物理小论文大二上

电磁学的实践研究 （仅供参考）电磁现象是自然界存在着的一类极为普遍的现象，它涉及到常广泛的领域。人类对电磁现象的观察与了解虽然可以追溯到十分遥远的古代，但是真正对它们进行比较系统的研究却是从16世纪下半叶才开始的，而且只限于定性的研究阶段，直到18世纪后，得力于社会生产力的发展，人类在自然科学领域展开了积极的实验探索，逐步建立了较为系统的自然科学体系，电磁学的发展也有了很好的基础。与此同时，电磁学的发展反过来双大大地促进了社会管理部门力的进一步释放，可以说，电磁学的发展是自然科学发展的必然结果，也是自然科学进一步发展的前提，是社会生产力发展的结果，也是社会进步的巨大推动力。一、电磁现象的本源──物质的电结构人类很早就知道摩擦过的琥珀能吸引轻小物体的现象。人们发现有很多物质都能由于相互摩擦而带电，并且带电物体之间存在着相互排斥或相互吸引的作用。大量的实验研究还表明，摩擦后的物体所带的电荷只有两种，同种电荷相斥，异种电荷相吸。美国物理学家富兰克林（B．Franklin,1706～1790)把它们分别命名为正电荷和负电荷。近代物理学的理论和实验证明，通常所见的各种物体（实物）由原子、分子所组成的，而原子则由带正电的原子核和围绕原子核运动的带负电的电子组成。原子核由带正电的质子和不带电的中子组成。质子的电量和电子的电量等值异号。在正常状态下，原子内的电子总数等于原子核内的质子总数，因而宏观物体或者物体的任何一部分包含的电子总数和质子总数是相等的，所以不显电性。某一质料的物体分别与其他一些质料不同的物体摩擦时，得到或失去电子的情况是不同的，在与某些质料的物体摩擦时可以得到电子，而在与另一些质料的物体摩擦时则要失去电子不.仅仅是摩擦起电，我们所观察到的所有电现象和磁现象，都是基于物质具有上述的电结构以及其中的带电粒子的相互作用及其运动而产生的，所以我们说，物质的电结构是自然界电磁现象的本源。二、电磁过程是构成自然界各种纷繁复杂过程的基本过程之一1820年，奥斯特（H．C．Oersted，1771～1851）发现了电流的磁效应，它的逆效应──电磁感应定律也在1831年被法拉第发现，人类开始认识到电现象和磁现象之间存在着联系。电磁感应定律和电流的磁效应为制造更加有效的电源和动力机提供了科学依据，展现了电磁现象的规律在技术上可以获得重要应用的崭新前景。在法拉第等人工作的基础上，19世纪50年代到60年代，英国物理学家麦克斯韦（J．C．Maxwe11，1831～1879）建立了电磁学的理论体系，得到了今天以他的姓氏命名的电磁场方程组，并推论电磁作用以波的形式传播。从这一理论中得出的电磁波在真空中的传播速度与光在真空中的实际测定的传播速度相同，促使他预言光是电磁波。电磁过程不仅渗透到物理科学的各个领域，成为研究各种物理过程的必不可少的基础，同时，它也是研究化学和生物学一些基元过程的基础。今天，人们已深切地感受到，无论是人类自身的生活，还是科学技术活动以及物质生产等各种纷繁复杂的过程，都不可能离开电磁过程。并且人们深信，在人类社会的未来，电磁理论的绚丽之花仍将盛开。三、电磁场是物质世界的重要组成部分电磁感应定律和场的观念为电磁现象的统一理论准备了条件，而其大功告成者则是英国卓越的物理学家麦克斯韦。麦克斯韦在把握住电磁现象本质后，舍弃了电磁以太模型，明确提出了“电磁场”的概念。他写道：“我所提议的理论可以称为电磁场理论，因为它必须涉及电或磁物体附近的空间”。通过对麦克斯韦方程组的求解，可以研究电磁场的运动状态、电磁场的能量和动量以及电磁场可以独立于场源而存在和传播等问题，这就表明电磁场不仅仅是一种描述电磁现象的方法和手段，而且和实物一样，是物质存在的一种形式，即电磁场是物质世界的重要组成部分。四、电磁作用是自然界的基本相互作用之一人类对自然界各种物质之间的相互作用的研究由来已久，但把这种研究引上科学舞台的则是17世纪牛顿对万有引力的研究。一切具有质量的物体之间都存在的吸引力称为万有引力，它是一种长程力，在所有基本相互作用中它是最弱的。由于它与质量有关，因而在微观粒子相互作用的研究中通常可以忽略不计，但在天体物理研究中，引力却起着决定性的作用。倘若不存在引力，地球上的物体都将飞离地球，地球和其它行星也都将飞离太阳。甚至太阳和星系也将不复存在，那是一个怎样的“世界”呀？