科学故事 篇1
地震仪
早在公元132年，中国的科学家张衡就发明了地震仪，当时称为地动仪。据《后汉书》记载，张衡的地动仪“以精铜铸成，圆径八尺，盒盖隆起，形似酒樽”。仪器内部中间设有“都柱”(相当于一种倒立型的震摆)，周围有“八直”(装置在摆的周围的八组机械装置)，樽外接相应东、西、南、北和东南、东北、西南、西北八个方向而设置的八条口含小铜珠的龙，每个龙头下面都有一只赡蜍张口向上。一旦发生较强的地震，“都柱”因震动失去平衡而触动“八道”中的一道，使相应的龙口张开，小铜珠即落入赡蜍口中，观测者便知道地震发生的时间和方向。地动仪成功地记录了公元138年甘肃发生的一次强震。
张衡的这?重大发明一直受到中外学者的赞扬和钦佩，成为现代地震仪的先驱。张衡地动仪只能记录地震的初动方向，与近代地震仪比较，只能叫验震器。1700多年以后的1848年，意大利人契托利才制成水银验震器。在此基础上1855年意大利人帕尔米耶里发明了能记录地震强度及持续时间的仪器：一条U形玻璃管，地震对管内水银产生震动，水银面有浮标与笔连接，可在转筒表面的纸上画出标记。
1883年在日本工作的英国地震学家米尔恩等人制成了摆式地震仪。是把一枚坠子(摆)挂在长约1.5米的水平吊杆上，吊杆可像门一样自由横转，地面移动时坠子由于惯性趋向静止，因而相对地面运动。
米尔恩的她雷仪后来发展成一种现代地震仪，由三台仪器组成，其中两台分别记录地壳东西和南北的水平运动，第三台记录上下运动(利用弹簧挂起坠子，地震时能上下运动)。
米尔恩之后很多科学家为地震仪器的发展作出贡献。1888-1889年间，伯希维茨制成了光记录式水平摆，第一次记录到远震(在德国波茨坦记录到日本1889年4月17日地震)。日本大森房吉制成水平摆式地震仪，采用机械杠杆放大，熏烟记录。德国维谢特制成倒立摆式大型水平及垂直向地震仪，提高了放大倍率。俄国伽利津制成了电流计记录式地震仪，将机械能转换为电能，更大地提高了地震仪的灵敏度。此后美国的班尼奥夫在1932年制成电磁型垂直向地震仪。
第二次世界大战后，地震仪的研究又有重要进展。运用电子放大方法大大提高了地震仪的放大倍率，从千倍级提高到数万倍，甚至数百万倍，观测频率范围大大展宽，遥测技术也有很大发展。1969年由“阿波罗11号”登月飞船宇航员安放了一台地震仪，通过地面遥感记录装置，得到了不少有关月球内部构造、月壳运动和组成成分的信息。
地震仪不仅是观测地震的仪器，它也是探测地球内部构造的重要手段。利用人工爆炸产生的震波传入地下可探测这个区域地下地层的构造。1923年美国利用此法发现大量油田。因此，地震仪又是勘探石油、天然气的不可缺少的工具。此外，地震仪还可侦察地下核爆炸。
科学故事 篇2
阴极射线管
1676年，法国的良卡德在晚上移动水很气压计时，发现了“水银荧光”现象，当气压计中水银振荡时，在托里拆利真空部位会发出闪光。
1705年前后，豪克斯比对这一现象进行了实验研究。他得出结论说，只有在部分真空中运动产生摩擦时才会出视荧光。1838年，法拉第改进了实验装置，抽去玻璃中的空气，并以两根黄铜棒作电极分别焊到管子的两端，通电后有光流从阳极射出，阴极也发出微弱的辉光。由于当时所能得到的真空度只有7%。个大气压，所以未能获得更多的发现。
