作者：凤凰科普编辑部
出版社：清华大学出版社
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让人目瞪口呆的物理试读：
前言
物理学有着很多神奇之处，它的神奇不在于它像魔术或杂技那样看起来非常华丽，而是它改变了人类的生活。物理学虽然不像化学那样能够创造很多东西，但它却可以改变很多东西，而且物理的每个分支都在改变我们的生活。你可以想一下，如果没有电，我们的生活会怎么样？如果没有现在各种网络和通信信号的传输，我们的生活又会怎么样呢？物理学从远古到现代都在一直不断地改变着我们，无论是阿基米德发现了浮力还是牛顿的万有引力，都让我们越来越了解这个世界。而且，物理学也是一种力量，它可以让我们用很小的力量获得巨大的回报，例如马德保的半球实验、撬起地球的杠杆，这都是物理学的神奇之处。
本书由凤凰科普编委会创作，参与本书编写的人员有陈刚、张可、张伯沅、王璇、蒋福玲、卢娜、王楠、席杰、楼京京、赵蕊、张义芳、陈佳丽、陶丽娜等。由于编者水平有限、加之时间等原因，疏误之处在所难免，敬请各界人士批评指正。
拉不开的球与烧不开的水
我们每天都在天空下自由地玩耍，丝毫不会感觉到周围的空气。你也许不知道，透明的空气其实也是有压力的，而且它的压力还不小呢！在手指甲那面大的面积上就有10牛顿的力，相当于在上面放了1公斤的重物。但你知道为什么我们每天自由活动，而感觉不到这种压力吗？那就听我大致解释一下吧。
秘密档案
大气压就是大气对浸在它里面的物体所产生的压强，有时候也被称为气压。为什么会有大气压的存在呢？那是因为在地球上的每个物体都会受到重力的影响，也就是地球引力的影响，大气压也不例外。在重力的作用下，空气会显示出一定的重量，因为空气非常厚，所以大气压其实也非常大。大气压还有另外一个特点，它向各个方向都有压力，之所以会这样，是因为空气具有流动性。另外，大气压还和高度、天气状况、季节有关系。例如在高山上，由于空气的厚度比较低，所以大气压就会比较小。在日常生活中，我们也经常会利用大气压的这种压力和流动性。例如我们经常用的吸盘。你一定不知道
大气压和人体有密不可分的关系，我们每时每刻都没有离开过大气压，按照面积来算，一个成年人承受的大气压相当于12～15吨的重物压在身上。不过由于大气压在不同方向上都有压力，我们身体上的大气压会互相抵消，所以我们就不会感觉到那么大的压力了。
我们的呼吸也离不开大气压，如果身体外的气压下降，那么就会感觉胸闷、头昏、烦躁等，这就是由于大气压的变化引起人体内部肺起泡变化造成的。例如，在雷雨天，大家有时候就会有这样的感觉。另外，大家所说的“高山反应”也是由于大气压降低造成的，很多人去青藏高原旅游而不适应当地的气压，其实就是因为高原上大气压降低的原因。
科学家画廊
托里拆利（1608—1647）意大利的物理学家和数学家。他出身于贵族家庭，从小就喜欢数学，拜伽利略的学生卡斯德利为老师，而且还成为宫廷数学家。托里拆利的一个重要的发明就是气压计，准确地说就是水银气压计。他最初并没有发明气压计的想法，而是要解决一个实际问题。这个问题就是当时的托斯卡纳大公的水泵制造商想将水抽到12米高的地方，但是最后他发现，水泵的极限是10米左右。
托里拆利对这个问题很感兴趣，他用比水重很多的水银代替水，做了个实验。这个实验很简单，他做了一个一米长的玻璃管，里面装满水银，然后将管子开口的一方垂直插入装满水银的盆子中，于是水银流出了一部分，留下一个大约760毫米的水银柱。这就是历史上第一个气压计，这也让托里拆利这个名字永载史册。
后来经过研究发现，之所以会产生这种现象是因为大气压强的缘故，外面存在的大气压使得760毫米高的汞柱没有落下来。这个实验也启发了另外一个物理学家帕斯卡。
