初二物理備課組校本教材

八年級

物理

主編

編寫人員

序言

我國為實施科教興國的戰(zhàn)略決策，逐步重視了科技創(chuàng)新教育，設(shè)立了“全

國青少年科技創(chuàng)新大賽”、“明天小小科學(xué)家”、“宋慶齡基金會少年兒童發(fā)明

獎”等有關(guān)創(chuàng)造發(fā)明的競賽活動。始終把科技創(chuàng)新教育作為開發(fā)學(xué)生智能、

拓展學(xué)生思維、培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的目標(biāo)來追求，用實際行動推廣創(chuàng)新發(fā)明

的方法，推行創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，從而喚醒了孩子們沉睡的斑斕夢想，激活了

他們噴涌不息的智慧清泉，學(xué)生們的奇思妙想層出不窮，在科技創(chuàng)新競賽中

取得驕人的成績。

中國工程院院士鐘南山說：“科學(xué)普及也是生產(chǎn)力?！蔽乙舱J(rèn)為創(chuàng)造發(fā)

明課是一門具有深遠(yuǎn)意義的課程，它的作用決不僅限于獲得了多少獎項，申

請了多少專利，其重要性在于它可以培養(yǎng)學(xué)生從小愛科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué)

的精神，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，體會當(dāng)小發(fā)明家的成功感受。對

人生來說，熏陶的過程遠(yuǎn)比追求的結(jié)果更具有普遍而永恒的意義。在小學(xué)開

設(shè)創(chuàng)造發(fā)明課是一件功在當(dāng)代，利在千秋的事業(yè)，它需要一大批勤勞、執(zhí)著

的事業(yè)家、教育家、實干家為之做出艱苦的努力和不懈的奮斗。

有志于創(chuàng)新強國的朋友們，我們炎黃子孫引以為豪的萬里長城并未能有

效地抵御外族的入侵；“把我們的血肉筑成新的長城”也受盡了列強的踐踏

和凌辱。在科技發(fā)展日新月異的今天，我們只有不斷播撒科技創(chuàng)新的種子，

讓國人用智慧筑成新的長城，才能讓古老的巨人重新屹立在世界的東方。

愿這本教材能為教師們提供一點幫助，能為孩子們的健康成長有所促進(jìn),

能給建設(shè)創(chuàng)新型國家增一塊磚、添一片瓦。

目錄

第一章生活中的物理.....................1

第一課自行車中的物理知識----------------------1

第二課過山車的物理知識-----------------------7

第三課汽車安全氣囊系統(tǒng)組成及其工作原理--------9

第四課GPS—全球定位系統(tǒng)-----------------------14

第二章生活中的小實驗-------------------20

第一課影子告訴我們什么-----------------------20

第二課不可思議的平衡表演--22

第三課用不標(biāo)準(zhǔn)天平稱出正確質(zhì)量---------------23

第四課氣體舉重機------------------------------24

第三章偉大的物理學(xué)家................25

第一課偉大的發(fā)明家一一愛迪生------------------25

第二課牛頓趣事--------------------------------28

第三課為科學(xué)獻(xiàn)身的阿基米德--------------------30

第四課引領(lǐng)人類走進(jìn)電氣時代的法拉第------------32

第一章生活中的物理

第一課自行車中的物理知識

自行車是我們?nèi)粘Ｉ钪幸环N普遍的交通工具，常見的有普通載重自行

車、輕便自行車、山地自行車、童車、賽車、電動自行車等.它結(jié)構(gòu)簡單，

方便實用，下面分別介紹自行車的有關(guān)原理和其中涉及到的相關(guān)物理知識。

(-)自行車的有關(guān)原理

一、車體設(shè)計原理

A:手把連接前輪的轉(zhuǎn)向機制是輪軸的運

用，一般女裝車手把大多比較寬，就是因為把

“輪”的半徑加大，可以更省力，騎起來很優(yōu)

雅.

B：剎車把手是一個簡單的杠桿，使用者

用很小的力就可對剎車片產(chǎn)生很大的壓力.

C：前剎片是利用摩擦力使車輪減速，同

時在接地點產(chǎn)生向后的摩擦力來使車體減

速.以前輪夾式剎車和傳統(tǒng)后輪軸心的盤式剎車來比較，對同樣大小的剎車

壓力而言，前者因力臂較長，會比后者有較大的力矩，效果較佳.

D：接地的輪胎也是靠摩擦力使車子前進(jìn)，剎車也是同樣道理.

E：輪軸中央用滾珠軸承加黃油來減少摩擦，提高傳動效率.

F：踏板是輪軸的運用.

G：前后齒輪是利用鏈條傳動的齒輪系

統(tǒng)，因為前大后小，所以費力而省時，可以

把車子加速到很快.

H：后齒輪傳動給后輪是一種作用力施

在軸上的輪軸系統(tǒng).

I：有些座墊下方是以彈簧為避震器，

是彈簧在日常生活中除了做為彈簧秤外，另一大用途.

J：新型自行車有些裝上油壓避震器，是帕斯卡原理的運用.

二、為何自行車剛騎動時手把會不自覺轉(zhuǎn)動？

自行車基本上是兩點著地，騎動時可以不倒下是因為兩輪滾動時產(chǎn)生水

平方向的角動量；當(dāng)車子幾乎靜止時角動量消失了，質(zhì)心要通過底座（人和車

體在地面的投影）的機會非常少，不可避免就要倒下，此時若轉(zhuǎn)動手把就會產(chǎn)

生垂直方向的角動量，使車子保持平衡，這點和飛盤轉(zhuǎn)動時可以保持平穩(wěn)飛

行有異曲同工之妙，但因為轉(zhuǎn)動不是很完整，方向又一再改變，所以一般不

能撐很久.

三、變速原理

設(shè)前齒輪半徑a、后齒輪半徑b,a/b的比值愈大，可以愈省力，但省力

一定較費時，所以車騎得不快，一般在起動時會把a/b調(diào)小一點，比較容易

克服最大靜摩擦力，之后再把比值變大.一輛十段變速的自行車有兩個不同

半徑的前輪，后面有五個，以共有十種組合.

2

四、剎車原理

從運動學(xué)的角度來看，急剎車車子可能向前翻倒.先考慮前輪剎死的情

形：此時以前輪著地點為支點，因車子有向前的慣性（人車的質(zhì)心明顯在支點

右上方），很容易有向前翻的情形發(fā)生；那后輪剎車的情形又如何呢?如果后

輪剎死了車子的慣性一樣向前，但此時前輪對地面的壓力會增大，相對減少

后輪的下壓力，所以翻車的機會較少，當(dāng)然若是向前的慣性實在太大，車子

一樣會以前輪為支點旋轉(zhuǎn)而使后輪會上蹺.