1857年，德国的仪器技工盖斯勒成功地把白金电极装进玻璃管，并得到了万分之一大气压的真空度。1858年，德国物理学家普吕克利用“盖斯勒管”研究气体放电时辉光现象会随着磁场的变化而改变其形状。普吕克的学生希托夫进一步把真空度提高到十万分之一个大气压，1869年他发现，如果置物体于阴极和产生荧光的管壁之间，物体就会产生清晰的影子，这表明了射线起源于阴极。后来德国物理学家哥尔德斯坦称这种射线为“阴极射线”。希托夫还证明射线是沿直线前进的。
1891年赫兹发现了阴极射线能够穿透金属薄片。此后勒纳德为阴极射线管开了一个0.000265厘米厚铝箔的窗口，把阴极射线引到管外空间，使几厘米远处的荧光屏发出荧光。
1871年，瓦莱发现阴极射线能为磁铁偏转，是带负电的。1878年克鲁克斯得到了百万分之一个大气压的“克鲁克斯管”。他在实验中不仅验证了阴极射线是带电的，还发现阴极射线具有热效应并具有动量。
英国物理学家汤姆逊 1897年向英国皇家学院做了题为《阴极射线》的。汤姆逊应用磁性弯曲技术，从测定阴极射线束的曲率半径着手，推导出阴极射线的质荷比，从而证实了阴极射线是带负电的微粒子，他命名这种微粒子为“电子”。
阴极射线管最早是作为研究用的仪器。后来被用于示波器上，使复杂的波形得以显示。30年代，被用在第一台电子显微镜上。今天，它除了广泛应用于各种科学仪器之中，也走入了千家万户，人们最熟悉的就是电视显像管。
科学故事 篇3
电子显微镜
普通光学显微镜通过提高和改善透镜的性能，使放大率达到1000-1500倍左右，但一直未超过2000倍，这是由于普通光学显微镜的放大能力受光的波长的限制。光学显微镜是利用光线来看物体??丝吹轿锾澹?锾宓某叽缇捅匦氪笥诠獾牟ǔぃ?裨蚬饩突帷叭啤惫??@砺垩芯拷峁?砻鳎?胀ü庋?晕⒕档姆直姹玖觳怀??00毫微米。有人采用波长比可见光更短的紫外线，放大能力也不过再提高一倍左右。
要想看到组成物质的最小单位??原子，光学显微镜的分辨本领还差3-4个量级。为了从更高的层次上研究物质的结构，必须另辟蹑径，创造出功能更强的显微镜。
有人设想用波长比紫外线更短的X射线，这种显微镜的放大能力和分辨本领一定会大大提高，但是找不到适用于X射线的透镜。
20世纪20年代法国科学家德布罗意发现电子流也具有波动性，其波长与能量有确定的关系，能量越大波长越短，比如电子经 1000伏特的电场加速后其波长是0.388埃，用10万伏电场加速后波长只有0.0387埃。于是科学家们就想到是否可以用电子束来代替光波?这是电子显微镜即将诞生的一个先兆。
用电子束来制造显微镜，关键是找到能使电子束聚焦的透镜，显然一般光学透镜是无法会聚电子束的。
1923年，德国科学家蒲许提出了关干电子在磁场中运动的理论。他指出：“具有轴对称性的磁场对电子束来说起着透镜的作用。”这样，蒲许就从理论上解决了电子显微镜的透镜问题，因为对电子束来说，磁场显示出透镜的作用，所以称为“磁透镜”。
德国柏林工科大学的年轻研究员卢斯卡，1932年制作了第一台电子显微镜??它是一台经过改进的阴极射线示波器，成功地得到了铜网的放大像??第一次由电子束形成的图像。加速电压为7万伏，最初放大率仅为12倍。尽管放大率微不足道，但它却证实了使用电子束和电子透镜可形成与光学像相同的电子像。
经过不断地改进，1933年卢斯卡制成了二级放大的电子显微镜，获得了金属箔和纤维的1万倍的放大像。
1937年应西门子公司的邀请，卢斯卡建立了超显微镜学实验室。1939年西门子公司制造出分辨本领达到30埃的世界上最早的实用电子显微镜，并投入批量生产。
电子显微镜的出现使人类的洞察能力提高了好几百倍，不仅看到了病毒，而且看见了一些大分子，即使经过特殊制备的某些类型材料样品里的原子，也能够被看到。
