㈠ 求物理小故事
望遠鏡小史
17世紀初的一天，荷蘭密特爾堡鎮一家眼鏡店的主人科比斯赫，他為檢查磨製出來的透鏡質量，把一塊凸透鏡和一塊凹鏡排成一條線，通過透鏡看過去，發現遠處的教堂的塔好象變大而且拉近了，於是在無意中發現瞭望遠鏡原理。1608年他為自己製作的望遠鏡申請專利，並遵從當局的要求，造了一個雙筒望遠鏡。據說密特爾堡鎮好幾十個眼鏡匠都聲稱發明瞭望遠鏡，不過一般都認為利比赫是望遠鏡的發明者。
望遠鏡發明的消息很快在歐洲各國流傳開了，義大利科學家伽利略得知這個消息之後，就自製了一個。第一架望遠鏡只能把物體放大3倍。一個月之後，他製作的第二架望遠鏡可以放大8倍，第三架望遠鏡可以放大到20倍。1609年10月他作出了能放大30倍的望遠鏡。
伽里略用自製的望遠鏡觀察夜空，第一次發現了月球表面高低不平，覆蓋著山脈並有火山口的裂痕。此後又發現了木星的4個衛星、太陽的黑子運動，並作出了太陽在轉動的結論。
幾乎同時，德國的天文學家開普勒也開始研究望遠鏡，他在《屈光學》里提出了另一種天文望遠鏡，這種望遠鏡由兩個凸透鏡組成，與伽利略的望遠鏡不同，比伽利略望遠鏡視野寬闊。但開普勒沒有製造他所介紹的望遠鏡。沙伊納於1613年—1617年間首次製作出了這種望遠鏡，他還遵照開普勒的建議製造了有第三個凸透鏡的望遠鏡，把二個凸透鏡做的望遠鏡的倒像變成了正像。沙伊納做了8台望遠鏡，一台一台地雲觀察太陽，無論哪一台都能看到相同形狀的太陽黑子。因此，他打消了不少人認為黑子可能是透鏡上的塵埃引起的錯覺，證明了黑子確實是觀察到的真實存在。在觀察太陽時沙伊納裝上特殊遮光玻璃，伽利略則沒有加此保護裝置，結果傷了眼睛，最後幾乎失明。
荷蘭的惠更斯為了提高望遠鏡的精度在1665年做了一台筒長近6米的望遠鏡，來探查土星的光環，後來又做了一台將近41米長的望遠鏡。
使用物鏡和目鏡的望遠鏡稱為折射望遠鏡，即使加長鏡筒，精密加工透鏡，也不能消除色象差，1668年英國科學家反射式望遠鏡，解決了色象差的問題。第一台反望遠鏡非常小，望遠鏡內的反射鏡口徑只有2.5厘米，但是已經能清楚地看到木星的衛星、金星的盈虧等。1672年牛頓做了一台更大的反射望遠鏡，送給了英國皇家學會，至今還保存在皇家學會的圖書館里。
牛頓曾認為折色象差不可救葯，後來，證明過分悲觀。1733年英國人哈爾製成一台消色差折射望遠鏡。1758年倫敦的寶蘭德也製成同樣的望遠鏡，他採用了折光原則不同的玻璃分別製造凸透鏡和凹透鏡，把各自形成的有色邊緣相互抵消。
但是要製造很大透鏡不容易，目前世界上最大的一台折射式望遠鏡直徑為102厘米，安裝在雅弟斯天文台。
反射式望遠鏡存在天文觀測中發展很快，1793年英國赫瑟爾製做了反射式望遠鏡，反射鏡直徑為130米，用銅錫合金製成，重達1噸。1845年英國的洛斯製造的反射望遠鏡，反射鏡直徑為1.82米。1913年在威爾遜山天文台反望遠鏡，直徑為254米。1950年在帕洛瑪山上安裝了一台直徑5.08米反射鏡的反射式望遠鏡。1969年在蘇聯高加索北部的帕斯土霍夫山上裝設了直徑為6米的反射鏡，它是當時世界上最大的反射式望遠鏡，現在大型天文台大都使用反射式望遠鏡。
發電機史話
19世紀初期，科學家們研究的重要課題，是廉價地並能方便地獲得電能的方法。
