生活中的物理--光学.docx

奥运开幕式:巨大地坑暗藏画轴、地球在地面系统上，雅典的创意是用一个大水池移植了“爱琴海”，而北京则用地下舞台浮出“画轴”，徐徐展开中华五千年历史。演出核心的中心舞台，是一个直径20米的升降台，藏在体育场中央的巨大“地坑”中，“地坑”顶端的盖板可以平移。卷轴和“地球”都是从这个“地坑”升起。其中卷轴预先放置在盖板内，而直径达18米的“地球”则是先压缩在地下的，也就是说，球体结构必须是柔性的。而用升降台升起球体之后，演员需要在球体的立面上表演，因此升起后又要具有很强的稳定性，才能保障演出安全和效果。感谢高科技的铝合金感光材料，让“地球”能屈能伸。“地球”上装有九个轨道，58名演员用威亚拉着，像失重般进行倒立行走及空翻等高难度动作。 奥运开幕式座位水包:随时扑灭小火情在前期对焰火燃放方案进行科学试验和严密论证的基础上，消防局又专门抽调一支76人的力量24小时跟踪看护焰火燃放工作。 8月6日凌晨，鸟巢顶部的焰火发射点开始安装弹药，消防局10名官兵便携带灭火毯、轻便灭火器现场贴身守护安装在上弦位置的1974个焰火发射点，直到开幕式结束。 为及时处置焰火燃放期间可能出现的火灾事故，消防局在鸟巢顶部铺设了40盘消防水带，将整个鸟巢外环包了一圈。并安排灭火经验丰富的消防队员现场巡视，一旦发现火情，可以迅速接上水枪灭火。 “我们还自制了一种灭火水包，就是把塑料袋装满水存放在桶里，如果火着得不大，而且距离远的话，我们就可以通过抛掷水袋灭火。”在鸟巢下弦执勤的张俊秋说。奥运圣火为什么要通过阳光采集 1、奥运圣火为什么要通过阳光采集？奥林匹克圣火来自太阳神阿波罗的赐予，取火的这一天太阳是否露面很重要，采集奥林匹克圣火的唯一方式是让阳光集中在一枚凹面镜的中央，让它产生高温，然后引燃圣火。用传统的方式取火，象征着奥运圣火的纯洁，也象征着古奥运会传统的传承，所以必须保持这个传统。2、女祭司为什么要带个着火的火种罐前去采火种？将取得的火种放在两个火种罐里，是为了防止出现意外，导致火种熄灭。从排练当天开始，女祭司每天都要在古奥林匹亚遗址排练并采集圣火，取得新的火种后，就熄灭前一天采集到的火种，直到24日在正式的北京奥运圣火采集仪式上取得火种。3月30日传递到北京的奥运会圣火将分装在三个火种罐里，其中两个交给北京奥组委带回北京，另一个存放在希腊奥委会，直到奥运圣火安全抵达北京。3、圣火采集仪式为什么在赫拉神庙举行？在古代奥运会中，所谓圣火就是祭祀宙斯仪式中，赫拉神庙祭坛上的长明圣火它象征了人类从宙斯处获取自然神力的合法传承性。为了与古代奥运会的精神相连，1936年，现代奥运会首次在赫拉神庙采集圣火。从那之后，历届奥运会采集圣火的仪式都在赫拉神殿前广场上的纳姆菲翁神坛举行。4、最高祭司为什么都是女的？据说，这和古希腊供奉女灶神赫斯提亚的传统有关。在希腊神话中，火是赫菲斯托斯的神圣象征，是普罗米修斯从宙斯手中偷得赠送给人类的礼物。因此在每个古希腊城邦的中心，都有一个燃烧长明圣火的祭坛，而城邦居民每家每户也都有长明圣火，以供奉女灶神赫斯提亚。自从1936年开始在希腊奥林匹亚为柏林奥运会举行的圣火采集仪式以来，共有9位希腊女演员担任夏季奥运会圣火采集仪式的最高女祭司。5、祭司的服装每届都有变化吗？祭司的服装由丝绸、亚麻等精细织物制成，保留了希腊点火仪式的一贯传统。此次圣火采集仪式祭司们的演出服装，曾被2000年悉尼奥运会和2004年雅典奥运会圣火采集仪式的演员使用，本次仪式后可能会延续至下届奥运会圣火采集仪式继续使用。6、火炬会不会中途熄灭？奥运火炬燃烧系统可抵抗11级大风和数倍于每小时50毫米的大雨，所以正常情况下，火炬是不会中途熄灭的。不过，在历史上火炬有过5次被熄灭的记录，有人曾经拿灭火器熄灭过火炬，也有人不小心把火炬掉在地上导致火炬熄灭。最有戏剧性的一幕出现在悉尼奥运会的火炬传递过程中，当时有人从火炬手手中抢过火炬扔到海里，看看火炬是否会熄灭，可想而知火炬肯定熄灭了。在这种情况下，工作人员只能拿出提前准备好的火种罐，再次点燃火炬。为保持奥运圣火的纯洁性，在整个火炬接力中只能使用从奥林匹亚采集来的圣火进行传递。奥运主火炬:防风雨、防雷暴 火焰高8米主火炬揭秘主火炬防风雨抗雷暴昨晚，北京奥运会保密级度最高的主火炬终于点燃，奥运开幕式火炬项目副总指挥、燃气集团调度中心主任许彤，向本报记者一一揭晓主火炬研发的幕后故事。主火炬难似航天发射场从上空俯瞰，主火炬的外形像是一个音符。这个看似简洁的符号，工程实现起来却难乎其难。2007年10月，主火炬开始设计。作为火炬塔项目的负责人、总装设计院专家郑志荣心里也犯嘀咕：这样形状的一支火炬，能否稳稳地站在“鸟巢”顶部？他和他的团队，决定借鉴神舟飞船的验证方法，将主火炬请进大型风洞，做一做“吹风”试验。2007年底，第一支1：20的主火炬模型由于燃气管道部分太小，无法表现受风情况下的气流变化，试验失败。紧接着，第二支1：15的主火炬模型又造了出来。火炬塔团队对模型的各种姿态进行风载荷试验，站立、平躺、侧身结果显示，主火炬的结构设计是安全可行的。除结构验证外，主火炬的驱动系统设计，也使用了相关的航天技术。