《物理故事三百篇》121199解析.docx

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《物理故事三百篇》121199解析

121电波幻听

　　20多年前，一名雷达操纵手偶然被传过来的无线波束照射到头部，他立刻明显地听到了一种奇怪的嗡嗡声和嘶嘶声。

更有趣的是，这“声音”的频率竟好像与雷达电波脉冲的重复频率相一致，是货真价实的5000赫脉冲声波。

这名操纵手叫来同伴，在相同的条件下，现场的人都听到了“声音”。

不久，美国微波生物学家弗雷和林在消声室内用矩形脉冲调制微波照射人的头部，受试者“听”到了清晰的“咔嗒”声。

从而证实了人类的确可以听到射频和微波辐射。

电波所产生的这种幻听现象，被命名为“射频幻听”或者“微波听效应”。

随后，美国学者盖伊等人进一步研究，证明了某些动物也能听见脉冲电波。

　　当然，决不是所有的电波都能够被人听见。

研究表明，只有某些特定频率、适当强度的声频脉冲调制电波，才能使人产生听觉反应。

　　人耳鼓膜只能响应于能使空气振动的声波，而电波并不会引起空气振动，那末人为什么又能听见电波呢？

科学家通过大量实验终于揭开了其中的奥秘。

科学家发现，不管受试者相对于电波场的方向如何，都立即产生听觉，而且感到“声音”仿佛就在头部或头后附近；不论电波的频率如何，受试者“听”到声音的频率都是一样的。

这是因为人脑吸收微波能量之后迅速发生极微弱的温度变化，使脑物质出现热弹性膨胀而发射声波，其压强通过骨的传导，由耳蜗细胞检测出来，从而引起听觉。

而声音却是以机械波直接经鼓膜传导，再由耳蜗细胞检测产生听觉，二者传导途径有所不同。

研究电波幻听现象，为电波应用开辟了崭新的领域。

实验证明，电波照射与声波刺激作用于人类听觉系统的方式大体上相同。

因此，可以把噪声对人体危害的研究成果，推广用来估计未知的电波污染对人体的影响，加强电波安全防护。

122电子冷冻

　　你若稍微留点心的话，在医院里，有的病人身上贴着一块“圆饼”，宛如一张膏药，但仔细一看，并不是真的膏药，而是一种电子冷却器，在给患者治病。

　　利用低温，可以杀死不断增生的带病细胞，治疗皮肤癌、疙瘩瘢、足跖瘢、疣子，也可以治疗疮疖和湿症。

　　冷，能够抑制细菌的繁殖，使它们的生命活动变得非常微弱，新陈代谢过程几乎停止。

冷藏用来保存食品，可防止食品腐烂变质，保持食品的养分、味道、香气和自然色彩。

在医疗上，用来长期地保存血浆、血清、脏器、疫苗和各种有机药物，保存细胞的菌株、植物的种子、动物的精液、器官移植用的角膜和骨髓。

某些有爆炸危险的化学药品也需要冷藏。

电子冷却器，是一种特制的温差电致冷器，是利用温差电致冷效应的制品。

　　这种方法是怎么发现的呢？

那是在1821年，德国科学家塞贝克把两根不同材料的金属导线焊接在一起，再把导线的另外两端连接成回路，在加热金属焊接点的时候，发现了回路里有电流流过。

由于受热的焊接点和导线的另外一头有温度差，而电流又是因此而产生的，所以这种现象叫做温差电现象。

在生产中我们使用的热电偶，就是利用这种现象来测量温度的。

　　到了1834年，法国的钟表匠珀耳贴做了一个恰恰相反的试验。

他在铜丝的两头各接上一根铋丝，再把两根铋丝分别接在直流电源的正负两极上，让电流通过这两种不同金属导线接成的回路。

结果发现，铜和铋的两个接头，一头是热的，一头是冷的。

热的一头，可以放出很多热量；冷的一头，能够吸收很多热量。

利用冷的一头吸热降温，这就是电子冷冻。

根据同样的道理，采用两种不同的半导体材料，能够制成半导体温差电致冷器。

这种致冷器，还能够一级级联合起来，逐级降温。

一级致冷可以达到-50℃左右，二级致冷可以达到-80℃左右，三级致冷可以达到-100℃左右。

有一种用铋—锑合金作材料的致冷器，可以冷却到-217℃。

达到低温的途径不只一条，就拿电冰箱来说，有利用氟利昂气体的电动压缩制冷，有利用氨的吸收式制冷，还有电磁震荡式制冷。

这些方法各有优点，半导体温差电致冷的优点是体积小、寿命长、无噪声、无磨损，既可致热，又可致冷，致冷效率不随它的大小而变化，适合多种特殊需要。

在医学和生物学上，为了研究生物的有机体组织，通常先把这些生物组织冷冻，再切成薄片，用显微镜观察它的结构。

根据温差电致冷现象，可以制造显微镜切片冷冻台，只需要很短时间就能够把生物组织冻结起来。

采用半导体温差电致冷器，可以制作电冰箱、空气调节器、恒温槽，以及各种类型的温度控制室，也可以制作仪器上专用的电子冷却器。

123谁是罪魁祸首

　　1979年8月，我国某厂的精密车间做扫除，工人们为把水磨石地面上的油污擦净，把航空汽油淋洒在地面用拖布擦拭。

但当他们正在欢快地劳动时，突然，轰！

轰！

轰！

连续三次爆炸，车间里一片火海。

虽经抢救，还是发生了死伤数人的重大事故。

　　当时车间已切断一切电源，那么，“凶手”是谁呢？

经过科研人员的认真鉴定，原来“凶手”是被人不注意的静电。

我们知道，造成灾害的条件有三个：

存在易燃易爆物质；火源并能点燃物质；点燃后会造成破坏。

而车间里已具备前两条，这时，一位女工穿着一双新的泡沫塑料凉鞋，走路时间生的电荷排放不掉，人体电位越来越高，当她走近一支立在地面上的铁管，在她脚触及铁管的刹那间其人体的静电对地放电，静电火花点燃了室内的汽油蒸汽，悲剧发生了。