1820年，奧斯特成功地完成了通電導線能使磁針偏轉的實驗後，當時不少科學家又進行了進一步的研究：磁針的偏轉是受到力的作用，這種機械力，來自於電荷流動的電力。那麼，能否讓機械力通過磁，轉變成電力呢？著名科學家安培是這些研究者中的一個，他實驗的方法很多，但犯了根本性錯誤，實驗沒有成功。
另一位科學家科拉頓，在1825年做了這樣一個實驗：把一塊磁鐵插入繞成圓筒狀的線圈中，他想，這樣或許能得到電流。為了防止磁鐵對檢測電流的電流表的影響，他用了很長的導線把電表接到隔壁的房間里。他沒有助手，只好把磁鐵插到線圈中以後，再跑到隔壁房間去看電流表指針是否偏轉。現在看來，他的裝置是完全正確的，實驗的方法也是對頭的，但是，他犯了一個實在令人遺憾的錯誤，這就是電表指針的偏轉，只發生在磁鐵插入線圈這一瞬間，一旦磁鐵插進線圈後不動，電表指針又回到原來的位置。所以，等他插好磁鐵再趕緊跑到隔壁房間里去看電表，無論怎樣快也看不到電表指針的偏轉現象。要是他有個助手，要是他把電表放在同一個房間里，他就是第一個實現變機械力為電力的人了。但是，他失去了這個好機會。
又過了整整6年，到了1831年8月29日，美國科學家法拉第獲得了成功，使機械力轉變為電力。他的實驗裝置與科拉頓的實驗裝置並沒有什麼兩樣，只不過是他把電流表放在自己身邊，在磁鐵插入線圈的一瞬間，指針明顯地發生了偏轉。他成功了。手使磁鐵運動的機械力終於轉變成了使電荷移動的電力。
法拉第邁出了最艱難的一步，他不斷研究，兩個月後，試制了能產生穩恆電流的第一台真正的發電機。標志著人類從蒸汽時代進入了電氣時代。
一百多年來，相繼出現了很多現代的發電形式，有風力發電、水力發電、火力發電、原子能發電、熱發電、潮汐發電等等，發電機的構造日臻完善，效率也越來越高，但基本原理仍與法拉第的實驗一樣：少不了運動著的閉合導體，少不了磁鐵。
核磁共振儀的發明
核磁共振儀廣泛用於有機物質的研究，化學反應動力學，高分子化學以及醫學，葯學和生物學等領域。20年來，由於這一技術的飛速發展，它已經成為化學領域最重要的分析技術之一。
早在1924年，奧地利物理學家泡里就提出了某些核可能有自旋和磁矩。"自旋"一詞起源於帶電粒子，如質子、電子繞自身軸線旋轉的經典圖像。這種運動必然產生角動量和磁偶極矩，因為旋轉的電荷相當於一個電流線圈，由經典電磁理論可知它們要產生磁場。當然這樣的解釋只是比較形象的比擬，實際情況要比這復雜得多。
原子核自旋的情況可用自旋量子數I表示。自旋量子獲得，質量數的原子序數之間有以下關系：
質量數 原子序數 自旋量子數（I）
奇數 奇數或偶數 1/2, 3/2 , 5/2……
偶數 偶數 0
偶數 奇數 1，2，3……
1>0的原子核在自旋時會產生磁場；I為1/2的核，其電荷分布是球狀；而I≥1的核，其電荷分布不是球狀，因此有磁極矩。
I為0的原子核置於強大的磁場中，在強磁場的作用下，就會發生能級分裂，如果用一個與其能級相適應的頻率的電磁輻射時，就會發生共振吸收，核磁共振的名稱就是來源於此。
斯特恩和蓋拉赫1924年在原子束實驗中觀察到了鋰原子和銀原子的磁偏轉，並測量了未成對電子引起的原子磁矩。
