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当前位置:第五节 相位
作者：未知来源：中央电教馆时间：2006/4/5 10:03:00阅读：nyq
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相位
从振动方程 
可以看出，位移x何时为零、何时最大，不是简单地只由t决定，而是由 
后面的 
决定．我们把振动方程中余弦（或正弦）符号后面相当于角度的量，叫做振动的相；又叫做相位、位相或周相．
对于同一个简谐振动，若用正弦函数和余弦函数表示时，则其相差 
，例如， 
也可以用 
来表示．
若振动方程用 
来表示，则把 
时的相位叫做初相位．简称初相．
相这个物理量主要用来比较两个振动的步调：两个频率相同的简谐振动，它们的相如果相同，就叫同相；如果相反，就叫反相．两个频率相同的简谐振动的相不等，振动步调不一致，它们的相之差叫做相差（ 
）．在同相时，相差 
；在反相时，相差 
．如图所示表示同相的两个简谐振动的图象，如图所示表示反相的两个简谐振动的图象．
举例分析：
两个频率相同的振动 
、 
，它们的相差 
：
若 
，说明振动2超前于振动1；
若 
，说明振动2落后于振动1；
若 
，说明这两个振动步调一致，叫同相；
若 
，说明这两个振动正好相反，叫反相。
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月相的变化
随着月亮每天在星空中自西向东移动一大段距离，它的形状也在不断地变化，这种现象就叫做月相变化。月亮本身并不发光，靠反射太阳光才发亮，因为在月球绕地球转的同时，地球又带着月球绕太阳转，所以，月亮相对于地球和太阳的位置不断变化。因此，月亮被太阳照亮的一面就会有时向着地球，有时背着地球，有时部分向着地球，且这部分有时大一些，有时小一些。月相变化就是这样产生的。
当月亮运行到地球和太阳之间时，月亮被照亮的半球背对着地球，这时我们看不见月亮，叫做新月，也叫做“朔”，即农历的初一。过了新月，月亮被照亮的部分逐渐转向地球，我们看到一钩弯月，农历初二、三的月牙叫娥眉月，到初七、八，我们所看到的就是半个月亮了，叫做上弦月（凸边向西）。农历十五、十六的月亮为满月，也叫“望”。满月过后，月亮被照亮的部分逐渐背离地球，到农历的二十二、二十三，又只能看到半个月亮了，叫做下弦月（凸边向东）。再过一周，月亮又将回到朔的位置。更有意思的是，月球的自转周期与公转周期是相同的，所以我们始终只能看到月球的同一个面，直到20世纪70年代，人类从没有看到过月球的背面是什么样子。
关于月球的形状，我们有一个概念叫月龄。所谓月龄，或是用日数来表示的，从新月时起算到各月相所经过的时间。例如，新月后3天12小时的月龄就是3.5，眉月的月龄是3，望日（满月）的月龄为15。知道了月龄，就能判断月球的形状、出没时刻及可见方向。
使用双筒望远镜和天文望远镜观察月面时，要细心观测那些月面有缺边的月龄。经过长时间的连续观测，就可以发现即使是相同的月龄，缺边的位置也不尽相同。长时间地观测月面，并且对边缘部分的目标进行仔细的记录比较，不难发现月面有一种所谓的秤动现象的。
多亏有了月球的秤动，才使我们能够看到59%的月球表面。月球背面的41%只有绕到月球后侧去观测了。
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月影传说
这温柔的清辉所博取的吟咏、叹息与眼泪，连伟大的太阳也莫能与并吧，这并不仅仅因为月亮是古典宇宙观解体之后地球仅剩的唯一忠实追随者。我们向它发射了许多架飞船，在上面踩下了一些脚印，万里迢迢运回来几百公斤岩石和尘土。相比其它天体，我们对月球已经够了解了，然而，对“月亮从哪里来”这个问题，却长久地交不出一份像样的答卷。
《旧约·创世纪》说，月亮是神在第二天创造的，类似的答案还可以方便地解决地球、人类及一切东西的起源问题，不过这个简单明了的理论无助于了解月球的性质与运动规律，天文学家懒得去理会它。“月亮是外星人的飞船”是飞碟迷们津津乐道的一个说法，中文搜索引擎找出的月球起源文章倒有一大半是这个，可惜这个浪漫理论似乎迄今并未得到实在的证据支持。
一个合格的月球起源理论，应当至少能解释以下事实：
◇月球的密度为３．３克／立方厘米，只等于地球的３／５。这意味着它内部可能没有铁核，与地球不同。
