用手指去靠近鐵片時(shí)，會(huì)有微麻的感覺，同時(shí)還可看到電火花和聽見放電響聲（這是因?yàn)殡妷焊叨a(chǎn)生放電，但因電量少，電流持續(xù)時(shí)間短暫，雖有微麻的感覺，但并不危及人體的生命與健康） 　　注意，本實(shí)驗(yàn)的效果受環(huán)境影響較大，一般而言在干燥的天氣比在空氣潮濕時(shí)容易成功，晴天在人少的室內(nèi)比在人多的室內(nèi)容易成功；在室外通風(fēng)處比在室內(nèi)容易成功。 生活擴(kuò)展 露、霜、云、霧、雨和雪是怎樣形成的 在夜間，地面上的草、木、石塊等物體由于向外輻射熱量，它們的溫度要降低，當(dāng)溫度降至露點(diǎn)時(shí)，地面物體附近空氣中的水蒸氣便達(dá)到飽和。若露點(diǎn)高于０攝氏度，水蒸氣可在地面物體的表面上凝結(jié)成小水滴，這就是露。若露點(diǎn)低于０攝氏度，水蒸氣則要在地面物體的表面上直接凝結(jié)成水冰粒，這即是霜。 　　如果在夜間不僅地面上物體的溫度降到了露點(diǎn)以下，而且地面以上稍遠(yuǎn)處的空氣溫度也降到了露點(diǎn)，那么空氣中的水蒸氣將以塵埃為核心凝結(jié)成細(xì)小的水滴，這便是霧。 　　當(dāng)高空中空氣的溫度降到露點(diǎn)以下，若露點(diǎn)高于０度，空氣中的水蒸氣在塵埃上凝結(jié)成細(xì)小的水滴便是云，而凝結(jié)成較大的水滴即是雨。若露點(diǎn)低于０度，則空氣中的水蒸氣將在塵埃上直接凝結(jié)成雪。 　　由此可知，露、霜和霧都不是從天而降的，而是地面附近空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)直接凝結(jié)而成的。只有雪和雨才是從天而降的，即是高空中空氣里的水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)凝結(jié)而成。 第三節(jié) 站在巨人的肩膀上 要點(diǎn)點(diǎn)擊 1、 了解物理知識(shí)的一些現(xiàn)代應(yīng)用。 2、 了解科學(xué)探究的主要環(huán)節(jié)。 3、 了解物理學(xué)家的科學(xué)精神與偉大情懷。 快樂自主研學(xué) 我國(guó)的四大發(fā)明 1、 指南針 指南針是利用磁鐵在地磁場(chǎng)中的指極性制成的。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，公元前4世紀(jì)的《管子地?cái)?shù)篇》中記載：“上有慈石者，下有銅金”，《淮南子說山訓(xùn)》中記載：“慈石能吸鐵，及其于銅則不行也”。慈石即磁石，我國(guó)古代無(wú)“磁”字，在漢以前都把磁石寫作“慈石”，即慈愛的石頭，用以比喻慈母對(duì)子女的召引。最早的指南針是用一塊天然磁石，琢成勺子的形狀，使勺柄指向南極，勺頭指向北極?！吧住狈旁跇?biāo)有24個(gè)方向的銅制的光滑的底盤上。勺底呈球面狀，與光滑的底盤摩擦阻力很小，能在底盤上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，指示方向。這種世界上最古老的的指南儀器，稱為“司南”，距今大約有2000多年歷史。“司南”造成“勺”狀，是模擬“北斗星座”而來(lái)的，“勺”柄相當(dāng)于北斗星柄部的三顆星。由于“司南”在使用時(shí)要放在“底盤”上，所以有人稱“司南”叫“羅盤”。又因司南是天然磁石琢制而成的，在琢制過程中因受震動(dòng)而容易失去磁性，而且使用時(shí)也不太方便，所以難以推廣。到了北宋初年，人們掌握了人工磁化的方法，指南針的制造也因此得到了很大發(fā)展。 2、 造紙術(shù) 大約在3500多年前的商朝，我國(guó)就有刻在龜甲和獸骨上的文字，稱甲骨文。到了春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，用竹和木片替代龜甲與獸骨，稱為竹簡(jiǎn)和木牘。甲骨和竹簡(jiǎn)都很笨重，戰(zhàn)國(guó)時(shí)思想家惠施外出講學(xué)，僅書簡(jiǎn)就裝了五車，所以有“學(xué)富五車”的典故。西漢時(shí)宮廷貴族中用蠶絲做原料織成絲綿紙寫字，稱帛書，但價(jià)格昂貴。東漢時(shí)期，蔡倫總結(jié)前人制造絲織品的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)明了用樹皮、麻頭、破布等造紙法造出的紙寫成奏折奏報(bào)朝廷，皇帝看后很贊賞，后來(lái)封他為尤亭侯，于是人們將這種紙稱為“蔡侯紙”。后來(lái)，造紙術(shù)在7世紀(jì)經(jīng)朝鮮傳到日本，8世紀(jì)中葉傳到阿拉伯，12世紀(jì)起，歐洲也仿效中國(guó)的方法造紙了。 3、 印刷術(shù) 印刷術(shù)最早起始于隋朝雕版印刷，經(jīng)北宋刻字工人畢升在公元1004年至1048年間，用質(zhì)細(xì)且?guī)д承缘哪z泥，做成方柱體，在上面刻上反寫單字，放在窖里燒硬，形成活字，從此活印刷使印刷術(shù)進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。后來(lái)人們又發(fā)明了木活字和金屬活字，使活字印刷得到了改進(jìn)。13世紀(jì)后，活字印刷傳到朝鮮、日本，15世紀(jì)，德國(guó)人學(xué)會(huì)了用合金鑄字，這樣，畢升首創(chuàng)的活字印刷術(shù)便在歐洲推廣開來(lái)。 4、 火藥 火藥是中國(guó)古代的四大發(fā)明之一，它究竟是誰(shuí)發(fā)明的，尚無(wú)定論；但火藥與煉丹有關(guān)則是肯定的。煉丹的主要原料是硫黃、硝石，再加上燒煉用的木炭。煉丹方士們?cè)陂L(zhǎng)期的實(shí)踐過程中，逐漸熟悉了這些材料的性能，他們從偶然發(fā)生的爆炸事故中發(fā)現(xiàn)，將這三種材料的粉末按一定比例混合，即會(huì)燃燒，甚至爆炸。在《武經(jīng)總要》中就記載了三個(gè)火藥配方，可稱是人類歷史上最早的火藥成分的記載。它們跟現(xiàn)代火藥的配方很接近：硝石75%，硫黃10%，石灰?guī)r15%。