　　固体绝缘材料受到摩擦后会起电，是人们熟知的现象。

天气干燥时，脱毛衣或脱化纤衣服时，能听到噼啪放电声，黑暗中还可看到放电火花。

可是，人们却没想到，走路时塑料鞋对地摩擦也会起电。

这类事故，几乎年年都有发生。

例如，一位工人脱下白色工作服，扔进一盆汽油内，顿时衣落火起。

她原想洗去衣上油污，却没想到衣上的静电对油盆发生放电火花，点燃了汽油。

　　许多工业要处理大量的绝缘物质，如油品、试剂、塑料、火药、橡胶、硫磺，乃至纸张、果壳或药品等，如果处理量过大，都会产生很强的静电。

例如胶木粉尘在空气过滤器内，会因积尘过多，发生静电起火。

安基比啉药粉，因工艺设施不当发生静电火花而引起粉尘爆炸，至于火花园静电着火爆炸，就更容易理解了。

　　要想使物质不起电，几乎是不可能的。

那么，该怎样防止静电灾害呢？

一般讲，介质起电跟介质的性质、流动速度、介质与其他物体接触面的压力等有关；放电火花的强弱还跟介质的数量、设备的结构等因素有关。

人们可以通过适当降低流速、减小接触压力、减少介质流通和改进设备结构等方法，减少介质的起电和减弱放电火花。

另一方面，任何易燃易爆物质都存在一个最小放电点火能，当静电火花的能量低于这最小放电点火能时，介质就不能被点燃。

如果我们使可出现的静电火花小于有关介质的最小放电点火能，就能使静电灾害不致发生。

　　讲到这里，你也许会认为静电是灾害之源。

其实，静电是可以为人类服务的：

用静电捕集烟尘可以保护环境和回收有用物质；采用静电复印术可大大提高抄写速度；用静电可以选矿和选种；还有静电植绒、静电涂敷等。

而研究静电的功、过就是现代静电学的内容。

124月球军事通讯

　　在第二次世界大战即将结束的最后几个月里，一批德国科学家在进行一项通讯试验。

晚上，他们用一架大功率的天线对着皎洁明亮的月球，发射无线电脉冲。

周围寂静无声，然而几秒钟以后，他们从无线接收机中听到了从月球表面反射回来的脉冲回音。

科学家们欣喜若狂，因为这是人类第一次利用地球以外的物体作反射面进行的通讯试验。

　　1946年，美国将这种试验用在军事通讯上。

美国陆军通讯兵利用月球作反射面，进行了军事通讯试验。

尽管月球表面反射的效率很低，反射的电波能量只到达月球电波能量的7%，反射的信息很微弱，但是，他们还是进行了电报和无线电传真图片的试验。

　　1958年，美国与联邦德国正式建立了利用月球作反射面的通讯联系。

1960年，美国海军司令部与远离美国本土的夏威夷基地，利用月球建立了图片传真和电传打字的通讯联系。

利用月球作反射面的通讯，可以采用微波进行。

这种电波不会受电离层的干扰，所以通信质量和保密性都很好，适宜于军事通讯，但是由于通讯双方要都能看到月亮才能通讯，所以每天只有几小时的通讯时间，不能全天通讯。

另外，由于月球离地球太远了，电波来回传播的时间很长，如果甲地与乙地打电话，一问一答，电波在途中时间就要5秒钟。

由于使用月球进行电话通讯很不方便，因此目前只停留在军事通讯上，还不能在商业通讯上推广。

　　不过，科学家们受到月球反射通讯的启发，设计了离地球较近的人造月亮，来进行通讯。

这种月亮是用合成树脂薄膜制成的，表面上镀了铝，直径为30米。

它在离地球较近的轨道上绕地球旋转。

因为只是利用人造月亮上面的铝薄膜反射面反射电波来通讯，上面没有任何播设备，也没有电源，所以人们称它为无源卫星。

1960年8月，回声一号和二号无源卫星第一次完成了跨大西洋的通讯试验。

