第一篇：物理科普之电镀
[科目]物理
[关键词]物理科普/电镀
[文件]wlkp42.doc
[标题]电镀
[内容]
电 镀
利用电解作用，在物件之表面镀以一层金属以防止生锈，并使部件美观的加工工艺。电镀时以被镀之物件作为阴极，并以欲镀金属的盐或酸溶液为电解质，通以电流则溶液分解，金属附着于物体表面。阳极为欲镀金属逐渐被溶解，以保持溶液的浓度一定。用这种方法可以将各种金属镀在物体表面，在金、银、镍、铬等金属，不易生锈又比较光亮，所以很多机件和生活日用品往往都是电镀件。电镀时析出的金属皆为结晶体，晶体越细越均匀越好。在通常电镀工艺中的注意之点有：（1）电镀时电镀液里的金属离子浓度越低越好。而液体中的金属盐浓度则大些为宜；（2）要有适当的添加剂，添加少量的明胶等胶状物质。此种物质与金属共同被阴极吸收，可使被电镀的金属结晶变小；（3）电流密度不宜过大，因为电流密度小时结晶核的生成较迟，故结晶的成长甚佳，电镀比较均匀。电流密度过大结晶核多，各部分离子浓度不均匀，以致发生树脂状海绵状等；（4）要搅拌使电镀液均匀，以得到平滑的电镀；（5）温度要适当高一点，因为温度高可以使电镀液浓度增高，因而减少含氢现象；（6）酸性不宜过强，否则生氢而妨碍电镀；（7）电镀前应把金属件的锉痕、生锈或油污等弄平滑和清洗干净，再行电镀。
第二篇：物理科普文章
物理科普文章
第一篇 2011年诺贝尔物理奖--超新星与暗能量的发现
今年的诺贝尔物理奖授予了三位在发现宇宙加速膨胀的研究中做出杰出贡献的学者：Perlmutter, Schmidt和Riess.应该说，由于这项工作无可争辩的巨大重要性，几年来他们一直是获奖的热门人选。但是，导致宇宙加速膨胀的暗能量是什么仍是一个未解决的问题，而相关的许多 理论和观测还处在研究的前沿，存在许多疑问和争论，诺贝尔奖评委会素有稳重、保守的传统，所以我原以为他们还要再过若干年才会获奖。因此，作为一名宇宙学 研究者，我为他们今年获得这项殊荣感到非常高兴。
Perlmutter, Schmidt 和 Riess 是因为对超新星的研究而获奖的。超新星的概念是1934年由茨维基和巴德提出的。他们猜测当一些恒星寿命结束时将会塌缩，然后发生爆炸，其亮度可达到十亿 甚至百亿个太阳的亮度，巴德和茨维基也观测到了一些超新星。后来发现，其实有两种不同的超新星，一种是茨维基最早提出的核塌缩超新星，另一种其爆炸机理不同，现在一般认为是白矮星（质量比较低的恒星比如太阳在燃尽核燃料后就会变成白矮星）从其伴星中 吸积物质，到一定程度后发生核爆炸。有趣的是，茨维基和巴德最早观测到的超新星都是后面这种他们所未曾想到过的类型，被称为Ia型超新星。
[图1：超新星遗迹Cas A.]
由于超新星很亮，可以在宇宙中很远的地方看到，因此可用来研究宇宙学。特别是，白矮星有一个质量上限，称为钱德拉塞卡质量，大约是1.4个太阳质 量，白矮星发生超新星爆炸时大多都比较接近这个质量。既然这时白矮星的质量都差不多，就有理由认为，其爆炸时的亮度可能也差不多。这样，Ia型超新星就有 可能作为―标准烛光‖来使用：假定所有超新星的―绝对亮度‖也就是本身的亮度相等，那么根据观测到的一颗Ia超新星的视亮度，就可以推测它到我们的距离。另一方面，我们还可以观测到这些超新星的光谱，从中测出超新星的―红移‖。比如，一条原来在615纳米的谱线，经过红移后变为1230纳米，那么我们就说 这个超新星的红移z=1,因为观测到的谱线长度是原来的(1+z)倍。如果我们把测到的超新星的红移和距离一一对应起来，我们就可以画出所谓哈勃图，不同 的宇宙学模型的哈勃图是不一样的，因此用这种办法，可以测出宇宙到底是什么样的。
[图2：这是Perlmutter 等人1998年发表的超新星哈勃图，横坐标是红移，上面一图的纵坐标是星等（越暗星等越大），几条曲线是不同宇宙学理论的预言。下面图则是与理论的偏离。]
尽管上面叙述的这种办法原则上讲很简单，但实际做起来并不容易。首先是要发现超新星。尽管我们上面说超新星非常亮，但放在浩瀚的宇宙之中，也只是微 弱的一点。下面的图演示了一个超新星的发现图像：你可以看到，它非常微弱而不起眼，经过两次放大之后也并不容易在图像上看出来。发现它的办法是，把两个同 一天区但在不同时刻拍摄的照片叠放在一起，用后一张减去前一张，从二者之差发现可能变亮的候选目标。这样找到的候选者还不都是超新星，还有一些别的东西，比如星系中心的活动星系核有时会变亮，太阳系中的小行星有时会正好飞到这里，等等。在进一步观测排除这些其它东西后，才能找到超新星。这进一步的观测包括 用多次不同时刻的观测得到超新星亮度随时间变化的曲线（光变曲线），以及拍摄超新星的光谱以测定红移。光谱观测比照相观测更难，往往需要更大的望远镜，而 且需要在超新星最终变暗以前进行。
[图3：SCP组演示如何通过比较法找超新星的图]
1980年代中期，一些丹麦的天文学家开始试图寻找这些宇宙中的遥远超新星，经过长达2年的搜索，他们才找到了第1颗超新星，后来他们又发现了一 颗，但终因发现的过少而放弃了。由于很难发现超新星，再加上对超新星是否真是―标准烛光‖持怀疑态度，许多天文学家当时对这类研究抱悲观态度。也是在这一时期，劳伦斯伯克利实验室(LBL)的一组物理学家开始对搜寻超新星产生了兴趣。这一小组的传奇的创始人Luis Alvarez兴趣广泛。他本人因为高能物理实验（气泡室）方面的工作获得诺贝尔奖，但他更为公众所知是因为提出小行星撞击地球导致恐龙灭绝的理论。这一 小组中的Carl Pennypacker 和Rich Muller开始进行超新星研究，发展了一套在图像中自动搜索超新星候选者的软件。他们利用澳大利亚的3.9米望远镜进行了一段时间的搜寻，但是一开始他 们失败了，并未找到任何超新星。后来，Pennypacker 转而从事科普，而Rich Muller 本人受Alvarez关于恐龙灭绝研究的影响，转向研究气候变化和全球变暖问题——其实他关于超新星搜寻的工作也是与寻找―复仇之星‖（Nemesis)相结合的。古生物学家发现历史上的生物大规模灭绝存在周期性，Muller 认为可能是由于太阳有一颗红矮星或褐矮星伴星即复仇之星，当它沿周期轨道接近太阳时，其对小行星轨道的扰动就容易导致小行星撞击地球。Muller 的弟子Perlmutter的研究一开始就是寻找这颗复仇之星。后来，Perlmutter接掌了超新星项目。有趣的是，尽管Rich Muller本人在宇宙学领域工作的时间不长就离开了，但他有两个弟子后来因为宇宙学研究得到了诺贝尔奖：研究CMB的George Smoot 2006年获奖，Perlmutter今年获奖。
Perlmutter 接掌这项工作正是在项目最困难的时期：他们未取得任何成果，连一颗超新星都没能发现，而与澳大利亚人的合作也到期结束了。这一项目是否还能进行下去？伯克 利以及美国的资助机构在认真的评估后决定继续予以资助。Perlmutter工作专注，被认为是可以挽救这一项目的人选。他们还是得到了经费，造了一台 CCD相机安放在西班牙加纳利群岛的一台望远镜上，作为交换他们可以使用这一望远镜进行超新星搜索。Perlmutter也很努力，为了对发现的候选超新 星进行后续观测，Perlmutter 会给全世界各处天文台的望远镜打电话，恳求正在使用望远镜的人帮助他进行观测。
早期超新星研究的一大困难在于如何保证找到超新星并拍摄到其光谱。这里除了技术上的困难外，还有获得望远镜观测时间的困难。现代的天文望远镜都是由 许多天文学家共用的。一位或一组天文学家要用望远镜，需要写一份建议书，说明自己的科学目标和观测方法，经过同行评议后，由望远镜时间分配委员会根据评议 结果决定分配多少时间。这样，大型望远镜的观测时间表一般早就提前一年或半年定下来了。而在发现超新星之前，人们很难预先申请到这些观测时间，发现超新星 后往往只好临时借用别人的观测时间进行后续观测，这很难保证获得大量数据。Perlmutter 发展了一套―批处理‖的方法：他们每隔一个月，用观测条件最好的无月夜拍摄大片的星空，并立即与以往的观测进行比较，找出可能的超新星候选者，这样第2天 他们就可以获得一批超新星候选者样本，然后再用Keck 10米望远镜等大望远镜进行后续光谱观测。恰好超新星的光变周期是几个月，因此这一方法非常有效。由于一次可以得到多个超新星候选者，也就可以申请到大望 远镜的观测时间。用这种办法，Perlmutter领导的研究小组（称为超新星宇宙学计划Supernova Cosmology Project, SCP)开始发现大量的超新星。
伯克利的SCP小组由物理学家组成，他们一开始对于超新星天文学中的许多困难并不完全了解，―无知者无畏‖可能是他们在大多数天文学家对超新星观测 感到悲观时勇于进行这项研究的部分原因。然而，随着他们逐渐接近成功，天文学家们也开始看到希望并准备参加竞争。哈佛大学的Bob Kirshner（Adam Riess的导师）等人也想进行超新星观测，但问题是，SCP小组曾花费几年时间才研制出自动化超新星搜寻软件，别人能否在短期内研制出这样的软件呢？如 果没有，要进行竞争是困难的。Brian Schmidt 只用了一个月就开发出了这样一套软件，他没有象SCP小组那样完全新写一套软件，而是通过组合一些现成的天文软件而实现了这一目标。这样，由 Kirshner, Schmidt, Riess, Suntzeff, Filippenko 等人组成的High-z 小组以出人意料的高速加入了竞争的行列。
现在找超新星的问题解决了，但Ia型超新星是否真是标准烛光呢？遗憾的是，并非完全如此。渐渐地人们发现Ia型彼此并非完全相同，有的超新星光度的 变化速度更快一些，有些则更慢一些。不过，Mark Philips 通过研究发现，那些绝对亮度更大的超新星，其变化速度也往往更慢。因此利用光变曲线可以修正超新星绝对亮度的变化。
