不知道小伙伴们有没有玩过绝地大逃杀，小编在游戏里边经常从二楼跳下去的时候会扣血（

游戏中行为，千万不要模仿！！

），很是苦恼。有一天，小编突然想到如果跳的时候往下开枪，会不会就不扣血了呢？

(??? ? ???)

搭配BGM食用更佳 ╭(●｀?′●)╯（点击音频图标即可食用）

1

Q

请问双缝实验是为了探究什么?

by 匿名

A

想象这样一个场景，你的面前有一堵墙如同铜墙铁壁，在墙上有两道与地面平行的狭缝，而在墙的后边则是一面“沙墙”，无论什么东西打到它上边都会被“吸收”。此时你拿着一把机关枪对着双缝射击，那么子弹将有一定概率从缝中穿过去打到后边的墙上。随着射入子弹数量的增多，墙所吸收的子弹也将越来越多。假设这杆枪枪口经常乱偏、瞄的不怎么准，因此你打出去的子弹可能会往各种方向偏离，再加上子弹在通过狭缝的时候可能会发生偏折，故而墙后边的子弹并不会聚集于一个点，而是有一定的分布。

分别关闭其中一个狭缝然后对着另一个狭缝射击，得到两组子弹分布的数据P1与P2，然后将两个狭缝全部打开，同时对着两个狭缝射击会得到子弹分布的数据P。我们发现P=P1+P2

接下来我们把实验变一下。在S处有一个点光源，光源右侧有一面不透光的墙，在墙上有两个狭缝分别位于S1和S2的位置，在这面墙后边还有一面墙。

关闭下边的狭缝，让光只从上边的狭缝通过，可以得到墙上的光强分布I1

关闭上边的狭缝，让光只从下边的狭缝通过，可以得到墙上的光强分布I2

现在，将两个狭缝同时打开，让光同时从两个狭缝过去，在墙上还会得到光强分布I，此时

I=I1+I2吗？

答案是不等于！

从S1和S2射过的光都是来自S处的，且从S到S1和S2的距离相等，因此S1和S2处的光我们可以认为它们是“相同的”。对于对于接收墙上的不同位置，即两束光交汇于不同位置时，各自走的光程不一样。

如果光具有波动性，则光程不一样对应的是相位不一样。因此将两束光加在一起，光强并不是简单的相加，还额外有了一个干涉项。这一干涉项的大小与两束光的相位差有关，其不仅有正值还有负值。当取正值时合光强比两束光的光强直接相加要强，而取负值时合光强为0。因此墙上的光强会随着位置的变化而变化，有明有暗，并且具有一定的规律性，即明暗相间的条纹。

因此，如果光的双缝实验结果是明亮相间的条纹，那么便证明光具有波动性。

双缝实验可以验证波动性，不仅是光，电子也可以。关于电子的双缝实验非常经典，感兴趣的读者可以参考《费恩曼物理学讲义第三卷》

By

Patwf

2

Q

路程不为零时，速度可能为零是为什么？

by Perrr_#

A

当你在地图上查找一个目的地时，不仅会关心它离你多远，更要关注它在哪个方向上。也就是说描述物体的位置不仅需要路程，还需要方向。从物理的角度来说就是位移不仅有大小，还有方向，它是个矢量。物理上对于速度的定义是单位时间内的位移。

你从A点出发，走了一圈之后又回到了A点，用了时间t。此时你的位置并没有发生变化，因此你的位移是0，那么按照定义，速度就是0。

但你在时间t内走过的路程并不为0，假如说它是L，那么用L除以t得到的是什么呢？答案是速率，速率≠速度。

By 

Patwf

3

Q

如果一个人手拿冲锋枪从五楼跳下，从起跳开始手拿着冲锋枪对地面射击，忽略换弹夹时间，这个人能否安全着地？

by 李爱萍

A

射出去的子弹相对于射击的人是向下运动的，它有一定的动量，依据动量守恒原理，会给人传递大小相同，方向向上的动量。枪会有后坐力就是这个原因。

人受到重力作用，会持续地获得方向向下的动量，而射出去的子弹越多人会获得越多的方向向上的动量。这两个动量如果大小差不多那人就是安全的，如果子弹提供的动量很小，那么相当于是螳臂挡车，人就不能安全着地了。