火藥燃燒后會(huì)產(chǎn)生很多氣體，這些氣體在高溫下體積急劇膨脹1000倍以上，由于這是在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的，因而產(chǎn)生了爆炸。三國(guó)時(shí)有位技師馬鈞，用紙包火藥的方法做出了娛樂用的“爆仗”。開辟了火藥應(yīng)用的先河?，F(xiàn)在的爆竹、禮花等都是由它演變而來(lái)的。到了唐朝末年，火藥開始用在軍事上，起先是造火炮，即用拋石機(jī)把火藥點(diǎn)著拋射出去，燒傷敵人，后來(lái)改用弓箭將火藥射出去燒傷敵人。到了宋朝，人們將火藥裝填在竹筒里，扎上細(xì)小的定向棒，這就是世界上第一種火藥火箭。大約在公元1225~1248年間，我國(guó)的火藥制造術(shù)傳到了波斯、印度和阿拉伯國(guó)家，幾十年后又傳到歐洲。 超導(dǎo)現(xiàn)象 1911年，荷蘭物理學(xué)家昂尼斯（1853～1926）發(fā)現(xiàn)，水銀的電阻率并不像預(yù)料的那樣隨溫度降低逐漸減小，而是當(dāng)溫度降到4.15K附近時(shí)，水銀的電阻突然降到零．某些金屬、合金和化合物，在溫度降到絕對(duì)零度附近某一特定溫度時(shí)，它們的電阻率突然減小到無(wú)法測(cè)量的現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象，能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)叫做超導(dǎo)體．超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的溫度稱為這種物質(zhì)的轉(zhuǎn)變溫度（或臨界溫度）Tc．現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)大多數(shù)金屬元素以及數(shù)以千計(jì)的合金、化合物都能在不同條件下顯示出超導(dǎo)性．如鎢的轉(zhuǎn)變溫度為0.012K，鋅為0.75K，鋁為1.196K，鉛為7.193K． 　　經(jīng)典理論對(duì)超導(dǎo)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因無(wú)法解釋，為了從微觀上對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行解釋，花費(fèi)了固體物理學(xué)家近半個(gè)世紀(jì)的心血，直到1957年才由巴丁、庫(kù)珀和施里弗建立了完整的超導(dǎo)微觀理論（BCS理論）．為此，他們榮獲1972年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)． 　　我們知道，在大的電磁鐵或電機(jī)中，通過線圈的電流很強(qiáng)，為了避免產(chǎn)生過多的熱量，線圈就必須用較粗的導(dǎo)線繞或采取冷卻措施．如果用超導(dǎo)體做線圈，就可以避免這種缺點(diǎn)．現(xiàn)在用超導(dǎo)體制造電機(jī)方面的研究工作已取得較大的進(jìn)展． 　　超導(dǎo)電纜的研究和應(yīng)用，也有很大進(jìn)展．超導(dǎo)電纜埋在地下，損耗小，有利于節(jié)約能量，保護(hù)環(huán)境和節(jié)約土地． 　　超導(dǎo)現(xiàn)象在高能物理領(lǐng)域也有重要應(yīng)用．用超導(dǎo)線圈制成的電磁鐵能產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)，對(duì)于核聚變時(shí)約束等離子體和粒子加速器實(shí)驗(yàn)裝置都有很大用處． 目前阻礙超導(dǎo)現(xiàn)象大規(guī)模應(yīng)用的主要問題是它要求低溫．如果能得到在室溫下工作的超導(dǎo)材料，可能會(huì)使整個(gè)工業(yè)的發(fā)展發(fā)生巨大的變化．對(duì)新的超導(dǎo)材料的研究工作，我國(guó)走在世界的前列． 居里夫婦 我要把人生變成科學(xué)的夢(mèng)，然后再把夢(mèng)變成現(xiàn)實(shí)。 ---居里夫人 比埃爾居里(Pierre Curie)1859年5月15日生于巴黎一個(gè)醫(yī)生家庭里．在他的兒童和少年時(shí)期，性格上好個(gè)人沉思，不易改變思路，沉默寡言，反應(yīng)緩慢，不適應(yīng)普通學(xué)校的灌注式知識(shí)訓(xùn)練，不能跟班學(xué)習(xí)，人們都說他心靈遲鈍，所以從小沒有進(jìn)過小學(xué)和中學(xué)．父親常帶他到鄉(xiāng)間采集動(dòng)、植、礦物標(biāo)本，培養(yǎng)了他對(duì)自然的濃厚興趣，學(xué)到了如何觀察事物和如何解釋它們的初步方法．居里14歲時(shí)，父母為他請(qǐng)了一位數(shù)理教師，他的數(shù)理進(jìn)步極快，16歲便考得理學(xué)士學(xué)位，進(jìn)入巴黎大學(xué)后兩年，又取得物理學(xué)碩士學(xué)位．1880年，他21歲時(shí)，和他哥哥雅克居里一起研究晶體的特性，發(fā)現(xiàn)了晶體的壓電效應(yīng)．1891年，他研究物質(zhì)的磁性與溫度的關(guān)系，建立了居里定律：順磁質(zhì)的磁化系數(shù)與絕對(duì)溫度成反比．他在進(jìn)行科學(xué)研究中，還自己創(chuàng)造和改進(jìn)了許多新儀器，例如壓電水晶秤、居里天平、居里靜電計(jì)等．1895年7月25日比埃爾居里與瑪麗居里結(jié)婚． 　　瑪麗居里(Marie Curie)1867年11月7日生于沙皇俄國(guó)統(tǒng)治下的華沙，父親是中學(xué)教員．16歲她以金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)庐厴I(yè)于華沙中學(xué)，因家庭無(wú)力供她繼續(xù)讀書，而不得不去擔(dān)任家庭教師達(dá)六年之久．后來(lái)靠自己的一點(diǎn)積蓄和姐姐的幫助，于1891年去巴黎求學(xué)．