第四辑 物理（2）

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    知识点：热气、鼓风机、无动力、操纵

    为什么不能用啤酒杯喝开水

    用来喝啤酒的大口玻璃杯，杯身厚实，倒入啤酒后，黄色的啤酒与透明的杯子相映生辉，煞是好看，喝酒时鼻子紧贴杯口，可以嗅到啤酒花的清香。但你用它来喝开水，结果就会发生意想不到的事情——啤酒杯炸裂了。为什么普通的薄玻璃杯不易炸裂，而厚厚的啤酒杯却会炸裂呢?

    实际上，问题正出在啤酒杯厚厚的杯壁上。因为玻璃是热的不良导体，若往杯里倒开水，则杯子的内壁受热即刻膨胀，而壁较厚的杯子，热量一下子不能传到外壁，外壁一时还未膨胀，这时，由于应力的作用，杯子便会炸裂；而薄的玻璃杯，倒人开水后，热量几乎同时传递到玻璃杯的外壁，使内外壁温度很快达到平衡而同时膨胀，应力小，就不易炸裂。所以，我们不能用啤酒杯或罐头瓶来喝开水，它们很容易炸裂。同时，我们在商店挑选玻璃杯时，也应注意挑选那些杯壁和杯底较薄的杯子，它们相对于较厚的杯子来讲，比较不易炸裂。

    当然，即使是较薄的杯子，由于各部分受热不均匀或内部结构缺陷，也有炸裂的可能，特别是在寒冷的冬天。为了避免这种事故的发生，可以采用以下的办法：在杯子中放入一把金属汤匙，倒入开水时，会把一部分热量传给金属汤匙，使开水的温度降低，这样就可以使杯子里受热不均匀的情况得到缓和；也可以先在杯中倒入少许热水，并倾斜杯子使水在杯子里晃一晃，这样可以使杯子预热，再倒入大量沸水时，由于杯子各处已均匀受热，所以就不会炸裂了。

    知识点：炸裂、杯壁、导体、结构

    为什么冬天会感觉铁比木头冷

    我们都会有这样的经验，冬天，我们用手去摸铁和木头，会感觉到铁制物品比木制物品冷得多。为什么会产生这样的感觉呢?你可能会说：因为它们的温度不同嘛!

    果真如此吗?让我们用温度计来测量一下铁制物品和木制物品的温度，温度计的读数告诉我们，二者的温度完全相同。

    原来，这是因为铁传热比木头要快得多，物体传热能力高低与这种物质的导热系数有关，导热系数高的物质传热快，导热系数低的物质传热慢。铁比木头的导热系数高，也就是说，铁传热的速度要比木头传热速度快得多。

    冬天，我们摸着铁制物品时，由于铁的传热能力强，我们手上的热量很快就传到铁制物品上了；而摸着木制物品时，由于木头的传热能力差，手上的热量传走得慢。所以，我们会感觉铁比木头冷得多。

    原来，我们感觉到铁比木头冷得多，是由于手上的热量传递到铁上更快的缘故，并不是因为铁和木头的温度不一样。

    也正是由于导热能力的不同，在夏天情况刚好与冬天相反，当周围温度比人体温高时，因为铁传热快，铁制物品的温度很快会传导到手上，所以在夏天时会感觉铁比木头热得多。

    知识点：温度、传热、导热系数

    哈哈镜为什么会使人变形

    哈哈镜跟我们日常用的镜子不同。我们习惯的镜子，镜面很平，照在镜子里的像不会变形，大小比例也不会变。但是照哈哈镜就不同了，我们会变得又高又瘦或又矮又胖等各种各样奇异的图像，非常可笑。人们见到自己变成这个模样，都会忍不住地哈哈大笑，由此，人们将这种镜子叫做哈哈镜。