在火炬塔运行的几个关键部位，专门布设监测仪器，实时反映设备运行状态。根据反馈信息，控制系统能够自动调整设备运行方向、速度，运行控制误差不到2毫米，精确度达万分之二。火焰高8米能抗10级风据许彤介绍，北京奥运主会场主火炬的火焰高8米，宽4米。火炬造型呈螺旋上升状，决定其形状、色彩的密钥在于火炬燃烧器，它由数百个燃烧孔排成排、编成组，对火焰燃烧实施分段控制与调节，并形成1.6米高度差的立体造型，这和以往火炬的燃烧器呈平面盘状有很大差异，这既集中了火力，使火焰形状完整连贯，又增强了观赏性。据了解，科研人员在进行燃烧装置抗雨试验时，点燃的火炬经受住了六组消防高压水枪制造出的“人工降雨”环境的考验，保证了火炬在每小时降水80毫米的暴雨天气下仍然正常燃烧，高于奥组委每小时60毫米的降雨要求。为达到奥组委防风的要求，火炬设计团队在燃烧系统内加装了专门的防风装置，经现场模拟人造风洞试验测试，火炬具备抗相当于10级风力的能力。主火炬同时采取了一系列防雷、防爆技术，可防雷击，且能“熄火无噪音”。防火给鸟巢披上防火衣据市消防局的龚学军副处长介绍，“从去年4月起，我就参与到主火炬设计团队中。我们在通州建了一个1：1比例的主火炬模型，一年多来，几乎每天都在做现场试验。”龚学军说，为了让主火炬雄伟、壮观地燃烧，同时保障火炬燃烧时发出的辐射热不影响“鸟巢”的钢结构，他们设计以主火炬为圆心，以30米为半径的范围内，把“鸟巢”所有钢结构的外立面上，覆上一层3毫米厚的隔热钢板，钢板的颜色和材质与“鸟巢”主体钢结构完全相同。同时钢板和“鸟巢”钢结构之间留出30毫米的空气层。这样就像给“鸟巢”披上了一件防火衣，既不影响“鸟巢”的外观，又起到了防辐射热的作用。应急如出意外5分钟可恢复供气为实现主火炬的机动应急供气，火炬团队组织完成了大流量车载压缩气机动气源专用调压设备的方案设计，将压缩天然气作为奥运主会场和市区其他地区的应急备用气源。同时，购买一套价格350万元的应急供气设备，目前，这辆应急气源车已进驻指定位置，一旦出现意外，5分钟就可赶到现场为主火炬提供应急气源。北京奥运焰火:科技之光打造灿烂星空2008年8月8日，是中国北京奥运会开幕的日子，美丽的焰火给人们留下了难忘的印象。“脚印”、“笑脸”、“五环”让北京奥运会开幕式更加辉煌壮丽和浪漫。第29届奥运会开闭幕式鸟巢及长城焰火燃放实施团队总指挥赵伟平，北京奥运焰火技术发明者、项目负责人之一陈延文表示，灿烂星空的背后都是科技之光。 世界首创膛压式发射 “为了制造五环、脚印和笑脸，我们在世界上首创膛压式发射。”陈延文说，五环等图案不是一颗弹药形成的，而是多颗同炸形成的。先是根据图形算好角度，在地面摆好发射装置，再在同一时间内燃放，通过在膛口内调节压力，使得炮弹以不同的速度射出，最终在天上同时爆炸拼成图案。 炮筒内壁光滑如镜面 发射装置由中国兵器工业集团北方车辆公司完成。负责生产发射装置的厂长李健说，每组烟花发射装置上有32个发射炮筒，64个发射角度，总数1000门的数量意味着有3200个炮位、6400个发射角度。 只要一个炮位或一个角度偏离设计规定0.1度，就会造成空中图案与设计图案相差几米甚至几十米的偏差。为此，对这些发射装置的要求近乎苛刻，炮管要做到镜面一样光滑，保障弹药流畅顺利地打到天空。 烟花不伤人不刺鼻 昨晚，烟花瀑布沿鸟巢碗口流下时，大量烟花如星星般从鸟巢顶端倾泻下来，有的落在观众身边。北京理工大学焰火专家赵家玉说，这些烟花都是采用了最新技术的无烟、无残渣的冷烟花。观众甚至可以伸手触摸，烟花一旦落在皮肤上，不会造成任何伤害。 这些烟花没有刺鼻的硫磺味。赵伟平说，为了研制“无异味”烟花，研发人员用压缩空气代替火药，弹射烟花，化解了浓烟和刺激性气味等污染难题。 漫天烟花未留残渣 昨晚，贯穿开幕式全程的焰火表演没有留下一片纸屑一粒残渣。赵伟平介绍，这些烟花全部采取了“绿色”生产。采用新型环保材料作为替代品，能够在烟花点燃的瞬间全部分解燃尽，不留下丁点纸屑和残渣。 幕后故事 土法测算烟花高度 陈延文的公司原本不和烟花沾边，因此设计从最初的一个一个烟花弹打起开始。 因为没有测高工具，第一次燃放的地点是公司前面的一栋大楼前。试射时，专门有一个人举着照相机在楼上拍摄，“我们只知道前面的楼高105米，那烟花弹升空超过前面大楼多高，我们得赶紧拍下来”。陈延文说，最后，他们依靠照片中焰火距顶楼的高度测算烟花弹升空的具体高度大约有多少米。 会计改行计算弹道 烟花设计后期，陈延文的公司几乎所有人都被派上了用场。“那会儿公司正常业务全停了，连会计都改行给算弹道轨迹了”。陈延文说，会计不算账了，而是帮他算烟花弹的高度，计算轨迹。而其他人则陪着他去试验。“五环内不能燃放烟花，我们一群人只能拉着炮到昌平找个没人的小马路去放。冬天冻得人都直打哆嗦，夏天身上全是被蚊子叮的包”。彩色汽油与光干涉雨过天晴，汽车驶过积水的柏油马路，会形成一片片油膜，在阳光下呈现出美丽的颜色。原来无色透明的汽油，怎么会变成彩色的呢？这是光的干涉现象造成的。在平静的水塘中丢下一块石头，水面就会激起一圈圈涟漪。如果从同样的高度，同时丢下两块大小相同的石头，它们激起的水波相遇时，波动情况就大不一样，在两列水波相遇的区域，水面起伏更剧烈。