1933年斯特恩等人測量了質子的磁矩。1939年比拉第一次進行了核磁共振的實驗。1946年美國的普西爾和布少赫同時提出質子核磁共振的實驗報告，他們首先用核磁共振的方法研究了固體物質、原子核的性質、原子核之間及核周圍環境能量交換等問題。為此他們兩位獲得了1952年諾貝爾物理獎。50年代核磁共振方法開始應用於化學領域，1950年斯坦福大學的兩位物理學家普羅克特和虞以NH 4NO3水溶液作為氮原子核源，在測定14N的磁矩時，發現兩個性質截然不同的共振信號，從而發現了同一種原子核可隨其化學環境的不同吸收能量的共振條件也不同，即核磁共振頻率不同。這種現象稱為"化學位移"。這是由於原子核外電子形成的磁場與外加磁場相互作用的結果。化學位移是鑒別官能團的重要依據。因為化學位移的大小與鍵的性質和鍵合的元素種類等有密切的關系。此外，各組原子核之間的磁相互作用構成自旋--自旋耦合。這種作用常常使得化學位移不同的各組原子核在共振吸收圖上顯示的不是單峰而是多重峰，這種情況是由分子中鄰近原子核的數目，距離用對稱性等因素決定，因此它有助於提示整個分子的。
由於上述成果高分辨核磁共振儀得以問世。開始測量的核主要是氫核，這是由於它的核磁共振信號較強。隨著儀器性能的提高，13C，31P，15N等的核也能測量，儀器使用的磁場也越來越強。50年代製造出IT（特拉斯）磁場，60年代製造出2T的磁場，並利用起導現象製造出5T的起導磁體。70年代造出8T磁場。現在核磁共振儀已經被應用到從小分子到蛋白質和核酸的各種各樣化學系統中。
發射光譜儀的發明
著名的英國科學家牛頓在1666年用三棱鏡觀察光譜，可以說是最早的光譜實驗。此後不少科學家從事光譜學方面的研究。1800年，英國天文學家赫歇爾測量太陽光譜中各部分的熱效應，在世界上首次發現了紅外線。1801年裡特發現了紫外線。1802年沃拉斯頓觀察到太陽光譜的不連續性，發現中間有多條黑線，這本來是很重要的發現，他卻誤認為是顏色的分界線。1803年英國物理學家托馬斯·楊進行了光的干涉的實驗，第一次提供了測定波長的方法。
德國物理學家夫琅和費，重新發現和編繪了太陽光譜圖，內有多條黑線（700多條），並對其中的重要黑線用從A到H等字母標記（人稱"夫琅和費線"），這些黑線後來成為比較不同玻璃材料色散率的標准。這些成果在1814年至1815年間陸續發表。夫琅和費還發明了衍射光柵。開始他用銀絲纏在兩根螺桿上，做成光柵，後來建造了刻紋機，用金鋼石在玻璃上刻痕，做成透射光柵。
光譜分析的應用研究是從基爾霍夫和本生開始的。本生是德國漢堡的化學教授。他發明了本生燈，對各種物質在高溫火焰中發生的變化很有研究，基爾霍夫是漢堡的物理學教授，對光學熟悉。他們兩位合作製成了第一台梭鏡光譜儀（分光鏡）。該儀器利用了牛頓1666年首創技術，使光通過三棱鏡中，展開成為一道彩虹光帶（光譜）。他們用透鏡把物質在本生燈燃燒時發出的光線集成一束平行光，通過一條窄縫，再通過三棱鏡，用望遠鏡放大觀察所成的光譜。
基爾霍夫和本生發現，每種化學元素燃燒時發出的火焰都有獨特的顏色，可以據此加以鑒別。1860年及1861年他們用光譜儀發現銫和銣。此後藉助光譜分析方法研究目光，發現地球上許多元素太陽上也有。1868年法國天文學家詹森和英國天文學家羅克耶分別用光譜法發現了當時地球上還沒有發現的一種元素，他們認為這是太陽大氣中特有的元素，取名氦，即"太陽"的意思。這樣光譜方法也應用到了天文學方面。
光譜方法研究工作急速的發展，也出現了新的問題，主要問題之一是缺乏足夠精度的波長標准，致使觀測結果混亂，無法相互交流。
