麦哲伦 国家:用“顺口溜”巧记物理知识

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                 用“顺口溜”巧记物理知识     中学物理涉及到很多物理概念、公式、规律及现象，都需要记牢。在记物理知识时除了下功夫外，还应找窍门。若把这些物理知识编成“顺口溜”，不仅读起来顺口，而且易记好学，也增强记忆。下面给大家举几个例子，以示优点: 1 仪器读数 测量仪器要读数，最小刻度要记住;天平游码看左边，量筒水面看底部;压强计读高度差，密度表上标倍数; 电流电压先看档，电能表上有小数。 2 中学物理课本中涉及的物理学家例如:伏特、托里拆利、伽利略、安培、库仑、帕斯卡、阿基米德、奥斯特、欧姆、牛顿、法拉第、焦耳和瓦特等12位，他们分布于:意大利、法国、希腊、丹麦、德国、英国。可编顺口溜如下: 意有伏托又有伽，法有安库还有帕;希腊米德丹麦奥，德欧英牛第焦瓦。 3 凸透镜成像规律一倍焦距分虚实;二倍焦距分大小;二倍焦点物像等物近像远像变大;物远像近像变小。实像倒，虚像正，放大缩小要分清。 4 力的图示法 若要表示力，办法很简单，选好比例尺，再画一段线。长短表大小，箭头表方向，注意箭尾巴，放在作用点。 5 电源、电压、电流 电源像有电源力，推动电荷到正极，正负极间有电压，电路接通电荷移。 6 安培定则歌 导线周围的磁感线，用安培定则来判断。判断直线用定则一，让右手直握直导线。电流的方向拇指指，四指便指磁感线。判断螺线用定则二，让右手紧握螺线管。电流的方向四指指，N极在拇指所指端。 7 安装电灯要点 火地并排走，地线进灯头，火线进开关，开关接灯头。 8 安全用电顺口溜 电灯离地六尺高，固定安装最重要。广播碰到输电线，喇叭怪叫要冒烟。如果有人触了电，首先要去断电源。电线要是着了火，不能带电用水泼。  初中物理实验口诀（四则） （一）调节天平横梁平衡 物理天平进行称量之前，指针应指在刻度中央。若指针偏在标尺左侧，将横梁左端螺丝向左调，或将横梁右端螺丝向左调，均能使指针回到标尺中央。当指针向右偏时，横梁螺丝（不论左端或右端的螺丝）应向右调，横梁螺丝调节方向可概括为： 左偏左调，或者   左—左， 右偏右调，或者   右—右。 托盘天平的指针在横梁上方，故横梁螺丝的调节方向跟物理天平相反。只要熟记物理天平的口诀，联想记忆托盘天平螺丝要反调，就不会混淆了。 （二）滑动变阻器的使用 滑动变阻器分上下两层，上层钢杆和下层电阻丝各有两个接线柱，为了变阻，使用时应上下各用一个接线柱。可简记为： 一上一下，各用一个。 根据这一接法，连接实物时就不必拘泥于电路图中滑动变阻器的接线方向，从而选择短距离，避免交叉的布线方式。  （三）连接电路的入门方法      连接含有并联电路的回路时，可先只连接并联导体中的一个导体，伏特表也暂不接入电路，即首先连接一个串联回路，然后再把并联的导体和伏特表接入电路，这种入门的方法叫先串后并。 这样做，对初学者能起到化难为易的作用。 （四）防止读错数据的一种方法 物理量具的刻度方向不尽相同。量筒和温度计的上刻度值比下刻度值大，而弹簧和比重计则相反。再如0.6安培表，每小格刻度值是0.02安培。当指针指在没有标值的地方时，粗心的同学常会读错数据。为防止读错，可以记住这样一个口诀： 匀中助读。 意思是说，可以先把指针相邻的两个标度值中点的值读出来，再读指针处的数据。 一组与鸡蛋有关的物理现象和实验 物理是一门以观察和实验为基础的学科。在教学中，有意识地引导学生联系生活实际，分析物理现象；利用身边物品，进行物理实验，都能激发学生的学习兴趣，加深学生体会。这里介绍一组与鸡蛋有关的物理现象和实验。 一、液体蒸发吸热 【实验】把刚煮熟的蛋从锅内捞起来，直接用手拿时，虽然较烫，但还可以忍受。过一会儿，当蛋壳上的水膜干了后，感到比刚捞上时更烫了。 【分析】因为刚捞上来的蛋壳上附着一层水膜，开始时，水膜蒸发吸热，使蛋壳的温度下降，所以并不觉得很烫。经过一段时间，水膜蒸发完毕。由蛋内部传递出的热量使蛋壳的温度重新升高，所以感到更烫手。 二、热胀冷缩的性质 【实验】把煮熟捞起的蛋立刻浸入冷水中，待完全冷却后，再捞起剥落。 【分析】首先，蛋刚浸入冷水中，蛋壳直接遇冷收缩，而蛋白温度下降不大，收缩也较小，这时主要表现为蛋壳在收缩。其次，由于不同物质热胀冷缩性质的差异性，当整个蛋都完全冷却时，组织疏松的蛋白收缩率比蛋壳大，收缩程度更明显，造成蛋白蛋壳相互脱离，剥蛋壳就更方便了。 三、验证大气压存在 【实验】选一只口径略小于鸡蛋的瓶子，在瓶底热上一层沙子。先点燃一团酒精棉投入瓶内，接着把一只去壳鸡蛋的小头端朝下堵住瓶口。火焰熄灭后，蛋被瓶子缓缓“吞”入瓶肚中。 【分析】酒精棉燃烧使瓶内气体受热膨胀，部分气体被排出。当蛋堵住瓶口，火焰熄灭后，瓶内气体由于温度下降，压强变小，低于瓶外的大气压。在大气压作用下，有一定弹性的鸡蛋被压入内。 四、浮沉现象 【实验】把一只去壳鸡蛋，浸没在一只装有清水的大口径玻璃杯中。松开手后，发现鸡蛋缓缓沉入杯底。捞出鸡蛋往清水中加入食盐，调制成浓度较高的盐溶液。再把鸡蛋浸没在盐溶液中，松开手后，鸡蛋却缓缓上浮。 【分析】物体浮沉情况取决于所受的重力和浮力的大小关系。浸没在液体中的物体体积就是它所排开液体的体积，根据阿基米德原理可知物体密度与液体密度的大小关系可以对应表示重力与浮力的大小关系。因为蛋的密度略微比清水的密度大，当蛋浸入清水中时，所受重力大于浮力，所以蛋将下沉。当浸没在盐水中时，由于盐水密度比蛋的密度大，所受的重力小于浮力，所以蛋将上浮。 五、惯性、摩擦阻力现象 【实验】选用外形相似的生鸡蛋、熟鸡蛋各一只，放在水平桌面上。用相同的力使它们在原处旋转。能迅速旋转的是熟鸡蛋，缓慢旋转几圈就停止的是生鸡蛋。 【分析】生鸡蛋的壳内是液状的蛋清，外力作用在蛋壳上旋转时，蛋清由于惯性，继续保持静止状态，则它与蛋壳间存在摩擦阻力作用，使整个蛋只能缓慢转动。而熟鸡蛋内蛋清已凝固成蛋白，外力作用时旋转时，整个蛋就能迅速转动。 六、物体的稳定平衡 【实验】选用一只生鸡蛋，在小头一端开个孔并清除干净壳内的蛋清蛋黄。沿小孔滑入一块重物。以蛋壳的大头端为底部，扶好蛋壳。点燃一只蜡烛，滴入烛油，把重物封存在蛋壳底部。烛油大约封存至整个蛋壳高度的四分之一即可。把制好的蛋壳推倒后，蛋壳能自动立起。制成一个“不倒翁”。 【分析】在空蛋壳的底端封存的重物和烛油，使整个蛋体的重心移近蛋壳的底部，重心起低，稳定性越好。当蛋壳倾斜，偏离平衡位置时，使蛋体的重心升高。因为蛋壳底端是球形的，在蛋体的自身重力作用下，蛋体又恢复到原来的平衡位置上。 七、分子运动现象 【实验】外壳完好的蛋，埋入食盐中腌制一段时间，可以制成一只咸蛋。虽然蛋壳仍然完好，但连内部的蛋黄都变咸了。 【分析】因为物质的分子间存在间隙，而且分子不停地做无规则运动，所以食盐分子扩散到蛋黄中，使蛋黄也变咸。 城市热岛效应 城市热岛效应(Urban heat island effect)是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。城市热岛效应使城市年平均气温比郊区高出1°C，甚至更多。夏季，城市局部地区的气温有时甚至比郊区高出6°C以上。近年来，随着城市建设的高速发展，城市热岛效应也变得越来越明显。城市热岛形成的原因主要有以下几点:     首先，是受城市下垫面特性的影响。城市内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油 路面，各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。     另一个主要原因是人工热源的影响。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧 各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。     此外，城市里中绿地、林木和水体的减少也是一个主要原因。随着城市化的发展， 城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减 少，缓解热岛效应的能力被削弱。     当然，城市中的大气污染也是一个重要原因。城市中的机动车、工业生产以及居民 生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。这些物质会吸收下垫面 热辐射，产生温室效应，从而引起大气进一步升温。　　既然城市中人工构筑物的增加、自然下垫面的减少是引起热岛效应的主要原因，那么在城市中通过各种途径增加自然下垫面的比例，便是缓解城市热岛效应的有效途径之一。    城市绿地是城市中的主要自然因素，因此大力发展城市绿化，是减轻热岛影响的关键措施。绿地能吸收太阳辐射，而所吸收的辐射能量又有大部分用于植物蒸腾耗热和在光合作用中转化为化学能，用于增加环境温度的热量大大减少。绿地中的园林植物，通过蒸腾作用，不断地从环境中吸收热量，降低环境空气的温度。除了绿地能够有效缓解城市热岛效应之外，水面、风等也是缓解城市热岛的有效因素。水的热容量大，在吸收相同热量的情况下，升温值最小，表现出比其他下垫面的温度低；水面蒸发吸热，也可降低水体的温度。风能带走城市中的热量，也可以在一定程度上缓解城市热岛。因此在城市建筑物规划时,要结合当地的风向，不要把楼房全部建设成为东西走向的,要建设成为便于空气流通的模式；同时,最好将一些单位的高院墙拆掉，建成栅栏式，增加空气流通。    同时，减少人为的热释放，尽量将民用煤改变为液化气、天然气，集中供热也是一条重要的对策。 可爱的汽车　可怕的尾气 "自从有了你，我的生活就变得异常美丽！"这句在手机短信中颇为流行的话道出了"架车族"的惊喜之情。的确，汽车有说不尽的可爱之处。全世界的汽车保有量以每年3000万辆的速度递增，预测到2010年全球汽车量将增到10亿辆，我国的汽车保有量将有望达到4亿辆。　　人们在享用汽车的诸多好处时，一个甩不掉的健康杀手像阿拉伯神话中的魔鬼，如影随形且迅速膨胀--汽车尾气。　　汽车尾气有那么可怕吗？请听中科院院士、中国环境监测总站研究员魏复盛的"专家说法"--　　由于汽油、柴油燃烧不充分，排放出的尾气中含有大量直径等于或小于2.5微米的细微颗粒物(简称PM2.5)。由于这些细粒子很容易随着呼吸进入人体肺部，又被称为入肺颗粒物。其,有30%-50%元素碳（碳黑）和有机碳,这些细粒子长期漂浮在空气中，使空气变得浑浊，对阳光有散射作用,使空气能见度下降。有机碳中大部分为挥发性有机化合物，在紫外线照射下，产生氧化反应，变成醛、酮类化合物，还会生成过氧乙酰硝酸酯和臭氧等氧化物，是形成光化学烟雾的主要条件。1998年，广州等大城市已经出现了光化学烟雾的前兆。光化学烟雾容易刺激人的眼睛和喉头，导致咳嗽、哮喘等疾病。　　汽油和柴油在燃烧过程中还产生半挥发性多环芳烃化合物，其中苯并（a）芘等强致癌物质（特别是肺癌）。许多大中城市空气中的苯并（a）芘超标，解放后一些大城市的肺癌患者呈上升趋势，即与此有关。此外，尾气中还含有苯甲苯、二甲苯等，苯是致癌物质，通过肺泡进入血液，近年来儿童白血病（血癌）高发，与此有关。细粒子还包含了铅、砷、钒等重金属氧化物。目前，许多城市儿童血液中的含铅含量达到20-30微克/100ml，超过卫生组织的最高值10微克/100ml。　　这绝不是危言耸听。山东省消费者协会去年底发布的消费警示表明，根据专家近十年来对不同城市和区域儿童铅水平的动态研究推测，我国城市儿童约３０％到４０％血铅水平超标。即使没有明显工业污染的普通市区，亦有约１０％到３０％的儿童血铅水平超标。在儿童铅中毒的主要因素中，汽车尾气位居榜首。在汽车的发源地西方发达国家，汽车污染已不是什么新话题。上个世纪40年代以来，美国汽车城洛杉矶就开始出现化学烟雾污染事件。仅19550－1951年， 美国因大气污染造成的损失就达15亿美元。1955年，因呼吸系统衰竭死亡的65岁以上的老人达400多人；1970年，约75％以上的市民患上了红眼病。自此，汽车尾气污染就一直是西方国家头疼的环境问题。在我国，近年来尾气污染已迅速上升为城市的主要污染源，许多城市呈现汽车尾气与煤烟污、炊烟污染并存的混合污染台势，形势相当严峻。据了解，郑州市自2000年底摘掉"全国十大污染城市"的"黑帽"之后，2002年前11个月大气质量出现严重反弹，在全国96个重点城市空气质量日报排名中列倒数第11位。汽车尾气成为目前响郑州市区大气质量的三大要素之一。在广州，汽车尾气被市民评为"最不可忍受的污染物"。 　　　烟为什么迎着气流飘 　　找一根筷子和一个火柴盒，把筷子插到火柴盒里，再点上一支香。