某些地方的水面特别低。水面好像是一幅美丽的图案：从中心向外，不仅有成同心圆状的高低相间的圈圈，而且有辐射状的高低相间的条条。两列水波相遇后叠加的情况，物理学上叫做水波的干涉。同样，两列光波相遇时也会发生干涉。飘浮在水面上的油膜，在各处的厚度是不一样的。当光线照在油膜上时，一部分会被油表面反射，另一部分进入油膜内部，被油膜下面的水表面反射。阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光组成的复色光。当它在油膜的正面和背面反射相遇时，就要产生干涉现象，有的光线互相加强，有的光线互相减弱，甚至完全抵消。加强或减弱取决于光波的波长和薄膜的厚度。由于油膜的厚度各处都不一样，阳光中的不同波长的单色光在不同厚度的地方，有的会得到加强，有的却会减弱，甚至相互抵消。这样，油膜上有些地方就显得红一些，有些地方显得蓝一些，呈现出瑰丽的色彩。不仅油膜会形成光的干涉，光线射入任何透明薄膜时，都会发生这种现象。比如肥皂泡、蜻蜓或苍蝇的翅膀，在阳光的照射下，也显得色彩缤纷。大气光现象与天气谚语天气谚语是以成语或歌谣形式在民间流传的能够预示未来天气变化的经验辞语，它因果关系明确、语句简练，是中国民间所特有的一笔宝贵文化财富。许多天气谚语与大气中的光现象密切相关，蕴藏了丰富的物理道理。在大力倡导素质教育的今天，引导学生运用物理知识分析天气谚语是一种有益的尝试。一、大气中的光现象大气是由空气分子和水滴、冰晶及其它各种气溶胶粒子组成的，它们都会与光波发生相互作用。由于大气的不均匀性，以及大气总处于不停顿的复杂运动之中，它对光的折射、衍射、散射和吸收作用是复杂多变的，从而形成了多种多样、绚丽多彩的大气光现象。肉眼所能直接感觉到的大气光现象可以分为三类：1、大气中光的散射现象当我们避开太阳朝天空张望时，看到的是蔚蓝的天空，这就是说，在那个方向的天空有光线射入我们的眼帘，从太阳发射过来的光线，在天空的某个地方改变了方向，不然的话，我们所能看到的一切，就只不过是星际空间的黑暗，或者是来自某个遥远星辰的亮光。原来，当光线穿过地球周围的大气时，它遇到大气分子或气溶胶粒子等时，便会与它们发生相互作用，重新向四面八方发射出频率与入射光的相同，但强度较弱的光(称子波)，这种现象称光散射。在清洁大气中，起主要散射作用的是大气气体分子，发生分子散射（或称瑞利散射）。散射光分布均匀且对称，散射光强度与人射波长4次方成反比，所以在发生大气分子散射的日光中，紫、蓝和青色光比绿、黄、橙和红色光为强，最后综合效果使天穹呈现蓝色。但当大气十分浑浊、大气中悬浮粒子大量增加时，起主要作用是散射光的强度分布不对称的米氏散射。米氏散射与入射波长依赖关系不明显，因此天穹呈现青灰色，在天边甚至出现不透明的灰白色。曙暮光是大气散射的另一现象，当太阳在地平面以下时，太阳光无法直接到达地面，但是它能照亮地面以上的大气层，使天空明亮。曙暮光指的就是黎明和黄昏这段时间的光亮。2、大气中光的折射现象当光在大气中传播时，大气可以被看作是一种连续介质。大气折射率的大小取决于大气的温度、压强和大气中水汽分子密度。一般情况下，地球上空气的密度随高度变化，折射率随密度减小而减小，因此光在大气中传播时，通过一层层密度不同的大气，在各层的分界面处会发生折射，使光线不沿直线传播而是变弯曲。这样当我们观察太阳、月亮或其它星体时，从大气外层射入的光线在进入大气层后的轨迹是一条弯向地面的弧线。然而就人的主观感觉来讲，总认为光线是沿直线传播的，所以天体的真实方向与视方向之间存在一定的夹角（称为蒙气差）。也正是由于大气的折射，日出时，在太阳未达到地平线之前，我们已经可以看到太阳了；而在日落时，太阳刚刚落到地平线以下时，我们还能看到它。由于大气中，气压、温度、湿度的分布很不均匀且不断变化，因此大气折射率的分布和变化实际相当复杂，因此会形成多种多样的折射现象。如当大气中温度的垂直分布出现异常时，就会引起空气密度垂直变化异常因而产生异常折射，来自远处目标物的光线可能在另一高度发生全反射，这样除能看到本身实物外，还可以看到它的反射像，这就是我们通常称为的“海市蜃楼”。 3、云雾中的光现象云雾中存在大量悬浮的水滴和冰晶。光线通过云雾时，不同大小的水滴对光的传播会产生不同的影响，光线会在大水滴表面发生折射与反射现象，对于一定大小的小水滴会发生衍射现象，对于与光波长接近的微小水滴，则会发生散射。因而，伴随着云雾降水的发展，就形成了许多种光学现象，最常见的有虹、华和晕。虹是由于太阳光线在大气水滴表面的折射与反射产生的。光线照射到雨滴后，在雨滴表面会发生折射，各种颜色的光发生偏离，其中紫色光的折射程度最大，红色光的折射最小，其它各色光则介乎于两者之间，折射光线再经过一次反射、一次折射到我们的眼里。由于空气悬浮的雨滴很多，所以当我们仰望天空时，同一弧线上的雨滴所折射出的不同颜色的光线角度相同，于是我们就看到了内紫外红的彩色光带，即彩虹。若光线在雨点内产生二次内反射后再通过折射到我们眼帘时，光弧色带就与虹正好相反，称为副虹或霓。