在巴黎大學(xué)，她在極為艱苦的條件下勤奮地學(xué)習(xí)，經(jīng)過四年，獲得了物理和數(shù)學(xué)兩個(gè)碩士學(xué)位． 　　居里夫婦結(jié)婚后次年，即1896年，貝可勒耳發(fā)現(xiàn)了鈾鹽的放射性現(xiàn)象，引起這對(duì)青年夫婦的極大興趣，居里夫人決心研究這一不尋常現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)．她先檢驗(yàn)了當(dāng)時(shí)已知的所有化學(xué)元素，發(fā)現(xiàn)了釷和釷的化合物也具有放射性．她進(jìn)一步檢驗(yàn)了各種復(fù)雜的礦物的放射性，意外地發(fā)現(xiàn)瀝青鈾礦的放射性比純粹的氧化鈾強(qiáng)四倍多．她斷定，鈾礦石除了鈾之外，顯然還含有一種放射性更強(qiáng)的元素． 　　居里以他作為物理學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)，立即意識(shí)到這一研究成果的重要性，放下自己正在從事的晶體研究，和居里夫人一起投入到尋找新元素的工作中．不久之后，他們就確定，在鈾礦石里不是含有一種，而是含有兩種未被發(fā)現(xiàn)的元素．1898年7月，他們先把其中一種元素命名為釙，以紀(jì)念居里夫人的祖國(guó)波蘭．沒過多久，1898年12月，他們又把另一種元素命名為鐳．為了得到純凈的釙和鐳，他們進(jìn)行了艱苦的勞動(dòng)．在一個(gè)破棚子里，日以繼夜地工作了四年．自己用鐵棍攪拌鍋里沸騰的瀝青鈾礦渣，眼睛和喉嚨忍受著鍋里冒出的煙氣的刺激，經(jīng)過一次又一次的提煉，才從幾噸瀝青鈾礦渣中得到十分之一克的鐳．由于發(fā)現(xiàn)放射性，居里夫婦和貝可勒耳共同獲得了1903年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)． 　　1906年，比埃爾居里因車禍不幸逝世，年僅47歲． 　　比埃爾居里去世后，居里夫人忍受著巨大的悲痛，接任了她丈夫在巴黎大學(xué)的物理學(xué)教授職位，成為該校第一位女教授．她繼續(xù)放射性的研究工作．1910年，她和法國(guó)化學(xué)家德別愛爾諾一起分析出純鐳元素，確定了鐳的原子量和在元素周期表中的位置．她還測(cè)出了氡和其他一些放射性元素的半衰期，整理出放射性元素衰變的系統(tǒng)關(guān)系．由于這些重大成就，又榮獲1911年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，成為歷史上僅有的兩次獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家． 　　居里夫婦親自體驗(yàn)了鐳的生理效應(yīng)，他們?cè)恢挂淮蔚乇昏D射線燙傷．他們與醫(yī)生一起研究將鐳用于治療癌癥，開創(chuàng)了放射性療法．第一次世界大戰(zhàn)期間，她為了自己的祖國(guó)波蘭和第二祖國(guó)法國(guó)，參加了戰(zhàn)地衛(wèi)生服務(wù)工作，組織X光汽車和X光照相室為傷兵服務(wù)，還用鐳來(lái)治療傷兵，起了很大的作用． 　　大戰(zhàn)結(jié)束后，居里夫人回到巴黎她創(chuàng)建的鐳學(xué)研究所，繼續(xù)自己的研究工作并培養(yǎng)青年學(xué)者．晚年完成了釙和錒的提煉．居里夫人在無(wú)任何防護(hù)設(shè)施的情況下從事了35年的鐳元素研究，加上大戰(zhàn)期間四年建立X射線室的工作，射線嚴(yán)重地?fù)p害了她的健康，引起她嚴(yán)重貧血．1934年5月她不得不離開自己心愛的實(shí)驗(yàn)室，并于1934年7月4日與世長(zhǎng)辭． 居里夫婦一生澹泊、謙虛，不喜歡世俗的恭維與贊揚(yáng)，不關(guān)心個(gè)人的名利和地位．在發(fā)現(xiàn)鐳和提煉成功以后，他們不請(qǐng)求專利，也不保留任何權(quán)利．他們認(rèn)為，鐳是一種元素，應(yīng)該屬于全人類．他們向全世界公開他們的提鐳方法 愛因斯坦和玻爾的論戰(zhàn) 1949年是愛因斯坦七十誕辰之年。這一年，美國(guó)出版界組織了一些哲學(xué)家和物理學(xué)家撰寫慶賀愛因斯坦七十壽辰的論文。玻爾也被激參加撰寫。玻爾寫的論文顯得非常奇特，幾乎令人感到與"慶賀"極不協(xié)調(diào)。他在論文中闡述了他和愛因斯坦之間的爭(zhēng)論，并證明愛因斯坦每次提出的思想實(shí)驗(yàn)都是錯(cuò)誤的。當(dāng)然，玻爾仍然象歷來(lái)所強(qiáng)調(diào)的一樣，再次指出愛因斯坦提的問題是極卓越和極寶貴的，它們對(duì)量子力學(xué)的迅速發(fā)展起了極重大的作用。論文集最后一篇文章是愛因斯坦的致答文。在答文中，愛因斯坦仍然堅(jiān)持自己一貫的觀點(diǎn)，并對(duì)玻爾的觀點(diǎn)又一次進(jìn)行批駁。這種慶賀文集，在世界上大約是絕無(wú)僅有的吧！不過，在文章的末尾、愛因斯坦總算說了幾句客氣話："我……感到……有點(diǎn)尖銳。不過，下面的說法可作為我的辯解：人們只會(huì)同他的兄弟或者親密的朋友發(fā)生真正的爭(zhēng)吵；至于別人，那就不會(huì)爭(zhēng)吵的。" 看來(lái)，愛因斯坦和玻爾這兩位科學(xué)巨擘之間的爭(zhēng)論，一定是異乎尋常的激烈，不然的話是決不會(huì)在祝壽時(shí)都不放過。那么，他們是為什么事情爭(zhēng)論呢？結(jié)果又是誰(shuí)是誰(shuí)非呢？由于牽涉到很古老但又很難回答的哲學(xué)問題，所以下面的簡(jiǎn)略回顧，多半只論及比較具體的科學(xué)內(nèi)容，至于其中隱含的哲學(xué)內(nèi)容，則只能淺涉一點(diǎn)點(diǎn)。 愛因斯坦與玻爾的爭(zhēng)論，是物理學(xué)史上持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、爭(zhēng)論最激烈和最富有哲學(xué)意義的爭(zhēng)論之一。