《物理故事三百篇》201-210

1、201红油伞验尸北宋的沈括在?梦溪笔谈?这本书里，讲过这样一个故事：当年，庐州慎县今安徽合肥附近有个县官叫李处厚。有一次，县里有个恶棍殴打百姓，打死了一个平民。当李处厚在验尸时，尸体上却看不见一点血迹和伤痕。正在他感到十分为难的时候，有一位老人告诉他，只要把新的红油伞撑开，让中午的阳光透过红油伞照射到尸体上，就可以验出暗伤来。李处厚按照老人的方法做了试验。果然，在红光照射下，在尸体上看到了斑斑驳驳的伤痕。用伞能验出尸体的伤痕？这不会是迷信吧？不是，这里有着严密的物理学的依据。原来，不透明物体的颜色，取决于它能反射哪种色光和用何种色光来照射它。而透明物体的颜色，是由这个物体所透过和反射的色光决定

2、的。大多数透明体反射的色光跟透明的色光是相同的。当含有七种色光的太阳光照射红油伞时，除了红光能够通过以外，其他色光都被吸收了。皮肤下的瘀血一般都是青紫色的，在白光复色光照射下，不容易区分出来。而在红光照射下，方会呈现出黑色来。红油伞在李处厚手里成了一个滤色镜，成为验伤破案的有用工具。今天，这个原理已经被广泛应用在摄影上。在拍摄黑白风景照时，为了更好地看到白云，往往在镜头前加上一个黄色的滤色镜，滤去紫色天空射来的蓝光，让蓝天白云的比照度更为强烈。这时的黄滤色镜，作用就跟李处厚的红油伞一样，只不过黄滤色镜是增强了蓝天对白云的反衬度，而红油伞却是增加了肤色对伤痕的反衬度。根据这个原理，人们创造了“去

3、色渍翻拍法。要是一张珍贵的照片染上红墨水，而又没法找到它的底片时，就可以把它放在红光下重新翻拍。因为在红光的照射下，被红墨水染污的地方是红色的，原来白色的地方也是红色的，污渍就看不出来了。因此，在翻拍出来的照片上，就再也看不到污渍了。同样，要是照片染上了蓝墨水，那就应该在蓝色光下进行翻拍，这样才能到达去色渍的作用。当然，这些方法只能用在黑白照片上，对于彩色照片来说，这种方法就不再适用了。202推迟了40年的发现1892年的一天，科学家泰勒用一架照相机拍完照片后发现，镜头由于沾附一层污膜而严重地失去光泽。于是他只能把镜头擦拭干净后重新拍摄。但是几天以后，他却惊讶地看到：用脏镜头拍的那张照片竟要比

4、重拍的照片清晰得多。这是怎么回事呢？泰勒向朋友们请教，可谁也不肯相信，泰勒也不再深究了。整整近40年，这件悬案才引起了另一位叫鲍尔的科学家注意。他开始时虽然屡次重复泰勒的试验，但都没有成功。最后他设法把一种溴化钾涂在石英上，并形成一层薄膜。他发现，薄膜反射光中失去了某些波长的光波，而使另外一局部光的透射效果增强。这个现象和肥皂泡在阳光下显得五彩缤纷一样，都是光在薄膜上干预的产物。鲍尔运用这把“钥匙终于解开了泰勒的疑问。原来，照相底片和人眼的视网膜一样，对相片最敏感。泰勒当年那架相机镜头上污膜的厚度，碰巧起了一种光干预作用。结果，使照相底片看起来清晰多了。相反，把污膜擦掉后，在镜头外表的反射光中

5、，由于绿光的这种干预抵消作用不再发生，照片也就变得模糊起来。原来，一块普通玻璃的外表，能反射掉4%的直射光。而现代的许多光学仪器，一个镜头往往由几片甚至十几片透镜组成，累积的反射光损失是相当可观的，因而大大影响了仪器的工作质量。鲍尔的发现，为解决这一光学上的老大难问题开辟了新路。这就是在镜头外表涂上一层增透膜。少年朋友不妨留心注意一下，在比拟高级的照相机镜头上，往往有一层青紫色薄膜，这就是用来增加绿光通透性的。目前薄膜光学已成为现代物理的一个重要研究领域了。203令人迷惑的红雾在西伯利亚靠近极地的地区，有时可以看到一种奇怪的红雾。1978年一天的早上，一片灰蒙蒙的大雾笼罩着大地。地质学家尤里走