云中分布着大量的微小水滴或冰晶，当其直径仅比光波波长大几倍到十几倍时，入射的日、月光在云中会发生衍射现象，在日、月周围可以看到小的彩色光环，这种现象称为华(或冕)。因为衍射现象中各种颜色的光受到的影响程度不同，因而光环为彩色，内环呈青蓝色（紫色不太显著），其外呈黄色为主，最外呈红色，并且水滴愈小华环愈大。由于日光太亮，一般不易观察到日华，月华则比较常见。若天空中有卷层云，阳光或月光透过云中的冰晶时发生折射和反射，便会在太阳或月亮周围产生彩色光环，这种七色彩环称为日晕或月晕，统称为晕。晕的色序与虹相反，内侧呈淡红色，外侧为紫色。晕的种类很多，有的呈环形，称之为“圆晕”；有的呈弧形，称之为“珥”；还有的呈光斑形，称为“幻日”或“假日”。二、相关天气谚语的分析大气中的不同光现象反映了大气中不同的状态分布和大气的微物理结构。很多大气光现象与天气过程有联系，可作为未来天气的征兆，据此劳动人民在长期实践中总结和归纳出了许多天气谚语。1、与大气中光的散射现象有关的谚语在黄昏和黎明时，阳光斜穿过大气层，在低层大气中有很长的光程，并经大气中空气分子、水汽、尘埃微粒的散射和吸收才能到达人的眼睛， 在天边有时会出现五彩缤纷的霞。一般来讲，在日出日落方向上，从地面向天顶，霞的色彩排列是接近地面为红色，渐次变为橙、黄、绿、蓝各种颜色。当大气中湿度较大时，或在系统性云系移近时，空中会悬浮着很多较大的水滴，这些不同大小的水滴对各种颜色光有不同的散射作用。大气中水汽含量越多，霞的色彩就越鲜艳。我国大部分地区降雨天气主要来自两个方向：一是受西风带影响，系统性天气过程自西向东移动，形成系统性降水天气。另一个是受空气对流影响形成对流性降水过程，随着日照加强而空气对流增强，往往在中午前后形成局部降雨。夏季早上，低空空气稳定，很少尘埃，如果当时有鲜艳的红霞，称为早霞。这表示东方低空含有许多水滴，有云层存在，随着太阳升高，热力对流逐渐向平地发展，云层也会渐密，坏天气将逐渐逼近，预示天气将要转向阴雨；而傍晚，是一天中温度相对较高的时候，低空大气中水分一般不会很多，但尘埃因对流变弱而可能大量集中到低层。因此，如果出现鲜艳的晚霞，主要是由尘埃等干粒子对阳光散射所致，说明我们西边的上游地区天气已经转晴或云层已经裂开，按照气流由西向东移动的规律，未来本地的天气就要转晴。因此谚云：“朝霞不出门，暮霞走千里”,也才有了“日出一点红，不雨便是风”、“日落晴彩，久晴可待”、“早烧不出门，晚烧行千里”等谚语。2、与大气中光的折射现象有关的谚语光线穿过大气层会发生折射。我们会经常看到星光的位置和亮度不断发生变化，出现闪烁现象。这是因为大气中存在着乱流运动，这种运动使大气中有着很多不断变化着的、折射率与周围大气很不相同的微小气块，当光线经过这些小气块时，光线传播的方向与强度都会发生瞬时变化，使我们感到星光在闪烁，有时亦可看到颜色变化。星光闪烁程度反映了大气的物理状态，若夏天夜晚天空星光闪烁不定，说明大气扰动剧烈，预示不久将有风雨出现。星从哪方开始闪动，风雨就从哪方来。如满天星斗闪动，风雨就有可能在天明来临。因而有“星星眨眼，下雨不远”的天气谚语。3、与云雾中的光现象有关的谚语云雾中的水滴、冰晶会引起虹、华和晕等光现象。虹的出现与天气变化密切相关，我国大部分地区处于中纬度，系统性降水天气大多由西向东移动。因为虹都出现在太阳的相对方向，如果早上在西方天空出现虹，说明西边的大气中存在大量水滴，它随着天气系统自西向东移动，本地将会下雨；如果在傍晚看到东方出现虹，说明东边的大气中存在大量水滴，而西方已经转晴。由于天气系统已东移过境，未来本地就不再下雨了。因此，我国广泛流传着“东虹日头西虹雨”、“有虹在东，有雨落空；有虹在西，人披蓑衣”等谚语，诗经中所写“朝脐于西，崇朝其雨”也是这一含义。由于有卷层云存在才出现晕，而卷层云通常出现在气旋的前端。在离锋面数百公里的后面，就是锋面所造成的云雨区。随着地面锋的移近，伴随而来的天气将是云层愈来愈低，风力逐渐增强，并出现降水。所以，日、月晕的出现，就意味着风雨天气即将到来，有“日晕三更雨，月晕午时风”、“月光带枷，大雨落下”、“月亮生毛，大雨冲壕”之说。当然这并不是说，出现日晕一定是下雨的征兆，出现月晕必刮风，还要看其他的天气条件。若只是气旋边缘经过此地，则不一定有雨，只是云层增厚，风力增强，风向改变。在热带气旋的外缘，也有卷层云存在，同样会成晕。所以台风季节，低纬度地区看到天空有卷云并有晕出现时，可能是台风将至的征兆。华是衍射造成的，光通过小水滴或小冰晶时发生衍射的情形与夫朗和费小孔衍射基本相似。彩色圆环的大小显示出云中水滴或冰晶的大小。日环变大是天气晴朗的预兆，这表明水蒸气正在蒸发，蓝天会更清晰。缩小的日冕意味着将要下雨。午后太阳如果闪烁绿光，表明天气相当不错，这样的状况至少可以维持 24小时。所以有“大华晴、小华雨”的谚语。当然，由于天气谚语往往具有地区和季节的局限性，并且是人们凭视觉和感觉来预测天气的。而天气是一个不断移动、发展的复杂系统，用天气谚语这一比较笼统的表述预测天气可能会产生偏差。所以对天气谚语，必须结合理论和实践进行分析和验证，因地制宜地正确运用。飞秒激光激光曾被视为神秘之光，并已被人类广泛使用。