十六、交变电流、电磁场、电磁波(完整版)实用资料

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十六、交变电流电磁场电磁波十六、交变电流、电磁场、电磁波（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）一、知识网络一、知识网络二、画龙点睛二、画龙点睛概念概念1、交变电流的产生(1)交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流。(2)中性面①中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置，或瞬时感应电动势为零的位置。②中性面的特点a．线圈处于中性面位置时，穿过线圈的磁通量Φ最大，但＝0；b．线圈经过中性面，线圈中感应电流的方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。(3)交变电流的产生下图是交流发电机矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程的示意图，图中只画出了一匝线圈。甲 乙 丙 丁 戊甲 乙 丙 丁 戊线圈在不断转动，电路中电流的方向也就不断改变，交变电流就是这样产生的。2、交变电流的图象和变化规律(1)交变电流的图象①波形图：反映电压(或电流)随时间变化规律的图象，叫做波形图。②交变电流图象的特点：家庭电路中交变电流的波形图象为正弦曲线。(2)交变电流的变化规律如果线圈从中性面开始计时，逆时针方向匀速转动，角速度ω，经时间t，线圈转到图示位置，ab边与cd边的速度方向与磁场方向夹角为ωt，如图所示。e＝Emsinωti＝Imsinωtu＝Umsinωt交变电流的最大值表达式Em＝NBSωIm＝Um＝ImR＝R(3)交变电流的类型①正弦式电流：随时间按正弦规律变化的电流，叫做正弦式电流。正弦式电流是一种又最基本的交变电流，家庭电路中的交变电流就是正弦式交变电流。②其它形式的交变电流实际中应用的交变电流，不只限于正弦交变电流，它们随时间的变化规律是各种各样的。几种交变电流的波形。3、交流发电机(1)交流发电机的组成①电枢和磁极：交流发电机构造比模型复杂得多，但基本组成都是有产生感应电动势的线圈（通常叫电枢）和产生磁场的磁极。②转子和定子：转动的部分称为转子，不动的部分称为定子。(2)交流发电机的种类①旋转电枢式发电机电枢转动，磁极不动的发电机，叫做旋转电枢式发电机。②旋转磁极式发电机磁极转动，而电枢不动的发电机，叫做旋转磁极式发电机。③两种发电机的优缺点旋转电枢式发电机经过裸露的滑环和电刷引到外电路，同时转动的电枢又不可能很大，产生的电压一般不超过500V。旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。4、最大值和有效值(1)最大值①最大值：交变电流的最大值，指交变电流一个周期内所能达到的最大数值。通常用Im、Em和Um表示最大值。②意义：可表示交变电流的强弱或电压的高低。(2)有效值①概念让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同时间内，产生热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。通常用大写字母U、I、E表示有效值。跟交流热效应相同的恒定电流的值叫做交流的有效值。定义有效值时要抓三个相同。②意义：描述交变电流做功或热效应的物理量。③正弦式交流的有效值正弦式交流的有效值与最大值关系为：I＝＝0.707ImU＝＝0.707Um例题：表示交变电流随时间变化图象，如图所示，则交变电流有效值为（）A．5A B．5Ai/At/sO0.020.04C．3.5i/At/sO0.020.04解析：设有效值为I，根据有效值的定义有()2R×＋()2R×＝I2RT2－2－401234i/At/s答案：B例题：如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。解析：此题所给交流正负半周的最大值不相同，许多同学对交变电流有效值的意义理解不深，只知道机械地套用正弦交变电流的最大值是有效值的倍的关系，直接得出有效值，而对此题由于正负半周最大值不同，就无从下手。应该注意到在一个周期内前半周期和后半周期的有效值是可求的，再根据有效值的定义，选择一个周期的时间，利用在相同时间内通过相同的电阻所产生的热量相同，从焦耳定律求得。IR·T＝I1R·+I2R·即I＝(·+（）·解得：I＝A例题：交流发电机矩形线圈边长ab＝cd＝0.4m，bc＝ad＝0.2m，共50匝，线圈电阻r＝1Ω，线圈在B＝0.2T的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴OO′以r/s转速匀速转动，外接电阻9Ω，如图所示。求：(1)电压表读数；(2)电阻R上电功率。解析：(1)线圈在磁场中匀速转动时，产生的感应电动势的最大值为：Em＝NBSω＝50×0.2×0.4×0.2××2π＝160V。闭合回路中产生的感应电流的有效值为：I＝A电阻R两端的电压的有效值为：U＝IR＝72V≈101.5V。(2)P＝UI＝72×8W＝1152W。④说明a．各种使用交变电流的电气设备上所标的额定电压和额定电流的数值为有效值；b．一般交变电流流表和交变电流压表测量的数值，也都是有效值；c．凡是没有说明的，所指的值均为有效值。(3)平均值交变电流在某段时间内电动势的平均值可由法拉第电磁感应定律求出。求出平均电流后可求某段时间内通过导线横截面的电荷量。交变电流的平均值不是一个定值。例题：左图所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如右图所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为A.110VB.156VC.220VD.311V解：从u-t图象看出，每个周期的前半周期是正弦图形，其有效值为220V；后半周期电压为零。根据有效值的定义，，得U=156V，选B。例题：交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中，求：⑴通过R的电荷量q为多少？⑵R上产生电热QR为多少？⑶外力做的功W为多少？解：⑴按照电流的定义I=q/t，计算电荷量q应该用电流的平均值：即，这里电流和电动势都必须要用平均值，不能用有效值、最大值或瞬时值。⑵求电热应该用有效值，先求总电热Q，再按照内外电阻之比求R上产生的电热QR。。这里的电流必须要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬时值。⑶根据能量守恒，外力做功的过程是机械能向电能转化的过程，电流通过电阻，又将电能转化为内能，即放出电热。因此W=Q。一定要学会用能量转化和守恒定律来分析功和能。例题：曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图9为其结构示意图。图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线框，转轴过bc边中点、与ab边平行，它的一端有一半径r0＝1.0cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图2所示。当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动。设线框由N＝800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S＝20cm2，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感强度B＝0.010T，自行车车轮的半径R1＝35cm，小齿轮的半径R2＝4.0cm，大齿轮的半径R3＝10.0cm以（见图10）。现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮的角速度为多大才能使发电机输出电压的有效值U＝3.2V？（假定摩擦小轮与自行车轮之间无相对滑动）解析：当自行车车轮转动时，通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动，线框中产生一正弦交流电动势，其最大值式中ω0为线框转动的角速度，即摩擦小轮转动的角速度。发电机两端电压的有效值设自行车车轮转动的角速度为ω1，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，有小齿轮转动的角速度与自行车轮转动的角速度相同，也为ω1。设大齿轮转动的角速度为ω，有由以上各式解得代人数据得ω＝3.2rad/s5、周期和频率(1)周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫做交变电流的周期，通常用T表示，单位是s。