125京郊公路上的“秘密武器”

　　最近这几年，在北京郊区的几条公路上，汽车司机不敢开飞车了。

司机们说，交通民警有了“秘密武器”，只要汽车一超过规定速度，马上就会被拦住。

　　少年朋友，会感到奇怪吧：

交通民警怎么能及时测出车速呢？

原来交通民警掌握了一件秘密武器——测速雷达。

　　它由两个主要部分组成：

车上的是控制盒，能够显示出行驶车辆的速度；

　　车下的是发射机。

能通过天线发射高频电磁波，并且能把过往车辆反射的电磁波收回。

有的测速雷达上，安装着一台同步照相机，能在雷达发出报警信号的同时，自动对目标进行拍照。

照片上可以显示出车的外形、车号，当时的日期、时间及雷达测得的瞬时速度。

　　雷达为什么能测出车速呢？

　　你遇到过急速的火车鸣笛的情况吧？

当火车从你身边驶过的时候，觉得笛声刺耳，开过去了笛声就变得低沉了。

其实火车发出的笛声的音调是一定的。

火车停着鸣笛时，你就感觉不到笛声音调有变化。

可是火车开得很快的时候，你听到笛声的音调就有变化。

音调的高低是由声音的振动频率决定的。

这个现象说明运动着的物体能够使振动的频率发生变化。

速度越快，振动的频率变化越大。

　　电磁波也是一种振动，运动着的物体也能使它的频率发生变化。

如果汽车停在雷达发射机前不动，那么反射回来的电磁波的频率和发射出去的电磁波的频率一样。

如果汽车是运动着的，反射回来的电磁波的频率就会改变。

汽车速度越快，反射回来的电磁波的频率的变化就越大。

根据汽车速度和反射回来的电磁波频率的变化值之间的对应比例关系，经过一些专门仪器的处理，我们就可以从液晶显示器上读出汽车的时速。

126忠于职守的“哨兵”

　　1884年，俄国物理学家斯托列托夫做了一个很有趣的实验：

在一块磨光的锌板前面放一张金属网，用导线把网与电池组的正极相连接，把锌板串联一只电流计后再接到电池组的负极上。

　　由于锌板与金属网之间隔着一层不导电的空气，因此电路是中断的，电流计的指针当然不会动。

接着，他用电弧灯的光透过网孔照射锌板，发现电流计的指针立刻偏转一个角度，说明电路中有了电流；一旦光照停止，电流计指针又回复到零刻度位置，电路中的电流消失了。

难道光能够生电？

奥秘究竟在哪儿呢？

　　原来，具有一定能量的光照射在锌板上时，能把电子打出来。

脱离了锌板的电子便纷纷飞向金属网，经导线从网上传到了电池组，于是，电路里就产生了电流。

这在物理学上叫做“光电效应”现象。

这个现象，德国物理学家赫兹在1887年也发现了。

　　人们根据“光电效应”现象，制成了一种特殊的灯泡——光电管，如果接入电路中，当有光照射时，电路中就产生电流；光照停止，电流马上消失。

用强光照射，产生的电流就大；弱光照射，电流便小。

　　光电管还有一群“兄弟姐妹”，如光敏电阻、光电池等，它们都是光电器件“家族”中的佼佼者，不仅对可见光非常敏感，有的连人眼看不见的红外线和紫外线也能够觉察到，怪不得人们称赞它们为目光锐利的“电眼”！

。

有些大型仓库，重要建筑和轮船内，安装着一种火警自动报警器，它有一种特殊的“电眼”——紫外光敏管，能觉察到人眼无法看到的紫外线。

一旦物品燃烧起来，火光中的紫外线射向火警报警器的光敏管，它立即就会发出报警信号。

“电眼”还是个忠于职守的“哨兵”。

只要在仓库四周布下一道严严实实的无形警戒线——红外线，并使它们分别照射在几个隐蔽的光电器件上。

倘若有窃贼闯入禁区，身体切断了红外线，“电眼”就立刻接到信号，毫不犹豫地命