求物理小故事
17世纪初的一天，荷兰米特伯格镇一家眼镜店的老板科比斯·赫尔(Cobis Herr)将一个凸透镜和一个凹透镜排成一行，检查磨制镜片的质量。透过镜头看去，他发现远处教堂的塔楼似乎越来越近，于是偶然发现了望远镜的原理。1608年，他为自己制作的望远镜申请了专利，并遵照当局的要求，制造了一架双筒望远镜。据说米特伯格镇有几十个眼镜商声称发明了望远镜，但一般认为利比奇是望远镜的发明者。
发明望远镜的消息很快就在欧洲国家传开了。意大利科学家伽利略得知消息后，自己做了一个。第一架望远镜只能把物体放大三倍。一个月后，他做的第二台望远镜可以放大8倍，第三台望远镜可以放大20倍。1609 10年6月，他做了一架放大30倍的望远镜。
伽利略用自制的望远镜观测夜空，首次发现月球表面凹凸不平，布满山脉，布满陨石坑。此后发现了木星的四颗卫星和太阳的黑子运动，得出了太阳在自转的结论。
几乎与此同时，德国天文学家开普勒开始研究望远镜。他在弯曲光学中提出了另一种天文望远镜，它由两个凸透镜组成。与伽利略的望远镜不同，它的视野比伽利略望远镜更广。但是开普勒没有做出他介绍的望远镜。萨迦娜在1613-1617之间首次制作了这种望远镜。他还根据开普勒的建议制作了带有第三个凸透镜的望远镜，把两个凸透镜组成的望远镜的倒像变成了正像。萨迦纳做了八个望远镜，一个用来观测太阳，无论哪一个都能看到形状相同的黑子。因此，他打消了很多人认为太阳黑子可能是镜头上的灰尘造成的错觉，证明了太阳黑子确实是被观测到的真实存在。观测太阳时，萨吉纳安装了特殊的遮光玻璃，但伽利略没有加这个防护装置。结果他伤了眼睛，最后几乎失明。
为了提高望远镜的精度，荷兰的惠更斯在1665年制造了一个管长近6米的望远镜来探索土星环，后来又制造了一个管长近41米的望远镜。
带有物镜和目镜的望远镜叫做折射望远镜。即使加长镜筒，精密加工镜片，也无法消除色差。1668年英国科学家的反射式望远镜解决了色差问题。第一个反望远镜很小，望远镜里镜子的口径只有2.5厘米，但我们可以清楚地看到木星的卫星和金星的盈亏。1672年，牛顿做了一个更大的反射式望远镜，送给了皇家学会，至今还保存在皇家学会的图书馆里。
牛顿曾经认为色差是没有希望的，但是后来，事实证明他太悲观了。1733年，英国人哈尔制作了消色差折射望远镜。1758年，伦敦的博兰也制作了同样的望远镜。他用折射原理不同的眼镜分别制作凸透镜和凹透镜，以抵消它们形成的有色边缘。
但是，做一个大镜头并不容易。目前世界上最大的折射望远镜直径为102 cm，安装在亚迪斯天文台。
反射式望远镜在天文观测方面发展迅速。1793年，英国黑塞尔制造了一架反射式望远镜。反射器直径为130米，材质为铜锡合金，重量为1t。英国罗斯制造的1845反射望远镜。反射器的直径为1.82米。威尔逊山天文台1913反望远镜，直径254米。1950年，在帕洛马山上安装了一台反射式望远镜，镜子直径为5.08米。1969年，苏联北高加索的帕斯图霍夫山上安装了直径6米的反射器。它是当时世界上最大的反射式望远镜，现在大多数大型天文台都使用反射式望远镜。
发电机的历史
19世纪初，科学家们研究的一个重要课题就是廉价便捷地获取电能的方法。
1820年，奥斯特成功完成通电导线能使磁针偏转的实验后，当时许多科学家进行了进一步的研究:磁针的偏转受到力的影响，力来自于带电荷流动的电功率。那么，机械力可以通过磁性转化为电能吗？著名科学家安培就是这些研究者之一。他试验了许多方法，但他犯了根本性的错误，试验不成功。
另一位科学家克莱顿在1825做了一个实验:他把一块磁铁插入一个圆柱形线圈，他认为这可能会得到电流。为了防止磁铁影响安培计检测电流，他用一根长电线把安培计接到隔壁房间。他没有助手，只好将磁铁插入线圈，然后跑到隔壁房间看电流表指针是否偏转。现在看来，他的装置是完全正确的，实验方法是正确的。但是，他犯了一个真正令人遗憾的错误，那就是电流表指针的偏转只发生在磁铁插入线圈的瞬间。一旦磁铁插入线圈并且不动，电流表指针回到原来的位置。于是，当他插入磁铁时，他迅速跑到隔壁房间去看电流表。无论速度有多快，他都看不到电流表指针的偏转。如果他有一个助手，如果他把电表放在同一个房间里，他将是第一个实现机械能转化为电能的人。然而，他失去了这个好机会。