(2)频率：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率，通常用f表示，单位是赫兹（Hz）。(3)周期和频率的关系根据定义，周期和频率的关系是T＝周期和频率都是表示交变电流变化快慢的物理量。我国工农业生产和生活用的交变电流，周期是0.02s，频率是50Hz，电流方向每秒改变100次。6、电感对交变电流的阻碍作用(1)电阻对交流和直流阻碍作用相同(2)电感对交流和直流的阻碍作用不同对直流电起阻碍作用的只是线圈的电阻；对交流电，除了线圈电阻外，电感也起作用。(3)感抗①感抗：电感对交变电流的阻碍作用的大小，用感抗来表示。②与感抗大小有关的因素：决定于线圈的自感系数和交变电流的频率。线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，感抗越大。③产生原因：线圈中产生的自感电动势对交流起阻碍作用。④单位：欧(Ω)。(4)低频扼流圈与高频扼流圈①低频扼流圈a．构造：线圈绕在闭合的铁芯上，匝数为几千甚至超过一万，自感系数为几十亨。b．特点：对低频交变电流就有很大的阻碍作用，而线圈的电阻较小，对直流的阻碍作用较小。低频扼流圈可用来“通直流，阻交流”。②高频扼流圈a．构造：线圈有的绕在圆柱形的铁氧体芯上，有的是空心的，匝数为几百，自感系数为几个毫亨。b．特点：对低频交变电流的阻碍作用较小，对高频交变电流的阻碍作用很大。高频扼流圈可用来“通低频，阻高频”。7、交变电流能够通过电容器(1)交变电流能够通过电容器直流电不能通过电容器，交流电能够通过电容器。(2)交变电流通过电容器的实质电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器。3、电容器对交变电流的阻碍作用(1)电容器对交变电流有阻碍作用交流能够通过电容器，但电容器对交流也有阻碍作用。(2)容抗①容抗：电容对交流的阻碍作用的大小，用容抗来表示。②与容抗大小有关的因素：电容器的电容大小和交变电流的频率决定容抗。电容器的电容越大，交变电流频率越高，容抗越小。③产生原因：电容器极板上电荷的积累对电荷定向运动起阻碍作用。④单位：欧姆(Ω)。(3)隔直电容器和高频旁路电容器①隔直电容器②高频旁路电容器电容器具有“通交流，隔直流”，“通高频，阻低频”特点。8、变压器原理(1)变压器的构造变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。两个线圈都是绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。(2)变压器工作的基础①互感现象：在原、副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应的现象，叫做互感现象。②互感现象是变压器工作的基础③变压器的能量转换：由于互感现象，绕制原线圈和副线圈的导线虽然并不相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈。从能量角度看：电能→交变磁场能→电能。(3)理想变压器：忽略原、副线圈的电阻，漏磁和铁芯中涡流等各种电磁能量损失的变压器，叫理想变压器。(4)原副线圈中的电压关系①原副线圈中的电压关系E1＝n1E2＝n2①在忽略漏磁情况下：ΔΦ1＝ΔΦ2，②在忽略线圈电阻情况下：可见，理想变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数比。②升压变压器和降压变压器a．当n2＞n1时，U2＞U1，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器。b．当n2＜n1时，U2＜U1，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器。(5)原副线圈中的电流关系变压器工作的时候，输入的功率一部分从副线圈输出，另一部分消耗在发热上。但是消耗的功率一般不超过百分之几，特别是大型变压器效率可达97％～99.5％．所以，一般可以将它们认为是理想变压器，它们输入的电功率P入等于输出的电功率P出，即P入＝P出①当原副线圈各只有一个时U1I1＝U2I2可见，变压器工作时，原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比。②当原线圈一个，副线圈有两个以上时U1I1＝U2I2＋U3I3＋……这里原副线圈中的电流跟它们的匝数并不成反比关系。n1I1＝n2I2＋n3I3＋……变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制；低压线圈匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导线绕制。例题：如图所示，一理想变压器的原、副线圈分别由双线ab和cd（匝数都为n1），ef和gh（匝数都为n2）组成，用I1和U1表示输入电流和电压，I2和U2表示输出电流和电压.在下列四种连接法中，符合的是A．b与c连接，以a、d为输入端；f与g连，以e、h为输出端B．b与c相连，以a、d为输入端；e与g相连，f与h相连为输出端C．a与c相连，b与d相连为输入端；f与g相连，以e、h为输出端D．a与c相连，b与d相连为输入端；e与g相连，f、h相连为输出端正确答案为A与D，根据变压器原理，引导学生找原副线圈匝数。例题：如图所示的理想变压器供电线路中，若将开关S闭合，电流表A1的示数将，电流表A2的示数将，电流表A3的示数将，电压表V1的示数将，电压表V2将。答案：V1、V1的示数均不变，A1变大，A2不变，A3变大。9、几种常用的变压器(1)自耦变压器上图是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压（图甲）；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压（图乙）。调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。(2)互感器①电压互感器用来把高电压变成低电压，它的原线圈并联在高压电路中，副线圈上接入交流电压表。根据电压表测得的电压U2和铭牌上注明的变压比（U1/U2），可以算出高压电路中的电压。为了工作安全，电压互感器的铁壳和副线圈应该接地。②电流互感器用来把大电流变成小电流．它的原线圈串联在被测电路中，副线圈上接入交流电流表。根据电流表测得的电流I2和铭牌上注明的变流比（I1/I2），可以算出被测电路中的电流。如果被测电路是高压电路，为了工作安全，同样要把电流互感器的外壳和副线圈接地。例题：在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。如下所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是解：电流互感器要把大电流变为小电流，因此原线圈的匝数少，副线圈的匝数多。监测每相的电流必须将原线圈串联在火线中。选A。远距离输电一定要画出远距离输电的示意图来，包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻。并按照规范在图中标出相应的物理量符号。一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数分别为、n1、n1/n2、n2/，相应的电压、电流、功率也应该采用相应的符号来表示。从图中应该看出功率之间的关系是：P1=P1/，P2=P2/，P1/=Pr=P2。电压之间的关系是：。电流之间的关系是：。可见其中电流之间的关系最简单，中只要知道一个，另两个总和它相等。因此求输电线上的电流往往是这类问题的突破口。输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的。分析和计算时都必须用，而不能用。特别重要的是要会分析输电线上的功率损失，由此得出的结论：⑴减少输电线功率损失的途径是提高输电电压或增大输电导线的横截面积。两者相比，当然选择前者。⑵若输电线功率损失已经确定，那么升高输电电压能减小输电线截面积，从而节约大量金属材料和架设电线所需的钢材和水泥，还能少占用土地。(1)画出输电线路的示意图（标明各部分的符号）；(2)所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少？（使用的变压器是理想变压器）。分析：输电线路的示意图如下：各部分关系式为：U∶U1＝n1∶n2 I2∶I1＝n1∶n2U2∶U用＝n3∶n4 I3∶I2＝n3∶n4U1＝U损＋U2P＝P损＋P用户P损＝I22R解析：I1＝＝500AP损＝5%P＝5%×5×105＝2.5×104WP损＝I22RI2＝＝50AI3＝A所以例题：理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1=1760匝、n2=288匝、n3=8000匝，电源电压为U1=220V。