綜合以上可知：自行車最好不要單獨剎前輪，若只有一個剎車系統(tǒng)

應(yīng)裝在后輪，當(dāng)然兩輪一起剎車最理想.不論用那一輪剎車，前輪的下壓力

一定會增大，后輪的一定減少，所以前輪的剎車摩擦力比后輪的大.所以在

機車或汽車上，效果較佳（當(dāng)然也較貴）的碟式剎車裝在前輪，后輪再裝鼓式剎

車，此即常在汽車廣告中聽到的“前碟后鼓”，但注意使用的前提是前后剎車

一定同時作用，以免翻車.

（二）自行車中的物理知識

圖1和圖2是兩種常見的自行車，在其中涉及到很多物理知識，包括杠

桿、輪軸、摩擦、壓強、能量的轉(zhuǎn)化等力學(xué)、熱學(xué)及光學(xué)知識，下面具體來

分析一下.

圖2山地自行車

圖1輕便自行車

一、力學(xué)知識

3

1.摩擦方面

(1)自行車車輪胎、車把套、腳踏板以及剎車塊處均刻有一些花紋，增大

接觸面粗糙程度.增大摩擦力.

(2)車軸處經(jīng)常上一些潤滑油，以減小接觸面粗糙程度，來減小摩擦力.

(3)所有車軸處均有滾珠，變滑動摩擦為滾動摩擦，來減小摩擦，轉(zhuǎn)動方

便.

(4)剎車時，需要纂緊剎車把，以增大剎車塊與車圈之間的壓力，從而增

大摩擦力，

(5)緊蹬自行車前進(jìn)時，后輪受到的摩擦力方向向前，是自行車前進(jìn)的動

力，前輪受到的摩擦力方向向后，是自行車前進(jìn)的阻力；自行車靠慣性前進(jìn)

時，前后輪受到的摩擦力方向均向后，這兩個力均是自行車前進(jìn)的阻力.

2.壓強方面

(1)一般情況下，充足氣的自行車輪胎著地面積大約為S=2XlOCmX

5cm=100Xcm2,當(dāng)一普通的成年人騎自行車前進(jìn)時，自行車對地面的壓力大

約為F=(500N+150N)=650N,可以計算出自行車對地面的壓強為6.5X104Pa.

(2)在車軸擰螺母處要加一個墊圈，來增大受力面積，減小壓強.

(3)自行車的腳踏板做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對腳的壓強,

(4)自行車的內(nèi)胎要充夠足量的氣體，在氣體的體積、溫度一定時，氣體

的質(zhì)量越大，壓強越大.

(5)自行車的車座做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對身體的壓強.

3.輪軸方面

(1)自行車的車把相當(dāng)于一個輪軸，車把相當(dāng)于輪，

前軸為軸，是一個省力杠桿，如圖3所示.

(2)自行車的腳踏板與中軸也相當(dāng)于一個輪軸，實質(zhì)

為一個省力杠桿.

(3)自行車的飛輪也相當(dāng)于一個省力的輪軸.

4

4.杠桿方面：自行車的剎車把相當(dāng)于一個省力杠桿.

5.慣性方面

(1)當(dāng)人騎自行車前進(jìn)時，停止蹬自行車后，自行車仍然向前走，是由于

它有慣性.

(2)當(dāng)人騎自行車前進(jìn)時，若遇到緊急情況，一般情況下要先捏緊后剎車,

然后再捏緊前剎車，或者前后一起捏緊，這樣做是為了防止人由于慣性而向

前飛出去.

6.能量轉(zhuǎn)化方面

(1)當(dāng)人騎自行車下坡時，速度越來越快，是由于下坡時人和自行車的重

力勢能轉(zhuǎn)化為人和自行車的動能.

(2)當(dāng)人騎自行車上坡之前要緊蹬幾下，目的

是增大速度，來增大人和自行車的動能，這樣上

坡時動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，能上得更高一些.

(3)如圖4所示，自行車的車梯上掛有一個彈

簧，在它彈起時，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，車梯自動彈起.

7.聲學(xué)方面

(1)自行車的金屬車鈴發(fā)聲是由于鈴蓋在不停

的振動，而汽笛發(fā)聲是由于汽笛內(nèi)的氣體不斷的振

動而引起的.

8.齒輪傳動方面監(jiān)

(1)線速度和角速度的關(guān)系，如圖5所示，設(shè)齒

輪邊緣的線速度為F,齒輪的半徑為R,齒輪轉(zhuǎn)動

紅色透明鏡

的角速度為0，則有v=3R.

二、熱學(xué)知識

在夏天自行車輪胎內(nèi)的氣體不能充得太足，是為了防止

一不透明

自行車爆胎，因為對于質(zhì)量、體積一定的氣體，當(dāng)溫度越高,

光軍

5

互成直角的

一身小平面憤

圖6

壓強越大，當(dāng)壓強達(dá)到一定程度時，若超過了輪胎的承受能力，就會發(fā)生爆

胎的情況.

三、光學(xué)知識

在日常生活中，自行車的后面都裝有一個反光鏡，它的設(shè)計很巧妙，組

成如圖6所示，它是由三個相互垂直的平面鏡組成一個立體直角，用其內(nèi)表

面作為反射面，這叫角反射器.當(dāng)有光線從任意角度射向尾燈時，它都能把

光“反向射回”，當(dāng)光線射向反光鏡時，會使后面的人很容易看到.在夜間，

當(dāng)汽車燈光照到它前方的自行車尾燈上，無論入射方向如何，反射光都能反

射到汽車上，其光強遠(yuǎn)大于一般的漫反射光，就如發(fā)光的紅燈，足以讓汽車

的司機觀察到.

四、電學(xué)方面

在有些自行車上裝有小型的發(fā)電裝置，它利用摩擦轉(zhuǎn)動，就像我們在實

驗室中看到的手搖發(fā)電機一樣，發(fā)出的電能供給車燈工作，起到一定的照明

作用.

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第二課過山車中的物理知

過山車是一項富有刺激性的娛樂工具。那

、有驚無險的快感令不少人著迷。

區(qū)，那幺在乘坐過山車

助于理解力學(xué)定律。實際上，過山車的運動包含了許多物理學(xué)原理，人們在

設(shè)計過山車時巧妙地運用了這些原理。如果能親身體驗一下由能量守恒、加

速度和力交織在一起產(chǎn)生的效果，那感覺真

是妙不可言。這次同物理學(xué)打交道不用動腦

子，只要收緊你的腹肌，保護(hù)好腸胃就行了,

當(dāng)然，如果你的身體條件和心理承受能力的

限制，無法親身體驗過山車帶來的種種感

受，你不妨站在一旁仔細(xì)觀察過山車的運動

和乘坐者的反應(yīng)。

在開始旅行時，過山車的小列車是靠一

個機械裝置的推力推上最高點的，但在第一

次下行后，就再也沒有任何裝置為它提供動

力了。事實上，從這時起，帶動它沿著軌道

行駛的惟一的“發(fā)動機”將是引力勢能，即由

引力勢能轉(zhuǎn)化為動能、又由動能轉(zhuǎn)化為引力勢能這樣一種不斷轉(zhuǎn)化的過程構(gòu)