他們間的爭(zhēng)論開始于1920年4月，這次爭(zhēng)論的具體內(nèi)容在本書有關(guān)玻爾那一節(jié)曾有過描述。玻爾雖然在爭(zhēng)論中因企圖放棄能量守恒的普適性而被證明是錯(cuò)誤的一方，但玻爾強(qiáng)調(diào)要同經(jīng)典物理觀念作徹底決裂的說法，后來(lái)被證明是很正確的。 此后，在玻爾身邊集結(jié)了一批極有才華而又具有極強(qiáng)批判能力的年青人，他們?cè)诓柕念I(lǐng)導(dǎo)下，使量子力學(xué)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。1926年6月，德國(guó)物理學(xué)家玻恩提出了波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋。這一解釋的主要精神是說由量子力學(xué)波動(dòng)方程求解，只能得到運(yùn)動(dòng)過程一個(gè)確定的幾率，而不能再象牛頓力學(xué)那樣給出確定的值。但自從牛頓以來(lái)，人們一直習(xí)慣于牛頓的理論，這種理論告訴我們，只要知道了粒子在某一時(shí)刻的位置和速度，并給出作用于該粒子的力，則根據(jù)牛頓第二定律所給出的方程求解，我們就可以精確知道粒子以后任何時(shí)刻的位置和速度。例如我們可以精確算出哈雷慧星于85年11月8日將在我國(guó)廣大地區(qū)上空出現(xiàn)，也可以算出幾十個(gè)世紀(jì)以后地球、月亮和太陽(yáng)之間的精確位置等等。而現(xiàn)在玻恩宣布，我們對(duì)基本粒子的了解與經(jīng)典物理不同，我們只能知道某個(gè)粒子出現(xiàn)在某處的可能性或者是三分之一，或者是二分之一。 玻恩的解釋還沒被大多數(shù)物理學(xué)家接受，1927年初，德國(guó)另一位年輕的物理學(xué)家海森堡又提出著名的"測(cè)不準(zhǔn)原理"。這一原理是說人們不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定微觀粒子的位置和速度，也不能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定其能量和時(shí)間，如果位置（或能量）測(cè)得越精確，則速度（或時(shí)間）就測(cè)得越不精確。這和牛頓力學(xué)又是大相徑庭，在牛頓力學(xué)里人們是可以同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定位置和速度、能量和時(shí)間的。 微觀粒子的這些極為奇異的特性，引起了物理界的激烈的爭(zhēng)論。1927年9月，在意大利迷人的科摩湖畔召開了紀(jì)念伏打逝世一百周年大會(huì)，玻爾參加了這次國(guó)際物理學(xué)會(huì)議。會(huì)議上，玻爾以《量子公設(shè)和原子論的最新發(fā)展》為題作了講演。玻爾指出微觀粒子現(xiàn)象的任何觀測(cè)，都必然使得粒子和測(cè)量?jī)x器間存在"原則上不可控制的相互作用"，因而我們不可能使微觀粒子的波動(dòng)性和粒子性在同一實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出來(lái)，因而必然得出測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系。這樣，粒子性和波動(dòng)性，位置和速度，以及能量和時(shí)間這些概念是互相排斥的，但在描述同一微觀現(xiàn)象時(shí)，這些互斥的概念又是互相補(bǔ)充，缺一不可的。而且，只有它們互相補(bǔ)充，我們才能夠得到隱藏在實(shí)驗(yàn)后面的完備的描述。這就是被哥本哈根學(xué)派推崇備至的"互補(bǔ)原理"。依照這一原理，玻爾指出："通常意義下的因果性問題不復(fù)存在了"。 雖然玻爾小心翼翼地說，相對(duì)論改變了空間和時(shí)間的觀念，現(xiàn)在量子論將改變傳統(tǒng)的因果概念；相對(duì)論指出同時(shí)性的確定離不開參考系的選擇，現(xiàn)在量子論則指出在微觀領(lǐng)域里不能忽視儀器對(duì)微觀客體的作用，所以，"在這兒，我們發(fā)現(xiàn)自己正同愛因斯坦走著相同的道路"，但玻爾的講演，仍然使大多數(shù)與會(huì)者震驚、困擾、憤怒。有一些人極力反對(duì)玻爾的理論，另一些人則不習(xí)慣、不喜歡玻爾的解釋方式。 可惜這次會(huì)議愛因斯坦沒參加，大家都想聽聽這位最杰出的人對(duì)此有什么看法。他會(huì)反對(duì)玻爾的觀點(diǎn)嗎？ 緊接著于同年的十月，在比利時(shí)首府布魯塞爾舉行第五屆索爾維物理學(xué)會(huì)議。這次會(huì)議的主題是"電子和光子"，這是當(dāng)時(shí)涉及到物理學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。會(huì)議中討論的中心問題就是在新出現(xiàn)的量子力學(xué)解釋中，是不是一定得摒棄確定性原理，有沒有可能存在一種比互補(bǔ)原理顯得不那么離經(jīng)叛道的折衷方法。 這次會(huì)議愛因斯坦和玻爾都參加了。參加會(huì)議的物理學(xué)家心情都非常激動(dòng)，誰(shuí)是誰(shuí)非看來(lái)該有一個(gè)分曉了。玻爾講完了他的互補(bǔ)原理以后，愛因斯坦起來(lái)發(fā)言了。愛因斯坦在量子論早期的光量子階段，曾對(duì)這一新理論作過卓越的貢獻(xiàn)，他的發(fā)言當(dāng)然是令人矚目的。愛因斯坦開門見山，毫不含糊地說他不喜歡測(cè)不準(zhǔn)原理，互補(bǔ)原理也不是一種可以接受的好理論。他說："這個(gè)理論的缺點(diǎn)在于：它一方面無(wú)法與波動(dòng)概念發(fā)生更密切的聯(lián)系，另一方面又把基本物理過程的時(shí)間和空間拿來(lái)碰運(yùn)氣。" 愛因斯坦的觀點(diǎn)一亮出來(lái)，會(huì)場(chǎng)立即象炸了鍋似的，不同國(guó)家的物理學(xué)家激動(dòng)得顧不上用國(guó)際語(yǔ)言，就各用各的語(yǔ)言叫嚷著要發(fā)言。