1868年埃斯特朗發表"標准太陽光譜"圖表，記有上千條夫琅和費線的小波長，以10-8厘米為單位，精確到6位數，為光譜工作者提供了極其有用的資料。為紀念他的，10-8厘米後來就埃斯特朗單位，簡寫作埃（A）。十幾年後被更為精確的羅蘭數據表所代替。
現代光譜儀不用三棱鏡而用衍射光柵。這是一種上面刻有千條線的板，把光分開，然後把光譜拍攝或記錄下來，再用電子儀器進行分析。
光譜儀廣泛應用於冶金、地質、環境等各領域。
避雷針史話
一、避雷針首先是我國勞動人民製造和使用的避雷裝置。有人說，捷克牧師普羅科普·迪維什於1754年安裝了第一個避雷針。更多的人認為是美國的富蘭克林於1753年製造了世界上第一個避雷針。實際上，我國在1688年以前就已經製造和首先使用了避雷針。
早在三國時期（公元220年到280年）和南北朝時期（公元420年到581年），我國古籍上就有「避雷室」的記載。據唐代王睿的《穀子》記載，我國漢代（公元前206年到公元220年）就有人提出，把瓦做成魚尾形狀，放在屋頂上就可以防止雷電引起的火災。在我國的一些古建築上，也發現設有避雷的裝置，法國旅行家卡勃里歐別·戴馬甘蘭游歷中國之後，於1688年寫的《中國新事》一書中有這樣一段記載：「當時中國新事屋宇的屋脊兩頭，都有一個仰起的龍頭，龍口吐出曲折的金屬舌頭，伸向天空，舌根連著一根根細的鐵絲，直通地下。這種奇妙的裝置，在發生雷電的時刻就大顯神通，若雷擊中了屋宇，電流就會從龍口沿線下行泄至地下，起不了絲毫破壞作用。」由此可見，世界上第一個避雷針是由具有聰明才智的我國勞動人民製造的。
二、避雷針發展到今天，世界上發現了更安全的避雷針。更安全的避雷針已不是針狀，而象雞毛撣子。這種避雷針是由兩位美國人發明的。據最近美國《紐約時報》報道，這種避雷針中心是一根管子，其頂端引出2000條細細的導線，這些導線呈輻射狀分布。這種方式可以更好地驅散聚集在建築物周圍的靜電荷。
三、「避雷針過時了」。目前，我國研製成功了半導體消雷器，它的防雷效果遠遠超過避雷針，也遠遠超過美國、法國、澳大利亞生產的同類產品。半導體消雷器具有兩大功能：(1)當建築物上空出現強雷雲的時侯，它發出長達1米的電暈火花，中和天空電流，起到消減雷擊的作用；(2)萬一雷擊下來，半導體消雷器上的有關裝置，可以把雷擊放出的強大電流阻擋住。
我國著名防雷專家武漢水利學院教授解廣潤建議在高大建築物上安裝這種半導體消雷器，以保護國家財產。解廣潤說，現在我國已有24個處於強雷區的單位裝上了半導體消雷器，經過幾年的試驗，證明它確實一次又一次地使建築物化危為安。他呼籲有關單位，特別是國防工程、氣象、電力、通訊廣播部門應盡快推廣半導體消雷器，以減少雷擊損失。
自行車是中國人發明的嗎
關於自行車的發明說法較多。
①我國是世界上發明自行車最早的國家。自行車的始祖是我國公元前五百多年的獨輪車。清康熙年間（1662～1722年），黃履庄曾發明過自行車。《清朝野史大觀》卷十一載：「黃履庄所制雙輪小車一輛，長三尺余，可坐一人，不須推挽，能自行。行時，以手挽軸旁曲拐，則復行如初，隨住隨挽日足行八十里。」這就是世界上最早的自行車。
