物理爱好者

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噪声的作用







噪声一向为人们所厌恶。但是，随着现代科学技术的发展，人们也能利用噪声造福人类。

噪声除草


科学家发现，不同的植物对不同的噪声敏感程度不一样。根据这个道理，人们制造出噪声除草器。这种噪声除草器发出的噪声能使杂草的种子提前萌发，这样就可以在作物生长之前用药物除掉杂草，用“欲擒故纵”的妙策，保证作物的顺利生长。


噪声诊病


美妙、悦耳的音乐能治病，这已为大家所熟知。但噪声怎么能用于诊病呢？最近，科学家制成一种激光听力诊断装置，它由光源、噪声发生器和电脑测试器三部分组成。使用时，它先由微型噪声发生器产生微弱短促的噪声，振动耳膜，然后微型电脑就会根据回声，把耳膜功能的数据显示出来，供医生诊断。它测试迅速，不会损伤耳膜，没有痛感，特别适合儿童使用。此外，还可以用噪声测温法来探测人体的病灶。


有源消声


通常所采用的三种降噪措施，即在声源处降噪、在传播过程中降噪及在人耳处降噪，都是消极被动的。为了积极主动地消除噪声，人们发明了“有源消声”这一技术。它的原理是：所有的声音都由一定的频谱组成，如果可以找到一种声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，只是相位刚好相反（相差180°），就可以将这噪声完全抵消掉。关键就在于如何得到那抵消噪声的声音。实际采用的办法是：从噪声源本身着手，设法通过电子线路将原噪声的相位倒过来。由此看来，有源消声这一技术实际上是“以毒攻毒”。

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人体与物理



湖北省洪湖市教研室　朱道荣



你知道吗？我们人体就是一台充分运用物理知识装备起来的机器，它的许多部位或器官都是物理知识运用的体现。

眼睛

眼睛是人们观察世界的窗口。它是由在眼球前部凸出的坚韧的透明角膜、含有纤维胶质的透明囊状的晶状体、无色透明的水样液、视网膜及无色透明的胶状玻璃体构成的。它们的共同作用相当于一个凸透镜。从物体射进眼里的光线经过一个凸透镜折射后，在视网膜上形成倒立、缩小的实像，刺激分布在视网膜上的感光细胞，通过视神经传给大脑，于是我们就看见了物体。眼睛不仅能看见近处的物体，而且还能看清远处的物体，当物距改变时，它能靠改变晶状体表面的弯曲程度来改变眼睛这个凸透镜的焦距，因此，眼睛实际上是一种精巧的变焦系统。当然，眼睛这种调节焦距的调节功能是有限的。近视眼就不能仅靠自身的调节，而必须配以合适的凸透镜来帮助调节，从而达到看清周围物体的目的。

牙齿

人的牙齿早在母胎的第二个月就开始在胎儿的牙槽骨里生长，在婴儿出生后的七个月左右，开始有乳牙萌出，直至二周岁左右，二十只乳牙全部萌出。然而，就从母胎的第二个月开始，人的牙齿就有了细微的、明确的物理分工：（1）门牙又叫切牙，共有四对，它长得扁扁的，宽宽的，像一把刀，是专门用来咬断食物的，门牙的横截面外表很窄，好像刀口，用相同的力，能产生较大的压强，容易切断食物。（2）尖牙又叫犬牙，嘴角两边各有一对，像钩子一样，也能产生很大的压强，它的功能主要是撕碎食物。（3）磨牙又叫盘牙或臼牙。它长得特别粗壮，圆圆的，上面还有些凹凹沟沟，完全像磨豆浆用的磨子一样靠压强和磨擦把食物嚼碎磨细。无论是完整的还是撕碎的食物，最后都要经磨牙加工吞入食道。

耳朵

人耳是由外耳、中耳和内耳三个部分组成。外耳是由耳廓和外耳道组成。声音是由物体的振动而产生的一种声波，这种声波首先由喇叭状的耳廓收集进来。（有些动物的耳廓可以向各个方向转动，更有利于声波的收集，但人类耳廓上的肌肉已经退化了，所以不能活动。）

中耳包括鼓膜，鼓室和听小骨。鼓膜在外耳道的末端，是一片椭圆形的薄膜，厚仅0．1mm，当外耳的声波通过空气的振动传入时，使鼓膜振动，把声波转变成多种振动的“密码”，传向后面的鼓室。鼓室是一个能使声音变得柔和而动听的小腔，腔内有3块听小骨。听小骨能把鼓膜的振动传给内耳，传导过程还像放大器一样，把声音信号放大十倍，所以即使很轻微的声音人们也能听到。内耳是听觉神经最末梢的部分，中耳传来的声波，刺激听神经的末梢，使之兴奋，经过听神经传至大脑后，就能分辨出各种各样的声音。

