物理爱好者

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雷雨中的物理知识



沈森林



　　盛夏季节多雷雨，这是一种常见的自然现象。雷雨中也包含着很多的物理知识。








　　一、闪电是怎样形成的



　　大家有没有注意过，冬天晚上脱毛衣时，毛衣会由于摩擦起电而产生电火花?闪电就是云层中大量的正、负电荷产生的大规模的放电现象。






　　二、雷声是怎样产生的



　　声音是由于物体振动产生的，有声音一定有振动，雷声是放电引起的空气的剧烈振动产生的。



　　三、雷声为什么会连绵不断



　　雷声是通过空气传播的，声音在传播过程中会受到大山、高大建筑物及云层、地面的多次反射从而多次产生回声，连绵不断的雷声就是这样产生的。



　　四、为什么总是先看见闪电而后听到雷声



　　事实上闪电和雷声是同时产生的，这是因为光在空气中远比声音传播得快的缘故。



　　五、打雷时，地面上的物体为什么会遭雷击



　　通常情况下空气是绝缘体，闪电时，产生的电压高达上亿伏，空气在高电压作用下会发生电离而导电，所以，处在放电区的高大物体常常会遭到雷击。



　　六、树木遭雷击时为什么会炸开



　　树木遭雷击时，通过树木中的电流非常大，产生大量的热，使树木中的水分温度迅速升高而汽化，变成高温高压的水蒸气，气体膨胀做功，从而把树木炸开。从能的转化角度讲，这是电能转化为内能、内能又转化为机械能的过程。



　　七、雨是怎样形成的



　　冷、热空气交汇时，空气中的水蒸气发生液化，变成小水滴(或凝华成小冰晶)，这些小水滴越聚越大而下落，便形成了雨。



　　八、两滴下落时是怎样运动的



　　大家知道，大气层并不是均匀的，越往高处空气越稀薄。开始雨滴的重力大于阻力与浮力之和，受非平衡力作用，做加速直线运动。后来，随着雨滴的下落速度越来越快，它所受的阻力也越来越大，直至雨滴所受的浮力与阻力之和等于重力，雨滴受平衡力作用变为匀速下落。从能量的观点看，雨滴的动能先增大，后不变，势能则一直随高度的减小而减小。



　　九、夏天下雨前后为什么会更加闷热



　　这是因为下雨前后空气中的水分含量大，人体表面的汗水难以蒸发，所以感到更加闷热。



　　十、夏天雨过天晴，天空为什么有时会出现虹、霓



　　这是因为夏天气温高，水分蒸发快，因此雨后天空中充满了小水滴，太阳光入射到悬浮在大气中的水滴时，经它折射、色散和内反射(全反射)就会形成虹、霓。经两次折射、色散和一次内反射，被偏转的光线形成了虹；两次折射和两次内反射，被偏转的光线形成了霓。

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为什么古代士兵枕着箭筒睡觉？



山东省无棣职专　石金合



在古代战争中，为什么士兵要将箭筒放在地上睡觉？

众所周知，声音在固体中比在空气中传播快得多。在空气中声速约340米/秒，而声音在固体中传播速度1000多米每秒，夜间人耳从空气听到马队行军的马列蹄声一般不超过2000米，这样从大地中得知对方军队行军声音比从空气中传播不过快几秒的时间。这在古代战争中并不是士兵枕箭筒睡觉的主要原因。

士兵枕箭筒睡觉的原因，还要从箭筒和声音在大地中传播两点考虑。

一、马和士兵在路上行进时，人趴在地上比从空气中能听到行军声音的距离要远得多。笔者做过这样一个实验，取一根6米长的木头，甲在木头一端，乙在另一端，甲用手指轻敲木头，调整手指用力大小，使乙在另一端从空气中刚好能听到；这时如果乙趴下将耳朵贴近木头，甲仍按原来的力量敲打木头。甲听到的声音响度要比从空气中听到的声音响度要大得多。说明敲打固体产生的声音，直接从固体中传播比从空气中传播的距离要远，所以士兵通过大地可以听到从更远的地方传来的部队行军时的声音，这样士兵可以更早地发现敌人行军的行动。