會(huì)議主席洛倫茲一向以善于周旋于各派物理學(xué)家之間而聞名，但這次怎么拍桌子也管用。同是愛因斯坦和玻爾好友的荷蘭物理學(xué)家埃倫菲斯特著急了，只得跑到講臺(tái)上在黑板上寫了一句話："上帝真的使人們的語(yǔ)言混雜起來(lái)了！"正在叫嚷的物理學(xué)家見了這句話，哄堂大笑，第一次會(huì)議總算到此結(jié)束。 為什么大家見了埃倫菲斯特的話就哄堂大笑呢？原來(lái)這是《圣經(jīng)》上的一段的故事：據(jù)說巴比倫人曾經(jīng)想建造一座通天高塔，上帝知道了十分震怒，為了懲罰人類這一野心，他使人類的語(yǔ)言混雜起來(lái)，彼此無(wú)法交流思想，結(jié)果使通天塔無(wú)法修建?，F(xiàn)在，各國(guó)物理學(xué)家都用各國(guó)語(yǔ)言叫嚷，不也會(huì)使他們想建成的新理論無(wú)法成功嗎！所以，大家都覺得自己太激動(dòng)了，真有點(diǎn)可笑。 通過這次會(huì)議激烈的爭(zhēng)論，許多物理學(xué)家接受了以玻爾為首的哥本哈根學(xué)派的觀點(diǎn)，但愛因斯坦并沒有信服。盡管愛因斯坦在這次會(huì)上想出非常巧妙的思想實(shí)驗(yàn)以揭露哥本哈根學(xué)派觀點(diǎn)的錯(cuò)誤，但每次都被玻爾證明這些思想實(shí)驗(yàn)其實(shí)是根本站不住腳的。玻爾非常成功地捍衛(wèi)了自己的觀點(diǎn)。 愛因斯坦堅(jiān)持認(rèn)為："當(dāng)主要的描述方法還不完備時(shí)，當(dāng)然只能由此得出統(tǒng)計(jì)性的結(jié)果來(lái)，這是不足奇的。"這就是說，愛因斯坦認(rèn)為哥本哈根學(xué)派的解釋，只不過是一種權(quán)宜之計(jì)。他曾開玩笑地問玻爾："難道你們真的相信上帝也靠擲骰子辦事嗎？"玻爾也恢諧地回答："難道你不認(rèn)為用普通的言語(yǔ)來(lái)描述神的旨意時(shí)，還是小心一點(diǎn)為妙嗎？ " 三年之后，在布魯塞爾又舉行了第六屆索爾維物理學(xué)會(huì)議。玻爾早就料到上次會(huì)議的爭(zhēng)論將繼續(xù)下去。果然，會(huì)議一開始，愛因斯坦就又使出他的拿手好戲，設(shè)計(jì)了一個(gè)非常巧妙的思想實(shí)驗(yàn)，力圖徹底摧毀測(cè)不準(zhǔn)這一"偏見"。愛因斯坦深知，作為哥本哈根學(xué)派解釋的核心或關(guān)鍵的測(cè)不準(zhǔn)原理如果能證明在單個(gè)事件中不成立，那么量子理論的不完備性可以被肯定。 愛因斯坦提出了一個(gè)名叫"光厘"的思想實(shí)驗(yàn)。在這兒也許有必要簡(jiǎn)單地解釋一下什么叫"思想實(shí)驗(yàn)"。思想實(shí)驗(yàn)又稱假想實(shí)驗(yàn)或理想實(shí)驗(yàn)，它不同于具體的實(shí)驗(yàn)，它不是一種實(shí)踐活動(dòng)，而只是一種思想中塑造的理想過程，是邏輯推理的一種方法和形式。在物理學(xué)發(fā)展的重要關(guān)頭，思想實(shí)驗(yàn)不只一次擔(dān)當(dāng)了重要的角色，它被證明是一種重要的科學(xué)研究方法。愛因斯坦的"光匣"是一個(gè)假想的里面裝滿了輻射物質(zhì)的匣子，其一側(cè)有一個(gè)小洞，洞口有一塊擋板，一個(gè)機(jī)械鐘可以控制擋板的開關(guān)。當(dāng)某一時(shí)刻洞門打開，放出一個(gè)光子。愛因斯坦論證說，光子跑出匣子的時(shí)間可以精確測(cè)出來(lái)，而光子的能量可以簡(jiǎn)單地通過匣子重量變化以及公式E=mc2而精確地確定，這樣，測(cè)不準(zhǔn)原理就顯然被違犯了，而準(zhǔn)確性和因果性又得到了恢復(fù)，世界又正常了。 玻爾這一下可有點(diǎn)緊張了。愛因斯坦竟用他的相對(duì)論巧妙地批駁了整個(gè)玻爾的觀點(diǎn)。當(dāng)天夜晚，玻爾和哥本哈根學(xué)派的人根本沒有睡覺，他們緊張地探究，愛因斯坦的這個(gè)實(shí)驗(yàn)究竟又在哪兒出了錯(cuò)呢？玻爾毫不懷疑愛因斯坦是錯(cuò)了，但是玻爾不知錯(cuò)在哪兒，而天明后他就應(yīng)該回答愛因斯坦的挑戰(zhàn)。比利時(shí)物理學(xué)家羅森菲爾德后來(lái)回憶說："面對(duì)這一問題，玻爾感到十分震驚。他不能馬上找出這問題的答案。整個(gè)晚上的他都感到極度不快。他從一個(gè)人走向另一個(gè)人，企圖說服他們這情況不可能是真實(shí)的，而且指出，如果愛因斯坦正確，則將是物理學(xué)的終結(jié)，但玻爾提不出任何反駁。我永遠(yuǎn)也不會(huì)忘記這兩個(gè)對(duì)手在離開俱樂部時(shí)的身影。愛因斯坦，一個(gè)高高的莊嚴(yán)的形象，而玻爾則在他身旁快步走著，非常激動(dòng)。他徒勞地辯護(hù)說，如果愛因斯坦的裝置能夠運(yùn)轉(zhuǎn)，這將意味著物理學(xué)的終結(jié)。" 愛因斯坦大約覺得自己已穩(wěn)操勝券了。但在第二天的會(huì)議上，喜氣洋洋的玻爾又倒過來(lái)使愛因斯坦十分震驚了。玻爾利用愛因斯坦十五年前在相對(duì)論中的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)找到了愛因斯坦思想實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤。愛因斯坦在那個(gè)發(fā)現(xiàn)中曾指出，一只鐘如果沿重力方向發(fā)生位移，它的快慢會(huì)發(fā)生變化，這樣，當(dāng)光子跑出匣子前后，由于匣子重量發(fā)生了變化，從而造成了鐘表快慢的變化，這樣，要在測(cè)量光子能量的同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量粒子跑出的時(shí)間是根本不可能的。這一反駁，實(shí)在是太妙了，結(jié)果使得愛因斯坦用來(lái)否定測(cè)不準(zhǔn)原理的"光匣"，倒變成了論證測(cè)不準(zhǔn)原理的理想實(shí)驗(yàn)！ 愛因斯坦不得不承認(rèn)，玻爾的論證是完全正確的，但他還是不承認(rèn)玻爾的理論是最后的答案。