皮肤

皮肤这个最大的器官是人体的第一道防线。表面积一般大约在1．4～1．6m2之间，其重量约占体重的6%左右。

皮肤由表皮、真皮和皮下脂肪层三部分组成。皮下脂肪层就好像是人体表面覆盖的一层棉被似的软垫，具有很好的弹性。当人体受到碰撞时，有缓冲作用，可以防止内脏和骨骼又受到外界的直接侵害。

皮肤最突出的物理作用是散热和保温作用。当外界温度升高时，皮肤的血管就扩张、充血，血液就带着体热通过皮肤向空气发散，同时汗腺也大量分泌汗液，通过汗液的蒸发带走体内多余的热量。当外界寒冷时，皮肤的血管就收缩，血量减少，皮肤温度降低，散热放慢，有助于体温保持恒定。

关节

关节是人体骨骼的重要连接方式和精密的连接结构，它是骨骼这一杠杆运动的巧妙支点。各块骨连接处的骨面（关节面）十分光滑，表面覆盖着透明软骨构成的关切软骨，以增强光洁度，减少摩擦。据说，两块关节软骨间的摩擦系数比滑冰时冰刀和冰的摩擦系数还小。

当然，不同部位的关节，功能不同，关节的结构也不完全相同，如肘关节是向内运动的，利于提拉重物，膝关节只能向后屈而不能前翻，同时使腿后蹬有力。

除以上器官外，人体内血压和心跳速率的关系，结构巧妙的换气站──肺和肺泡等器官，无处不体现着物理知识的运用。

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汉语成语与物理



湖北省洪湖市教研室　朱道荣



仔细研究某些汉语成语可以发现，有些汉语成语蕴涵着深刻的物理原理。在物理和语文课堂教学中相互渗透相关的知识，不仅可使课堂教学生动、活跃，大大地激发和培养学生的学习兴趣，而且有利于突破学科本位，淡化学科界限，强化知识渗透。下面就从物理学的角度例析有关的汉语成语。

1．关于力现象的汉语成语

1．1 刻舟求剑

《汉语成语词典》）（以下简称《词典》）中是这样解释的：据说从前楚国有一个人过江时把剑掉在水里，他在船沿上剑掉下去的地方刻了记号，等船停下后，他便从刻有记号的地方下水找剑，结果没有找到（见《吕氏春秋·察今》）。比喻拘泥固执，不知道随着情势的变化而变化。

从物理学的角度来分析：此人错选了参照物。因船相对剑是运动的，则船和剑的相对位置在不断地发生变化，则确定剑的位置应选择与剑的相对位置不变的物体为参照物，如岸上的石头、树木、花草等。

1．2 一泻千里

《词典》中是这样解释的：泻：水急速往下流。本指江河水势汹涌，奔腾直下，后比喻文笔流畅，气势奔放。

从物理学的角度来分析：动能和势能可以相互转化，当相对高度越高时，水落到低处转化为的动能越多，动能越多，则速度越大。所以“江河水势汹涌、奔腾直下”的解释突出了江水的流速大。

1．3 沉李浮瓜

《词典》中是这样解释的：三国·魏·曹丕《朝歌令吴质书》：“浮甘瓜于清泉，沉朱李于寒水。”指暑天把瓜、李等放在冷水中浸凉后食用。也指暑天在冷水中浸凉后食用的瓜果。

从物理学的角度来分析：为什么不说“沉瓜浮李”呢？因为这种说法违背了客观规律。大家知道，一般瓜类如东瓜、南瓜等内部都有空心部分，正因如此，其重比同体积的水要轻，全部浸没在水中时，F浮＞G瓜，即瓜类均要上浮。而李子、桃子等果实内均有核仁，因此把它们放入水中时F浮＜G瓜，会下沉于水底。因此古人说：“瓜浮李沉”而不说“瓜沉李浮”。

1．4 一发千钧

《词典》中是这样解释的：钧：古代以三十斤为一钧，一根头发吊着千钧重物，比喻形式十分危急。

从物理学的角度来分析：一根头发所承受的最大平均拉力只不过1．72牛顿。而1钧（即三十斤）的力相当于150牛顿，1千钧即1．5×105牛顿。很显然这里用了夸张的手法，这种情况怎么能不危急呢？