二、从箭筒上分析。我们先来看声学实验中的音叉和共鸣箱，做声音共鸣实验时，将两个共鸣箱的口正对时实验效果最好，共鸣箱起收集声波的作用，我们的耳廓也是这个道理。我们再来分析古代的箭筒，它是用皮革制成，干燥后非常坚硬、结实，箭筒放在地上也起到了收集声波的作用。同一个声源在同一个地方发出声音，在距离声源适当的一个位置，枕在箭筒上比从空气中听到的声音要大。笔者曾做过这样一个实验，有两间单独的房子，中间有墙隔开，但该墙上没有门和窗。我们在这一间房子里，隔壁有人大声喧哗，我们在这边无法听清。如果取一瓷缸子，将底部紧贴在两间房间的墙壁上，耳朵凑近缸子口就能听清隔壁讲话的声音。说明缸子也起到了收集声波的作用。由此看来，士兵枕着箭筒睡觉，能听到从较远处传来的响声，能够及早发现敌情。

综上所述，古代士兵之所以枕着箭筒睡觉是因为能听到从较远的距离传来的部队行军时的声音，箭筒起到收集声波的作用，另外声音传播相同距离从大地中传播比从空气中传播要快。

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声在日常生活中的利用



河北省冀州市北漳淮乡北内漳学校　李同心



声音是人类获取信息的主要途径之一，声音传递给我们的不仅仅是语言信息，下面所介绍的是声在其它方面的一些应用及其原理。

1 辩析熟悉的来人

现象：和您朝夕相处的人在室外说话时，我们通过听声音就知道是哪位在说话。

原理：不同的人发出的声音音调、响度都有可能相同，但音色绝不会相同，因为不同的发声体发出的声音的音色一般不相同，由于非常熟悉，我们通过辩别音色就能分辩出哪位在说话。

2 听长短

现象：向暖水瓶中倒水时，听声音就能了解水是不是满了。

原理：不同长度的空气柱，振动发声时发声频率不同，空气柱越长，发出的音调越低；暖水瓶中水越多，空气柱就越短，发出的声音频率越高，音调也就越高，特别是水刚好倒满瞬间，音调会陡然升高，通过听声音的高低，我们就能判断出水已经倒满了。

3 挑选商品

现象：我们去商店买碗、瓷器时，我们用手或其它物品轻敲瓷器，通过声音就能判断瓷器的好环。

原理：有裂缝的碗、盆发出的声音的音色远比正常的瓷器差，通过音色这一点就能把坏的碗、盆挑选出来，当然实际还用辩别音调，观察形态等方法，但主要还是通过音色来辨别的。

4 测量距离

现象：前面如果有一建筑物或高山，对着高山大喊一声，用表测量发出声音到听到声音的时间，利用声速就可以测出我们与高山或高大建筑物理的距离。

原理：声音在传播过程中遇到障碍物被反射回来就产生了回声。

5 看病

现象一：听诊器

原理：人的体内有些器官发出的声音，如：心肺、气管、胃等发生病变时，器官发出的声音在某些特征上有所变化，医生通过听诊器能听出来，依此来诊断病情。

现象二：B超检查原理

原理：频率高于20000赫兹的声音称为超声波，超声波有一定的穿透性，医生用某些信号器产生超声波，向病人体内发射，同时接受内脏器官的反射波，通过仪器把反射波的频率、强度检测出来，并在电视屏幕上形成图像，为了判断病情提供了重要的依据，B超利用的是回声原理。

6 治病（传递能量）

现象：体外碎石

原理：人体的有些器官发生结石，如肾、胆等，最好的治疗措施就是用体外碎石机把体内结石击碎，变成粉未排出体外。体外碎石机利用的就是超声波，用超声波穿透人体引起的结石英钟激烈震荡，使之碎化。这主要利用了声波能传递能量的性质。