但是，受电子显微镜本身的设计原理和现代加工技术手段的限制，目前它的分辨本领已经接近极限。要进一步研究比原子尺度更小的微观世界，必须要有概念和原理上的根本突破。
1978年一种新的物理探测系统??“扫描隧道显微镜”已被德国学者宾尼格和瑞士学者罗雷尔系统地论证了，并于1982年制造成功。这种新型的显微镜，放大倍数可达3亿倍，最小可分辨的两点距离为原子直径的1/ 10，也就是说它的分辨率高达0.l埃。
扫描隧道显微镜采用了全新的工作原理，它利用一种奇妙的电子隧道现象，将样品本身作为一个电极，另一个电极是一根非常尖锐的探针，把探针移近样品，并在两者之间加上电压。当探针和样品表距只有数十埃时，由于隧道效应在探针与样品表面之间就会产生隧穿电流，并保持不变，若表面有微小起伏，那怕只有原子大小的起伏，也将使隧穿电流发生成千上万倍的变化，这种携带原子结构的信息，输入电子计算机，经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图象。
鉴于卢斯卡发明电子显微镜的功绩，宾尼格、罗雷尔设计制造扫描隧道显微镜的业绩，瑞典皇家科学院决定，将1986年诺贝尔物理奖授予他们三人。
科学故事 篇4
发射光谱仪
著名的荚国科学家牛顿在1666年用三棱镜观察光谱，可以说是最早的光谱实验。此后不少科学家从事光谱学方面的研究。1800年，英国天文学家赫歇尔测量太阳光谱中各部分的热效应，在世界上首次发现了红外线。1801年里特发现了紫外线。1802年沃拉斯顿观察到太阳光谱的不连续性，发现中间有多条黑线，这本来是很重要的发现，他却误认为是颜色的分界线。1803年英国物理学家托马斯?杨进行了光的干涉的实验，第一次提供了测定波长的方法。
德国物理学家夫艰和费，重新发现和编绘的太阳光谱图，内有多条黑线(700多条)，并对其中的重要黑线用从A到H等字母标记(人称“夫浪和费钱”)，这些黑线后来成为比较不同玻璃材料色散率的标准。这些成果在1814年至1815年间陆续发表。夫琅和费还发明了衍射光栅。开始他用银丝缠在两根螺杆上，做成光栅。后来建造了刻纹机，用金钢石在玻璃上刻痕，做戍透射光栅。
光谱分析的应用研究是从基尔霍夫和本生开始的。本生是德国汉堡的化学教授，他发明了本生灯，对各种物质在高温火焰中发生的变化很有研究。基尔霍夫是汉堡的物理学教授，对光学仪器很熟悉。他们两位合作制成了第一台棱镜光谱仪(分光镜)。该仪器利用了牛顿1666年首创技术，使光通过三棱镜，展开成为一道彩虹光带(光谱)。他们用透镜把物质在本生灯燃烧时发出的光线集成一束平行光，通过一条窄缝，再通过三棱镜，用望远镜放大观察所成的光谱。
基尔霍夫和本生发现，每种化学元素燃烧时发出的火焰都有独特的颜色，可以据此加以鉴别。1860年及1861年他们用光谱仪发现绝和林。此后借助光谱分析方法，克鲁克斯1861年发现了钻，里奇 1863年发现了锢，波依斯邦德朗 1875年发现了铸。他们还利用这种方法研究日光，发现地球上许多元素太阳上也有。1868年法国天文学家詹森和英国天文学家罗克耶分别用光谱法发现了当时地球上还没有发现的一种元素，他们认为这是太阳大气中特有的元素，取名氦，即“太阳”的意思。这样光谱方法也应用到了天文学方面。
光谱研究工作急速的发展，也出现了新的问题，主要问题之一是缺乏足够精度的波长标准，致使观测结果混乱，无法相互交流。