n2上连接的灯泡的实际功率为36W，测得初级线圈的电流为I1=0.3A，求通过n3的负载R的电流I3。解：由于两个次级线圈都在工作，所以不能用I∝1/n，而应该用P1=P2+P3和U∝n。由U∝n可求得U2=36V，U3=1000V；由U1I1=U2I2+U3I3和I2=1A可得I3=0.03A。例题：学校有一台应急备用发电机，内阻为r=1Ω，升压变压器匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻为R=4Ω，全校22个教室，每个教室用“220V，40W”的灯6盏，要求所有灯都正常发光，则：⑴发电机的输出功率多大？⑵发电机的电动势多大？⑶输电线上损耗的电功率多大？解：⑴所有灯都正常工作的总功率为22×6×40=5280W，用电器总电流为A，输电线上的电流A，降压变压器上：U2=4U2/=880V，输电线上的电压损失为：Ur=IRR=24V，因此升压变压器的输出电压为U1/=UR+U2=904V，输入电压为U1=U1//4=226V，输入电流为I1=4I1/=24A，所以发电机输出功率为P出=U1I1=5424W⑵发电机的电动势E=U1+I1r=250V⑶输电线上损耗的电功率PR=IR2R=144W例题：在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个坑口电站，输送的电功率为P=500kW，当使用U=5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度。求：⑴这时的输电效率η和输电线的总电阻r。⑵若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？P=500kW，一昼夜输送电能E=Pt=12000度，终点得到的电能E/=7200度，因此效率η=60%。输电线上的电流可由I=P/U计算，为I=100A，而输电线损耗功率可由Pr=I2r计算，其中Pr=4800/24=200kW，因此可求得r=20Ω。11、振荡电流与振荡电路(1)振荡电流：大小和方向都做周期性变化的电流叫做振荡电流。(2)振荡电路：能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路。(3)理想的LC振荡电路：①LC回路：由线圈L和电容器C组成的最简单的振荡电路。②理想的LC振荡电路：只考虑电感、电容的作用，而忽略各种能量损耗。12．电磁振荡的产生过程(1)与电场能和磁场能有关的因素：①与电场能有关的因素：电场能↑→电场线密度↑→电场强度E↑→电容器极板间电压u↑→电容器带电量q↑②与磁场能有关的因素:磁场能↑→磁感线密度↑→磁感强度B↑→线圈中电流i↑(2)电磁振荡的产生过程放电过程：在放电过程中，q↓、u↓、E电场能↓→i↑、B↑、E磁场能↑，电容器的电场能逐渐转变成线圈的磁场能。放电结束时，q=0，E电场能=0，i最大，E磁场能最大，电场能完全转化成磁场能。充电过程：在充电过程中，q↑、u↑、E电场能↑→I↓、B↓、E磁场能↓，线圈的磁场能向电容器的电场能转化。充电结束时，q、E电场能增为最大，i、E磁场能均减小到零，磁场能向电场能转化结束。q=Qq=Qmi=0CL++++―――－CLq=0i=Im++++―――－q=Qmi=0CL充电q↑i↓放电q↓i↑充电q↑i↓一个周期性变化放电q↓i↑CLq=0i=Im反向放电过程:q↓、u↓、E电场能↓→i↑、B↑、E磁场能↑，电容器的电场能转化为线圈的磁场能。放电结束时，q=0，E电场能=0，i最大，E磁场能最大，电场能向磁场能转化结束。反向充电过程:q↑、u↑、E电场能↑→i↓、B↓、E磁场能↓，线圈的磁场能向电容器的电场能转化。充电结束时，q、E电场能增为最大，i、E磁场能均减小到零，磁场能向电场能转化结束。13．电磁振荡的变化规律(1)电磁振荡的特点：LC回路工作过程具有对称性和周期性，可归结为：①两个物理过程：放电过程；电场能转化为磁场能，q↓→i↑充电过程：磁场能转化为电场能，q↑→i↓②两个特殊状态：放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小。充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小。(2)电磁振荡的变化规律：①总能量守恒＝电场能＋磁场能＝恒量②电场能与磁场能交替转化放电放电充电同步变化同步变化电场能磁场能同步变化同步变化电容器电压ｕ电容器带电量ｑ电路中电流ｉ步步调相反③变化规律的图象描述ot电场能oot电场能ot磁场能otiotq(u)④电磁振荡与简谐运动的类比(3)电磁振荡：itito14．无阻尼振荡和阻尼振荡(1)无阻尼振荡：振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅将不变，叫做无阻尼振荡（或等幅振荡），如图所示。(2)阻尼振荡：任何振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减少，叫做阻尼振荡（或减幅振荡），如图所示itito15、电磁振荡的周期和频率(1)电磁振荡的周期和频率①周期：电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间叫周期，用T表示.。②频率：一秒钟完成周期性变化的次数叫频率，用f表示。(2)固有周期和固有频率①自由振荡振荡电路中发生电磁振荡时，如果没有能量损失，也不受其他外界的影响，这样的振荡叫做自由振荡。②固有周期和固有频率自由振荡的周期和频率叫做振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。固有周期和固有频率由振荡电路本身的特点所决定。16、与LC回路周期和频率有关的因素LC回路的周期和频率与电容器的电容C和线圈的自感系数L有关。电容或电感增加时，周期变长，频率变低；电容或电感减小时，周期变短，频率变高；17、与LC回路周期和频率公式周期T和频率f跟自感系数L和电容C的关系是：T＝2πf＝式中的T、L、C、f的单位分别是秒（s）、亨利（H）、法拉（F）、赫兹（Hz）。18、变化的磁场产生电场(1)变化的磁场产生电场。(2)均匀变化的磁场将产生恒定的电场，周期性变化的磁场将产生同频率周期性变化的电场。19、变化的电场产生磁场(1)变化的电场产生磁场。(2)均匀变化的电场将产生恒定的磁场。周期性变化的电场将产生同频率周期性变化的磁场。20、电磁场(1)麦克斯韦的电磁场理论①变化的磁场产生电场；②变化的电场产生磁场。(2)电磁场变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。21、电磁波的产生(1)电磁波：电磁场由近及远地传播，就形成电磁波。(2)发射电磁波的条件第一，要有足够高的振荡频率。第二，振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才能有效地把电磁场的能量传播出去。22、电磁波的特点(1)电磁波中的电场和磁场互相垂直，并且都与波的传播方向垂直，即电磁波是横波。(2)三个特征量的关系v＝λ/T＝λf(3)电磁波可以在真空中传播，向周围空间传播电磁能，在传播过程中，电磁波能发生反射、折射、干涉和衍射。23、电磁波与机械波的比较(1)电磁波与机械波有本质的不同前者是电磁现象，后者是力学现象。机械波传播需要介质，电磁波在真空中也可以传播。(2)二者具有波动的共性机械波是位移这个物理量随时间和空间做周期性的变化，电磁波则是E和B这两个物理量随时间和空间做周期性的变化。二者都能产生反射、折射、衍射和干涉等现象。24、无线电波的分段(1)无线电波：无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波。(2)无线电波的分段无线电波的波长从几毫米到几十千米。通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段，如下表所示：波段波长频率传播方式主要用途长波30000m～3000m10kHz～100kHz地波超远程无线通讯和导航中波3000m～200m100kHz～1500kHz地波和天波调幅无线电广播、电报、通信中短波200m～50m1500kHz～6000kHz短波50m～10m6MHz～30MHz天波微波米波10m～1m30MHz～300MHz近似直线传播调频无线电广播、电视、导航分米波1m～0.1m300MHz～3000MHz直线传播电视、雷达、导航厘米波10cm～1cm3000MHz～30000MHz毫米波10mm～1mm30000MHz～300000MHz25无线电波的发射在无线电波的发射过程中，需要将被传递的信号如声音、图象等信号附加到高频振荡信号上向外发射出去，下面就学习无线电波的发射。(1)发射电路实际应用中的开放电路，线圈下部用导线接地，这条导线叫做地线；线圈上部接到比较高的导线上，这条导线叫做天线（图示右部）。无线电波就由这样的开放电路发射出去。电视发射塔建得很高，是为了使无线电波发射得较远。