7 传递信息（监测灾情）

现象：通过监测次声波就可知道地震、台风的信息。

原理：次声波是频率低于20赫兹的声音，人类无法听到。一些自然灾害如地震、火山喷发、台风等都伴有次声波的产生；次声波在传播过程中减速很小，所以能传播的很远，通过监测传来的次声波就能获取某些自然灾害的信息。

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铅笔盒中的文具与物理实验

河北省冀州市北内漳学校　李同心

铅笔盒里文具一般有：直尺（塑料尺或钢皮尺）、铅笔（或细铅笔芯）、圆珠笔、钢笔、橡皮、三角板、圆规等。 不同的文具可以做不同的实验，同一文具可以做许多实验，下面举一些例子加以说明： （一）用直尺做实验 1．测物体的长度：这个实验做的较多，且方法比较简单，这里就不再介绍了。 2．有关声学方面的实验，可列表说明： 实验项目 实验方法 实验现象 实验结论 声音的产生 将直尺（钢皮尺）压紧在桌子上，一部分伸出桌面，用手拨动伸出桌外的一端，使直尺振动 直尺在振动时发出声音 声音是由于物体振动产生的 音调与频率的关系 改变直尺伸出桌面的长度，用手拨动伸出桌外的一端 振动快时，音调高；振动慢时，音调低 声音振动的频率高，音调高；频率低，音调低 响度与振幅的关系 保持直尺伸出桌面的长度不变，用大小不同的力拨动另一端 振动的幅度大时，人耳感觉到的声音大 声音振动幅度越大，响度越大 音色的概念 分别用钢皮尺和塑料尺进行实验 两次发出的声音的品质是不同的 音色反映的是声音的品质 3．有关电学方面的实验： ①带电体的性质：将塑料尺在头发上摩擦几下，再将塑料尺靠近纸屑，发现它能吸引纸屑。说明带电体能够吸引轻小物体。 ②导体和绝缘体：教师可以用钢皮尺和塑料尺做演示实验时，发现钢皮尺容易导电，而塑料尺不容易导电，继而得出导体和绝缘体的概念。 4．有关力学方面的实验： ①力的作用效果：用手握住直尺的一端，用力拉直尺的另一端，发现直尺变弯了。说明力能使物体发生形变。 ②密度的知识：拈一拈长短、形状相似的钢皮尺和塑料尺，发现钢皮尺较重。说明钢的密度比塑料的大。 ③杠杆的知识：让学生用直尺来撬铅笔盒（可用橡皮作支点）。能说明杠杆的支点、动力、阻力等要素以及有关的知识。 5．有关热学方面的实验： ①晶体和非晶体：教师在讲清概念后，让学生说出钢皮尺是由晶体钢制成的，而塑料尺是由非晶体塑料制成的。 ②改变物体的内能：让学生用钢皮尺在桌面上来回摩擦一段时间，再用手摸下被摩擦的一端，发现温度升高了，说明做功可以改变物体的内能。 （二）用铅笔做实验 1．导体和绝缘体：铅笔是由导体和绝缘体两部分组成的，也可以用实验加以验证。 2．有关摩擦知识：先让学生用手直接推铅笔盒，然后在铅笔盒下面放一些铅笔再推，发现第二次要比第一次省力。说明在相同情况下，滚动摩擦比滑动摩擦小得多。另外用铅笔写字时，笔尖与纸之间的摩擦是滑动摩擦；而用圆珠笔写时，笔尖与纸之间的摩擦是滚动摩擦。 3．决定电阻大小的因素：教师可用学生常用的铅笔芯（取长度和粗细不同的）代替电阻丝来做这个实验时。同样可以得到电阻的大小与导体的长度和横截面积有关。 4．测细铜丝的直径：将细铜丝密绕在铅笔上，测出几十匝细铜丝的长度，再算出细铜丝的直径。 （三）用铅笔盒做实验 1．物体的惯性：将一张纸条放在铅笔盒下，迅速抽动纸条，发现铅笔盒保持不动；或把一块橡皮竖直放在铅笔盒上，突然拉动铅笔盒，发现橡皮向后倒；或慢慢拉动铅笔盒一定的距离后突然停止，发现橡皮向前倒，这些都能说明有关惯性的知识。 2．物体的浮沉条件：将空的铅笔盒放在水里不会下沉，而将一把小刀放在水里会沉入水底，进而说明有关物体的浮沉条件。 （四）用其它文具做实验 如用圆规和直尺，可测量曲线的长度；钢笔吸墨水说明大气压的作用；铅笔盒里的工具中哪些是导体？哪些是绝缘体？钢皮尺、圆规等虽然形状不同，但它们都是由钢制成的，因而密度是相等的；新铅笔盒的底面可用作平面镜等等。 从上面例子看出，铅笔盒就是一个实验箱，许多实验所需的器材可以从中找到。通过实验，促进对知识的理解和运用，体会物理与生活的联系，进一步提高学生乐于探究生活中物理现象的兴趣。