我们对子弹所能够提供的动量进行一个粗略的估计。

子弹头的质量我们按15g来估计，子弹发射出去的初速度我们按800m/s来估计，同时这杆枪每分钟可以打出900发子弹，既1秒钟打出15发。

因此1秒钟所能提供的动量约为15g X 800m/s X 15 = 180Kgm/s

5层楼的高度大约为15米，人连枪加起来的质量按照80Kg来算，则不开枪从5楼直接跳下来，人获得的动量约为1400Kgm/s

人从5楼直接跳下来，落地时间不到2秒。因此如果持续性朝地射击的话人在落地时的动量也有1000Kgm/s左右，相当于是从8米左右直接跳下来，也就是接近3层楼高。

Emmmm，这个人有枪，并且还能在下落的时候控制后坐力保持向下射击....那么以他的身手，落地的时候接一个前滚翻应该问题不大。（

危险动作，请勿模仿

）

By 

Patwf

4

Q

离心力可以消减重力加速度吗？

by  牧云

A

地球在自转，因此地球表面的我们便在做圆周运动，那么自然就受到向心力。万有引力提供了向心力，而把向心力这一部分减去之后，就是我们所受到的重力。圆周运动如果保持角速度不变，则半径越长所需要的向心力越大，因此赤道上边重力加速度小，而两极重力加速度大。

最后说一下离心力和向心力的关系。离心力是在非惯性系中引入的惯性力，使得牛顿定律能够继续成立，离心力与向心力大小相同方向相反。因此离心力越大，重力加速度越小。

By 

Patwf

5

Q

为什么肥皂泡有彩色条纹？

by 细b

A

首先说一下，肥皂泡并不总是彩色的，有时候它是无色透明的！

我们先说说为什么会是彩色。太阳光并不是单色光，经过棱镜之后它会被分成7种颜色，这是因为不同波长的光在介质中的折射率不一样。肥皂泡的表面相当于是一层薄膜，而这层薄膜的折射率和空气是不相等的，因此光照过来之后会发生反射与折射，并产生干涉条纹。因为是复色光，所以会有不同颜色的条纹叠加在一起，便成了混合的彩色，通常称它为薄层色。

当一束光从空气射到薄膜上时一部分发生反射，一部分透射进薄膜里，而到了薄膜里的光在到达薄膜的下表面时又会被反射回来一部分。这两次反射的光是从一束光分出来的，因此是相干的，会产生干涉。从空气到薄膜这一过程的反射与从薄膜到空气这一过程的反射是不同的物理过程，会产生额外的光程差，即波长的一半，这便是所谓的半波损失。

如果薄膜的厚度非常薄，远小于光的波长时，则两束光的光程差便只有波长的一半，会发生相消干涉，因此在反射光中便看不见薄膜了，而透射光没有额外光程差，所以此时薄膜便是透明无色的。

By

Patwf

6

Q

真空的意思到底是什么？真的是什么也没有吗？

by 孤夜

A

从真空的单位说起吧，真空的单位是Pa（帕），torr（托），或者mmHg。都是压强的单位。一般情况下，在实验室中定义的真空，笼统的来说，只要是低于大气压就可以算作真空。但是，低于大气压的状态有很多，所以我们对真空进行分级。其中，低真空为