在实际发射无线电波的装置中，在上面所说的开放电路旁还需加一个振荡器电路与之耦合（图示左部）。LC振荡器电路产生的高频振荡电流通过L2与L1的互感作用，使L1也产生同频率的振荡电流，振荡电流在开放电路中激发出无线电波，向四周发射。(2)调制①调制：要传递的信号附加到高频等幅振荡电流上的过程叫调制。②调制的两种方式：制分调幅和调频两种方式。a．调幅使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅。调幅广播(AM)一般使用中波和短波的波段。b．调频使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频。调频广播(FM)和电视广播都采用调频的方法来调制，通常使用微波中的甚高频(VHF)和超高频(UHF)波段。26、电波的接收(1)电谐振接收电磁波时，首先要从诸多的电磁波中把我们需要的选出来，通常叫做选台。这就要设法使我们需要的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强。在无线电技术里，是利用电谐振来达到这个目的的。当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强．这种现象叫做电谐振，相当于机械振动中的共振。当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫电谐振。(2)调谐和调谐电路使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路。(3)检波和检波电路由调谐电路接收到的感应电流，是经过调制的高频振荡电流，还不能使我们直接感受到所需要的信号。例如在收音机中，这种高频振荡电流不能使耳机或扬声器的振动片振动发声。要听到声音，必须从高频振荡电流中“检”出声音信号，使扬声器(或耳机)中的动片随声音信号振动。从接收到的高频振荡中“检”出所携带的信号，叫做检波。检波是调制的逆过程，因此也叫解调。右图中L2、D、C2和耳机共同组成检波电路。检波之后的信号再经过放大、重现，我们就可以听到或看到了。现在移动的使用十分普遍、无绳、寻呼机也走入人们的生活，这些都是借助电磁波来传递信息的。例题：调谐电路中可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率电台发出的电信号，要收到该电台的信号，应该怎么办？CA．增加调谐电路线圈的匝数 B．加大电源电压C．减少调谐电路线圈的匝数 D．减小电源电压例题：电子感应加速器是利用变化磁场产生的电场来加速电子的。在圆形磁铁的两极之间有一环形真空室，用交变电流励磁的电磁铁在两极间产生交变磁场，从而在环形室内产生很强的电场，使电子加速。被加速的电子同时在洛伦兹力的作用下沿圆形轨道运动。设法把高能电子引入靶室，能使其进一步加速。在一个半径为r=0.84m的电子感应加速器中，电子在被加速的4.2ms内获得的能量为120MeV。这期间电子轨道内的高频交变磁场是线性变化的，磁通量从零增到1.8Wb，求电子共绕行了多少周？解：根据法拉第电磁感应定律，环形室内的感应电动势为E==429V，设电子在加速器中绕行了N周，则电场力做功NeE应该等于电子的动能EK，所以有N=EK/Ee，带入数据可得N=2.8×105周。例题：如图所示，半径为r且水平放置的光滑绝缘的环形管道内，有一个电荷量为e，质量为m的电子。此装置放在匀强磁场中，其磁感应强度随时间变化的关系式为B=B0+kt（k>0）。根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场将产生稳定的电场，该感应电场对电子将有沿圆环切线方向的作用力，使其得到加速。设t=0时刻电子的初速度大小为v0，方向顺时针，从此开始后运动一周后的磁感应强度为B1，则此时电子的速度大小为A.B.C.D.解：感应电动势为E=kr2，电场方向逆时针，电场力对电子做正功。在转动一圈过程中对电子用动能定理：，B正确；由半径公式知，A也正确，答案为AB。例题：如图所示，平行板电容器和电池组相连。用绝缘工具将电容器两板间的距离逐渐增大的过程中，关于电容器两极板间的电场和磁场，下列说法中正确的是大氣與水文系統AtmosphericandHydrologicSystems大氣與水文系統AtmosphericandHydrologicSystems第八第八週：大氣-地表交互作用（一） by謝正義一、前言一、前言根據熱力學第一定律，即能量不滅，則根據熱力學第一定律，即能量不滅，則EnergyInput=EnergyOutput因此對系統而言其淨能量變化為0，能量輸入及輸出之形式不一定要一樣，所以在討論到大氣與地表之間的交互作用時，其能量或質量的交換機制也有所不同。地表狀態變化會影響地表吸收的太陽輻射量、大氣/陸地之間交換的潛熱及可感熱通量。比如，沙漠及冰雪覆蓋區比綠地反射較多的太陽輻射，因此吸收較少的太陽輻射。又如，乾燥地表由於含水量少，吸收的太陽輻射大多直接用來提高地表溫度，也相對的提供較少的潛熱通量給大氣。這些例子顯示，地表狀態變化會改變能量收支狀況及區域的水循環。AtmosphericandHydrologicSystemsAtmosphericandHydrologicSystems能量各種不同的電磁波型式傳遞(輻射是經由電磁波傳遞的能量)SustainableDevelopmentLaboratorySustainableDevelopmentLaboratory大氣與水文系統AtmosphericandHydrologicSystems大氣與水文系統AtmosphericandHydrologicSystems第第八週：大氣-地表交互作用（一） by謝正義二、教學目標二、教學目標本章將針對大氣與地表交互作用之理論基礎，進行初步的介紹，包含：(1)能量及質量的交換機制；(2)動量的交換機制兩個章節。本章將針對大氣與地表交互作用之理論基礎，進行初步的介紹，包含：(1)能量及質量的交換機制；(2)動量的交換機制兩個章節。本週將有以下幾的重點 8.1能量及質量的交換機制 8.2動量的交換機制AtmosphericandHydrologicSystemsAtmosphericandHydrologicSystemsSustainableDevelopmentLaboratorySustainableDevelopmentLaboratory大氣與水文系統AtmosphericandHydrologicSystems大氣與水文系統AtmosphericandHydrologicSystems第第八週：大氣-地表交互作用（一） by謝正義三、教學內容綱要三、教學內容綱要8.1能量及質量的交換機制8.1能量及質量的交換機制其中包括了：molarfluxes,傳送方程式(transportequations),能量與質量傳遞中的阻抗與傳導機制(resistanceandconductance)，同時並介紹以串連性(series)的方式與並聯式(parallel)的方式所建構之電阻器與傳導接收器，以及最後的能量流計算(fluxcalculations)。8.2動量的交換機制包含大氣擾動(atmosphericturbulence)的物理特性，風速變動之模擬，zero-planedisplacement以及糙度因子(roughnesselement)、樹冠層對於風的影響(windwithincropcanopy)…等等AtmosphericandHydrologicSystemsAtmosphericandHydrologicSystemsSustainableDevelopmentLaboratorySustainableDevelopmentLaboratory大氣與水文系統AtmosphericandHydrologicSystems大氣與水文系統AtmosphericandHydrologicSystems第第八週：大氣-地表交互作用（一） by謝正義四、教學活動設計四、教學活動設計活動指引活動指引8.1學習重點：瞭解大氣-地表交互作用討論與歸納：課後作業：準備資料課前資料：網路或下載相關的講義。上課資料：powerpointAtmosphericandHydrologicSystemsAtmosphericandHydrologicSystemsBBAK@081216DevelopmentofEarthSystemScienceProgram短波到達Canopy上層及到達地表之關係圖DevelopmentofEarthSystemScienceProgram投影片資料一：投影片資料一：DevelopmentofEarthSystemScienceProgramDevelopmentofEarthSystemScienceProgram陽光是由不同波長的電磁波所組成，其中眼睛可以看見的叫做『可見光』，包括了紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色光。這七種光中，紅光的波長最長、紫光的波長最短。

