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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“知識與技能”、過程與方法“、”情感態(tài)度與價值觀“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)生活實踐中的重大作用等，以便使孩子們對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 要點點擊 1、 通過一些典型事例讓學(xué)生體會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，卻能發(fā)現(xiàn)在這些并非驚心動魄的神奇中蘊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。宇宙在零時刻時密度為無窮大的物質(zhì)，后來隨著時間的推移，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。彗尾長短不一，最長的有幾億千米，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彗星的重量，直徑最大的有100km，最小的只有幾百米。 中國民間將彗星叫做“掃帚星”?！板纭痹谥袊Z言中有掃帚的意思，在古希臘語言中有“毛發(fā)”的意思。世界公認(rèn)中國是對彗星觀察和記錄最早的國家。中國古書《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，曾在圣赫勒納島建立一痤臨時天文臺，以此觀察天象。哈雷最廣為人知的貢獻(xiàn)是他對“哈雷”彗星出現(xiàn)時間的準(zhǔn)確預(yù)言，哈雷的預(yù)言在其死后17年準(zhǔn)確應(yīng)驗：1759年、1835年1910年哈雷彗星如期出現(xiàn)。 2、太陽 太陽是一顆自己能發(fā)光、發(fā)熱的氣體星球。太陽表面叫“光球”，光球外面是色球?qū)?，色球?qū)拥耐鈬侨彰釋印＿@三個層面合起來構(gòu)成了太陽的大氣層。光球上經(jīng)常出現(xiàn)一些漩渦狀的氣流，像一個淺盤，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“太陽黑子”。其實太陽黑子并不是黑色的，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，它就成為看起來沒什么亮光的、暗黑的黑子了。當(dāng)太陽黑子群具有漩渦結(jié)構(gòu)時，這預(yù)示著太陽將發(fā)生劇烈的變化。龍卷風(fēng)形成前，天空會出現(xiàn)一片雷雨云，其中一個區(qū)域的云特別黑且稠密。此區(qū)域的空氣會快速旋轉(zhuǎn)，然后形成漏斗狀的云向下延伸，到達(dá)在面，就會掀起大片的塵土及其他物體。 太陽的直徑為140萬km，是地球直徑的109倍。太陽沒有固態(tài)表面，不會像地球那樣整體自轉(zhuǎn)。太陽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)生強烈的對流運動而產(chǎn)生的。夏天午后，近地面的空氣被太陽烤得很熱，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產(chǎn)生很強的電場和電位差；當(dāng)電場強度很大時，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 古時候，由于觀察手段所限，認(rèn)為天是圓的地是方的。后來，人們發(fā)現(xiàn)船只在離岸航行時先消失船身，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。地殼運動使巖層扭曲而形成斷層，斷層形成時，會引發(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)有時稱為旋風(fēng)，外形近似漏斗，它通過地表或海面時，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)部強大的上升氣流有時可將汽車或樹木舉起，帶到數(shù)百米外。它快速移動的漏斗狀旋風(fēng)對建筑物的破壞尤其嚴(yán)重。當(dāng)龍卷風(fēng)通過房子時，建筑物周圍的空氣會被吸起，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，天空會出現(xiàn)一片雷雨云，其中一個區(qū)域的云特別黑且稠密。此區(qū)域的空氣會快速旋轉(zhuǎn)，然后形成漏斗狀的云向下延伸，到達(dá)在面，就會掀起大片的塵土及其他物體。 6、拉鏈 拉鏈只是一個小小的發(fā)明，但是整個世界都離不開它。它被美國《科學(xué)世界》雜志評選為20世紀(jì)的十大發(fā)明之一。1893年前后，美國工程師惠特科母、賈德森利用凹凸齒錯合原理，設(shè)計出一種可快速滑動的關(guān)啟系統(tǒng)，申請了專利，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，費時也不牢固。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 美國人勞得是世界上第一個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)明的自來水筆較為遜色，所以50余年后，圓珠筆又有了新的進(jìn)展。現(xiàn)代的圓珠筆是由匈牙利人比羅兄弟于1938年獨立設(shè)計發(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。