大学物理48692 11页

1。为什么资本主义和现代科学起源于西欧而不是中国或其他文明？这就是著名的李约瑟之谜。李约瑟问题其实是：为何近现代科技与工业文明没有诞生在当时世界科技与经济最发达繁荣的中国。欧洲经历了一千年宗教的黑暗时期，希腊、罗马的古代典籍也被欧洲中世纪的焚书毁灭，欧洲从阿拉伯帝国保存的希腊、罗马古籍复兴了希腊、罗马文化的同时消化吸收了中华文明的科技与产业、体制与文艺等成就，从而诞生了近现代科技与工业文明-全球化地球文明。从马可·波罗游记到哥伦布发现新大陆，欧洲掀起了文艺复兴与研究东方文明。从1643年牛顿诞生到1765年瓦特蒸汽机开启工业革命、1783年美国独立战争结束，欧美进入了工业文明时代；然而，1840年的中国却进入了鸦片战争时期。1840年前后，英国的机器化生产已基本取代手工业生产，1831年英国科学家法拉第发现电磁感应现象，1847年西门子－哈尔斯克电报机制造公司建立，开启了电化时代。　李约瑟难题是一个两段式的表述：第一段是：为什么在公元前一世纪到公元十六世纪之间，古代中国人在科学和技术方面的发达程度远远超过同时期的欧洲?第二段是：为什么近代科学没有产生在中国，而是在十七世纪的西方，特别是文艺复兴之后的欧洲?“李约瑟难题”很耐人寻味，它犹如科学王国一道复杂的“高次方程”摆在了世人面前。众所周知，中国是享誉世界的文明古国，在科学技术上也曾有过令人自豪的灿烂辉煌。除了世人瞩目的四大发明外，领先于世界的科学发明和发现还有100种之多。美国学者罗伯特·坦普尔在著名的《中国，文明的国度》一书中曾写道：“如果诺贝尔奖\n在中国的古代已经设立，各项奖金的得主，就会毫无争议地全都属于中国人。”当然，这是不可能的。然而，从17世纪中叶之后，中国的科学技术却如同江河日下，跌入窘境。据有关资料，从公元6世纪到17世纪初，在世界重大科技成果中，中国所占的比例一直在54％以上，而到了19世纪，剧降为只占0．4％。中国与西方为什么在科学技术上会一个大落，一个大起，拉开如此之大的距离，这就是李约瑟觉得不可思议，久久不得其解的难题。李约瑟从科学方法的角度得到的答案是：一是中国没有具备宜于科学成长的自然观；二是中国人太讲究实用，很多发现滞留在了经验阶段；三是中国的科举制度扼杀了人们对自然规律探索的兴趣，思想被束缚在古书和名利上，“学而优则仕”成了读书人的第一追求。李约瑟还特别提出了中国人不懂得用数字进行管理，这对中国儒家学术传统只注重道德而不注重定量经济管理是很好的批评。从文化竞争模型给出另一个解答：中国小农经济的资源限制和保守倾向，阻碍了劳动分工和科学文化的多样发展。中国以前人多地少，却认为人口少，所以各个王朝建立的一个首要任务是鼓励生育；而西欧人少地多，他们却认为生活的空间狭小，要向外扩张，这个问题不得不让人深思为什么。一、资源因素。中国多山少地，半干旱气候的生态约束促使中国发展了节省能源、消耗劳力的农业技术，而非扩张资源、节省劳力的牧农技术，导致周期性的生态危机和治乱循环，阻碍了劳动分工的发展。\n二、文化因素。从文化竞争模型可以看到：冒险精神利于多元和创新，避险倾向利于稳定和赶超。中国的儒家、道家、法家流派的主导思想无不是规避风险、明哲保身　三、系统复杂性因素。劳动分工的发展，要求稳定的环境，现代科学和资本主义的出现不是单一文化的自身延展，而是多种文明冲突演化的结果。中国面临单一小农经济造成的生态危机的恶化，秦汉以来自然灾害的周期不断缩短，农民起义和外敌入侵不断，加上政府货币、财政政策的多变，都不利于劳动分工的保持。2.统称“开普勒三定律”，也叫“行星运动定律”，是指行星在宇宙空间绕太阳公转所遵循的定律。由于是德国天文学家开普勒根据丹麦天文学家第谷·布拉赫等人的观测资料和星表，通过他本人的观测和分析后，于1609～1619年先后早归纳提出的，故行星运动定律即指开普勒三定律。 具体内容开普勒在1609年发表了关于行星运动的两条定律：开普勒第一定律（轨道定律）：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上。开普勒第二定律（面积定律）：对于任何一个行星来说,它与太阳的连线在相等的时间扫过的面积相等。