波長越長的可見光，越容易被大氣和水吸收，波長越短的，則越容易碰撞到大氣和水中的分子而散射開來。因此，當陽光照射到海洋的時候，剛開始，所有光都穿透過去，因此淺海是透明的；漸漸地，紅、橙、黃光依序被吸收了，因此，海水漸漸變成藍綠色；再往下，只有藍色系的光可以穿透進去，因此海水變得湛藍；到了100公尺以下，連藍色系的光都無法進入，海水就變得黑漆漆一片了！海水的顏色與透明度

為甚麼海水是藍色呢？這是因為海水對不同波長的光有不同的散射與吸收效果。當陽光照到海面時，海水會吸收紅光至黃光，散射藍光，因此海洋呈現藍色。

光波中，波長越短越容易散射，且散射程度也越大，因此，短波長的藍光比長波長的紅光更容易散射。同理，當陽光照射深厚的海水時，散射出來的光就以短波的藍光為多了。

若仔細地觀察海水的顏色，可以發現海水也不全是同樣的藍色。在沿岸的海水可能呈微棕色、微綠色或微紅色，這是因為海水中含有大量的懸浮性生物或塵沙，而引響了海水的散射效果。如紅潮，就是海水中含了大量的紅色腰鞭毛藻所造成的。

海水中的懸浮物質不但會改變海水的顏色，也會影響海水的透明度（doegreeofclearness）。一般而言，沿岸海水的透明度較外海低。海水為什麼是藍色的?A:舀一勺海水看看，海水既不是藍色的，也不是白色的，海水就像自來水一樣，是無色透明的。是誰給大海塗上了顏色呢？這是太陽光變的戲法。太陽光是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色的光組成的。當太陽光照射到大海上，紅光、橙光這些波長較長的光，能繞過一切阻礙，勇往直前。它們在前進的過程中，不斷被海水和海裏的生物所吸收。而像藍光、紫光這些波長較短的光，雖然也有一部分被海水和海藻等吸收，但是大部分一遇到海水的阻礙就紛紛散射到周圍去了，或者乾脆被反射回來了。我們看到的就是這部分被散射或被反射出來的光。海水越深，被散射和反射的藍光就越多，所以，大海看上去總是碧藍碧藍的。TopQ:天空為什麼是藍色的？A:我們知道，地球表面包圍著一層空氣。空氣中含有許多微小的塵埃、冰晶、水滴等。當太陽光（看上去是束白光，實際上它是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等有色光線組成）通過空氣時，波長較長的紅色光透射力最大（其次是橙、黃色光），它能透過大氣中的微粒射向地面；而波長較短的藍、紫、靛等色光，很容易被懸浮在空氣中的微粒向四面八方散射開來，使天空呈現出蔚藍色。TopQ:潮汐現象的原理？A:世界上大多數地方的海水每天都有2次漲落。白天海水上漲，叫做"潮"；晚上海水上漲，叫做"汐"。平時把潮和汐都叫做"潮"。引起潮汐的原因主要是由於受月球的"引潮力"引起的。這個引潮力是月球對地面的引力，加上地球、月球轉動時的慣性離心力所形成的合力。當月球處在地球某點（A點）上空時，該點上受到的月球引力最大，對應該點上地球對側的一點（B點）的引力最小．因此此時這兩處的引潮力都最大，而且都是垂直于地面向上的，所以這兩點的海水上漲，出現了"漲潮"；而AB兩點中間的地球上另外兩點C點和D點的海水則向A、B兩點流去、出現了"落潮"。同樣道理，當月球移到C點或D點的上空時，C點和D點就出現漲潮，而在A點和B點發生落潮。地球每天自轉1周。一天之內，地球上任何一個地方總有1次向著月球，1次背著月球，所以地球上絕大部分地方的海水，每天總有2次漲潮和2次落潮，這種潮稱為半日潮。而有一些地方，由於一些局部地區性的原因，在一天之內只出現1次高潮和l次低潮，這種潮稱為全日潮。不但月球能對地球產生引潮力。而且太陽也能產生引潮力，雖然比月球的要小一些，只有月球引潮力的5／11．但當它和月球的引潮力疊加在一起的時候，就能推波助瀾，使潮水漲得更高。每月的朔（農曆初一）和望（一般是農曆十五，有時候是十六，甚至是十七）的日子裏，月球、地球和太陽在一條直線上，那時月球和太陽的引潮力加在一起，力量就特別大，出現大潮；在上弦月（農曆初七、初八）和下弦月（農曆廿二、廿三）的時候，月球，地球和太陽不在一條直線上，而成了一個90度的角，太陽的引潮力抵消了一部分月球的引潮力，所以出現小潮。Q:夜空為什麼漆黑一片？A:我們可以看到夜空中佈滿星星，那麼所有星星發出的亮光加起來為何不能把夜空照亮？德國物理學家奧伯斯1823年就提出了這個難題：如果宇宙無限大，而且佈滿了恒星或星系，夜空應當是明亮的。但是，實際情況卻不是這樣。天文學家多年來一直試圖對這個稱之為"奧伯斯佯謬"的問題作出解釋。一種解釋是：恒星或星系之間的塵埃擋住了遙遠星體發出的光，從而使夜空看上去漆黑一片。但實際上，塵埃經過光的照射會增溫，變得同光源一樣明亮。另一種解釋認為，遙遠星系的紅移使光從可見範圍變成不可見的紅外光。如果這個解釋能夠站得住腳，那麼波長較短的紫外光也應當移到可見光範圍，而這種現象並沒有發生。科學家們目前從兩個方面對"奧伯斯佯謬"作出解釋。第一，即使宇宙是無限大，但它並不是無限老。這一點非常重要，因為光是以每秒大約30萬公里的有限速度傳播。星體距離我們越遠，它發出的光到達我們這裏所需的時間就越長。第二，由於不同距離的星體發出的光到達地球所需的時間不一，因此我們決不可能同時看到位於不同距離的星體發出的光。要麼是距離最遙遠的星體發出的光還沒有到達地球，要麼是遙遠星體發出的光在到達地球的漫長過程中已被鄰近的物體消耗殆盡，因而夜空呈現出漆黑一片。