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成的。第一種能，即引力勢能是物體因其所處位置而自身擁有的能量，是由

于它的高度和由引力產(chǎn)生的加速度而來的。對過山車來說，它的勢能在處于

最高點時達(dá)到了最大值，也就是當(dāng)它爬升到"山丘"的頂峰時最大。當(dāng)過山車

開始下降時，它的勢能就不斷地減少（因為高度下降了），但它不會消失，

而是轉(zhuǎn)化成了動能，也就是運動能。不過，在能量的轉(zhuǎn)化過程中，由于過山

車的車輪與軌道的摩擦而產(chǎn)生了熱量，從而損耗了少量的機械能（動能和勢

能）。這就是為什幺要設(shè)計成隨后的小山丘比開始時的小山丘要低的原因：

過山車已經(jīng)沒有上升到像前一個小山丘那樣的高度所需要的機械能了。過山

車最后一節(jié)小車廂里是過山車贈送給勇敢的乘客最為刺激的禮物。事實上，

下降的感受在過山車的尾部車廂最為強烈。因為最后一節(jié)車廂通過最高點時

的速度比過山車頭部的車廂要快，這是由于引力作用于過山車中部的質(zhì)量中

心的緣故。這樣，乘坐在最后一節(jié)車廂的人就能快速地達(dá)到和跨越最高點，

從而產(chǎn)生一種要被拋離的感覺，因為質(zhì)量中心正在加速向下。尾部車廂的車

輪是牢固地扣在軌道上的，否則在到達(dá)頂峰附近時，小車廂就可能脫軌甩出

去。車頭部的車廂情況就不同了，它的質(zhì)量中心在“身后”，在短時間內(nèi)，

它雖然處在下降的狀態(tài)，但是它要“等待“質(zhì)量中心越過高點被引力推動。

到達(dá)“瘋狂之圈”時，沿直線軌道行進(jìn)的過山車突然向上轉(zhuǎn)彎。這時，

乘客就會有一種被擠壓到軌道上的感覺，因為這時產(chǎn)生了一種表觀的離心力。

事實上，在環(huán)形軌道上由于鐵軌與過山車相互作用產(chǎn)生了的一種向心力。這

種環(huán)形軌道是略帶橢圓形的，目的是為了"平衡"引力的制動效應(yīng)。當(dāng)過山車

達(dá)到圓形軌道的最高點時，事實上它會慢下來，但如果彎曲的程度較小時，

這種現(xiàn)象會減弱。一旦過山車走完了它的行程，機械制動裝置就會非常安全

地使過山車停下來。減速的快慢是由氣缸來控制的。

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第三課汽車安全氣囊系統(tǒng)組成及其工作原理

隨著高速公路的發(fā)展和汽車性能的提高，汽車的

行駛速度越來越快，特別是由于汽車擁有量的迅

速增加，交通越來越擁擠，使得事故更為頻繁，

所以汽車的安全性就變得尤為重要。

安全氣囊發(fā)展史

安全氣囊從1952年就取得了專利，但在應(yīng)用推廣中經(jīng)歷了幾上幾下的波

折，足足走過了30多年的漫長路途。直至1984年，汽車碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)

(FMVSS208)在美國經(jīng)多次被廢除后又重新被認(rèn)可并開始實施，其中規(guī)定從

1995年9月1日以后制造的轎車前排座前均應(yīng)裝備安全氣囊，同時還要求1998

年以后的新轎車都裝備駕駛者和乘客用的安全氣囊，自此才確認(rèn)了安全氣囊

的作用。如今，這個在當(dāng)年頗具創(chuàng)意性的發(fā)明已轉(zhuǎn)為千百萬個產(chǎn)品，種類也

發(fā)展為正面氣囊、側(cè)面氣囊、安全氣簾等等。各國生產(chǎn)的中高級轎車，大多

數(shù)都裝有安全氣囊，有些轎車已將安全氣囊列入必裝件。在國內(nèi)，隨著

CMVDR294碰撞安全法規(guī)的開始實施，國內(nèi)消費者對汽車被動安全性能的要求

也越來越高，但目前除了極少數(shù)高級車裝備了側(cè)面氣囊之外，大部分車型還

只是安裝了正面氣囊。

安全氣囊系統(tǒng)組成

駕駛員處的安全氣囊是存放在方向盤襯墊內(nèi)，因此，當(dāng)您看見方向盤上

標(biāo)有“SRS”或“Airbag”字樣，就可知此車裝有安全氣囊。安全氣囊系統(tǒng)主

要由傳感器、微處理器、氣體發(fā)生器和氣囊等主要部件組成。傳感器和微處

理器用以判斷撞車程度，傳遞及發(fā)送信號；氣體發(fā)生器根據(jù)信號指示產(chǎn)生點

火動作，點燃固態(tài)燃料并產(chǎn)生氣體向氣囊充氣，使氣囊迅速膨脹。氣囊裝在

方向盤轂內(nèi)緊靠緩沖墊處，其容量約50至90升不等，做氣囊的布料具有很

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高的抗拉強度，多以尼龍材質(zhì)制成，折疊起來的表面附有干粉，以防安全氣

囊粘著在一起在爆發(fā)時被沖破；為了防止氣體泄漏，氣囊內(nèi)層涂有密封橡膠;