1．5 随波逐流

《词典》中是这样解释的：随波浪而起伏，随流水而漂荡，比喻跟着别人行动。

从物理学的角度来分析：波是由振动产生的，波传播的是能量和振动形式。如果水不流动时，那么漂浮在水面的漂浮物会随着波浪在原来位置上下振动。如果水是流动的，则漂浮物除振动外，还随着水一起水平流动。即漂浮物既作上下振动，又作水平移动。随波逐流十分准确地描述了这种运动情况。

2．关于热现象的汉语成语

2．1 扬汤止沸

《词典》中是这样解释的：汤：开水。反复从锅中舀起开水又倒回去，试图制止水的沸腾。比喻解决问题的办法不彻底，不能从根本上解决问题。

从物理学的角度来分析：把开水舀起来再倒回去，可以增加水的表面积，从而加快了水的蒸发速度。而蒸发是需要吸热的，由此而降低了温度，可以暂时缓解水的沸腾。但不能解决根本问题。

2．2 釜底抽薪

《词典》中是这样解释的：釜：锅。薪：柴草。把锅底的柴火抽掉。比喻从根本上解决问题。与扬汤止沸是反义词。

从物理学的角度来分析：水沸腾是要吸热的。如果把锅底的柴火抽掉，也就停止了给水加热，不能从外界吸收热量，水的沸腾就会马上停止。

2．3 抱雪向火

《词典》中是这样解释的：向火：指烤火。抱着雪烤火，当然不会暖和。比喻所做的事和所要达到的目的相反，即使费力、也不会有好结果。

从物理学的角度来分析：向火的目的是人体取暖，即吸收热量。而抱着雪向火，雪不仅会从火源处吸收热量，还会从人体中吸收热量。这样人体不仅不能吸收热量，反而要放出热量。事以愿违，南辕北辙。

2．4 冰冻三尺，非一日之寒

《词典》中是这样解释的：冰冻三尺，不是一天的寒冷所凝成的。比喻事情由来已久，不是一朝一夕所形成的。

从物理学的角度来分析：水在0℃以下就会结冰。水在结冰的过程中要放热。冰冻三尺必须是长时间的低温环境，使大量的水或冰放热，形成大量的低温的冰。

3．关于声现象的汉语成语

3．1 掩耳盗铃

《词典》中是这样解释的：掩：捂。捂住自己的耳朵去偷盗铃铛。《吕氏春秋·自知》记载：有一个人想把一口钟偷回家，但那口钟太大，背不动。于是他就把那口钟砸烂，钟发出了响声，他怕别人听见，就用手把耳朵捂住。人们称此为“掩耳盗钟”。后世多说“掩耳盗铃”。比喻自欺欺人。

从物理学的角度来分析：减少噪声的途径有三条：一是从声源处减弱；二是在传播途径中减弱；三是在人耳处减弱。这个偷铃的人只注意到了在人耳处，且是在自己耳朵处减弱。这样做，别人照样可以听到铃声。很显然，是自欺欺人。

3．2 夜深人静

《词典》中是这样解释的：深夜了，人们都安静下来进入了梦乡。

从物理学的角度来分析：深夜，工厂没有机器的轰隆声，农村没有鸡、狗、猫、鸭等各种动物的鸣叫声，也听不到人们大声的喧哗声。此时处在30dB～40dB的较理想休息和睡眠的安静环境中，真可谓万籁俱寂。

3．3．震耳欲聋

《词典》中是这样解释的：震得人的耳朵都要聋了。形容声音特别大。

从物理学的角度来分析：30dB～40dB是较理想的安静环境，超过50dB就会影响睡眠和休息；70dB以上会干扰谈话，影响工作效率。长期生活在90dB以上的噪声环境，会严重影响听力并引起神经衰弱、头疼、血压升高等疾病。如果突然暴露在高达150dB的噪声环境中，听觉器官会发生急剧外伤，引起鼓膜破裂出血，双耳完全失去听力。“震耳欲聋”的噪声环境当然就是130dB～150dB。为了保护听力，应控制噪声不超过90dB。

4．关于光现象的汉语成语

4．1 漆黑一团

《词典》中是这样解释的：形容非常黑暗，没有一点光明。也形容糊里糊涂，一无所知。

从物理学的角度来分析：健康的眼睛能看到物体的条件是有光线射到人的眼睛，这些光线有的是光源本身发出来的光；有的是物体把日光、月光、灯光等环境光反射后射到人的眼睛，不管是哪种情况，人眼把射来的光线反向延长后即得到光源或物体的位置。如果是什么东西也看不到，当然就是漆黑一团。