带电物体或具有磁矩的物体之间的相互作用称为电磁作用，它的规律总结在麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式之中。电磁作用也是一种长程力，其强度要比引力大得多，而且也是目前人类研究得最为清楚的一种力。原子核和电子结合成原子，原子结合成分子，分子结合成凝聚态物质都是靠电磁作用。宏观的摩擦力、弹性力、粘滞力以及各种化学作用实质上也都是电磁作用的表现。因此可以想见，如果没有电磁作用，不要说原子、分子以及凝聚态物质将不复存在，就是以化学作用为基础的生命体，包括人类自身也都将化为乌有！后来，物理学又在原子核衰变过程中发现一种仅在微观尺度上起作用的力程甚短的弱相互作用；在质子、中子以及其它一些亚核粒子的相互作用中发现一种力程也较短的强相互作用力。近代物理学认为，这四种基本相互作用决定了物质世界中的一切过程。与此同时，构建一种能够对各种相互作用给予统一说明的理论，也是近代物理学继续研究的方向

细心观察，生活中其实也有很多物理现象，冰箱里就是如此。打开冰箱，会有一股凉气飘扬而出，每到夏天，这种感觉便更加明显，这和冰箱里各种物态变化的功劳是分不开的。冰箱里的凉气，是大量气态“搬热人员”在气化是吸热所造成的。有吸必有放，冰箱外部，在加压的条件下，这些勤劳的搬运工，在这里液化，将所保存的热量释放出来，以便于下一轮继续工作。当然，在冰冻室中，也会存在凝固的现象。如果你将冷冻室中的物品拿到冷藏室，也会出现融化的现象，但他们都是次要的了。还有更次要的，那就是任何地方都会出现的升华与凝华，就不用说了。小小的一个冰箱，就存在全部6种物态变化，更何况鬼斧神工的大自然呢？

大统一理论公式 现在,人们发现微观粒子之间仅存在四种相互作用力,它们是万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力.宇宙间所有现象都可以用这四种作用力来解释.进一步研究四种作用力之间联系与统一,寻找能统一说明四种相互作用力的理论称为大统一理论.爱因斯坦在提出相对论以后,从20年代开始就致力于寻找一种统一的理论来解释所有相互作用,也就是解释一切物理现象,直到他1955年逝世.他几十年的努力虽未成功,但却激励了后人. 地球膨裂说认为，要想搞清大统一理论公式，必须首先搞清为什么万有引力公式和库仑力公式中的常数G和K互换万有引力和库仑力相等要想搞清这一问题，必须搞清万有引力就是磁力。现代科学证明：“任何物质都具有磁性，所以任何物质在不均匀磁场中都会受到磁力的作用”{1}。科学家们现已测出：“星际空间磁感应强度为10^-10（T）、原子核表面约10^12（T）、中子星表面 约10^8（T）、人体表面 3×10^(-10) （T）{2}” 。连人体表面磁感应强度都 3×10^-10 （T），这说明铅球和苹果也必然具有磁力，所以苹果坠地并不是被万有引力吸落的，而是被地球磁力吸落的。因此万有引力是不存在的，万有引力就是磁力。我们以原子核和电子间的万有引力和库仑力对万有引力公式和库仑力公式中的常数G和K互换万有引力和库仑力相等进行验证。我们知道：G=6.67×10^-11、原子核质量为1.67×10^-27、电子质量为9.1×10^-31、原子核的电荷q1=1.6×10^-19、电子的电荷q2=1.6×10^-19、K=9.0×10^9。常数G和K互换后原子核和电子间的库仑力G q1q2/r^2=6.67×10^-11×1.6×10^-19×1.6×10^-19=1.7×10^-48/r^2；常数G和K互换后原子核和电子间万有引力KMm/r^2=9.0×10^9×1.67×10^-27×9.1×10^-31 =1.36×10^-47/r^2。因为原子不显电性（磁性）电子和原子核的距离的正常距离，和原子显电性（磁性）电子和原子核的的超正常距离二者的差别非常小，所以差别可以乎略不计。因此，常数G和K互换后的原子核和电子间的库仑力与常数G和K互换后原子核和电子间的万有引力二者基本相等。因此说库仑力就是万有引力就是磁力。 我们从G=6.67×10^-11、星际空间磁感应强度为10^-10（T），二者基本相等可以看出万有引力常数G就是星际空间磁感应强度；我们从K=9.0×10^9、原子核表面磁场强度约10^12（T）二者基本相等，可以看出库仑力常数K就是原子核表面磁场强度。因此计算万有引力和库仑力时，用的万有引力公式GMm/r^2和库仑力公式Kq1q2/r^2中的常数G和K应该换成磁场强度。