此外，对于实际观测的超新星，还需要考虑好几个其它问题。星际空间存在着尘埃，这些尘埃会吸收光子，使超新星变暗。好在这一效应还是可以修正补偿 的。尘埃吸收除了使目标变暗外，还会更多吸收蓝光而导致目标变红，因此根据其变红的程度进行修正。问题是，每颗超新星其本身的颜色其实也并不完全相同。最 后，即使本身光谱完全相同的超新星，当它位于不同红移时，用给定波长的滤光片组进行观测时，得到的颜色也是不一样的，还需要对这一效应进行改正。好在这几 个效应虽然复杂，但有规律可循。哈佛大学的研究生Adam Riess 发展了一套数学方法，他发现，利用多个滤光片拍摄的光变曲线数据，经过改正后，Ia型超新星还是可以作为近似的标准烛光的，因此用Ia型超新星进行宇宙学 研究是有希望的。实际上，即使到了今天，人们也还是不完全理解为什么Ia型超新星经过修正后可以作为这么好的标准烛光。人们很容易想到各种因素，使得Ia 型超新星偏离标准烛光，这也是一开始很多天文学家对超新星宇宙学感到悲观的原因。然而数据显示Ia型超新星经过修正后确实还是不错的标准烛光，这是大自然 给我们的一个惊喜。当然，研究者们仍在探究这其中的原因。
SCP和High-z这两个小组的竞争非常激烈。到了1997年下半年，他们开始发现，高红移的超新星比他们原来预期的要暗。根据哈勃图，这表明宇 宙的膨胀在加速而不是减速。这是否是由于观测或数据处理上的错误造成的呢？或者，尘埃吸收等因素考虑得不够周全？经过反复检查，1998年1月，两个小组 几乎同时公布了自己的观测结果，SCP组有42颗超新星数据，High-z 组只有16颗超新星数据，但每颗的误差要小一些。总之，他们一致的结论是宇宙的膨胀在加速。这一结果轰动了世界。
按照广义相对论理论，如果宇宙由一般的―物质‖（包括所谓―暗物质‖）组成，其膨胀会逐渐减速，这是万有引力的作用。那么如何解释观测到的宇宙膨胀 加速呢？目前主流的解释是引入―暗能量‖的概念。暗能量(dark energy)一词是美国宇宙学家Mike Turner 引入的。它实际上也是物质的一种形式，但具有很奇特的性质。比如，它的有效―压强‖小于0，这些压强项使时空的弯曲与一般物质造成的时空弯曲相反，因此可 以理解成是与万有引力相对的―斥力‖，可以导致宇宙加速膨胀。根据现在对宇宙微波背景辐射、超新星等实验数据的拟合表明，宇宙中大约百分之七十五左右是暗 能量，此外还有百分之二十一左右是不发光的暗物质，而我们熟悉的普通物质仅占百分之四多一点。
[图4：宇宙的组分]
也有人认为不需要引入新的物质形式―暗能量‖，而是万有引力的规律与我们一般所假定的广义相对论理论有所不同造成。不过，这种修改引力理论往往比暗能量理论更为复杂。广义地说，这也可以算暗能量模型。
还有少数学者怀疑超新星的观测或数据分析有错误，宇宙并未加速膨胀。但是，13年来人们又观测了许多超新星，目前总数有几百颗，对其分析也更加深 入，虽然还存在很多疑点（比如Ia型超新星爆炸的机理到底是什么？），但数据本身经过许多不同的天文学家用不同方法的分析，迄今并未发现大问题。其次，有 人曾提出Ia型超新星的光在传播中会由于与一种被称为―轴子‖的假想粒子的相互作用而变暗，导致其被误认为是宇宙加速膨胀。但是，这种假设与观测的拟合并 不好。特别是，有的高红移超新星测量结果表明，宇宙的膨胀并非一直加速，而是先减速再加速，这用上述假说不容易解释，而却正是暗能量理论的预言。
暗能量的存在也有一些其它方面的证据。例如，早在SCP和High-z 小组公布他们的超新星观测之前，有一些科学家（例如Turner & Krauss, Ostriker & Steinhardt等）根据宇宙年龄、物质密度和功率谱等因素考虑，就认为宇宙可能含有暗能量。此后，宇宙微波背景辐射、重子声波振荡等其它观测也支持 宇宙中存在暗能量的理论。目前，也有少部分观测，例如强引力透镜的数量，与根据暗能量理论做出的预言符合得不好，但这些观测目前其可靠性本身是比较低的，因此暗能量是为大多数人所接收的模型。宇宙的加速膨胀是一个惊人的重大发现，因此其发现者获得诺贝尔奖也是意料之中的。但是，暗能量的本质仍是一个还未解决的问题。对这一问题的研究，也 很可能是未来基础物理学发展的突破口。国外有许多计划中的实验项目，而我国目前除了提出多种暗能量的理论模型外，一些天文学家也结合我国实际，提出了一些 未来的暗能量实验观测计划。例如，在南极冰穹A(那里的观测条件好）建造大型光学望远镜，在我国天宫空间站上装设光学望远镜，在南美建造大型的光谱巡天望 远镜等，以及参与一些国外重大实验项目的合作。笔者本人目前也正在推动开展―天籁计划‖研究，这是一项在国内地面进行的实验，研制专用射电望远镜阵列进行 巡天观测，利用宇宙大尺度结构中的重子声波振荡特征精密研究暗能量的性质。希望未来我国在这一方面的研究中也能做出重大的发现。
从今年获诺贝尔物理奖的研究工作中，我们能受到什么启发呢？我觉得，Schmidt 和 Riess 等人能够凭借自己的研究积累，抓住战机，在激烈的竞争中一举冲入研究的最前沿，其能力和敏锐令人钦佩。但更值得思索和借鉴的是Perlmutter等人的 顽强坚持。作为研究者，要有信心和勇气在困难时坚持下去，正是这种信心和勇气，使Perlmutter等人在人们大多对超新星宇宙学感到悲观时能够坚持下 去。而美国的资助机构能够宽容失败，看出这一项目的科学价值和团队人员的能力，保持对这一项目的资助，也是非常有眼光的。有重大创新的科研常常有很大的风 险，很难保证完全实现计划的成果。这时应该怎么办？我国现在口头上也常常说支持探索、宽容失败，但实际上有风险的研究计划很难得到支持，更不用提对失败的 理解和宽容了。这恐怕是我们所应该深思的。
第二篇 和圆一样的三角形
数学之所以重要，不仅因为它是科学理论的基石，还因为数学在日常生活、工业制造甚至是艺术品审美上都用着非常广泛的应用和体现。如果不知道一些基本的数学道理，就是被科学武装到牙齿的 NASA 工程师也会犯一些低级错误。比如今天的故事主角——勒洛三角形。这个和圆是一家的多边形，不仅性质奇特，还是制造业的宠儿。它是如何渗透到广大劳动人民身边的？死理性派告诉你。
不识勒洛三角形，NASA都要犯错误
历史上，一枚美国火箭的发射流程是这样的：先在工厂完成推进器的组装，然后用驳船运至佛罗里达的肯尼迪航天中心进行整体吊装，最后在发射台上点火发射。然而，一些 NASA 的工程师发现一个问题：在运抵总装车间之前，推进器需要横躺着跋涉数千公里（例如在加利福尼亚组装的土星-5 的第二级推进器甚至需要绕道巴拿马运河），但在这一过程中，由于其本身的巨大重量，推进器有可能会发生变形。对于液体燃料火箭来说，轻微的变形也可能导致燃料泄漏造成发射事故。为了检验火箭截面是否是正圆，NASA 的技术人员们提出了一个标准，每隔 60° 测量一次火箭的直径（该方向上界面内两点距离的最大值），如果 3 次测得的直径都相等，那火箭的截面即使不是标准的圆形也差不多了。
然而这个方案真的靠谱么？很不幸，一种叫做定宽曲线的曲线族粉碎了他们的幻想。定宽曲线是这样的一种几何图形，它们在任何方向上的直径（或称宽度）都是定值。当然，圆也是一种定宽曲线，但是定宽曲线可远远不止这么一种，其中最具有代表性的当属勒洛三角形。
勒洛三角形
像上图这样把 3 个等半径的圆重合起来，两两互相经过圆心，3 个圆相交的部分就是勒洛三角形，或者其发现者所称的―曲边三角形‖。如果不幸碰到这样的一条曲线，NASA 的工作人员无论怎么测直径，得到的结果都会是一样的。
勒洛三角形和它的一干定宽曲线兄弟们都具有许多有趣的特性，其中最重要的当然就是它们的定宽性。使用截面是定宽曲线的滚木来搬运东西，不会发生上下抖动。实际上这样的装置在许多科技馆都能看到，下图就是柏林一家博物馆内的定宽曲线滚木。另外定宽曲线还有一个有趣的性质，就是宽度相等的定宽曲线有相同的周长，所以下图中的圆形滚木转过一周的时候，旁边的勒洛三角形滚木也恰好转过一周。
制造工艺上的广泛应用 应用上面滚木的原理，可以制造出许多有趣的小玩意。例如我国劳动人民就充分发挥聪明才智制造了一辆利用等宽曲线轮的 角轮自行车，据说已经成功申请专利了。
有人会说―角轮自行车‖只是观赏性大于实用性的玩具，确实如此。那不妨让我们再来看看等宽曲线在汽车工业上的应用。当然，汽车制造商们不会用等宽曲线制造轮子，他们把等宽曲线藏在了汽车更核心的部分——发动机里。下图就是马自达公司的转子发动机截面图。其实转子发动机并不是什么新鲜发明，早在 20 世纪 50 年代德国工程师汪克尔就制造出了第一台转子发动机的样机，因此这种发动机又叫做汪克尔发动机。
熟悉汽车的同学可能已经注意到了这种发动机与其他发动机的不同之处，它没有常见的活塞和曲杆。没错，因为对于转子发动机来说，这些麻烦的东西已经完全不需要了，取而代之的是一个转子。转子的截面是面积最小的等宽曲线勒洛三角形，无论转子转到什么角度，都严格将汽缸分成三部分，同时进行进气、压缩、点火与排气的周期，这样当转子转过一周时可以做功三次，效率远高于旋转两周才做工一次的传统四冲程活塞发动机。与传统四冲程发动机相比，转子发动机具有体积更小、振动与噪音更低、结构简单、故障率低等优点。但转子发动机对材料和工艺的要求也更高，同时提升功率较为困难，所以目前市场上，采用转子发动机的汽车公司还并不多。
由于等宽性，等宽曲线还可以在一个正方形内贴着边沿滚动。1914 年，一位注意到这一特性的美国工程师据此发明了方孔钻头。方孔钻头的截面是一个勒洛三角形，为使钻头更锋利，它被削去了一部分的。在工作时钻头的中心随着钻头的转动同时绕轴做圆周运动（事实上并不是严格的圆周运动），就可以钻出四角略圆的正方形。
方孔钻头分解图，中间的齿轮组是使钻头轴转动的机构
在上面的段落里，勒洛三角形大出风头，但是等宽曲线家族可不是只有这么一位成员。在其他地方我们也能看见等宽曲线的身影，许多国家的硬币就喜欢采用等宽曲线作为外形轮廓，例如英国的 20 便士与 50 便士银币采用的就是由 7 条弧组成的定宽曲线。除此之外，在不少艺术品中也常常能看到各种等宽曲线的身影，这主要是为了提高观赏价值了。
物理科普文章
第三篇
神奇的“金属橡胶