1868年，埃斯特朗发表“标准太阳光谱”图表，记有上千条夫浪和费线的小波长，以10-8厘米为单位，精确到6位数，为光谱工作者提供了极其有用的资料。为纪念他的功绩，10-8厘米后来就命名为埃斯特朗单位，简写作埃。十几年后被更为精确的罗兰数据表所代替。
现代光谱仪不用三棱镜而用衍射光栅，这是一种上面刻有千条线的板，把光分开，然后把光谱拍摄或记录下来。再用电子仪器进行分析。
光谱仪广泛应用于冶金、地质、环境等各领域。
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科学故事 篇5
顽皮少年发明的显微镜
显微镜的发明，为人类叩开了神秘的微观世界的大门，人类从此开始走进另一个眼睛看不见新世界。
目前，世界上除了光学显微镜以猓?钩鱿至说缱酉晕⒕怠⒊??晕⒕怠⑹质跸晕⒕档鹊龋?嚼丛较冉?南晕⒕嫡?诟鞲隹蒲Я煊蛑蟹⒒幼胖匾?饔谩?br> 显微镜一词来源于希腊文，直译出来就是“小型观察器”，它是一种可以把肉眼看不到的物体放大得可以看得见的仪器。
一般说来，物体离我们的眼睛越近，似乎就变得越大。但是，如果近到离眼睛的距离小于25毫米时，就变得模糊不清了。但假如我们把一块简单的凸透镜(即聚光镜)，放到眼睛和物体之间，那末物体就可以近到25毫米之内，其图像依然清晰。
聚光镜就是放大镜。可以认为一块放大镜就是一台“简单的显微镜”。过去人们就是这样称呼的。
我们所说的发明显微镜是指发明了“组合式显微镜”。
那末什么是显微镜呢?显微镜由两套镜片组成。位于显微镜底部的被称为“物镜”，由一块或一组镜片组成，它们靠近被观察的物体，产生物体的一级放大图像。另一块镜片靠近眼睛，称为“目镜”，它将放大的图像再放大。但这不过是对整个过程的简单说明。大多数放大镜的物镜和目镜都有几块镜片，称为透镜系统。
英国牛津的罗杰尔?培根早在13世纪就对透镜做过很多的试验，并且得出结论说：“若是从一个曲面??凸的或凹的，去透视一件物体，所得到的现象是不同的，它能够变成这样：大的使我们看成了小的，或者相反，小的看成大的;远的看成近的，隐蔽的变成看得见的”。不仅如此，他还断言：“我们能够做成使太阳、月亮和星星好像是降低了一点似的，还有许多简直使一般没有科学信仰的人不敢去相信的事。”
这的确是一个伟大的发现，而当时的当权者却十分恐慌，说：“培根如果有胆量把太阳从天上搬下来，那是。”后来，竟把他关进监狱达15年之久，一直关到他快要死去的时候。
当权者的无知与残暴使显微镜的发明延迟了300多年。直到1590年，在科学史上具有深远意义的显微镜方在偶然的机会中诞生。
查。詹森是荷兰的一位天真少年，他的父亲是一位眼镜师，因而镜片就成了詹森经常摆弄的玩物。一天，他无意中把两片大小不同的凸透镜重叠在一起，当移动至某一距离时，突然发现很小的东西一下子被放大了很多倍。詹森被这个奇怪的现象吸引住了，他不断地调整变换着两片凸透镜的位置，发现有时物体能够放大许多倍，有时却不大清楚。
詹森把这个奇异的现象告诉了父亲，父子两人立即动起手来。他们用薄铁片卷了两个不同口径的铁筒，把两个凸透镜分别装在大小铁筒上，然后把两个铁简套在一起，让小铁简在大铁筒里滑动，利用铁筒的滑动来调整透镜的距离，使成像更加清晰。就这样，世界上最早的显微镜问世了。
1610年，科学家伽利略利用经过改进的显微镜来研究昆虫的生理解剖结构，他试图推广这种利用凸透镜的新仪器，可是没有引起人们的重视。