请你用一只手把火柴盒举起来，另一只手拿起那支点燃着的香（如图），香要放在火柴盒的前边。如果屋子里没有风，香冒出的烟柱是竖直向上的，这时候，你用嘴向着火柴盒吹出一股气流，奇怪！香放出来的烟柱居然迎着气流的方向，向着火柴盒的背后飘来了。这是怎么回事呢？　　烟柱向火柴盒的背后飘，说明火柴盒背后的气体压强比较小，因而，周围的气体就向那里涌过去，烟柱也跟着飘过去了。用物理学来解释，就是：火柴盒背后形成了一个涡旋。　　如果你用比较小的力气吹，吹出的气流速度很小，烟柱就不向火柴盒后边飘。只有用力吹气才会出现这种现象。这又说明一定速度的气流才能形成涡旋。　　运动是相对的。气流吹到火柴盒上和火柴盒在空气里运动性质上是一样的。一个大方盒式的“面包车”在空气中快速行驶，它的背后便会形成涡旋，弄得尘土飞扬。　　为什么会产生涡旋呢？　　当物体快速运动的时候，它前面的空气不能及时地绕到后面，使物体后边暂时出现了一个接近真空的区域，这个区域一出现，四周的空气便要争先恐后地跑来填补，这样便形成了涡旋。　　有涡旋的地方空气压强小，因此，对于运动着的物体来说，前面受到的压强远远大于后边涡旋处的压强，这正象车子前边有个大力士向后推，后边却是个小孩子向前推一样，合起来形成了一个向后的力，这个力和涡旋有关，我们管它叫涡旋阻力。　　总之，在气体和液体中运动的物体，它所受到的阻力包括摩擦阻力和涡旋阻力。 有趣的喷泉 　　在讲大气压强时，为了让学生比较直观形象的认识到大气压的存在和利用大气压的现象，我们总是喜欢做一些既能说明问题又能激发学生学习兴趣和学习积极性的小实验．以往我们做的各种喷泉实验就是一例，这里笔者给大家推荐一种能连续喷水的喷泉实验．　　1．仪器的装置　如图所示．　　（1）上端封闭的玻璃管：管子越长效果越好，最好选用牛顿管之类的玻璃管．（2）喷水管：选用长度约20ｃｍ左右的尖嘴玻璃管，其一端接有橡胶管．（3）出水管：上端用玻璃管，下端用有一定硬度的橡胶管．（4）储水槽：可与自来水嘴相连，用来提供持续的水源．（5）接水槽：盛接出水管流出的水，也可直接把出水口与下水道相通．（6）橡皮塞：用于封闭玻璃管口．　　2．安装与调试　　（1）将喷水管和出水管插入橡皮塞，然后用止水夹夹住进水口和出水口．（2）将玻璃管装适量的水后并盖紧橡皮塞．将整个装置倒置，然后固定在支架上．（3）将喷水管插入储水槽后，再同时打开止水夹，这时喷泉就可以工作了．（4）如玻璃喷管中水面高于喷嘴时将对喷水高度有影响，这时可调整出水口到进水口的高度差．如果水面较低时由于管外空气压强要比管内空气压强大，这时空气容易通过出水管进入玻璃喷管，使整个装置停止工作．　　3．工作原理　　当水沿出水管流出时，封闭的玻璃管中空气的体积增大，压强减小，使管外大气压强大于管中空气的压强，所以水能从喷嘴喷出．喷射的水柱高度由储水槽到接水槽水平面的高度差来决定．　　水柱喷射高度的计算方法如下：设空气压强为ｐ0，玻璃喷管中的空气压强为ｐ，接水槽到储水槽的高度差为Ｈ，储水槽液面到玻璃管中液面的高度差为ｓ，喷射水柱高度为ｈ．　　则储水槽液面的压强应满足　　　ｐ0＝ρｇｓ＋ρｇｈ＋ｐ　　接水槽液面的压强也应满足　　　ｐ0＝ρｇＨ＋ρｇｓ＋ｐ　　由以上两式可得Ｈ＝ｈ，即水柱高度等于出水口到进水口的高度差，由于水与管之间有阻力，因而实际上ｈ＜Ｈ．该实验不仅说明了大气压的存在，同时也是利用大气压的一个很有趣的实验．   压强增大沸点升高实验 　　在烧瓶中盛半瓶水，用一只插有玻璃管和温度计的塞子塞紧瓶口，再用一段橡皮管把玻璃管和注射器连通（或者连接一个小气筒）。 　　用酒精灯给烧瓶加热，你可从温度计上看到，当温度接近100℃时，瓶里的水沸腾了。这时你用力推压针筒活塞（或者压气筒活塞），增大瓶里的压强，你会看到，虽然仍在加热，水的温度也略有升高，但是沸腾停止了。这说明，水的沸点随着压强的增大而升高了。　　“高压锅”就是根据这个原理制造的。世界上第一只高压锅是在1681年发明的，发明人是法国的医生兼物理学家和机械师丹尼斯·帕平。这只高压锅做得十分坚固，锅盖是铁制的，份量很重，紧紧地盖在锅上。锅 的外围罩了一层金属网，以防意外爆炸。锅本身有两层，中央摆有内锅，要煮的食物就放在内锅里。加热以后，蒸汽跑不出来，锅内气压升高，水的沸点也升高了，食物就熟得快了。帕平在访问英国的时候，曾用他的高压锅作了一次表演。据在场的人记载，在帕平的高压锅里，就是坚硬的骨头，也变得象乳酪一样柔软。　　今天，在我国的许多家庭都用上了“高压锅”，用这种锅做饭熟得快，很省时间。特别是在海拔高度很高的地区生活，煮饭必须用“高压锅”。因为高度越高，气压越低，水的沸点也降低。据测定在海拔6000米的地方，水的沸点只有80℃左右。在这里用普通锅是很难把饭煮熟的，所以，必须用高压锅来提高水的沸点。 烧不着的布条 找一块棉布条，用水淋湿，在中间部分滴上酒精，然后用手拿着布条的两端，把布条张开，用蜡烛的火焰烧有酒精的部分。有趣的现象出现了：在棉布条正对火焰的上方升起了火焰，好象烛焰穿过了布条。拿下布条一看，真奇怪，棉布条并没有烧焦。 　　还可以做一个实验： 　　用一张纸摺成一只小纸锅，里面盛上水，四角穿上四根线绳把它吊起来，下面点一支蜡烛。要是在通常情况下，纸锅很快就被烧着了，可是这一回水都烧开了，纸锅仍未着火。 　　这是为什么呢？原来水在沸腾的过程中（只要有水存在），温度不会再升高，始终保持100℃，而布和纸的燃烧温度都超过100℃。因此，虽然酒精燃烧了，水也烧开了，但是在水的保护下，布和纸没有被烧着。“烧不着的布条”是魔术师经常表演的一个节目。 　　现在，我们来讲一个有关意大利著名物理学家费米的故事。费米一生有很多杰出的发现和发明，他所以能有那么大的成就，就是因为他非常善于把理论知识同实验结合起来。据说他在罗马大学当教授的时期。喜欢和学生讨论一个个的实际问题。他一边分析，一边实验，问题解决了，学生也学到了思考问题和解决问题的方法。 　　有一次，费米问一位女同学：烧菜用的橄榄油，它的沸点比锡锅的熔点高，但人们却能够在锡制的平底锅里用橄榄油煎东西，看起来油沸腾了，锡锅并没有烧坏，这是什么缘故？ 　　你能回答这个问题吗？ 　　这个问题是这样解释的：煎东西的时候，看起来好象是油沸腾了，实际上油并没有沸腾，而是食物里的水分在沸腾，我们知道水的沸点是100℃，它沸腾时，要变成气体跑掉，带走大量的热，这样油的温度不会升得很高，比锡的熔点（232℃）低，所以锡锅不会熔化。 神奇的“惯性”世界 惯性是物理学中力学的一个重要概念，它表示物体总有保持原来运动状态的性质。惯性的大小由质量来量度。刚体力学中，转动惯量则是量度转动惯性的大小。 　　其实，除力学外，电磁学、热学、光学、原子物理学等领域也能找到惯性的影子，甚至在自然科学中的化学和生物学领域，也能找到惯性。 　　电磁感应现象中感应电动势（或感应电流）的产生过程就体现了惯性：如下图所示，当穿过闭合线圈中的磁通量要增加时，由楞次定律可知，感应电流为顺时针，即感应电流的磁场总是阻碍电路中的磁通量的变化，若穿过回路的磁通量增大则感应电流产生的磁场阻碍磁通量的增大，即线圈本身有保持原来磁通量大小的性质。楞次定律不就是电学中的惯性定律吗？对于线圈的自感现象，自感系数L正是量度线圈惯性大小的物理量。　　“冰冻三尺，非一日之寒”是热学中的惯性现象的写照。水在外界环境温度降低过程中要不断地向外放热，去抵抗环境温度的降低，相反，要解冻，则低温的水不断吸热，以阻止环境温度的上升。就是说，我们周围的环境在任何情况下总有保持原来温度的性质。熔解热、比热、汽化热等概念在某种意义上也是衡量各种物质在热现象中惯性的大小。 　　又如：对气体的状态的改变过程，如等温压缩过程中，气体体积减少，压强就会增大，以阻止气体进一步被压缩，即气体在状态变化过程中，也体现出保持原来状态的性质，如果气体不受外界影响，它将始终保持原有的状态。 　　查理定律和盖·吕萨克定律同样反映了气体总有保持原来状态的性质。等温压缩系数、体胀系数、压强系数这些概念也分别在某种意义上反映了气体的惯性的大小。 　　光学中，光在均匀媒介质的直线传播最能说明光传播规律中的惯性，光只有在一种介质进入另一种介质中才发生折射，说明外界条件是改变其直线传播的影响因素，光本身是具有直线传播的本性的。 　　在原子物理学中，天然放射现象中的半衰期的概念很能说明放射性元素的惯性，半衰期正好可以量度其惯性的大小。半衰期长，则该种元素的平均寿命长，即惯性也大。 　　上面所说的是物理学中的“惯性”。其实，惯性现象在化学，生物学领域也有体现。 　　化学中，化学平衡理论其实就是化学反应里的惯性原理，当温度升高时，平衡向吸热方向移动，其实只有这样才能阻碍温度的升高，压强增大时，反应向分子数减少的方向移动，阻止压强的增大，而减压情况正好相反。减少产物浓度时，平衡向正方向移动，以阻碍产物浓度的减少。 　　生物学中生态系统的自我调节能力也反映了大自然的惯性。系统中某一因素的涨落，会导致系统中其它因素的变化，使整个系统经过一定阶段的调整后又恢复为新的平衡，只要外界的影响不超过生态系统的最大承受能力，这平衡将永远进行下去。生物学中细胞的分裂，DNA复制，遗传特性等，从一定侧面上也反映了生物世界中的惯性。 　　总之，自然现象中，惯性是一种普遍现象，推广到社会现象也能找到惯性的踪迹，如人的生活习惯一旦形成就很难改变；深厚的历史文化对人的影响，也不是一朝一夕就能让人改变的；当社会发生重大改革时，总是困难重重，如果不大刀阔斧则很难见效。 　　是不是惯性的概念有更大的适用空间，有待于我们进一步的研究。 家庭节电小常识 照明节电 日光灯具有发光效率高、光线柔和、寿命长、耗电少的特点，一盏14瓦节能日光灯的亮度相当于75瓦白炽灯的亮度，所以用日光灯代替白炽灯可以使耗电量大大降低。在走廊和卫生间可以安装小功率的日光灯。看电视时，只开1瓦节电日光灯，既节约用电，收看效果又理想。还要做到人走灯灭，消灭“长明灯”。　　电视机节电 电视机的最亮状态比最暗状态多耗电50~60%；音量开得越大，耗电量也越大。所以看电视时，亮度和音量应调在人感觉最佳的状态，不要过亮，音量也不要太大。这样不仅能节电，而且有助于延长电视机的使用寿命。有些电视机只要插上电源插头，显像管就预热，耗电量为6~8瓦。所以电视机关上后，应把插头从电源插座上拔下来。　　电冰箱节电 电冰箱应放置在阴凉通风处，决不能靠近热源，以保证散热片很好地散热。使用时，尽量减少开门次数和时间。电冰箱内的食物不要塞得太满，食物之间要留有空隙，以便冷气对流。准备食用的冷冻食物，要提前在冷藏室里慢慢融化，这样可以降低冷藏室温度，节省电能消耗。　　洗衣机节电 洗衣机的耗电量取决于电动机的额定功率和使用时间的长短。电动机的功率是固定的，所以恰当地减少洗涤时间，就能节约用电。洗涤时间的长短，要根据衣物的种类和脏污程度来决定。一般洗涤丝绸等精细衣物的时间可短些，洗涤棉、麻等粗厚织物的时间可稍长些。如果用洗衣机漂洗，可以先把衣物上的肥皂水或洗衣粉泡沫拧干，再进行漂洗，既可以节约用电，也减少了漂清次数，达到节电的目的。　　电风扇节电 一般扇叶大的电风扇，电功率就大，消耗的电能也多。同一台电风扇的最快档与最慢档的耗电量相差约40%，在快档上使用1小时的耗电量可在慢档上使用将近2小时。所以，常用慢速度，可减少电风扇的耗电量。 如何进行人工增雨 过去，人们将人工增雨叫作人工降雨，是人们在深入了解降水成因之后，根据不同云层的物理特性，选择合适时机，用飞机、火箭弹等向云中播散干冰、碘化银、盐粉等催化剂，促使云层降水或增加降水量。人工增雨分为暧云增雨与冷云增雨。要使暧云（温度高于0℃的云）降水或增雨，要在云中播撒盐粉、尿素等吸湿性粒子，促使大云滴生成导致形成或增加降水。若要冷云（温度低于０℃的云）降水，就要用飞机等播撒干冰、碘化银等催化剂，从而产生大量冰晶，使冷云上部的冰晶密度增大，促成或增加降水。　　人工增雨是在特定的天气条件下进行的，只要及时对积雨云、浓积云、雨层云、层积云进行催化作业，就能增加降水量，达到预期效果。人工增雨是巧取天上水，妙用空中水资源的科学举措。 外出如何在野外判断方向 在野外活动，诸如地质考察、登山、徒步旅行、探险、旅游等，为防止迷路，正确地判定所在位置和方向，必须掌握定位和侧向方法。在自然界，某些动物具有辨别方向的本能，如鸽子，人类的某些成员也具备这种能力，但绝大多数人不具备，或者只有这种潜能，因此野外确定方向主要依靠经验和工具。　　野外判定方向和位置的方法有许多，这里介绍几种常见的方法。　　利用罗盘（指北针）　　把罗盘或指北针水平放置使气泡居中，此时磁针静止后，其标有“N”的黑一端所指的便是北方。除了测出正北方向外，罗盘或指北针还可以测出某一目标的具体方位，方法是开罗盘将照准器对准目标，或将刻度盘上的0刻度对准目标，使目标、0刻度和磁中点在同一直线上，罗盘水平静止后，N端所指的刻度便是测量点至目标的方位，如磁针N端指向36°。