帕斯卡觉得既然大气压是存在的，那么在海平面上的大气一定最稠密，所以压强应该比较大，而在山顶的大气会比较稀薄，压强应该会比较小。为了证实这个想法，一个叫帕瑞的人带着一个气压计在一座1.6千米高的山上和山底分别做了试验。试验结果表明两次的压强相差了7.5厘米汞柱。
还有一个非常著名的大气压实验就是马德保半球实验。这个实验是马德保市的市长奥托·冯·格里克组织进行的。他听说有很多人在嘲笑托里拆利，并且不相信大气压的存在。于是，他就让人做了两个大半球，大概直径有37厘米左右，然后请来一大队人马，在市郊做了一个“大型试验”。
1654年5月8日，马德保风和日丽，市长格里克首先让助手把两个半球灌满水，合并在一起，再把水抽出，形成真空。然后他让四位马夫牵来16匹高头大马，他先让助手在球的两端分别拴4匹马，再用力把球拉开，但是，并没有成功。最后使用16匹马才勉强将半球拉开。
实验过后，格里克向大家宣告“你们该相信大气压是有的，而且还很厉害了吧！”
猜猜看
一天不同时间和不同季节的气压不同吗？
大气压是非常不稳定的，它会随着时间和季节变化。在一天中大气压最高值一般出现在上午9:00～10:00，而最低值出现在下午的15:00～16:00。导致这种变化的主要原因有三个：第一个就是大气的运动；第二个是大气的温度变化；第三个就是大气湿度的变化。在下午的时候由于地表温度升高，空气上升，湿度降低所以大气压最小，而早晨的时候空气较冷、湿度高，气流下沉，所以此时气压最高。
同样的道理，在一年中大气压也会不断地变化，夏天由于温度和气流的原因，大气压最低，而冬天的大气压最高。
疯教授的怪问题
人体感受大气压的问题
大气压的应用有很多，最常见的就是大气压水泵，也就是我们开头说的大公爵使用的水泵，它可以利用大气压把水从深井里抽到地面上来，非常方便。另外我们打针用的针管，还有抽水式的钢笔也都利用了大气压原理。大家都用过的吸管，它同样是因为我们吸走了吸管里的空气，然后大气压才将杯中里的饮料压到我们的嘴里。
试一试：放到瓶子里的鸡蛋
材料：一个玻璃瓶（最好口比鸡蛋略小一点）、一个煮熟的鸡蛋、热水。
实验步骤：
1． 将熟鸡蛋的外壳剥掉。
2． 往玻璃瓶中加满热水，过几分钟后倒出玻璃瓶中的水。
3． 瓶中的热水倒出后，迅速把剥了皮的鸡蛋放在玻璃瓶口上，使鸡蛋竖直，并用手稍微压一下鸡蛋，让瓶口吸住鸡蛋后松开手。
4． 几分钟后，鸡蛋就会挤入瓶子中，落到瓶底。
泰坦尼克号沉船之谜
大家都听过泰坦尼克号的故事吧？它是当时世界上最大，最豪华的游轮，但其在首航的时候就沉没了。好莱坞还根据这个故事改编了一部同名电影。船为什么会沉呢？其实这一切都和浮力有关，无论是让游轮航行，还是让游轮沉没都是如此。那么，接下来就让我们进入神奇的浮力世界吧！
秘密档案
浸泡在液体或者气体里的物体会受到液体和气体内一种垂直向上托的力，这种力就叫作浮力。浮力的产生其实是因为物体上下表面的压力差。其实也可以理解为和物体排开水的重量有关。通过上面的讲解，我们可以知道泰坦尼克号那么巨大，之所以能够在海上航行，主要是因为在船体的内部有很多空气舱，在泰坦尼克号上就有16个这样的水密舱，这就保证了泰坦尼克号能够浮在水面上。你一定不知道大家可能不知道，在日常生活中就有很多现象和浮力有关，例如我们煮元宵和煮饺子。有一个说法，就是当元宵煮得浮起来的时候，就说明元宵熟透了。大家知道为什么吗？那是因为，当水里的元宵加热之后，它们的体积就会膨胀。在上面我们讲解过，物体受到的浮力和它排开的液体的重量有关。元宵越大，它排开的水就越多，当它熟了之后，体积就变得非常大了，当排开水的重量比自己的重量还大的时候，元宵就浮上来了，这时候我们就可以判断元宵是否熟了。科学家画廊