6、进办公室以后，觉察他放在桌上的笔记本有一些红斑点，感到很奇怪，就用手指轻轻地一摸，结果手指上也沾染了这种红色的液体。尤里以为是谁在和他开玩笑，在他的笔记本上撒了颜料。但是当他环顾四周时，惊异地发现，屋内的许多地方都沾染了这种红色的液体。墙上的红色液体正沿着板壁往下淌，脚下仿佛有一股神奇的红泉在不住地冒出来。他看了一下窗外，发现原来灰白的雾正变成鲜红色的，渐渐地周围都染得鲜红。就在这时，这红色的液体竟像磷火一般“燃烧了起来，奇怪的是这种“火是凉的，并不烧坏任何东西。尤里感到自己的脸颊有一些微微的灼热。他走到正变成像红宝石一般的镜子前，看到镜子中映出的是一张自己都不敢认识的面容，更奇怪的是他发现自

7、己的头发也变成了红色，就像着了火一般，一根根朝上翘着这场红雾持续了一段时间就烟消云散了，火光和那鲜红的液体没有留下任何痕迹。红雾究竟是什么？因为它非常罕见，科学家们无法给予肯定的答复。在它发生时，指南针，气压表和一些普通的仪器都没有发现异常。科学家们推测，这可能是发生在高纬度地区的一种特殊的光折射或光化学现象。204罗马皇帝和单片眼镜大约两千年前，罗马帝国有个名叫温纷的暴君，他很凶残，特别喜欢拿奴隶们在角斗场里的互相残杀来开心。可是他眼神不好，坐在看台上看不清那些凶暴残忍的场面。他命令工匠为他磨一副可以看清楚远处的眼镜。有位灵巧的工匠用绿宝石为他磨出一片凹透镜片，虽然粗糙一些，把它贴近眼睛，看

8、远处的东西却清楚多了。这片罗马皇帝专用的单片眼镜，要算是近视镜的祖先了。后来，在我国和外国，都陆续出现了用天然水晶磨制成的近视眼镜和远视眼镜。英国学者何康，在13世纪中叶曾专门撰写了有关水晶眼镜的著作，说明过去很长时期是利用天然水晶磨制镜片的。那么，是谁创造了玻璃眼镜？创造家没有把他们的名字留在人间。目前，我们知道最早出售眼镜的地方是意大利的威尼斯，时间大概是在六七百年前。那时候，尽管玻璃价格不高，但由于十分稀缺，一副玻璃眼镜价值千金，只能供少数王公贵族、官僚富商们享用。那时候的眼镜不是架在鼻梁上的。有的眼镜装在帽沿上，有的眼镜装在木框、骨架或铁环里，看东西的时候要用手举着；也有人把眼镜镶在一

9、根皮带上，看东西的时候把皮带系在头上。大约到了16世纪末，才出现了今天这样的可以架在鼻梁上的眼镜。眼镜和眼睛究竟是一种什么关系呢？过去，人们配眼镜就上眼镜店去挑，戴上哪一副看得清楚些，就挑选哪一副。工匠们凭他们的经验磨制镜片，没有什么严格的规定。16世纪末，天文学家开普勒揭开了眼睛的秘密，他发现眼睑里的黑眼球是个凸起来的透明水晶体，能调节射进去的光线。水晶体的边缘肌肉有吸缩和弛张的能力，随着所观看物体的远近，水晶体能变得凸起一些或扁平一些，使物体的像正好落在眼球后面的视网膜上，这样，人才能看到清晰的物体。可是，眼球的这种收缩和弛张有一定的限度。有的水晶体已经变得很凸出，就成了近视，要配戴凹透镜

10、才能看清远处的东西。有的水晶体因为过于扁平就成了远视，需要配戴凸透镜才能看清近处的东西。本世纪初，出现了科学的检查眼睛视力的方法，叫做“验光。经过验光，查出适宜的度数，就能配到最适宜的眼镜。205异想天开的游戏1609年，在荷兰的密特西波奇城里，有一家眼镜店。有一天，眼镜店老板汉斯的孩子，悄悄地拿了几块镜片，有老花的，也有近视的，和邻居的几个孩子在玩儿。他们本来是想模仿大人，把镜片架在自己的眼睛上，可是他们的眼睛既不近视，又不老花，这些镜片对他们当然都不适宜，只有把它们靠在离眼睛比拟远的地方，才能看清楚镜片后面的东西。有一个淘气的孩子突然想到了一个异想天开的游戏。他一只手拿着近视镜片，一只手拿