你能否想象，有一种材料既可以像橡胶一样弯曲和拉伸，又可 以像金属一样导电？这就是利用纳米技术制造出来的新材料———金属橡胶。―金属橡胶‖的出现是材料学上的一次革命，也是纳米技术在新材料领域的成功应用。有了它，未来的飞机可以拥有像鸟儿一样可扇动的翅膀；有了它，未来的航空座椅将舒适无比；有了它，甚至连电视都可以做得又平又软，还能折叠起来放在口袋 里……
人类一直幻想能够拥有像鸟类一样的翅膀。从人类第一次绑上羽毛模仿鸟类飞行到制造出空中巨无霸波音747，这种追求从来没有停止过。但即使在科技已经高度发达的今天，人类仍然无法完全模仿鸟类的飞行。
科学家对鸟类研究后发现，在飞行中，鸟类能根据飞行的需要，随时改变翅膀的形状，以适应不同的飞行状态，这种飞行不仅更经济，而且更有效、更安全。而制造可以变换形状的翅膀，就需要一种既具备金属的导电特性，又具备橡胶伸缩自如特点的新材料。
如今，金属橡胶的问世，给人类制造出像鸟类翅膀一样的―智能飞行翼‖带来了新的曙光。
柔韧性能超群
制造了金属橡胶的能人，是来自美国弗吉尼亚州的一个科学小组，这个小组的带头人就是材料学和工程学专家理查德•克劳斯教授。该小组用了整整6年的时间，终于使金属橡胶变成了现实。
金属橡胶的颜色呈棕褐色，外表有点像普通的塑料包装壳，但在这种普通外表的背后，则蕴含着一些令人吃惊的物理特性：它可以在外力的作用下拉伸2到3倍，随后恢复原状；被拉伸时，这种材料仍能够保持其金属特征，具有导电性；它可以像金属一样百毒不侵，无论将其放入航空燃料还是丙酮液体里，它都能完好无损地 不被腐蚀，也不会发生结构上或化学上的降解；它可以在华氏700度的高温下不燃烧，也可以在华氏-167度的低温下不变性，其结构十分稳定。
制造工艺复杂
制造这种金属橡胶可不是一件容易的事情。科学家们采用了一种全新的纳米技术工艺流程，他们称之为―静电分子自我组装‖工艺。科学家形容，这种生产工艺就像人类骨骼的形成一样，通过单个分子在物质表面层叠而成。
为了制造金属橡胶，科学家们首先要找到一种可以使分子凝聚的基质，一般使用塑料或玻璃。这些基质被带上正电荷或负电荷后，轮流放入两种不同电荷的溶剂 中，一种溶剂为带正电的塑料分子，另一种溶剂为带负电的塑料分子。如果基质带正电，则先同带负电的塑料分子溶剂接触，反之则与带正电的塑料分子产生反应。塑料分子与基质接触后，就在基质表面形成一个分子厚度的分子层。经过在两种溶液中反复反应，分子层不断重叠，最终形成的这种新型材料就是金属橡胶。
科学家将这种制造过程形象地比喻成做蛋糕，一层一层地重叠，最终形成了一个漂亮的生日礼物。
未来应用广泛
按照目前的工艺水平，科学家每天可以制造出两英尺见方、7毫米厚的金属橡胶。科学家相信，随着工艺水平的不断进步，将来，金属橡胶的生产会像印刷报纸那样简单容易，适合各种用途的金属橡胶产品也将会被迅速生产出来。
金属橡胶最令人激动的应用前景，莫过于在未来航空领域的广泛使用。有了这种新型材料，人类制造出像鸟类那样―智能飞行翼‖的梦想就将得以实现。目前，这种材料已经引起洛克希德－马丁公司的关注，该公司的科学家正在努力开发这种材料用于航空领域的可能性。
此外，这种材料还可以在生物医学产品如人造肌肉等方面得到迅速应用。利用这种新材料的特性，也可以设计出新型航空座椅、新型汽车，甚至连电视都可以设计成可以折叠的、放在口袋携带的超便携款式。
物理科普文章 第四篇 最冷的，最凝聚
这话说起来有点酷：距离我办公桌数百米，在Eric Cornell教授的实验室里，存在着可能是这个星球上甚至这个宇宙中最寒冷的地方。那里面的物质拥有一种神奇的状态：玻色-爱因斯坦凝聚。
这一切要从费米子和玻色子说起——
大家知道，物质是由原子构成的，原子是由质子、中子、电子构成的，而质子、中子等又是由夸克构成的，另外还有传递相互作用的光子、胶子等等。从原 子、质子、中子到夸克、光子、胶子，这些都是微观粒子。根据它们的物理性质不同，可以将这些微观粒子分成不同的类别，比如：是否为目前认为不能再向下分的 基本粒子、是否带有电荷、是否带有静止质量，等等。
中子和质子组成的原子核，再加上核外的电子云就构成了原子的结构
依据微观粒子统计性质的不同，物理学家们把微观粒子划分为两类：费米子和玻色子。费米子服从费米-狄拉克统计，玻色子则服从玻色-爱因斯坦统计 [1]，简单一点说，这两种统计的不同意味着在不同微观状态之间分布的时候，占据状态方法的不同。打个比方，如果同一种微观粒子聚众看电影，对于费米子来 说，两个人不能同时坐在同一位置上，这就是有名的―泡利不相容‖原理，而对于玻色子来说，则可以允许两个甚至更多个人同时坐于同一个位置——虽然位子足够 多时，这种情况也很少发生。
不可分辨的同一种粒子
抱歉，说起来，前边这个―电影院比喻‖其实还是有失准确—— 因为，当我们面对电影院里的人，还是可以清晰分辨张三和李四的不同。但当我们面对微观的粒子，同一种微观粒子之间却是不能够分辨的，一个粒子与另外 一个粒子并无任何不同，所有人都失去了个性。我们可以说―两个费米子不能坐在同一个位置上，两个玻色子可以坐在同一个位置上‖，但是并不能分清楚到底是哪 个微观粒子坐在这个位置上。这个就是一般统计物理里面说的―全同的量子粒子不可分辨‖的概念。
1925年的玻色（来自维基百科相关页面）。萨特延德拉·纳特·玻色（Satyendra Nath Bose，1894年1月1日－1974年2月4日）是印度的一位物理学家，他最先提出了微观全同粒子不可分辨的概念。
这个概念的历史并不长。直到100年前，大家还认为微观粒子可以分辨的，在不同状态上的分布满足―麦克斯韦-玻尔兹曼分布‖。这是一种经典统计学的 分布规律，如果说不同状态对应的能量是相当于不同档次的电影票价的话，那么最后每种座位上微观粒子的数量只和微观粒子所拥有的平均财富（对应系统的温度）和每种座位的票价（每个状态的能量）有关系。但是对于费米子和玻色子来说，分布规律还要和粒子的总数有关系。仔细来说，和每个粒子进入系统都有的一个跟现 有的粒子数目相关的额外入场费用或者是最低消费额度有关系（统计物理里面是体系的化学能）。在使用光子的概念来解释黑体辐射等实验的时候，人们逐渐发现经 典的麦克斯韦-玻尔兹曼统计在研究微观粒子的时候并不准确。
玻色-爱因斯坦凝聚的提出
最先提出―微观全同粒子不可分辨‖概念的人是印度物理学家萨特延德拉·纳特·玻色。1924年，年轻帅气的玻色写了一篇题为《普朗克定律和光量子假说（Planck's Law and the Hypothesis of Light Quanta）》 的论文，提出可以通过这一概念来完美解释普朗克总结的黑体辐射的实验发现。但是，他这篇文章并没有得到欧洲一些学术期刊的重视。遭到挫折的玻色将他的论文 寄给身在德国的爱因斯坦，爱因斯坦意识到了玻色这篇论文的重要性，亲自将它翻译成德语，然后以玻色的名义发表在德国著名的《德国物理学刊》上。通过爱因斯 坦的帮助，玻色的研究成果得以发表并获得了人们的关注。
1923年的爱因斯坦，摄于巴塞罗那
1925年，爱因斯坦将玻色关于―没有静止质量的光子‖的统计方法推广到有质量的原子体系中，预言了一种新的物质状态的存在。根据爱因斯坦的预言，在极低的温度下，由服从玻色-爱因斯坦统计的原子构成的气体可能会发生神奇的转变，处于最低的能量状态上的原子数目会随着温度的降低逐渐增大，直到几乎所 有的原子都处于这一个能量状态上，而整体呈现出一个量子状态。这种状态后来被称为―玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein Condensation，BEC）‖，是很多实验物理学家致力实现的预言。
空间中粒子的分布：左图，可分辨粒子可以看成一个个单独的波包；右图，不可分辨的同一种粒子互相叠加起来，我们不能区分单个的粒子，它们形成一个整体的分布。
根据量子力学的知识，微观粒子具有波粒二象性，原子是粒子也是波。一个原子在空间中的存在可以用波函数来表示，如上面左图显示的那样，每一个粒子的 准确位置都难以判定，只是在某一个位置附近有一定的分布，分布的大小对应于原子的德布罗意波长。原子的温度越低，德布罗意波长越大。如果原子之间的距离远 大于于德布罗意波长，那么就可以把原子看成是一个个的点；如果距离小于德布罗意波长，那么原子的分布就会互相重叠（左图）。对于不可分辨的同一种粒子来 说，互相重叠的分布使得他们表现出一个整体的量子态，如果粒子是玻色子，它们之间倾向于处于同一个状态，整个系统就会形成―玻色-爱因斯坦凝聚‖。
因此，对于给定的玻色原子体系，要形成这种凝聚需要一定体积里面含有的原子数比较大（这样原子间的距离比较小），以及，温度足够低（这样德布罗意波长比较大）。
低温和超流
20世纪30年代，前苏联物理学家彼得·卡皮查（Пётр Леонидович Капица，1894年7月9日－1984年4月8日）开始低温物理学的研究。1934年他开发了能制造大量液氦的装置。1937年的时候，他发现在将 液氦的温度降低到2.17K（-270.98摄氏度）之下的时候，液氦会变成一种没有摩擦的神奇液体，称做超流体。1978年，由于他―在低温物理学领域 基本的发明和发现‖[3]，这位低温物理学的先驱和发现宇宙背景辐射的彭齐亚斯和威尔逊分享了诺贝尔物理奖。
超流体有着非常有趣的性质。超流动性使得悬挂容器内的超流体在重力作用下沿着容器的壁到容器外来
卡皮查实现的是氦4的超流（氦4即一个氦原子核里含有两个质子和两个中子），里面的氦原子是一种玻色子，因此，超流体的发现可以说在一定程度上验证 了玻色-爱因斯坦凝聚的正确性。然而，因为氦本来就处于液体的状态，原子和原子之间有着比较大的相互作用力，超流并不单纯是由于玻色统计导致的。如果想要 严格验证爱因斯坦的预测，我们需要在气体体系里面实现玻色-爱因斯坦凝聚才行。前面说过，这需要将系统的温度将到非常低，因此需要更先进的制冷技术；同时 还需要有大量的有一定密度并处于气体状态的原子，原子数太少则很难形成凝聚，原子密度太大则有可能形成液体或者固体。
这一切，直到20世纪90年代才得以实现。
激光冷却-低于千分之一度的低温
