Q1

电子秤称出来的是质量还是重力？物体的质量是不变的，而重力是随着地区纬度不同变化的，是不是说明电子秤测量出来的物体的值是重力？

by 匿名

答：

市面上的电子秤一般是根据胡克定律或者杠杆原理来设计的。我们来分析一下这两种秤。

如果电子秤是根据胡克定律来设计的，则

其称量过程主要是将待称量物的重力转化为弹簧的形变，在弹簧的劲度系数和该地的重力加速度已知的情况下，就可以计算出物体的质量了，但是由于重力加速度是和纬度相关的，因此该秤在不同纬度地区使用得出的值有一点差别（如果该秤可以定位地区并使用该地的重力加速度的话，那么另当别论）。

另外，实验室用的电子天平利用通电导线在磁场中受到的安培力来平衡待测物体的重力（也有其他原理的电子天平），如果磁场强度不变，电流大小与重力大小成正比。电子天平不使用传统的弹簧形变，而是使用电流大小来反应物体重力，进而算出质量，反应更灵敏，精度更高。

可以看到，这两种称都是通过重力与其他力平衡计算得到重力最终换算成质量的，其结果都包含重力加速度，因此其准确性与纬度有一定关系。但秤显示的结果当然是质量，只是经过重力换算得到的，所以秤“称出来的”还是质量，而非重力。

如果电子秤是根据杠杆平衡关系来设计的，则

根据动力矩等于阻力矩，得出待测物体的质量。使用这种原理的电子秤最终得出的数值和重力加速度无关，因此在不同纬度使用都是相同的，但是该方法需要保证秤砣的质量是已知的。

综上，两种电子秤都是使用的物体的重力来测量物体的质量，因此可以说电子秤是称量物体的重力，但是按照胡克定律设计的电子秤与纬度有关，按照杠杆原理设计的电子秤与纬度无关。

以上讨论仅限于这两种原理的电子秤，如有其它设计原理的电子秤，欢迎补充。

by 有衡

Q.E.D.

Q2

为什么冬天在车内开暖空调玻璃内测会起雾，夏天车内冷空调但是玻璃外侧不会起雾

by 玖乐

答：

戴眼镜的同学们冬天从室内到室外时经常眼镜上起一层雾，相信大家早已对这种现象深恶痛绝了！通俗来讲就是湿气重，并且突然变冷的条件下（其实就是达到饱和蒸汽压的两个条件），水蒸气液化形成了小水滴。

冬天车上空调经常开暖风，车内温度相较于车外温度更高，所以很容易满足液化的条件，就在内侧形成了“雾”。但是夏天我们也通常开冷风，车玻璃外侧却不会出现雾气。我认为有一个原因是因为在开车的时候车窗外空气流速大，相比与在车内的时候，小水滴挥发速率更快。而且冬天取室外温度0℃，车内舒适温度20℃；夏天取室外温度35℃，车内舒适温度25℃，所以一般冬天的内外温差要大于夏天的内外温差，这也是其中一个原因。

车窗上出现的雾气有时候会阻挡驾驶员的视线，所以我们要想办法除雾汽。直接用抹布擦肯定是一种办法。但是我们是专业的，肯定就要从病因上根治这个问题，形成雾气的原因是湿度大和温差大，那么我们就要减小湿度和温差。所以冬天有时候需要开窗减小车内的湿度和温度，开冷气吹驾驶员前的挡风玻璃，就是这个原因。

凡事无绝对，夏天真的不会在车窗外出现雾气吗？相信

雨天开过车的朋友们心里有答案了，结合我们上面讨论的出现水汽的条件，各位老司机们肯定也知道了自己除水汽所蕴含的科学道理了。

（答一下：会起雾，一般会开窗户和打开外循环送风，减小车内外温差；开空调热风也可以不过这样比较慢）

by 岷客

Q.E.D.