美國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水筆。 探索與實踐 感受氣壓 　　取一個空的鋁質(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（要有一定的長度和強度），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：此時易拉罐在氣壓的作用下被壓扁且發(fā)出巨大的響聲，實驗者應(yīng)有思想準(zhǔn)備，以防驚惶中碰到其它實驗儀器而被燙傷甚至引起火災(zāi)。本實驗有一定的危險性，建議在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行。 生活擴展 摩擦三兄弟 摩擦三兄弟就是指靜摩擦、滑動摩擦和滾動摩擦，它們都是摩擦家族的成員。說起摩擦，大家一定不陌生，因為摩擦是我們生活中司空見慣的現(xiàn)象，我們每時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，機器運轉(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，世界將會變成什么樣？真是不可想象。可以說，摩擦是我們?nèi)祟愲x不開的好朋友。但是在很多場合，摩擦三兄弟扮演著"不受歡迎"的角色。 　　在現(xiàn)代汽車中，20％的功率要用來克服摩擦；飛機上的活塞式發(fā)動機因摩擦損耗的功率要占10％，就是最先進(jìn)的渦輪噴氣發(fā)動機也要為克服摩擦損耗2％的功率。世界上有數(shù)以萬計的汽車、數(shù)以萬架的飛機，這樣每年要有多少燃料被白白浪費掉，真是可惜。 　　但更為嚴(yán)重的是，摩擦還會造成機器零部件的磨損。據(jù)報道，英國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)飛機著陸的時候，閘閥和閘輪會摩擦產(chǎn)生紅熱現(xiàn)象，這樣的高溫使機閘材料變軟、變質(zhì)，一幅價格昂貴的閘瓦和閘輪，往往只使用了幾次就報廢了。 　　當(dāng)宇宙飛船返回地面的時候，由于高速船體與空氣之間的摩擦，會使整個船體成為一個通紅的火球，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，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)芬奇就開始了對摩擦的研究。到17、18世紀(jì)，法國形成了一股摩擦研究熱，庫侖根據(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，還一直是一個很活躍的研究課題。 第二節(jié) 探索之路 要點點擊 1、 了解古人對神奇現(xiàn)象的探索。 2、 了解物理學(xué)發(fā)展的幾個重要階段。 3、 知道自然是神奇的，人們的探索歷程是漫長、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法遇制的渴望”促使世界各民族努力探索、堅持不懈、從茫茫遠(yuǎn)古延續(xù)至今并將走向未來。 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)是人類社會實踐的產(chǎn)物，它是隨著人類社會實踐的發(fā)展而產(chǎn)生、形成和發(fā)展的。人類的生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗是物理學(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。自從物理學(xué)成為一門獨立的學(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)展一般劃分為三個主要時期，即古代物理學(xué)時期、經(jīng)典物理學(xué)時期（近代物理學(xué)時期）和現(xiàn)代物理學(xué)時期。大約在七八世紀(jì)之后，中國和希臘形成東、西方兩個科學(xué)技術(shù)發(fā)展的中心。當(dāng)時，人們對自然界的認(rèn)識，主要是通過表面的觀察和直覺獲得的，基本上還處于對現(xiàn)象的描述、經(jīng)驗的簡單總結(jié)和思辨性的猜測階段，實驗的巨大作用還沒有被認(rèn)識到。同時還由于社會對科學(xué)的需要十分有限，科學(xué)的社會功能并不顯著，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)興運動，解放了人們的思想，激發(fā)起人們的探索精神，系統(tǒng)的觀察實驗和嚴(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，會有微麻的感覺，同時還可看到電火花和聽見放電響聲（這是因為電壓高而產(chǎn)生放電，但因電量少，電流持續(xù)時間短暫，雖有微麻的感覺，但并不危及人體的生命與健康） 　　注意，本實驗的效果受環(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)溫度降至露點時，地面物體附近空氣中的水蒸氣便達(dá)到飽和。若露點高于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以下，而且地面以上稍遠(yuǎn)處的空氣溫度也降到了露點，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以下，若露點高于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)到飽和時凝結(jié)而成。 