阿基米德是古希腊伟大的哲学家、数学家和物理学家。他出生于西西里岛的一个贵族家庭里，从小就喜欢数学和天文学。他在11岁的时候，借助同王室的关系去亚历山大里亚城学习。他在这里一学就是很多年，直到75岁的时候，古罗马入侵叙拉古，阿基米德被古罗马的士兵所杀。
关于阿基米德还有一个和浮力有关的故事。叙拉古的国王让人打造了一个王冠，不过国王怀疑打造王冠的工匠会偷工减料，用其他金属掺进来代替金子。于是他就把阿基米德叫了过来，让他做个鉴定，但不能把王冠损坏。
这个问题可难住了阿基米德，他冥思苦想了好几天，也想不出好办法。直到有一天他去洗澡，当他躺进盛满水的浴盆时，水便溢出来了。这给了他很大的启发，他忽然想到，相同重量的物体，由于不同的体积，那么排开水的体积也不同，如果按照这个思路就可以鉴定王冠了。
于是阿基米德从浴盆里跳出来就往家里跑，连衣服都忘记穿了。等他回到家之后，就称了重量和王冠相同的金子，然后找了一个盛水的容器，将容器装满了水。之后他分别将王冠和金子放入容器中，他发现，第一次溢出来的水要比第二次溢出来的水多一些，这就证明了金王冠里掺杂了其他的金属。
不过阿基米德的这个方法其实也有一定的局限性。在之前我们讲解过泰坦尼克号能够在海上航行的原因就是因为船里面有中空的水密舱。所以这个王冠中如果有空心的部分，那么阿基米德的测量就会出问题了。
猜猜看：死海的秘密
在以色列、约旦和巴勒斯坦之间有一个世界上海拔最低的内陆海。在这个海里没有任何生物生存，而且在这个海的四周没有什么生物，也因为此，才被称之为死海。死海有一个奇特的现象，就是人可以躺在死海的海面上而不会下沉。这是为什么呢？
这是因为死海的海水中盐的含量非常高，它的含盐度达到了230～300克/升，是普通海水的8.6倍。按照我们之前讲过的浮力知识，大家就知道，盐分越高，那相同体积的水的重量就越大。所以人体不用排开太多的水就可以让身体浮上来了，是不是很有意思，大家有空也去死海玩一下吧！
疯教授的怪问题
下面哪些是利用浮力工作的工具？
A．潜水艇
B．轮船
C．飞艇
D．人造卫星
答案：ABC
潜水艇在潜入水中之后，它排开水的体积是不变的，但它是依靠自身水舱里的水量来实现上升和下潜的。轮船利用浮力的方式在之前的讲解中，我们已经提到了。飞艇是利用热气飞行的飞行器，它是利用了空气的浮力飞行的机械。人造卫星因为处于大气层之外的真空地带，所以没有办法利用浮力，它是根据万有引力和离心力的原理实现围绕地球运行的。
试一试：死海的原理
工具：一个大杯子、一个熟鸡蛋、一包盐。
实验步骤：将鸡蛋放到水里，然后逐渐向水里加盐，直到鸡蛋浮起来，再继续加盐，我们会发现鸡蛋露出的体积越来越大。
实验原理：因为浮力和排开水的体积有关，随着盐的增加，单位体积内的水的重量越来越大，当排开水的重量等于鸡蛋重量的时候鸡蛋就浮上来了，此时再放入盐，鸡蛋就逐渐显露出来了。
疯狂而又充满智慧的牛顿
牛顿是家喻户晓的人物了，只要是接触过物理的人，几乎都会了解牛顿，因为他创立的牛顿三定律是力学的基础，也是物理的基础。牛顿是一个伟大的、同时也是很有意思的人，在他的身上发生过很多有趣的故事。下面就让我带你进入科学家牛顿的世界吧！
秘密档案