Fido:

據我所知，在照極遠處的星體時，經常需要曝光很長一段時間，因為光線太弱，曝光時間就要長才能在底片上感光，不然就照不到遠處的星體啦！不過「類星體」雖然是遠在宇宙的邊緣，可是它發出極強的光，即使在地球上，它看起來就像一般的星星一樣亮，誰都想不到它其實位於宇宙邊緣。所以，或許類星體的研究能為我們解答一些迷惑:-)Q:宇宙有沒有邊?A:宇宙經過100多億年的膨脹，我們已無法知道宇宙的邊界在哪裡，至少現有的觀測手段無法知道宇宙的邊界，但經觀測我們已知道宇宙的年齡為100億~150億年。這樣就人類現有的知識來說，宇宙就是有限而無界的。所謂有限，指現在的宇宙在時間上是100億~150億年，空間上也膨脹了100億~150億年，所以是有限的；所謂無界，是指宇宙在不斷地膨脹，根本就不存在一個固定的邊界，現在找不到，將來也找不到，就是在宇宙的源頭，也不可能找到它的邊界。

Fido:「有限無界」另一說，就如同地球表面一樣的彎曲空間，它沒有邊界，卻是有限的（面積）。Q:為什麼光速不是無限的？A:精確的科學實驗結果表明，光的傳播速度並不是無限的，它的速度約為每秒3億米（30萬公里）。光速的奇特之處在於：光源與觀察者之間的相對速度並不影響光速的數值。空間與時間必須混合在一起才能保持光速的恒定，從某種意義上來說，就是必須保持空間和時間的一致，儘管我們習慣用米衡量空間，而用秒衡量時間。但是，如果時間和空間相似到可以相互轉換的程度，那麼就需要有某種"常量"來轉化這兩種單位。也就是說，必須有某種能夠用米／秒來測量的東西，人們可以用以秒為單位的時間乘以這個"常量"得到以米為單位的空間。這個通用的轉換因素就是光的速度。光速之所以是有限的，原因很簡單：有限的空間對應的是有限的時間。

（因特網《科學美國人》文章）Q:引力的速度是否與光的速度相同？A:從理論上來說，如果某個大質量加速（比如說，圍繞第二個質量運行），就會產生一種以光的速度向外擴散的引力波。但是，儘管科學家們已經作了一些令人感興趣的初步研究，但迄今尚未直接測到引力波，更不用說測定其速度了。然而，科學家們通過觀察雙脈衝星的軌道變化獲得的間接證據表明，加速的質量能夠產生引力波。脈衝星沿著彼此交織的非常小的軌道快速運行。如果它們以引力輻射的形式放射出能量，就會完全按照預料的方式以螺旋形彼此圍繞著運行。科學家們還獲得了充分的間接證據表明，引力波肯定是以光的速度行進。引力的大小隨著與某個質量的距離的平方反比變化而變化，這有力地表明，引力子（由兩個彼此吸引的質量交換的粒子）必定是零質量。據當前的物理學理論認為，像引力子這樣的無質量粒子必定是像光子一樣以光的速度行進。

Q:第一宇宙速度是多少？A:宇宙速度是根據萬有引力計算出來的，第一宇宙速度是每秒7.9千米/秒，物體如果達到7.9千米/秒的速度，它就會永遠地繞地球運行而不會從天上掉下來，我們也之稱為環繞速度；第二宇宙速度是每秒11.2千米/秒，物體如果達到這個速度，將會逃離地球的束縛飛向星際空間，我們也稱之為脫離速度；第三宇宙速度是每秒鐘16.7千米/秒，若是要到太陽系外去旅行那就要達到這個速度。

Q:看太空梭遨遊太空的影片時為何見不到星星？A:這是由膠片的曝光時間決定的，因為星星的亮度比太空梭暗淡得多。要想在膠片上看到星星的蹤影，需要大約10秒至30秒的曝光時間；而捕捉太空梭的蹤影只需0.01秒的曝光時間。如果把攝像機設定在拍攝太空梭所需的曝光時間，就沒有足夠的時間捕捉星星的蹤影。如果為了捕捉到星星蹤影而對膠片進行長時間的曝光，太空梭在膠片上的蹤影就會曝光過度。

（因特網ScienceWhatzit網站文章）Q:科學真正含義？A:

"科學"這個詞，源於中世紀拉丁文"Scientia"，原意為"學問"、"知識"。但科學至今還沒有一個為世人公認的定義。甚至有人認為，給科學下定義是無益的，也是不可能的。英國著名科學家貝爾納指出："科學在全部人類歷史中確已如此地改變了它的性質，以致無法下一個適合的定義"，"科學不是個能用定義一勞永逸地固定下來的單一體"。

一般地說，科學是人類認識客觀世界的知識，但並不是任何關於客觀世界的知識都是科學。1888年，達爾文曾給科學下過一個定義："科學就是整理事實，從中發現規律，作出結論"。達爾文的定義指出了科學的內涵，即事實與規律。科學要發現人所未知的事實，並以此為依據，實事求是，而不是脫離現實的純思維的空想。至於規律，則是指客觀事物之間內在的本質的必然聯繫。因此，科學是建立在實踐基礎上，經過實踐核對總和嚴密邏輯論證的，關於客觀世界各種事物的本質及運動規律的知識體系。

科學包括自然科學、社會科學和思維科學等。自然科學是研究自然界不同物件的運動、變化和發展規律的科學。社會科學是研究人類社會不同領域的運動、變化和發展規律的科學。哲學也是一門科學，它是關於世界觀的學說；是自然科學和社會科學知識的概括和總結；也是自然界、社會和思維的最一般的規律。