1665年，英国著名的物理学家、天文学家罗伯特?胡克制造出了一架新式显微镜，并且使用它逐步深入地观察微观世界的秘密。可是他遇到了一个问题，就是黑暗遮盖着许多秘密，使人无法看清。这当然难不倒聪明的罗伯特?胡克。有一天，他用一根针扎住一个苍蝇，放在显微镜下面，旁边点上一只油灯，灯前放一个盛水的玻璃球，球体汇聚的灯光又射到苍蝇的身上，这样显微镜底下的苍蝇就一清二楚了。今天我们可以在英国伦敦博物馆看到这架显微镜。
显微镜的发明间开了通往微观世界的第一道大门。胡克用他发明的显微镜第一次发现了细胞，“cell”一词即是胡克为细胞所选定的名称，并一直沿用至今。
罗伯特?胡克后来根据自己的和体会写了一本书，叫《放大了的图》。这本书出版以后，显微镜很快引起了科学工作者的兴趣和重视。胡克研究制造的显微镜也因为能清晰地看到细小物体，而得到了广泛的使用和推广。不过，它的放大倍数还有限，推广范围仍受到了限制。
不久，有人又提出了新课题：用上面的方法看到的是物体的表面，怎样才能看到物体的内部结构呢?有人建议把观察的对象切成薄片，放到显微镜底下，同时在显微镜下放一盏灯，让光透过切片，把焦距调整好，以使所要观察的对象的内部结构尽可能清楚一些。这种设想比较直观，效果不大。
世界上的任何发明都不可能一诞生出来就十全十美，显微镜也是这样。一直到1725年，柯贝别尔氏所制造的显微镜才把灯光换成了反光镜，凿洞的桌子改成了带洞的载物台，因此，显微镜不论在外形上还是在性能上都提高了一大步。
随着人们对显微镜的日益重视，台座式显微镜也发展起来了。1744年，卡尔佩拍设计了第一台三只脚的台座式显微镜，它可以看作是现代显微镜的先驱。
显微镜和望远镜一样，也有象差和色差二大弱点。攻克望远镜象差和色差这道难关的是著名科学家牛顿，攻克显微镜象差和色差的是后利斯特，他是一位葡萄酒制造商，同时又是个显微镜者。他在1830年弥补了显微镜的二大缺陷，使细小的物体不但能放得很大，而且能被看得很清楚，这使得显微镜更加实用。
显微镜进入实用阶段后，纷纷来到科研机构和学校的实验室。于是，懂行的光学制造商人开始大批生产显微镜，并且互相竞争，各种高质量的显微镜也相继出现。
前面所说的显微镜是光学显微镜，它的最大能力是放大到1600倍。借助这种显微镜，细胞、细菌之类肉眼看不到的东西是可以看清了，但是它对更微小的东西就无能为力了。
1926年，布施设想出电子显微镜。1943年，德国人科诺尔和鲁斯卡首次对电子显微镜做出了重大改革。后来很长一段时间内，电子显微镜的放大倍数一直没有增加，但是，那时用这种显微镜已可观测到百万分之一毫米的物体。
电子显微镜放大物体的媒介是电子束，而不是可见的光。它的放大本领很强，我国制造的80万电子显微镜可以放大80万倍。80万倍，这实在是了不起的放大能力，一个手指头放大80万倍就等于喜玛拉雅山那么高。因此，可以利用它看到原子世界。
也许有人认为，这大概是最好的显微镜了吧!不! 80年代初，中国科学院声学研究所研制成功了我国第一台超声显微镜。这种显微镜可以看到一般显微镜和电子显微镜看不到的东西。它利用的是物质的声学性质，特别是弹性性质提供的信息。通过它，可以看清楚大规模集成电路的内部结构、不染色的活生物组织和癌肿瘤等，还能显示出它们的声学特性。
用更为现代化的电子显微镜(发射离子显微镜)可以观测更加细微的物体，但是，现在要将其制成还是非常困难的，还需要几十年的时间。 我国最常见的手术显微镜是上海光学仪器厂生产出来的，又称双人双目手术显微镜。它可供两个医生同时在手术中缝接各种比火柴梗还细的微血管、神经束。它的特殊优点是，使用纤维光束冷光源照明，亮度虽高，但不散发热量，不增加病人的体温，这为精细的手术提供了极大的方便。