11、着老花镜片，把它们一前一后地举在眼前，他透过两块镜片向远处一望，不由得又惊又喜地喊了起来：“嗨！真奇怪，礼拜堂的尖塔，突然变得这样近啦！他的发现使得小朋友们异常兴奋。大家又喊又叫，惊动了眼镜店的老板汉斯。汉斯起来一看，真了不起，孩子们在游戏中竟发现了一种可以望远的透镜。当时，荷兰正在跟西班牙打仗。汉斯做了一架望远镜献给了荷兰皇帝，可以用它来侦察敌情，皇帝很快乐，赏了汉斯很大一笔钱。后来，望远镜的做法传到了法国，又由法国传到意大利。伽利略听到了这个消息，自己设计制造了一架天文望远镜，用来观察天上的星星。人类这才翻开了宇宙的大门。荷兰的那几个小孩还发现，镜片越是凸得厉害，用它来看东西越显得大。50

12、多年以后，一位名叫曹汶胡克的英国看门人，知道了这个消息以后，自己磨制镜片，制造成了第一架显微镜。这位看门人翻开了一个人类从没见过的微生物世界。少年朋友，你大概没想到吧，游戏帮助人们翻开了两个世界的大门。206第一张X光片的故事1895年，伦琴51岁时，进行一项新的试验阴极射线试管的放电现象。伦琴自己也记不得进行多少次试验了，但每次都像第一次一样把全部身心都投入进去，简直到达了废寝忘食的程度。一天，他从教室出来，连讲稿也没放下，就匆匆走进物理实验室，他先用黑纸把阴极射线管包起来，再通电试验。这时，放置在旁边的荧光屏闪现出来亮光。伦琴那深邃的眼睛里，放出了异彩。他想，能透过这层黑纸的光线究竟是什么

13、？是不是一种尚未被人类所知的射线呢？直到午夜，伦琴的脑海里还在翻波舞浪，不断整理、提炼着思想中的精华。后来，他实在感到疲倦了，便准备回家吃饭，明天再继续观察。他回到家里，悄悄走进餐厅，晚餐摆在长桌上，并盖着一块雪白的苫布。他轻轻揭开苫布，刚想拿起面包片，却又住手了，他发现电灯光透过苫布使面包流动黑影投射到餐桌上，一个极为普通的生活现象，一下子翻开了科学家的心扉。他想：要在阴极射线管和荧光屏之间加上一个隔离物又该怎样呢？他忘记了胃肠的饥饿，雀跃着跑出餐厅，直奔实验室去了。被惊醒的伦琴夫人走出卧室，看到丈夫远去的身影，发现晚餐原封不动地摆在那里，只好包上几片面包，尾随丈夫到实验室去了。这时，伦琴已

14、经开始了新的实验。他把平时放在管子附近的荧光板放到离阴极射线管2米远的地方，中间用一本厚书隔开。伦琴夫妇同时看到，荧光板上闪现着浅绿色的荧光和淡淡的书影。接着，伦琴让夫人手持荧光板由近向远移动，测试射线到底能射出多远？伦琴夫人走出不远，便惊讶地站在那里不动了，眼睛死死盯在荧光板上。伦琴担忧妻子身体出了毛病，便走了过去。伦琴夫人冲动地叫伦琴看荧光板，伦琴一下子惊呆了在荧光板的后边，清晰地显现出手指骨骼的影子。伦琴兴奋的说：“亲爱的！你的手就要造福人类了！接着，他们又改用照相干版进行试验，获得了相同的结果，他们把它洗成照片，那上面是一个完整的手骨影像。伦琴挥舞着这张不寻常的照片，大声说：“这是我们

15、奉献给人类的礼物！可是，这样使荧光物发光和有高度穿透能力的神奇射线到底是什么呢？伦琴夫人说：“这是个未知数，是X。伦琴说：“对！就叫它X射线！就这样，在一天的黎明前，X射线被发现了，第一张X光照片诞生了。这一天是1895年11月8日。仅仅3个月后，X射线就在医疗上获得了成功的应用。最近几年，X射线在医疗诊断上又发生了革命性变化，出现了电子计算机断层摄影、全身摄影机、静电照像，全息照像等等。207X光也能缉拿走私犯报载：在第12届世界杯足球赛的新闻中心门口，执勤人员荷枪实弹，戒备森严，记者出示证件后，所带的行李还要经X光检查。为什么搞得这么森严？据了解，因观看足球大赛涌入西班牙的人甚多，再加上西