则目标在测量位置的北偏东36°。　　利用罗盘或指北针辨别方向虽然简单快捷，但需要注意：1、尽量保持水平；2、不要离磁性物质太近；3、勿将磁针的S端误作北方，造180°的方向误差；4、掌握活动地区的磁偏角进行校正。　　利用手表和太阳 　　在晴朗的白昼，根据日出、日落就可以很方便地知道东方和西方，也就可判断方，但只能是大致的估计，较准确的测定有下列几种方法：1、手表测向“时数折半对太阳，12指的是北方”，一般在上午9时至下午4时之间可以很快地辨别出方向，用时间的一半所指的方向对向太阳，12时刻度就是北方，如下午14:40的时间，其一半为7:20，把时针对向太阳，那么12指的就是北方，或者是把表平置，时针指向太阳，时针与12时刻度平分线的反向延伸方向就是北方；或者置手表，将一根小棍垂直立在手表中央转动手表，使小棍的影子与时针重合，时针与12时刻度之间的平分线即是北方。　　必须注意：（1）判定方向时，手表应平置；（2）在南、北纬20°30′之间地区的中午前后不宜使用，即以标准时的经线为准，每向东15°加1小时，向西15°减1小时。2、日影测向为晴天，在地上竖立一木棍，木棍的影子随太阳位置的变化而移动，这些影在中午最短，其末端的连线是一条直线，该直线的垂直线为南北方向。在一张50×50cm的绘图纸上绘制一系列同心圆，同心圆的半径以1cm递增，钉在平板上并水平固定好，将一根12-15cm长的细钢针或针状物垂直插在圆心上。当太阳位置变化时，影子的端点总会与同心圆相交，标绘出这些点，然后把同一个圆上的两点直线相连，把这些直线的中点与圆心相连，这条连线就是南北方向线，圆弧顶的方向为北方。　　夜间星体　　当夜晚时，可根据北极星和南十字星来判断方向。　　1、北极星：北极星位于正北天空，其出露高度角相当于当地纬度，据此可以很快找到北极星。通常根据北斗七星（大熊星座）或W星（仙后星座）确定。北斗星为七颗较亮的星，形状象一把勺子，将勺头两颗β向α连线并延伸约5倍处便是北极星。当看不到北斗星时，可根据W星，即仙后星座寻找北极星。仙后星座由五颗较亮的星组成，形状象“W”字母，字母的开口方向约开口宽度的两倍距离处是北极星。　　2、南十字星：在北纬23°30′以南地区，夜间有时可见南十字星，由四颗较亮的星组成，形同“十”字，在其右下方，由γ向α两星连线长度的四倍半处（无星）为正南方向。　　地物和植物特征　　有时野外的一些地物和植物生长特征是良好的方向标志，增加这方面的知识可以帮助你快速地辨别方向。　　1、地物特征：　　a.房屋：一般门向南开，我国北方尤其如此；　　b.庙宇：通常也是向南开门，尤其庙宇群中的主体建筑；　　c.突出地物：向北一侧基部较潮湿并可能生长低矮的苔藓植物。　　2、植物生长特征：　　a.一般阴坡，即北侧山坡，低矮的蕨类和藤本植物比阳面更加发育。　　b.单个植物的向阳面枝叶较茂盛，向北的阴地树干则可能生长苔藓。　　c.我国北方的许多树木树干的断面可见清晰的年轮，向南一侧的年轮较为疏稀，向北一侧则年轮较紧密。 [思维拓展]成语中的趣味物理知识 成语是我国语言宝库中的珍贵财富。它不仅具有文字简练、意味深长的特点，而且有些成语中，还含有一定的物理知识。“刻舟求剑”这个成语中就包含着物理知识。 　　“刻舟求剑”来源于《吕氏春秋·察今》，说的是楚国有一个人带着宝剑乘船过江，当船正在行驶的时候，一不小心，把剑掉入江中，他立即用刀在剑落水的船帮处刻上记号，并宣布说：“这儿是我的宝剑掉下去的地方。 ”到对岸后，船停了下来，他便根据船上刻下的记号下水去捞剑。结果怎么也捞不到。 　　这个成语故事告诫人们，在处理具体问题时，不能不看事物的发展变化墨守成规。而应当根据事物的发展变化随机应变。 　　从物理学的角度讲，求剑者所以捞不到剑，是因为选错了参照物。如果船在静水中不动，剑沉底后，相对船的位置不再改变，这样在船上的记号下方可以捞到剑。现在船在流水中，并从剑掉下的地方驶到了对岸，所以在船上的记号下方就不能捞到剑了。 [趣味物理]思维拓展-解释船吸现象？ 1912年秋天，“奥林匹克”号正在大海上航行，在距离这艘当时世界上最大远洋轮的100米处，有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号正在向前疾驶，两艘船似乎在比赛，彼此靠得较拢，平行着驶向前方。 　　忽然，正在疾驶中的“豪克”号好像被大船吸引似地，一点也不服从舵手的操纵，竟一头向“奥林匹克”号闯去。 最后，“豪克”号的船头撞在“奥林匹克”号的船舷上，撞出个大洞，酿成一件重大海难事故。 　　我们知道，根据流体力学的伯努利原理，流体的压强与它的流速有关，流速越大，压强越小；反之亦然。 　　用这个原理来审视这次事故，就不难找出事故的原因了。原来，当两艘船平行着向前航行时，在两艘船中间的水比外侧的水流得快，中间水对两船内侧的压强，也就比外侧对两船外侧的压强要小。 　　于是，在外侧水的压力作用下，两船渐渐靠近，最后相撞。又由于“豪克”号较小，在同样大小压力的作用下，它向两船中间靠拢时速度要快得多，因此，造成了“豪克”号撞击“奥林匹克”号的事故。现在航海上把这种现象称为“船吸现象”。 　　鉴于这类海难事故不断发生，而且轮船和军舰越造越大，一旦发生撞船事故，它们的危害性也越大，因此，世界海事组织对这种情况下航海规则都作了严格的规定，它们包括两船同向行驶时，彼此必须保持多大的间隔，在通过狭窄地段时，小船与大船彼此应作怎样的规避，等等。 [每日阅读]为什么灌满水的瓶子不易破？ 有两个相同的玻璃瓶，一个空着，一个灌满了水，同时从相同的高度落到地面上，哪个瓶子容易破？一般说重的瓶子容易破。可是，当瓶子灌满水后，瓶子里的水还有另外一个作用，能减少瓶子的形变，反 而使瓶子不容易破了。 　　玻璃瓶破裂，大多是由于形变引起的。空瓶子落地，地对瓶子产生一个压力，瓶子从外向里形变，终于破裂。瓶子装满水，由于水是不可压缩的，从而减少了形变，使得瓶子不易破裂。瓶子里装满水，再拧 紧瓶盖，就更不容易摔破了。 [趣味物理]过山车中的物理知识 过山车是一项富有刺激性的娱乐工具。那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。如果你对物理学感兴趣，那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感，还有助于理解力学定律。 实际上，过山车的运动包含了许多物理学原理，人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果，那感觉真是妙不可言。 　　这次同物理学打交道不用动脑子，只要收紧你的腹肌，保护好肠胃就行了，当然，如果你的身体条件和心理承受能力的限制，无法亲身体验过山车带来的种种感受，你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。 　　在开始旅行时，过山车的小列车是靠一个机械装置的推力推上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上，从这时起，带动它沿着轨道行驶的惟一的“发动机”将是引力势能，即由引力势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。 　　第一种能，即引力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量，是由于它的高度和由引力产生的加速度而来的。对过山车来说，它的势能在处于最高点时达到了最大值，也就是当它爬升到“山丘”的顶峰时最大。当过山车开始下降时，它的势能就不断地减少（因为高度下降了），但它不会消失，而是转化成了动能，也就是运动能。 　　不过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量，从而损耗了少量的   机械能（动能和势能）。这就是为什么要设计成随后的小山丘比开始时的小山丘要低的原因：过山车已经没有上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。 　　过山车最后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事实上，下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快，这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样，乘坐在最后一节车厢的人就能快速地达到和跨越最高点，从而产生一种要被抛离的感觉，因为质量中心正在加速向下。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的，否则在到达顶峰附近时，小车厢就可能脱轨甩出去。车头部的车厢情况就不同了，它的质量中心在“身后”，在短时间内，它虽然处在下降的状态，但是它要“等待”质量中心越过高点被引力推动。 　　到达“疯狂之圈”时，沿直线轨道行进的过山车突然向上转弯。这时，乘客就会有一种被挤压到轨道上的感觉，因为这时产生了一种表观的离心力。事实上，在环形轨道上由于铁轨与过山车相互作用产生了的一种向心力。这种环形轨道是略带椭圆形的，目的是为了“平衡”引力的制动效应。当过山车达到圆形轨道的最高点时，事实上它会慢下来，但如果弯曲的程度较小时，这种现象会减弱。一旦过山车走完了它的行程，机械制动装置就会非常安全地使过山车停下来。减速的快慢是由气缸来控制的。 [趣味物理]浅谈常见的几种电光源 最早使用的电光源是白炽灯，就是我们平常所说的电灯。它是根据热辐射原理制成的，钨丝达到炽热状态，只有少部分电能转化为可见光，消耗的电能大多转化为热能，发光效率很低。所以白炽灯照明浪费了大量的电能。 　　钨丝到500℃时开始发出可见光，随温度的增加，从红→橙黄→白逐渐变化。 白炽灯发出的光是全色光，但各种色光的成分比例是由发光物质（钨）以及温度决定的，比例不平衡就会导致颜色偏色，所以在白炽灯下物体的颜色不够真实（即显色性不高），这也是在商场等公共场所不使用白炽灯照明的原因之一。 　　为提高光效，在40年代初发明了荧光灯，因其光色接近日光又称日光灯。日光灯管两端各有一灯丝，灯管内充有稀薄的汞蒸气，灯管内壁上涂有荧光粉，两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线，使荧光粉发出柔和的可见光。与白炽灯相比，日光灯光效有了很大提高，节省电能。 　　日光灯的一个主要部件是镇流器，它利用自感原理，日光灯启动时提供瞬时高压；灯管正常工作时，降压限流，保证日光灯在稳定的低压环境下工作，延长日光灯的使用寿命。但镇流器功耗大，重量重，体积大，又有噪音。日光灯在50Hz的交流电压下工作，随着电压、电流的变化，日光灯的发光也有周期性的明暗变化，从而产生闪烁。这种闪烁虽然不易被人觉察，但长期在日光灯下工作，眼睛容易疲劳，会影响视力。 　　随着科技的发展，近几年又发明了一种新型的电光源──节能灯，电子节能灯的核心部分是灯管和电子镇流器。灯管涂有三基色荧光粉，三基色荧光粉是一种高效荧光粉，能发出更亮的光，比标准日光灯更接近太阳光，这种荧光粉可以大大提高发光效率。 　　电子镇流器的工作原理：由整流电路将50Hz的交流电整流成直流电，再由高频发生电路将直流电转变成30kHz左右的高频交流电，然后经过LC电路后对灯供电。节能灯中的LC电路利用了自感现象。电子镇流器采用电子元件，功耗小，重量轻，可以方便地安装在灯内，大大减小灯的重量，更突出的特点是提高工作频率后，感觉不到灯的闪烁，启动方便，无噪音，节约电能。一只9W的节能灯相当于60W白炽灯的光效。另外灯管可以做成各种形状，可以起到装饰的效果，所以节能灯成了室内装修的时尚灯。由于电子节能灯发光效率高，无污染、无噪音、无闪烁，被人们誉为“绿色光源”。它将成为家庭使用的主要电光源。 [趣味物理]证明液体会从下往上加压力 关于液体会向下加压力，压向容器的底部，会向侧面加压力，压向容器的壁，那即使没有学过物理学的人，也都知道得非常清楚。但是，液体还会向上加压力，这一点却有许多人没有想到。其实只要用一只普通煤油灯的灯罩，就可以帮助我们认识这种压力确实存在。用厚纸板剪一个圆片，要比灯罩口略大一些。把它盖在灯罩口上，倒转来放到水里去，像图46所示。为了使那圆纸片不会从灯罩上脱落，可以用条细线穿在圆纸片中心。通过灯置引到上面来，用手拉着线，或者，也可以直接用手指在底下托着纸片。等到这个灯罩渐渐沉到水底下一定的深度，这个圆纸片就会自己留在灯罩口上，不必再用线拉住它或者用手指托住它：现在托着它的已经是容器里的水了，是水从下向上向圆纸片在加着压力了。 　　     　　