同時氣囊設(shè)有安全閥，當(dāng)充氣過量或囊內(nèi)壓力超過一定值時會自動泄放部分

氣體，避免將乘客擠壓受傷；氣囊中所用的氣體多是氮氣。

安全氣囊的工作原理

典型的氣囊系統(tǒng)包括二個組成部分：探測碰撞點火裝置（或稱傳感器），

氣體發(fā)生器的氣囊（或稱氣袋）。當(dāng)傳感器開關(guān)啟動后，控制線路即開始處于

工作狀態(tài)，并借著偵測回路來判斷是否真有碰撞發(fā)生。如果訊號是同時來自

兩個傳感器的話才會使安全氣囊開始作用。由于汽車的發(fā)電機及蓄電池通常

都處于車頭易受損的部位，因此，安全氣囊的控制系統(tǒng)皆具有自備的電源以

確保作用的發(fā)揮。在判定施放安全氣囊的條件正確之后，控制回路便會將電

流送至點火器，借著瞬時快速加熱，將內(nèi)含的氮化鈉推進(jìn)劑點燃。在近乎爆

炸的化學(xué)反應(yīng)快速發(fā)生的同時，會產(chǎn)生大量無害的以氮氣為主的氣體，將氣

囊充氣至飽滿的狀態(tài)，并借著強大的沖擊力，氣囊能夠沖開方向盤上的蓋而

完全展開，以保護(hù)駕駛者頭部不受傷害。同時在推進(jìn)劑點燃的過程之中，點

火器總成中的金屬網(wǎng)罩可冷卻快速膨脹的氣體，隨即氣囊可由設(shè)計好的小排

氣口排氣，以發(fā)揮逐漸緩沖功能，并避免在車身仍繼續(xù)移動時阻礙碰撞后的

視線。

需要特別說明的是，傳感器只有在滿足了一定的條件下才會工作。安全

氣囊的傳感器的設(shè)計有很多種，有一部分是采用擺錘或杠桿式開關(guān)，還有的

是彈簧負(fù)載的轉(zhuǎn)輪式，此外還有用水銀開關(guān)的產(chǎn)品。但不論感測器開關(guān)型式

如何，都必須有足夠的撞擊力才能使得開關(guān)啟動，同時這個撞擊力必須來自

正的方向才行。通常這個撞擊力約等于以時速25公里至50公里左右碰撞

固定物所產(chǎn)生的結(jié)果。當(dāng)汽車受到這種高速碰撞時，裝在車前端的碰撞傳感

器和裝在汽車中部的安全傳感器，就可檢測到車速突然減速，并將這一信號

迅速傳遞給安全氣囊系統(tǒng)的控制電腦，電腦在經(jīng)過分析確認(rèn)之后，才會引爆

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安全氣囊包內(nèi)的電熱點火器，使氣囊發(fā)生迅速膨脹。

據(jù)計算，正規(guī)的安全氣囊必須在發(fā)生汽車碰撞后的0.01秒內(nèi)微處理器開

始工作，0.03秒內(nèi)點火裝置啟動，0.05秒

內(nèi)高壓氣體進(jìn)入氣囊,0.08秒內(nèi)氣囊向外膨

脹，0.11秒內(nèi)氣囊完全脹大，此刻之后，駕

車者才會撞上氣囊。

可見，氣囊的打開與否與撞擊角度和撞

擊速度都有關(guān)，一般來說在汽車翻轉(zhuǎn)、輕微

碰撞、側(cè)面碰撞或后面碰撞時，氣囊均不會

打開，比如桑塔納2000升級版在車身正面左右各30度以內(nèi)受到重創(chuàng)時才會

打開安全氣囊。再有一點，對于撞擊速度而言，安全氣囊系統(tǒng)測定的是撞擊

后車輛的減速度，因此，在做安全碰撞實驗時，一般都是讓車筆直地撞在不

能移動且不能變形的墻上。

安全氣囊的安全性

安全氣囊可將撞擊力均勻地分布在頭部和胸部，防止脆弱的乘客肉體與

車身產(chǎn)生直接碰撞，大大減少受傷的可能性。安全氣囊對于在遭受正面撞擊

時，的確能有效保護(hù)乘客，即使未系上安全帶，防撞安全氣囊仍足以有效減

低傷害。據(jù)統(tǒng)計，配備安全氣囊的車發(fā)生正面碰撞時，可降低乘客受傷的程

度高達(dá)64%,甚至在其中有80%的乘客未系上安全帶！至于來自側(cè)方及后座

的碰撞，則仍有賴于安全帶的功能。

此外，氣囊爆發(fā)時的音量大約只有130分貝，在人體可忍受的范圍；氣

囊中78%的氣體是氮氣，十分安定且不含毒性，對人體無害；爆出時帶出的

粉末是維持氣囊在折疊狀態(tài)下不粘在一起的潤滑粉末，對人體亦無害。

萬事都是一把雙刃劍，安全氣囊同樣也有它不安全的一面。據(jù)計算，若

汽車以60km的時速行駛，突然的撞擊會令車輛在0.2秒之內(nèi)停下，而氣囊則

會以大約300km/h的速度彈出，而由此所產(chǎn)生的撞擊力約有180公斤，這對

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于頭部、頸部等人體較脆弱的部位就很難承。因此，如果安全氣囊彈出的角

度、力度稍有差錯，就有可能釀出一場“悲劇”。

安全氣囊在近幾年得到了飛速的發(fā)展，價格大幅度下降，裝備了安全氣

囊的轎車也從過去的中高級轎車向中低級轎車發(fā)展。同時，有些轎車前排安

裝了乘客用的安全氣囊（即雙安全氣囊規(guī)格），乘客用的安全氣囊與駕車者用

的安全氣囊相似，只是氣囊的體積要大些，所需的氣體也多一些而已。進(jìn)入

90年代以來，安全氣囊的安全性能已被人們普遍接受，并被視為一種現(xiàn)代化

和高檔次的安全裝置。了解安全氣囊的工作原理及注意事宜對我們更好的保

護(hù)自己有很重要的作用，但對于駕駛員來說，安全駕駛才是第一位的，這是

任何先進(jìn)的安全裝置都無法替代的！

安全氣囊是怎樣發(fā)明的？

安全氣囊為一次性產(chǎn)品

每個氣囊只能使用一次，也就是說氣囊只要引爆就不再有下一次保護(hù)的

能力，也不能塞回去再使用，引爆后須回廠換一個新的氣囊。在美國，重新

裝置一套新氣囊和感應(yīng)系統(tǒng)及整組電腦控制器，一般需要3000美元左右，雖

說比較貴，但為了生命安全，這倆錢還是不能省的！

安全氣囊需與安全帶配合使用

由于氣囊是通過爆發(fā)起作用，而設(shè)計者往往是從大多數(shù)、正常的碰撞模

擬試驗中尋找最佳方案，但生活中，每一位乘駕者都有自己乘駕習(xí)慣，這就

造成了人與氣囊會有不同的位置關(guān)系，也就決定了氣囊工作的不穩(wěn)定性。因

此，要保證安全氣囊真正起到安全的作用，駕乘人員一定要養(yǎng)成良好的駕乘

習(xí)慣，保證胸部與方向盤保持一定距離。而最有效的措施就是系好安全帶，

安全氣囊只是輔助安全系統(tǒng)，需與安全帶配合使用才能發(fā)揮最大的安全保護(hù)

效果。

不要在氣囊的前方、上方或近處放置物品

注意不要在氣囊的前方、上方或近處放置物品，因為在緊急時刻這些物

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品有可能防礙氣囊充氣或被拋射出去，造成更大的危險。在車室內(nèi)安裝收音

機、CD機等附件時，要遵照汽車廠的規(guī)定，不要隨意修改屬于安全氣囊系統(tǒng)

的零件及線路，否則會影響氣囊工作。

何時需要修理氣囊？

要注意觀察位于儀表盤上的安全氣囊警告燈。在正常情況下，點火開關(guān)

轉(zhuǎn)到“ACC”或“ON”位置時，警告燈會亮大約6秒鐘，進(jìn)行自檢，然后熄滅,

若警告燈一直亮，則表明安全氣囊系統(tǒng)有故障，應(yīng)立即進(jìn)行修理。否則，有

可能出現(xiàn)氣囊不起作用或誤彈出的情況。

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第四課GPS一全球定位系統(tǒng)

一、發(fā)展歷史

五十年代未，原蘇聯(lián)發(fā)射了人類的第一顆人造地球衛(wèi)星，美國科學(xué)家在

對其的跟蹤研究中，發(fā)現(xiàn)了多普勒頻移現(xiàn)象，并利用該原理促成了多普勒衛(wèi)

