秋天 又到了豐收的季節(jié) 隨著天氣逐漸轉(zhuǎn)涼 陽(yáng)光似乎沒(méi)有那么令人討厭了呢 甚至在冬天 我們會(huì)懷念夏日的陽(yáng)光 為什么陽(yáng)光曬在臉上暖暖的呢? 為什么太陽(yáng)光曬在臉上暖暖的? A 臉上覺(jué)得暖暖的當(dāng)然是因?yàn)槟樧儫崃?。從題主的說(shuō)法來(lái)看,我們應(yīng)該解釋下為什么曬太陽(yáng)會(huì)讓臉變熱?首先,我來(lái)介紹一下加熱物體的三種途徑:傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射。傳導(dǎo)加熱的例子有很多:你摸到滾燙的爐子瞬間就會(huì)燙傷,爐子的熱量就是通過(guò)手和爐子的接觸傳遞給手部,傳導(dǎo)加熱的關(guān)鍵是有接觸和能量流動(dòng)但是沒(méi)有物質(zhì)交換。對(duì)流加熱的典型例子是把熱水加入冷水,冷水變熱了,它的關(guān)鍵是能量流動(dòng)的同時(shí)伴隨著物質(zhì)交換。輻射加熱最好的例子非微波爐莫屬:微波爐通過(guò)電磁波給食物加熱,既無(wú)接觸也沒(méi)有物質(zhì)流動(dòng)。我們回過(guò)來(lái)看題主的問(wèn)題,曬太陽(yáng)相比不曬太陽(yáng)就是多了太陽(yáng)的照射,也就是多了輻射加熱(太陽(yáng)光也是一種電磁波)這個(gè)途徑,相比沒(méi)有曬太陽(yáng)的情況當(dāng)然溫度更高,也就覺(jué)得暖洋洋了。 By 愛(ài)學(xué)習(xí)的csn A 光在真空中是沿直線傳播的,如果光發(fā)生了發(fā)射,一定是因?yàn)楣獾膫鞑ヂ窂缴铣霈F(xiàn)了介質(zhì)。介質(zhì)中的電荷在光(電磁波)的作用下會(huì)產(chǎn)生額外的場(chǎng),介質(zhì)產(chǎn)生的場(chǎng)會(huì)與入射的光場(chǎng)相互疊加形成新的場(chǎng),新的場(chǎng)沿著反射光方向傳播的部分就是反射光??梢钥闯龇瓷涔馐墙橘|(zhì)在入射光的作用下產(chǎn)生附加的場(chǎng)。 我們用上面提到的思路對(duì)金屬的反光進(jìn)行分析:金屬可以屏蔽靜電場(chǎng)和波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波,原因就是金屬在光的作用下會(huì)產(chǎn)生附加場(chǎng),在金屬內(nèi)部,附加場(chǎng)和外加電磁場(chǎng)剛好完全抵消。我們又注意到,金屬產(chǎn)生的附加場(chǎng)關(guān)于金屬表面是鏡面對(duì)稱(因?yàn)榻饘賰?nèi)部沒(méi)有電荷,電荷都集中在金屬表面)的,這就導(dǎo)致附加場(chǎng)在金屬內(nèi)部抵消外場(chǎng),在外部沿著入射光關(guān)于法線對(duì)稱的方向傳播,這就是反射光??梢钥闯鑫覀兊玫降姆瓷涔馐菨M足反射定律的。 為什么七色光合到一起是白色,但七種顏色合到一起是黑色? By 我要去中國(guó)科大 A 色覺(jué)是人類基本的感覺(jué)之一,對(duì)顏色的感知源于電磁輻射對(duì)眼中視錐細(xì)胞的刺激,人們常用紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫來(lái)描述不同的顏色,對(duì)應(yīng)于可見(jiàn)光光譜中不同的電磁波波長(zhǎng)。根據(jù)“三原色”理論(RGB),人眼中有三種視錐細(xì)胞,能分別感知可見(jiàn)光的短波(S)、中波(M)和長(zhǎng)波(L),分別對(duì)應(yīng)紅、綠、藍(lán)三種顏色,不管入射光線多么復(fù)雜,人眼都能將其分解為由這三種顏色成分,然后根據(jù)這三種顏色的強(qiáng)度的大小產(chǎn)生不同的信號(hào),合成的信號(hào)對(duì)應(yīng)人感知到的不同顏色。圖一表示了正常典型人類視錐細(xì)胞對(duì)單色光刺激的響應(yīng),由于光譜的連續(xù)性不難發(fā)現(xiàn)三種信號(hào)的組合種類是無(wú)限多的,據(jù)估計(jì)人類能夠分辨大約一千萬(wàn)中顏色類型。