又过了6年，1831年8月29日，美国科学家法拉第成功地将机械力转化为电。他的实验装置和克莱顿的没什么区别，只是他把电流表放在旁边。磁铁插入线圈的瞬间，指针明显偏移。他成功了。手移动磁铁的机械力最终转化为电来移动电荷。
法拉第迈出了最艰难的一步。他继续学习。两个月后，他试制出了第一台能产生稳定电流的真正发电机。它标志着人类从蒸汽时代进入了电气时代。
在过去的100年里，出现了许多现代发电形式，包括风力发电、水力发电、火力发电、潮汐发电等。发电机的结构越来越好，效率越来越高，但基本原理还是和法拉第的实验一样:移动的闭合导体和磁铁缺一不可。
核磁振动器的发明
核磁共振振动仪广泛应用于有机物、化学反应动力学、高分子化学、医学、药学和生物学的研究。在过去的20年中，由于这项技术的迅速发展，它已经成为化学领域中最重要的分析技术之一。
早在1924年，奥地利物理学家保利就提出某些原子核可能存在自旋和磁矩。“自旋”一词源于带电粒子的经典图像，如质子和电子绕着自己的轴旋转。这种运动必然会产生角动量和磁偶极矩，因为旋转的电荷相当于一个电流线圈，从经典电磁理论可知它们会产生磁场。当然，这个解释只是比较形象的比较，实际情况比这个复杂得多。
核自旋的情况可以用自旋量子数I来表示，得到自旋量子，质量数的原子序数有如下关系:
质量数原子序数自旋量子数(I)
奇数奇数或偶数1/2，3/2，5/2...
甚至连0
偶数和奇数1，2，3...
1 & gt；0的原子核在自旋时会产生磁场；I为1/2的原子核的电荷分布为球形；而I≥1的原子核，由于其电荷分布不是球形的，所以具有磁极矩。
I 0的原子核放在强磁场中，在强磁场的作用下，能级会发生分裂。如果使用频率适合其能级的电磁辐射，就会发生* * *振动的吸收，核磁共振* * *振动的名称由此而来。
Stern和Guelleh在1924的原子束实验中观测到锂和银原子的磁偏转，测量了未配对电子引起的原子磁矩。
1933年，Stern等人测量了质子的磁矩。1939年，比拉做了第一个核磁共振实验。1946年，美国的普西尔和布什尔同时提出了质子核磁共振的实验报告。起初，他们使用核磁共振的方法来研究固体物质、原子核、原子核之间的能量交换以及周围环境的性质。正因如此，他们两人获得了1952诺贝尔物理学奖。20世纪50年代，核磁共振* *的方法被应用到化学领域。1950年，美国斯坦福大学的两位物理学家proctor和Yu用NH 4NO3水溶液作为氮核的来源。在测量14N的磁矩时，他们发现了两种性质完全不同的* * *振动信号，并由此发现了同一种原子核的* *振动条件可以与不同的化学环境吸收能量，即核磁共振。这种现象被称为“化学位移”。这是由于原子核外电子形成的磁场与外磁场相互作用的结果。化学位移是识别官能团的重要依据。因为化学位移的大小与键的性质和成键元素的种类密切相关。此外，每组原子核之间的磁相互作用构成了自旋-自旋耦合。这种效应往往使每组化学位移不同的原子核在* * *振动吸收图上呈现的不是单峰而是多峰。这种情况由分子中相邻核的数量决定，距离由对称性等因素决定，所以提示整个分子是有帮助的。
由于上述成就，研制了高分辨率核磁共振振荡器。开始测量的原子核主要是氢核，这是由于它的核磁共振信号很强。随着仪器性能的提高，13C、31P、15N的岩心也可以测量，仪器使用的磁场也越来越强。50年代制造了IT (Trass)磁场，60年代制造了2T磁场，利用磁化现象制造了5T磁化器。20世纪70年代，创造了8T磁场。现在核磁共振振动仪已经应用于从小分子到蛋白质和核酸的各种化学体系。
发射光谱仪的发明