    哈哈镜的镜面不是平面的而是曲面的，有的哈哈镜的镜面还是波浪形的，有的商场里的又高又粗的柱面镜也可以看做是一种哈哈镜。

    当我们站在商场中的这种柱面镜前，会看到自己变得又高又瘦。那么这种图像是怎样形成的呢?我们可以试想一下，通过镜面上任意一点，作两个互相垂直的截面。一个截面通过圆柱轴线，是竖直的；另一个截面是水平方向的。这样，前一个截面在镜面上得到一条垂线，后一个截面在镜面上得到一个圆。

    这样，在镜子的垂直方向的成像规律相当于一个平面镜，而在水平方向上相当于一个球面凸镜。平面镜能形成一个等大正立的虚像，凸镜则能形成一个正立的缩小的虚像。这样，在镜子里你的像，身体宽度缩小了，但高度没有变，就好像被挤瘦了。

    其他的哈哈镜，都可以认为它们的镜面是柱面的一部分。如放倒的柱形柱面镜，我们看到的像正好与前面的相反，是又矮又胖。道理与刚才的一样，只不过水平方向相当于平面镜，而竖直方向相当于球面凸镜的成像规律。

    照那种曲面的哈哈镜时，凸出来的部分相当凸面镜，照出来的像是正立缩小的。凹下去的部分相当凹面镜，人站得较近的时候；照出来的像是正立放大的；若离得较远时，是倒立缩小的。在哈哈镜上，人像的正常比例受到破坏，就会出现了一个可笑的形象，人们就会忍俊(jùn)不禁。

    知识点：图象、镜面、曲面、凸面、凹面

    为什么人在看东西时会觉得

    近处的东西大，而远处的东西小呢

    同样高的树木，在人眼看来近处的大而远处的小，远处的高楼看起来比眼前的二层楼还低，你知道这是为什么吗?

    原来，人眼睛的水晶体就像一个凸透镜，视网膜相当于像面。若想看清某一物体，就必须使它的像落在视网膜上。从人眼瞳孔中心对物体的张角叫做视角，视角的大小决定视网膜上物体的像的大小。同样高的两棵树，离眼睛近的那棵树，它的视角比远处那棵树的视角大，在视网膜上近处的树的像就会比远处的树的像大，因此，近处的树看起来比远处的大。

    但是，当物体离得太近或太远的话，人眼也会看不清的。这是由于人看东西是要靠眼睛的水晶体的调节，而水晶体的调节也是有限度的。当眼睛里的肌肉完全放松时，水晶体的两个曲面的曲率半径最大，这时若远处物体能在视网膜上成像，这个物体到眼睛的距离就被称为远点。如果物体在远点之外，人眼就看不清了。当物体接近人眼时,为了能看清物体，人眼必需调节水晶体，挤压水晶体使水晶体曲率半径变小，以使物体能在视网膜上成像。当物体拉近到一定距离时，曲率半径已不可能再变小，此时该物体到眼睛的距离就被称为近点。若物体到眼睛的距离比近点还短时，人眼也会看不清该物体了。

    由于人在视物时会有近大远小的效果，所以西洋画家在绘画中发展了“透视”画法，在画面中，将近处的人和物体画得较大，而将远处的人和物体画得较小，这样做，可以较为逼真地反映出观察者的主观视像，从而在二维平面上画出三维立体景象。

    知识点：眼睛、水晶体、视网膜、视角、透视

    为什么汽车的雾灯要用黄色光

    大雾弥漫的天气，驾驶车辆在道路上行驶很不安全，于是驾驶员都打开车头上设置的雾灯。雾灯是黄色的，它能透过浓雾，照亮前方道路，并且标明自己所在的位置，避免与迎面而来的行人、车辆发生碰撞。

    雾灯不用醒目的红光而用黄光是有科学道理的。雾灯的光必须要有散射的作用，使照射出去的光尽可能向前方散布开来，使迎面来的车辆和行人既看清目标又不刺眼。光有一个特性，波长越短的光，越容易被散射。黄光的波长比红光的波长短三分之一，散射强度是红光的五倍。由此可见，采用黄光作为汽车雾灯的光色，比用红光效率高的多得多。