近年来，科学家研究发现了一种更为奇特的光飞秒激光，飞秒激光是人类目前在实验室条件下所能获得最短脉冲的技术手段。它在瞬间发出的巨大功率比全世界发电总功率还大。科学家预测飞秒激光将为下世纪新能源的产生发挥重要作用。激光的历史还不到40年，是目前人类观察发现微观世界，揭示超快运动过程的重要手段。而且众多科学技术的研究因此获得了突破性发展。飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间非常短，只有几个飞秒，一飞秒就是10的负15次方秒，也就是11000万亿秒，它比利用电子学方法所获得的最短脉冲要短几千倍，是人类目前在实验条件下所能获得的最短脉冲。这是飞秒激光的第一个特点。飞秒激光的第二个特点是具有非常高的瞬时功率，可达到百万亿瓦，比目前全世界发电总功率还要多出百倍。飞秒激光的第三个特点是，它能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域，使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高数倍。飞秒激光的这些特性是如何实现的呢？高功率飞秒激光系统由四部分组成：振荡器、展宽器、放大器和压缩器。在振荡器内，利用一种特殊技术获得飞秒激光脉冲。展宽器将这个飞秒种子脉冲按不同波长在时间上拉开。放大器使这一展宽的脉冲获得充分能量。压缩器把放大后的不同成分的光谱再会聚到一起，恢复到飞秒宽度，从而形成具有极高瞬时功率的飞秒激光脉冲。 飞秒激光有什么用途呢？众所周知，物质是由分子和原子组成的，但是它们不是静止的，都在快速地运动着，这是微观物质的一个非常重要的基本属性。飞秒激光的出现使人类第一次在原子和电子的层面上观察到这一超快运动过程。基于这些科学上的发现，飞秒激光在物理学、生物学、化学控制反应、光通讯等领域中得到了广泛应用。特别值得提出的是，由于飞秒激光具有快速和高分辨率特性，它在病变早期诊断、医学成象和生物活体检测、外科医疗及超小型卫星的制造上都有其独特的优点和不可替代的作用。 物质在高强度飞秒激光的作用下会出现非常奇特的现象：气态、液态、固态的物质瞬息间变成了等离子体。这种等离子体可以辐射出各种波长的射线的激光。高功率飞秒激光与电子束碰撞能够产生硬X射线飞秒激光，产生射线激光，产生正负电子对。高功率飞秒激光在医学、超精细微加工、高密度信息储存和记录方面都有着很好的发展前景。高功率飞秒激光还可以将大气击穿，从而制造放电通道，实现人工引雷，避免飞机、火箭、发电厂因天然雷击而造成的灾难性破坏。利用飞秒激光能够非常有效地加速电子，使加速器的规模得到上千倍的压缩。高功率飞秒激光与物质相互作用，能够产生足够数量的中子，实现激光受控核聚变的快速点火。从而为人类实现新一代能源开辟一条崭新的途径。伽利略望远镜的原理及光路图物镜是会聚透镜而目镜是发散透镜的望远镜。光线经过物镜折射所成的实像在目镜的后方（靠近人目的后方）焦点上，这像对目镜是一个虚像，因此经它折射后成一放大的正立虚像。伽利略望远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距的比值。其优点是镜筒短而能成正像，但它的视野比较小。把两个放大倍数不高的伽利略望远镜并列一起、中间用一个螺栓钮可以同时调节其清晰程度的装置，称为“观剧镜”；因携带方便，常用以观看表演等。你可以用很低的费用制作一架伽利略式望远镜。从文化用品商店买一块直径、焦距大一些的眼镜片作为物镜和一块焦距、直径较小的透镜作为目镜。用胶水和小槽把两块镜片装在硬纸筒内，再做一个简单的台座，于是一架能够看到月亮上的群山、银河中的繁星和木星的卫星的望远镜便制成了。想想看，伽利略就是用这人发现的。但是切记，不要通过望远镜直接观察太阳，以免高温灼伤眼睛！伽利略的折射望远镜有一个令人讨厌的缺点，就是在明亮物体周围产生“假色”。“假色”产生的症结在于通常所谓的“白光”根本不是白颜色的光，而是由组成彩虹的从红到紫的所有色光混合而成的。当光束进入物镜并被折射时，各种色光的折射程度不同，因此成像的焦点也不同，模糊就产生了。1611年，另一位天文学家开普勒用两片双凸透镜分别作为物镜和目镜，使放大倍数有了明显的提高，以后人们将这种光学系统称为开普勒式望远镜。现在人们用的折射式望远镜还是这两种形式。但是“假色”问题仍然未能解决。利珀希不是天文学家，从未想过把自己的新装置对准天空。但是没过多久，关于他的发现的消息传开了。幸运地是，意大利的帕多瓦大学教授伽利略得知了此事。伽利略很快就制造了一台折射望远镜。他以平凸透镜作为物镜，凹透镜作为目镜。从待研究的物体发出的光照射到望远镜物镜的一个玻璃透镜上，物镜使光线折射并把它集中于一点上，这一点称为焦点的，在那里便形成了发光体的像。这个像被目镜的透镜放大，进入人眼。公路标志牌、线、车牌为什么反光很强反光涂料是运用微棱镜晶体回归反射原理，在其它远距离的光源照射下也能产生强烈的反光效果并反射回发光处,无需外加电源，就达到了在黑暗中如同灯光的功效。