Q3

水可以点燃吗？

by NGNT-xiaotang

答：

一般情况下我们会用水去灭火，水当然是不会被点燃的。

但是我又一想，从来如此，便对么？如果不是一般的情况呢？

活泼金属

元素周期表上有一些非常活泼的金属，他们一旦与水接触就会剧烈反应，比如说钠单质Na，它可以与水反应生成氢气和氢氧化钠，并放出大量热，氢气可以燃烧，我们可能会看到钠变成一个白球，在水上跑来跑去的。

水煤气

不知道大家有没有试过（玩火危险，不要尝试）将少量水倒在熊熊燃烧的木柴或者煤气灶上，我们发现火势非但没有减小，反而更旺了。这是因为水与木炭，或者天然气在高温下反应，主要生成了一氧化碳和氢气两种可燃气体，所以我们会看到火焰燃烧的更加剧烈了。

可燃冰

是一种天然气水合物，是天然气与水在高压低温条件下形成的类似于冰块状的结晶物质，他们外观像冰，遇火即燃，形象的被称为“可燃冰”。可燃冰分布于深海或陆地的永久冻土中，是一种优秀的能源。

但是请注意，水本身不能与氧气发生还原反应，也就是水无法发生我们通常意义上的燃烧反应，这是因为水与氧气反应不能失电子，做还原剂。以上所列举的现象均为水与其他物质的反应，是其他可燃物在燃烧。

by 岷客

Q.E.D.

Q4

我们知道光在不同介质中的频率不变，而波长会变化，那我们在水中和空气中去看同一束白光颜色一样吗？

by 法外狂徒张三

答：

一样。视网膜上视觉细胞通过感知光扰动而产生神经信号。直接地看，视觉细胞是对光的频率而不是波长敏感，光从水下经过眼球到达视网膜时的频率，与在空气中直接进入眼睛时的情形相同。即使从波长的角度看，视觉细胞感知到的波长也应该是眼球中的光波长，而由水入眼或由空气入眼并不影响光在眼球中的传播特性。

参考文献

[1] 钟锡华. 现代光学基础[M]. 北京大学出版社, 2012.

by 藏痴

Q.E.D.

Q5

绝缘体的电阻是接近无穷大吗？那沾了水以后的绝缘体电阻是接近0吗？

by 匿名

答：

区别绝缘体和导体、半导体的指标不是电阻R，而是电阻率ρ。对于一个给定的器件，它们有R＝ρl/S，l是器件长度，S是器件的截面积。对于一个很薄的绝缘物体，比如玻璃、橡胶或者其他随便一种绝缘材料的制成品，由于l很小，电阻R并不是一个特别特别大的数值，如果我们在它两侧加上足够的电压，完全可以把它击穿，使电流通过这个器件。

至于沾水，纯水本身不导电，平常我们观察到水可以导电是因为水里有可以自由运动的带电离子。如果沾水以后带有高浓度带电离子的水进入了绝缘材料内部的孔隙，或者和绝缘材料发生化学反应产生了什么奇奇怪怪的导电物质，那么宏观上确实可以认为“沾水的绝缘体电阻接近零”，但是一般很少考虑这种冷僻的特殊情况。大多数情况下，我的第一反应是“沾水不会改变绝缘体的电阻”。

by 藏痴

Q.E.D.

Q6

我们是怎么确定一个物理变量是常数的，像引力常量

by 匿名

答：

有些物理常量是理论物理学家从基础理论出发，经过推导，认为它是一个常数；实验物理学家想尽办法设计了各种实验，在实验能达到的精度上它都是一个常数。然后大家坐下来开个会，说我们就把它定义成一个常数吧，然后它就彻底变成了一个常数。（对我说的就是真空光速）。

还有些物理量就是个比例常数，比如普朗克常量就是理论物理学家推导过程中标记最小间隔的记号，按照量子力学这个常数间隔是存在的，但是不能确定大小，然后实验物理学家想尽办法设计各种实验去测量。

还有些物理常量是“人类觉得它应该是个常量”，比如引力常量是引力在平方反比律下的比例系数（别笑，没人规定引力不能是与距离的2.0000000001（中间超级多个0）次方成反比，而且确实还有研究组在努力地往中间塞更多的0），然后实验物理学家就要想尽办法设计各种实验去测量，来证明它确实是个常数。对于引力常量，中国物理学家的测量值曾在很长时间之内被选定为国际标准。

总而言之，就是理论物理学家按照一个模型不停推导，说“这里应该有一个常数”；实验物理学家设计各种实验，说“目前我不反对这是个常数”（注意：不反对不是支持，实验精度是一个既迷人更恼人的存在），然后这个物理量就被当成一个常数印在教科书里了。

by 藏痴

Q.E.D.