你甚至可以测出这个向上压力的大小。这很简单，只要小心地慢慢把水注到灯罩里去，等到灯罩里的水面接近灯罩外容器里的水面，这个圆纸片就会跌落下去。这就是说，纸片底下的液体向上所加的压力，恰好给纸片上面那个水柱的下压力平衡了，这个水柱的高度等于纸片沉在水面以下的深度。这就是液体对于一切浸在液体里面的物体所作用的压力的定律，有名的阿基米德原理告诉我们的，物体在液体里重力的“损失”也是从这里产生的。 　　     　　如果找到几种罩口大小相同但是形状不同的灯罩，你就可以再做一次实验，来证明另外一个有关液体的定律，就是液体对于容器底部所加的压力，只跟底部面积和水面高度有关，却跟容器的形状无关。可以这样来证明：按方才所说的实验方法用形状不同的灯罩来一次一次地做，每次把灯罩浸到一样深度（事先可以在灯罩的同样高度上用纸粘一条标志）。那么，你就可以看到，每次当灯罩里的水面达到了同样高度，那纸片就会跌落下去（图47）。 这就是说，各种形状容器里的水柱，只要它们的底面积和高度相同，它们的压力也相同。请注意，这儿重要的只是高度而不是长度，因为比较长的。倾斜的水柱和比较短的、竖直的水柱，如果水面高度相等，它们对于容器底的压力（在相等的底面积上）也完全相等。 趣味物理学 通知匹克威克先生说，他要留在这里，等懂这种窍门的人们所谓“坐 着让人画像”的仪式完成。“坐着让人画我的画像！”匹克威克先生说。 “把你的肖像画下来啊，先生，”胖狱卒说。“我们这里都是画像的能手，这一点你应该早就知道。不一会儿就画好的，而且都很象。请进来 吧，先生，不要拘束。”匹克威克先生同意了这个邀请，坐下来；那时侯站在椅子背后的山姆①对他耳语说，所谓坐着画像，在这里应当了解它的譬喻的意义： “这是说，先生，那狱卒要仔细察看你的面貌，以便把你跟别的犯人辨别清楚。”　　好戏开场了。那个肥胖的狱卒随意望了望匹克威克先生。另外一个狱 卒坐到这个新来的犯人面前，全神贯注地注视着。第三个狱卒还一直跑到 匹克威克的鼻尖前面，聚精会神地一一研究匹克威克的特征。最后，肖像画好了，匹克威克先生接到通知说，现在他可以进监狱了。　　更早以前，这种“像”是用各部特征的“清单”代替的。你记得普希 金的《波里斯·戈都诺夫》里，在沙皇的命令里提到葛里戈里，说“他身 材矮小，胸脯宽阔，两手略有长短，蓝眼红发，颊额各有一痣”。现在呢， 只要附一张照片，就一切都解决了。　　　　　　　很多人还不知道应该怎样看照片 照相术还在前一世纪四十年代就渗进我们的生活里来，虽然当时还只是用金属板来拍摄的（所谓银板照相法）。这 种拍照方法的最大缺点在于被拍的人一定要长时间坐在照相机前面——往往要坐上几十分钟?? 而群众对于可以不要画家就能够得到自己像片这一点，也认为过分新奇，而且近于奇迹，因此并没有很快就相信。在一本古老的俄国杂志（1845 年）上，对这个问题有一段极有趣的记述：许多人到现在还不肯相信银板照相法果真能够拍出照片来。有一次，① 山姆是匹克威克的仆人。一位衣冠楚楚的人跑去拍照，店主人①请他坐下来，校正了玻璃，装好一 块板，看了看钟，就走开了。店主人在室内的时候，这位想拍照的人一动 不动地端坐在那里；但是，店主人刚一走出房门，这位客人为了急于看到 自己的照片，认为没有继续端坐的必要，就站了起来，嗅了嗅鼻烟，仔细 看了看照相机的四面，把眼睛凑近到玻璃上，然后摇了摇头，说了声“这 玩意儿真怪”，就在室内来回地踱起方步来。店主人回来了，他吃惊地停在门旁边，喊了起来： “你怎么啦？我对你说过，要端坐在那里啊！” “是呀，我是坐着呀。我只是在你出去之后才站起来的。” “那时候你还是应该坐在那里的呀。” “咦，我为什么要无缘无故地坐在那里呢？”　　读者一定以为我们现在对于照相已经不会有这样幼稚的看法了。其 实，即使在今天，许多人对照相还并没有很好了解，譬如说，就很少有人 知道拍好的照片应该怎样看。你一定以为这根本没有什么怎样看的问题： 把照片拿在手上看就是了。但是事实上并不这么简单。照片跟许多日常接 触的东西一样，虽然接触很多，但是我们却不知道正确对待它。大多数的 摄影师和爱好摄影的人——更不用提一般群众——在看照片的时候，完全 不是照应该用的方法看的。照相术知道了已经将近一百年，但是竟还有不 少的人不知道应该怎样看他的照片。　　　　看照片的艺术 照相机在构造上说，等于一只大眼睛：在它的毛玻璃上显出的像的大小，要根据透镜跟被拍物体之间的距离来决定。照相机拍下来的底片上的像，就跟我们用一只眼睛（注意——一只眼睛！）放在镜头的位置上所看 到的相同。因此，假如我们想从照片上得到银原物完全相同的视觉上的印 象，我们就应该：1．只用一只眼睛来看照片，2．把照片放在眼前的适当距离上。 如果我们用两只眼睛看照片，我们一定会看到前面只是一幅平面的图画，而不是有远近不同的图画。这一点是不难理解的。因为这是根据我们视觉的特性所产生出来的现象。我们看一个立体的东西，两眼网膜上所得 到的像是不相同的，右眼看到的跟左眼看到的并不完全一样；正是这个不 完全一样的像，才使我们能够感觉到东西是立体的而不是平面的，在我们 的意识里会把这两个不同的像融合成一个凸起的形象（大家知道，实体镜 就是根据这个道理造成的）。假如在我们面前只是一个平面的东西，譬如 一堵墙壁，那时候情形就完全不同，那时候两只眼睛会看到完全相同的 像，这样我们的意识里就知道它是平面的。现在我们就可以明白，假如我们用两只眼睛来看照片，是犯了什么样 的错误；这样做就等于我们要自己感觉到前面是一幅平面的图画！我们把 应该只给一只眼睛看的照片交给两只眼睛看，就妨碍了自己看到照片上应① 就是摄影师。该看到的东西；因此，照相机这么完善地造出来的像，就给这个大意的行 动完全破坏了。　应该把照片放在多远的地方看？ 第二条规则也同样重要，——应该把照片放在眼前的适当距离上来看，否则，也要破坏正确的形象。这个距离究竟应该多大呢？ 如果要得到一个完全的印象，照片所夹的视角应该跟照相机的镜头望到毛玻璃上的像所夹的视角一样，或者也可以这样说，应该跟照相机的镜 头望到被拍的东西的视角一样。从这里可以找到应该把照片放在多远来看 的答案：这个距离和原物离开镜头的距离的比，应该跟照片上的物像和原 物的长短的比相等。换句话说，我们应该把照片放在眼前大约等于镜头焦 距的距离上。　　假如我们注意到大多数小照相机的镜头焦距多是 12?15 厘米，那我 们就可以知道，我们向来没有把照片放在正确的距离上来看：对于正常的 眼睛，看东西最清楚的距离——明视距离——大约是 25 厘米，这个数目 几乎等于照相机镜头焦距的两倍。至于挂在墙壁上的照片，因为人们都是 从更大的距离上来看的，自然也只给人一种平面的感觉了。只有患近视的人（以及能够在近距离看得清楚的孩子们），他们的明视距离比较短，在用正确的方法（用一只眼睛）看一张普通照片的时候， 才会看到这种效果。他们照习惯把照片拿在眼前 12?15 厘米的地方，因 此他们看到的不是单纯平面的图画，而是象在实体镜里看到的那种立体形 象了。现在我相信读者一定会同意，过去由于自己的无知，没有能够从照片上得到它所能够提供给我们的全部效果，以致时常埋怨照片的呆板平淡。 全部问题在于我们没有能够学会把眼睛放在照片前面的适当距离上，而且 用了两只眼睛去看那种只预备给一只眼睛看的东西。　　　　　　　　　　放大镜的惊人作用 方才我们说过，患近视的人会把照片上的像看成立体的。那么，有正常视力的人要怎么办呢？他们不能把照片放到眼前很近。还好，幸亏放大镜帮助他们解决了这个困难。如果透过一面放大率两倍的放大镜去看照 片，他们就很容易得到方才所说患近视的人所得到的便利，就是可以不必 使两眼过分紧张就能够看出照片的立体形象。这样看到的照片上的像跟我 们通常从远距离用两只眼睛所看到的照片上的像，有极大的不同。这个着 普通照片的方法，几乎可以代替实体镜。　　为什么用一只眼睛透过放大镜看照片，会看到它的立体形象，这在现 在已经明白了。其实这个事实是早已知道的，但是对于这个现象的正确解 释，我们听到的却还不多。《趣味物理学》的一位读者在这个问题上写信 给我说：　　下次再版的时候，请讨论一个问题：为什么透过普通放大镜看照片会 呈现立体形象？我的意见是，所有实体镜的一切复杂解释，都是经不起批　　评的。你用一只眼睛向实体镜望去，不管理论怎么说，看到的还仍旧是立 体形象。　　读者现在当然已经明白，这个事实一点也不会使实体镜的理论有什么 动摇的。　　玩具店发售的“画片镜”也是根据同一原理构造成功的。用一只眼睛 透过这个小巧玩具里的放大镜来看里面的普通风景照片，已经可以得到立 体的印象了。一般还喜欢把照片里比较前面的物体剪出来，放在照片前 面，我们的眼睛对于近地方物体的立体形象是很敏感的，而对于那比较远 的物体的立体形象感觉得比较迟钝，因此整个立体印象也就更加强了。照片的放大 能不能让正常的眼睛不用放大镜就能正确地看到照片上的立体形象呢？这是完全能够的，只要拍照的时候用一只焦距大一点儿的镜箱就行了。根据以前各节所说，只要用焦距 25?30 厘米的镜箱，拍出的照片就 可以拿在普通的明视距离上来看（用一只眼睛），——这时候照片就会显 出适当的立体形象。我们还可以拍这样的照片，使你即使用两只眼睛从远距离来看，也不是平面的形象。我们前面已经说过，如果左右两眼从一个物体上得到两个 相同的形象，就会感到这是一个平面的画面。但是这种两眼看到的差别随 着距离的增加很快地减低下来。实验告诉我们，用焦距 70 匣米的镜箱拍 出来的照片，可以直接用两只眼睛看仍旧看得出立体形象。但是，要照相机全都是长焦距的，也是一件很不便当的事情。因此我们再提出另外一个办法，就是把普通照相机拍得的照片放大。照片经过放 大以后，看照片的正确距离也随着加大了。譬如把焦距 15 厘米的镜箱拍 得的照片放大到 4 倍或 5 倍，那就可以得到所要求的效果了：放大以后的 照片已经可以用两只眼晴从 60－75 厘米的距离上来看了。放大照片上可 能有一些模糊不清的地方，但是并不会有什么不好的作用，因为从远距离 上看，这些地方是并不显明的；而从得到立体形象这方面来说，无疑是成 功了的。　　　　　　　　　　电影院里的好座位 常看电影的人一定注意到一件事情，就是，有些画面上的物体，有非常显著的立体形象：人像仿佛从背景上脱离开来，而且凸出得使人几乎忘记了幕布的存在，仿佛台上有真实的景物和活的演员一般。 这种立体形象，许多人以为是由于影片性质的关系，这是不正确的；正确的原因是由于看的人坐的位置。电影片虽然是用焦距极短的镜箱拍出 的，但是它放映到银幕上却用极大的倍数——大约一百倍——给放大了， 因此可以用两只眼睛在很远的距离上（10 厘米×100=1000 厘米=10 米） 来看。我们在电影里看到最大限度的立体形象，是当我们看向银幕的视角 跟拍制影片时候镜箱“看”向演员的视角相同的时候。那时候在我们面前 的就会是跟原来景物一样的形象。　　那么，怎样求出跟这个视角相合的距离呢？这就应该把座位选择在正 对画面的中央，还要跟银幕保持这样一个距离，这个距离跟银幕上画面阔 度的比，就等于镜头焦距跟影片阔度的比。　　拍制影片用的镜箱，一般要看所拍的对象不同，分别采用焦距 35 毫 米，50 毫米，75 毫米或 100 毫米的。影片的标准阔度是 24 毫米。那么， 举例来说，对于 75 毫米的焦距，得到：　　所求的距离画面阔度焦距影片阔度75 ≈3。24这样，要知道在这情形下的好座位跟银幕的距离，只要把画面的阔度乘 3 就可以。例如映在银幕上的画面阔 6 步，那么最好的座位应该是在银 幕前 18 步的地方。给画报读者一个忠告 画报上时常印有许多照片，这些复制出来的照片，当然跟它们的原来照片有同样的性质，假如用一只眼睛在适当距离上来看，也会更显出立体形象来。但是，由于不同的照片是用不同焦距的镜箱拍出的，因此，究竟 要用什么距离来看的问题，只好用实验来解答。你把一只眼睛闭起来，把 画报拿在手里，手臂伸直，使画报的平面跟你的视线垂直，把你张开的一 只眼睛对正你想看的照片的正中央。然后，把这张照片逐渐向你眼前移 近，你那一只张开的眼睛看着它不要间断，这样你就很容易找到照片最显 出立体形象的距离。许多照片平常看来都模糊不清而且都只是平面的，但是如果采用上面的方法去看，却都显出它的立体形象，而且看得很清楚。用这种方法去看， 照片里的水光和许多别的实体形象就时常可以看到。让我们再来注意一件事情。假如照片在放大以后可以显得更加生动，那么当它缩小以后，就恰好得到相反的效果。缩小的照片自然显得更加清 楚明晰，但是它们都只能够给人平面的感觉，而没有立体形象的感觉。这 从上面所讲的道理，应该是很容易明白的：照片一缩小就跟用焦距更小的 镜箱拍出来的一样，而普通的焦距本来就已经嫌小了。以上所说对于照片的一切，在一定程度上对于画家画出来的图画也都适用：看图画的时候最好也取一个适当的距离。