第三節(jié) 站在巨人的肩膀上 要點點擊 1、 了解物理知識的一些現(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) 我國的四大發(fā)明 1、 指南針 指南針是利用磁鐵在地磁場中的指極性制成的。春秋戰(zhàn)國時代，公元前4世紀(jì)的《管子地數(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，我國古代無“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，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”而來的，“勺”柄相當(dāng)于北斗星柄部的三顆星。由于“司南”在使用時要放在“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而容易失去磁性，而且使用時也不太方便，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，我國就有刻在龜甲和獸骨上的文字，稱甲骨文。到了春秋戰(zhàn)國時代，用竹和木片替代龜甲與獸骨，稱為竹簡和木牘。甲骨和竹簡都很笨重，戰(zhàn)國時思想家惠施外出講學(xué)，僅書簡就裝了五車，所以有“學(xué)富五車”的典故。西漢時宮廷貴族中用蠶絲做原料織成絲綿紙寫字，稱帛書，但價格昂貴。東漢時期，蔡倫總結(jié)前人制造絲織品的經(jīng)驗，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朝廷，皇帝看后很贊賞，后來封他為尤亭侯，于是人們將這種紙稱為“蔡侯紙”。后來，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)入一個新時代。后來人們又發(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)，德國人學(xué)會了用合金鑄字，這樣，畢升首創(chuàng)的活字印刷術(shù)便在歐洲推廣開來。 4、 火藥 火藥是中國古代的四大發(fā)明之一，它究竟是誰發(fā)明的，尚無定論；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。煉丹方士們在長期的實踐過程中，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，即會燃燒，甚至爆炸。在《武經(jīng)總要》中就記載了三個火藥配方，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%?；鹚幦紵髸a(chǎn)生很多氣體，這些氣體在高溫下體積急劇膨脹1000倍以上，由于這是在極短時間內(nèi)發(fā)生的，因而產(chǎn)生了爆炸。三國時有位技師馬鈞，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，即用拋石機把火藥點著拋射出去，燒傷敵人，后來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，我國的火藥制造術(shù)傳到了波斯、印度和阿拉伯國家，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，水銀的電阻突然降到零．某些金屬、合金和化合物，在溫度降到絕對零度附近某一特定溫度時，它們的電阻率突然減小到無法測量的現(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)典理論對超導(dǎo)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因無法解釋，為了從微觀上對這一現(xiàn)象進(jìn)行解釋，花費了固體物理學(xué)家近半個世紀(jì)的心血，直到1957年才由巴丁、庫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． 　　我們知道，在大的電磁鐵或電機中，通過線圈的電流很強，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．現(xiàn)在用超導(dǎo)體制造電機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)生強大的磁場，對于核聚變時約束等離子體和粒子加速器實驗裝置都有很大用處． 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，可能會使整個工業(yè)的發(fā)展發(fā)生巨大的變化．對新的超導(dǎo)材料的研究工作，我國走在世界的前列． 居里夫婦 我要把人生變成科學(xué)的夢，然后再把夢變成現(xiàn)實。 ---居里夫人 比埃爾居里(Pierre Curie)1859年5月15日生于巴黎一個醫(yī)生家庭里．在他的兒童和少年時期，性格上好個人沉思，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、植、礦物標(biāo)本，培養(yǎng)了他對自然的濃厚興趣，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，父母為他請了一位數(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，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日生于沙皇俄國統(tǒng)治下的華沙，父親是中學(xué)教員．16歲她以金質(zhì)獎?wù)庐厴I(yè)于華沙中學(xué)，因家庭無力供她繼續(xù)讀書，而不得不去擔(dān)任家庭教師達(dá)六年之久．