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空气传声科学探究“三步曲”



湖北省荆门市沙洋县马良中学　刘昔清



在人教版八年级物理上册“声现象”的教学中，怎样激发学生的学习兴趣、培养学生的科学探究精神呢？本人从研究空气传声入手，设计了三个探索性的实验。通过实验使学生对空气能够传声获得了深刻的认识，并且向学生直观的展示了空气传声的过程，效果不错。下面我把这三个实验记录下来，希望能起到抛砖引玉的作用。

一、音叉实验猜想空气传声

在学生明确物体靠振动发声后，教师将甲乙两个频率相同的音叉放在实验台上，两音叉相距约25厘米，并让甲音叉的叉股接触用细线悬挂的乒乓球，用橡皮锤敲响乙音叉，乙音叉发声，同时看到甲音叉叉股将乒乓球弹起。这一实验现象直观的告诉学生，乙音叉将声音传给了甲音叉。声音是通过什么传过去的，老师可引导生提出猜想：可能是空气传过去的（因为两音叉之间充满空气）；也可能不是空气传过去的（因为我们并没看到空气传声的过程）。

二、抽真空实验验证空气传声

在两个猜想的基础上教师再设计一个实验，先在一个透明广口瓶中燃烧一小粒灭蚊灵（注意用镊子夹着灭蚊灵），使瓶内充进一些烟气，再用一带钢铃（钓鱼用炸弹钩铃铛）的橡皮塞将瓶口塞紧，手拿广口瓶摇动，学生可清楚的听到瓶中钢铃振动发出的声音。然后，用抽气机通过橡皮塞上的导气管向外抽瓶里的空气，抽气过程中，学生清楚地看到瓶内烟气逐渐减少，可见瓶内的空气也被抽走了。待瓶中烟气抽尽，瓶里也变的透明时，停止抽气，并堵住导气管，用手拿广口瓶摇动，让学生仔细听，结果学生怎么也听不到铃声了。手不停的摇瓶，同时松开导气管，听到“气”的一声，大气压使空气进入瓶中，同时听到了钢铃振动发出的声音。这一实验验证了钢铃的声音要靠空气传播，同时也证明了真空不能传声。

三、击鼓“吹”蜡烛展示空气传声

空气能够传声，但我们却看不到它传声的过程，空气是怎样传声的呢？在桌面点燃二只蜡烛，蜡烛静静的燃烧。拿来一面鼓，并将鼓面正对蜡焰，相距约8厘米，用锤轻敲鼓的另一面，可看见蜡焰晃动；连续重击鼓，可看见蜡焰巨烈晃动并熄灭。是什么力量使蜡焰熄灭的？没什么，是空气的振动。原来鼓面的振动引起周围空气的振动，就象在水中投入一粒石子会激起水波，发声体在空气中振动也会激起一种波，这就是空气的振动形成的声波。实验中蜡焰从晃动到熄灭，向学生直观的展示了抽象的声波。

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巧用塑料瓶做实验



江苏省靖江外国语学校　王正东



《物理课程标准》指出：“使用身边随手可得的物品，进行探究活动和各种实验，可以拉近物理学与生活的距离，让学生深切地感受到科学的真实性，感受到科学和社会、科学和日常生活的关系。另一方面，由于这些物品本来的用途并不是进行实验。这种做法本身就是一种创新。”当前，饮料种类层出不穷，而装饮料的塑料瓶回收率很低。因此，废弃的饮料瓶往往被人们随意丢弃，造成材料的浪费和环境的污染。塑料瓶是人们日常生活中用于装矿泉水和饮料等用，我们可以十分方便地指导和启发学生做很多的物理实验，其演示效果明显，为教学服务。

