高中趣味物理小故事
對(duì)于物理的學(xué)習(xí)，會(huì)有許多充滿趣味性的小故事等著期末去閱讀。下面是學(xué)習(xí)啦小編網(wǎng)絡(luò)整理的高中趣味物理小故事以供大家學(xué)習(xí)。
高中趣味物理小故事：卡文迪許的科學(xué)貢獻(xiàn)
一、生平簡介
卡文迪許(Henry Cavendish,1731.10.10.～1810.3.10.)英國化學(xué)家、物理學(xué)家。公元1731年10月10日生于法國尼斯。1742—1748年他在倫敦附近的?？思{學(xué)校讀書。1749—1753年期間在劍橋彼得豪斯學(xué)院求學(xué)。在倫敦定居后，卡文迪許在他父親的實(shí)驗(yàn)室中當(dāng)助手，做了大量的電學(xué)、化學(xué)研究工作。他的實(shí)驗(yàn)研究持續(xù)達(dá)50年之久。1760年卡文迪許被選為倫敦皇家學(xué)會(huì)成員，1803年又被選為法國研究院的18名外籍會(huì)員之一。
公元1810年3月10日，卡文迪許在倫敦逝世，終身未婚。
二、科學(xué)貢獻(xiàn)
卡文迪許的才能是多方面的。1784年左右他研究了空氣的組成，發(fā)現(xiàn)普通空氣中氮占五分之四，氧占五分之一。他確定了水的成分，肯定了它不是元素而是化合物。他還發(fā)現(xiàn)了硝酸。
卡文迪許生前在物理學(xué)方面發(fā)表的論文為數(shù)極少，一直到麥克斯韋審閱整理并出版了他的手稿后，人們才知道他在電學(xué)方面作出了很多重要發(fā)現(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)一對(duì)電荷間的作用力跟它們之間的距離平方成反比，這就是后來庫侖導(dǎo)出的庫侖定律內(nèi)容的一部分;他提出每個(gè)帶電體的周圍有“電氣”，與電場理論很接近;卡文迪許演示了電容器的電容與插入平板中的物質(zhì)有關(guān);電勢的概念也是卡文迪許首先提出的，這對(duì)靜電理論的發(fā)展起了重要作用;他還提出了導(dǎo)體上的電勢與通過電流成正比的關(guān)系。
卡文迪許在熱學(xué)理論、計(jì)溫學(xué)、氣象學(xué)、大地磁學(xué)等方面都有研究。1798年他完成最后的實(shí)驗(yàn)時(shí)，已年近七十。在物理學(xué)上他最主要的成就是通過扭秤實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了牛頓的萬有引力定律，確定了引力常數(shù)和地球平均密度。
推算地球密度：卡文迪許測量地球的密度是從求牛頓的萬有引力定律中的常數(shù)著手，再推算出地球密度。他的指導(dǎo)思想極其簡單，用兩個(gè)大鉛球使它們接近兩個(gè)小球。從懸掛小球的金屬絲的扭轉(zhuǎn)角度，測出這些球之間的相互引力。根據(jù)萬有引力定律，可求出常數(shù)G。根據(jù)卡文迪許的多次實(shí)驗(yàn)，測算出地球的平均密度是水密度的5.481倍(現(xiàn)在的數(shù)值為5.517，誤差為14%左右)，并確定了萬有引力常數(shù)(他測得的引力常數(shù)G是(6.754±0.041)×10-8達(dá)因·厘米2/克2，這個(gè)值同現(xiàn)代值(6.6732±0.0031)×10-8達(dá)因·厘米2/克2，相差無幾)，計(jì)算出了地球的質(zhì)量。被譽(yù)為第一個(gè)稱量地球的人。
卡文迪許驗(yàn)證萬有引力定律的實(shí)驗(yàn)采用自己設(shè)計(jì)的“扭秤”為工具，后人稱為著名的“卡文迪許實(shí)驗(yàn)”。