后來靠自己的一點積蓄和姐姐的幫助，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，引起這對青年夫婦的極大興趣，居里夫人決心研究這一不尋?，F(xiàn)象的實質(zhì)．她先檢驗了當(dāng)時已知的所有化學(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的元素． 　　居里以他作為物理學(xué)家的經(jīng)驗，立即意識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．在一個破棚子里，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． 　　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，成為歷史上僅有的兩次獲得諾貝爾獎的科學(xué)家． 　　居里夫婦親自體驗了鐳的生理效應(yīng)，他們曾不止一次地被鐳射線燙傷．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，她為了自己的祖國波蘭和第二祖國法國，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驗室，并于1934年7月4日與世長辭． 居里夫婦一生澹泊、謙虛，不喜歡世俗的恭維與贊揚，不關(guān)心個人的名利和地位．在發(fā)現(xiàn)鐳和提煉成功以后，他們不請求專利，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論，并證明愛因斯坦每次提出的思想實驗都是錯誤的。當(dāng)然，玻爾仍然象歷來所強調(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，愛因斯坦仍然堅持自己一貫的觀點，并對玻爾的觀點又一次進(jìn)行批駁。這種慶賀文集，在世界上大約是絕無僅有的吧！不過，在文章的末尾、愛因斯坦總算說了幾句客氣話："我……感到……有點尖銳。不過，下面的說法可作為我的辯解：人們只會同他的兄弟或者親密的朋友發(fā)生真正的爭吵；至于別人，那就不會爭吵的。" 看來，愛因斯坦和玻爾這兩位科學(xué)巨擘之間的爭論，一定是異乎尋常的激烈，不然的話是決不會在祝壽時都不放過。那么，他們是為什么事情爭論呢？結(jié)果又是誰是誰非呢？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，則只能淺涉一點點。 愛因斯坦與玻爾的爭論，是物理學(xué)史上持續(xù)時間最長、爭論最激烈和最富有哲學(xué)意義的爭論之一。他們間的爭論開始于1920年4月，這次爭論的具體內(nèi)容在本書有關(guān)玻爾那一節(jié)曾有過描述。玻爾雖然在爭論中因企圖放棄能量守恒的普適性而被證明是錯誤的一方，但玻爾強調(diào)要同經(jīng)典物理觀念作徹底決裂的說法，后來被證明是很正確的。 此后，在玻爾身邊集結(jié)了一批極有才華而又具有極強批判能力的年青人，他們在玻爾的領(lǐng)導(dǎo)下，使量子力學(xué)取得了長足的進(jìn)展。1926年6月，德國物理學(xué)家玻恩提出了波函數(shù)的統(tǒng)計解釋。這一解釋的主要精神是說由量子力學(xué)波動方程求解，只能得到運動過程一個確定的幾率，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，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日將在我國廣大地區(qū)上空出現(xiàn)，也可以算出幾十個世紀(jì)以后地球、月亮和太陽之間的精確位置等等。而現(xiàn)在玻恩宣布，我們對基本粒子的了解與經(jīng)典物理不同，我們只能知道某個粒子出現(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，德國另一位年輕的物理學(xué)家海森堡又提出著名的"測不準(zhǔn)原理"。這一原理是說人們不可能同時準(zhǔn)確地測定微觀粒子的位置和速度，也不能同時準(zhǔn)確地測定其能量和時間，如果位置（或能量）測得越精確，則速度（或時間）就測得越不精確。這和牛頓力學(xué)又是大相徑庭，在牛頓力學(xué)里人們是可以同時準(zhǔn)確地測定位置和速度、能量和時間的。 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，玻爾參加了這次國際物理學(xué)會議。會議上，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，都必然使得粒子和測量儀器間存在"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性和粒子性在同一實驗中表現(xiàn)出來，因而必然得出測不準(zhǔn)關(guān)系。這樣，粒子性和波動性，位置和速度，以及能量和時間這些概念是互相排斥的，但在描述同一微觀現(xiàn)象時，這些互斥的概念又是互相補充，缺一不可的。而且，只有它們互相補充，我們才能夠得到隱藏在實驗后面的完備的描述。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，相對論改變了空間和時間的觀念，現(xiàn)在量子論將改變傳統(tǒng)的因果概念；相對論指出同時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)與會者震驚、困擾、憤怒。有一些人極力反對玻爾的理論，另一些人則不習(xí)慣、不喜歡玻爾的解釋方式。 可惜這次會議愛因斯坦沒參加，大家都想聽聽這位最杰出的人對此有什么看法。