永不停歇的运动

永不停歇的运动

地球在不停地运动着。进行一次简单、快速的观察，便可以了解地球自转与太阳的紧密联系。

材料：

阳光；长杆；干净有光照的一块地方；石块或其它标志物；表；胶带——任选；笔；指南针。

步骤：

1.千万不可直视太阳，那会使你的眼睛受到无可挽救的损伤。

2.把一根长竿直立地插入水平地面，使其与地面成90度角。

3.在10分钟内，长竿影子的尖端位置会发生什么变化？预测一下并标示出来。

4.在10分钟后，检验一下你的预测，你是否对竿影移动的方式和速度感到惊讶？地球的直径是13 000公里，因此它必须以很快的速度运动，才能在24小时内完成自转。

5.扩展活动：标记出一天不同时刻竿影尖端所在的位置。（用胶带在每个标记物上标明时间）

每天竿影大体上遵循什么样的运动方式？你能否通过加有标记物的影子来判断时刻？影子何时最短？何时最长？影子的长短为何会发生变化（考虑一下太阳在空中的位置）？利用指南针找出影子在长度不同时指的方向。对影子的形状进行连续几周的观察，看它是如何变化的？

话题：地球　光　测量

在围绕太阳旋转的期间内（即一年），地球实际上进行了365零1／4次自转。因此每四年有一个闰年，在这一年，我们把多出来的一天也加进去，以便把每年多出来的1／4次自转补上（4×1／4=1天）。代表闰年的数字可以被4整除（如1992÷4=498）。

地球围绕穿过其球心的轴旋转。一次完整的自转要花约24小时，表明一个日夜的结束。与实际看起来的情况相反，太阳并不是真的在天空中移动的，实际上是地球在进行运动。太阳“落下去，升起来”的说法实际上是不正确的，但是我们之所以说日出、日落是因为从地球的角度看，很实用。在钟表发明之前，人们判断时间的方法之一就是在有阳光的时候观察影子。在一天内，影子长度会发生变化；最短的影子常出现在一天的中间时刻（但不一定是正午）。地球围绕自己的轴旋转的同时，也循着一定的轨道围绕太阳进行旋转。365个日夜（或365次地球自转）组成一个公历年，也就是地球围绕太阳公转所需的大概时间。

站好后，慢慢由西向东转圈，看一下周围的景物好像是在按什么方向运动？这与地球的自转是同一个道理：地球从西向东转，结果使天空看起来好像是从东向西运动。

教你一招

光的奥秘

光是人类眼睛可以看见的一种电磁波，也称可见光谱。在科学上的定义，光是指所有的电磁波谱。光是由光子为基本粒子组成，具有粒子性与波动性，称为波粒二象性。光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。对于可见光的范围没有一个明确的界限，一般人的眼睛所能接受的光的波长在380～760nm之间。人们看到的光来自于太阳或借助于产生光的设备，包括白炽灯泡、荧光灯管、激光器、萤火虫等。

苏格兰物理学家詹姆士·克拉克·麦克斯韦——19世纪物理学界的巨人之一的研究成果问世，物理学家们才对光学定律有了确定的了解。从某些意义上来说，麦克斯韦正是迈克尔·法拉第的对立面。法拉第在试验中有着惊人的直觉却完全没有受过正式训练，而与法拉第同时代的麦克斯韦则是高等数学的大师。他在剑桥大学上学时擅长数学物理，在那里艾萨克·牛顿于两个世纪之前完成了自己的工作。

牛顿发明了微积分。微积分以“微分方程”的语言来表述，描述事物在时间和空间中如何顺利地经历细微的变化。海洋波浪、液体、气体和炮弹的运动都可以用微分方程的语言进行描述。麦克斯韦抱着清晰的目标开始了工作——用精确的微分方程表达法拉第革命性的研究结果和他的力场。

麦克斯韦从法拉第电场可以转变为磁场且反之亦然这一发现着手。他采用了法拉第对于力场的描述，并且用微分方程的精确语言重写，得出了现代科学中最重要的方程组之一。它们是一组8个看起来十分艰深的方程式。世界上的每一位物理学家和工程师在研究生阶段学习掌握电磁学时都必须努力消化这些方程式。

随后，麦克斯韦向自己提出了具有决定性意义的问题：如果磁场可以转变为电场，并且反之亦然，那若它们被永远不断地相互转变会发生什么情况？麦克斯韦发现这些电—磁场会制造出一种波，与海洋波十分类似。令他吃惊的是，他计算了这些波的速度，发现那正是光的速度！在1864年发现这一事实后，他预言性地写道：“这一速度与光速如此接近，看来我们有充分的理由相信光本身是一种电磁干扰。”

这可能是人类历史上最伟大的发现之一。有史以来第一次，光的奥秘终于被揭开了。麦克斯韦突然意识到，从日出的光辉、落日的红焰、彩虹的绚丽色彩到天空中闪烁的星光，都可以用他匆匆写在一页纸上的波来描述。今天我们意识到整个电磁波谱——从电视天线、红外线、可见光、紫外线、X射线、微波和Y射线都只不过是麦克斯韦波，即振动的法拉第力场。根据爱因斯坦的相对论，光在路过强引力场时，光线会扭曲。