4．2 一叶障目

《词典》中是这样解释的：一片树叶挡住了眼睛。比喻目光短浅，为局部或暂时的现象所迷惑。

从物理学的角度来分析：光是沿直线传播的。树叶是不透明的物体，光线射到树叶上发生反射，不能射到人的眼睛里去，因此，人眼不能看到远处的物体。

4．3 镜花水月

《词典》中是这样解释的：镜中花朵，水中月亮。①比喻可望而不可及的虚幻景象。②也比喻诗文中空灵的意境。

从物理学的角度来分析：镜中的花和水中的月都体现了平面镜成像的物理原理。平面镜成的像都是虚像，因此在镜中看到的花在水中看到的月都是虚像。

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沈括与《梦溪笔谈》



顾达天



　　沈括，字存中，浙江钱塘（今杭州）人，生于公元1031年。是我国历史上一位卓越的科学家。

　　沈括自幼勤奋好学，在其母指导下，十四岁就读完了家中的藏书。其父沈周曾在现今的镇江、泉州、简阳、开封等地为官，少年时代的沈括随其父走南闯北，增长了许多见识。

　　沈括于1051年11月任沭阳（今江苏沐阳）主簿，1063年考中进士，不久升为太史令。熙宁年间积极参与王安石变法运动，受到王安石的信用和器重。1072年兼任提举司天监，大部分时间在开封研究天文，改革历法。次年做集贤院校理。因职务上的便利条件，使他有机会读到了更多的皇家藏书，充实了自己的学识。以后他还担任过许多重要官职。1082年西夏攻永乐（今陕西米脂县西）、绥德（今陕西绥德）二城，沈括奉命力保绥德，因永乐失守，连累坐贬，调为均州团练副使，实际上被软禁。1085年哲宗即位大赦，恢复自由。1088年退居润州（今江苏镇江），筑梦溪园，汇集平生见闻，撰写了《梦溪笔谈》。约于1095年病卒，终年64岁。

　　沈括学识渊博，成就卓著，在天文、地学、数学、物理、化学、生物、医药以及水利、军事、文学、音乐等许多领域都有精湛的研究和独到的见解。他一生撰书多种，据《宋史·艺文志》载，其著述有22种155卷，但据《梦溪笔谈》和宋代诸家书目，此外尚有18种。现在尚存的只有《梦溪笔谈》26卷、《补笔谈》3卷、《续笔谈》1卷、《长兴集》残存本19卷和《苏沈良方》中的一部分沈括医方，其他均已失传。

　　《梦溪笔谈》是以笔记体裁形式写成的科学典籍，全书总计30卷，分成17类，609条，10几万字。内容涉及天文、历法、气象、数学、地质、地理、物理、化学、医药、生物、建筑、冶金、文学、史学、音乐、艺术及财政、经济等等，可以说是一部集前代科学成就之大成的光辉巨著。因此，倍受中外学者的高度评价和推崇，被誉为“中国科学史上的坐标”。在世界科学史上都享有很高的声誉。

　　沈括的物理知识是多方面的，其研究成果也是极其丰富而珍贵的。《梦溪笔谈》中涉及力学、光学、磁学、声学等领域。特别在磁学方面研究成果尤为卓著。他最早记载了人工磁化的一种简便方法，即“以磁石磨针锋”，造指南针。是世界历史上第一个指出地磁场存在磁偏角的人，即磁针所指“常微偏东，不全南也”。西方的这一发现要比沈括的发现晚400年。关于磁针的装置法进行了详细的讨论，即水浮法、指甲旋定法、碗沿旋定法和单根蚕丝悬挂的缕悬法，最后指出用丝线悬挂的方法最好。

　　在光学方面，对针孔成像和球面镜成像规律作了仔细研究，并作了通俗生动的论述，力图进行理性的概括。他提出了“碍”的概念，指出“阳燧（凹面镜）照物皆倒，中间有碍故也。……窗隙中楼塔之间，中间为窗所束，亦皆倒悬，与阳燧一也”。这里的“碍”是指某种特殊的几何点，例如小孔成像的孔、凹面镜的焦点或曲率中心。他所记载的“红光验尸”法指出，当尸体的伤痕不易发现时，可在中午用新的红油伞罩在用水浇了的尸体上，则伤痕可见，这是由于红油伞实际起了滤光器的作用，尸体伤痕的青紫处，在红光下比在白光下看得清晰。另外，他对古代透光镜也作过比较合理的解释。