16、班牙国内情况不太乐观。前不久，就发生过四次爆炸。为了这一届足球大赛顺利进行，西班牙政府作了严密的布置，在新闻中心门口安装X光机，就是措施之一。为什么行李还要照X光？这是因为X光具有高度穿透能力，它可以穿透人体、墙壁、木板等，这是特性之一；其特性之二是，但凡遇见化学药品它就可以产生荧光。只要所照射的物体密度不同，就能在荧光屏上产生不同的阴影，根据阴影的形态，就可以判断所照物是属哪一类别，以便防爆和反走私。X光用于诊断疾病，早已为人所知，用于工业检查全套设备，也是比拟常见的，现在用于治安保卫和边境海防也越来越多了。行李中假设携带武器，只要X光一照，就可以显露出来；走私犯把金子吞入胃肠道中；高级手表

17、藏于密封的罐头中，也都逃不过X光的眼睛。随着科学技术的开展，把X光与电视结合起来，还可不用底片就可在电视屏幕上显示出图像来。208神探爱克斯十几年前，伊拉克曾发生过一起砷中毒死亡案件，保存下来的只有死者几根头发。面对这些微缺乏道的证据，侦探们都感到束手无策。正在这当口，神探爱克斯应邀前来侦破。他对头发中砷的含量及其在头发不同部位的分布进行分析，结果发现在靠近发根5.1厘米处，砷的含量到达顶峰，比照事先保存的资料再进行推断，死者是在取样前183天中毒的。神探爱克斯初出茅庐是在1947年。当时发生了一起轰动世界的名画伪造案，荷兰一名三流画家米格伦复制了17世纪的名画家杰弗美尔的作品，然后以高价转手

18、卖给别人。由于米格伦的复制技巧十分高超，他不仅在绘画技巧上模仿到家，而且在伪造前代颜料上也弄得难辨真伪。警察当局费尽九牛二虎之力也难以定案，最后只得请来神探爱克斯。神探爱克斯认为，不同地方、不同时期的绘画纸张和颜料中的元素成分不可能全部相同，如果对历代名画都进行系统的分析鉴定，我们就能得到不同画家在不同时期和不同地点所使用的纸张和颜料的微量元素谱。以此为依据，就可以对新发现的历代名画进行鉴定。从这一思想出发，神探爱克斯对米格伦的赝品进行颜料成分的微量元素分析，结果证明是复制品。1965年，我国出土了著名的越王勾践剑。后来，在出国文物展览期间，各主展国都不惜用重金保险这把古剑。这把2500年前的

19、古剑，至今闪闪发光，锋利无比，能够同时剖开10张一迭的报纸。是什么原因使它长眠地下而不生锈呢？1977年，经神探爱克斯精心研究终于揭开了这个谜。原来，勾践剑的剑格上镶嵌有一块像玻璃似的东西，难道在这么久远的年代，工匠们已经懂得融制玻璃了？经神探爱克斯鉴定，说明它确是钾、钙玻璃，而且由于掺进了铜离子而发出蓝光来。这一鉴定结果，充分显示了我国古代劳动人民的智慧和创造力。爱克斯虽然是著名的神探，但有时也干些偷偷摸摸的间谍勾当。例如，有的厂商想要仿制别人的精密仪器或大型精密机械，那么，全部工作的第一步就是要了解这些设备所用材料的组成成分。碰到这样的难题，他们往往求助于神探爱克斯。他干这样的活非常内行，

20、几乎是立等可取。他可以把各种材料的元素成分，按原子序数的次序给你分析，什么元素占多少什么元素没包含，都列得明明白白。神探爱克斯那精确的分析工作，经常能纠正人们对材料性质的错误判断。一个工厂的一种被疑心为铝合金的精密仪器部件，经神探爱克斯分析之后显示，它含有大量的硅而不含铝。它的成分除硅以外，还含有钛、钒、铁、铜、硒等十多种元素，是一种复杂的合金钢。如果按照铝合金的判断来仿造，岂不坏事。使人更为惊讶的是，神探爱克斯干完这全部定性分析工作，只花了不到半个钟头。读到这里，你也许为他的高超本领赞叹不已，也许想见见这位神探。可是神探爱克斯是个“隐身人，你是看不见他的。原来神探爱克斯就是X射线。X射线为什