1997年，美国斯坦福大学的朱棣文教授（现任美国能源部部长）、法国巴黎高等师范学院的Claude Cohen-Tannoudji教授和美国国家标准局的William D.Phillips教授因为他们利用激光冷却并束缚原子的工作分享了诺贝尔物理学奖。激光冷却使得我们能够获得更低温度的原子气体，从而制造更精确的冷原子 钟。1985年的时候，朱棣文等人首先利用这个技术将钠的原子气体冷却到了240微开尔文的温度（仅比绝对零度高出一百万分之二百四十度）[4]。
我们一般用的温度标准是摄氏度，一个大气压下，水结冰的温度是0摄氏度，水沸腾的温度是100摄氏度。很多情况下，物理学里面用的是绝对温度，单位 为开尔文（K），一个开尔文和一摄氏度的单位是一样的。绝对零度（0开尔文）是-273.15摄氏度，室温相当于大约300开尔文。对于空气里面的绝大多 数成分来说（氧气、氮气、二氧化碳等等），温度的降低会使得它们变成液体，然后有的还会随着温度的继续降低变成固体，比如说，氧气在90.20开尔文（零 下182.95摄氏度）的时候变成液体，在54.36开尔文（零下218.79摄氏度）的时候变成固体。空气里的气体分子是在不断地到处运动并且互相碰撞 的，空气的温度和运动速度是联系起来的。我们周围的空气分子运动速度在数百米每秒的样子，如果降低空气的温度，分子的运动速度也会降低，而如果能够将一个 个的空气分子速度减下来，空气的温度也就降低了。而激光冷却就是通过激光来减慢原子的运动速度，从而使得原子气体的温度变小。
激光器发出的光子在钠原子上―散射‖，同时给钠原子一个反冲的作用。在这个作用下，原来向右运动的钠
原子速度会变慢。
大家可以想象一个战争的场面。失控的战车冲向战壕，战壕里的战士向战车不断开枪，子弹打由战车弹向四面八方。如果仔细看战车的速度，我们会发现由于 子弹的撞击，战车的速度会越来越小，利用激光冷却原子和这个过程相似。如上图显示的，激光器发出的光子就像子弹一样，如果光子在钠原子上发生―散射‖，那 么向右运动的钠原子在激光的作用下速度会越来越慢。仔细说来，光子在钠原子上发生的并不是散射，而是光子将钠原子的电子激发到激发态，然后电子跃迁回来的 时候会放出一个方向不确定的光子。在一段时间内，钠原子吸收的光子有特定方向，而放出的却没有，所以原子会被光束减速。这样，原子的动能有个和光子的能量 相关的不确定性，这也给出了激光冷却能够得到的最低温度。
高压钠灯的发射谱线
为了利用这一点来冷却气体，我们它对不同的原子能有不同的效果。对于向着激光运动的原子来说，我们希望能减慢他们的速度，对于远离激光运动的原子来 说，我们不希望把它们推的越来越快。并不是所有波长的激光都能够和原子相互作用，原子在内部的电子能级发生变化的时候，会放出或者吸收特定波长的光，这构 成了原子的发射光谱或者吸收光谱。每一条谱线都是有一定的宽度，激光的波长越接近吸收谱线的中心位置，激光就越容易影响原子。
激光冷却原子的示意图，选择激光的波长在原子谱线偏红（波长偏长）的一侧，这样可以实现原子的减速。来自[5]里的动画截屏（强烈推荐大家去玩一玩这里面的一系列关于BEC的动画游戏）。
如果像上图右下角显示的那样，我们将激光的波长选择在原子谱线波长略微比中心位置长一些的一侧，那么由于多普勒效应，向着激光运动的原子感受到的波 长会显得短一些（蓝移），因此作用强烈；而背离激光运动的原子感受到的波长会更长一些，因此作用很弱。这样，如果在前后左右上下六个方向都有一束激光的 话，就可以保证把原子的速度降低下来。通过这种方法，可以将原子气体的温度降低到绝对零度之上大约千分之一摄氏度，这一温度要比自然条件下存在的最冷温度 低成千上万倍。（在自然条件下，最冷温度是太空的温度，也就是宇宙背景辐射的温度，大约为3K）。
然而，这还不够……要产生产生玻色-爱因斯坦凝聚，我们还需要更低的温度。
20世纪90年代的Carl Wieman教授（左）和Eric Cornell教授（右）。Eric Cornell教授现在是JILA的主任（JILA是科罗拉多大学和美国国家标准局的一个合作研究单位）。
玻色-爱因斯坦凝聚的最终实现
1990年，从麻省理工学院（MIT）获得博士学位的Eric Cornell来到科罗拉多州位于洛基山脉山脚下的小镇博尔德（Boulder）做博士后，随Carl Wieman教授一起致力于研究如何实现玻色-爱因斯坦凝聚，两年后他成为助理教授。他们采用了激光冷却的方法将铷原子气体冷却到很低的温度，然后利用磁 势阱蒸发冷却的方法得到了更低的温度。
磁势阱蒸发冷却示意图：磁势阱里面束缚的原子气体在势阱降低的时候，带有较高能量的原子会跑掉，留
下温度较低的那些原子。
本身带有磁性的原子，这使得可以用磁场来束缚住原子，称为一个磁场的势阱。大家对蒸发冷却的原理都很熟悉：一杯开水放在桌子上，水里面速度较快的水 分子会冲出水面，散发到空气中去，从而带走了较多的能量，剩下的水分子平均能量因此降低。同样，通过降低磁势阱的高度，我们可以让束缚在势阱里面的带有较 高能量的原子跑掉，从而留下温度较低的原子，得到非常冷的原子气体。
利用这两种制冷方法，Cornell和Wieman在1995年6月成功地将含有大约2000个铷87原子（铷的一种同位素）的气体冷却到低于 170nK的温度（仅比绝对零度高了百万分之零点一七度），这时，大量的原子聚集到了最低的能量状态，形成了玻色-爱因斯坦凝聚[6,7]。此时，距离玻 色和爱因斯坦提出玻色-爱因斯坦凝聚的构想已过去70年。四个月之后，MIT的Wolfgang Ketterle教授等人成功地用钠23原子实现了玻色-爱因斯坦凝聚，他们实现的凝聚含有超过一百倍数量的原子，这使得他们可以观测一些重要的性质，比 如观察两个凝聚之间的量子干涉现象[2,8]。这三位科学家分享了2001年的诺贝尔物理学奖。
Eric Cornell和Carl Wieman得到的玻色-爱因斯坦凝聚结果图。从左到右依次为400nK，200nK和
50nK。
束缚在势阱里面的冷原子气体在关掉磁势阱之后，会向着周围的空间运动。如果没有实现凝聚，那么原子就有不同的向四面八方的速度，一段时间之后的原子 在空间里分布就会很广；而凝聚的原子称为一个整体，基本没有向外扩散的速度，在一段时间之后仍然表现为一个很集中的分布。利用光学成像的方 法，Cornell和Wieman得到了不同温度下关掉磁势阱之后得到的分布图像（如上图），200nK和50nK的结果里清晰地显示了玻色-爱因斯坦凝 聚的存在。
Ketterle教授等人观测到的两个玻色-爱因斯坦凝聚之间的干涉现象[9]。
玻色-爱因斯坦凝聚是一个宏观的量子现象，实现的凝聚里面所有的原子可以用一个整体的波函数来描诉。因此，像两束激光一样，两个凝聚之间也可以发生 干涉的现象。Ketterle教授等人利用两个玻色-爱因斯坦凝聚实现了这个干涉的现象。上图显示了两个凝聚之间的干涉现象，仔细看的话，水平方向有一系 列的干涉细线。原子构成的凝聚清晰地体现了波的性质。
关于玻色-爱因斯坦凝聚有着非常多的有趣的实验可以介绍，而在某些条件下，费米子也可以像玻色子那样凝聚起来。（由于篇幅的问题，在这里就不再介绍，期待以后有机会再一一展开去讲。）
凝聚有什么用？
近百年前的理论预测，经过许多物理学家孜孜不倦的努力才得以实现，这个领域是现代物理里面光学、凝聚态等方向的尖端前沿，里面诞生了许许多多的激动人心的研究成果。然而对于实际应用来说，玻色-爱因斯坦凝聚还只是一个刚刚开始的方向，也许要等待数年才能有实际的应用出现。
对于物理学来说，玻色-爱因斯坦凝聚的实现提供了一个研究量子现象的工具。很多的量子现象都只能在原子的大小上实现，而我们缺乏合适的观测方法。利 用玻色-爱因斯坦凝聚，我们可以把微小尺度上的量子现象放大到宏观的尺度，进而利用更方便的探测方式去研究其中的规律，去和物理的理论对比，从而可以得到 更多的进展。举个例子来，固体物理学的研究对象是不同的固体系统，比如说半导体或者超导体，这些系统的性质是由原子不同的排布方式和电子在原子排布的格点 里面运动的方式决定的。利用冷原子凝聚和激光构成的系统，我们可以模拟这些固体系统并且通过实验的手段去调节系统里面不同的参数，这样，我们可以获得更多 的理解。玻色-爱因斯坦凝聚之间的干涉现象可以提供给我们提供一个更精确测量速度和位置的工具，因此将来有可能实现玻色-爱因斯坦凝聚为基础的导航设备。此外，为了实现玻色-爱因斯坦凝聚而使用的冷却方式也是用处多多，比如提供更好地制造原子钟的技术，此处不再赘述。
参考阅读：
1.更多细节可以参阅统计物理学教材，例如：高等教育出版社，汪志诚，《热力学·统计物理》。2.维基百科，Maxwell–Boltzmann distribution，Fermi–Dirac statistics，Bose–Einstein statistics，Satyendra Nath Bose，Superfluid，laser cooling，Bose-Einstein condensate等相关内容。3.诺贝尔奖网站，1978年物理奖获奖者 4.Steven Chu et.al.，Physical
Review
Letters
55，48
(1985).链接
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v55/i1/p48_1 5.美国科罗拉
多大学
―Physics-2000‖项
目
关
于
BEC的内
容
。http://www.xiexiebang.com/abstract/PRL/v75/i22/p3969_1 9.D.S.Durfee and W.Ketterle, Optics Express 2, No.8, 299(1998).链接 http://www.xiexiebang.com/oe/abstract.cfm?uri=oe-2-8-299
【返场注释】
（文/沐右）
超流体有着非常奇特的性质，它的粘滞系数为零，它的表面张力也为零。由于表面张力为零，超流 体会倾向于于覆盖整个表面的状态。这样，如下图所示，一个容器里面如果有超流体的话，那么整个表面都会有一层超流体，放在容器内超流体表面的碗内外也都会 有一层超流体薄膜，在重力的作用下，超流体会向碗内运动。而前面提到的悬挂起来装有超流体的容器，其内部的超流体就会通过这一层薄膜在重力的作用下运动到 外面来。