用公式表示为：SAB=SCD=SEK简短证明：以太阳为转动轴，由于引力的切向分力为0，所以对行星的力矩为0，所以行星角动量为一恒值，而角动量又等于行星质量乘以速度和与太阳的距离，即L=mvr,其中m也是常数，故vr就是一个不变的量，而在一短时间△t内，r扫过的面积又大约等于vr△t/2,即只与时间有关，这就说明了开普勒第二定律。用公式表示为：R^3/T^2=k其中，R是行星公转轨道半长轴，T是行星公转周期，k=GM/4π^2=常数1619年，他出版了《\n宇宙的和谐》一书，介绍了第三定律，他写道：“认识到这一真理，这是超出我的最美好的期望的。大局已定，这本书是写出来了，可能当代有人阅读，也可能是供后人阅读的。它很可能要等一个世纪才有信奉者一样，这一点我不管了。”　多普勒效应Dopplereffect多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（ChristianJohannDoppler）而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。主要内容为：物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移blueshift）；当运动在波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低（红移redshift）。波源的速度越高，所产生的效应越大。根据光波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度。除非波源的速度非常接近光速，否则多普勒位移的程度一般都很小。所有波动现象都存在多普勒效应。3.1为什么会产生这种现象呢？要解答这个问题，得先从光的折射谈起。\n当光线在同一密度的均匀介质内进行的时候，光的速度不变，它以直线的方向前进，可是当光线倾斜地由这一介质进入另一密度不同的介质时，光的速度就会发生改变，进行的方向也发生曲折，这种现象叫做折射。当你用一根直杆倾斜地插入水中时，可以看到杆在水下部分与它露在水上的部分好象折断的一般，这就是光线折射所成的，有人曾利用装置，使光线从水里投射到水和空气的交界面上，就可以看到光线在这个交界面上分两部分：一部分反射到水里，一部分折射到空气中去。如果转动水中的那面镜子，使投向交界面的光线更倾斜一些，那么光线在空气中的折射现象就会显得更厉害些。当投向交界面的光线如左下图所示的情况时，光线就全部反射到水里，再没有折射到空气中去的光线了。这样的现象叫做全反射。空气本身并不是一个均匀的介质，在一般情况下，它的密度是随高度的增大而递减的，高度越高，密度越小。当光线穿过不同高度的空气层时，总会引起一些折射，但这种折射现象在我们日常生活中已经习惯了，所以不觉得有什么异样。在夏季，白昼海水湿度比较低，特别是有冷水流经过的海面，水温更低，下层空气受水温更低，下层空气受水温影响，较上层空气为冷，出现下冷上暖的反常现象（正常情况是下暖上凉，平均每升高100米，气温降低0.6℃左右）。下层空气本来就因气压较高，密度较大，现在再加上气温又较上层为低，密度就显得特别大，因此空气层下密上稀的差别异常显著。假使在我们的东方地平线下有一艘轮船，一般情况下是看不到它的。如果由于这时空气下密上稀的差异太大了，来自船舶的光线先由密的气层逐渐折射进入稀的气层，并在上层发生全反射，又折回到下层密的气层中来；经过这样弯曲的线路，最后投入我们的眼中，我们就能看到它的像。由于人的视觉总是感到物像是来自直线方向的，因此我们所看到的轮船映像比实物是抬高了许多，所以叫做上现蜃景。　我国渤海中有个庙岛群岛，在夏季，白昼海水温度较低，空气密度会出现显著地下密上稀的差异，在渤海南岸的蓬莱县（古时又叫登州），常可看到庙岛群岛的幻影。\n不但夏季在海面上可以看到上现蜃景，在江面有时也可看到。在沙漠里，白天沙石被太阳晒得灼热，接近沙层的气温升高极快。由于空气不善于传热，所以在无风的时候，空气上下层间的热量交换极小，遂使下热上冷的气温垂直差异非常显著，并导致下层空气密度反而比上层小的反常现象。在这种情况下，如果前方有一棵树，它生长在比较湿润的一块地方，这时由树梢倾斜向下投射的光线，因为是由密度大的空气层进入密度小的空气层，会发生折射。折射光线到了贴近地面热而稀的空气层时，就发生全反射，光线又由近地面密度小的气层反射回到上面较密的气层中来。这样，经过一条向下向下凹陷的弯曲光线，把树的影像送到人的眼中，就出现了一棵树的倒影。