第三章學生物理科學興趣培養1
1.阿基米德借“神火”
距今2000多年前，古羅馬奴隸主向位於地中海西西裏島上的敘拉古王國發動了侵略戰爭。
羅馬侵略者就像一頭饑餓的野狼麵對一隻肥美的羔羊，恨不得將敘拉古王國一口吞下。但敘拉古王國軍民奮勇抗擊，使敵人寸步難行。
侵略者頭子氣壞了，心想：一個小小的敘拉古都搶不過來，還成什麼體統?於是他們又調集更多的戰船，排列在敘拉古城堡附近的海麵上，隨時準備撲到岸上來。
敘拉古王國有一位智者，名叫阿基米德。他善於動腦筋，會想出許多好辦法。麵對羅馬的無數戰船，他又開動了腦筋：怎樣才能把敵人的戰船破壞掉呢?用石炮打不著，用掛勾吊不翻。
這一天，阿基米德站在船頭又在觀察敵戰船情況，烈日照在船帆上，白亮亮一片。猛地，老將軍把手一揮：“有辦法了。”
雙方又僵持了一個月。情況對敘拉古越來越不利，眼看就要堅守不住了。阿基米德大聲地號召軍民：“再堅持三天，我就有打敗敵人的辦法了。”
三天後，一個大晴天，阿基米德命令：“全體堅守戰鬥崗位，勝利就在今天!”
敘拉古軍民莫名其妙：“敵人這麼強大，我們怎能取得勝利呢?”
還真是怪了，羅馬戰船突然一隻隻冒煙起火了。白帆上先冒煙，被海風一吹，“呼”地一下著起火來。風借火勢，火乘風威，隻見濃煙滾滾，一片火海。羅馬士兵驚慌失措，大聲喊道：“天上降神火了，天上降神火了。”士兵們有的被燒死，有的跳到海裏被淹死。羅馬戰船除了有幾隻僥幸逃脫外，其餘全部在濃煙烈火中沉入大海。
阿基米德借來的不是神火，而是太陽之神的火。
那一天，阿基米德在城頭察看羅馬戰船時，陽光照在船帆上，白亮亮一片，給了老將軍啟示，使他想起了平時琢磨過多次的取火鏡。
取火鏡就是現在說的聚光鏡，也叫凹麵鏡，它能把陽光集中到一點，這一點叫焦點，焦點的溫度相當高，可以用來點火。
阿基米德說幹就幹，馬上找來一批工匠，秘密打製上百麵銅鏡，用了一個月的時候。為了保險，又用了三天進行試驗，效果好極了。於是，在戰爭處於最關鍵的時候，阿基米德胸有成竹地宣布：“勝利就在今天!”
那一天，天空晴朗，烈日高懸，阿基米德派數百名士兵手持聚火鏡，站在選好的位置上，對準羅馬戰船的白帆照起來，一會兒，羅馬戰船就開始冒煙了。
2.用冰取火
希臘神話中，普羅米修斯將火種從天上偷引到地上，成為人類歌頌的大英雄。人類的文明史離不開火，現在人們的生活、工作也缺不了火。聰明的人類發明了火柴和各種各樣的打火器，可以十分方便地點燃起火焰。
有一支探險隊，在南極洲的暖季到達那塊大陸時，卻不幸丟失了打火器，能找的地方都找過了，就是不見打火器的蹤影。
南極洲的暖季，雖然太陽不落，永遠懸掛在天空中，其實氣溫也在-10℃左右。沒有火，就不能燒水做飯維持生活；沒有火，生命將處於危險之中。
探險家們不會束手無策，靜待死神的到來。船長和一位科學博士開始研究點燃火堆的辦法。船長說：“有一部小說，主人翁魯濱孫在孤島上所用的火種，是靠閃電點燃一棵樹木獲得的，可惜這種偶然的外界幫助，機會太少了。”
“是太靠不住了。”博士回答。
“我們連一個望遠鏡都沒有，如果有望遠鏡，倒可以把透鏡拿下取火了。”船長又說。
“是呀，”博士回答說，“可真太遺憾了，我們竟沒有這個東西。太陽光倒很強，有了透鏡，一定能夠燒著火絨的。”
“怎麼辦呢?博士，全靠你了。”船長說。
“我們為什麼不……”博士沉思地說。
“你想出了什麼辦法?”船長好奇地問。
“但是，不知道能不能成功。”博士猶豫不定地說。
“你到底想出了什麼辦法?”船長追問道。
“我們不是沒有透鏡嗎?我們自己造一個。”
“怎樣造法?”船長問道。
“用冰塊來造。”博士說，“我們需要的不過是使太陽光聚焦到一點，用冰塊也許和用水晶一樣有效。但是，要選用一塊比較堅實和比較透明的。”
船長指著一塊冰塊說：“這塊冰塊也許能滿足你要求。”
博士和船長一同向那塊冰塊走去。確定它基本符合要求後，船長叫來了其他的人。博士下令砍下一大塊冰來，這塊冰的直徑大約有05米。先用斧頭把它砍平，然後用小刀精修，最後用溫暖的雙手不斷摸弄，慢慢地做成了一個光潔透明的半球形的“冰透鏡”。博士拿著這塊“冰透鏡”向著太陽，讓太陽光穿過“冰透鏡”聚焦到一團幹燥蓬鬆的火絨上。一會兒，火絨冒出淡淡的一縷青煙，又過了一會兒，火絨上出現一個紅點，頃刻間，火絨燃燒起來了。一場危機終於過去了，探險隊又開始了正常的工作和生活。
冰與火，我們常認為是不相容的，科學卻讓我們用冰取得了火。凡是透明的東西，光線便能夠穿過它，所以透明很好的冰，本身不會吸收很多太陽光，以至轉變成熱量，造成溫度升高和熔解。而由於把冰塊做成半球形透鏡，根據光學原理，穿過冰塊的光線會聚焦到一點，使火絨處在這一點時便吸收到大量熱量，溫度升高，燃起火焰。
3.太陽裏的知識
太陽給我們送來了什麼?