Q7

为什么小朋友可以顺利地滑滑梯，大人坐着滑到中段就稳稳地停住不动了？在不改变滑梯的光滑度、坡度以及服装材质的情况下，改变什么因素可以使大人顺利地下滑？

by 老顽童

答：

我们假定滑梯上的小朋友只受到重力、支持力和与滑梯底面之间的摩擦力，如上图，当小朋友开始下滑时，其满足的运动方程为：

滑动摩擦力满足：

联立上述方程可以得到小朋友的加速度：

其中θ为滑梯与地面所成夹角大小，μ为动摩擦因数，μ只跟物体接触面性质有关。

所以在滑动起来之后，如果不加外力，小朋友和成年人在滑梯上的运动是一样的，小朋友能顺利滑下的成年人也可以，成年人会卡住的地方小朋友往往也跑不了。

当然人毕竟不是什么真空中的方块，还会有一些其他非主要的力可能对滑下的过程产生影响。比如说成年人的体积大，相同速度下受到的空气阻力也会更大，体积大也更容易蹭到侧壁，从而受到额外的摩擦力。这些对于体型大的小朋友同样适用。

不改变光滑度以及服装材质，动摩擦因数μ就不变，再加上坡度不变，那以上述分析的三力模型来看，是没办法顺利下滑的。那就不要局限于三力好了，滑不动了就自己推一下嘛。

by 乐子超人

Q.E.D.

Q8

既然声音是一种机械波，光是一种电磁波。那么，是不是介质的声学性能主要由它的弹性力学和材料力学性能所决定，介质的光学性能主要由它的介电性能和介磁性能所决定？

by Serenity

答：

太长不看版：是，但不完全是。

详细版：

首先讨论光波。

如果给出绝缘材料的介电常数ε和磁导率μ（在各向同性介质中，它们以一个常数表示；在各项异性线性介质中，它们以一个二阶张量表示；在各向异性非线性介质中，它们含有更高阶的张量形式。由于常数也可以看成一个零阶张量，下文改称“介电张量”和“磁导率张量”），那么就可以给出绝缘介质的本构关系

（对于导电介质，本构关系还有一条是关于电导率和电场强度的关系）

进一步，就可以确定介质中的麦克斯韦方程

由于光在经典电动力学中以电磁波表示，这样就可以完全确定绝缘介质的光学性质。

但是，对于导电介质，除介电张量和磁导率张量外，光学性质还与电导率σ有关。这种介质中，电磁波感受到的介电张量不仅仅是材料本身的介电张量，而是要加一项与电导率σ和电磁波频率ω相关的虚数附加项，也就是ε'＝ε+i·σ/ω，对于可见光，这一附加项的模很小，几乎可以忽略。如果将材料本身的ε替换为前述ε'，那么导电介质的光学性质在数学形式上与绝缘介质完全相同。

然后来看声波。

当给定了材料的弹性力学性质如杨氏模量E和泊松比σ，和材料力学形状如密度ρ和绝热压缩系数β，对于给定的声场（也就是声压分布）确实可以给出声波在介质中的波速c和声学特性阻抗z＝cρ，并进一步推导出界面的折射与反射规律[2]。当然，在声学中，没有像光学那样在各种介质中整齐的表达式。对于流体介质，波速

对固体介质，声波分为横波和纵波，波速

其中λ和μ只由弹性力学性质决定

而反射透射性质则为

但是！不管是弹性力学性质还是材料力学性质，它们从微观来看都是基于原子分子间的相互作用，这种作用是依赖温度的。当温度改变，杨氏模量、泊松比和密度都会发生改变，声波的传播性质也就因此改变。

总结一下：对于光波，在绝缘介质中的性质完全由介电张量和磁导率决定，但是对导电介质需要考虑电导率和光波频率的附加影响。对于声波，弹性力学性质和材料力学性质确实可以给出介质中波的行为，但是这些性质本身是依赖温度的。

参考文献

［1］郭硕鸿等，电动力学-3版［M］，高等教育出版社，2008

［2］杜功焕等，声学基础-2版［M］，南京大学出版社，2001

by 藏痴

Q.E.D.

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