华南理工大学
题2:如何收集闪电的电能?(答题者:南京理工大学能源与动力工程学院讲师应展烽)
答:应展烽告诉记者,闪电是一种大气放电现象,所释放的能量在100兆焦到3万兆焦之间。一道闪电能把空气加热到大约5.4万华氏度(约3万摄氏度),导致空气迅速膨胀。不断膨胀的空气产生冲击波,最终“嘭”的一声发生爆炸,这就是众所周知的雷。“闪电所产生的能量足以让一辆美国普通乘用车行驶大约180到910英里(约合290到1464公里),相当于8到38加仑(约合30到144公升)汽油产生的能量。”
闪电巨大的能量令人向往不已,但目前,我们还需解决下面三个问题后,才能利用闪电:第一,闪电是突发的,位置不固定,需要研发出一种能量接收器,能够引导空中大范围内的电云对其放电;第二,闪电的能量是不定的,因此能量接收器必须可以适应闪电能量的大范围变化,当能量大时它可以承受极限电压和电流而不发生毁坏,当能量小时,它也能够高灵敏度地捕获闪电能量;第三,需要找寻一种极其迅速且高效的储能方法,以便将闪电的能量存储起来使用。
题3:想办法用蜘蛛网捕鱼。(答题者:南京理工大学材料学院教授杨森)
答:蜘蛛网可以捕鱼吗?网友A说:“可以!买张渔网,取名叫‘蜘蛛网’就行了。”网友B说:“可以!还记得《西游记》里的七只蜘蛛精弄出来的网,连猪八戒都能抓。”网友C:“可以!给蜘蛛侠打个电话。”
杨教授也表示,真的可以,但是,是有前提条件的。
蜘蛛丝本身是是一种蛋白质纤维,看上去又细又软,实际上具有很好的弹性,同时又具有很好的强度。一束由蜘蛛丝组成的绳子,能够比同样粗细的不锈钢钢筋承受多5倍的重量而不会被折断。但是钢的密度是7.85g/cm3,而蜘蛛丝只有1.34 g/cm3。
“简单来说,就是具有轻质高强的特点。但是,用来捕鱼的话,一张天然的蜘蛛网显然是不够的,需要很多网连在一起。当然,还有一种方法,是使用具有类似性质的人工制品。目前,世界上已经研究出了人造基因蜘蛛丝,被称为生物钢(Bio-Steel)。用途广泛,能制造防弹衣,还能用来制作战斗飞行器、坦克、雷达、卫星等装备的防护罩等。不过,拿它来捕鱼,实在是有点杀鸡用牛刀的感觉了。”
题4:如何分辨矿泉水和蒸馏水?(答题者:金陵中学物理老师张玉元)
答:矿泉水和蒸馏水有什么区别?看起来都一样,喝起来也差不多。但我们今天的目标是,把它们两个区分开来。
“蒸馏水和矿泉水的本质区别是矿泉水中含有离子,而蒸馏水中不含有任何离子,所以鉴别它们的方法,是让矿泉水里的离子显现出来。”张老师为我们介绍了几种简单易行的方法:
1.pH试纸法:药店里买两张试纸,一张沾取蒸馏水,一张沾取矿泉水,然后在色卡上读出pH值,你会看到矿泉水的pH值低于7,也就是说呈弱酸性。
2.苏打水沉降法:买一点苏打粉,溶于纯净水中,再分别滴入蒸馏水和矿泉水,观察是否出现沉淀,有沉淀的为矿泉水,因为矿泉水离子会和苏打水发生反应。
3.导电法:用一个电池、一段导线和一个灯泡构成一个串联电路,让线路分别通过蒸馏水和矿泉水,由于矿泉水中含有离子,可以导电,所以亮灯的是矿泉水。
4.肥皂发泡法:准备一些肥皂水或洗衣粉溶液,分别倒入蒸馏水和矿泉水中。由于矿泉水为弱碱性,会中和肥皂水,肥皂水出现沉淀,并且肥皂水泡沫减少,但是蒸馏水没有多大变化,搅拌一下会出现泡沫。
题5:空瓶子放入水中,如何使它沉下去?(答题者:金陵中学物理老师张玉元)
答:出这道问题的老师,应该并不是想让学生拿出什么准确答案,而是想借此看看学生发散思维和随机应变的能力。“因为在这道题目中,我们可以先预设很多条件。比如这个空瓶子的概念是什么,如果没有瓶盖,侧放在水中随着水的进入,它会沉入水底。当然,最简单的方法是在空瓶子上绑上石头或者铁块,题目中可没说不准绑。”
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题6:如何测量地球表面的大气重量?(答题者:金陵中学物理老师张玉元)
答:这个问题只能得出一个估算的数据,不过计算过程很简单。
首先,我们要明确,空气压力实际上由空气重力产生,所以大气重量只要拿“压强×地球表面积”就可以得到。压强可以用标准大气压,当然也可以用气压计测量得到。
地球表面积用球体表面积计算公式4πR2就可以得出,其中R指地球半径。地球不是规则的球体,其平均半径大概在六千多公里左右。压强和地球表面积,实际上都可以被认为是已知的固定数值。所以,大气重量也就可以很容易地算出来了。
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题7:如何使子弹拐弯?(答题者:南京理工大学弹道研究所教授张小兵)
答:如何使子弹拐弯?要弄清这个问题,首先要预设两个条件。
第一种条件,题目中的子弹拐弯是随意的,往哪拐,拐多少,都没限制,随便。“地球上的子弹发射出去后,会受到地球引力和空气阻力的影响,会逐渐呈抛物线落下,所以整体看上去,其弹道痕迹本来就是弯的。如果想要人工对子弹施加影响,可以对子弹的结构进行改变,将原本对称的子弹做成不对称的,那么射出去后,受到这个因素的影响,子弹就会拐弯了。”
第二种条件,题目中的子弹拐弯是特定的,对其弹道的方向和角度要进行控制。
“这种情况下,要给子弹安装控制或者制导装置,提前把数据设置好,使用GPS、红外或激光复合等方式来操作。目前,已经用这个原理制造出了‘制导炮弹’,但在普通子弹方面的研究还在进行中。”
张教授还介绍说,除了子弹,会拐弯的枪早已存在了。“其中,最有名的当属以色列研制的‘拐角射击’系统(Corner Shot)。 武器系统的前半部是一个带摄像头的武器射架,后半部是握把、枪托和液晶监视器组件及电池。该系统既可以向侧面瞄准射击,也可以像普通抵肩武器那样向前方直接瞄准射击。很适合用于巷战和拐角缝隙处的战斗。”
题8:《铁道游击队》里,游击队员从火车上跳下去会发生什么?(答题者:金陵中学物理老师张玉元)
答:首先,肯定会落到地面上,但他会以什么姿势落到地面上呢,这就要看他是以什么姿势从火车上跳下来的了。
“如果他是向后跳,他的脚会在落地时停止,但他的上半身由于惯性,会继续向火车运动方向运动,使人仰面倒地,后脑着地。如果他是沿着火车前进方向,向前跳,脚同样在落地时停止,上身由于惯性继续向火车运动方向运动,使人向前倒地,脸朝下着地。总之,这个游击队员是要摔一回的,具体摔成什么程度,就要看火车当时的行进速度了。”