我們最直接的感受是：太陽送來了光和熱。
除了直接的感受以外，太陽能還轉化成一大批貴重的禮物：糧食、煤、石油以及電力。地裏的莊稼在陽光的照射下，才會進行光合作用，從而生長發育開花結果，人才有了糧食。而遠古的植物和動物的屍體被埋在地下，轉化成煤和石油。今天燒煤，是在消耗遠古的太陽能。太陽還把海水曬熱，產生水蒸氣，送到大陸變成了雨，雨水貯在水庫裏，用來發電，太陽能轉化成了電能。
地球上的能源，絕大多數來自太陽。抬頭看看太陽，不由得感歎，太陽時時刻刻在向外發射能量，地球接收到的能量隻是很小很小的一部分。太陽的能量該是多麼巨大，太陽能是怎麼產生的呢?
不同的時代，有不同的答案。
在科學不發達的年代，人們看到火紅的太陽，就聯想到太陽是個大火球，一定存在著燃燒現象，會不會是煤在燃燒?可是，稍有頭腦的人說，就算太陽是個巨大的煤球，它又夠燒幾年呢?無論太陽多麼巨大，按體積計算，也就隻夠燒幾千年，就算能燒1萬年，“煤球”也燒完了。可是，太陽的年齡卻是50億年，哪裏有什麼燒了50億年的大“煤球”?
太陽能來自燃燒，僅僅是一種猜測。猜測不是科學，說出來跟沒說一個樣，不知道還是不知道。
到了19世紀，有位天文學家在研究太陽是怎麼形成的時候，同時回答了太陽能是怎麼產生的。他說，太陽原來是一團大星雲，體積非常大，就像今天整個太陽係那麼大，後來逐漸凝縮，在凝縮的過程中，由於引力的作用，外圍的質點紛紛湧向太陽中心，產生了動能，轉化為光和熱向外輻射。在當年，星雲學說是引人注目的理論，相當多的人接受了這個說法，以為這就知道了太陽能的來源。
進入20世紀，科學發展了，科學家首先關心的不是去解答太陽能從何而來，而是太陽上有些什麼物質。因為射到地球上的太陽光就是重要的信息，太陽光通過三棱鏡就會分成顏色鮮豔的七色光。從那些寬窄不同的彩色譜線中，就能分析出太陽上的物質。1929年，美國科學家羅素反複地分析了太陽光譜，告訴人們，太陽這個大火球，實際上充滿了氣體，絕大部分是氫。按質量計算氫占71%，氦占27%，其他元素隻占2%。
這時候，原子科學也有了發展，研究原子的科學家也關心起太陽能從何而來，他們根據太陽含有豐富的氫進行分析，認為太陽內部存在著核反應。貝特是出生在德國的美國科學家，他認為，4個氫核結合成1個氦核，產生了能量，也就是說，氫是太陽的“燃料”，氦是燒下來的“灰”。貝特的說法，不僅解釋了太陽能的來源，還擴大到恒星，恒星發光也是這個原理。
貝特的理論告訴了我們，太陽和恒星的能量來自核反應，是核聚變的結果。為什麼太陽能產生大量的光和熱，輻射出大量的能量？是靠燒掉了一些氫，每秒鍾要損失400萬噸物質!但是，太陽中的氫實在太多了，還經得起消耗，在數百萬年以內，這個損失仍隻是一個可以忽略不計的小數目，太陽還有幾百億年的壽命。
這樣，人們總算知道了太陽能的來源。可是，人的認識總是在不斷發展。人們掌握核聚變的技術，製成了氫彈，卻有一個解不開的謎。氫彈裏有氫核，在高溫條件下，氫核一下子聚合成氦，產生了大量的光和熱，這一切過程，僅僅在爆炸的一瞬間就完成了。爆炸結束，核反應也完結了，所有的氫都參加了反應。