只有在这样的条件下，你 才能够看到画面上有远近不同，而图画也就显得不是平面的，而是立体的 了。看图画的时候，最好也只用一只眼睛，不用两只眼睛，特别当图画不 大的时候。实体镜是什么？ 我们从现在起，要从图画转到实体上来了，首先我们要提出一个问题：为什么我们能够把物体看成立体的，而不是平面的呢？在我们眼睛的网膜上所得到的像都是平面的呀！究竟什么缘故使得我们感到物体并不是 平面的图画，而是占三度空间的立体呢？　　这里有好几个原因。第一，物体表面各种不同的明暗程度使我们有判 定它的形状的可能。第二，我们的眼睛要看清楚的物体上远近不同的各部　　分，眼睛所感受到的张力是不同的：平面图画的各部分跟眼睛的距离是一 样的，而立体的各部分的距离却各不相同，要看清楚它们，眼睛就应该做 不同的“对光”。但是这儿给我们最大帮助的，还是两只眼睛所收到的同 一物体的形象各不相同。这一点很容易证明，只要你先后只用左眼或者只 用右眼去看附近的同一个物体就知道了。左右两眼所看到的物体一定并不 完全相同；两只眼睛得到不同的形象，就正是这个差异给我们提供了立体 的感觉。　　现在，设想有两张图画，画的是同一物体，左边一张画出左眼所看到 的，右边一张画出右眼所看到的。假如你看这两张图画的时候左眼只看到 左边的一张，右眼只看右边的一张，那么你所看到的已经不是两幅平面图 画，变成一个凸起的、立体的物体了——甚至比你用一只眼睛看实体所看 到的更显出立体的形象。要用这样的方法来看两张图画，是靠一种特制的 仪器帮助的，这仪器就是实体镜。要使两个像能够融合在一起，在旧式实 体镜里是用反射镜的，在新式实体镜里是用凸面三棱镜的。这种三棱镜能 够把光线屈拆，使得看的人在意识里把光线延长以后，两个像（由于棱镜 凸面的作用，像略有放大）会互相重叠。这样看来，实体镜的原理实在是 非常简单的，而更奇怪的是这个作用竟可以由这么简单的方法来完成。 大多数读者大概都看见过各种风景之类的实体照片。也许还有一些人 用实体镜看过研究地理用的立体模型图。下面我们不打算去谈这种大家多 少已经知道的实体镜的应用，只想谈一点许多读者大概还不知道的东西。　　　　　　　　　　我们的天然实体镜 在看实体图的时候，我们也可以不用什么仪器，只要我们“把自己的两只眼睛做一番训练，使得能够适当地向实体图望去就可以。这样做法所得到的成绩，和通过实体镜所看到的情形一样，唯一的差别，只是这样看 法所看到的形象，没有经过放大罢了。实体镜发明以前，大家就正是使用 这种天然的方法的。下面我预备了一系列的实体图，依照从简单到复杂的次序排列，希望大家不用实体镜，练习用自己的两只眼睛直接去看。在几次练习之后，就 会得到成功的①。请从图 115 的那两个黑点开始练习。把那张图放近你的眼前，凝视两个黑点中间的空隙，这样一直继续几秒钟光景，不要把眼光转移；看的时 候仿佛要想看清楚图背后更远的物体的样子。这样，不久之后，你就会看 见两个黑点变成了四个黑点，——仿佛黑点已经一个分成两个了。接着靠 外边的两个黑点渐渐移远了，中间的两个却渐渐接近，最后融合到一起， 变成了一点。请你用同样的方法来看图 116 和 117。在图 117 上左右两部分融合到 一起以后，你会看到眼前仿佛是一根伸得很远的长管子的内部。学会了这个以后，你就可以练习看图 118 了——这儿你应该看到几个① 应该顺便提出并不是每一个人都能够看得到立体的图形的（即使是通过实体镜），有些人（例如斜眼的人或习惯用一只眼睛看东西的人）就完全不可能做到这一点；另外一些人，要经过相当长时间的练习才能 达到目的；但是也有一些人，主要是年轻人，却能够很快地——一刻钟里面——就能够把这本领学到。悬空的几何形体。图 119 应该是一座石头建筑的长廊或者隧道，图 120 会使你看到一只透明的玻璃鱼缸。最后，图 121 会给你看到海洋的景致。 学会这种直接看两张并列的实体图的方法，比较并不困难。我的许多熟人都在极短时间里面经过不多几次的练习以后，就学会了这个能力。戴 眼镜的患近视或远视的人，可以不用把眼镜脱下，就用看随便什么图画的 样子来看。把这些图画拿在眼前前后移动，一直找到合适的距离为止。在 不管什么情形，做这种实验的时候，一定要光线充足——这会帮助你得到 成功。　　你学会了不用实体镜来看上面这些图画之后，就可以用这个本领去看 随便什么实体照片，不必用实体镜来帮助了。本书后面图 122 和 125 的实 体照片，你也就可以用眼睛直接看去。　　这儿有一点要注意，就是不要对这个练习过分热心，免得两眼过度疲 劳。　　假如你没有办法把两只眼睛训练出这个能力，而手头又没法找到一个 实体镜，那么你可以找远视眼镜的镜片来帮忙。用一张硬纸板剪出两个圆 孔，把这两块镜片粘在圆孔里，使你只能够通过这两块玻璃去看，再在两 张并列的图画之间放一块纸片做隔板。这样简单的实体镜就能够很好地完 成任务。用一只眼睛和两只眼睛　　图 122 是几张照片。上排左中两图上各有三个药房用的小玻璃瓶，这 几个瓶仿佛是一样大小的。无论你怎样仔细去看这几张照片，你也不会发 现各瓶的大小有什么差异。但是实际上这几个瓶的大小是有差异的，而且 还差得很多。这些瓶所以使我们认为同样大小，是因为它们的位置跟我们 眼晴或者照相机之间的距离并不相等的缘故：大瓶比小瓶离得远些。那 么，图上的三个瓶，究竟哪一个离得远，哪一个离得近呢？这是不可能用 看法来判定的。但是这个题目也很容易解答，只要我们请实体镜或者方才学到的看实体图的方法来帮助就可以。那时候你会清楚地看到，三个瓶最右边的那个 要比中间那个远得多，而中间那个又比左边远。这三个瓶实际大小的比 较，就象右图所示。图 122 下面一排的照片更加奇怪。那照片上有两个花瓶、两枝蜡烛和一架钟，看起来两个花瓶一样大小，两枝蜡烛也一样大小。但是事实上它 们的大小差得很多；左边的花瓶几乎有右边的两倍大，而左边的蜡烛却比 钟和右边的蜡烛低。这也只要用上面说的看实体图的方法来看，就可以发 现原因：原来这些东西并不是排成整齐的一列，而是摆在远近不同的位置 上的——大的东西摆得比较远，小的东西摆得比较近。　　这样看来，用“两只眼睛”看实体画的方法要比用“一只眼睛”好这 一点，在这里可以充分证明了。　　　　　　　　　揭露假票据的简单方法 假定我们有两张完全一样的图画，譬如有两个完全一样的黑方块。我　　　　　　　　们用实体镜去看，就会看到只有一个方块，这个方块的形状跟原来两个方 块中的每一个都没有一点不同。现在，假定每个方块的正中央都有一个白 点，那么用实体镜去看，自然也看到这个白点。但是，只要在随便哪一个 方块上这个白点略略移动，使它离开正中央的位置，那么就会得到意想不 到的效果：你通过实体镜去看，仍旧可以看到一个白点，但它已经不是在 方块的同一个平面上，而是在这个平面的前面或后面了！只要两张图画上 有少许不同，通过实体镜去看就会产生立体的感觉。　　这给我们提供了一个辨别假支票和假造文件的简单方法：只要把需要 辨别的假票和真票并排放在一起，装在实体镜里，就可以把假票辨别出 来，无论这假票造得多么精细，随便哪一个字母，一条线纹上的最小差异， 就会立刻给你的眼睛一个特别的感觉，因为在实体镜里看来，这个字母或 线纹会孤立在别部分前面或背后了①。巨人的视力 当物体离我们非常远的时候——超过 450 米的时候，两眼之间的距离就已经不能够引起视觉上感象的差别了。很远的建筑物、山林、风景等等，因此只给我们一种平面的感觉。根据同一个原因，天上的星也仿佛都离我 们一样远，虽然实际上月球要比行星离开我们近得多，而行星又比那些不 动的恒星近得不可计量。总而言之，对于距离我们在 450 米以上的物体，我们就完全没法直接看出它的立体形象。它们在我们左右两眼里看起来完全一样，因为两只眼 球之间有限的那 6 匣米距离，跟 450 米比较起来，实在太小了。因此，在 这种条件下面拍得的两张实体照片，就会完全一样，也就不可能通过实体 镜看到它的立体形状。但是这件事情也有办法解决，只要在拍照的时候，从比两眼距离大的两个地点拍摄就可以了。这样拍出的照片，用实体镜望去时候所看到的形 象，就跟两眼距离增加了许多倍时候所看到的一样。实体的风景照片正就 是这样拍来的。人们一般都用放大棱镜（有凸面的那种）来看它们，因此 这种实体照片时常会显出原来物体的大小，得到的效果是非常惊人的。 读者大概也已经想到，我们很可以造出一种双筒望远镜，用来直接看 出这些风景的立体形象，不必再经过照片。这种仪器——实体望远镜—— 的确是有的：它的两个镜筒之间的距离要比平常两眼的距离大，两个像是 由反射棱镜投射到我们的眼睛里来的。当你向这种仪器望去的时候，真难 描写出你所受到的感觉——这感觉竟是不寻常到这样的程度！大自然的整 个面目都变了。远山变成凹凸不平的了，树木、山岩、房屋、海上的船只——一切都变得凸起来了，已经不是像平面的布景似的，而是在无穷广阔 的空间里面了。你会直接看到很远的海轮怎样在动，而这当你用普通双筒 望远镜去看的时候是看不出的，就好象它是静止的。象这样的地面上的风 景，过去是只有神话里的巨人才能够看到的。① 这个方法最早是在十九世纪中叶提出的，但是对于近代纸币却不完全适用。因为近代纸币的印刷技术使印出的东西不可能在实体镜里得到平面的形象，即使两张钞票都是真的也是这样。但是这个方法却可以用 来辨别两张同样的书页是同一版印刷的，还是一张已经重排以后印刷的。　　假如这个实体望远镜有 10 倍的放大率，而两个物镜间的距离等于平 常人两眼瞳孔距离的 6 倍（就是等于 6.5×6=39 厘米），那用它所看到的 像就会比用肉眼看到的凸出 6×10=60 倍。这一点可以从下列一个事实说 明，就是离开 25 公里远的物体，用这种望远镜望去，仍旧能够看得出显 著的凹凸。　　这种望远镜对于大地测量工作者、海员、炮兵和旅行家都是很重要的 仪器，特别是那种附有测量距离的刻度的实体测距镜更有用。　　棱镜造成的双筒望远镜也有这种功用，因为它的两个物镜间距离比两 眼距离大。而观剧镜却相反，它的两个物镜间距离比较小，削弱了立体的 感觉，可以使布景不会显出它是假的。实体镜里的星空 但是，假如我们把实体望远镜向月球或者别的天体望去，我们就看不出一些立体形象。这一点应该是预料得到的，因为天体距离对于实体镜来说实在太大了。你不妨想想看，实体镜两个物镜之间只有 30－35 厘米的 距离，跟地球和某一个行星之间的距离比较，还能够算得什么呢？即使我 们能够造出一个巨大的实体镜，使两个物镜之间有几十或几百公里，使用 它来观察千万公里以外的行星，也是不可能得到什么实体的效果的。这儿我们又要靠实体照片帮助了。假定我们昨天用照相机拍出了某一个行星的照片，接着在今天又拍了一次；这两次虽然都是从地球上相同地 点拍的，但是拿整个太阳系来说，我们是在太阳系里两个不同的地点拍摄 的，因为我们的地球在一昼夜里已经沿着它的轨道走出了成百万公里的路 了。因此这样拍出的两张照片是不会完全相同的。假如把这样拍出的两张 照片放在实体镜里，那么你看到的就会不是平面的形象，而是立体的了。 因此，我们就可以利用地球的公转，得到从两个相距极远的地点拍摄 出来的照片；这样拍出的照片就是实体照片了。你不妨设想一个巨人，他 的两眼之间的距离要用百万公里做单位来量，这样你就可以了解，天文学家靠了天体的实体照片的帮助，得到多么不平常的效果了。　　把拍成的月球立体照片拿来仔细观看，我们可以看到，形象显著地圆 凸起来了，仿佛一位巨人雕刻家用他神奇的刻刀把这平面的、没有生气的 大石块给雕刻得生气勃勃的一般。它面上的凹凸是这么清晰，甚至我们能 够利用这些照片量出月球上山的高度来。　　实体镜在现在也用来发现新的行星，——那些在火星和木星轨道之间 绕转的许多小行星。不久之前，发现这种小行星还只是碰运气的事情。但 是现在只要用实体镜把不同时间拍得的某一部分天空的两张照片比较一 下就够了。假如在所拍摄的那部分天空有这种小行星，实体镜就会把它显 示出来，因为它是要从总的背景里突出来的。　　用实体镜不但可以察觉两个点在位置上的不同，而且也可以察觉两个 点在亮度上的不同。这使得天文学家有可能去找寻所谓“变星”，就是周 期地变换亮度的星。假如某个星的亮度在两张照片上显示得不一样，那 么，实体镜就会把这变化亮度的星报告给天文学家知道。　　最后，人们还拍出星云（仙女座星云和猎户座星云）的实体照片；要 拍出这种照片，太阳系已经嫌不够大了，因此天文学家就利用了我们这个　　太阳系在众星中间的位置变动：由于太阳系在太空中的这个移动，我们经 常是从新的地点去看星空的，而且在经过相当长的一段时间之后，我们所 看到的星空的差别会达到连照相机也可以感受到的程度。于是我们先拍一 张照片，以后隔一段很长时间再拍一张，这样拍出的两张照片就可以放在 实体镜里去观察了。三只眼睛的视力 用三只眼睛看东西？难道你有三只眼睛吗？请往下面读下去吧，我们这里正是要谈三只眼睛看东西。