图片来自维基百科―Superfluid‖页面[2]。
物理科普文章 第五篇 动物为什么不会迷失方向? 两项新的研究揭示了动物是如何利用自身固有的―指南针‖来识别方向的。研究人员发现迁徙的海龟是依靠地域性磁场引导它们在北大西洋中游动的。海龟通过沿着一个被称为北大西洋环流的循环流动系统确定自身的方位，避免了进入危险的寒冷水域中。来自美国佛罗里达州东部的海龟幼仔在一进入大海后，就开始漫长的迁徙。它们游向环绕着马尾藻海域的北大西洋环流，并用几年的时间沿着该环流游动。
科学家把海龟放置在一个大水缸中，水缸由计算机控制的线圈环绕着，以此来研究海龟幼仔对不同磁场的反应。每个海龟身上装有一个电子跟踪仪，可以记录下海龟的位置。海龟可以通过改变它们游动的方向，对磁场中的某些变化做出反应。
在另一项对赞比亚地下鼹鼠的研究中，捷克和德国的研究人员发现在名为上丘脑的大脑结构中有些神经细胞是这种动物生物―指南针‖的一部分。这些细胞组对不同磁场方向会做出有选择性的反应。鼹鼠利用这些磁感觉信息合成了一幅它们周围环境的心理地形图，而其它的动物用不同感官信息来达到同样的地形图。
物理科普文章
第六篇
【科普】核辐射及预防
什么是核辐射
简单来说，放射性物质以波或微粒形式发射出的一种能量就叫核辐射。
核爆炸和核事故都有核辐射。它有a,b和y三种辐射形式。a辐射只要用一张纸就能挡住，但吸入体内危害大;b辐射是高速电子，皮肤沾上后烧伤明显;y辐射和X射线相似，能穿透人体和建筑物，危害距离远。宇宙、自然界能产生放射性的物质不少，但危害都不太大，只有核爆炸或核电站事故泄漏的放射性物质才能大范围地对人员造成伤亡。
放射性物质可通过呼吸吸入，皮肤伤口及消化道吸收进入体内，引起内辐射。y辐射可穿透一定距离被机体吸收，使人员受到外照射伤害。
核辐射有什么危害
核泄漏一般的情况对人员的影响表现在核辐射，也叫做放射性物质，放射性物质可通过呼吸吸入，皮肤伤口及消化道吸收进入体内，引起内辐射，y辐射可穿透一定距离被机体吸收，使人员受到外照射伤害。
内外照射形成放射病的症状有：疲劳、头昏、失眠、皮肤发红、溃疡、出血、脱发、白血病、呕吐、腹泻等。有时还会增加癌症、畸变、遗传性病变发生率，影响几代人的健康。一般讲，身体接受的辐射能量越多，其放射病症状越严重，致癌、致畸风险越大。
核辐射分级
核辐射对人体的危害取决于受不同辐射的时间以及辐射量。以下是遭受的辐射量(单位：毫雷姆)的后果：
1：腿部或者手臂进行 X 光检查时的辐射量;
8：建筑材料每年所产生的辐射量;
10：乘飞机时遭受的辐射量;
60：人体内的辐射量;
700：大脑扫描的核辐射量;
5000：每年的工作所遭受的核辐射量;
10000：患癌症的可能性为 1/130;
60000～100000：出现各种辐射疾病;
200000～450000：掉头发，血液发生严重病变，一些人在 2 至 6 周内死亡;
450000～800000：30 天内将进入垂死状态
民众如何预防核辐射
1．隐蔽
早期停留于室内是一种简单、有效的措施，可明显降低全身及皮肤外照射剂量。当人们受放射性烟云照射时，隐蔽在室内可将外照射剂量减少50-90%，这要视建筑物的类型和结构而定。
2.服用稳定性碘
用稳定性化合物可以阻止或减少特定器官对相应的放射性核素的吸收，从而减少该器官的受照剂量，稳定性碘就是一个例子。碘化钾或碘酸钾都能有效地减少甲状腺对放射性碘同位素的吸收，但他们不能降低已摄入的其它放射性核素的剂量，更不能代替其它防护措施。
3.撤离
撤离是最有效的防护措施，可避免或减少来自各种途径的照射，但也是各种措施中最困难、最易造成混乱的一种。
4.个人防护方法
主要指对人员呼吸道和体表的防护。当空气被放射性物质污染时，用简易方法(如用手帕、毛巾、布料等捂住口鼻)可使吸入放射性物质所致的剂量减少约90%。但防护效果与放射性物质的理化状态、粒子分散度、防护材料特点及防护物(如口罩)周围的泄漏情况等有关。对人员体表的防护可用各种日常服装，包括帽子、头巾、雨衣、手套和靴子等。当人们开始隐蔽及由污染区撤离时，可使用这些简易的防护用品。
物理科普文章
第七篇 简单科普：核辐射
核辐射，或通常称之为放射性，存在于所有的物质之中，即包括你喝的水和我呼吸的空气，这是亿万年来存在的客观事实，是正常现象。所以我们不是讨论有没有放射性，而是讨论在日常生活中有哪些物质，在一定条件下，有偏高或高的放射性，并足以对人造成伤害。
详细介绍
核辐射主要是α、β、γ三种射线：
α射线是氦核，β射线是电子，这两种射线由于穿透力小，影响距离比较近，只要辐射源不进入体内，影响不会太大。
γ射线的穿透力很强，是一种波长很短的电磁波。电磁波是很常见的辐射，对人体的影响主要由功率（与场强有关）和频率决定。通讯用的无线电波是频率较低的电磁波，如果按照频率从低到高（波长从长到短）按次序排列，电磁波可以分为：长波、中波、短波、超短波、微波、远红外线、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。以可见光为界，频率低于（波长长于）可见光的电磁波对人体产生的主要是热效应，频率高于可见光的射线对人体主要产生化学效应。
核辐射定义
核辐射是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中所释放出来的微观粒子流。核辐射可以使物质引起电离或激发，故称为电离辐射。电离辐射又分直接致电离辐射和间接致电离辐射。直接致电离辐射包括质子等带电粒子。间接致电离辐射包括光子、中子等不带电粒子。
辐射有什么危害？
答：人们在长期的实践和应用中发现，少量的辐射照射不会危及人类的健康，过量的放射性射线照射对人体会产生伤害，使人致病、致死。剂量越大，危害越大。
为什么说人类生活在放射环境中？
答：实际上，人类的生活没有一刻离开过放射性，这些放射性是天然放射性，主要来自三个方面：
1.宇宙射线；
2.地面和建筑物中的放射性；
3.人体内部的放射性。
微量的放射性不会危及健康。
人们的哪些活动也有放射性？
答：人类的很多活动都离不开放射性。例如，人们摄入的空气、食物、水中的辐射照射剂量约为0.25毫希/年。带夜光表每年有0.02毫希；乘飞机旅行2000公里约0.01毫希；每 天抽20支烟，每年有0.5-1毫希；一次X光检查0.1毫希等等。
生活中的核辐射污染
对于核辐射污染，即放射性污染，常人往往只注意到现代科学研究中的核辐射核工厂里某些特殊车间产生的放射性物质造成的危害，或者医院的X射线治疗所产生的放射性造成的影响及损害，而未考虑生活中还会有放射性污染源。实际上，生活中的放射性物质能通过多种途径进入人体，造成对机体的慢性损害。要防止生活中的放射性污染源对人体健康的危害，有关执法部门要增强环境保护意识的宣传。另一方面，政府及执法部门要加强对放射性物质的管理，对容易受放射性物质污染的商品要进行定期监测。
一、注意居室中的放射性污染
随着工业的发展，经常利用工业废渣做建筑材料，可能造成建材中含有一些放射性物质，经放射性衰变产生了放射性气体及其子体产物，悬浮于室内空气中，氛及其于体产物放射出能量较高的a射线（粒子），人若吸进这样的气体，即会照射人体肺组织。如果长期受到照射，便容易产生支气管炎和肺癌等疾病。另据国外报道，大多数家庭居室中自然出现的放射性气体氛，如果与烟气混合，将会有致命的影响。氛是肺癌的一个致病因素。另外，装修居室用的花岗岩及其它板石材料也含有一定量的氛，特别是通风不良时，可造成居室内放射性污染加重。经监测表明，室内氧气多在通风不良的地方积累，所以经常打开居室的窗户，促进空气流通，使氧稀释，这是减少室内氛浓度的良好措施。装修房屋用的石（板）材要有选择地使用。石材的放射性核素含量随矿床，所在地等天然条件的不同而有所增减，必须对其进行监测，才能知道是否适合居室装修。要规范装修材料的市场。
二、谨防饮用水的核污染
加强对饮用水源地的环境保护，谨防饮用水受到核污染。受放射性物质污染的水不能直接饮用。
如果用受放射性物质污染的水浇灌农作物、蔬菜。其放射性物质的含量普遍增高，食用有害人体健康。
中国矿泉水水源丰富，其中也有不少水源在流经途中受到人工或天然的放射性污染。据报道，通过有关部门监测，某些盲目开发的矿泉水水源中含氧的浓度过高，若长期饮用这种矿泉水就会危害身体。因此，各地有关执法和监督部门，要对矿泉水的开发项目要严加管理，不仅要严格控制商品矿泉水的卫生指标，还要重视它是否受到放射性物质的污染。
三、要防燃煤的放射性污染
燃煤中常含有少量的放射性物质。研究分析表明，许多煤炭烟气中含有U、Th、Ra、210Po和210Pb。大多数情况下，尽管这些物质含量稀少，但如长期聚集，其放射性物质亦会随空气及烘烤的食物进入人体，造成机体的慢性损害。
平时生活使用燃煤，要注意通风排气，警惕煤烟通过呼吸进入人体内。禁止食用煤碳直接烘烤食物，尤其是茶叶、烟叶、肉类和饼干等。如果必须使用燃煤（碳）烘烤食物时也要注意屏蔽，不要让食物与煤烟直接接触。
四、莫要长期佩戴金银首饰
佩戴金银首饰是人们，尤其是女士们美容化妆的重要生活内容。殊不知经常佩戴首饰也会给人们带来烦恼，那就是容易患“首饰病”，即皮肤病。
一般来讲，除纯金（24K）首饰以外，其他的首饰在制作过程中都要掺入少量钢、铬、镍等材质，特别是那些异常光彩夺目的或廉价合成首饰制品，这些首饰制品的材质成分更加复杂，对人的皮肤造成伤害的可能性更大。据报道，美国专家在检验了几千件首饰后发现，其中有近百件含有放射性物质，这些放射性元素对人体有严重地损害，如果长期佩戴，有可能诱发皮肤病或皮癌。金银首饰，不宜常戴。常戴的首饰制品，最好进行含放射性物质测定。
迄今最严重核事故一览
1957 年9 月29 日：前苏联乌拉尔山中的秘密核工厂―车里雅宾斯克65 号‖一个装有核废料的仓库发生大爆炸，迫使苏联当局紧急撤走当地11000 名居民。
1957 年10月7日：英国东北岸的温德斯凯尔一个核反应堆发生火灾，这次事故产生的放射性物质污染了英国全境，至少有 39 人患癌症死亡。