由于倒影位于实物的下面，所以又叫下现蜃景。这种倒影很容易给予人们以水边树影的幻觉，以为远处一定是一个湖。凡是曾在沙漠旅行过的人，大都有类似的经历。无论哪一种海市蜃楼，只能在无风或风力极微弱的天气条件下出现。当大风一起，引起了上下层空气的搅动混合，上下层空气密度的差异减小了，光线没有什么异常折射和全反射，那么所有的幻景就立刻消逝了。总而言之，这是一种十分有趣的折射现象。3.2彩虹形成原因彩虹是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴，造成色散及反射而成。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射。当中以40至42度的反射最为强烈，形成我们所见到的彩虹。形成这种反射时，阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次。因为水对光有色散的作用，不同波长的光的折射率有所不同，蓝光的折射角度比\n红光大。由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来，红光在最上方，其他颜色在下。其实只要空气中有水滴，而阳光正在观察者的背后以低角度照射，便可能产生可以观察到的彩虹现象。彩虹最常在下午，雨后刚转天晴时出现。这时空气内尘埃少而充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗。而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光，这样彩虹便会较容易被看到。另一个经常可见到彩虹的地方是瀑布附近。在晴朗的天气下背对阳光在空中洒水或喷洒水雾，亦可以人工制造彩虹。空气里水滴的大小，决定了彩虹的色彩鲜艳程度和宽窄。空气中的水滴大，虹就鲜艳，也比较窄；反之，水滴小，虹色就淡，也比较宽。我们面对着太阳是看不到彩虹的，只有背着太阳才能看到彩虹，所以早晨的彩虹出现在西方，黄昏的彩虹总在东方出现。可我们看不见，只有乘飞机从高空向下看，才能见到。虹的出现与当时天气变化相联系，一般我们从虹出现在天空中的位置可以推测当时将出现晴天或雨天。东方出现虹时，本地是不大容易下雨的，而西方出现虹时，本地下雨的可能性却很大。　彩虹的明显程度，取决于空气中小水滴的大小，小水滴体积越大，形成的彩虹越鲜亮，小水滴体积越小，形成的彩虹就不明显。一般冬天的气温较低，在空中不容易存在小水滴，下雨的机会也少，所以冬天一般不会有彩虹出现。\n　彩虹其实并非出现在半空中的特定位置。它是观察者看见的一种光学现象，彩虹看起来的所在位置，会随著观察者而改变。当观察者看到彩虹时，它的位置必定是在太阳的相反方向。彩虹的拱以内的中央，其实是被水滴反射，放大了的太阳影像。所以彩虹以内的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置，刚好是观察者头部阴影的方向，虹的本身则在观察者头部的影子与眼睛一线以上40°至42°的位置。因此当太阳在空中高于42度时，彩虹的位置将在地平线以下而看不见。这亦是为什么彩虹很少在中午出现的原因。　彩虹由一端至另一端，横跨84°。以一般的35mm照相机，需要焦距为19mm以下的广角镜头才可以用单格把整条彩虹拍下。倘若在飞机上，会看见彩虹是原整的圆形而不是拱形，而圆形彩虹的正中心则是飞机行进的方向。3.3 光从光密介质射入光疏介质。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。发生全反射的条件：（1）光从光密介质射入光疏介质；（2）入射角大于或等于临界角。临界角:当光线从光密介质射向光疏介质时，入射角大于或等于某一角度C时，折射光线消失，发生了全反射现象。角度C就被称为临界角。当入射角等于临界角时，折射角等于90°，由折射定律和光路可逆可得：sin90:sinC=n,C=arcsin(1/n)4。1热力学第一定律：也叫能量不灭原理，就是能量守恒定律。简单的解释如下：ΔU=Q+W（这里的W是外界对系统做的功）或ΔU=Q-W（目前通用这两种说法，以前一种用的多），为了避免混淆，物理中普遍使用第一种，而化学中通常是说系统对外做功，故会用后一种。　