汽车牌照以及道路指示牌采用高折射率玻璃微珠后半表面镀铝作为后向反射器，具有极强的逆向回归反射性能，能将85的光线直接反射回光源处，回归反射所造成的反光亮度，可使驾驶人员和带光源的夜间或视野不佳的情况下清楚地看见行人或障碍目标，确保双方安全。汽车牌照的反光原理就是平时所说的回归反射，道路上的交通标、志警示牌也是同一类产品，它是通过内藏的玻璃微珠（也有裸露型）来实现的。根据反射强度一般可分为几大类：高强级，车牌级，工程级和广告级。这些标志牌很多都是用反光的涂料做的。这些涂料用到了反光膜。反光膜产品是一种用途广泛的新型光学材料。它是根据薄透镜成像原理，将玻璃微珠均匀单层镶嵌在有机树脂中作为光学原件，用树脂多层层叠而成的贴膜。用其制作的反光标志牌能将入射光线按原路回归反射，其反光亮度比一般油漆标志牌要亮几十至几百倍。产品广泛应用于公路、铁路、港航、机场、矿山，消防、车辆牌照、环保、广告等领域制作反光标志、标牌。该产品的使用，能使人于夜间在数百米以外看清标志，很大程度地提高了人们夜间对于标志的识别能力，达到增强安全意识和宣传的作用。该产品是近期问世的高科技产品，随即被广泛采用，现到处可见本产品制作的反光标志标牌，已与人们的生产生活密切相关，该产品的应用是人类文明进步的又一家征。光速是怎样测出来的?1834年，英国物理学家惠斯通利用旋转镜来测定电火花持续的时间，也想用此法来测定光速，同时也想确认一下在拆折射率更大的介质中，光速是否更大。惠斯通的思想方法是正确的，但是他没有完成。斐索先后研究了光的干涉、热膨胀等，发明了干涉仪。他在研究和测量光速问题上做出了贡献，是第一个不用天文常数、不借助天文观察来测量光速的人。他是采用旋转齿轮的方法来测定光速的。测出的光速为 342539.21千米/秒，这个数值与当时天文学家公认的光速值相差甚小。傅科在物理学史上以其“傅科摆”的实验著名于世。在光速测定的研究中，他是采用旋转平面镜的方法来测量光速的。其测得的光速为29.8107米/秒，并分析实验误差不可能超过5105米/秒。1850年5月6日傅科向科学院报告了自己的实验结果，并发现光速在水中比在空气中小，证明了波动说的观点是正确的。迈克耳逊（美国人，A.A.Michelson,1852-1931）继承了傅科的实验思想，用旋转八面棱镜法测得光速为299796千米/秒。哈勃望远镜以著名天文学家哈勃命名的“哈勃”太空望远镜，是迄今人类送往太空的最大的望远镜。哈勃望远镜总长12.8米，镜筒直径4.28米，主镜直径2.4米，连外壳孔径则为3米，全重11.5吨。这是一个完整的性能卓越的空间天文台，借助它可观测到宇宙中140亿光年远发出的光；它能够单个地观测到星群中的任一颗星；它能研究和确定宇宙的大小和起源，以及宇宙的年龄、距离标度；它还能分析河外星系，确定行星部、星系间的距离，它能对行星、黑洞、类星体和太阳系进行研究，并画出宇宙图和太阳系内各行星的气象图。哈勃望远镜包括全部自动化仪器设备，主镜、副镜、成像系统、计算机处理系统，中心消光圈、主副镜消光圈、控制操纵系统和图像发送系统，以及两个长11.8米、宽2.3米，能提供2.4千瓦功率的太阳电池板，两部与地面通信的抛物面天线等。它所携带的最先进设备有6种：宽视场行星照相机。它灵敏度高，观测波段极宽，从紫外一直到红外。不仅可观测太阳系行星，还可对银河系和河外星系进行观测，且照片清晰度非常高。暗弱天体照相机。它是两个既独立又相似的完整天体和探测系统，可探测到暗至2329等的星体。暗弱天体摄谱仪。它可对从紫外到近红外波段的辐射进行光谱分析，又可测算它们的偏震。高分辨率摄谱仪。它能对紫外波段进行分光观测，能观察更暗弱、更遥远的天体。高速光度计。它可在可见光波段和紫外波段范围内对天体作精确测量，可确定恒星目标的光度标准，又进一步识别过去人们观测到的天体情况。精密制导遥感器。共有3台，分别用于望远镜定向系统和天体位置精密测量定位。目前哈勃望远镜已有过许多重要发现，如拍摄到距地球5亿光年远的恒星碰撞，发现了超环围绕着1987A超新星的正在发光的气体环等等。神通广大的哈勃望远镜为人类观测宇宙立下汗马功劳。海市蜃楼夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、 集市、庙宇等出现在远方的空中古人不明白产生这种景象的原因，对它作了不科学的解释，认为是海中蛟龙(即蜃)吐出的气结成的，因而叫做“海市蜃楼”，也叫蜃景海市蜃楼是光在密度分布不均匀的空气中传播时发生全反射而产生的夏天，海面上的下层空气，温度比上层低，密度比上层大，折射率也比上层大我们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的远处的山峰、船舶、楼房、人等发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层空气的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中(图1)在沙漠里也会看到蜃景太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射，人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景，仿佛是从水面反射出来的一样沙漠里的行人常被这种景象所迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是可望而不可及在炎热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样，比上层穿空气的折射率小从远处物体射向路面的光线，也可能发生全反射，从远处看去，路面显得格外明亮光滑，就像用水淋过一样。