科学虽然不能给人再生一只眼睛，但是它能够使人看到仿佛有三只眼晴才能看到的东 西。　　让我们从头说起。一个只有一只眼睛能够看东西的人，仍旧能够看实 体照片，并且从实体照片得到他原来不可能直接得到的立体感觉。这方法 就是把预备给左右两眼看的照片很快交替地在银幕上放映出来就可以 了：两只眼睛的人同时看到的东西，独眼的人可以在它们很快的交替中间 先后看到。这样所得的结果完全相同，因为很快交替看到在视觉上所引起 的感觉，会跟同时看到的一样融合成一体的①。但是假如这样的话，那么有两只眼睛的人就可以用一只眼睛看两幅很快交替着的照片，同时另一只眼睛去看从第三个地点拍摄的第三张照片。 换句话说，可以从一个物体，在三个不同的地点拍出三张照片，就仿 佛从三只眼睛看到三个不同的形象。然后把这三张照片里的两张很快交替 地出现在看的人的一只眼晴前面：在很快交替的作用下，两张照片给这只 眼睛提供了立体的感觉。另外一只眼睛在这个时候去看第三张照片，得到 的第三个感觉就会跟方才那个立体感觉连结到一起。在这种情形下，我们虽然只用两只眼睛看，但是得到的印象却跟用三只眼睛去看完全一样。这时候立体的感觉达到了很高的程度。光辉是什　　图 125 也是复制出来的实体照片，表示两个多面体：一张是白底黑 线，一张是黑底白线。假如把这两张图放到实体镜里，你会看到些什么呢？ 这真使人意想不到。让我们听听赫尔姆霍茨的叙述吧：如果一个平面在一张实体图上用白色表示，在另外一张实体图上用黑 色表示，这两张图的像融合的结果就会得到有光辉的感觉，甚至在两张图 所用的纸都是非常不光滑的时候也是这样。用这种方法制出的结晶体模型 的实体图，会使人产生一种印象，仿佛结晶体的模型是由光辉的石墨做成 一般。利用这种方法，水和树叶等等的光辉在实体镜里会显现得更好看。① 有时候我们在电影上可以看到非常显著的凸起的画面，这原因除了前面所说的各项以外，可能也有一部分是由于这里所说的效果，就是说，假如电影照相机在拍摄电影的时侯均匀地轻微震动着（它是经常这样 在震动的，因为受到卷动底片机构的影响），那么各张照片会不完全相同；而当它们在银幕上很快变换的 时候，在我们的感觉上就会融合成立体的形象了。在生理学家谢切诺夫著的《感觉器官的生理学·视觉》（1867 年）里，可以找到这个现象的非常中肯的解释：　　把明暗程度不同或着色深浅的表面，用实体观察的方法融合到一起的 实验，可以使我们看到物体发出光辉的实在条件。粗糙的表面跟光辉（打 磨光滑）的表面实际上有什么区别呢？粗糙表面把光漫射到各个方面，因 此，无论眼睛从什么方向向它望去，它都使眼睛感到同一的明暗；光滑的 表面呢，却只能够把光向一定的方向反射出去。因此甚至可能发生这种情 形：人的一只眼睛向这表面看去可以得到许多反射来的光线，但是另外一 只眼睛却几乎一点光线也得不到（这些条件正好跟黑白两个表面的实体图 融合起来一样）。观察的人两眼分配到不同的反射光线，就是一只眼睛得 到的光线比另外一只多，这在观看发出光辉的、打磨光滑的表面的时候是 不可避免的。　　这样看来，读者可以看到，实体观察法看到的光辉，实在就说明了在 两个图形的实体融合上，经验起着首要的作用。只有在视觉器官依靠经 验，能够把两眼视野的差异跟某一个实际看到的熟悉情形连系起来的时 候，两眼视野的冲突才会变成实体的感觉。　　我们的结论是这样：人们所以能够看见光辉，原因（至少是原因的一 个）是左右两眼得到的像的光度不同。这个原因，假如没有实体镜的话， 就恐怕很难发现了。　　　　　　　　　在很快动作时候的视觉 前面我们已经说过，同一个物体的不同形象很快交替地映入眼帘，就会产生立体的感觉。　　于是发生了一个问题：这种立体感觉的产生，是不是只限于不动的眼 睛接受到交替着的形象的时候，还是在反过来的情形也可以产生同样的效 果，就是形象不动，看这形象的眼睛却很快地移动？这一点，大家一定猜到，就是在这情形下一样可以得到立体的效果。大概许多读者一定曾经发现到，从行驶的火车里拍摄的电影画面会给人一 种不寻常的立体感觉，不比实体镜里看到的差。当我们乘火车或汽车很快 行驶的时候，如果适当注意我们看到的视觉上的印象，也能够直接证明这 一点：这样观察的风景，会使你有立体的、远近分明的感觉。我们知道一 只不动的眼睛看的时候只能够分辨 450 米以内物体的远近，现在在车上看 的时候，这个距离的限度会显著增加，可以比 450 米远很多。　　我们从行驶很快的车窗口望出去，看到外面的风景觉得很生动，这个 原因不正就是在这一点上吗？从车窗口望出去，远的地方仿佛正在后退， 我们从那四围伸展得很远的地平线能够清楚地看得出大自然的宏伟。当我 们乘着行驶很快的汽车驶过树林的时候，也由于同一个理由，我们觉得每 一株树、每一根树枝、每一片树叶都显得很突出，分得清清楚楚的，而不 是混在一起，象一个固定不动的观察的人所看到的那样。当我们的汽车在山地上沿着公路很快行驶的时候，我们的眼睛也能够直接看出整个地面的起伏，山和谷也显得格外高低分明。 这一切，独眼的人也都可以看到，这在他们简直是完全新鲜的，是从来没有见过的。我们已经指出，要得到立体的视觉，完全不象一般人所想 象那样一定要用两只眼睛来看，这种立体视觉也可以用一只眼睛得到，只 要有不同的画面用足够的速度交替着就行①。　　要证明方才所说的很容易，只要你坐在火车或汽车里看外面的时候多 注意一点就行了。这时候你可能发现另外一个现象，这个现象人们早在一 百年前就已经知道（但是，已经忘了的东西也不妨算是新的！）：在车窗 近旁很快闪过的物体仿佛缩小了一般。这个事实跟实体观察法很少有关 系，这只是因为我们看见这么快闪过的物体，就错误地认为它离我们很近 罢了；因为我们知道物体放得近的，我们看起来多大，它实际大小也不过 这些，物体放得远的，我们看起来不大，实际上要比看到的大，因此我们 平常判断一个物体大小，常常不自觉地把这一点估计进去了。这个解析是 赫尔姆霍茨提出来的。　　　　　　　　　　　通过颜色眼镜 假如你通过红色玻璃去看写在白底上的红字，你会只看到一片红色，别的什么也看不见，什么字迹都不可能看见，因为红颜色的字迹和同样红色的底子融在一起了。但是如果经过红玻璃去看写在白底上的灰色字迹， 你就会看到红色底子上的黑色字迹。为什么是黑色字迹，这一点很容易明 了：红色玻璃不让灰色光线通过（正因为它只让红色光线通过，因此它才 是红色的）；因此在灰色字迹的地方，你应该看到那里没有光，也就是说， 看到了黑色的线纹。所谓“凸雕”的作用，就是根据颜色玻璃的这个性质的（凸雕画是用特别方法印制出来的，有跟实体照片相同的效果）。在凸雕画上，左右两 眼所看到的两个形象是重叠地印在一起的，两个形象的颜色不同：一个灰 色，一个红色。要从这两个颜色形象看到一个黑色立体形象，只要戴上颜色眼镜去看就可以了。右眼通过眼镜的红玻璃，只看到灰色的形象，就是只看到右眼 应该看到的那个形象（当然右眼所看到的是黑色而不是灰色的）；左眼呢， 通过灰色的玻璃也只看到这只眼睛应该看到的红色的形象。每只眼睛只能 看到一种形象——它应该看到的形象。这样一来，我们又有了跟实体镜相 同的条件，因此结果也应该相同，得到立体的印象了。“影子的奇迹” 电影院里时常可以看到的“影子的奇迹”，也是根据方才所说的原理来的。所谓“影子的奇迹”，就是在走动的人映在银幕上的影子会给观众（戴 有双色眼镜的观众）提供立体形象，仿佛从银幕前面凸出了一般。这也是① 从转弯中的火车拍电影，假如所拍的物体是在转弯曲线的半径方向上，拍出的影片就会有极显著的立体形象。这一件事实也可以用同样的理由来解释。这种所谓“铁路效果”，电影摄影师都知道得很清楚。利用两种颜色所起的实体的效果。如果我们要把某一个物体的影子凸出在 银幕上，就把这个物体放在银幕和两个并列光源——红绿两色——中间。 于是银幕上就得到两个颜色的影子——一个红色，一个绿色，有一部分互 相重叠。观众呢，是透过两片颜色玻璃（红绿两色）的眼镜向这两个影子 望去，而不是直接用眼睛去看的。　　我们方才讲过，在这种情形下，就会看到形象仿佛从银幕平面上向前 凸了出来一般。这种“影子的奇迹”非常好看，有时候就好象一件东西丢 出来，正向观众飞过来似的；或是，一只巨大的蜘蛛正在空中向观众走来， 使得观众不由惊呼起来，掉转头去。　　这儿整个“机关”是非常简单的，看图 126 就可以明白了。图上左侧 表示红绿两灯，P，Q 是放在灯和银幕中间的物体；旁边注有“红”、“绿”字样的 p 和 q 表示这两个物体射在幕上的颜色的影子，P1 和 Q1 表示看的人通过红绿两玻璃片能够看见这两个物体的位置。当幕后做道具用的“蜘 蛛”从 Q 移到 P 点的时候，看的人就会觉到它仿佛从 Q1 爬到 P1 一样。　　一般说来，那物体在幕后向光源接近，使得幕上的影子放大，就会使 有的人产生一个错觉，仿佛这物体从银幕向看的人走来。看的人感到仿佛 从银幕向他飞去的物体，实际上恰好是依相反方向——从银幕向光源—— 在移动的。颜色的意外变化 有一个“趣味科学宫”里面，有一套实验极受观众欢迎；把这套实验在这里提出来，应该是很合适的。一个大房间的角落里，有跟大客厅里一般的陈设。在那里你可以看见罩有暗橙色布套的木器，覆着绿色台布的桌 子；桌上是盛着红色果子汁和花朵的玻璃瓶；书架上排满了书，书脊上有 各种颜色的字。起初，这一切都是在白色灯光下的，接着，旋动了开关， 白色灯光换成红色。这使得客厅里起了意想不到的变化：木器变成玫瑰色 的了；绿色的台布变成了暗紫色；瓶里的果子汁变成跟清水一般没有颜色 了；花朵也全变了颜色，变成了另外一种花了；书脊上的字呢，连痕迹也 不留地消失了??继续把开关旋动，室里就充满了绿色的灯光，整个客厅的陈设于是又变得使你认不得了。 这些有趣的变化可以很好说明物体色彩的理论。这理论基本的一点就是，物体表面的颜色总不是它所吸收的光线的那种颜色，而是它所反射的 光线的颜色，也就是投向看的人的眼里的那个光线的颜色。这情形可以归 纳成这样：　　“当我们用白色光线照射物体的时候，红色是因为绿色光线被吸收而 形成的，绿色是因为红色光线被吸收而形成的，在这两种情形，其余的颜 色是都显了出来的。可见，物体是用不寻常的方法得到它的颜色的：有颜 色不是加上什么的结果，而是减去什么的结果。”　　因此，方才那块绿台布在白色灯光下所以显出绿色，就是因为它能够 反射绿色的以及在光谱上跟绿色相近的光线；至于其余的光线，绿色台布 只能反射微小的一部分，大部分却给吸收了。假如把红紫两色的混合光线 射到这块台布上，这块台布反射的就几乎只是紫色的光线，而把大部分红　　色光线吸收，因此眼睛就得到暗紫色的感觉。 那个客厅里的一切颜色变化，原因大概就是这样。值得怀疑的只有一件事情：为什么那瓶红色的果子汁会在红色灯光下面变成仿佛没有了颜 色？这问题的答案，是因为这个瓶下面垫着一块白色的布，这块布铺在绿 色的台布上。假如把这瓶从白布上拿下来，那么就会发现，在红色光线下 面，瓶里的液体不是没有颜色，而是红色的了。这液体只在跟白布放在一 起的时候才会显得没有颜色，原因是白布在红色灯光下面变成了红颜色， 但我们由于习惯并且由于跟深颜色台布的对比，继续把它认做白色的，而 瓶里液体的颜色跟我们认做白色的台布的颜色一样，因此我们会不自觉地 把瓶里饮料也看成白色；于是它在我们眼里就已经不是什么红色果子汁， 而成了没有颜色的水了。　　上面这个实验，也可以简化一下：只要找些不同颜色的玻璃片，透过 它们去看四周的东西，就可以得到相仿的效果。　　　　　　　　　　　　书的高度 试请你的朋友用手指在墙壁上指出，他手里拿着的一本书，假如齐墙根竖立在地板上的话应该有多高。等他指出之后，你把那本书放到墙根上去比一下：书的实际高度竟几乎只有你那朋友所指的一半。 假如你不让你的朋友弯下腰去在墙上指出高度，只叫他口头说明这本书应该高到墙上的什么地方，那么这个实验就会得到更好的效果。自然，这实验不只限于拿书来做，也可以用灯泡、呢帽或别的我们平常总是用眼 睛平看的东西。这儿发生错觉的原因，是在于我们顺着某一个物体的长度方向望过去，这个长度会显得短一些。　　　　　　　　钟楼上时钟的大小 方才你的朋友在判断书的高度时候所造成的错误，我们在确定很高地方的物体大小的时候也经常会发生。譬如，在我们确定钟楼上时钟大 小的时候，得到的错误会特别显著。我们大家自然都知道这种钟是非常大 的，但是我们所想象的它的大小，总要比它实际的小。图 127 是伦敦韦斯 敏斯德寺院顶上的时钟钟面卸下到马路上的情形。人跟这只钟相比，简直 小得象甲虫一样了。还有，你看到图上那座钟楼，再看马路上的时钟，你 一定不肯相信那钟楼上的圆孔会装得进这只时钟的。白的和黑的　　请从远处向图 128 望去，告诉我下面的黑点跟上面随便哪一个黑点之 间的空隙里，能够容纳得下几个一样大小的黑点——四个呢还是五个？我 想你一定会很快回答，放四个太宽，放五个怕又放不下。　　