到此,七色光合成白光也就不難理解了。 圖一:視錐細(xì)胞對(duì)單色光的響應(yīng) 物體所表現(xiàn)出的顏色,我們稱之為物體色,一般由離開(kāi)物體表面的光線波長(zhǎng)決定,物體的表面、吸收及透射性質(zhì)都會(huì)對(duì)此產(chǎn)生影響。當(dāng)我們?cè)诎坠庹丈湎驴吹揭粋€(gè)物體呈現(xiàn)某種顏色時(shí),其實(shí)是離開(kāi)該物體表面的某種波長(zhǎng)的光線進(jìn)入人眼,那么其他波長(zhǎng)的光線呢?都被吸收了。 圖二:減法色 根據(jù)物體色特點(diǎn),有人提出了減法色的概念。減法色是利用顏料、墨水、色素以及濾波器來(lái)吸收一部分光線,表現(xiàn)出的顏色是未吸收光線的顏色,其基本顏色為洋紅(紅)、黃色、青色(藍(lán)),如圖二所示。當(dāng)白光照在沒(méi)有顏色的物體上時(shí),沒(méi)有光線被吸收,表現(xiàn)為白色。當(dāng)紅、黃、藍(lán)三種顏色混合在一起時(shí),紅色會(huì)吸收除紅光外的所有光線成分,包括黃光和藍(lán)光;黃色會(huì)吸收除黃色外的所有光線,包括紅光和藍(lán)光;藍(lán)色也會(huì)吸收掉其他光線,整體表現(xiàn)為所有光線都被吸收,物體表現(xiàn)為黑色。這也是當(dāng)七種顏色混合在一起時(shí)會(huì)表現(xiàn)為黑色的原因。 我記得光速是永遠(yuǎn)都不變的,那光速有沒(méi)有多普勒效應(yīng)呢?會(huì)不會(huì)在一定速度下紅光會(huì)變成紫光? By 湘君 A 真空中的光速確實(shí)是定值,同時(shí)光也存在多普勒效應(yīng)。在 靜止參考系中,如果光源向遠(yuǎn)離觀察者的方向運(yùn)動(dòng),那么接收到的光頻率會(huì)變小,這種現(xiàn)象被稱為紅移;如果光源向著觀察者的方向運(yùn)動(dòng),接收到的光頻率會(huì)變大,這種現(xiàn)象被稱為藍(lán)移。這是因?yàn)樵诠庠吹倪\(yùn)動(dòng)的前方,波被壓縮,波長(zhǎng)變短。在波源運(yùn)動(dòng)的后方,效應(yīng)相反。 1848年,法國(guó)科學(xué)家Hippolyte Fizeau利用多普勒效應(yīng)解釋了恒星光譜的偏移,并指出可以用多普勒效應(yīng)來(lái)計(jì)算恒星的相對(duì)速度。不過(guò)如果想觀測(cè)到明顯的多普勒效應(yīng)需要光源達(dá)到很大的速度。比如,要讓紅光(波長(zhǎng)400nm)通過(guò)藍(lán)移變成紫光(波長(zhǎng)760nm)需要波源達(dá)到0.56c(每秒繞地球4圈)。這是非??斓乃俣?。 南邊不會(huì)出現(xiàn)彩虹嗎? By 時(shí)光的河入海流 A 有這個(gè)可能,不過(guò)條件比較苛刻。 如圖,太陽(yáng)的入射角與人的視線反向延長(zhǎng)線相交于一個(gè)點(diǎn),太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)圓形小水滴的先折射后反射再折射之后,進(jìn)入觀察者的眼里,由于不同波長(zhǎng)(不同顏色)的光折射率不一樣(也就是入射角i與出射角r的正弦值之比,可以通俗的理解為描述光在入射一個(gè)介質(zhì)的時(shí)候偏折的程度,折射率越大,偏折程度越強(qiáng)),導(dǎo)致它們的成像位置不同,這就是光的色散現(xiàn)象,與三棱鏡中光的色散原理相同。紅光折射率比藍(lán)光小,所以紅光被偏折的程度更小,形成的夾角就越大,導(dǎo)致紅光成的像在上面。下面是重點(diǎn),敲黑板!根據(jù)上面的圖我們可以通過(guò)列出入射角、出射角的微分方程,解出在視線與入射角夾角42.5度時(shí)光強(qiáng)最強(qiáng)。我們可以看出,彩虹其實(shí)并不是真的“掛”在空中,而是與觀察者視線相關(guān)的光學(xué)現(xiàn)象,彩虹看起來(lái)的所在位置,會(huì)隨著觀察者的位置改變而被轉(zhuǎn)移,由于在視線與入射角42.5度時(shí)光強(qiáng)最強(qiáng),所以彩虹的位置必定是在太陽(yáng)的相反方向。