科學是特殊的社會歷史現象，在其發展的不同歷史階段有不販的性質和特點。20世紀以來，由於科學的迅猛發展和科學研究的規模日益擴大，現代科學已不僅僅是單一的知識體系，同時又是一種社會活動，即生產知識的社會活動。這種特殊的社會生產形式，現已逐步發展為國家規模和跨國規模，使"科學是一種建制"的界說成為人們的共識。因此，我們不應把科學理解為僅僅是知識本身，也不能看成是單一的社會活動。前蘇聯科學拉契科夫認為："科學是關於現實本質聯繫的客觀真知的動態體系，這些客觀真知是由於特殊的社會活動而獲得和發展起來的，並且由於其應用而轉化為社會的直接實踐力量"。科學既是歷史發展總過程的產物，又是推動人類歷史進步的巨大動力。Q:小行星是如何命名的？A:

小行星是一種在太陽系中繞著太陽作軌道運動的小天體。由於它們質量很小，不會發生地球那樣大的變質過程，因此保留了太陽系形成初期的原始狀況，對於研究太陽起源有重大價值。通過對小行星軌道的研究，還可以測定一些天文常數，研究太陽系的動力結構和變化。近年來，近地小行星對人類的威脅以及它與地球生命起源的關係日益引起人們的重視，同時它與國防等也有著密切關係。小行星正在成爲一種重要的太空資源。

小行星是目前各類天體中唯一可以由發現者進行命名並得到世界公認的天體。小行星的命名既是爲了科研工作的方便，也是爲了鼓勵觀測者投身於小行星的發現領域。國際天文學聯合會小行星中心專門負責小行星的編號和命名。一顆小行星在不同夜晚被觀測到，並報告給小行星中心後，如果不能被確認爲已知的小行星，則小行星中心會給這顆小行星以國際統一的暫定編號。當這顆小行星至少有4次在回歸中被觀測到，軌道又可以非常精確地測定時，它就會得到小行星中心給予的永久編號；同時，發現者擁有對小行星的命名權，命名權在10年內有效。

早期小行星的命名一般選取古代神話故事中的女神名字。後來這一慣例被取消，對小行星的命名變成了發現者表達意願的一種方式，絕大多數小行星的命名成爲對特定人物、地點、組織或事件的紀念。當然，小行星的命名仍需要符合一定的規定。比如政治家、軍事家或政治、軍事事件必須在當事人去世100年或事件發生100年後才能命名。命名由國際天文學聯合會13人組成的小天體提名委員會批准，由國際小行星中心予以公佈。迄今爲止，擁有永久編號的小行星已經達到25000顆左右。Q:火在太空失重狀態下如何燃燒？A:

在地面上，火苗要受到重力的吸引，但是由於燃燒的氣體熱而輕，因此它們會上升。隨著火苗的上升，空氣會被吸引到火苗的底部，給火提供氧氣，使之燒得更猛烈。

在太空中，重力幾乎為零，沒有什麽能夠使火苗上升，因此與地面上相比火不太容易獲得氧氣。在太空飛船上，氧氣分子只能靠外力（比如用扇子扇）或者分子的擴散到達燃燒物，這非常像墨水或者油在水的表面擴散。這種擴散過程比地球上的吸引空氣過程要慢。另外，燃燒氣體也必須向外擴散以補充新的氧氣，這樣火焰會變得更大。但是隨著火焰變大，會有更多的熱量通過輻射散失掉。如果熱量散失太多，再加上不能很快獲得氧氣維護燃燒，燃燒物就會冷卻到燃點以下，使火焰熄滅。這種情況在地球上是不會發生的，因爲地球上火焰吸收空氣的速度足以保持燃料燃燒。

在重力幾乎為零的太空中點燃火苗要容易一些，但是火一旦燒起來，其威脅性比在地球上小。研究如何在太空的困難條件下加熱和燃燒，對在軌道上製造超潔淨的半導體等材料是至關重要的。Q:如何確定太陽系在銀河系中的位置？A:

天文學家們採取多種方式確定太陽系在銀河系中的位置。人們只要擡頭看一看夜空，就可以看到銀河系的大致形狀，它像是一條暗淡的光帶橫亙在天空。這條光帶的寬度約爲15度，星星比較均勻地分佈在光帶的兩側。這表明銀河系是扁平的圓盤狀，我們的太陽系位於圓盤近似平面的某處。如果銀河系不是扁平的圓盤狀，它看上去就會不同。比如說，如果銀河系呈球狀，我們看到的銀河系就不會是窄窄的一條光帶，而是佈滿了整個天空。如果我們的位置大大高於或低於圓盤平面，我們就不會看到銀河系像光帶一樣橫亙在天空--天空就會顯得一半亮一半暗。通過測定我們能夠看到的所有星星的距離，可以進一步確定太陽系在銀河系中的位置。本世紀初，美國天文學家沙普利發現巨大的球狀星團分佈在以人馬星座爲中心的一個直徑約10萬光年的球形範圍內。他得出的結論是：這個中心也是銀河系的中心，因此銀河系看上去像是鑲在球狀星雲中的一個扁平圓盤。

75年來，科學家通過射電天文學、光學天文學、紅外天文學，甚至X射線天文學等各種技術手段，更精確地測定了銀河系螺旋型兩翼、氣體雲、塵埃雲、分子雲等位置。現代研究得出的基本結論是：我們的太陽系位於銀河系螺旋翼內側的邊緣，距離銀河系中心大約2.5萬光年。

（因特網《科學美國人》文章）Q:如何計算行星的重量？A:

牛頓的“萬有引力定律”告訴我們，兩個天體之間的吸引力同它們質量的乘積成正比，而同它們之間距離的平方成反比。為了獲得最佳近似，我們可以假設天體的地理中心就是其質量中心。以地球為例：因為地球的半徑是已知的，所以我們可以通過地球對其表面某個物體（重量）的引力和該物體與地球的距離（此時的距離實際上等於地球的半徑）來計算地球的質量。當然，我們還需引入一個萬有引力常數G。根據18世紀英國化學家兼物理學家亨利·卡文迪什的實驗測算，對於兩個質量各為1千克、距離1米的物體來說，G爲6.67×10的負11次方牛頓。

知道了地球的質量和半徑以及地球與太陽的距離之後，我們就可以根據萬有引力定律來計算太陽的質量M。引力F＝GmM/（r的平方），其中m表示地球的質量，M表示太陽的質量，r表示地球與太陽之間的距離。F應該等於地球繞太陽運行所需要的向心力，而向心力則等於地球的質量與其速度的乘積除以地球與太陽的距離的平方。所以，通過天文學方法計算出地球與太陽之間的距離以後，我們就可以計算出地球繞太陽的運行速度，從而計算出太陽的質量。