高中趣味物理小故事：熱與冷的奧秘
在我們的現(xiàn)實(shí)生活中，人們以及眾多的動(dòng)物在身體內(nèi)部及皮膚等組織中都有一個(gè)奇妙的傳感器，它與感覺體表接觸，壓力、機(jī)械形變等的觸覺、與感覺各種氣味的嗅覺、感覺各種美味的味覺以及感覺色彩斑斕的光線的視覺一樣，都對(duì)周圍的某種特定的現(xiàn)象特別敏感。
當(dāng)我們的手拿一塊晶瑩透明的冰時(shí)，我們似乎感覺到了刺骨的寒意;當(dāng)我們喝一口鮮湯時(shí)，如果性急一點(diǎn)，卻總是感覺到火辣辣的燙，如電流般從嘴里一直傳到肚子里;而當(dāng)我們?cè)谙娜盏目釤犭y當(dāng)之際，喝上一杯冰鎮(zhèn)的飲料，涼爽的感覺便油然而生，沁人心脾;在冬季的冰天雪地中呆久了，回到家中，溫暖的感覺便立刻會(huì)彌漫全身，倍感舒爽和愜意……如此種種，這便是我們?cè)谌粘Ｉ钪械睦?、熱、涼、暖的奇妙感覺。
雖然在生理學(xué)上說并沒有“熱覺”這么一種感官組織，但實(shí)實(shí)在在的，我們體內(nèi)便有著這么一種傳感器，來專門感覺我們周圍的冷與熱，涼與暖。從古至今，人們都與冷熱的感覺結(jié)下了不解之緣。古代的人們更由這些感覺而總結(jié)出了許多原始的熱學(xué)規(guī)律，雖然較為含糊和表觀化，卻也是為現(xiàn)代熱學(xué)理論系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。近代及現(xiàn)在的科學(xué)家們，利用這些積累下來的原始熱學(xué)規(guī)律，再結(jié)合新發(fā)明的多種科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，對(duì)冷熱等熱學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行了深入的探討，從而產(chǎn)生了現(xiàn)代的較為完善的熱學(xué)理論體系。
在浩翰的熱學(xué)理論之中，最為簡單，也最為基礎(chǔ)的一部分便是對(duì)熱與冷進(jìn)行了量度，從而定量而不是定性地對(duì)熱與冷這些感覺和現(xiàn)象進(jìn)行了合理的科學(xué)的解釋，揭開了冷與熱的奧秘。
高中趣味物理小故事：流星的軌跡
流星劃過天空產(chǎn)生的明亮的軌跡，有時(shí)可以保留幾秒鐘，而閃電在空中形成的閃光在幾分之一秒內(nèi)即消失。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是：
流星是在空氣稀薄的高空飛過，而閃電發(fā)生在氣壓很高的低空。
流星通常是宇宙空間闖入地球大氣層的宇宙砂粒，它在空氣中運(yùn)動(dòng)很快而且能夠打掉空氣原子中的電子，從而形成一個(gè)等離子區(qū)。丟失電子的空氣或氣體原子構(gòu)成了等離子區(qū)，它是由裸露的原子和自由電子共同組成的。等離子區(qū)過去也稱作電離氣。在大約一秒鐘量級(jí)的時(shí)間之內(nèi)，自由電子再次與原子結(jié)合并釋放能量，這能量正是迫使它離開初始位置時(shí)所需的能量。在結(jié)合過程中的能量是流星尾巴發(fā)光的能量來源。
閃電也同樣形成一個(gè)等離子區(qū)，它是由形成閃電電流的電子將原子中的電子打掉而形成的。
流星在大氣層的高處(也許二十里)，那里氣壓很低，即空氣中原子相隔很遠(yuǎn)，因此自由電子找到原子并與它結(jié)合而釋放能量需要一秒鐘左右，而閃電發(fā)生在低空，或許只有一、兩英里高，近地面處氣壓很高，意味著空氣原子相距很近，因此自由電子只需幾分之一秒內(nèi)就恢復(fù)為常規(guī)氣體。空氣變成等離子氣要從閃電中吸收能量。當(dāng)?shù)入x子氣又恢復(fù)成空氣時(shí)將釋放出能量，如光、熱、聲。