1961年1月3日：美国爱荷华州一座实验室里的核反应堆发生爆炸，当场炸死3名工人。
1967年夏天：前苏联―车里雅宾斯克 65 号‖用于储存核废料的―卡拉察湖‖干枯，结果风将许多放射性微粒子吹往各地，当局不得不撤走了9000 名居民。
1971年11月9日：美国明尼苏达州―北方州电力公司‖的一座核反应堆的废水储存设施发生超库存事件，结果导致5000 加仑放射性废水流入密西西比河，其中一些水甚至流入圣保罗的城市饮水系统。
1979 年3月28日：美国三里岛核反应堆因为机械故障和人为的失误而使冷却水和放射性颗粒外逸，但没有人员伤亡报告。
1979 年8月7日：美国田纳西州浓缩铀外泄，结果导致1000 人受伤。
1986 年1月6 日：美国俄克拉荷马一座核电站因错误加热发生爆炸，结果造成一名工人死亡，100 人住院。
1986 年4月26 日：前苏联切尔诺贝利核电站发生大爆炸，其放射性云团直抵西欧，造成约八千人死于辐射导致的各种疾病。
2011年3月12日：日本福岛核电站第一机组因9.0级大地震导致泄漏爆炸，周围8万居民紧急撤离。日本福岛第一核电站1号机组厂房的外墙和屋顶在爆炸中受损，截止到3月13日，2号、3号机组也已开始发生泄漏，已有190名人员被确认受到核辐射。
物理科普文章
第八篇 彩虹为什么是弯的？
想必很多人都见过彩虹（至少彩虹的照片你见过吧）。一说到它，你脑海里总能浮现出一道七色圆弧。但你知道彩虹为什么是弯的吗？彩虹真的是恰好七种颜色吗？彩虹的秘密，死理性派告诉你。
古代人对彩虹的观察和研究
对彩虹的研究最早可以追溯至公元前 4 世纪。亚里士多德是第一个认真研究彩虹的人，他曾指出彩虹最为重 要的几个特征，比如：
如果太阳在地平线上升起得不太高，彩虹就会出现。彩虹不会出现在夏日的中午我们可以同时看到两条形状相同但颜色顺序排列相反的彩虹，其中外侧那条显得略为松散，彩虹主要由三种（或四种）颜色组成（现代的RGB三原色理论亦基于此）。
但是有一个很重要的现象亚里士多德并没有注意到，那就是两条虹中间的区域亮度较暗，直到公元约 200 年雅典哲学家亚历山大（Alexander of Aphrodisia）才观察到这个现象，所以后人就将这条暗带命名为―亚历山大暗带‖（dark band of Alexander）。另外，亚里士多德对彩虹的解释并不正确，他认为只有大的镜子可以反射出物体的全部外形，他把天空中的水滴比做小镜子，认为这个镜子太小了，不可能反射出整个太阳，但是又必须得有什么东西反射出来，所以会有颜色呈现出来。而且，亚里士多德也没有注意到光的折射作用。
在此之后，古罗马哲学家 塞内卡、波斯物理学家 海什木 等人也都曾发表过自己的看法。中国北宋时期一位叫 孙思恭 的精通天文历算的进士也曾说过―虹乃雨中日影也，日照雨则有之‖（沈括《梦溪笔谈》），这些均只停留在对现象的思考上，没有更多深入和本质性的研究。
彩虹是怎么形成的
我们现在知道，彩虹的形成和光的折射有关。所以直到人们发现折射定律，彩虹问题才有条件被解决。光入射到不同介质的界面上会发生反射和折射，入射光和折射光位于同一个平面上，且与法线的夹角满足如下关系：
其中，n 1 和 n 2 分别是两个介质的折射率，θ 1 和 θ 2 分别是入射光（或折射光）与法线的夹角，叫做入射角和折射角。这个定律最早在公元 984 年被波斯科学家 IbnSahl 精确描述。随后又被英国科学家 托马斯·哈利奥特（1602 年）、荷兰物理学家 威理博•斯涅尔（1621 年）、法国数学家笛卡尔（1637 年）等人先后独立发现这个定律。其中，笛卡尔利用折射定律，成功解释了彩虹是如何形成的。笛卡尔假想在一个 AFZ平面内，光线从 AF 处射出，人眼位于 E 处。如果这时把一个代表水滴的圆球放在 BCD 处，那么 D 部分将呈现全红色且比其它部分都更明亮。而无论是把球向前向后还是向左向右移动，这个现象均不会改变。笛卡尔测出此时的 ∠DEM 约为 42°（M 为彩虹的圆心）。之后他将 ∠DEM 调得稍大一些，观察到红光立刻就消失了，稍小一些，则能看到黄色、蓝色等其它颜色。在仔细检查 BCD 处的球后，笛卡尔得出结论：光线 AB 在 B 点处射入球体发生折射打到 C 点，随后在 C 点处发生反射传递到 D 点，并在 D 点再次发生折射而出。
【笛卡尔描绘彩虹是如何形成的。图片来源：wikipedia.com】
上面这段话并不太好理解，转化成现代语言就是：以空中的一个水珠为例，如下图所示，光线在水滴内发生两次折射和一次反射。其中α为入射角，β为折射角。容易看到，角 D（α）就是最后的光线偏离原始方向的角度。
【图像来源：plus.maths.org】
那如果一簇平行光线射入水珠又是什么情况呢？如下图所示，可以发现经水珠两次折射后，一部分光线散射出去，还有一部分光线则非常密集地射向（大致的）同一方向。实际上 可以证明，下图中越靠近红线处的光线越密集，光强越大。这条红线就被称作为彩虹线。
【图像来源：plus.maths.org】
要确定这条彩虹线的位置也并不困难。仍然以红光为例，前面已经说过，角 D（α）是最后的光线偏离原始方向的角度。通过简单的几何知识我们容易得到：
而根据折射定律，有
其中，是红光在水中的折射率（1.33），将上式代入到 的表达式中，绘制 的函数图象如下图蓝线所示。从函数图中我们可以看到，当入射角 α 范围相等时（I 1 = I 2），最后的光线偏移量范围 J 1 比 J 2 间隔更小，也就是说入射角在 I 1 范围内的入射光线（入射光线是平行的，但由于水珠是球形，所以几乎每条光线的入射角都不相等，而是在一个范围内），光线偏移量的范围更小。即两次折射后的光线更加密集，光强更大。
因此，D f（α）的最小值就对应着彩虹线的位置。通过求导计算，当 α = 59.58° 时有最小值 D f(α)= 137.48°。因此，最终的折射光线和入射光线的夹角是 180°-137.48°= 42.52°。这正是笛卡尔寻找的 ∠DEM，也就是人眼对于彩虹的仰角，称为红光的―彩虹角‖（Rainbow angle）。我们所看到的彩虹中红色部分均来在这一角度附近。
【图像来源：plus.maths.org】
当以人的眼睛为顶点，把所有与平行入射光线成 42.52° 彩虹角的光束连接起来，就形成一个红色的圆锥体。圆锥底面的圆弧就是彩虹。到这里，我们就成功解决了彩虹为什么是弯的这个让无数人困惑的难题。
【所有满足红光彩虹角形成的红色圆锥体.图像来源：plus.maths.org】
另一方面，对红光的分析还可以拓展到其它颜色的光线。这样就可构建出彩虹的完整的彩色外形。比如对紫光分析，由于其频率比红光高，折射率要高于红光，所以能计算出其彩虹角为41.07°（取紫光在水中折射率为1.34）。这个值小于红光，这正是为什么在彩虹中，紫色排在红色下方的原因。
为什么中午很难看到彩虹 顺带一说的是，你在中午几乎看不到彩虹。因为从上面的示意图我们可以看到，太阳位于底面圆心（即彩虹的圆心）与人眼连线的延长线上，这导致了彩虹不会出现在中午——太阳越高，彩虹的圆心将越往地平线以下偏移，这使得彩虹整体下移。当然如果从空中俯瞰的话，可以观察到完整的圆形彩虹。如果没有飞机，站在视野开阔的高山之巅也有可能看到。
【彩虹不会出现在中午的原因。图像截自：The Rainbow-Aristotle's Theory】
彩虹是七色的吗？
说完彩虹的形状，不妨再说说彩虹的颜色。一种广为流传的说法是彩虹由 7 种颜色组成。但事实上彩虹是一道由红色到紫色的连续光谱（―光谱‖一词最先由牛顿创造），并非真的只是由 7 种泾渭分明的颜色组成。1665 年牛顿在棱镜实验中将可见光分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫这 7 种颜色，实际是受到了来源于古希腊的毕达哥拉斯学派的影响。毕达哥拉斯学派认为数学是美的（比如他们搞出的―黄金分割‖），在祷文中他们认为 1 是纯洁的，4 是圣洁的，10 是万物之母，而数字 7 则象征着完美。在牛顿之前，―七原色‖（seven principal colours）的概念就已出现在中世纪的神秘主义和炼金术理论之中，并在文艺复兴时期成为遵行的颜色理论。
由于不同颜色光的波长都不相同，所以彩虹实际就是可见光的色散，介质就是雨后天空中的水滴。人的眼睛可以感知的电磁波波长一般在 400 到 700 纳米之间，而这只占宽广的电磁波谱的极小部分。
【可见光光谱。图像来源：wikipedia.com】
多重彩虹和亚历山大暗带
虽然牛顿在对彩虹的研究中颇有发现，但是在对彩虹的进一步阐释中，由于牛顿深陷于光的粒子性理论之中，因此无法解释―复虹‖（supernumerary rainbow，指有时在一条彩虹的内部还可以看到几条模糊的彩虹）的存在。
直到 1801 年，英国科学家托马斯•杨意识到了光在一定条件下还具有波的性质，并用双缝实验给予了有力的证明。随后（1804 年）他用―光的干涉‖理论完美解释了复虹现象：当两条光束从同一个水滴沿相同方向散播出来的时候，它们彼此之间会发生干涉。若两光束的光程相差半波长的奇数倍，则到达观察者的光强彼此削弱；若相差整数波长，则光强相互增强。由此造成了一系列位于彩虹内侧的明暗相同的光带。根据这一解释，―复虹‖又被称为―干涉虹‖。
【副虹。图像来源：wikipedia.com】
在上文中我们分析的彩虹又可称为―主虹‖（primary rainbow）。在主虹上方，我们有时还能看到―副虹‖（secondary rainbow），也就是文章开头提到的亚里士多德观察到的两条形状相同但颜色顺序排列相反的彩虹的外一层，即我们常说的―霓‖。虹是光在水滴内经过了两次折射和一次反射的结果，霓的形成则比虹在水滴内多经历了一次反射（就是笛卡尔描述彩虹怎样形成示意图中的红色光线所示），导致它的颜色排布与虹的颜色排布顺序相反。霓中不同颜色的光线的彩虹角约在 51°左右，所以它比虹显得要高。在自然界中，我们最多能观察到一条副虹，而更高阶的副虹则可以通过实验手段制得。