英国著名科学家牛顿在1666年用棱镜观测光谱，可以说是最早的光谱实验。从那以后，许多科学家一直从事光谱学的研究。1800年，英国天文学家赫歇尔测量了太阳光谱各部分的热效应，在世界上首次发现了红外线。1801年，里特发现了紫外线。1802年，沃拉斯顿观测到太阳光谱的不连续性，发现中间有许多黑线，这是一个重要的发现，但他把它误认为是颜色的分界线。1803年，英国物理学家托马斯·金扬进行了光的干涉实验，并首次提供了测量波长的方法。
德国物理学家弗劳恩霍夫重新发现并绘制了太阳光谱图，其中包含了700多条黑线，并用字母A到H标记了重要的黑线(被称为“弗劳恩霍夫线”)。这些黑线后来成为比较不同玻璃材料色散率的标准。这些成果发布于1814至1815。夫琅和费还发明了衍射光栅。起初，他将银线缠绕在两个螺丝上来制作光栅。后来，他造了一台雕刻机，用钻石在玻璃上划线，制成了透射光栅。
光谱分析的应用研究始于基尔霍夫和本生。本是德国汉堡的一名化学教授。他发明了本生灯，研究了各种物质在高温火焰中的变化。基尔霍夫是汉堡的物理学教授，熟悉光学。他们两人合作组成了第一台梭镜光谱仪(分光镜)。该仪器利用牛顿1666首创的技术，使光线通过棱镜，传播成彩虹带(光谱)。他们用一个透镜将物质在本生灯中燃烧时发出的光整合成一束平行光，通过一个窄缝，经过一个棱镜，用望远镜放大观察光谱。
基尔霍夫和本生发现，每种化学元素燃烧时都有独特的颜色，可以据此识别。1860和1861年，他们用光谱仪发现了铯和铷。之后在光谱分析的帮助下，我们发现地球上的很多元素在太阳里也有。1868年，法国天文学家詹森和英国天文学家罗耶通过光谱学发现了一种当时地球上还没有发现的元素。他们认为这是太阳大气中的一种独特元素，并将其命名为氦，意思是“太阳”。这种光谱方法也应用于天文学。
随着谱方法研究的迅速发展，新的问题也出现了。其中一个主要问题是缺乏足够精度的波长标准，使得观测结果混乱，无法互通。
1868年，埃斯特伦发表了“标准太阳光谱”图，记录了数千条夫琅和费线的小波长，单位为10-8厘米，精确到6位数，为光谱学家提供了极其有用的信息。为了纪念他，10-8cm后来在埃斯特林被写成了“A”。十年后，取而代之的是更精确的罗兰数据表。
现代光谱仪用衍射光栅代替棱镜。这是一块刻有成千上万条线的木板，将光线分离，然后拍摄或记录光谱，再用电子仪器进行分析。
光谱仪广泛应用于冶金、地质、环境等领域
避雷针的历史
第一，避雷针是我国劳动人民制造和使用的防雷装置。据说捷克神父普罗科普·狄维士在1754年安装了第一根避雷针。更多的人认为是美国的富兰克林在1753年做出了世界上第一根避雷针。事实上，避雷针在1688之前就已经在中国制造并首次使用。
早在三国时期(公元220-280年)、南北朝时期(公元420-581年)，我国古籍中就有“避雷房”的记载。据唐代王睿《粟》记载，汉代(公元前206年至公元220年)就有人提出，将瓦片做成鱼尾状，放在屋顶上，可以防止雷电引起的火灾。在中国的一些古建筑中，也发现了避雷装置。法国旅行家Cabriobe Damaganlan在访问中国后，于1688写了一本《中国新事》，书中记载:“当时，在中国新房子的屋顶两端，有一只翘起的公鸡，龙嘴吐出一条曲折的金属舌头，伸向天空，舌头根部用一根细铁丝连接，直通地下。这个奇妙的装置会在闪电的瞬间显示出它的神奇力量。如果雷电击中房屋，电流会从龙口向下流到地下，不会造成任何损害。”可见，世界上第一根避雷针是中国有智力的劳动人民制造的。
第二，避雷针发展到今天，世界上已经发现了更安全的避雷针。比较安全的避雷针不是针，是鸡毛掸子。这根避雷针是由两个美国人发明的。据美国《纽约时报》近日报道，这根避雷针的中心是一根管子，从它的顶端引出2000根细导线，呈放射状分布。这种方式可以更好地分散建筑物周围聚集的静电荷。
第三，“避雷针过时了。”目前，我国已研制成功一种半导体消雷器，其防雷效果远超美国、法国、澳大利亚生产的避雷针及同类产品。半导体消雷器有两个作用:(1)当建筑物上空有强烈雷云时，发出长达1米的电晕火花，中和天空电流，起到减少雷击的作用；(2)雷击时，半导体消雷器上的相关器件可以阻挡雷击释放的强大电流。