玻爾后來(lái)曾回憶兩人在會(huì)議下面交談的情形說："他說，對(duì)于這種顯然不那么肯定地解釋自然的原理，他覺得很不安。從我的角度出發(fā)，我只能回答他說，在了解一個(gè)全新世界的規(guī)律時(shí)，我們不能過分信賴以往所熟悉的原理，無(wú)論這些原理具有何等的普遍性。" 在愛因斯坦看來(lái)，盡管量子理論的哥本哈根學(xué)派的解釋與經(jīng)驗(yàn)事實(shí)相符，但作為一種完備的理論，應(yīng)該是決定論的而不應(yīng)該是或然的。用概率語(yǔ)言表達(dá)的理論充其量也只能是暫時(shí)代替的理論。此后，由于愛因斯坦對(duì)被大多數(shù)人接受的哥本哈根學(xué)派量子理論的解釋深感不滿，他選擇了一條與眾不同的道路，將自己置身于物理學(xué)發(fā)展的主流之外，一個(gè)人弧獨(dú)而又艱難地中跋涉著。 一位傳記作家克拉克曾這樣描述愛因斯坦的晚年："在日益增長(zhǎng)的不滿情緒中，愛因斯坦引退了。他置身于物理學(xué)發(fā)展主流之外，造成了他晚年的悲劇氣氛，甚至他最忠誠(chéng)的朋友也無(wú)法驅(qū)散它。"玻爾對(duì)于無(wú)法改變愛因斯坦的這種不滿，終生引為遺憾。但玻爾曾一再表示，他正是從愛因斯坦的反對(duì)意見中，獲取了完美表達(dá)量子理論的思想。他曾經(jīng)說："愛因斯坦的關(guān)懷和批評(píng)，很有價(jià)值地激勵(lì)我們所有人來(lái)再度檢驗(yàn)和原子現(xiàn)象的描述有關(guān)的形勢(shì)的各個(gè)方面"。 探索與實(shí)踐 哪個(gè)瓶子滾得快 兩個(gè)完全相同的玻璃瓶，一個(gè)裝滿沙，另一個(gè)裝滿水，放在同一斜面上滑下，哪個(gè)瓶子滾得比較快？動(dòng)手試試，想想看，為什么？ 生活擴(kuò)展 無(wú)處不在的彈簧 在我們的日常生活中，彈簧形態(tài)各異，處處都在為我們服務(wù)。常見的彈簧是螺旋形的，叫螺旋彈簧。做力學(xué)實(shí)驗(yàn)用的彈簧秤、擴(kuò)胸器的彈簧等都是螺旋彈簧。螺旋彈簧有長(zhǎng)有短，有粗有細(xì)：擴(kuò)胸器的彈簧就比彈簧秤的粗且長(zhǎng)；在抽屜鎖里，彈簧又短又細(xì)，約幾毫米長(zhǎng)；有一種用來(lái)緊固螺母的彈簧墊圈，只有一圈，在緊固螺絲螺母時(shí)都離不開它。螺旋彈簧在拉伸或壓縮時(shí)都要產(chǎn)生反抗外力作用的彈力，而且在彈性限度內(nèi)，形變?cè)酱螅a(chǎn)生的彈力也越大；一旦外力消失，形變也消失。有的彈簧制成片形的或板形的，叫簧片或板簧。在口琴、手風(fēng)琴里有銅制的發(fā)聲簧片，在許多電器開關(guān)中也有銅制的簧片，在玩具或鐘表里的發(fā)條是鋼制的板簧，在載重汽車車廂下方也有鋼制的板簧。它們?cè)趶澢鷷r(shí)會(huì)產(chǎn)生恢復(fù)原來(lái)形狀的傾向，彎曲得越厲害，這種傾向越強(qiáng)。有的彈簧像蚊香那樣盤繞，例如，實(shí)驗(yàn)室的電學(xué)測(cè)量?jī)x表（電流計(jì)、電壓計(jì)）內(nèi)，機(jī)械鐘表中都安裝了這種彈簧。這種彈簧在被扭轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生恢復(fù)原來(lái)形狀的傾向，叫做扭簧。 　　形形色色的彈簧在不同場(chǎng)合下發(fā)揮著不同的功能： 1. 測(cè)量功能 　　我們知道，在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長(zhǎng)（或壓縮）跟外力成正比。利用彈簧這一性質(zhì)可制成彈簧秤。 2. 緊壓功能 　　觀察各種電器開關(guān)會(huì)發(fā)現(xiàn)，開關(guān)的兩個(gè)觸頭中，必然有一個(gè)觸頭裝有彈簧，以保證兩個(gè)觸頭緊密接觸，使導(dǎo)通良好。如果接觸不良，接觸處的電阻變大，電流通過時(shí)產(chǎn)生的熱量變大，嚴(yán)重的還會(huì)使接觸處的金屬熔化?？跓纛^的兩個(gè)金屬柱都裝有彈簧也是為了接觸良好；至于螺口燈頭的中心金屬片以及所有插座的接插金屬片都是簧片，其功能都是使雙方緊密接觸，以保證導(dǎo)通良好。在盒式磁帶中，有一塊用磷青銅制成的簧片，利用它彎曲形變時(shí)產(chǎn)生的彈力使磁頭與磁帶密切接觸。在釘書機(jī)中有一個(gè)長(zhǎng)螺旋彈簧它的作用一方面是頂緊釘書釘，另一方面是當(dāng)最前面的釘被推出后，可以將后面的釘送到最前面以備釘書時(shí)推出，這樣，就能自動(dòng)地將一個(gè)個(gè)釘推到最前面，直到釘全部用完為止。許多機(jī)器自動(dòng)供料，自動(dòng)步槍中的子彈自動(dòng)上膛都靠彈簧的這種功能。此外，像夾衣服的夾子，圓珠筆、鋼筆套上的夾片都利用彈簧的緊壓功能夾在衣服上。 3. 復(fù)位功能 　　彈簧在外力作用下發(fā)生形變，撤去外力后，彈簧就能恢復(fù)原狀。很多工具和設(shè)備都是利用彈簧這一性質(zhì)來(lái)復(fù)位的。例如，許多建筑物大門的合頁(yè)上都裝了復(fù)位彈簧，人進(jìn)出后，門會(huì)自動(dòng)復(fù)位。人們還利用這一功能制成了自動(dòng)傘、自動(dòng)鉛筆等用品，十分方便。此外，各種按鈕、按鍵也少不了復(fù)位彈簧。 4. 帶動(dòng)功能 　　機(jī)械鐘表、發(fā)條玩具都是靠上緊發(fā)條帶動(dòng)的。當(dāng)發(fā)條被上緊時(shí)，發(fā)條產(chǎn)生彎曲形變，存儲(chǔ)一定的彈性勢(shì)能。釋放后，彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)時(shí)、分、秒針或輪子轉(zhuǎn)動(dòng)。在許多玩具槍中都裝有彈簧，彈簧被壓縮后具有勢(shì)能，扣動(dòng)扳機(jī)，彈簧釋放，勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，撞擊小球沿槍管射出。