    黄光不仅用在汽车雾灯上，日常生活中也能看到它的特殊应用。例如城市道路的十字路口，深更半夜，交通指挥灯停开了，而路中央有一盏黄灯一闪一闪地发出光芒，使驾驶员在很远的地方就能发现，以便及时降低车速，安全驶过路口。

    那么比黄光波长更短的绿光、蓝光和紫光为什么不用呢？绿光已被公认为“允许许通行”和“安全”等的标志光，常见的就有城市道路上的交通灯、铁路用的号志灯和公共场所出口标志灯等；蓝光和紫光的光色不够明亮，而且与自然环境傍晚、黎明或阴雨天的天空颜色十分接近。既然它们有这样那样的不足之处，就选择了散射性能比它们稍差一些的黄光作为汽车雾灯的灯光颜色。

    知识点：散射、绿光、紫光、性能

    为什么修筑在山上的公路都是弯弯曲曲的

    汽车要从山脚往上开，不可能笔直地开上去，总是沿着弯弯曲曲的盘山公路盘旋而上。这样，汽车开起来不仅比较安全，而且更加省力。

    我们都有这样的生活经验：走路或骑自行车从低处往高处走，比在平地上吃力；爬陡的斜坡，又要比爬坡度小的斜坡费劲。所以，在爬斜斜坡时，人们总是想办法将斜坡的坡度变得小些。对于一定高度的斜坡来说，斜坡的斜面越长，坡度就越小。因此，人们往往利用长斜面的方法来减小坡度，达到省力的目的。

    比如，推着装重物的车子上坡时，如果是笔直地往上推，人会觉得很吃力。而有经验的人，往往是弯来弯去沿着S形向上推。这样，虽然多走了一些路，但可以少花很多力气。沿S形上坡，就是使和斜面变长，坡度变小。

    还有一个例子，在高大的桥梁两端，都有长长的引桥，有时候，还将引桥造成螺旋形。这都是为了减小桥的坡度，而将桥面伸长。

    知识点：坡度、长斜坡、省力

    为什么不弯腿就跳不起来

    如果有人问你，能不能不弯腿就跳起来，你可能一下子答不上来。那么现在就试一试吧。你会发现不弯腿根本跳不起来，浑身的劲就像没处使似的。这是什么道理呢？

    因为，在一般情况下，物体的运动都是遵循一定的客观规律，这就是牛顿定律。其中牛顿第三定律告诉我们：物体甲给物体乙一个作用力时，物体乙必须同时给物体甲一个反作用力，作用力和反作用力大小相等，方向相反，且在同一条直线上。比如拍手的时候，右手给右手一个力，左手同时也给右手一个力；桌上放一本书，书对桌面有一个压力，同时，桌面对书也会产生一个支持力。它们都是作用力和反作用力。

    我们要从地面上跳起来，必须要使地面对我们有一个作用力。怎样才能使地面对我们施加作用力呢？这就得先要我们对地面有个作用力。我们弯腿、下蹲，然后向上跳，就是在调整腿部肌肉，使肌肉收缩对地面施加力，这样，地面就会同时对我们产生向上的反作用力，借助这个反作用力我们就跳起来了。腿部肌肉对地面的作用力越大，地面对我们的反作用力也越大，因此就跳得越高。如果不弯腿，腿部肌肉无法对地面产生作用力，地面也不会对我们产生反作用力，所以跳不起来。