我国著名防雷专家、武汉水利学院教授谢广润建议在高楼上安装这种半导体消雷器，保护国家财产。谢广润说，目前，我国强雷区已有24个单位安装了半导体消雷器。经过几年的测试，证明它确实一次又一次地让建筑物转危为安。他呼吁有关单位，特别是国防工程、气象、电力、通信和广播部门，尽快推广半导体消雷器，以减少雷电损失。
自行车是在中国发明的吗？
关于自行车的发明有很多说法。
中国是世界上第一个发明自行车的国家。自行车的始祖是公元前500多年中国的独轮车。清朝康熙年间(1662 ~ 1722)，黄吕庄曾经发明过自行车。《清代野史大观》已出版十一年:“黄吕庄造双轮车，长三尺余，可坐一人，不推不拉。走路的时候，胳膊绕着轴转一转，然后就像以前那样走，胳膊绕着太阳走八十里。”这是世界上最早的自行车。
②自行车是西欧人发明的。公元1790年，法国人西夫拉克研制出一种没有车把、踏板和链条的木制自行车。汽车的形状像一匹木马，脚上钉着两个轮子，两个轮子固定在一条线上。由于这辆自行车没有驱动装置和转向装置，座垫较低，西夫拉克自己骑在自行车上，双脚着地，用力向后推，使自行车直线前进。1817年，德国男爵冯·德·莱斯发明了一种可以自由移动的车把，使他的自行车更容易更换。德·莱斯在英国申请了专利。1839年，英国工人k·麦克米伦(K. Macmillan)首创了用曲轴机构驱动后轮的脚踏自行车，使人们在骑自行车时双脚离开地面。1861年的一天，巴黎马车和婴儿车制造商米肖父子修理了德·莱斯自行车。修复后，他们发现很难把脚放在坡道上，于是对其进行了改进，在汽车前轮上安装了踏板曲轴，从而发明了米肖自行车，很快这种自行车开始批量生产。大约在1870年，法国人马志制造了一辆前驱动轮大、后从动轮小的自行车，效果很好。1890后，英国亨伯公司生产了一种链传动的自行车，菱形自行车，一直沿用至今。
自行车是俄罗斯人发明的。1801年9月的一天，俄国农奴阿尔塔莫诺夫骑着自己制作的木制自行车，跋涉2500公里来到莫斯科，向沙皇亚历山大一世献礼，阿尔塔莫诺夫制作的自行车与西夫拉克在法国制作的自行车相似。亚历山大一世看到阿尔塔莫诺夫制造的自行车后，立即下令取消他的奴隶身份。
中国古代的光学知识
光学的起源和力学、热学一样，可以追溯到两三千年前。中国莫箐记录了许多光学现象，如投影、针孔成像、平面镜、凸面镜、凹面镜等。西方很早就有光学知识的记载。欧几里得(约公元前330-260年)研究了光在反射镜中的反射，阿拉伯学者阿尔·哈增(965~1038)写了一本光学百科全书，讨论了许多光学现象。光学作为一门科学的真正形成，应该从反射定律和折射定律建立的时候算起，它奠定了几何光学的基础。光的本质也是光学研究的重要课题。粒子理论把光看成是由粒子组成的，认为这些粒子是按照力学规律直线飞行的，所以光具有直线传播的性质。19世纪之前，粒子理论比较流行。但是随着光学研究的深入，人们发现了很多用直线性无法解释的现象，比如干涉和衍射，用光的涨落就可以很容易地解释，于是光的涨落理论又占了上风。两种理论的争论构成了光学发展史上的一条红线。
1.方法和对火的理解
中国古代取火的工具叫“香”，分金香和木香。金象取日之火，木象取木之火。据我国古籍记载，古代常用“福祥”、“阳祥”(其实是凹面镜的一种，由金属制成，故统称“金祥”)取火。在古代，当行军或打猎时，人们总是随身携带火器。《礼记》中有“裴左金香”和“游配木香”的记载，说明晴天用金香生火，阴天用木香生火。用光学仪器集中太阳能是人类的先驱。说到取火，古代人是用自制的古代镜片取火的。公元前2世纪，有人用冰做透镜，聚集阳光生火。《唐文静丛书》和《淮南万笔书》中有这样的记载:“削冰使圆，举之以日，以艾承其影，必是火。”“我们常说水火不相容，但做一个冰透镜来生火，却是一个奇妙的创造。冰做的镜片不能长时间保存，所以用眼镜或眼镜做镜片。
2.针孔成像和阴影理解