田徑比賽用的發(fā)令槍和軍用槍支也是利用彈簧被釋放后彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能撞擊發(fā)令紙或子彈的引信完成發(fā)令或發(fā)火任務(wù)的。 5. 緩沖功能 　　在機(jī)車、汽車車架與車輪之間裝有彈簧，利用彈簧的彈性來(lái)減緩車輛的顛簸。 6. 振動(dòng)發(fā)聲功能 　　當(dāng)空氣從口琴、手風(fēng)琴中的簧孔中流動(dòng)時(shí)，沖擊簧片，簧片振動(dòng)發(fā)出聲音。 第一章綜合能力提升與實(shí)踐 在線回眸 打開物理世界的大門 走進(jìn)神奇 探索之路 站在巨人的肩膀上 激發(fā)興趣 探究方法 培養(yǎng)目標(biāo) 自然中的神奇非凡而震撼人心 生活中的神奇平凡而充滿智慧 古文明中的科學(xué)思索思辨與總結(jié) 物理學(xué)的進(jìn)步之階 實(shí)驗(yàn)與理論 知識(shí)園地——碩果累累（知識(shí)技能） 科學(xué)探究——其樂無(wú)窮（過程方法） 科學(xué)精神——永遠(yuǎn)高揚(yáng)（情感態(tài)度與價(jià)值觀） 訓(xùn)練與回顧 生活在自然之中，我們每天都要面對(duì)許多與力、聲、熱、光、電等有關(guān)的現(xiàn)象。在自然科學(xué)中誕生的物理學(xué)就是研究這些現(xiàn)象，找出它們發(fā)生的原因，研究怎樣利用它們來(lái)為人類服務(wù)。 觀察思考（一） （a）夕陽(yáng)西下 （b）電閃雷鳴 （c）湖光山色 （d）火山噴發(fā) （e）彎弓搭箭 （f）演奏二胡 觀察圖1-1所示的情景，按要求將它們分類。（填序號(hào)） 1、屬于力的現(xiàn)象的有 。 2、屬于聲的現(xiàn)象的有 。 3、屬于光的現(xiàn)象的有 。 4、屬于熱的現(xiàn)象的有 。 5、屬于電的現(xiàn)象的有 。 觀察思考（二） 面對(duì)神奇的物理現(xiàn)象，人們?cè)诿悦！⒑闷?、敬畏的同時(shí)，不斷地努力探索。下面是在物理學(xué)的發(fā)展中作出過大量貢獻(xiàn)的科學(xué)巨匠，你能根據(jù)介紹說出他們的名字嗎？ 圖1-2 圖1-3 圖1-4 圖1-5 1、 如圖1-2，他是著名的天文學(xué)家，自然科學(xué)的先驅(qū)。他用日心說否定了影響人類達(dá)千年之久的托勒密地心說，有力地推動(dòng)了人類文明的進(jìn)程。 他是 。 2、 如圖1-3，他是經(jīng)典力學(xué)和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)等的先驅(qū)，他率先用望遠(yuǎn)鏡觀察天空，由此得到的關(guān)于天體運(yùn)行的結(jié)果有力地支持了哥白尼的日心說。 他是 。 3、 如圖1-4，他被人們譽(yù)為偉大的物理學(xué)家。他在前人研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了具有劃時(shí)代意義的經(jīng)典物理學(xué)體系。他發(fā)現(xiàn)日月星辰的運(yùn)轉(zhuǎn)與蘋果下落有某些相似之處，從而建立了以他的名字命名的運(yùn)動(dòng)三大定律。 他是 。 4、 如圖1-5，他被譽(yù)為20世紀(jì)杰出的物理學(xué)家。他認(rèn)為：當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)，人們所熟悉的空間和時(shí)間等概念都會(huì)發(fā)生變化。他是量子力學(xué)的主要奠基人之一，發(fā)現(xiàn)微觀世界的物理規(guī)律與宏觀世界的物理規(guī)律有很大的差異。 他是 。 觀察和思考（三） 前輩們?cè)谔剿魃衿娴默F(xiàn)象的過程中，逐漸發(fā)現(xiàn)蘊(yùn)藏其中的某些物理規(guī)律，形成了物理學(xué)體系。物理學(xué)就是研究自然界的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，物體間的相互作用和物體運(yùn)動(dòng)最一般的自然科學(xué)。 觀察圖1-6并填空。 甲 乙 甲 放大了200萬(wàn)倍的銥原子排列圖，這是利用 觀察得到的。 乙 極低溫下金屬塊在磁場(chǎng)中會(huì)自動(dòng)漂浮，這屬于 現(xiàn)象。 科學(xué)家們不僅為后人留下了知識(shí)的宮殿，而且創(chuàng)建了科學(xué)的探究方法。根據(jù)圖1-7所示，填寫出科學(xué)探究的主要環(huán)節(jié)。 1、 2、猜想和假設(shè) 3、制定計(jì)劃和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 4、 5、分析與論證 6、評(píng)估 7、 科學(xué)家們?cè)诳茖W(xué)探究的過程中，還為后人留下了永遠(yuǎn)高揚(yáng)的科學(xué)精神。請(qǐng)根據(jù)下列文段中介紹的情況，填寫后面的空格。 圖1-7 1、面對(duì)羅馬教會(huì)的強(qiáng)權(quán)，哥白尼頑強(qiáng)地說自己終于推動(dòng)了地球；伽利略堅(jiān)持認(rèn)為地球在轉(zhuǎn)動(dòng)。這體現(xiàn)了科學(xué)家們的實(shí)事求是、 、 、 的精神。 2、居里夫人（M.S.Cure,1867~1934），兩次獲得若貝爾獎(jiǎng)。這些偉大的成功者皆源于她對(duì)真理的執(zhí)著追求，以及長(zhǎng)期勤勤懇懇的努力工作。她和丈夫發(fā)現(xiàn)的“鐳”是在簡(jiǎn)陋的棚屋里辛苦工作四年提煉出來(lái)的。這體現(xiàn)了科學(xué)家們 、 、 的精神。 3、愛因斯坦和玻爾進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)二十余年的量子力學(xué)大論戰(zhàn)，而這種學(xué)術(shù)之爭(zhēng)并未影響兩位科學(xué)泰斗的友誼。在解答愛因斯坦提出的一個(gè)個(gè)難題的過程中，玻爾等人逐漸完善了量子力學(xué)體系。