到这里，霓虹之间的―亚历山大暗带‖也可以得到解释了：人眼所能捕捉的光线几乎全部集中在彩虹线及以下处，而几乎没有或者很少有光线高于彩虹线射出，所以虹的上半部是是偏暗的。彩虹线以下射出的光束基本上都是混合了光谱的颜色，呈可见光白色，所以虹的内部要更明亮。霓的分析与之相对，由此形成―亚历山大黑带‖（也就是仰角大约在 42°到 51°之间）。
【虹、霓和亚历山大暗带。图像来源：wikipedia.com】
关于彩虹各种观察现象的科学讨论还有很多很多，曾经还有人为之还出了一本书，书名为《彩虹桥：艺术、神话和科学中的彩虹》（The rainbow bridge: rainbows in art, myth, and science by Raymond L.Lee,Alistair B.Fraser）。本文只讨论了彩虹现象其中极小的一部分，涉及到了几何光学、波动光学等知识。20 世纪的时候，还曾有科学家用电磁波理论、光子理论等对彩虹现象进行更精确的描述。关于彩虹的更多有意思的科学话题，欢迎参看后面的参考文献。
物理科普文章
第九篇 七大著名流星雨
流星雨通常与彗星有关，在距离太阳较近时，彗星会受到其巨大引力和辐射的影响，喷发出大量的尘埃物质，其中一部分尘埃物质会遗留在轨道附近，形成一 个柱状的尘埃带。当地球绕太阳公转，穿过尘埃带时，就会有流星雨出现。为我们带来这个流星雨的彗星，就被称为母彗星。也有母体是小行星的流星雨。
相关概念：
辐射点：流星雨看起来像是流星从夜空中的一点迸发并坠落下来。这一点或这一小块天区叫作流星雨的辐射点。通常以流星雨辐射点所在天区的星座给流星雨命名，以区别来自不同方向的流星雨。所有流星的反向延长线都相交于辐射点，通过这一点可以在观测时判断看到的是否是群内流星。
偶发流星：单个出现的流星，在方向和时间上都很随机，也无任何辐射点可言。
ZHR值：极大时极限星等为6.5等且辐射点在天顶时观测者每小时看到的流星数
R值：代表同一流星群内亮流星数目所占的比例，如果一个流星群的r值为3，那么某一星等的流星数量就是比它亮一个星等的流星的3倍。r值越小，亮流星所占比例也就越大。
流星暴雨：ZHR大于1000的流星雨。
七大著名流星雨
1.狮子座流星雨
狮子座流星雨在每年的11月14至21日左右出现。一般来说，流星的数目大约为每小时10至15颗，但平均每33至34年狮子座流星雨会出现一次高峰期，流星数目可超过每小时数千颗。这个现象与谭普-塔特而彗星的周期有关。流星雨产生时，流星看来会像由天空上某个特定的点发射出来，这个点称为―辐射点‖，由于狮子座流星雨的辐射点位于狮子座，因而得名。
2.双子座流星雨
双子座流星雨在每年的12月13至14日左右出现，最高时流量可以达到每小时120颗，且流量极大的持续时间比较长。双子座流星雨源自小行星1983 TB，该小行星由IRAS卫星在1983年发现，科学家判断其可能是―燃尽‖的彗星遗骸。双子座流星雨辐射点位于双子座，是著名的流星雨。
3.英仙座流星雨 英仙座流星雨每年固定在7月17日到8月24日这段时间出现，它不但数量多，而且几乎从来没有在夏季星空中缺席过，是最适合非专业流星观测者的流星雨，地 位列全年三大周期性流星雨之首。彗星Swift-Tuttle是英仙座流星雨之母，1992年该彗星通过近日点前后，英仙座流星雨大放异彩，流星数目达到 每小时400颗以上。
4.猎户座流星雨
猎户座流星雨有两种，辐射点在参宿四附近的流星雨一般在每年的10月20日左右出现；辐射点在ν附近的流星雨则发生于10月15日到10月30日，极大日 在10月21日，我们常说的猎户座流星雨是后者，它是由著名的哈雷彗星造成的，哈雷彗星每76年就会回到太阳系的核心区，散布在彗星轨道上的碎片，由于哈 雷彗星轨道与地球轨道有两个相交点形成了著名的猎户座流星雨和宝瓶座流星雨。
5.金牛座流星雨(南金牛座流星雨，北金牛座流星雨)
金牛座流星雨在每年的10月25日至11月25日左右出现，一般11月8日是其极大日，Encke彗星轨道上的碎片形成了该流星雨，极大日时平均每小时可观测到五颗流星曳空而过，虽然其流量不大，但由于其周期稳定，所以也是广大天文爱好者热衷的对象之一。
6.天龙座流星
天龙座流星雨在每年的10月6日至10日左右出现，极大日是10月8日，该流星雨是全年三大周期性流星雨之一，最高时流量可以达到每小时400颗。Giacobini-Zinner彗星是天龙座流星雨的本源。
7.天琴座流星雨
天琴座流星雨一般出现于每年的4月19日至23日，通常22日是极大日。该流星雨是我国最早记录的流星雨，在古代典籍《春秋》中就有对其在公 元前687年大爆发的生动记载。彗星1861 I的轨道碎片形成了天琴座流星雨，该流星雨作为全年三大周期性流星雨之一在天文学中也占有的极其重要的地位。
物理科普文章
第十篇 别把煤灰不当宝贝 环保汽车或可由其提取物制造
除了制造水泥、砖块，以及走向其最终的―墓地‖——垃圾填埋场之外，燃煤电厂排放出来的煤灰还有其他用途吗？美国科学家表示，未来更轻便、更节能的环保汽车或许可由煤灰提取物来参与制造。另外，经不起任何风吹雨打的煤灰也能―化身‖为道路桥梁的―护身符‖，让其包裹的钢筋和水泥更坚固，以抵挡岁月的侵袭。
桥梁道路的“护身符”
美国物理学家组织网3月30日报道称，美国佛罗里达大西洋大学化学与生物化学系教授查尔斯·卡拉赫在美国化学学会大会上表示，燃煤发电厂产生的煤灰能用来制造包装材料，包裹美国道路和桥梁所使用的水泥，经过―包装‖的道路和水泥的寿命可以延长几十年。而且，这种材料的经久耐用性是现有包装材料的几百倍，而成本则仅为其一半，因此，每年能为美国节省数千亿美元。
卡拉赫解释说，美国450家左右的燃煤电厂每年大约产生1.3亿吨煤灰。在与空气污染有关的法律出现之前，无人会理会这些细微的、毫不起眼的煤灰，径由它们从烟囱散逸入空气中。现在，发电厂开始收集这些煤灰。
―不过，收集起来的煤灰如何处理成为令很多人深感头疼的问题。‖卡拉赫说，―有些煤灰确实被回收并重新利用，但70%的煤灰进了垃圾填埋场。随着土地不断减少，垃圾填埋场也变得越来越稀缺而昂贵。我们的研究表明，煤灰等‗废物‘能变成极有价值的资源，它们可以包裹水泥，成为水泥的‗护身符‘，减缓水泥因为时间流逝而出现的品质下降乃至崩塌的速度。而且，这种包装材料也可以修复受损的水泥。‖
卡拉赫表示，实验室进行的测试表明，当暴露在炎热、寒冷、下雨和其他比实际环境还要恶劣的模拟环境中时，煤灰制成的这种包装材料具有非凡的硬度和耐用性。例如，当将其暴露在酸度达正常室外空气中酸度一万倍的空气中时，这些包装材料可让水泥的品质维持在很高的水平，在一年的观察期内，受到这种保护的水泥坚固如初并毫发无伤，而暴露在同样的环境下的普通水泥几天后就开始弱不禁风了。
卡拉赫说，美国环保署公布的数据显示，目前美国在修复、加固和替代家用废水系统和饮用水系统中所用水泥方面的花费高达1.3万亿美元，而且很多项目必须要在2020年前完成，以避免可能会出现的环境问题和公共安全问题；同时，修复和重建凹凸不平的水泥路和摇摇晃晃的桥梁需要几千亿美元。―因此，煤灰制成的这种包装材料能延长这些道路、桥梁和水系统的寿命，节省成本，同时解决煤灰的废物处理问题。‖卡拉赫如是强调。
未来轻型汽车的“血肉”
其他科学家也将关注的目光投向了煤灰，他们认为，煤灰提取物可能会成为未来包括电动汽车在内的更轻便、更节能车辆的―血肉‖。
据美国《科学美国人》3月28日报道，纽约大学理工学院的教师尼基尔·古普塔博士在上周出版的《金属杂志》上指出，他的研究小组正致力于研发一项专利技术——用煤灰提取物做原材料，让汽油或柴油动力汽车―瘦身‖10%；至于电动汽车，可以通过使其电池减重20%到30%来进一步减轻其重量，由此增加它们持续工作的能力。
古普塔说，可以将发电站产生的大量煤灰收集起来很好地加以利用，包括用来制造热门的汽车等。古普塔指出，煤灰―变脸‖为轻型汽车原料的奥秘在于煤灰中含有一种叫做煤胞的微结构，这是一种坚固而中空的含泡结构，是煤炭燃烧所产生的废弃副产品的一部分。这些副产品中，煤胞会漂浮在水上，而其他物质则下沉，因此，可以用水将其从这些废弃的副产品中分离出来。
用镍、铜或任何其他合金或陶瓷材料给这些煤胞加上涂层就能制成一种超级坚固但轻巧的材料，这种材料可以混合入很多金属―体内‖。古普塔和同事们估计，任何一片金属中都可以添加60%以上的煤灰提取物，这一比例可以根据最终得到的部件所需要的弹性进行调整，这样就可以在保持钢铁或铝的强度的同时大大降低其重量。尽管这项技术有几百种用途，但古普塔表示，重型车辆制造商和军方可能最感兴趣。
研究人员称，他们与威斯康星的制造企业合作，制造出了一些汽车的原型，证明这一方法的确可行。他们说，让标准汽车减重10%是―保守估计‖，因为汽车技术人员或许能在制造中发现研究人员没有想到的其他用途。
古普塔团队下一步的目标是进军电动汽车市场，同汽车制造商以及电池制造商合作。该研究团队表示，通过将这种煤胞融入电池使用的铅或者其他金属内，可以将电池的重量减少20%到30%甚至更多。电池是电动汽车中最重的部分，削减电池的重量可以大幅减少汽车的重量，这样，一次充电能让汽车行驶更长时间。而这项技术可以进行规模化生产并且成本低廉。
不过，古普塔也承认，来自煤灰的煤胞的质量无法预测是一个问题。但在美国，每年发电站产生的大量煤灰提供了廉价、充足的材料供应，人们可以从中挑选出最好的煤胞。(刘霞)
煤灰或有望用于制造环保汽车等大用途(新闻配图)
第三篇：物理科普展策划书
2011年物理科学学院
——物理科普展
策
划
书
物理科学学院学生会
物理科学学院“物理科普展”策划书
一、活动组织单位：
主办：物理科学学院学生会
二、活动地点
八食广场
三、活动时间
2011年5月25日(周三)10:00——15:00
2011年5月26日(周四)10:00——15:00（具体时间依实际情况定）
四、活动意义