他會反對玻爾的觀點嗎？ 緊接著于同年的十月，在比利時首府布魯塞爾舉行第五屆索爾維物理學(xué)會議。這次會議的主題是"電子和光子"，這是當(dāng)時涉及到物理學(xué)各個領(lǐng)域的一個重要問題。會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原理顯得不那么離經(jīng)叛道的折衷方法。 這次會議愛因斯坦和玻爾都參加了。參加會議的物理學(xué)家心情都非常激動，誰是誰非看來該有一個分曉了。玻爾講完了他的互補原理以后，愛因斯坦起來發(fā)言了。愛因斯坦在量子論早期的光量子階段，曾對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不準(zhǔn)原理，互補原理也不是一種可以接受的好理論。他說："這個理論的缺點在于：它一方面無法與波動概念發(fā)生更密切的聯(lián)系，另一方面又把基本物理過程的時間和空間拿來碰運氣。" 愛因斯坦的觀點一亮出來，會場立即象炸了鍋似的，不同國家的物理學(xué)家激動得顧不上用國際語言，就各用各的語言叫嚷著要發(fā)言。會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，只得跑到講臺上在黑板上寫了一句話："上帝真的使人們的語言混雜起來了！"正在叫嚷的物理學(xué)家見了這句話，哄堂大笑，第一次會議總算到此結(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，他使人類的語言混雜起來，彼此無法交流思想，結(jié)果使通天塔無法修建?，F(xiàn)在，各國物理學(xué)家都用各國語言叫嚷，不也會使他們想建成的新理論無法成功嗎！所以，大家都覺得自己太激動了，真有點可笑。 通過這次會議激烈的爭論，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，但愛因斯坦并沒有信服。盡管愛因斯坦在這次會上想出非常巧妙的思想實驗以揭露哥本哈根學(xué)派觀點的錯誤，但每次都被玻爾證明這些思想實驗其實是根本站不住腳的。玻爾非常成功地捍衛(wèi)了自己的觀點。 愛因斯坦堅持認(rèn)為："當(dāng)主要的描述方法還不完備時，當(dāng)然只能由此得出統(tǒng)計性的結(jié)果來，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。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)為用普通的言語來描述神的旨意時，還是小心一點為妙嗎？ " 三年之后，在布魯塞爾又舉行了第六屆索爾維物理學(xué)會議。玻爾早就料到上次會議的爭論將繼續(xù)下去。果然，會議一開始，愛因斯坦就又使出他的拿手好戲，設(shè)計了一個非常巧妙的思想實驗，力圖徹底摧毀測不準(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)鍵的測不準(zhǔn)原理如果能證明在單個事件中不成立，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名叫"光厘"的思想實驗。在這兒也許有必要簡單地解釋一下什么叫"思想實驗"。思想實驗又稱假想實驗或理想實驗，它不同于具體的實驗，它不是一種實踐活動，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，思想實驗不只一次擔(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"是一個假想的里面裝滿了輻射物質(zhì)的匣子，其一側(cè)有一個小洞，洞口有一塊擋板，一個機械鐘可以控制擋板的開關(guān)。當(dāng)某一時刻洞門打開，放出一個光子。愛因斯坦論證說，光子跑出匣子的時間可以精確測出來，而光子的能量可以簡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。 玻爾這一下可有點緊張了。愛因斯坦竟用他的相對論巧妙地批駁了整個玻爾的觀點。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，愛因斯坦的這個實驗究竟又在哪兒出了錯呢？玻爾毫不懷疑愛因斯坦是錯了，但是玻爾不知錯在哪兒，而天明后他就應(yīng)該回答愛因斯坦的挑戰(zhàn)。比利時物理學(xué)家羅森菲爾德后來回憶說："面對這一問題，玻爾感到十分震驚。他不能馬上找出這問題的答案。整個晚上的他都感到極度不快。他從一個人走向另一個人，企圖說服他們這情況不可能是真實的，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)也不會忘記這兩個對手在離開俱樂部時的身影。愛因斯坦，一個高高的莊嚴(yán)的形象，而玻爾則在他身旁快步走著，非常激動。他徒勞地辯護(hù)說，如果愛因斯坦的裝置能夠運轉(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。但在第二天的會議上，喜氣洋洋的玻爾又倒過來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論中的一個重要發(fā)現(xiàn)找到了愛因斯坦思想實驗中的錯誤。愛因斯坦在那個發(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，要在測量光子能量的同時準(zhǔn)確測量粒子跑出的時間是根本不可能的。這一反駁，實在是太妙了，結(jié)果使得愛因斯坦用來否定測不準(zhǔn)原理的"光匣"，倒變成了論證測不準(zhǔn)原理的理想實驗！ 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。