一旦計算出太陽的質量，我們就可以根據行星的軌道半徑、運行周期和行星作軌道運行所需要的向心力，計算出行星的質量。

（因特網《科學美國人》文章）Q:宇宙中大約有多少顆星球？A:多得數不勝數。此話一點不假。我們所在的銀河系大約有400億顆星球。如果按每秒鐘數10個星球計算，需要在不間斷的情況下花1000多年才能數完。因此說，要想數清宇宙中有多少星球是不可能的。

由於許許多多星球距離我們非常遙遠，我們無法看到，只能看到它們所在的星系。這就如同我們能看到數公里以外的樹林，但是看不清樹葉。

宇宙中有成千上萬億個星系，每個星系由幾百億顆星球組成。宇宙中的星球總數大約爲1萬億億顆（1後面加20個0）。請記住，這只是估計數位！

（因特網ScienceWhatzit網站文章）Q:人能夠作穿越時間的旅行嗎？A:

要回答這個問題，我們必須進一步明確時間旅行到底意味著什麼。除了每天的時間行進之外，這個問題可以分成兩個部分：人類有可能在一段較短的時間內（在人的生命周期以內）進入遙遠的未來嗎？人類有可能回到過去嗎？

我們目前對於基礎物理學的理解告訴我們，對第一個問題的回答是絕對肯定的；至於第二個問題，我們只能說也許。

進入遙遠未來的時間旅行可以借助於狹義相對論的時間膨脹原理。運動中的時鐘，速度越接近光速走得就越慢。這種已經被實驗證明的效果同樣適用於生物的衰老。

如果一艘太空飛船可以不斷地以重力加速度加速，那麼它的速度大約在1年的時間裏就可以接近光速。乘坐這樣的飛船到達銀河系的中心並返回地球（行程約為6萬光年）只需要40年多一點的時間（太空飛船上的時間）。當宇航員回到地球時，他的年齡只增加了40歲，地球上則已經過了6萬年。

通過穿越時間的旅行回到過去則是一個非常難以確定的命題。根據愛因斯坦的廣義相對論，一個沿著時間軸運動的人有可能在過去的某個時候遇到他本人或他的祖母。問題是這種情況是否真的會在宇宙中發生。沒有任何實驗或觀測結果表明時間旅行正在我們的宇宙中發生。目前正在討論的建造時間旅行器的最簡單方法是利用蠕蟲洞（連接不同的時空區域的隧道）原理。穿過蠕蟲洞就能夠回到過去。

（因特網《科學美國人》文章）Q:如果太陽的亮度減弱1％，會對地球產生什麼影響？A:

地球吸收陽光的量的多少是決定地球溫度最重要的因素。如果到達地球的陽光量減少1％，很難確切預計地球的溫度將會發生多大變化。地球的溫度變化在某種程度上取決於陽光量減少持續多長時間。舉個例子來說，大約每隔11年出現的太陽黑子活動使到達地球的陽光量增加或減少約0.1％，並沒有對地球的溫度産生多大的影響。這是因爲地表、海洋和大氣的溫度需要很長時間才會因此而發生變化。

然而，如果到達地球的陽光量的變化長時間持續下去，肯定會使地球的溫度下降。溫度的下降將會使地球及大氣發生變化，比如地球表面較冷地區的降雪量會略有增加，降雪量的增加會使更多的陽光反射回太空，從而將使地表的溫度下降約1攝氏度。

（因特網ScienceWhatzit文章）Q:太陽周圍為何會出現顏色像彩虹的光環？A:

太陽周圍出現的光環稱爲日暈，它與晚上在月亮周圍看到的月暈是一回事，只不過是日暈出現在太陽周圍。日暈是陽光照射到高層大氣中微小的冰晶以後形成的。在地球上空數英里的高空，氣溫很容易降到可以形成冰晶的冰點以下。透過冰晶的日光或月光被折射回去，在太陽或月亮的周圍形成日暈或月暈。

日暈的顏色是由陽光在透過冰晶時產生的折射效果形成的－－紅色位於日暈的內側邊緣；藍色位於日暈的外側邊緣。顏色的排列順序與彩虹相同，但日暈的顏色界限不很分明。月暈也有顏色，只不過是晚上光線弱，加之眼睛在晚上對弱光的反應能力差，無法區分顔色罷了。人們之所以時常能看到月暈而不常看到日暈，主要是太陽的光線非常強。

（因特網ScienceWhatzit文章）Q:行星是否會改變位置？A:

肯定地說，會。包括地球在內的行星都是圍繞著太陽運轉。行星在圍繞太陽運行的過程中會顯示出處於不同的位置。運行速度較快的行星（諸如水星、金星和火星）位置變化明顯，只需幾個星期就會看出其位置變化；運行速度較慢的行星（諸如木星、土星、天王星、海王星、冥王星）需要幾個月甚至更長的時間才能看出其位置變化。

（因特網ScienceWhatzit網站文章）Fido:近日點與遠日點的位置也會改變。為甚麼晴天時天空是藍色的？為甚麼夕陽是紅色的？這是太陽光被地球大氣散射(scattering)的結果。

當陽光進入地球的大氣層後，

空氣和水蒸氣的分子吸收部份陽光，再向四方八面輻射，

這種現象稱為散射。

白色的陽光是由不同顏色的光波合成的，

以藍光波長最短，紅光波長最長，波長短的藍光較容易被散射。

日落時夕陽接近地平線，

陽光須穿過較厚的大氣層才到達地面，

大部份藍光被散射，餘下紅光，所以夕陽呈現紅色。

另一方面，

由於白天時太陽光只穿過較薄的大氣層，藍光被散射的程度減少，

所以太陽看起來是白色的，同時由於天空充滿了被散射的藍光，所以整個天空呈現藍色。

所以，天空的蔚藍

是光所折射出來的，並不是由海水反射的!!(看到知識+有人說天空是藍色的是因為海洋反射....)

而海洋為什麼看起來會是藍的??

這個道理，和天空呈現藍色的道理是相同的

大海的顏色是由海面反射的光和來自海水內部的回散射光的顏色決定的。

太陽七種光線波長各不相同，而不同深度的海水會吸收不同波長的光，

也就是說，海水對不同波長光的吸收和散射是有選擇性的

一般情況下，紅色和黃色等色光的波長比較長，最容易被海水吸收，

當他們射入海水後，大部分光會被海水吸收，只有極少部分被水分子及海水中的懸浮顆粒反射和散射。

而波長較短的藍光和綠光的穿透能力強，當它們射入海水後，只有少部分被海水吸收，

大部分光遇到水分子或其他懸浮顆粒便向四周反射和散射，

這樣一來，海水對藍光吸收得少而反射得多，

而且越往海水深處越有更多的藍光被折回到水面上來。

當這些被反射的藍色光射入到我們眼睛裏時，我們看到的大海便是藍藍的一片。海水是什麼顏色這真是一個大哉問

簡單地說

可見光可以依照波長分為彩虹七色從紅色到紫色波長由長（700nm）越來越短(400nm)

海水對不同波長的可見光的吸收程度都不一樣

對於可見光中的長波和短波吸收程度高

所以