为什么计算原子核和电子间的万有引力和库仑力时，万有引力公式和库仑力公式中的常数G和K应该互换呢？地球膨裂说认为，原子之所以不显电性（磁性）是因为电子和原子核的距离是正常距离，因为原子核和电子都有磁性，原子核和电子间的距离是正常距离，因此，原子和电子之间的磁场强度应为原子核表面磁场强度约10^12（T）。原子之所以显电性（磁性）是因为流动的电子数量会受外界作用增多或减小,这样宏观反映为带电体，流动的电子和原子核的距离超出正常距离，所以原子核和流动电子之间的磁场强度应为星际空间磁感应强度为10^-10（T）。因此，求宏观中的万有引力公式中的常数G应为空间磁感应强度；求微观中的万有引力公式中的常数G应为原子核表面磁场强度；求宏观中库仑力公式中的常数K应为原子核表面磁场强度，求微观中库仑力公式中的常数K应为星际空间磁感应强度。因此宏观中的磁场强度和微观中的磁场强度正好相反，万有引力和库仑力公式中的磁场强度正好相反。因为宏观中的磁场强度和微观中的磁场强度正好相反，因此计算原子核和电子间的万有引力和库仑力时，用的万有引力公式GMm/r^2和库仑力公式Kq1q2/r^2中的常数G和K应该互换。 为什么万有引力公式GMm/r^2和库仑力公式Kq1q2/r^2只适用于宏观，万有引力公式KMm/r^2和库仑力公式Gq1q2/r^2只适用于微观呢？这是因为万有引力公式GMm/r^2和库仑力公式Kq1q2/r^2是在宏观条件下求得的，宏观中的磁场强度和微观中的磁场强度正好相反，所以只适用于宏观。地球膨裂说认为，既然万有引力就是库仑力，万有引力就是磁力，所以库仑力也是磁力，这就是大统一理论。只要把万有引力公式F=GMm/r^2中的常数G换成磁场强度B（可变量），F=BMm/r^2就是大统一理论公式。因为微观和宏观中的库仑力等于常数互换后的万有引力，所以只要测出两个带电体的质量，求库仑力求常数互换后的万有引力就可以了。参考文献：{1}、百度搜索：百度百科，磁性。磁性概述：因为任何物质都具有磁性，所以任何物质在不均匀磁场中都会受到磁力的作用。{2}、百度搜索：磁感应强度，4量纲，(单位:T)，原子核表面 约10^12；中子星表面 约10^8；星际空间 10^(-10)；人体表面 3*10^(-10)。作者：赖柏林

骨笛遐想——浅析小提琴发声、调音的物理原理一．选题意义据我国最早的物理史学家吴南薰先生考证，世界上第一个人工制作的物理仪器就是在兽骨或竹管上挖孔并能吹出声音来的笛子。这既是一种乐器，也是一种声学仪器；我国古代对共鸣、弦的振动、管的音调的研究等都是通过乐器来进行的；希腊哲学家毕达哥拉斯发现了琴弦的长短与音高有一定的关系；从近代物理学发展来看，声学依旧占据着相当重要的部分，且与我们的生活息息相关；……许多同学都会演奏一些乐器，但对于弦乐器的调试却无从下手。我们结合已经学过的振动学知识，浅析西洋擦弦乐器——小提琴的发声原理，并为演奏者检音、调试提供理论依据和实验结果参考。二．相关物理知识实际的乐音由基频、谐波（泛音）、分音三部分组成。每一个乐音即周期性的振动都可以分解为许多不同频率、不同相位、不同振幅的简谐振动的叠加。简单的简谐振动即正弦振动或余弦振动的传播产生的声波叫做纯音，实际的乐音如歌唱声、乐器声等都不是简单的纯音，而是许多的纯音的叠加。在这些简谐振动中，频率最低的叫做基频，基频的能量往往是最大的。频率是基频整数倍的叫做谐波，其余的高频振动叫做分音。现代的分析中表明，还有低于基频的次声。因此，从物理上讲，音乐声应由三部分组成：乐音、在音乐中使用的噪声（如锣、鼓、沙锤、梆子等没有固定音调的打击乐器和海涛、流水、风声等效果声音）以及对音色有影响的在谐波中存在的一部分超声。一般来说，发生体振动的频率越高，人们听起来音调也越高；发生体的振动频率越低，人们听起来音调就越低。但音调与频率之间并不是严格按比例对应的。一般认为，频率每增高一倍，音调听起来就高一个八度，这仅仅限于中频段。在高音部分，听感偏低，即频率增加一倍，听起来不到高八度，而是偏低，于是要把频率调高些，以适应人的听觉。低音段则听感偏高，于是需要把频率调低些。乐音听起来有一定的强弱，即音的响度，这是乐音的第二个主观量。声音的能量越大，声强越大，听起来响度就越大。但是，这二者也不是按比例一一对应的。至于音色，更是一种主观感觉了。从传统来讲，决定音色的主要因素是频谱，所以常常根据频谱模仿各种音色。