但是，假如我现在告诉你，说那个空隙里一共只能够容纳三个黑点， 不能够再多放了，你一定不会相信。那么就请你拿一条纸条或者两脚规去 量一下，证明我的话并没有错。　　　　这里黑色的一段距离在我们的眼睛里看去觉得比同样长短的白色的 一段距离短，这个错觉叫做“光渗现象”。这个现象是由于我们眼睛不够 完善所产生的，因为我们的眼睛如果当做一种光学仪器来说，还不能够百 分之百地适应光学的严格要求。眼睛里折射光线的介质在眼球网膜上造成 的像的轮廓，比不上在校准得很好的照相机的毛玻璃上所得到的那么清 楚：由于所谓“球面像差”作用的结果，在每个光亮的轮廓外面有一圈光 亮的镶边围绕着，这镶边就会把这轮廓在眼球网膜上放大，结果使得光亮 的部分看起来仿佛比跟它相等的黑色部分大了。　　大诗人歌德，是一个自然现象的精细的观察者（虽然不一定是一个足 够深入的理论物理学家），在他的“论颜色的科学”里，写过下面的一段 话：　　深颜色的东西看起来要比同样大小的鲜明颜色的东西小。假如把画在 黑色背景上的白圆点跟画在白色背景上的同样大小的黑圆点同时放在一起看，会觉得黑圆点要比白圆点小 1 。假如把黑圆点适当地放　　　　　　　　　　5大，那么两种圆点看起来就仿佛相等了。一弯新月看起来仿佛是比月面的 阴暗部分（有时候它是可以看得出的）有更大直径的圆的一部分。穿深色 衣服的人，要比他穿鲜明颜色衣服的时候显得瘦些。从门框后面看一只 灯，可以看到正对那灯的门框旁边仿佛缺了一些。放在烛光前面的一支 尺，在正对烛光的地方显出有一个凹痕。日出和日落的时候，地平线上都 仿佛有一个凹陷似的。　　歌德的这些观察，大体上都是正确的，只有一点，就是白圆点并不一 定比黑圆点大几分之几。这个差数是随着我们看这两个圆点的距离的增加 而提高的。下面我们就可以明白为什么是这样了。试把图 128 移得远些，那么你所得到的错觉也就更加厉害，更加惊人。这个解释是那镶边的阔度总是不变的；因此，假 如它在近距离的时候把光亮部分加阔了 10％，那么在远距离的地方当形 象的本身减小了的时候，这加阔的就不只是 10％，而会是加阔了 30％或50％了。　　我们眼睛的这个特点，一般还解释了图 129 的那个奇怪的性质。这个 图当你近看的时候，看见的是黑色背景上的许多白圆点。但是如果你把书 移到比较远的地方，从 2－3 步远的地方，或者，假如你的目力好的话， 就从 6－8 步远的地方向它望去，这图就完全变了一个样子：你看到的已 经不是白圆点，而是象蜂房一样的白色的六角形了。　　有人把这个错觉用光渗现象来解释；但当我发现，虽然光渗现象不会 把黑圆点放大，只会缩小，可是白底上的黑圆点从远地方看仍旧会象六角 形，这个说法就不能使我满意了。我们应该说，关于视觉上的错觉，现在 所有的解释都不能够认为十分完备的，许多错觉甚至到现在还没有找到它 的解释。哪一个字母更黑些？　　图 131①使我们认识了人的眼睛的另外一个不够完善的地方，认识了 所谓“像散现象”。　　假如你用一只眼睛向图 131 望去，你会感到这四个字母仿佛并不是一 样黑的。就请你认出哪一个字母最黑，然后从图的侧面再向这四个字母望 去。这样就会发生一个意外的变化：方才那最黑的字母已经变成灰色的 了，而现在最黑的字母，已经是另外一个了。　　实际上这四个字母黑的程度都是一样的，只是涂着不同方向的阴影线 罢了。假如眼睛的构造跟最好的玻璃透镜完全相同，那么阴影线的方向就 不会影响到字母的黑色程度。可是我们的眼睛对于各种方向上的光线并不 完全一样地折射的，因此我们就不可能同时清楚地看到垂直、水平以及斜 向的线条。　　完全没有这个缺点的人是很少有的，有些人的眼睛，像散作用达到了 严重的程度，以致显著地妨碍了他的视觉，降低了视觉敏锐的程度。这种 人要能够清楚地看到东西，就得戴特制的眼镜。　　人的眼睛还有别种缺点，可是制造光学仪器的技师却会把这种缺点克 服。赫尔姆霍茨对于这些缺点曾经这样表示：“假如有一个光学仪器制造 家想把有这些缺点的仪器卖给我，我认为我有权利用最不客气的方式指出 他的工作的不经心，把他的仪器还给他，并向他提出抗议。”但是，除了这些由于人体构造上缺点所引起的错觉之外，我们的眼睛还会接受一系列的欺骗，这些欺骗是有完全另外一套原因的。　　　　　　　　　　　　活的像片 我想大家一定看见过两眼向我们望着的像片，像片上的人不但一直向我们看着，而且还用他的两眼监视着我们的行动：我们走到东，它就望到 东，我们走到西，它就望到西。这种像片的奇异特性还在很久以前就给人 们注意到了；许多人对它都感到谜似的难解，而神经质的人时常会被它吓 得惊惶失措。这种情形，在果戈里写的《像片》一文里，有很好的描写：　　那两只眼睛盯住了他，就好象除他之外，不愿意再看别人一般??像 片不顾四周所有的一切，一直向他盯着，仿佛要盯进他的身体里去似 的??关于像片上的眼睛的这种特性，有过不少迷信的传说（就在那篇《像 片》里也有提到），但是实际上这个谜底却很简单，揭开来，也不过是视 觉的一种错觉罢了。整个的解释只有一句话，就是因为这种像片上的两只 瞳子都画在眼睛的正中央。一个向我们望着的人，他的两眼就正是这个样 子的；但是当这个人向我们旁边看去的时候，他的瞳子和整个眼球的彩 帘，我们看去就已经不在眼睛的中央，而是略向一边移转了。我们离开像 片向一边走去，像片的两个瞳子并不改变它们的位置，就是仍旧留在眼睛① 在地心的两个地点中间不见得会全是空气，很可能中间隔着岩石，而声音在岩石里的传播速度并不是每秒钟三分之一公里，这一点小说的作者大概也是疏忽了。的正中央，而且我们看到的整个面孔也仍旧在原来的位置上，于是我们会 很自然地感到像片仿佛向我们这边掉转了头来监视着我们了。　　同样的方法，可以用来解释某些图画上相似的特点：一匹马在图画上 一直向我们奔来，不管我们避开到什么地方；一个人永远向我们指着，他 的向前伸出的手永远一直指向我们，等等。　　图 132 就是这种情形的一个例子。这样制出的大幅图画常常用来做宣 传鼓动工作或者用来做广告。　　假如我们把这一类错觉的原因好好想一下的话，那么就会明白，这里 面不但没有什么值得惊奇的地方，而且恰恰相反，假如图画没有了这种特 性，倒是值得惊奇的了。插在纸上的针和视觉上的别种错觉　　图 133 画着一组大头针，初看并不觉得有什么特别的地方。现在请你 把书放平，提高到跟眼睛相齐，闭上一只眼睛，用一只眼睛从针尖那一边 望过去，使你的视线恰好沿着每一根大头针滑过《要把眼睛放在这些直线 的延长线相交的一点）。这样，你就会觉得这些大头针不是画在纸上而是 直插在纸上。把头略向一旁移动，你就会看见，仿佛这些大头针也都向这 方向倾斜过去一般。这个错觉可以用透视定律解释：图上的直线恰好跟你用上面所说方法看去的时候许多竖立着的大头针的投影一样。 我们时常要听从错觉的支配，但是这一点不能够完全认为是视觉上的缺憾。它也有非常有利的方面，一般人就时常忘记了这一点。问题在于，假如我们的眼睛不受任何错觉的作用，那么就不可能有绘画，我们也要失 去欣赏一切美术的机会了。美术家正是广泛地利用了人类视觉上这个缺点 的。十八世纪的学者欧拉在他的有名的《有关各种物理资料书信集》里写道：　　整个绘画艺术是建筑在这个欺骗上的。假如我们习惯按真实的情况去 判断物体，那么，美术就没有地位，跟我们瞎了眼睛一般。那时侯美术家 会枉费了放在调色上的全部心机；我们会对他的作品这样说：这儿是一块 红斑，这儿是灰色的，那儿呢，一片黑的和一些白线；这一切都在同一个 平面上，看不到什么距离上的差别，而且也一点不象什么东西。无论这幅 作品上画着些什么，对我们说来，就会象纸上写的信一样??在这种情 形，我们失去了愉快的有益的美术每天给我们带来的乐趣，不是会觉得可 惜吗？　　光学上的“欺骗”非常之多，我们可以把视觉的错觉的各种例子收集 成整本册子，这里面有许多大家都已经很熟悉，也有一些知道的还比较 少。下面让我再举几个大家不大熟悉的有趣的例子。图 134 和 135 是画在格子背景上的图，这两张图的效果都很好：你的眼睛一定不肯同意说图 134，上的字母①是竖直的，而你更难同意的是，图 135 上画的图竟不是一个螺旋形！你只好用直接的实验来断定：把铅笔 尖放到你认为是螺旋的线纹上，沿着那曲线画过去，就会知道你自己的判 断错了。同样，你可以利用两脚规来证明图 136 上 AC 线并不比 AB 线短。 至于图 137，138，139，140 的详细情形，可以看各图的说明。　　图 139 所生的错觉，竟严重到这样的情形：这本书最初某一版排印的 时候，发生过一件趣事，当出版者从制锌版的人手里拿到了这图的锌版， 竟认为那锌版还没有做完，准备送回制版的人，叫他把白线交叉地方的灰 色斑点去掉，我凑巧走进去，才给他解释明白了。　　　　　　　　　近视眼怎样看见东西？ 患近视的人没有眼镜的话，是看不清楚比较远的东西的；但是他们在不戴眼镜的时候究竟能看见些什么，他们所看到的东西究竟是什么情形，这却是有正常视力的人难以理解的。但是患近视的人既是那么多，因此， 了解他们所看到的周围世界，应该是一件有益的事情。　　首先，患近视的人（自然这里是指没戴眼镜的人）永远不可能看到线 条分明的轮廓，一切东西对他们来说都有模糊的外形。一个视力正常的 人，向一株大树望去，能够清楚地在天空背景上辨出个别的树叶和细枝。 患近视的人却只看到一片没有显明形状的模糊不清的幻觉般的绿色，细微 的地方是完全看不到的。对于患近视的人，人的面孔要比正常视力的人所看到的更年轻更整洁，因为面孔上的皱纹和小斑疤他们都看不见，粗糙的红色的皮肤也象是 柔和的苹果色。我们有时候会觉得奇怪，某人判断别人的年龄往往会差了20 岁，对于美的鉴别力很奇怪，他时常一直把头伸到我们面前来向我们看，仿佛从来不认识一样??这一切常常不过是由于他近视的缘故罢了。 一个患近视的人不戴眼镜跟你谈话的时候，他根本看不到你的面孔， 至少他所看到的，跟你所预料的不同：在他面前只是一个模糊的轮廓，看 不出面孔上什么特点，因此，一小时后假如他再碰到你，他已经不认识你 了。患近视的人辨别一个人，大多是根据对方的声音，而不是根据对方的外形的。这里视觉上的缺憾从听觉的敏锐上得到了补偿。　　研究一下夜里的情形对于患近视的人是怎么一回事，也是很有趣的事 情。在夜里的灯光下面，一切光亮的物体，象电灯、照得很亮的窗玻璃等 等，对于患近视的人都变成很大，他所看到的就是不规则的光亮斑点和一 些黑影。街灯在患近视的人看来只是两三个大光点，笼罩了街道上别的部 分。他们看不见驶近的汽车；看到的只是两个明亮的光点（头灯），后面 只见黑漆漆的一大片。甚至连夜里的天空，患近视的人所看到的也跟正常视力的人大不相 同。患近视的人只能看到前三四等星，因此，他所能够看到的，不是几千 颗星，而只是几百颗。但是这几百颗星在他看来却象一些很大的光球。月 亮在患近视的人看来显得非常大而且好象非常近；“半月”在他看来形状① 在地心的两个地点中间不见得会全是空气，很可能中间隔着岩石，而声音在岩石里的传播速度并不是每秒钟三分之一公里，这一点小说的作者大概也是疏忽了。很复杂，很奇怪。 这一切歪曲以及仿佛放大的原因，当然是由于患近视的人的眼睛的构造上有毛病。患近视的人眼球太深了，它收到的外面物体上每一点所发的 光线，不能够恰好集中在网膜上，而是在网膜的前面。因此光线射到眼球 底部的网膜的时候，已经又散了开来，就造成了模糊的像。第十章 声音和听觉怎样寻找回声？谁都没有看到过它，听呢，——每个人都听到过， 没有形体，可是它活着， 没有舌头——却会喊叫。——涅克拉索夫马克·吐温写过一个笑话，说到一位不幸的收藏家想搜集??你猜搜集什么？搜集回声！他不辞劳苦地收买了许多能够产生多次回声的土地。　　首先，他在乔治亚州收买回声，这地方的回声可以重复 4 次，接着跑 到麦里兰去买 6 次回声，以后又到美恩去买 13 次回声。接下去买的是堪 萨斯的 9 次回声，再下去是田纳西的 12 次回声，这一次买得非常便宜， 因为峭岩有一部分崩毁了，需要加工修理。他以为可以把它修理好，但是 担任这个工作的建筑师却向来没有过把回声变成三倍的经验，因此终于把 这件事情搞坏了，——加工完毕以后，这地方恐怕只适宜给聋哑的人去住 了??　　这当然只是开玩笑；但是很好听的多次回声却也的确在地球上各地方 存在的，有的很早就已经引起大家注意，变成全世界出名的地方了。这里可以提几个有名的回声的例子：在英国的武德斯托克，回声可以清楚地重复 17 个音节，格伯士达附近迭连堡城的废墟能够得到 27 次的回 声，后来一堵墙壁给毁坏，这回声才“静默”下去。捷克斯洛伐克的亚德 尔士巴哈附近一个圆的断岩，在一定的地方上可以使 7 个音节做 3 次重复 的回声，但是离这个地点几步，即使步枪的射击也不会发生回声。更多次 数的回声曾经在米兰附近的一座城堡（现在已经不存在了）听到过：从侧 屋窗子放出的枪声，回声重复了 40－50 次；用大声读一个单字，也能够 重复 30 次之多。