    知识点：弯腿、运动、规律、作用力、反作用力

    远处的钟声，为什么在夜晚和

    清晨听起来比白天更清楚

    许多大城市都矗立着巨大的时钟，悠扬的钟声，向周围的人们准确地报告着时间。

    你若细心就会发现：夜晚和清晨，钟声听上去很清楚，一到白天，钟声听起来就不太清楚了，有时甚至听不见。有人可能会说：这是因为夜晚和清晨的环境安静，而白天声音嘈杂。

    这样的解释，只说对一部分，并不完全。另一个重要原因是声音会“拐弯”。

    声音是靠着空气来传播的。它在温度均匀的空气里，是笔直地往前跑；一碰到空气的温度有高有低时，它就尽拣温度低的地方走，于是声音就“拐弯”了。

    白天，太阳把地面晒热了，接近地面的空气温度远比空中高，钟声发出以后，走不多远就往上拐到温度较低的空中去了。因此在一定距离以外的地面上，钟声听起来就不清楚，再远一点，人们就听不见钟声了。夜晚和清晨，空气的冷热情况正好相反，接近地面的气温比空中低，钟声传出以后，就顺着温度较低的地面推进，于是，人们在很远以外也能清晰地听到钟声。看来，“夜半钟声到客船”还真有点科学道理哩！

    声音的这种脾气，会造成一些有趣的现象。在炎热的沙漠里，地面附近的温度极高，如果在50-60米以外有人在大声呼喊，只能看见他的嘴在动，却听不到声音，这是由于喊声发出后，很快被拐到高空中去了。相反，在冰天雪地里地面附近的温度比空中低，声音全都沿着地面传播，因此人们大声呼叫时，能传播得远，甚至在1000-2000米以外也能听见。

    有时，由于接近地面的空气温度忽高忽低，声音也会跟着拐上拐下，往往造成一些较近区域听不到声音，更远的地方反而能听到声音。1815年6月，在著名的滑铁卢铁役中，战斗打响以后，部署在战场25千米处的格鲁希军团竟无一人听到炮声，因此没能按作战计划及时赶来支援拿破仑。而在更远的地方，隆隆的炮声却清晰可闻。声音的传播性质竟影响到一个战役的胜败。

    知识点：声音、空气、温度

    为什么有的温度计里装酒精，有的装水银

    温度计是用来测量温度的仪器。常用的温度计有水银温度计和酒精温度计。水银和酒精作为组成温度计的主要部件，被称为测温物质。测温物质能够用来测量温度，是因为它具有热胀冷缩的特点。随着温度的升高，水银和酒精的体积会明显地膨胀，在温度计中看到的就是水银柱或酒精柱的高度上升，这样，只要刻上适当的刻度，人们就可以读出相应的温度。

    为了使温度计有更大的实用价值，测温物质应该具备两大特性：一是随温度变化而改变体积必须很灵敏，以至于可以测量细小的温度变化；二是低温测量温度时，测温物质不能凝固成固体，反之，在高温下，测温物质也不能变成气体，否则，就无法用来测量温度。

    对于同样质量的水银和酒精，如果分别使它们的温度升高1℃，通过实验发现，酒精吸收的热量比水银吸收的热量大得多，前者大约是后者的20倍。因此，水银温度计中水银柱随温度改变的灵敏度比酒精温度计中的酒精柱大得多。在做科学实验或测量人体体温时，由于温度计吸收或放出的热量很少，但又必须显示出温度的改变，一般都采用水银温度计。而同样的温度变化下，酒精吸收热量多，膨胀能力大，因此酒精柱升降变化比水银柱显著得多。在测量周围空气温度和水温时，一般采用酒精温度计。

    酒精和水银还有各自没的特性，酒精十分“耐寒”，它在-117℃才会凝固成因在体，而水银在-39℃就会凝固起来，失去流动性。在寒冷的北方，冬季气温达-40℃左右，因此，一般适宜用酒精温度计测量气温。但是，水银也有一个优点，它比酒精“耐热”，水银的沸点是356.72℃，而酒精到了78.3℃，就会沸腾而急剧汽化。在测量高温的场合，显然水银温度计比酒精温度计更有用武之地。

    知识点：温度计、物质、热胀冷缩、酒精、水银、沸点