　　在声学方面，用纸人显示声音的共振，是沈括的一个发明。古代的琴（或瑟）上，都有宫、商、角、徵、羽、少宫等弦，其少宫、少商分别比官、商高八度音。他剪了一个纸人放在少宫或少商弦上，弹动宫弦或商弦时，在相应的少宫或少商弦上的纸人就会跳动起来，而弹其他弦时，纸人则不动。用两只琴（或瑟），将纸人放在一只琴的弦上，弹动另一只琴时，相应的弦上的纸人就会跳动。沈括将这种情形统称为“应声”，并指出这是正常的规律。沈括在声学上还提出了“虚能纳声”的见解，即将牛革箭袋放在地上当枕头，“附地枕之，数里内人马声，则皆闻之”。从现代物理学观点看来，这是由于地面下传来的声波能量衰减小，而箭袋的空腔起了集声作用的缘故。此外，他还研究了古乐钟的发声、古琴的制作和传声等。

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人耳听声的过程

顾达天

正常耳的传声途径是：经外耳道而来的声波作用于鼓膜（图2－4），经听骨链传入耳蜗。鼓膜是界于外耳道与中耳之间的薄膜，其外形如椭圆形浅漏斗，厚度大约为0．1毫米，总面积约85平方毫米，中央最凹处为鼓膜脐，内表面与中耳鼓室内的锤骨柄相连。声波使鼓膜振动，并由人体最小的三块骨头──锤骨、砧骨、镫骨组成的听骨链把振动传入内耳的耳蜗。整个耳蜗是一有骨质外壳卷曲呈蜗牛状的结构，内中充满淋巴液，有两个窗开向鼓室，称为卵窗、圆窗，窗上均有薄膜覆盖，其中卵窗膜与听骨链的镫骨底板连在一起。当听骨链推动卵窗膜产生振动时，声波便开始在耳蜗内的淋巴液介质中传播，耳蜗内有毛细胞（感受细胞）与听觉神经连接在一起，听觉神经则按部就班地受到从耳蜗淋巴液中传来的声波的激励，引起神经脉冲，它们携带有关声音的信息，顺序传至各级听觉中枢，经过处理和分析，最后产生反映声音各种复杂特性的听觉。

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声速的应用



顾达天



　　声速的应用领域极其广阔，声速不仅在声学研究的自身方面是一个重要的基本参量，还在许多学科中得以应用。在实用技术方面的应用，更是多种多样。例如，海啸是一种破坏性极大的自然灾害，现在人们已经掌握了利用水声的方法进行预报工作。当海底地震产生海啸的巨浪时，水下也会随之产生很大的声音。在海水中声音传播的速度是1500米／秒，这个速度要比波浪前进的速度快得多。人们在海岸边设有海啸预报站，通过置于海中的水听器（一种能接受声波的装置）收到传来的声音，再核对地震台和海上船只送来的情报，就可以在海啸到来之前数小时通知沿岸居民和海上船只，使他们及早避开以减少损失。

　　目前，台风的生成和动向，人们主要是通过气象卫星、飞机、气象雷达进行预测、预报。当台风形成后，台风中心海域波浪滔天，在水下也会产生很强的噪声，如果在深海区的边缘，安放许多水听器，也可以提前收到台风中心的海浪噪声，并且利用声速走出它的位置，这对预报台风来说，也是一种简便可靠的方法。

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噪声污染



谢利民



　　随着近代工业的发展，环境污染也随着产生，噪声污染就是环境污染的一种，已经成为对人类的一大危害。

　　噪声对人的影响和危害跟噪声的强弱程度有直接关系。在建筑物中，为了减小噪声而采取的措施主要是隔声和吸声。隔声就是将声源隔离，防止声源产生的噪声向室内传播。在马路两旁种树，对两侧住宅就可以起到隔声作用。在建筑物中将多层密实材料用多孔材料分隔而做成的夹层结构，也会起到很好的隔声效果。为消除噪声，常用的吸声材料主要是多孔吸声材料，如玻璃棉、矿棉、膨胀珍珠岩、穿孔吸声板等。材料的吸声性能决定于它的粗糙性、柔性、多孔性等因素。另外，建筑物周围的草坪、树木等也都是很好的吸声材料，所以我们种植花草树木，不仅美化了我们生活和学习的环境，同时也防治了噪声对环境的污染。