多數(shù)情況下，閃電中能量大于流星的能量，而且閃電釋放能量的速度更快些，因此閃電放出的功率將比流星大。再者，閃電呈現(xiàn)藍(lán)色，而流星呈黃色——這說明閃電的等離子區(qū)溫度更高。閃電的等子氣是由電能形成的，流星尾部的等離子氣是由流星體的動(dòng)能形成的。但不管等離子氣是如何形成的，由它恢復(fù)成正?？諝馑钑r(shí)間是由自由電子找到它所要結(jié)合的原子所需的時(shí)間決定的。
高中趣味物理小故事：牛頓與蘋果的故事
版本一：少年時(shí)代的牛頓發(fā)現(xiàn)蘋果落地。牛頓，1642年12月25日生于英國林肯郡伍爾索普村的一個(gè)農(nóng)民家庭。12歲他在格蘭撒姆的公立學(xué)校讀書時(shí)，就表現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)和機(jī)械發(fā)明的濃厚興趣，自己動(dòng)手制作了水鐘、風(fēng)磨和日晷等。蘋果落地引起他的注意是偶然的。一個(gè)炎熱的中午，小牛頓在他母親的農(nóng)場里休息，正在這時(shí)，一個(gè)熟透了的蘋果落下來，這個(gè)蘋果不偏不倚，正好打在牛頓頭上。牛頓想：蘋果為什么不向上跑而向下落呢?他問他的媽媽，他媽媽也不能解釋。大凡科學(xué)家都保留一顆童心，牛頓更不例外，當(dāng)他長大成了物理學(xué)家后，他聯(lián)想到了少年的“蘋果落地”故事，可能是地球某種力量吸引了蘋果掉下來。于是，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力。
版本二，青年時(shí)期的牛頓發(fā)現(xiàn)蘋果落地。中世紀(jì)的1347-1345年間，歐洲爆發(fā)的“黑死病”奪取了近四分之一的歐洲人口，300年后，黑死病卷土重來，歐洲緊急疏散城市人口。正在劍橋大學(xué)三一學(xué)院讀書的牛頓回到了他出生的家鄉(xiāng)林肯郡的小村莊。為了排遣心中的苦悶，他經(jīng)常到他父親的莊園里讀書和散步，有一天，一顆蘋果從他經(jīng)常散步的蘋果樹上落下來，引起了他的思考，蘋果為什么會(huì)落地呢?他怎么不朝天上去呢?很定是有什么力在牽引著它。在蘋果落地的啟發(fā)下，他發(fā)現(xiàn)了萬有引力。這大約是1666年的事情。
版本三，老年時(shí)期的牛頓發(fā)現(xiàn)蘋果落地。目前流傳較廣的是經(jīng)過大名鼎鼎的格林和伏爾泰之口說過的蘋果落地故事，在讀者心目中產(chǎn)生很大的影響，并廣為流傳。格林是在牛頓去世那一年在《哲學(xué)原理》一書中談到蘋果落地的故事的，他說：“有一天，牛頓在花園中思考問題，突然有一個(gè)蘋果從樹上落下，使得牛頓想到萬有引力定律。”可是格林卻是從?？怂鼓莾郝牭脚ｎD蘋果落地的故事。法國的伏爾泰也是從牛頓的外甥女凱瑟琳·巴沃那兒聽來的。在伏爾泰所著的《哲學(xué)通信》中，對(duì)蘋果落地的故事這樣寫道：“牛頓回到劍橋大學(xué)附近的故居。有一天，他在花園中散步，看到一個(gè)蘋果從蘋果樹上落下，這樣使得牛頓想到許多科學(xué)家所研究而未獲突破的重力起源問題。”這時(shí)的牛頓已經(jīng)到了老年了。
最詳細(xì)記載這個(gè)故事的人是英國人布雷斯特，他于1831年在《牛頓的生平》一書中又提到這一件事。后來，他在1855年又在《牛頓的生平、著作和發(fā)現(xiàn)的回憶》一書中提出此事。他是這樣記載的：“蘋果從沃爾斯索普的樹上落下來，因而使牛頓想到這個(gè)問題。1814年，我在沃爾斯索普時(shí)，曾經(jīng)看到這一棵蘋果樹，樹的一部分已經(jīng)開始枯萎，一部分樹干已經(jīng)脫離樹根。到1820年，這一棵樹已經(jīng)完全腐朽而倒下去了。這一棵樹的標(biāo)本后來由伊·特納小心地保存著。”