21、么有这般高超的本领？这要从原子讲起，原子中有很多个电子围绕着原子核运动，它们分布在离原子核远近不同的“壳层上。当原子中离原子核较近的内壳层电子被外来的高速电子打出去时，会留下一个空穴，就会发射出特征X射线。所谓特征X射线，是一种波长很短的电磁波，不同元素的原子所发射的特征X射线的波长各不相同。因此，这些特定波长的X射线，就成了不同元素原子的特征标记。一定波长的X射线具有一定的能量，只要用一种硅锂半导体探测器，测特征X射线的能量和强度，就可以知道这种X射线是什么元素的原子发射的，它含量多少。这样一种分析方法叫“能量色散X射线分析法。世界上的无数物体所以千差万别，性质迥异，就是因为它们所包含的元素

22、种类和多少各不相同。在某些场合下，决定事物差异的是含量极微的“痕量元素。“痕量的意思是比微量还少得多，大约在10-8克以下。要测定这么一点元素的性质，能量色散X射线分析法，也是一种行之有效的工具。例如，人的毛发是排泄人体中金属废物的器官，因此，测定头发中痕量元素的含量，就可以发现人体内重金属积累的情况，这对防治金属中毒有很重要的意义。从测定锰铁冶炼工人头发样品的能量色散X射线谱中可以看出，锰含量是高的，这说明工人因与锰接触而使体内锰的积累增加。不仅如此，铅的含量也比非接触者高，这是为什么呢？原来锰铁砂石中，不仅含锰和铁，而且还有铅和镁。因为铅的沸点比锰和铁低得多，所以铅比锰容易气化，被工人吸入

23、体内。能量色散X射线分析法不仅灵敏度高，速度快，能一次分析多种痕量元素，还具有分析样品处理简单，要求的数量少，分析时不破坏样品等优点。美国的阿波罗飞船从月球上带来了一些珍贵的岩石标本，美国政府向其他国家赠送的这种月岩标本都是以克计算的。因此，接受礼品国家的科研人员分析这种月岩标本时，所用的样品只能以毫克计。这么一点样品要作多种元素的含量分析，而且要求是非破坏性的，即分析完毕后样品仍完好无损，这是一般的化学分析方法所达不到的，而能量色散X射线分析法却能施展它的本领。正因为有这些优点，所以，从90年代以来，能量色散X射线分析法开展异常迅速，成为现代分析技术中崭露头角的一枝新秀，X射线也就成了一名成

24、绩卓著的神探209杯中彩蝶翩翩起舞我国有出古戏叫?游龟山?，剧中男主人公赠给女主人公的定情物，是一只具有特殊功能的杯子，当斟酒入杯，见有彩蝶飞舞，一当酒尽杯空，彩蝶也就不见了。这只杯子实在奇妙，所以戏名就改叫?蝴蝶杯?了。这种杯子，并非文人、剧作家的虚构。几年前，山西省侯马市还仿制成功了。有的用美人头代替蝴蝶，制成“美人杯，深受人们的欢送。这种杯的杯身比拟深，犹如一只反口金铃安在高高的杯脚之上。在杯底中心嵌入一个凸透镜，在杯脚里面的某一点上，以极细的弹簧装上一只彩色小蝴蝶或小金鱼，使它位于凸透镜焦点之外而接近焦点。当往杯里斟酒或倒水时，酒或水与凸透镜上外表形成一个平凹透镜，这个平凹透镜与凸透镜

25、组合成复合透镜，它的焦距大于凸透镜的焦距。要揭开蝴蝶杯之谜，我们从放大镜凸透镜的成像说起，用放大镜看书，当文字位于放大镜焦点之内时，放大镜将文字形成一个放大的虚像位于放大镜下方，眼睛通过透镜看文字的虚像，这时虚像到眼睛的距离为25厘米，看起来最清楚，称之为明视距离。把放大镜往眼睛这侧移动，移动某个位置之后，便看不见文字了，此刻文字位于放大镜的焦点之外而小于两倍的焦距，将形成文字的放大实像，实像位于放大镜上方与眼睛同侧，由于像不在明视距离上，所以看不见文字。蝴蝶杯的成像与此相仿。空杯时，蝴蝶位于凸透镜焦点之外而接近焦点，所以看不见它，斟酒或水入杯之后，由于复合透镜的焦距变长了，使得蝴蝶位于焦点之内，因此能看见蝴蝶。将杯子拿在手中，细弹簧上的小蝴蝶总会有微小的颤抖，它的放大像便翩翩起舞了。210冻不死的冰上霸王北极熊是世界上最大的食肉动物，以海豹为主要猎捕对象。它们像流浪汉那样在地球上的冰冻地带漫游，其领域从西伯利亚到阿拉斯加，横越加拿大进入北极地段，一直