定义：能量既不会凭空产生，也不会凭空消灭，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。\n基本内容：热可以转变为功，功也可以转变为热；消耗一定的功必产生一定的热，一定的热消失时，也必产生一定的功。热力学第二定律①热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体(不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化，这是按照热传导的方向来表述的)。②不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响(这是从能量消耗的角度说的,它说明第二类永动机是不可能实现的）。热力学第三定律是对熵的论述，一般当封闭系统达到稳定平衡时，熵应该为最大值，在任何过程中，熵总是增加，但理想气体如果是绝热可逆过程熵的变化为零，可是理想气体实际并不存在，所以现实物质中，即使是绝热可逆过程，系统的熵也在增加，不过增加的少。在绝对零度，任何完美晶体的熵为零；称为热力学第三定律。热力学第三定律认为，当系统趋近于绝对温度零度时，系统等温可逆过程的熵变化趋近于零。第三定律只能应用于稳定平衡状态，因此也不能将物质看做是理想气体。绝对零度不可达到这个结论称做热力学第三定律。4.2共有下列9种致冷的原理(1)压缩式电冰箱:由电动机提供机械能,通过压缩机对致冷系统作功.致冷系统利用低沸点的致冷剂(或称冷媒),蒸发时,吸收汽化热的原理制成的.优点:寿命长,使用方便,目前世界上91～95%的电冰箱属於这一类.电冰箱致冷的原理和种类(2)吸收式电冰箱:该种电冰箱利用热源,如煤气,煤油,电等作为动力.利用氨-水-氢混合溶液在连续吸收-扩散过程中达到致冷的目的.其缺点是效率低,降温慢.现已逐渐被淘汰.(3)半导体电冰箱:利用PN型半导体通以直流电,在结点上产生珀尔帖效应(Peltier\neffect)的原理来实现致冷的电冰箱.现许多电子电路和微型仪器常采用此方法散热.(4)化学冰箱:利用某些化学物质溶解于水时,强烈吸热而获得制冷效果的冰箱.(5)电磁振动式冰箱:电磁振动机作本动力来驱动压缩机的冰箱.其原理,结构与压缩式电冰箱基本相同.(6)太阳能电冰箱:利用太阳能作为制冷能源的电冰箱.(7)绝热去磁制冷电冰箱(8)辐射致冷电冰箱(9)固体致冷电冰箱5相对论是20世纪物理学史上最重大的成就之一，它包括狭义相对论和广义相对论两个部分，狭义相对论变革了从牛顿以来形成的时空概念，提示了时间与空间的统一性和相对性，建立了新的时空观。广义相对论把相对原理推广到非惯性参照系和弯曲空间，从而建立了新的引力理论。在相对论的建立过程中，爱因斯坦起了主要的作用。狭义相对论最重要的结论是使质量守恒失去了独立性。它和能量守恒原理融合在一起，质量和能量可以互相转化。如果物质质量是M，光速是C，它所含有的能量是E，那么E=MC^2。这个公式只说明质量是M的物体所蕴藏的全部能量，并不等于都可以释放出来，在核反应中消失的质量就按这个公式转化成能量释放出来。按这个公式，1克质量相当于9X10^3焦耳的能量。这个质能转化和守恒原理就是利用原子能的理论基础。　在狭义相对论中，虽然出现了用牛顿力学观点完全不能理解的结论：空间和时间随物质运动而变化，质量随运动而变化，质量和能量的相互转化，但是狭义相对论并不是完全和牛顿力学割裂的，当运动速度远低于光速的时候，狭义相对论的结论和牛顿力学就不会有什么区别。.\n6.核聚变，又称核融合，是指由质量小的原子，比方说氘和氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成中子和氦-4，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量。根据质能方程E=mc²，原子核之静质量变化（反应物与生成物之质量差）造成能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，称为核裂变，如原子弹爆炸；如果是由较轻的原子核变化为较重的原子核，称为核聚变，如恒星持续发光发热的能量来源。核裂变(Nuclearfission)又称核分裂，是一个原子核分裂成几个原子核的变化。是指由重的原子，主要是指铀或钚，分裂成较轻的原子的一种核反应形式。