物理科学学院“物理科普宣传展”旨在让广大学子在对自身专业进行深入学习的同时，对科普知识也进行一定的了解，丰富知识体系的同时，加强自身的钻研精神。同时，丰富大学生的校园文化生活，培养大学生的创新思维，丰富大学生的科普理念。展现物理科学学院的新风貌，科研创新成果，教学成果。组织同学们参与其中，传递生活科普常识，启发学生发现生活中的物理。
五、准备工作
（一）工作分组
1、记录组
记录整个活动的进程最后发到媒体；记录整个活动的物品使用情况
2、宣传组
前期和活动当天的宣传
3、后勤组
负责场地布置及购买所需用品，服务于同学
（二）所需筹备物品
1、学院横幅
2、展板*8
3、桌子*4
4、相机*1
5、帐篷*2
6、演示实验仪器
7、生活实验仪器
六、前期宣传工作
1、制作海报若干张贴在各宿舍楼下，展板一张，提前两天放置在二食前进行宣传；
2、活动进行前一天，在前往八食广场的路上贴相应的标志； 标志包括：
（1）写有活动具体名称时间地点的纸质箭头，贴在树上、墙上；（2）脚印，贴在地上（此项根据学校环卫情况考虑）；
3、在团员之家等校内网络媒体发布信息公告；
4、在八食广场的路上拉横幅；
七、活动流程
1、工作人员到场签到，布置会场。
2、展示过程中维持秩序。
3、结束后清理会场。
八、具体活动内容
（一）活动地图
（二）展示内容
1．物理生活科普知识展示
2．著名物理实验及实验室展示 3．著名物理学家展示
4．教学科研成果展示（待定）5．物理实验区
（1）演示实验室仪器展示（2）物理生活小实验展示（3）其他待定
********************经费预算********************
宣传费用：横幅50元
彩色纸版、彩笔、脚印状贴纸50元
展示费用：打印费160元工作用水10活动费用共计需要约270元。
元物理科学学院学生会
第四篇：物理科普教案1
彩虹的形成
教学目标
1.让学生了解天空形成彩虹的原因
2.让学生了解和学习到生活中无处不在的科普知识
教学重点
学习这个课题的重点是在于把握彩虹的自然形成和养成一种以科学态度和观点看待问题，学习这一课时关键的是要明白一些自然地科普现象，学会在生活中发现科普的魅力 教学难点
1.彩虹的形成
2.彩带颜色的顺序以及形成原因
教学准备
收集彩虹形成的知识和一些必要的科普现象 教学设计
（一）、引入新课
彩虹是人们经常看到的五彩缤纷的彩虹一种自然界的光现象，每当当空挂时，人们都会情不自禁地观赏这种大自然美，古时有人说，那是寂寞的嫦娥在云端歌舞挥起的彩绸，也有人说，那是仙女为窥视人间在云中搭起的彩桥，不管是彩绸还是彩桥，都只过是神奇的传说罢了，而现实中的彩虹是什么，它是如何形成的？（用多媒体课件展示彩虹图片）
（二）、新课教学 1.彩虹的形成
师：（1）其实彩虹的形成跟我们学过的光的折射和反射有关，同学们知道什么是折射和反射吗？
生：让学生自己回忆总结光的折射和反射定律的内容 师：那么它们在彩虹形成的过程中的作用（作图分析）
折射和反射，是形成彩虹的必要条件，因为只有这样才能够把光集中起来才能形成彩虹
（2）同学们知道彩虹有几种颜色吗，这些颜色以什么样的顺序排列? 生：相互之间讨论并举手回答
师：总结，彩虹有七种颜色，分别为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，红色在最上面，紫色在最下面。(3)彩虹是怎样形成的呢？ 生：
彩虹是光学现象中的一种色散现象。彩虹一般出现在雨后晴朗的天空，这是因为空气中漂浮大量的小水滴，当太光照射到这些小水滴上时。一个个的小水滴就像棱镜似的把白光分解成七色单色光，对阳光起分光色散作用。
师:那么阳光是如何在小水滴中产生分光色散作用的？ 生：分组讨论
师：当阳光射入小水滴时，光从空气进入水时，发生一次折射，由于构成白光的各种单色光的折射率不同，紫光波长最短，红光波长较大，其折射率最小，其余色光介于红光和紫光之间，因此，光线在小水滴内产生分光现象，同时各色光在小水滴内继续传播，遇到水滴的另一界面时被反射回来，重新经过小水滴内部，出来时再一次发生折射回到空气中，这样，阳光在小水滴中进行了两次折射和一次反射就被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光，当空气中的小水滴数量很多时，阳光通过这些小水滴，经过反射和折射作用，射出来的的光集中在一起，就形成了美丽的彩虹。（4）彩虹形成过程中什么颜色是靠在最前面的？彩虹的大小由什么决定？
由于构成白光的各种单色光的折射率不同，紫光波长最短，红光波长较大，其折射率最小，其余色光介于红光和紫光之间，彩虹形成后红色是在最前面的，彩虹的大小是由水珠的大小决定的，当水珠越大的时候红色就会越明显（5）怎样才能够看到彩虹？早晨的彩虹出现在什么方向？黄昏的彩虹出现在什么方向？
面对太阳的时候我们是看不到彩虹的，要想看到彩虹我们必须背对太阳才能够看到，早晨的时候彩虹出现在西方，而黄昏的时候彩虹出现在东方，然而黄昏的时候我们是看不到彩虹的，因为这时我们的地球和太阳在同一平面上，要想看到彩虹就必须在高空中才能够看到
(6)彩虹一定出现在雨后吗，怎样在晴朗的天气下自己动手制作彩虹？冬天会出现彩虹吗？ 生：各抒己见
师：雨后天空有时会出现彩虹，这固然是事实，但是在阳光下，喷泉或瀑布的周围也会出现彩虹；在夏天，街上奔跑的洒水车后面，有时也会出现一段彩虹，用喷雾器在空中喷雾液可以形成彩虹，所以在晴朗的天气下背对阳光在空中洒水或喷洒水雾，可以人工制造彩虹。冬天一般不会出现彩虹，因为气温低，水珠少，光照少，所以在冬天一般是不会出现彩虹这一科普现象的。2.彩虹的气象原理
同学们都知道彩虹出现在雨后晴朗的天空，那么彩虹的出现和消失与气象有没有关系呢？ 生：分组讨论
师：空气里小水滴的大小，决定了彩虹的色彩与宽度。雨滴越大，彩虹带越窄，色彩月鲜明，；雨滴越小，彩虹带越宽，色彩月暗淡。当雨滴小到一定程度时，分光和反射不明显，彩虹就消失，这说明了彩虹的形成直接与空气中雨滴的存在、多少、大小有着直接关系，反过来说，彩虹跟天气变化有关。例如：如果彩虹的色彩从鲜艳变为暗淡，宽度从狭窄变为宽大，都说明空气中雨滴由大逐渐变小，由此，我们可以推测空气可能之间转向稳定，天气情况渐趋稳定。3.课堂总结 ①.彩虹的形成 ②.彩虹的气象原理 4.作用布置
利用课外知识或网络资源，回答以下问题 ①.什么是科普？科学技术包括那两个方面？
②.彩虹有几种颜色组成？在这些颜色中什么颜色是在最前面的？它的大小由什么决定？
③.早晨和黄昏的时候彩虹出现在什么方向？为什
么彩虹在黄昏的时候我们看不到？
④.什么是折射和反射？折射和反射在形成彩虹时有这么作用？
⑤.怎样自己动手制作彩虹？ ⑥.简述彩虹的形成? ⑦.从古至今彩虹带给我们的文化历史什么影响？
第五篇：电镀生产管理
电镀生产管理
电镀生产中，容易影响连续生产的因素很多，如有时生产安排不合理，毛坯脱节； 原辅材料**中断；工艺故障或设备故障；供水、供电、供气不正常；员工安排不当或 劳动力不足等都会影响生产。
在ISO9000系列国际质量标准中，将电镀工艺列为特殊工艺，并强调特殊工艺需要特殊考虑。所谓特殊考虑，就是按照AMIE（人员、设备、原料、方法、环境）五大因素对电镀过程进行全面质量控制，建立质量保证体系，达到向市场提供优质产品的目的。为了与世界经济接轨，应积极采用（GB-19000系列），等同于国家标准ISO9000系列质量标准
适销对路、高质量产品是靠企业生产出来的，生产靠科学管理，科学的管理靠人，产品质量的关键是要解决人的工作质量。优秀的产品质量第一靠人，质量好坏是靠人做出来的，人的素质与工作质量好坏可以决定产品质量的好坏；第二是内部管理，电镀要以效益抓质量。质量管理的本质就是制度和人，这是企业成败的分界线。若在实际管理中有令不行，有禁不止，规章制度没有实际效力，其表现必然是人心涣散，不思进取，企业没有凝聚力。因此，首先要解决的便是制度、纪律问题。没有纪律，企业就不可能正常运行，更谈不上效率和效益。何以创造效益，制度也能创造效益。把握了管理本质，也就获得了制胜的法宝。高质量的正品率是靠每个人的用心干出来的，心不正则品不精。
（1）质量责任制
建立质量责任制，让企业的每个人都明确具体任务、责任和权力，以便使质量工作事事有人管。要贯彻工艺规程，严格执行技术标准，妥善处理发生的质量问题。车间质量责任制：生产车间必须对其生产制造的产品做到不合格品不出车间。坚持“三不放过”的原则，即原因不查清不放过，措施不落实不放过，责任不分清不放过，并做到把不合格品消灭在本车间内。班组质量责任制：班组应对其生产制造的产品（半成品或其他）质量负直接责任。发生质量事故，要组织全班组人员分析研究，采取措施，加以解决。对班组长的考核，不仅考核生产指标完成情况，更重要的是考核工艺执行情况、原始记录的完整性等。个人质量责任制：操作工人应做到严格按工艺操作，按图纸加工，按制度办事。要认真做好原始记录，做好自检、互检工作，保证不合格品不送检、不合格品不转工序。要及时做好上道工序加工质量问题的信息反馈，积极提合理化建议，不断提高本工序的质量。
（2）电镀生产中的产品质量监控组织
无论是专业还是综合电镀生产车间，镀层质量监控是电镀生产产品保质的关键。在产品电镀生产加工完毕出厂送交客户以前，必须经过专职质量监控部门或人员按产品质量标准进行检验确认，才能准许合格产品出厂。根据生产规模和产品类型，质量监控组织通常有二级或一级设置。二级管理方式适应于大型电镀生产厂家，厂部设质检科（部），车间设质检组（或主管），承担厂或车间的毛坯检验，对制品的检验和成品检验。有权对不合格产品否决，作退镀、降级或报废处理。“中小型电镀车间一般直接设置质检班、组或专职人员，以承担上述相同任务，行使相同职权。
（3）电镀生产中的劳动组织 国内电镀生产中的劳动组织一般都是：!按电镀生产任务和岗位来定员分班，工段
管理。电镀最好是三班制连续生产。”在非三班制连续生产的情况下，为防止劳力浪 费，应根据镀前处理、电镀、镀后处理和生产流程的时间差异，不同岗位的生产人员上 下班时间应相应交叉，在保证执行劳动法的前提下，有效组织劳动，方便管理
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