這體現(xiàn)了科學(xué)家們善于 ，敢于提出與眾不同的見解，也敢于 自己的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。 第一章《打開物理世界的大門》單元練習(xí) 長(zhǎng)樂第七中學(xué) 陳欽松 一、生活在自然之中，我們每天都要面對(duì)許多與力、聲、熱、光、電等有關(guān)的現(xiàn)象。在自然科學(xué)中誕生的物理學(xué)就是研究這些現(xiàn)象，找出它們發(fā)生的原因，研究怎樣利用它們來(lái)為人類服務(wù)。 （一）觀察思考： （a）夕陽(yáng)西下 （b）電閃雷鳴 （c）湖光山色 （d）火山噴發(fā) （e）彎弓搭箭 （f）演奏二胡 觀察圖1-1所示的情景，按要求將它們分類。（填序號(hào)） 1、屬于力的現(xiàn)象的有 。 2、屬于聲的現(xiàn)象的有 。 3、屬于光的現(xiàn)象的有 。 4、屬于熱的現(xiàn)象的有 。 5、屬于電的現(xiàn)象的有 。 （二）觀察思考： 面對(duì)神奇的物理現(xiàn)象，人們?cè)诿悦！⒑闷?、敬畏的同時(shí)，不斷地努力探索。下面是在物理學(xué)的發(fā)展中做出過大量貢獻(xiàn)的科學(xué)巨匠，你能根據(jù)介紹說出他們的名字嗎？ 圖1-2 圖1-3 圖1-4 圖1-5 5、 如圖1-2，他是著名的天文學(xué)家，自然科學(xué)的先驅(qū)。他用日心說否定了影響人類達(dá)千年之久的托勒密地心說，有力地推動(dòng)了人類文明的進(jìn)程。 他是 。 6、 如圖1-3，他是經(jīng)典力學(xué)和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)等的先驅(qū)，他率先用望遠(yuǎn)鏡觀察天空，由此得到的關(guān)于天體運(yùn)行的結(jié)果有力地支持了哥白尼的日心說。 他是 。 7、 如圖1-4，他被人們譽(yù)為偉大的物理學(xué)家。他在前人研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了具有劃時(shí)代意義的經(jīng)典物理學(xué)體系。他發(fā)現(xiàn)日月星辰的運(yùn)轉(zhuǎn)與蘋果下落有某些相似之處，從而建立了以他的名字命名的運(yùn)動(dòng)三大定律。 他是 。 8、 如圖1-5，他被譽(yù)為20世紀(jì)杰出的物理學(xué)家。他認(rèn)為：當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)，人們所熟悉的空間和時(shí)間等概念都會(huì)發(fā)生變化。他是量子力學(xué)的主要奠基人之一，發(fā)現(xiàn)微觀世界的物理規(guī)律與宏觀世界的物理規(guī)律有很大的差異。 他是 。 （三）觀察和思考： 前輩們?cè)谔剿魃衿娴默F(xiàn)象的過程中，逐漸發(fā)現(xiàn)蘊(yùn)藏其中的某些物理規(guī)律，形成了物理學(xué)體系。物理學(xué)就是研究自然界的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，物體間的相互作用和物體運(yùn)動(dòng)最一般的自然科學(xué)。 觀察圖1-6并填空。 甲 乙 甲：放大了200萬(wàn)倍的銥原子排列圖，這是利用 觀察得到的。 乙：極低溫下金屬塊在磁場(chǎng)中會(huì)自動(dòng)漂浮，這屬于 現(xiàn)象。 二、科學(xué)家們不僅為后人留下了知識(shí)的宮殿，而且創(chuàng)建了科學(xué)的探究方法。根據(jù)圖1-7所示，填寫出科學(xué)探究的主要環(huán)節(jié)。 1、 2、猜想和假設(shè) 3、制定計(jì)劃和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 4、 5、分析與論證 6、評(píng)估 7、 三、科學(xué)家們?cè)诳茖W(xué)探究的過程中，還為后人留下了永遠(yuǎn)高揚(yáng)的科學(xué)精神。請(qǐng)根據(jù)下列文段中介紹的情況，填寫后面的空格。 圖1-7 1、面對(duì)羅馬教會(huì)的強(qiáng)權(quán)，哥白尼頑強(qiáng)地說自己終于推動(dòng)了地球；伽利略堅(jiān)持認(rèn)為地球在轉(zhuǎn)動(dòng)。這體現(xiàn)了科學(xué)家們的實(shí)事求是、 、 、 的精神。 2、居里夫人（M.S.Cure,1867~1934），兩次獲得若貝爾獎(jiǎng)。這些偉大的成功者皆源于她對(duì)真理的執(zhí)著追求，以及長(zhǎng)期勤勤懇懇的努力工作。她和丈夫發(fā)現(xiàn)的“鐳”是在簡(jiǎn)陋的棚屋里辛苦工作四年提煉出來(lái)的。這體現(xiàn)了科學(xué)們 、 、 的精神。 3、愛因斯坦和玻爾進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)二十余年的量子力學(xué)大論戰(zhàn)，而這種學(xué)術(shù)之爭(zhēng)并未影響兩位科學(xué)泰斗的友誼。在解答愛因斯坦提出的一個(gè)個(gè)難題的過程中，玻爾等人逐漸完善了量子力學(xué)體系。這體現(xiàn)了科學(xué)家們善于 ，敢于提出與眾不同的見解，也敢于 自己的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。 第一章《打開物理世界大門》參考答案： 一、 1、d e 2、b d f 3、 a b c d 4、d 5、b 二、 1、哥白尼 2、伽利略 3、牛頓 4、愛因斯坦 三、 電子顯微鏡、 超導(dǎo)中的磁懸浮 、 提出問題、 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集證據(jù)、 交流與合作 1、 尊重客觀規(guī)律、不迷信權(quán)威、敢于堅(jiān)持真理 2、 孜孜不倦、刻苦認(rèn)真、堅(jiān)強(qiáng)自信 3、 合作與交流、修正或放棄