②自行車為西歐人所發明。公元1790年，法國人西夫拉克研製成木製自行車，無車把、腳蹬、鏈條。車的外形像一匹木馬的腳下釘著兩個車輪，兩個輪子固定在一條線上。由於這輛自行車沒有驅動裝置和轉向裝置，座墊低，西夫拉克自己騎在車上，兩腳著地，向後用力蹬，使車子沿直線前進。1817年，德國的馮·德萊斯男爵發明了一種能自由活動的車把，使他的自行車轉變比較方便。1818年，德萊斯在英國申請了專利。1839年，英國一位工人K·麥克米倫首創了用曲軸機構驅動後輪的腳踏自行車，可使人在騎自行車時雙足離開地面。1861年的一天，巴黎的馬車和嬰兒車製造商米肖父子修理德萊斯式自行車，修好後在坡道上試車時，感到這種車放腳很困難，於是對它進行了改進，在車的前輪上安上腳蹬曲軸，從而發明了米肖型自行車，不久這種自行車便開始大量生產。大概在1870年前後，法國的馬執又製造了一種前面驅動輪大，後面從動輪小的自行車，這種車的運行效果較好。1890年後，英國的亨伯公司生產出一種用鏈條傳動的、車為菱型的自行車，這種形式的自行車一直沿用至今。
③自行車為俄國人發明。1801年9月的一天，俄國農奴阿爾塔莫諾夫騎著自己製造的木製自行車，行駛2500公里，趕到莫斯科向沙皇來歷山大一世獻禮。阿爾塔莫諾夫製造的自行車與法國人西夫拉克製造的車較相似。亞歷山大一世見到阿爾塔莫諾夫製造的自行車，當即下令取消了他的奴隸身份。
我國古代的光學知識
光學的起源也和力學、熱學一樣，可以追溯到二、三千年前。我國的《墨經》就記載了許多光學現象，例如投影、小孔成像、平面鏡、凸面鏡、凹面鏡等等。西方也很早就有光學知識的記載，歐幾里得（Euclid，公元前約330－260）的《反射光學》（Catoptrica）研究了光的反射，阿拉伯學者阿勒·哈增（Al-Hazen ，965~1038）寫過一部《光學全書》，討論了許多光學現象。光學真正形成一門科學，應該從建立反射定律和折射定律的時代算起，這兩個定律奠定了幾何光學的基礎。 光的本性也是光學研究的重要課題。微粒說把光看成是由微粒組成，認為這些微粒按力學規律沿直線飛行，因此光具有直線傳播的性質。19世紀以前，微粒說比較盛行。但是，隨著光學研究的深入，人們發現了許多不能用直進性解釋的現象，例如干涉、衍射等，用光的波動性就很容易解釋，於是光的波動說又佔了上風。兩種學說的爭論構成了光學發展史中的一根紅線。
1.取火的方法和對火的認識
我國古代取火的工具稱為「燧」，有金燧、木燧之分。金燧取火於日，木燧取火於木。根據我國古籍的記載，古代常用「夫燧」、「陽燧」（實際上是一種凹面鏡，因用金屬製成，所以統稱為「金燧」）來取火。古代人們在行軍或打獵時，總是隨身帶有取火器，《禮記》中就有「左佩金燧」、「右佩木燧」的記載，表明晴天時用金燧取火，陰天時用木燧取火。陽燧取火是人類利用光學儀器會聚太陽能的一個先驅。講到取火，古代還用自製的古透鏡來取火的。公元前2世紀，就有人用冰作透鏡，會聚太陽光取火。《問經堂叢書》、《淮南萬畢術》中就有這樣的記載：「削冰令圓，舉以向日，以艾承其影，則火生。"我們常說，水火不兼容，但製成冰透鏡來取火，真是一個奇妙的創造。用冰製成透鏡是無法長期保存的，於是便出現用玻璃或玻璃來製造透鏡。
2.針孔成像和影的認識
公元前4世紀，墨家就做過針孔成像的實驗，並給予分析和解釋。《墨經》中明確地寫道：「景到（倒），在午有端，與景長，說在端。"這里的「午"即小孔所在處。這段文字表明小孔成的是倒像，其原因是在小孔處光線交叉的地方有一點（「端"），成像的大小，與這交點的位置無關。從這里也可以清楚看到，古人已經認識到光是直線行進的，所以常用「射"來描述光線徑直向前。北宋的沉括在《夢溪筆談》中也記述了光的直線傳播和小孔成像的實驗。