玻爾后來曾回憶兩人在會議下面交談的情形說："他說，對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，在了解一個全新世界的規(guī)律時，我們不能過分信賴以往所熟悉的原理，無論這些原理具有何等的普遍性。" 在愛因斯坦看來，盡管量子理論的哥本哈根學(xué)派的解釋與經(jīng)驗事實相符，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。用概率語言表達(dá)的理論充其量也只能是暫時代替的理論。此后，由于愛因斯坦對被大多數(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，一個人弧獨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，甚至他最忠誠的朋友也無法驅(qū)散它。"玻爾對于無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，很有價值地激勵我們所有人來再度檢驗和原子現(xiàn)象的描述有關(guān)的形勢的各個方面"。 探索與實踐 哪個瓶子滾得快 兩個完全相同的玻璃瓶，一個裝滿沙，另一個裝滿水，放在同一斜面上滑下，哪個瓶子滾得比較快？動手試試，想想看，為什么？ 生活擴展 無處不在的彈簧 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)實驗用的彈簧秤、擴胸器的彈簧等都是螺旋彈簧。螺旋彈簧有長有短，有粗有細(xì)：擴胸器的彈簧就比彈簧秤的粗且長；在抽屜鎖里，彈簧又短又細(xì)，約幾毫米長；有一種用來緊固螺母的彈簧墊圈，只有一圈，在緊固螺絲螺母時都離不開它。螺旋彈簧在拉伸或壓縮時都要產(chǎn)生反抗外力作用的彈力，而且在彈性限度內(nèi)，形變越大，產(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。它們在彎曲時會產(chǎn)生恢復(fù)原來形狀的傾向，彎曲得越厲害，這種傾向越強。有的彈簧像蚊香那樣盤繞，例如，實驗室的電學(xué)測量儀表（電流計、電壓計）內(nèi)，機械鐘表中都安裝了這種彈簧。這種彈簧在被扭轉(zhuǎn)時也會產(chǎn)生恢復(fù)原來形狀的傾向，叫做扭簧。 　　形形色色的彈簧在不同場合下發(fā)揮著不同的功能： 1. 測量功能 　　我們知道，在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長（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)會發(fā)現(xiàn)，開關(guān)的兩個觸頭中，必然有一個觸頭裝有彈簧，以保證兩個觸頭緊密接觸，使導(dǎo)通良好。如果接觸不良，接觸處的電阻變大，電流通過時產(chǎn)生的熱量變大，嚴(yán)重的還會使接觸處的金屬熔化。卡口燈頭的兩個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，利用它彎曲形變時產(chǎn)生的彈力使磁頭與磁帶密切接觸。在釘書機中有一個長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推出，這樣，就能自動地將一個個釘推到最前面，直到釘全部用完為止。許多機器自動供料，自動步槍中的子彈自動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)來復(fù)位的。例如，許多建筑物大門的合頁上都裝了復(fù)位彈簧，人進(jìn)出后，門會自動復(fù)位。人們還利用這一功能制成了自動傘、自動鉛筆等用品，十分方便。此外，各種按鈕、按鍵也少不了復(fù)位彈簧。 4. 帶動功能 　　機械鐘表、發(fā)條玩具都是靠上緊發(fā)條帶動的。當(dāng)發(fā)條被上緊時，發(fā)條產(chǎn)生彎曲形變，存儲一定的彈性勢能。釋放后，彈性勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽ㄟ^傳動裝置帶動時、分、秒針或輪子轉(zhuǎn)動。在許多玩具槍中都裝有彈簧，彈簧被壓縮后具有勢能，扣動扳機，彈簧釋放，勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，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能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽茏矒舭l(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 　　在機車、汽車車架與車輪之間裝有彈簧，利用彈簧的彈性來減緩車輛的顛簸。 6. 振動發(fā)聲功能 　　當(dāng)空氣從口琴、手風(fēng)琴中的簧孔中流動時，沖擊簧片，簧片振動發(fā)出聲音。 第一章綜合能力提升與實踐 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 實驗與理論 知識園地——碩果累累（知識技能） 科學(xué)探究——其樂無窮（過程方法） 科學(xué)精神——永遠(yuǎn)高揚（情感態(tài)度與價值觀） 訓(xùn)練與回顧 生活在自然之中，我們每天都要面對許多與力、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為人類服務(wù)。 