星導(dǎo)航定位系統(tǒng)TRANSIT的建成，在軍事和民用方面取得了極大的成功，是

導(dǎo)航定位史上的一次飛躍，我國也曾引進(jìn)了多臺多普勒接收機，應(yīng)用于海島

聯(lián)測、地球勘探等領(lǐng)域。但由于多普勒衛(wèi)星軌道高度低、信號載波頻率低，

軌道精度難以提高，使得定位精度較低，以滿足大地測量或工程測量的要求,

更不可能用于天文地球動力學(xué)研究。為了提高衛(wèi)星定位的精度，美國從1973

年開始籌建全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositioningSystem)0在經(jīng)過了方

案論證、系統(tǒng)試驗階段后，于1989年開始發(fā)射正式工作衛(wèi)星，并于1994年

全部建成，投入使用，歷時20年，耗資200億美元，是具有在海、陸、空進(jìn)

行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。

二、基本組成

GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間星座部分--GPS衛(wèi)星；地面控制部分--地

面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分---GPS信號接收機。

1.空間星座部分

按目前的方案，全球定位系統(tǒng)的空間部分使用21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌

備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，記作(21+3)GPS星座，高度約2.02萬千米，

均為近圓形軌道，運行周期約為11小時58分，分布在六個軌道面上(每軌

道面四顆)，軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時

間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形

(DOP)o這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?/p>

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衛(wèi)星向地面發(fā)射兩個波段的載波信號，載波信號頻率分別為1575.442兆

赫茲（L1波段）和1227.6兆赫茲（L2波段）,衛(wèi)星上安裝了精度很高的原

子鐘，以確保頻率的穩(wěn)定性，在載波上調(diào)制有表示衛(wèi)星位置的廣播星歷，用

于測距的C/A碼和P碼，以及其它系統(tǒng)信息，能在全球范圍內(nèi)，向任意多用戶

提供高精度的、全天候的、連續(xù)的、實時的三維測速、三維定位和授時。

2.地面控制部分

GPS系統(tǒng)的控制部分由設(shè)在美國本土的四個監(jiān)控站、一個上行注入站和一

個主控站組成。監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至

主控站。

主控站設(shè)在范登堡空軍基地，主要任務(wù)是收集各監(jiān)控站對GPS衛(wèi)星的全

部觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。

上行注入站也設(shè)在范登堡空軍基地，它的任務(wù)主要是在每顆衛(wèi)星運行至

上空時把這類導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站的指令注入到衛(wèi)星。

3.用戶設(shè)備部分

能夠捕獲到按一

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定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所

接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接

收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出用

戶接收機所處的三維位置，位置，甚至三維速度和時間。

GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號，是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。對

于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測

量GPS信號的接收設(shè)備，即GPS信號接收機?？梢栽谌魏螘r候用GPS信號進(jìn)

行導(dǎo)航定位測量。根據(jù)使用目的的不同，用戶要求的GPS信號接收機也各有

差異。目前世界上已有幾十家工廠生產(chǎn)GPS接收機，產(chǎn)品也有幾百種。這些

產(chǎn)品可以按照原理、用途、功能等來分類。

三、定位原理

由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機的

距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個方程式,

解出觀測點的位置（X,Y,Z）。考慮到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，

實際上有4個未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4

個方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測點的經(jīng)緯度和高程。

事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時，接收機可按衛(wèi)星

的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用

作定位，從而提高精度。

（3）雙頻法：在GPS觀測量中包含了衛(wèi)星和接收機的鐘差、大氣傳播延遲、

多路徑效應(yīng)等誤差，在定位計算時還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進(jìn)

行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙

頻接收機可以根據(jù)兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在

精度要求高，接收機間距離較遠(yuǎn)時（大氣有明顯差別），應(yīng)選用雙頻接收機。

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（4）其它：其他提高精度技術(shù)：

有聯(lián)測定位技術(shù)；偽衛(wèi)星技術(shù)；無碼GPS技術(shù)；GPS測角技術(shù)；精密星歷

使用技術(shù)；反SA技術(shù)；GPS/GLONASS組合接收技術(shù)；GPS組合導(dǎo)航技術(shù)等。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

GPS的應(yīng)用領(lǐng)域：

（1）民用領(lǐng)域

車輛自導(dǎo)航：

車船管理調(diào)度一在出租車行業(yè)、長途運輸業(yè)、租車服務(wù)業(yè)等將能夠?qū)?/p>

輛進(jìn)行跟蹤、調(diào)度管理。在擁擠的停車場、火車調(diào)度場能夠準(zhǔn)確地確定車輛

的位置，有效地調(diào)動車輛。，郵遞服務(wù)，民航運輸，

郵遞服務(wù)：對重要的貨物、包裹與信函等進(jìn)行跟蹤、引導(dǎo)與保護(hù)。對貨

場物品入庫與出庫的調(diào)度能有效地確定貨物的存放地點，提高出貨效率，增

加管理手段、避免積壓。

民航運輸：使飛機著陸時駕駛員通過儀表操作對準(zhǔn)跑道。

漁業(yè)生產(chǎn)：GPS能滿足漁獵對定位的要求。同時能為捕魚船隊在法律上避

免發(fā)生捕魚邊界的糾紛，提高在經(jīng)濟專屬區(qū)的作業(yè)效率。

公路水路維護(hù)：能準(zhǔn)確地引導(dǎo)維護(hù)人員調(diào)查需維護(hù)的交通設(shè)施。

火警、警察、救護(hù)的應(yīng)急調(diào)遣：提高緊急事件處理部門對火災(zāi)現(xiàn)場、犯

罪現(xiàn)場、交通事故現(xiàn)場、交通堵塞等緊急事件的響應(yīng)效率。

E-911：美國通訊委員會（FCC）要求將所有的移動電話安裝無線電定位

裝置，以便用戶在通過移動電話向911請求幫助時可找到用戶位置，實現(xiàn)快

速援助。GPS將是滿足FCC要求的一種精確、成本低廉的方式。

搜索與求援：將更加有效地對在人跡罕至、條件惡劣的航海、登山探險、

滑雪、沙漠作業(yè)中失蹤的人員進(jìn)行求援搜索。

道路支持：車在路上壞了時，將提高救援車輛找到你的效率。

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突發(fā)事件臨戰(zhàn)狀態(tài)準(zhǔn)備：如在洪水發(fā)生時，需要快速地為救災(zāi)工作做好

準(zhǔn)備，如繪制洪水邊界圖、排洪國界圖、排洪通道、防洪大堤的調(diào)查。

可隨時查找運輸車輛的當(dāng)前位置，可獲得車輛的定位數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。

實施跟蹤一個或多個指定的運輸車輛，使它們落在電子地圖的窗口內(nèi)。

可設(shè)定跟蹤優(yōu)先級和時間間隔對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。

對車輛跟蹤形成直觀的運行軌跡。

（2）軍用領(lǐng)域

GPS是自動化指揮系統(tǒng)、先進(jìn)武器系統(tǒng)及新的戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)理論的一項關(guān)鍵性