牛顿，全名叫作艾萨克·牛顿，生于1643年1月4日，死于1727年3月21日，距离现在有300多年了。他是英国皇家学会的会员，同时还是一名爵士，他是位物理学家、数学家、自然哲学家。牛顿不但在力学上有很多新发现，在天文学、光学等领域也有不少发现。例如他发明了望远镜、发现了光的色散原理等。2005年，英国皇家学会进行了一场“谁是科学史上最有影响力的人”的民意调查，牛顿的知名度超过了爱因斯坦。你一定不知道在牛顿时代，大家对力这个概念的理解还比较浅显，当时所常说到的力一般是摩擦力、弹力等和作用效果有关的力。在牛顿之后，科学家们深入地研究了各种力，并研究了这些力的本质，最终将力总结为了4种基本作用，它们分别是：引力、弱力、强力、电磁力。其中引力和电磁力，我们比较熟悉，我们将会在后面进行详细的介绍。强力和弱力我们接触得不多，因为它们属于微观力，产生于微观粒子之间。这4种力依次的作用强度是：强力、电磁力、弱力和引力。科学家画廊
牛顿出生于英格兰林肯郡的一个乡下庄园里，由于牛顿是个早产儿，所以身体十分瘦小。在牛顿3岁的时候，母亲改嫁，把他托付给了外祖母。在5岁的时候，牛顿被送去读书，牛顿并不是神童，成绩也一般。他小时候更喜欢制作一些机械模型，例如一些小风车、木钟等。
据说牛顿在研究了风车之后，他还制作了一个磨坊。这个磨坊是以老鼠为动力的，他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上，然后在轮子的前面放一粒玉米，老鼠想吃玉米，于是就不断地跑动，这样就为磨坊提供了动力。就这样牛顿度过了他的小学时代，在12岁的时候进入了霍格沃茨中学。牛顿非常喜欢读书和研究一些科学实验，但是他的母亲却希望他能成为一个农民。于是，牛顿的母亲就让他回家务农了。但是牛顿一有机会就开始看书，有一次母亲叫他和佣人一起去市场，熟悉下做贸易的事情。
但他恳求佣人自己上街，而他却躲在树丛里看书。这件事情被他的舅舅发现了，他被牛顿的这种求学精神感动了，就劝牛顿的母亲让牛顿复学，并鼓励牛顿上大学读书，就这样牛顿又复学了。
1661年6月3日，牛顿进入了剑桥大学的三一学院。在大学期间的1665年，他发现了广义二项式定理，并开始发展成了新的数学理论，这就是现在大学都会学的微积分。同年牛顿获得了学位，但这时伦敦发生了大瘟疫，在此后两年里，牛顿在家中继续研究并发展了微积分、光学还有万有引力等理论。
此后随着牛顿科学声誉的提高，牛顿的政治地位也提高了。1669年被授予卢卡斯数学教授席位，之后他成为皇家科学院的成员，在1703年成为了皇家学会的会长，并任职24年。之后在1696年他还担任了皇家铸币厂的监管。1727年牛顿与世长辞了，并被葬在了威斯敏斯特圣彼得学院教堂。
猜猜看：你和你同学之间有引力吗？
按照牛顿的万有引力定律，在每两个有质量的物体之间都会有引力存在，所以在你和你的同学之间也会有引力。那么你们之间的引力有多大呢？这和两个人之间的距离有关，如果距离是1米，那么按照牛顿万有引力的公式，我们可以算出引力的大小在10的负7次方左右，也就是说两个人之间的引力非常非常小。
这是因为两个人的质量非常小，如果质量变得很大的时候，引力就很可观了，例如地球和人之间的引力就足以让人无法跳离地球。
疯教授的怪问题
海水的涨潮、落潮和太阳、月亮有关吗？
涨潮和落潮也叫作潮汐现象，这和万有引力是有关系的。当大海距离某天体比较近的时候引力就会加大，远一点则引力变小，所以就形成了引力大的时候涨潮，引力小的时候落潮的现象。与地球相邻、影响最大的两个天体是太阳和月亮，其中由于太阳质量非常大，所以太阳的影响最大。
但是月亮的影响也不可忽略，所以在农历的初一和十五的时候，太阳、月亮和地球是一条直线，这就是潮汐最明显的时候，也叫作天文大潮。而初七和二十三的时候，太阳和月亮处于地球的两侧，此时就是天文小潮。
试一试：三棱镜色散实验
工具：三棱镜、白色墙壁。
实验过程：使用三棱镜将阳光散射到墙面上。
实验的原理：阳光是由7种颜色的色光构成的。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]