他首先直接觀察在空中飛動，地面上的影子也跟著移動，移動的方向與飛的方向一致。然後在紙窗上開一小孔，使窗外飛的影子呈現在窒內的紙屏上，沉括用光的直進的道理來解釋所觀察到的結果：「東則影西，西則影東"。墨家利用光的直線傳播這一性質，討論了光源、物體、投影三者的關系。《墨經》中寫道：「景不徙，說在改為。"「光至，景亡。若在，盡古息。"說明影是不動的，如果影移，那是光源或物體發生移動，使原影不斷消逝，新影不斷生成的緣故。投影的地方，如果光一照，影子就會消失，如果影子存在，表明物體不動，只要物體不動，影子就始終存在於原處。墨家對本影、半影也作了解釋。《墨經》中有這樣的記載：「景二，說在重。」「景二，光夾。一，光一。光者，景也。」意思是一物有兩種投影（本影、半影），說明它同時受到兩個光源重復照射的結果（「說在者」，「光夾」）、一種投影，說明它只受一個光源照射，並且強調了光源與投影的聯系（「光者，景也」）。與此相連，墨家還根據物和光源相對位置的變化，以及物與光源本身大小的不同來討論影的大小及其變化。
3.對面鏡的認識
墨家對凹面鏡作了深入的觀察和研究，並在《墨經》中作了明確、詳細的記載。「鑒低，景一小而易，一大而正，說在中之外、內。」「低」表示深、凹之意；放在「中之內」，得到的像是比物體大而正立的。北宋沉括對凹面鏡的焦距作了測定。他用手指置於凹面鏡前，觀察成像情況，發現隨著手指與鏡面距離的遠近變化，像也發生相應的變化。在《夢溪筆談》中作了記載：「陽燧面窪，以一指迫而照之則正，漸遠則無所見，過此遂倒。」說明手指靠近凹面鏡時，像的正立的，漸漸遠移至某一處（在焦點附近），則「無所見」，表示沒有像（像成在無窮遠處）；移過這段距離，像就倒立了。這一實驗，既表述了凹面鏡成像原理，同時也是測定凹面鏡焦距的一種粗略方法。
墨家對凸透鏡也進行了研究。《墨經》中寫道：「鑒團，景一。說在刑之大。」「鑒團」即燕面鏡，也稱團鏡。「景一」表明凸面鏡成像只有一種。「刑」同形字，指物體，它總比像大。我們的祖先，利用平面鏡能反射光線的特性，將多個平面鏡組合起來，取得了有趣的結果。如《莊子·天下篇》的有關註解《莊子補正》中對此作了記載：「鑒以鑒影，而鑒以有影，兩鑒相鑒，則重影無窮。」這樣的裝置，收到了「照花前後鏡，花花交相映」的效果。《間經堂叢書》、《淮南萬畢術》中記有「取大鏡高懸，置水盆於其下，則見四鄰矣。」表明很早就有人製作了最早的開管式「潛望鏡」，能夠隔牆觀望戶外的景物。
4.對虹的認識
虹是一種大氣光學現象，從公元6世紀開始，我國古代對虹就有了比較正確的認識。唐初的孔穎達（574-648）曾概括了虹的成因，他認為「若雲薄漏日，日照雨滴則虹生。」明確指出產生虹的3個條件，即雲、日、「日照雨滴」。沉括對此也作過細致的研究，並作實地考察。在《夢溪筆談選注》中寫道：「是時新雨霽，見虹下帳前澗中。」予與同職扣澗觀之，虹兩頭皆垂澗中。使人過澗，隔虹對立，相去數丈，中間如隔綃觳，自西望東則見；蓋夕虹也。立澗之東西望，則為日所鑠，都無所睹。」指出虹和太陽的位置正好是相對的，傍晚的虹見於東方，而對著太陽是看不見虹的。地虹有了認識之後，便可以人工造虹。8世紀中葉，唐代曾有過這樣的試驗：「背日噴呼水成虹霓之狀」，表示背向太陽噴出小水珠，便能看到類似虹霓的情景。
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