而且太陽(yáng)光與地平面夾角不能超過(guò)42度,否則彩虹成的像將出現(xiàn)在地平線以下。這樣問(wèn)題就很好回答了,如果雨后太陽(yáng)在北邊以小于42度角度入射,你就會(huì)在南邊看到彩虹。這個(gè)條件只有在南半球的部分地區(qū)一年中的特定時(shí)期才能被滿足,所以作為北半球的我們一般情況下是看不到整個(gè)彩虹出現(xiàn)在南邊的。不過(guò)在早晨或者下午還是有可能在南邊看到彩虹的一角。聲音的傳播靠聲波,并且我們可以在同一時(shí)間聽(tīng)到多種聲音并分辨它們。那為什么光,比如白光,我們卻不可以看到構(gòu)成它的每一種顏色? By 非同尋常的土撥鼠 A 這跟人本身的機(jī)能有關(guān),不過(guò)這兩者對(duì)比的時(shí)候也是要考慮聲波和光波的差異,聲波的特征其實(shí)更加豐富。話說(shuō)回來(lái)聲波也未必可以分辨出來(lái),比如同樣的兩個(gè)音而具有不同響度的聲音。音樂(lè)的和聲就是多個(gè)頻率的聲音合成,人耳聽(tīng)上去也像一個(gè)音一樣,只不過(guò)是不同于任何一個(gè)單音——如果把這點(diǎn)視作可以分辨的話;而光的不同頻率合成卻可以形成眼睛分辨不出的光波,這是人耳和人眼分辨方式不同,耳朵直接接受聲波信號(hào)加以區(qū)分,而眼睛接受的光信號(hào)都是僅依靠識(shí)別低頻、中頻、高頻三種顏色,通過(guò)這三種強(qiáng)度不同的光波來(lái)區(qū)分不同顏色的,因此很多不同光波給人眼的感覺(jué)是一樣的。這兩個(gè)例子涉及的是強(qiáng)度和頻率的特征,聲波和光波都有強(qiáng)度和頻率的特點(diǎn)。而人耳最容易分辨出的是聲音的音色,即不同的振動(dòng)模式,而光卻并不存在與其對(duì)應(yīng)的“光色”,也就無(wú)法分辨了。 By 希望成長(zhǎng)的孩子 A H2O的體積隨溫度的變化反??刹粌H在結(jié)冰的時(shí)候。事實(shí)上,水降溫過(guò)程到了4℃就體積開(kāi)始膨脹了。這是因?yàn)樗肿拥奶厥庵?/span>——氫鍵。H2O三個(gè)原子不是一條直線,而是呈一個(gè)角度;除了H和O之間的化學(xué)鍵之外,還有水分子之間的氫鍵作用。溫度較高時(shí)氫鍵作用并不明顯,而到4℃以下,氫鍵可以與分子內(nèi)部化學(xué)鍵的作用比擬,其效果是讓水的排列有了一種特殊取向,即水分子之間的H“頂”在一起。這是一種空間利用率很差的排列方式,因而體積也就變大了。而溫度越低這種排列就越明顯,體積越膨脹,直到成為固體。 為什么磁鐵高溫加熱后會(huì)失去磁性? By 孤問(wèn) A 磁鐵中的微觀是一個(gè)個(gè)極微小磁鐵(磁矩或磁疇)。可以想象成有這樣的兩股力量:一股是小磁鐵之間的力量,由于小磁鐵同向時(shí)能量比較低,倆小磁鐵之間就有一股力量讓對(duì)方與自己同向;另一股是熱運(yùn)動(dòng)的力量,溫度越高小磁鐵的運(yùn)動(dòng)越劇烈,它越不能老老實(shí)實(shí)地處于一個(gè)方向不動(dòng)。前者利于磁鐵整體擁有磁性,后者卻破壞磁鐵整體磁性。因此如果在絕對(duì)零度,沒(méi)有后者,所有小磁鐵都在相互的作用下老實(shí)待在同一個(gè)方向,磁鐵整體也就具有磁性;當(dāng)大于絕對(duì)零度而在某個(gè)特定溫度以下,雖然小磁鐵具有熱運(yùn)動(dòng)的力量,但溫度不足以讓小磁鐵完全不老實(shí),而是在小磁鐵之間的相互作用和熱運(yùn)動(dòng)共同影響下,仍然在某個(gè)方向上具有整體磁性。但溫度大于這個(gè)數(shù)值以后,小磁鐵就獲得了完全不老實(shí)的力量,不會(huì)整體趨于某個(gè)方向,而是雜亂的,也就是失去整體磁性的狀態(tài)。這個(gè)特定的溫度數(shù)值,就叫做居里溫度。 本期答題團(tuán)隊(duì): 物理所 螳吉呵呵、望江樓、木公可可、勿用 寫(xiě)下您的問(wèn)題,下周五同一時(shí)間哦~ |
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