但据资料显示，实践表明：音的起始与结尾的瞬间状况，即“音头”和“音尾”，也同音色大有关系。音色不仅与频谱的组成（即基频、谐波和分音的数目、长短、相对强度、分音的不谐和程度及瞬态）有关，还与基频和谐波在听音区的位置有关，这是由于人耳对于多种频率的响度反映不同。音色也与听者距声源的距离有关，这是因为一个音中的各种成分的衰减不同。三．相关音乐知识音程，就是两个音音高之间的距离。在音乐上，音程用“度”表示。几度就是把起始音算在内，沿着音阶数有几个音名。钢琴上相邻两个键（包括黑键）之间差半音，两个半音等于一个全音。这也是一种表示音程的方法。音程与频率基本上是一一对应的关系。把两个相差八度音程之间的音顺次排列，就成为音阶。规定音阶中各个音的由来及其精确音高的数学方法叫做律制。最常用的三种律制是十二平均律、五度相生律和纯律。音阶中的各个音都有音名，由于生律的方法不同，不同律制生成音律中的同名音（例如都是 ）其频率是不一样的。十二平均律是我国明代科学家朱载堉最先发明的，比西欧早了几十年。他将一个八度音程（频率比为2）按等比数列均分为十二份，得十二律。当前的钢琴和所有键盘乐器以及带“品”的弦乐器等，用的都是这种律制。数学表示：相邻两音之间的频率比均为： 即从任何一个音开始，比该音高半音的音，其频率是该音的频率乘 ；比该音低半音的音，其频率是该音的频率乘 ；以此类推，可得出所有音的频率。十二平均律有许多优点，比如它易于转调，简化了不同调的升、降半音之间的关系。在小提琴中，假如以 音的弦长为基准，那么小字一组（其中的 比 高两个八度） 、 、 、 、 、 、 对应的弦长之间按照十二平均律可由频率关系确定一组固定比值。四．研究与实验小提琴的弦是一根两端固定的细钢丝。在拨、擦弦线时产生的波列经两固定端反射，叠加后形成驻波，但其中包含有许多频率的波。在这里，我们只对决定音调高低的基频振动做出分析研究。驻波的基频振动所对应的为波长最长的振动，即弦长 。提琴弦线与指板之间的距离很小，用手指在指板上压紧琴弦不同位置而使得弦产生的形变量很小，可以忽略不计。则可认为弦上张力 ，及弦的质量线密度 保持不变，可得弦线中波速 近似恒定。因此，可认为有如下比例关系成立： 实验过程：一把小提琴，经专业乐师调音后，定下 音，再由一位有多年演奏经验的同学拨奏单音，多位乐感敏锐、受过专业训练的同学一起听辨，配合其他乐器校对各音高。记录及计算数据如下表。表中的k值定义如下：相差一个半音的两个音高对应 相差一个全音的两个音高对应 序号n 音高音名 比下音程差 弦长/mm 总长：320.0mm 上述k值 第一次 第二次 第三次 平均值 计算值 理论值 误差率1 全音 243.0 243.8 243.7 243.5 1.11 1.12 1.39%2 全音 220.0 220.9 219.2 220.0 1.13 1.12 0.25%3 半音 195.5 196.1 195.0 195.5 1.07 1.06 1.11%4 全音 182.5 181.9 183.1 182.5 1.12 1.12 0.18%5 全音 162.5 162.0 162.3 162.3 1.13 1.12 0.48%6 全音 143.8 143.8 144.2 143.9 1.11 1.12 1.00%7 半音 130.0 129.8 128.7 129.5 1.05 1.06 0.79%8 124.0 122.4 123.2 123.2 其中弦长一栏为小提琴 弦（四根弦由粗到细依次叫作 、 、 、 弦，指的是该弦的空弦音）上对应各音高压指与琴码两固定点之间的距离，即参加振动的部分弦长。如上数据显示，平均误差率为0.74%，基本符合前文理论分析。五．结论我们总结出对于一把小提琴（邻弦相差五度）的自我调试方法：以一根弦，例如 弦，的空弦音 为标准，按音高关系计算出同一根弦上 所对应的弦的长度。取 音高即与 弦空弦音等高（这是小提琴的制作要求）。依次调整 弦的松紧、长度后，再算出 弦上 的音高，作为 弦的空弦音。……同理进行下去。此种方法适用于各类提琴及吉他等擦、拨弦乐器，但须注意：①对于比空弦音高出许多的音，计算方法误差较大。实验中在一根弦上进行多组数据测量只是为了便于计算、对比，得出结论；实际操作中应对各相邻琴弦依次校对。②大提琴与吉他相邻的弦空弦音相差四度，计算时应注意数据与小提琴不同。希望我们的研究能够对广大演奏弦乐器的音乐爱好者提供帮助。