一、声学实验

1．声音的产生和空气能传声　在一只塑料瓶中放一些小纸屑，敲击塑料瓶，可以观察到瓶底的小纸屑跳动起来，而不敲击时发现瓶底的小纸屑并不跳动。说明声音是由于物体的振动而产生的。我们能听到声音，说明声音是通过空气传播的。

2．探究声音的音调　在几只相同的塑料瓶中装上不同深度的水，然后用嘴对着瓶中吹气，会发出音调高低不同的声音，从而可以说明音调跟频率的关系。

二、电学实验

1．绝缘体　用导线将电源、小灯泡、开关和塑料瓶连成串联电路，闭合开关后发现灯泡不发光，说明塑料是绝缘体。

2．摩擦起电　把一只小塑料瓶在头皮上反复摩擦几下，然后将其靠近一些小纸屑，发现小纸屑被吸引，说明用摩擦的方法可使物体带电，带电体能吸引轻小物体。

三、光学实验

1．光的折射　透过盛水塑料瓶，看书本上的字，会字变大了，这是光的折射现象。当然，学生在观察时还发现了其它一些独特的现象，收获很大。

2．光的直线传播　在一只塑料瓶中装入一定量的水，在其中加入适量的豆nai粉，拧紧瓶盖，充分摇匀，将激光笔发出的光透过瓶底，对着瓶盖照射，会看到光沿直线传播的光柱，效果明显。（此实验还可说明光能在液体中传播）

四、热学实验

探究白色和黑色物体吸热能力的强弱　用白纸和黑纸包住两个装满水的塑料瓶，在太阳光下照射相同的时间后，看看谁的温度升得高。温度升得越高，说明其吸收的热量就越多，其吸热能力就越强。

五、力学实验

1．力的作用效果与力的三要素　双手挤压塑料瓶，可以使瓶发生不同程度的凹陷变形，说明力可以使物体发生形变。如果施加的力越大，瓶子的形变程度也就越大，表明力的作用效果跟力的大小有关。用手推装满水的塑料瓶使其运动，说明力可以改变物体的运动状态。推力方向不同，塑料瓶运动的方向也不同，说明力的作用效果跟力的方向有关。将装满水的塑料瓶竖立在桌面上，用手指推瓶盖与瓶身，发现推瓶盖时瓶子更容易倾倒，说明力的作用效果跟力的作用点有关。

2．物体的惯性　用手将一塑料瓶扔出，离开手后瓶仍然继续朝前运动，说明物体具有惯性。将矿泉水瓶放倒在水平桌面上，向它的侧面吹气，它会很容易被吹的滚动起来。当将瓶中装满水再用同样的力吹它时，它却不容易被吹动。当用同样的力使它们滚动起来时，装满水的瓶子滚动的较远。这些现象说明：质量大的物体不容易改变运动状态，即质量大的物体惯性大。

3．物体受平衡力和非平衡力　将一塑料瓶静止在水平桌面上，此时瓶子受到重力与支持力这一对平衡力的作用。将一塑料瓶抛出后，瓶子最终落回地面，说明它受到重力的作用。瓶子在空中作曲线运动，说明它受到非平衡力作用时运动状态是改变的。

4．探究摩擦　用手抓住一塑料瓶，瓶子没有落下来，说明它受到竖直向上的静摩擦力。将一塑料瓶放在水平地面上，使其从同一位置分别向前滑动和滚动，比较两次运动中所用推力的大小。前者是滑动摩擦，后者是滚动摩擦，而且还可得出结论：“用滚动代替滑动可大大减小摩擦”。