觀察思考（一） （a）夕陽西下 （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） 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） 面對神奇的物理現(xiàn)象，人們在迷茫、好奇、敬畏的同時，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)和實驗物理學(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)建了具有劃時代意義的經(jīng)典物理學(xué)體系。他發(fā)現(xiàn)日月星辰的運轉(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動三大定律。 他是 。 4、 如圖1-5，他被譽為20世紀(jì)杰出的物理學(xué)家。他認(rèn)為：當(dāng)物體的運動速度接近光速時，人們所熟悉的空間和時間等概念都會發(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） 前輩們在探索神奇的現(xiàn)象的過程中，逐漸發(fā)現(xiàn)蘊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動最一般的自然科學(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中會自動漂浮，這屬于 現(xiàn)象。 科學(xué)家們不僅為后人留下了知識的宮殿，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、制定計劃和設(shè)計實驗 4、 5、分析與論證 6、評估 7、 科學(xué)家們在科學(xué)探究的過程中，還為后人留下了永遠(yuǎn)高揚的科學(xué)精神。請根據(jù)下列文段中介紹的情況，填寫后面的空格。 圖1-7 1、面對羅馬教會的強權(quán)，哥白尼頑強地說自己終于推動了地球；伽利略堅持認(rèn)為地球在轉(zhuǎn)動。這體現(xiàn)了科學(xué)家們的實事求是、 、 、 的精神。 2、居里夫人（M.S.Cure,1867~1934），兩次獲得若貝爾獎。這些偉大的成功者皆源于她對真理的執(zhí)著追求，以及長期勤勤懇懇的努力工作。她和丈夫發(fā)現(xiàn)的“鐳”是在簡陋的棚屋里辛苦工作四年提煉出來的。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個難題的過程中，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 自己的錯誤觀點。 第一章《打開物理世界的大門》單元練習(xí) 長樂第七中學(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為人類服務(wù)。 （一）觀察思考： （a）夕陽西下 （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） 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： 面對神奇的物理現(xiàn)象，人們在迷茫、好奇、敬畏的同時，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)和實驗物理學(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)建了具有劃時代意義的經(jīng)典物理學(xué)體系。他發(fā)現(xiàn)日月星辰的運轉(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動三大定律。 他是 。 8、 如圖1-5，他被譽為20世紀(jì)杰出的物理學(xué)家。他認(rèn)為：當(dāng)物體的運動速度接近光速時，人們所熟悉的空間和時間等概念都會發(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： 前輩們在探索神奇的現(xiàn)象的過程中，逐漸發(fā)現(xiàn)蘊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動最一般的自然科學(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中會自動漂浮，這屬于 現(xiàn)象。 二、科學(xué)家們不僅為后人留下了知識的宮殿，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、制定計劃和設(shè)計實驗 4、 5、分析與論證 6、評估 7、 三、科學(xué)家們在科學(xué)探究的過程中，還為后人留下了永遠(yuǎn)高揚的科學(xué)精神。請根據(jù)下列文段中介紹的情況，填寫后面的空格。 圖1-7 1、面對羅馬教會的強權(quán)，哥白尼頑強地說自己終于推動了地球；伽利略堅持認(rèn)為地球在轉(zhuǎn)動。這體現(xiàn)了科學(xué)家們的實事求是、 、 、 的精神。 2、居里夫人（M.S.Cure,1867~1934），兩次獲得若貝爾獎。這些偉大的成功者皆源于她對真理的執(zhí)著追求，以及長期勤勤懇懇的努力工作。她和丈夫發(fā)現(xiàn)的“鐳”是在簡陋的棚屋里辛苦工作四年提煉出來的。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個難題的過程中，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 自己的錯誤觀點。 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)行實驗和收集證據(jù)、 交流與合作 1、 尊重客觀規(guī)律、不迷信權(quán)威、敢于堅持真理 2、 孜孜不倦、刻苦認(rèn)真、堅強自信 3、 合作與交流、修正或放棄