10-10-2

Torr；中真空为

10

-2

-10

-5Torr；高真空为

10-5-10-9

Torr；超高真空小于

10-9

Torr。

随着人们越来越多的利用一些精密仪器，不论是用来生长材料，显微观测还是能谱测量等，都对真空环境有非常大的要求。其背后的原因就是真空并不是什么都没有！不论人们利用何种泵来获得真空环境，真空中总是会有杂质分子。其区别就是，在生长或观测的样品上，几分钟就沉积一层杂质分子和几小时沉积一层杂质的区别。

真空的定义可以有好几个层面，在量子力学或场论中，真空是哈密顿量处于基态的一种状态。（这也是经过讨论，我才学到的，嘘！学习在于交流∠(｀ω′*)敬礼）

By

Fi

7

Q

请问大气密度随着高度升高而减小是不是非线性降低的呀？在一定温度下粒子运动速率正态分布，那是不是高空的粒子都是质量偏低的，运动速率较高的那些？这样的话，是不是密度随着海拔升高降低的越来越慢了啊？

by 匿名

A

首先，第一个问题，在理想气体条件下，考虑重力场下的运动的粒子，其分布满足玻尔兹曼分布：分布于坐标空间dxdydz单位体积内的粒子密度为：

这里的粒子包括分布于该空间各种速度的粒子。可以看到其粒子密度随高度是指数衰减的，的确是非线性降低的，对其求导可以得到述衰减的速率也是指数形式，随高度的升高的越来越慢。指数衰减的因子是mg/KT，由于分母在特定温度下是常数，即粒子在重力场中的势能形式，粒子的质量（种类）起决定性作用，粒子质量越大，衰减的越快。也就是说，高空低质量粒子出现的概率较大。

在某一特定高度、特定温度下的粒子其速率满足的分布应该是麦克斯韦速率分布，其速率可以取从零到无穷大的任意值，并且具有该温度下的最概然速率，运动速率较高的粒子出现的概率较小。粒子的质量越小，最概然速率越大，质量变小时，该高度区间内速率大的粒子增多，但其总粒子数在温度不变、高度不变时是不变的。

综上，结论是高空处低质量粒子出现概率较大导致高空高速率的粒子出现概率变大。但有一点要提的是，某一特定高度的粒子数密度在粒子质量统一时是确定的，不随速率分布的改变而改变。

以上讨论的都是平衡情况，温度在讨论的高度区间是不变的，但实际上温度在地球表面是不均匀分布的，上述讨论只能是近似结果。

By

勿用

8

Q

反射和折射光的偏振性怎么解释？是什么机理啊？

By 上一期的广大读者

A

当光波遇到两种介质的分界面时会发生反射和折射，当入射光是自然光时，反射光和折射光都是部分偏振光，反射光平行于入射面的振东大于垂直于入射面的振动，折射光平行于入射面的振动小于垂直于入射面的振动。

首先考虑线偏振光入射的情况，由于光是一种电磁波，电磁振荡方向与入射方向正交，将电场振荡方向作为其光矢量方向，分解为平行于入射面和垂直于入射面的两个相互正交分量（s光和p光）。光的传播满足麦克斯韦方程，将其运用到界面可以得到电磁场的边值关系，根据边值关系得到反应反射和折射的菲涅尔公式：

有菲涅尔公式不难看出，p光和s光相互独立，其矢量和即为对应光矢量。对于反射光分量

E1p

和

E1s

，其p光和s光的振幅比值明显依赖于入射光的角度i，只有当p光和s光的振幅等于入射光的p光和s光振幅时，反射光的偏振度才和入射光一致，而这种情况只发生在入射光只有p分量或s分量时。

对于自然光，其光矢量成分必然包含非上述情况，即其反射光成分会发生一定的偏振，使自然光变成部分偏振光。折射光的偏振产生同理。以上是对于偏振产生的定性理解，对于菲涅尔公式的详细推导，请参考

Fresnel equations

，谢谢。

By 勿用

本期答题团队：

   物理所

 

Patwf

、

Fi、勿用

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编辑：

X. B. Liu

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