基本保障技術(shù)，能為地面車輛、人員以及航空、航海、航天等領(lǐng)域的飛機、

船只、潛艇、衛(wèi)星、航天飛機進(jìn)行導(dǎo)航定位；武器發(fā)射、偵察、飛機進(jìn)場著

陸、交通管制、搜索營救，戰(zhàn)場部隊、車輛以及單兵定位；精確制導(dǎo)導(dǎo)彈打

擊目標(biāo)坐標(biāo)定位及彈道導(dǎo)引。

五、GPS系統(tǒng)主要特點

1.GPS系統(tǒng)的實時導(dǎo)航定位精度很高。美國在1992年起實行了所謂的

SA政策，即降低廣播星歷中衛(wèi)星位置的精度，降低星鐘改正數(shù)的精度，對衛(wèi)

星基準(zhǔn)頻率加上高頻的抖動（使偽距和相位的量測精度降低），后又實行了

A-S政策，即將P碼改變?yōu)閅碼，即對精密偽距測量進(jìn)一步限制，而美國軍方

和特許用戶不受這些政策的影響，但美國為了獲得更大的商業(yè)利益，這些政

策終將被取消

2.全球全天候連續(xù)無源。GPS能為全球任何地點或近地空間的各類用戶

提供連續(xù)的全天候全球?qū)Ш侥芰?。用戶不發(fā)射信號，因而用戶數(shù)量無限。

六、GPS的干擾問題

GPS信號很弱，易于干擾。一家俄羅斯公司提供的一種4瓦功率的手持

GPS干擾機，不到4000美元就買得到。如果從零售電子商店購買部件組裝，

花400美元就可以造一個干擾半徑16千米以上的干擾機。

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伊拉克戰(zhàn)爭開戰(zhàn)之前，美國就已經(jīng)預(yù)料到伊拉克方面會干擾GPS信號。

美國其實早已經(jīng)給其GPS炸彈和導(dǎo)彈裝載了抗干擾技術(shù)，使這些GPS導(dǎo)引的

武器能夠在干擾的情況下繼續(xù)使用GPS信號；即使GPS信號丟失，這些武器

還可以使用自身的其它導(dǎo)引系統(tǒng)如慣性導(dǎo)航、激光制導(dǎo)等，使自己到達(dá)目標(biāo)。

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第二章生活中的小實驗

第一課、影子告訴我們什么

在陽光下或燈下，按照圖中的方法，用兩只手做出各種姿態(tài)，你會看到,

墻上映出了狗、鴨、飛鳥等等的生動形象。

影子可以告訴我們一些什么呢？

當(dāng)我們在陽光下奔跑的時候，我們的影子總是緊緊地跟著我們；汽車無論

跑得多么快，它的影子也總是緊跟著它，真是形影不離。

這個簡單的現(xiàn)象告訴我們：光的傳播速度一定比人和汽車的速度快得多。

假如光跑得慢，那么，光從人的頭部跑到地面的時候，人又向前跑了一段距

離，頭部的影子就會落后一大段。事實當(dāng)然不是這樣的。

光有著直線前進(jìn)的性格，又有著輕盈敏捷的腳步。對這個不知疲倦的“賽

跑冠軍”，有的人卻抱怨起來，他們說：“光跑得大慢，簡直象爬行?！边@

是為什么呢？

當(dāng)人類開始向宇宙空間進(jìn)軍的時候，人們深深感到宇宙實在太大了。除

了太陽以外，距我們最近的恒星是半人馬星座中的a星（又叫比鄰星）。它

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發(fā)出的光要經(jīng)過4.3年才能到達(dá)地球?，F(xiàn)代的天文望遠(yuǎn)鏡看到的遙遠(yuǎn)恒星，

它的光要經(jīng)過幾十億年才能到達(dá)地球。換句話說，我們看到的光線是它在幾

十億年以前發(fā)出來的，至于現(xiàn)在這個恒星的面孔如何，要再等幾十億年以后

才能看見。這多么讓人著急??！難怪一些科學(xué)家說：“光象蝸牛一樣在宇宙

中爬行?！?/p>

可是，到目前為止，人們還沒有發(fā)現(xiàn)比光運動得更快的東西。

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第二課不可思議的平衡表演

找到了物體的重心，就能使它平衡；重心越低，物體越容易平衡。在下

面的實驗中，有幾個物體的平衡，就是這個道理。

一、將一把小折刀打開一半，把刀尖插進(jìn)一支鉛筆的一側(cè)，距筆尖約2

厘米。將筆尖放在手指頭上，鉛筆會穩(wěn)穩(wěn)地站立著。稍稍調(diào)整一下小刀的開

合度，把筆尖放在任何物體上，你會發(fā)現(xiàn)，鉛筆都不會傾倒。

二、找一把尺子、一把錘子和26厘米長的細(xì)繩。把細(xì)繩兩端結(jié)一個扣，

使繩變成一個環(huán)，按圖套在尺子與錘于把上。將尺子末端放在桌子邊緣，適

當(dāng)調(diào)整繩環(huán)在尺子上的位置，奇怪的是，錘子和木尺居然不掉下來。

三、將火柴桿的一端切成“V”形槽，另一端插入軟木塞底部的正中心。

另找兩把叉子對稱地插在軟木塞的兩側(cè)上（要插緊）。然后，雙手繃緊一根

細(xì)線，請你的朋友將火柴桿“V”形槽騎在線上，撒手。這個怪家伙竟然象雜

技演員走鋼絲一樣，直立在線上保持平衡。如果把線傾斜一下，它還能穩(wěn)穩(wěn)

地沿線滑動。

這幾種奇妙的平衡，是多么不可思議呀！當(dāng)你給你的小朋友表演這套“平

衡魔術(shù)”時，一定會使他們瞠目結(jié)舌的。

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第三課用不標(biāo)準(zhǔn)天平稱出正確質(zhì)量