开普勒望远镜的原理及光路图开普勒式望远镜，折射式望远镜的一种。物镜组也为凸透镜形式，但目镜组是凸透镜形式。这种望远镜成像是上下左右颠倒的，但视场可以设计的较大，最早由德国科学家开普勒（Johannes Kepler）于1611年发明。为了成正立的像，采用这种设计的某些折射式望远镜，特别是多数双筒望远镜在光路中增加了转像稜镜系统。此外，几乎所有的折射式天文望远镜的光学系统为开普勒式。开普勒式原理由两个凸透镜构成。由于两者之间有一个实像，可方便的安装分划板（安装在目镜焦平面处），并且性能优良，所以目前军用望远镜，小型天文望远镜等专业级的望远镜都采用此种结构。但这种结构成像是倒立的，所以要在中间增加正像系统。正像系统分为两类：棱镜正像系统和透镜正像系统。我们常见的前宽后窄的典型双筒望远镜既采用了双直角棱镜正像系统。这种系统的优点是在正像的同时将光轴两次折叠，从而大大减小了望远镜的体积和重量。透镜正像系统采用一组复杂的透镜来将像倒转，成本较高，但俄罗斯2050三节伸缩古典型单筒望远镜既采用设计精良的透镜正像系统。开普勒式望远镜看到的是虚像, 物镜相当于一个投影仪,目镜相当于一个放大镜.能源之星 太阳能什么是太阳能？太阳内部不停进行着由氢聚变成氦的原子核反应核聚变过程，不停地释放出巨大的能量，不断地向宇宙空间辐射，这就是太阳能。目前人类所能掌握的原子能产生方式是核裂变方式，如原子弹、核能发电站等，其威力已令人感到不可思议，但是太阳内部进行这种核聚变方式所产生的能量数千数万倍于核裂变方式所产生的能量遗憾的是，人类目前的技术水平还难以驾御核聚变这匹脱缰的野马，人类对核聚变的研究仍在艰苦地进行着。太阳产生的能量之大是人类思维所无法理解的其散布到地球表面的能量不过是其所放射出的能量的十几亿分之一，但却养育了地球50亿年的生命进程。我国陆地表面每年接受的太阳能就相当于1700亿吨标准煤的能量！太阳内部的这种核聚变反应可以维持很长的时间，据估计约几十亿到上百亿年。当太阳胜极而衰的时候，地球人类一定已经找到新的栖息之所了，所以相对于人类的生存进化而言，太阳能可以说是取之不尽，用之不竭的能源宝库。太阳能绿色能源日前人类依赖的主要能源是煤和石油，这些能源都会产生环境污染，而且它们并不是取之不尽的。水能应用也比较成熟，但仅取限于发电。而核能应用会带来意想不到的核污染。因此人类迫切需要寻找绿色环保的替代能源。风能、地热能、太阳能、海洋潮汐能都是可以开发利用的能源，其中人类对于太阳能的研究利用进展较大，如太阳能热水器、太阳能汽车、甚至人造卫星的动力装置太阳能电池都已经问世。我国太阳能利用前景我国幅员辽阔，具有丰富的太阳能资源和良好的开发利用基础。全国太阳能年辐射总量在3.8-8.4102千焦/平方米之间，约占全国2/3以上的地区年日照时数大于2000小时。太阳能应用可分为太阳热能与太阳光-电能两种。太阳热能应用如：发电、热水、干燥、空调、温室等。太阳光-电能应用如：发电、电池、电动汽车等。而太阳能热水器是目前唯一商品化的太阳能技术应用产品。经过多年的努力，我国太阳热能利用已取得可喜的进展。太阳能热水器已应用于家庭、公寓、旅馆、商场、农林养殖等领域。随着产品的逐步改进，大众文明意识的提高，拥有九亿人口的农村潜在市场的开发，太阳能热水器应用将会出现一个大幅度增长时期，不久的将来将形成一个与空调、冰箱、彩电等家电产品一样的规模市场。已经有许多地方政府公开号召新建住宅小区要优先考虑安装太阳能热水装置。人类理想的能源:太阳能随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有能源主要有3种，即火电、水电和核电。火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出CO2和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有两种，一是太阳能，二是燃料电池。另外，风力发电也可算是辅助性的新能源。其中，最理想的新能源是大阳能。太阳能发电是最理想的新能源照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。此图根据蒲提斯的太阳系形成理论，太阳向宇宙空间辐射出巨大的光热能量。从太阳能获得电力，需通过大阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：无枯竭危险；绝对干净（无公害）；不受资源分布地域的限制；可在用电处就近发电；能源质量高；使用者从感情上容易接受；获取能源花费的时间短。