山地里的回声跟平地上不同，种类很多，可是听到的机会反而少。在山地里，要听到回声比在树林环绕着的平地里困难。 你就会明白这是什么原因。回声实际上就是从某个障碍物反射回来的声波，它和光的反射一样。“声线”（就是声波传播的方向）的入射角也 等于它的反射角。　　现在请设想你站在山脚下，而那会把你的声音反射回来的障碍物比你 站立的位置高，例如在 AB 的地方。这儿不难看到，沿着 Ca，Cb，Cc 等线 向前扩展的声波，经过反射，就不会到达你的耳朵，而在空间沿 aa，bb，cc 等方向散射开去。假如你站立的位置和障碍物在同一水平或者比障碍 物高，那么情形就两样了。沿 Ca，Cb 向下传播的声音，沿 CaaC 或 CbbC 折线，从地面反射一二次后，会又回到我们的耳边来。两点之间地面的凹 陷，会使回声更加清晰，起着象凹面镜一样的作用。相反的，假如 C，B 两点之间的地面是凸起的，那么这回声就很微弱，甚至根本不会传到你的耳朵里；这样的地面会和凸面镜一样，把“声线”散射开去。 在不平坦的地面上寻找回声，是需要一定的技巧的。甚至已经找到了最合宜的地方，还得知道怎样把它“召唤”出来。首先，你不可以站在离 障碍物太近的地方：应该让声音走过一段相当远的路，——否则回声回来 得太快，会跟原来发的声音汇合到一起。我们知道声音的速度是每秒 340 米，那么就不难了解，当我们站在离障碍物 85 米的时候，你应当在发出 这声音以后半秒钟，听到这个回声。虽然回声的产生是“由于一切声音在空旷的空间产生自己的反映”，——但是并不是所有声音反映得同样清晰的。“野兽在森林里吼叫，或者 是号角在吹，或者是雷声在轰鸣，或者是一个女孩子在土丘后面歌唱”， 所得到的回声都各不相同。所发声音越尖锐、越断续，所得到的回声就越 清晰。最好是用拍手来引起回声。人的声音引起的回声比较不清晰，特别 是男子的声音；妇女和孩子的高音调可以得到清晰得多的回声。　　　　　　　　　　　声音代替量尺 知道了声音在空气里的传播速度，在某些情形就可以用来测量不可接近的物体的距离。这件事情在儒勒·凡尔纳的《地心游记》小说里也有过描写。小说里的两位旅行家——教授和他的侄儿——在地下旅行的时候走 散了。后来他们能够听到对方的声音，这时候两人之间曾经有过这么一段 对话（这段故事是用侄儿的口吻叙述的）：“叔叔！”我喊道。 “什么事，我的孩子？”一忽儿之后，我听到了他的回答。 “首先我想知道，我们两个人离开得有多远？” “这个容易！”“你的表走得好吗？”“好的。” “请你把它拿在手里。喊一声我的名字，并且就在喊的时候，记着表上的秒数。我一听到你的喊声，就立刻重复一声我的名字，你就把听到我的声音的时刻记下。” “好的。那时候从我发出声音到我听到你的声音这个时间的一半，就表示声音从我这里走到你那里所需要的时间了。你准备好了吗？”“准备好了。” “注意了！我喊你的名字了！”　　我把耳朵贴着墙壁。一等“亚克谢立”①这个声音传到我的耳朵里， 我立刻重复了这个喊了一声。　　“40 秒，”叔叔说，“因此，声音从你那里到我这里一共走了 20 秒。 声音每秒钟大约走三分之一公里①，20 秒钟大约走 7 公里。”假如在这一段里所讲的内容你能够完全明白，那么你就会自己很容易① 亚克谢立是侄儿的名字。① 亚克谢立是侄儿的名字。地去解答同一类的问题了。 我在望到离得很远的火车头放出汽笛的白汽以后，过了一秒半钟，才听到了汽笛声。问我离这火车多远？声音的镜子 树林，高院墙，大建筑物，高山，总之，一切反射回声的障碍物，都可以说是声音的镜子；这些东西反射声音的情形，跟平面镜反射光线的情 形相同。　　这种声音的镜子不但有平面的，还有曲面的。凹面的声音的镜子作用 跟反射镜一样，会把“声线”聚集在它的焦点上。①　　你只要找两只盘子来，就可以做一个有趣的实验。请把一只盘子放在 桌子上，把你的怀表用手拿在离这只盘底几厘米高的地方，拿另外一只盘 子侧放在头旁边耳朵附近，象图 143。假如表、耳朵和盘子的位置都选得 正确（在几次试验以后就会成功），你会听到表的滴答声仿佛是从头旁边 的盘子上发出的一样。假如你把眼睛闭起来，这个错觉就会更加厉害，那 时候就真会不可能单凭听觉来判断，你的表究竟拿在哪一只手里——拿在 左手还是右手里。中世纪城堡的建筑师时常造出一些声音上的怪事，他们 把半身人像安放在声音的凹面镜的焦点上，或者放在巧妙地隐藏在墙壁里 的传声管的一端。附图 144 是从十六世纪一本古书上复制出来的，那儿可 以看到上面所说的那些异想天开的装置：拱形的天花板把经过传声管从外 面送进来的声音送到石膏像的嘴上；暗装在建筑物里的很大传声筒把院子 里的各种声音送到大厅里的半身人像旁边，等等。走进这种房间里的客 人，会觉得云母石的半身像好象会说话唱歌一般。　　　　　　　　　　剧院大厅里的声音 时常到各种剧院和音乐厅去的人，一定都清楚地知道：有些大厅里，演员的言语和音乐的声音可以在很远的地方听得明了清楚，但是在有一些大厅里，虽然坐在前排，也听得不大清楚。这现象的原因，在一部讲声波 和它的应用的书里有很好的说明：　　在建筑物里发生的随便什么声音，会在声源发声完毕以后继续传一个 相当长的时间；它在多次反射作用下，绕着整个建筑物传了好几次，—— 但是在这同时，别的声音又接着发了出来，使听的人时常不可能把各个声 音一个一个辨别清楚。例如假定一个声音要继续存在 3 秒钟，又假定讲话 的人每秒发出 3 个音节，那么那相当于 9 个音节的声波就会一起在房间里 行进，因此产生了一团糟的噪音，使得听众没法听懂讲话人要讲的意思。　　在这种情形，讲话的人只好一个字一个字分得非常清楚地讲下去，而 且不要用太大的声音。但是一般的情形恰恰相反，讲话的人在这种情形往 往更提高了声音，这样就只会把噪音更加增强了。　　还在不久以前，能够建筑出合于声学要求的剧院，是认为侥幸的事情 的。现在呢，人们已经找到方法去消灭这种扰乱声音的现象（这现象叫做　　交混回响）。这本书不打算详细谈这个问题，因为这只有建筑师才感觉兴 趣。我们只指出一点，就是，消灭交混回响现象的方法，主要是建造能够 吸收剩余声音的墙壁。吸收声音最好的是打开的窗子（就象孔吸收光最好 一样）；人们甚至把一平方米的打开的窗子采用来做吸收声音的计量单 位。坐在剧院里的观众也很能够吸收声音，虽然他们的吸收能力要比打开 的窗子小一半：一个人吸收的声音相当于半米打开的窗子。一位物理学家 说过，“观众吸收讲演人的演词，所谓‘吸收’可以照这个词的表面意义 讲”，如果他这句话说得不错，那么，空虚的大厅对讲演的人是不利的， 这句话也就可以照它的表面意义来讲。　　反过来说，假如声音的吸收太强了，这也会使声音听不清楚的。第一， 过度的吸收会把声音减弱，第二，会把交混回响的作用减少得太多，使得 听起来声音仿佛断断续续，给人一种枯燥的感觉。因此，我们固然应该避 免过度的交混回响，但是太短的交混回响也不好。那么交混回响究竟要有 怎样的程度才合适，这对于各种大厅是不一样的，应该在设计每座大厅的 时候来决定。　　剧院里还有一个东西，从物理观点上看是很有趣的，这东西就是在台 前提词用的台词厢。你可曾注意所有剧院的台词厢都是同一形状的吗？这 原因是，台词厢的本身等于一种声学仪器。台词厢的拱壁等于一个声音的 凹面镜，它起着两种作用：阻止提词的人发出的声波传播到观众方面去， 还把这些声波反射到舞台上。从海底来的回声 人们有很长的一段时间，没有从回声身上得到一点好处，后来才想出一个方法，利用它来测量海洋的深度。这件发明是偶然得到的。1912 年，一只很大的邮船“泰坦尼克”号跟冰山相撞沉没了，几乎全部乘客遭了难。 为了保证航行的安全，人们想在浓雾里或者夜里行船的时候，利用回声来 发现前进路上有没有冰山。这个方法实际上并没有成功，但是引出了另外 一个想法：利用声音从海底的反射来测量海洋的深度。这个想法已经得到 了成功。图 145 是这种装置的简图。在船的一侧的底舱里靠近船底的地方有一个弹药包，在燃烧的时候发生激烈的声音。这声波穿过水层到了海底，反 射以后的回声折回到水面上来，由装在舱底的灵敏的仪器接受下来。一只 准确的时计量出了发出声音和回声到达相隔的时间。我们已经知道了声音 在水里的速度，就很容易算出反射面的距离，换句话说，就是测出了海洋 的深度。　　这种测量海洋深度的装置叫做回声测深器，在测量海洋深度的工作上 起着极大的作用。应用从前的测深器，只能在船只不动的时候测量，而且 要花许多时间。那系测锤的绳要从它缠绕着的轮盘垂下去，而且垂下得相 当慢（每分钟约 150 米）；把它从海底提出也是这么慢。因此，要测量 3 公里的深度，用这个方法就得花 3 刻钟。如果采用回声测深器，那同样的 测深工作只要几秒钟就完事了，而且测量的时候轮船仍旧可以照旧行驶， 所得到的结果也比用测锤的方法可靠得多，精确得多。最新的测深工作所 得到的误差不超过四分之一米（这时候时间的测量要精确到误差不超过　　3000 分之一秒）。 如果说深海的深度的精确测量对于海洋学有重大意义，那么，在浅水的地方进行又快又精确可靠的测探工作，是对于航海有真正的帮助的，这 可以保证航行安全：由于回声测深器的帮助，使得船只能够大胆而且很快 地向岸靠近。　　在现代的回声测深器里，已经不是用一般的声音，而是用非常强的“超 声波”，是人的耳朵听不到的声音，它的频率大约每秒几百万次。这样的 声音是从放在很快交变的电场里的石英片（压电石英）振动产生的。　　　　　　　　　　　昆虫的嗡嗡声 为什么昆虫在飞的时候时常会发出嗡嗡声来呢？它们大多数是没有发出这个声音的特殊器官的；这个嗡嗡声是只有在昆虫飞行的时候才听得到，原因是昆虫飞行的时候，每秒钟都要振动它的小翅膀几百次。振动着 的翅膀事实上就是振动着的膜片，而我们知道，所有振动得足够频繁的膜 片（每秒钟振动数超过 16 次的），都会产生出一定高低的音调来。　　现在你可以明白，人们是用什么方法知道各种昆虫飞行时候翅膀振动 的次数的。这件事情很简单，只要从听觉上判定昆虫发出嗡嗡声的音调高 低就行了，——因为每一种音调都是跟一定的振动频率相当的。在“时间 放大镜”（见第一章）的帮助之下，人们确定了各种昆虫的翅膀振动次数 是几乎不变的；昆虫要调节它们的飞行，只是改变翅膀振动的大小——就 是“振幅”——和翅膀的倾斜度；只在受到天冷的影响的时候才增加每秒 钟振动翅膀的次数。正是因为这个缘故，昆虫在飞行的时候发出的音调总 是不变的??人们已经测定了，譬如说，苍蝇（飞的时候发出 F 调音）每秒钟振动翅膀 352 次。山蜂每秒钟振动翅膀 220 次。蜜蜂在空着身子飞的时候发出A 调音，每秒钟振动翅膀 440 次，如果带着蜜飞行，只振动 330 次（B 调）。 甲虫飞行时候发出的音调比较低，两翅振动得比较慢。相反的，蚊子每秒 钟要振动翅膀 500－600 次。为了使大家对于上面这一些数目有比较进一 步的了解，让我来告诉你一个数目：飞机的螺旋桨，平均每秒钟只转 25 转。　　　　　　　　　　　听觉上的幻象 如果我们由于一个什么原因，认为一个轻微的声音不是从近处，而是从很远的地方传来的，那么，这个声音听起来就好象响得多。我们时常可以碰到这种听觉上的幻象，只是不大注意罢了。 下面这个很有趣的例子，就是一位美国科学家威廉·詹姆士在他著的《心理学》中所描述的：　　有一天深夜，我正静坐着看书，突然，从房子前面传来一阵可怕的响 声，接着，响声停止了，一会儿又响起来。我跑到客厅去，想细听一下这 个声音，但是没有再听到。我刚回到房里坐下，把书拿起来，那个可怕的 声音又强烈地响起来了，就象风暴或者泛滥的河水快要到来一样。这个响　　声从四面八方传来。我被弄得极度不安，再次走到客厅去，那声响又没有 了。　　当我重新回到房里的时候，突然发现，这个声音原来是一只睡在地板 上的小狗打鼾时候发出来的！??　　这里有趣的是，一找到响声的真正原因，不管怎么努力，原来的幻觉 就再也不会重现了。　　读者可能也会从自己日常生活中回想起同样的例子来。我就不止一次 地碰到过这种情形。蟋蟀在哪里叫？ 一个发出声音的物体在哪里，我们时常容易弄错的，不是它的距离，而是它的方向。　　我们的耳朵能够很好地辨别枪声是从左边发出的还是从右边发出 的。但是假如这声源是在我们的正前方或　　者正后方，我们的耳朵就时常没有能力辨明声源的位置：正前方放出 的枪声，听起来时常象是在后面发出的一样。在这种情形，我们只能够根据声音的强度辨别枪声的远近。　　下面是能够使我们学到许多东西的一个实验。叫随便哪一位包起眼睛 坐在房间中央，请他安静地坐着不动，也不要把头转动。然后，你拿两枚 硬币敲响起来，你所站的位置要总是在他的正前方或者正后方。现在请他 说出敲响硬币的地方。他的答案会奇  
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