關(guān)于伊·特納保存這一棵樹的標(biāo)本的故事，是他的曾孫在1939年告訴塔侖茲的。他的曾孫說，他的曾祖父伊·特納到沃爾斯索普村牛頓的故居時(shí)，看到在原來枯死的蘋果樹的地方又補(bǔ)栽了新的蘋果樹，而且補(bǔ)栽的蘋果樹已經(jīng)結(jié)果了。至今，在英國仍有許多觀光客到牛頓故居瞻仰這棵蘋果樹。
布雷斯特在牛頓的傳記中，一方面記述了蘋果落地啟迪產(chǎn)生萬有引力的思想，同時(shí)又對(duì)此表示懷疑。布雷斯特不相信蘋果落地的故事是真實(shí)的，他認(rèn)為在牛頓之前，已有不少科學(xué)家具有萬有引力的觀念，牛頓對(duì)此也應(yīng)當(dāng)知道的。也就是說，牛頓的萬有引力觀念可能來自前人。蘋果落下是平常的現(xiàn)象，牛頓也可能看到蘋果下落，但是蘋果下落現(xiàn)象并不一定是啟發(fā)牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的來源。布雷斯特在書中還指出：蘋果落地的故事又經(jīng)過大名鼎鼎的格林和伏爾泰之口說過，在讀者心目中產(chǎn)生較大的影響，并廣為流傳。
格林是在牛頓去世那一年在《哲學(xué)原理》一書中談到蘋果落地的故事，他說：“有一天，牛頓在花園中思考問題，突然有一個(gè)蘋果從樹上落下，使得牛頓想到萬有引力定律。”可是格林卻是從?？怂鼓莾郝牭脚ｎD蘋果落地的故事。法國的伏爾泰也是從牛頓的外甥女凱瑟琳·巴沃那兒聽來的。在伏爾泰所著的《哲學(xué)通信》(發(fā)表于1733年)中，對(duì)蘋果落地的故事這樣說：“1666年，由于瘟疫流行，牛頓回到劍橋大學(xué)附近的故居。有一天，他在花園中散步，看到一個(gè)蘋果從蘋果樹上落下，這樣使得牛頓想到許多科學(xué)家所研究而未獲突破的重力起源問題。”
伏爾泰認(rèn)為牛頓在自然科學(xué)方面有很多貢獻(xiàn)，而且對(duì)法國有很大的影響，所以應(yīng)該把牛頓的創(chuàng)見介紹到歐洲大陸來。這就是伏爾泰在《哲學(xué)通信》和《牛頓的哲學(xué)思想》兩本書里，以大量的篇幅介紹引力理論的道理，同時(shí)也轉(zhuǎn)述了蘋果落地的故事。因此，蘋果落地的故事也由英國傳到歐陸，成為家喻戶曉的科學(xué)佳話。
在牛頓逝世后不久，斯圖克萊在他所著的《牛頓的生平傳記》一文中寫道：在1726年4月15日，我到牛頓的寓所去拜訪他，和他在一起待了一整天。在談話中，他向我談起蘋果落地的事。他說：“有一天，他在花園里思考引力問題的時(shí)候，一個(gè)蘋果從樹上落下來。這時(shí)候，他就想，為什么蘋果總是垂直落向地面呢?為什么蘋果不向外側(cè)或向上運(yùn)動(dòng)，而總是向著地球中心運(yùn)動(dòng)呢?無疑地，這是地球向下拉著它，有一個(gè)向下的拉力作用在物體上，而且這個(gè)向下的拉力總和必須指向地球中心，而不是指向地球的其他部分。所以蘋果總是垂直下落，或者總是朝向地球的中心。蘋果向著地球，也可看成是地球向著蘋果，物體和物體之間是相互朝著對(duì)方運(yùn)動(dòng)的。物體之間的作用力必須正比于它們的質(zhì)量。這個(gè)力，我們稱之為引力。”
斯圖克萊是牛頓的好朋友，他所記述有關(guān)蘋果落地的故事比較完整，而且和格林、伏爾泰不同的是，斯圖克萊是直接從牛頓那兒引述的，而格林和伏爾泰則是從別人那里聽來的。這是科學(xué)史上第一次直接來自牛頓的蘋果落地故事，因此具有很大的權(quán)威性。