公元前4世纪，墨家做了针孔成像实验，并给出了分析和解释。墨家的书里写得很清楚:“景到(落)时，午有终，景长，末说。”这里的“正午”就是洞所在。这段话说明针孔是一个倒像，是因为在针孔处有一个点(“端”)是光的交叉点，像的大小与这个交叉点的位置无关。从这里也可以清楚地看出，古人已经认识到光是直线传播的，所以经常用“射”来形容光是直线前进的。北宋沈括在《孟茜笔谈》中也描述了光的线性传播和针孔成像的实验。首先，他直接观察空中的飞行，地面上的影子也跟着，和飞行的方向一致。然后在纸窗上打一个小孔，让窗外飞来的影子出现在室内的纸幕上，用直射光原理解释观察到的结果:“东影西，西影东”。墨家利用光的直线传播性质来讨论光源、物体和投影之间的关系。《墨经》写道:“景不迁，谓之变为。”“光来了，场景就死了。如果是，那就尽力而为。”说明影子是不动的。如果影子动了，那是因为光源或物体动了，以至于原来的影子消失了，新的影子不断产生。投影的地方，如果有光照射，影子就会消失。如果阴影存在，说明物体没有移动。只要物体不动，影子就会一直存在于原来的地方。墨家也解释过本影和半影。《墨经》中有这样的记载:“敬二，言之重要。”“第二场，灯光剪辑。一，点燃一个。光，风景。”表示一个物体有两种投影(本影和半影)，表示它是两个光源同时重复照射的结果(“说话的人”和“灯夹”)，一种投影表示它只被一个光源照射，并强调光源和投影的关系(“光源也是场景”)。与此相联系，墨家还根据物体和光源相对位置的变化，以及物体和光源本身大小的不同，讨论了阴影的大小和变化。
3.对镜子的理解
墨家对凹面镜进行了深入的观察和研究，在《墨经》一书中做了清晰详细的记载。“往下看，风景小而易，大则正，说外而内。”“低”就是深凹；如果你把它放在中间，你得到的图像比物体更大，更直立。北宋沈括测量了凹面镜的焦距。他将手指放在凹面镜前，观察成像情况，发现图像随着手指与镜子的距离而相应变化。《孟茜笔谈》中有记载:“杨祥面部凹陷，一指相照是对的，再远就什么也看不见了。之后，你就会倒下。”说明当手指靠近凹面镜时，像是直立的，逐渐向某处(焦点附近)移开，那么“什么也看不见”，就是没有像(像是在无穷远处)；移动这个距离后，就像倒立一样。这个实验不仅表达了凹面镜的成像原理，也是一种测量凹面镜焦距的粗略方法。
墨家也研究过凸透镜。《墨经》写道:“剑疃，景宜。据说惩罚力度很大。”“剑团”即颜眠经，又称团经。“场景1”说明凸面镜成像只有一种。“刑”的同形异义词指的是一个物体，它总是比一个形象大。我们的祖先利用平面镜可以反射光线的特性，将多个平面镜组合起来，取得了有趣的成果。比如《庄子·天下篇》的相关注释《庄子补正》中记载:“以影为镜，则影为镜，以面为镜，则鬼无穷。”这样的装置收到了“镜前镜后相照，花花相映”的效果。《建》和《淮南湾壁书》系列中记载:“你拿一面大镜子，底下放一个盆，就能看见你的邻居。”说明很久以前就有人做了最早的开管“潜望镜”，可以透过隔墙观看室外景色。
4.对彩虹的理解
彩虹是一种大气光学现象。从6世纪开始，我们就对中国古代的彩虹有了正确的认识。初唐的孔英达(574-648)总结了彩虹的成因，他认为“云若薄，日若漏，阳光中的雨滴便产生彩虹。”明确指出彩虹有三个条件，即云、太阳和“阳光和雨滴”。沈括对此也做了详细的研究，并进行了实地考察。在《孟茜碧潭笔记选》中，他写道:“又是一场新雨，见彩虹在流帐前。”鉴于同一岗位的看法，彩虹的两端都挂在流。它使人跨过小溪，隔着彩虹相对，相隔几尺，如中间的空隙，由西向东都可以看到；盖希洪也。如果你看站在溪流中的东西，你会被太阳抓住，什么也看不见。“指出彩虹和太阳的位置只是相对的，傍晚的彩虹在东方可以看到，但太阳看不到。地面彩虹已知后，可以人工制作。8世纪中叶，唐朝有一个实验:“太阳背面喷出的水看起来像彩虹”，意思是从太阳背面喷出水滴，可以看到类似彩虹的景象。
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