不足之处是：照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。目前，太阳能电地主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达20以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10，每瓦发电设备价格降到12美元时，便足以同现在的发电方式竞争。估计本世纪末就可达到这一水平。当然，特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得多，如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成的太阳能电地，光电变换效率可达36，快赶上了燃煤发电的效率。但由于它太贵，目前只能限于在卫星上使用。太阳能发电的应用太阳能发电虽受昼夜、晴雨、季节的影响，但可以分散地进行，所以它适于各家各户分激进行发电，而且要联接到供电网络上，使得各个家庭在电力富裕时可将其卖给电力公司，不足时又可从电力公司买入。实现这一点的技术不难解决，关键在于要有相应的法律保障。现在美国、日本等发达国家都已制定了相应法律，保证进行太阳能发电的家庭利益，鼓励家庭进行太阳能发电。日本已于1992年4月实现了太阳能发电系统同电力公司电网的联网，已有一些家庭开始安装太阳能发电设备。日本通产省从1994年开始以个人住宅为对象，实行对购买太阳能发电设备的费用补助三分之二的制度。要求第一年有1000户家庭、2000年时有7万户家庭装上太阳能发电设备。据日本有关部门估计日本2100万户个人住宅中如果有80装上太阳能发电设备，便可满足全国总电力需要的14，如果工厂及办公楼等单位用房也进行太阳能发电，则太阳能发电将占全国电力的3040。当前阻碍太阳能发电普及的最主要因素是费用昂贵。为了满足一般家庭电力需要的3千瓦发电系统，需600万至700万日元，还未包括安装的工钱。有关专家认为，至少要降到100万到200万日元时，太阳能发电才能够真正普及。降低费用的关键在于太阳电池提高变换效率和降低成本。不久前，美国德州仪器公司和SCE公司宣布，它们开发出一种新的太阳电池，每一单元是直径不到1毫米的小珠，它们密密麻麻规则地分布在柔软的铝箔上，就像许多蚕卵紧贴在纸上一样。在大约50平方厘米的面积上便分布有1，700个这样的单元。这种新电池的特点是，虽然变换效率只有810%，但价格便宜。而且铝箔底衬柔软结实，可以像布帛一样随意折叠且经久耐用，挂在向阳处便可发电，非常方便。据称，使用这种新太阳电池，每瓦发电能力的设备只要15至2美元，而且每发一度电的费用也可降到14美分左右，完全可以同普通电厂产生的电力相竞争。每个家庭将这种电池挂在向阳的屋顶、墙壁上，每年就可获得一二千度的电力。太阳能发电的前景太阳能发电有更加激动人心的计划。一是日本提出的创世纪计划。准备利用地面上沙漠和海洋面积进行发电，并通过超导电缆将全球太阳能发电站联成统一电网以便向全球供电。据测算，到2000年、2050年、2100年，即使全用太阳能发电供给全球能源，占地也不过为 65.11万平方公里、 186.79万平方公里、829.19万平方公里。829.19万平方公里才占全部海洋面积 2.3或全部沙漠的 51.4，甚至才是撒哈拉沙漠的 91.5 。因此这一方案是有可能实现的。另一是天上发电方案。早在1980年美国宇航局和能源部就提出在空间建设太阳能发电站设想，准备在同步轨道上放一个长10公里、宽5公里的大平板，上面布满太阳电池，这样便可提供500万千瓦电力。但这需要解决向地面无线输电问题。现已提出用微波束、激光束等各种方案。目前虽已用模型飞机实现了短距离、短时间、小功率的微波无线输电，但离真正实用还有漫长的路程。人是怎样看见物体的古人很早就思考过这个问题，提出过一些猜测。有人认为是眼睛发出光线，这些光线碰上物体，人才看见那些物体。还有人认为眼睛发出触须那样的东西，通过触摸而看到物体。这些看法都是错误的，但它说明人的认识是不断进步的。公元11世纪，阿拉伯科学家伊本？海塞本纠正了上述看法。他认为光线是从火焰或太阳发出，射到物体上，被物体反射后进入人眼，人因此而看到物体。现在我们知道，人眼就好像一架照相机。当发光物体发出的光或不发光物体反射的光进入眼睛，通过眼睛的折光部分在眼的视网膜上形成物体倒立的像，然后通过神经系统传到大脑，产生视觉，人就看到了物体。日出与蜃景日出与蜃景都包含有一定的光学知识，但它们是有区别的。在应用有关光学知识分析解释这 种光学自然现象时，要注意正确应用相关的光理论。一、光的折射与日出光在同一种均匀介质中是沿直线传播的，日出时太阳理应恰好处于地平线时我们才能看到。 但是，由于大气层并非均匀，而是在地面附近稠密，空中稀薄，且越到高空越稀薄。因而， 远在大气层外的太阳光射入我们眼睛的过程，一路上传播光的空气介质的折射率是逐渐增大 的，因而太阳光一路折射使光线呈弯曲状。由于太阳光是不断从折身率n较小的空气层射向折射率较大的空气层，因而折射