請想想看，要想得到正確的稱量，什么東西最重要，是天平還是祛碼？

假如你的回答是兩種東西同樣重要，那你就錯了：你可以用一架不正確

的天平做出正確的稱量，只要你手頭有正確的祛碼。用不正確的天平進(jìn)行正

確的稱量，有幾種方法，我們只來談?wù)劺锩娴膬煞N。

第一種方法是俄羅斯的化學(xué)家門得列耶夫所提出的。第一步，把一個重

物放到天平的一只盤上——什么重物都可以，只要它比要稱的物體重一些就

好。然后把祛碼放在另外一只盤上，使天平的兩邊平衡。現(xiàn)在，把要的物體

放到放破碼的盤上，從這只盤上逐漸把一部分祛碼拿下來，使天平恢復(fù)平衡。

拿下的祛碼的質(zhì)量，自然就等于要稱的物體的質(zhì)量，因為就在這同一只天平

盤上，拿下的祛碼現(xiàn)在已經(jīng)由要稱的物體代替了，可知它們是有相同的質(zhì)量

的。

這個方法一般叫做“恒載量法”，對于需要一連串稱量幾個的時候特別適

用，那原來的重物一直放在一只盤里，可以用來進(jìn)行全部的稱量。

另外一種稱量的方法是這樣的：把要稱的物體放到天平的一只盤上，另

外拿些沙?；蜩F砂加到另外一只盤上，一直加到兩邊平衡。然后，把這物體

拿下（沙粒別去動它），逐漸把祛碼加到這只盤上，加到兩只盤重新恢復(fù)平衡

為止。于是，盤上祛碼的質(zhì)量自然就是要稱的物體的質(zhì)量了。這個方法叫做“替

換法”。

方才說的是天平，那么，彈簧秤只有一個秤盤，要怎么辦呢？很簡單，

也可以采用同樣簡單的方法，假如你手頭除掉彈簧以外，還有一些正確的破

碼的話。這兒用不到沙?；蜩F砂，把要稱的物體放到秤盤上，把彈簧秤所指

示的重力記下。然后，把物體拿下，逐漸加上祛碼，一直到彈簧秤指出同樣

的重量為止。這些祛碼的重力，自然就等于要稱的物體的重力了。

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第四課氣體舉重機

如果有人說，他能用呼出的氣把10公斤重的東西升上一定的高度，你一

定會認(rèn)為他是在吹牛：“哪會有這樣的事呢？根本不可能！”

可是，只要我告訴你一個簡單的方法，呼出的氣是完全可以舉起10公斤重物

的，你自己也能做到這一點，不信，你自己試一試。

在桌子上放一個結(jié)實的長方形紙袋或是一個塑料袋，大小能放進(jìn)兩本厚

書就行。再在上面放上一大堆書一一拿你能找到的最厚、最重的書。這時，

你可以開始往袋里吹氣了。要注意，吹氣口應(yīng)該很小，這樣吹起來比較容易

一些，不需要費很大的力氣。

吹氣要慢一些，吹得要勻一些。你會發(fā)現(xiàn)你吹出來的氣，進(jìn)到袋里以后,

隨著袋子慢慢地鼓漲，輕而易舉地就把上面一大堆書舉起來了。這時，你會

興奮起來一一原來我呼出來的氣有這樣神奇的作用呀！

其實，只要這個紙袋或塑料袋的尺寸是10厘米X20厘米（200平方厘

米），

你只要吹出稍微比一個大氣壓大一點的氣，就可以使袋子得到一個20公斤的

力。因此，很容易舉起10公斤的重物。

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第三章偉大的物理學(xué)家

第一課偉大的發(fā)明家一愛迪生

一八七七年秋天的一個早晨，愛迪生從美國一個叫梅羅國的地方，來到

紐約一家雜志編輯部辦公室。他小心翼翼地捧著一個奇形怪狀的小東西。這

小東西上面有一根長長的金屬杠，一端有一個大點的輪子，另一端有個小把

手。愛迪生把搖手搖轉(zhuǎn)，然后把一小張錫紙裹上圓筒，再裝上一根小針，對

著圓筒唱了一句嬰兒催眠歌。動作完畢，機器又重新轉(zhuǎn)動起來，它竟一字不

漏地把催眠歌重新唱了出來。人們在贊嘆之余，都稱發(fā)明者愛迪生是個“妖

魔”。其實，“妖魔”這個雅號遠(yuǎn)不是從留聲機這一件發(fā)明才有的，而是伴

隨他的整個一生的。因為他的發(fā)明創(chuàng)造實在太多了。電燈、電話、電影、電

報機、發(fā)電機、蓄電池、打字機、磁鐵礦分離機、壓力表等等，都是他的發(fā)

明。據(jù)不完全統(tǒng)計，每十一天他就有一個發(fā)明。正因為這樣，他被人們稱為

“妖魔”是理所當(dāng)然的了?？墒牵@個“妖魔”人物的真正魔力究竟出自哪

里呢？他自己這樣說：“一分靈感，九十九分血汗。”頑強的毅力、驚人的

勤奮，正是他真正的“魔力”所在。

湯姆斯?愛迪生，生于一八四七年美國的渥海渥州。他只念過三個月

的小學(xué)。學(xué)校老師說他“愚呆”，親友們也都這樣稱呼他。而他的母親并不

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相信這一點，親自做他的教師，引導(dǎo)他去讀一些書。不到十二歲，他就讀完

了不少難讀的書，他的父親還引導(dǎo)他攻讀過牛頓原理。家庭的教育和影響，

使他從小就養(yǎng)成了勤奮的精神和驚人的毅力。

電燈在今天已不足為奇了。但在一八八0年以前，電燈還僅有它的雛型,

這就是當(dāng)時最流行的弧光燈。這種燈是在電瓶兩極的頭上接兩根木炭，通電

后把這兩極一碰，然后再把它分開、兩極之間立刻發(fā)生火焰。由于兩炭極是

水平的，中間有熱空氣上升，兩極間的火焰就向上微微彎曲好象弓形或弧形,

所以被稱為弧光燈。這種燈有不少缺點：要不斷更換炭條；聲響大；燈光效

用小而又易傷目力。污濁空氣；還有個大弊病就是一個回電流只能點一盞弧

光燈。當(dāng)時的一些著名科學(xué)家包括弧光燈的發(fā)明者都非常贊賞這種燈;但是,

愛迪生卻在一八七七年開始了改革弧光燈的試驗，提出了要搞分電流（就是

一個口電流點許多燈），變弧光燈為白光燈。這項試驗要達(dá)到滿意的程度。必

須找到一種能燃燒到白熱的物質(zhì)做燈絲，這種燈絲要經(jīng)住熱度在二千度一千

小時以上的燃燒。同時用法要簡單，能經(jīng)受日常使用的擊碰，價格要低廉，

還要使一個燈的明和滅不影響另外任何一個燈的明和滅，保持每個燈的相對

獨立性。這在當(dāng)時是極大膽的設(shè)想，一些科學(xué)家都笑他是傻子，諷刺他“夢

想，吹?！?，但是愛迪生卻始終充滿信心進(jìn)行試驗。為了選擇這種做燈絲用

的物質(zhì)，愛迪生先是用炭化物質(zhì)做試驗，失敗后又以金屬鉗與鉞高熔點合金

做燈絲試驗，還做過上質(zhì)礦石和礦苗共一千六百種不同的試驗，結(jié)果都失敗

了。但這時他和他的助手們已取得了很大進(jìn)展，已知道白熱燈絲必須密封在

一個高度真空玻璃球內(nèi)（即燈泡），而不易溶掉的道理。這樣，他的試驗又回

到炭質(zhì)燈絲上來了。他晝夜不息地用全副精力在炭化上下功夫，僅植物類的

炭化試驗就達(dá)六千多種。有一天，他把試驗室里的一把芭蕉扇邊上縛著一條

竹絲撕成細(xì)絲，經(jīng)炭化后做成一根燈絲，結(jié)果這一次比以前做的種種試驗都

優(yōu)異，這便是愛迪生最早發(fā)明的白熱電燈一一竹絲電燈。這種竹絲電燈繼續(xù)