5．探究压力的作用效果　将装有一半水的塑料瓶竖放在一块软海绵上，观察海绵的凹陷情况；再将塑料瓶内装满水，重新竖放在这块软海绵上，比较这两种情况中塑料瓶对海绵的作用效果，从而得出压力的作用效果跟压力的大小有关。把一装满水的塑料瓶分别竖放、倒放在海绵上，观察并比较海绵的凹陷情况，表明压力的作用效果跟受力面积有关。

6．探究液体压强　在一塑料瓶的瓶口包上一橡皮膜，将其瓶口压入水中，橡皮膜发生凹陷，说明液体内部存在压强。在塑料瓶的侧壁上的不同高度的地方扎三个小孔，再往瓶内倒水，比较水从孔中喷出的远近，最终得出液体压强跟深度有关，深度越大，压强越大。

7．体验大气压的存在　在一塑料瓶内装满水，用一张硬纸片紧压在瓶口，然后使瓶口朝下，发现硬纸片能托住水，有力地证明大气压的存在。也可将热水灌入塑料瓶摇晃几下，倒去热水后迅速拧紧瓶盖，用自来水冲瓶子，可观察到塑料瓶被压瘪，并伴有变形时产生的响声，也能说明大气压是存在的。

8．探究液体压强与流速的关系　在塑料瓶中装上适量的水，左手拿着一支吸管竖直插入瓶内水中，右手横拿着另一支吸管，将嘴对着横管的一端用力吹气，观察管内液面和管口的情况，从而得出“流体流动，流速越大的位置，压强越小”的结论。

9．力的作用是相互的　用手敲打塑料瓶，手感到较痛，说明力的作用是相互的。

10．探究浮力产生的原因　将塑料瓶的底部剪去，瓶口朝下，把乒乓球放入其中并落在瓶颈处，从上面倒水，直到水满后，乒乓球也不会浮起来，而只有用手从下面堵住瓶口时，乒乓球才会浮起来。从而说明浮力就是液体对浸在其中的物体向上与向下的压力差。

11．演示物体的浮沉条件　将矿泉水瓶装入适量的沙子，拧紧盖，放入水中，瓶可竖直下沉；通过调节装沙量的多少，可使瓶在水中竖直地漂浮或悬浮。

12．能量转化　把塑料瓶向高处抛，观察塑料瓶的高度和速度的变化，可演示动能与重力势能之间的能量转化。

随处可得的塑料瓶能做出如此多的实验，同学们在学习中兴趣一定很浓，其实可用塑料瓶做的实验还很多，例如可以替代烧杯、量筒、漏斗、溢水杯等实验器材，声音与能量、阿基米德原理的演示、潜水艇模型、土电话、喷泉、闭口浮沉子等的实验装置。生活中处处有物理，只要我们善于发现，细心观察，勤于思考，勇于实践，不断引导学生进行探究，充分利用身边可以利用的物品，让学生自己动手制作教具，不仅可以提高学生学习物理的长久兴趣，而且还可以培养学生的动手能力和创新精神，并使学生有意识的将物理知识应用到实践中，解决实际问题，真正体现新课标“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。

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听不懂自己







我们有这样的经验：听录音机放出的自己的声音总觉得不太像，而在别人听来都认为像，这是这么回事呢？

我们平时听到的声音，可以通过两条不同途径传入耳内。一条途径是通过空气，将声波的振动经过外耳、中耳一直传到内耳，最后被听觉神经感知。别人听你的话，你自己（还有别人）听从录音机放出的自己的录音，都是通过空气途径传入耳内的。对别人来说，直接听你讲话，或是听你的录音，由于都是听从空气里传来的声音，所以效果一样，即这两种声音是很像的。

另一条途径是通过骨头传播声音，这种方式叫“骨导”。我们平时听自己讲话，主要是靠骨导这种方式。从声带发出的振动经过牙齿、牙床、上下颌骨等骨头，传入我们的内耳。因此，对我们自己来说，听自己讲话是通过骨导方式听到的。由于空气和骨头是两种不同的传声没媒质，它们在传播同一声源发出的声音时，会产生不同的效果。因此，我们听上去就感到通过不同途径传来的声音的音色有差别，于是就觉得录音机里放出来的声音不像自己的声音。