了好多年。直到一九0八年發(fā)明用鴿做燈絲后才代替它。

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當(dāng)我們看到今天的留聲機的時候，不要忘記這上頭滲透著愛迪生無數(shù)辛

勤勞動的血汗。如果沒有一種無休止的鉆研精神是絕難做到的。他在白熱電

燈實驗成功后所說：“沒有一個發(fā)明是十全十美的，白熱電燈到今日何嘗是

例外。有光而無熱，這才是理想的光，而現(xiàn)在離這個境界還遠(yuǎn)呢！”愛迪生

虛懷若谷，永遠(yuǎn)進(jìn)取的精神，是值得贊揚的。

27

第二課牛頓趣事

我不知道在別人看來，我是什么樣的人；但在我自己看來，我不過就象

是一個在海濱玩耍的小孩，為不時發(fā)現(xiàn)比尋常更為光滑的一塊卵石或比尋常

更為美麗的一片貝殼而沾沾自喜，而對于展現(xiàn)在我面前的浩瀚的真理的海洋,

卻全然沒有發(fā)現(xiàn)。一一牛頓

牛頓，是英國偉大的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家和自然哲學(xué)家。1642

年12月25日生于英格蘭林肯郡格蘭瑟姆附近的沃爾索普村，1727年3月20

日在倫敦病逝。牛頓在科學(xué)上最卓越的貢獻(xiàn)是微積分和經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)建。

少年時的牛頓并不是神童，他資質(zhì)平常，成績一般，但他喜歡讀書，喜

歡看一些介紹各種簡單機械模型制作方法的讀物，并從中受到啟發(fā)，自己動

手制作些奇奇怪怪的小玩意，如風(fēng)車、木鐘、折疊式提燈等等。傳說小牛頓

把風(fēng)車的機械原理摸透后，自己制造了一架磨坊的模型，他將老鼠綁在一架

有輪子的踏車上，然后在輪子的前面放上一粒玉米，剛好那地方是老鼠可望

不可及的位置。老鼠想吃玉米，就不斷的跑動，于是輪子不停的轉(zhuǎn)動；又一

次他放風(fēng)箏時，在繩子上懸掛著小燈，夜間村人看去驚疑是彗星出現(xiàn)；他還

制造了一個小水鐘。每天早晨，小水鐘會自動滴水到他的臉上，催他起床。

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他還喜歡繪畫、雕刻，尤其喜歡刻日唇，家里墻角、窗臺上到處安放著他刻

畫的日辱，用以驗看日影的移動。

牛頓在中學(xué)時代學(xué)習(xí)成績并不出眾，只是愛好讀書，對自然現(xiàn)象由好

奇心，例如顏色、日影四季的移動，尤其是幾何學(xué)、哥白尼的日心說等等。

他還分門別類的記讀書筆記，又喜歡別出心裁的作些小工具、小技巧、小發(fā)

明、小試驗。

后來迫于生活，母親讓牛頓停學(xué)在家務(wù)農(nóng)，贍養(yǎng)家庭。但牛頓一有機

會便埋首書卷，以至經(jīng)常忘了干活。有一次，牛頓的舅父起了疑心，就跟蹤

牛頓上市鎮(zhèn)去，發(fā)現(xiàn)他的外甥躺在草地上，正在聚精會神地鉆研一個數(shù)學(xué)問

題。于是舅父勸服了母親讓牛頓復(fù)學(xué)，并鼓勵牛頓上大學(xué)讀書。牛頓又重新

回到了學(xué)校，如饑似渴地汲取著書本上的營養(yǎng)。

1661年，19歲的牛頓以減費生的身份進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，兩年后三

一學(xué)院出現(xiàn)了新氣象，盧卡斯創(chuàng)設(shè)了一個獨辟蹊徑的講座，規(guī)定講授自然科

學(xué)知識，講座的第一任教授伊薩克?巴羅是個博學(xué)的科學(xué)家。這位學(xué)者獨具

慧眼，看出了牛頓具有深邃的觀察力、敏銳的理解力。于是將自己的數(shù)學(xué)知

識，包括計算曲線圖形面積的方法，全部傳授給牛頓，并把牛頓引向了近代

自然科學(xué)的研究領(lǐng)域。

他馬虎拖沓，曾經(jīng)鬧過許多的笑話。一次，他邊讀書，邊煮雞蛋，等他

揭開鍋想吃雞蛋時，卻發(fā)現(xiàn)鍋里是一只懷表。還有一次，他請朋友吃飯，當(dāng)

飯菜準(zhǔn)備好時，牛頓突然想到一個問題，便獨自進(jìn)了內(nèi)室，朋友等了他好久

還是不見他出來，于是朋友就自己動手把那份雞全吃了，雞骨頭留在盤子，

不告而別了。等牛頓想起，出來后，發(fā)現(xiàn)了盤子里的骨頭，以為自己已經(jīng)吃

過了，便轉(zhuǎn)身又進(jìn)了內(nèi)室，繼續(xù)研究他的問題。

1727年3月20日，偉大艾薩克?牛頓逝世。同其他很多杰出的英國人一

樣，他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上鐫刻著：讓人們歡呼這樣一

位多么偉大的人類榮耀曾經(jīng)在世界上存在。

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第三課為科學(xué)獻(xiàn)身的阿基米德

阿基米德（Archimedes公元前約287?公元前約212）是古希臘偉大的

數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家，是靜力學(xué)和流體力學(xué)的創(chuàng)始人。在物理學(xué)、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域

取得了舉世矚目的成果，成為古希臘最偉大的科學(xué)家之一。

他的生平?jīng)]有詳細(xì)記載，但關(guān)于他的許多故事卻廣為流傳。據(jù)說他確立

了力學(xué)的杠桿定律之后，曾發(fā)出豪言壯語：“給我一個立足點，我就可以移

動這個地球！”敘拉古的亥厄洛王叫金匠造一頂純金的皇冠，因懷疑里面摻

有銀子，便請阿基米德鑒定一下。當(dāng)他進(jìn)入浴盆洗澡時，水漫溢到盆外，于是

悟得不同質(zhì)料的物體，雖然重量相同，但因體積不同，排去的水也必不相等。

根據(jù)這一道理，就可以判斷皇冠是否摻假。阿基米德高興得跳起來，赤身奔回

家中，口中大呼：“尤里卡！尤里卡！”（意思是“我找到了”）他將這一

原理總結(jié)在他的名著《論浮體》中，后來以“阿基米德原理”著稱于世。流

傳下來的阿基米德的著作，主要有下列幾種：《論球與圓柱》，從幾個定義和公

理出發(fā)，推出關(guān)于球與圓柱面積體積等5