◇月球覆盖着一层像玻璃一样的东西，没有水的痕迹，也没有其它易挥发的物质，看起来像是被“烘烤”过。
◇月球的氧同位素相对丰度与地球相同。这表示月球与地球是在离太阳差不多远的距离上形成的。
人们通常认为，太阳系起初是一团气体尘埃云，在自身引力或邻近超新星爆发等因素的影响下，它开始向中心坍缩，稠密的核心变为原始太阳，周围一层薄薄的物质圆盘分裂、凝结成各大行星。一个非常自然的假设认为，月球是在此过程中与地球差不多同时诞生的，与地球是亲密的双生姊妹。徜若如此，月球的成分应当与地球基本相同，然而事实并非如此。因此，这个假说尽管看上去很美，也只能被抛弃。
另一种说法是，月亮原是来自太阳系其它地方的一个星际浪子，偶然经过地球的身旁，被后者的引力所俘获，从此安定下来。然而计算表明，要捕获月球这样大的一个天体并使它在近似圆形的环地轨道上运行，必须在非常合适的角度与时机发生命运的相逢，这种可能性实在是太小了。再说，氧同位素的丰度使人们倾向于认为月球并不是从远方来的。
自行车轮在泥泞的地上辗过时会甩出一片泥点。说月亮就是地球转得太快时甩出去的一大块泥巴，似乎有点疯狂。这个假说一度拥有不少支持者，因为甩出去的部分属于地幔，与地心的铁核无关，这可以回避掉月球含铁量低的问题。此外，有人说月球差不多刚好可以填进太平洋。然而，地质学家有很不错的理论来解释海洋的成因，其中没月亮什么事。而且，把现在地球和月球的角动量加在一起，可以算出当初的地球大概每８小时自转一周，然而要能够甩出月亮来，地球的自转要快到每２小时一周才行。
一个更疯狂的理论出场了。４５亿年前，一颗火星那样大的行星撞上地球，其惊天动地的程度远远超过结束恐龙时代的那次相撞事件。撞击抛出大量的行星外层物质，它们在环绕地球的轨道上逐渐凝结成为月球。相撞产生的高热可以说明月球表面为什么像是被烘烤过；氧同位素丰度类似则可用大部分物质来自地球来解释。如果相撞发生在地球已经基本成型——也就是说，大部分的铁已经陷落到核心处、地幔里含铁量较少——的时候，铁核的问题也可以从容地解决。
大冲撞假说是1975年由William K. Hartmann和Donald R. Davis首次提出的。它看上去相当富有戏剧性，在符合事实的程度上倒比以前的假说都强些。剩下的，就是看这场轰轰烈烈的恋情究竟是否可能发生。在太阳系形成早期，这种相撞事件并不稀奇。不过早先进行的一些定量分析表明，为了形成现在的月球，当初的相撞过程必须具有一些难以达到的苛刻条件，例如相撞的天体非常大、发生多次撞击等。或者要求地球尚处于体积比现在小得多的幼年状态，但那时地球的铁元素还没有沉降到地心，形成的月球必然含有大量的铁——好不容易解决掉的铁核问题又阴魂不散地回来了！
美国科罗拉多州西南研究所的Robin Canup等人为大冲撞假说注入了新的活力。他们把地球和与之相撞的天体划分为２万多个部分，分析相撞时各部分之间的压力、引力等相互作用及温度升高的现象，用计算机模拟不同初始角度和速度下的相撞过程，从中寻找比较合适的方案。每一种可能性，都要在工作站上算好几天甚至几个星期。
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结果表明，已经基本成型的地球与一个火星大小的天体斜斜地相撞，能抛出足够多的物质形成现在的月球。相撞所需的初始条件并不像旧模型认为的那样严格，也就是说，通过大冲撞产生月球的过程变容易了。
这一成果发表在2001年8月16日的英国《NATURE》杂志上。对于月球起源理论，它究竟是一小步、还是一大步呢？局限性当然总是有的，如果有更强大的计算机，可以对这个模型再作改进。不过最重要的，或许是继续对月球结构和成分作进一步探测，以此为依据构建更好的模型吧。但是，由于太阳系的天体运动具有混沌特征，初始条件相差毫厘，结果就可能谬以千里，准确地重现月球形成过程将是极为困难的工作。我们所能做的，只是不断地提出一些更符合事实的猜测罢了。
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噪声的作用
噪声一向为人们所厌恶。但是，随着现代科学技术的发展，人们也能利用噪声造福人类。
噪声除草
科学家发现，不同的植物对不同的噪声敏感程度不一样。根据这个道理，人们制造出噪声除草器。这种噪声除草器发出的噪声能使杂草的种子提前萌发，这样就可以在作物生长之前用药物除掉杂草，用“欲擒故纵”的妙策，保证作物的顺利生长。
噪声诊病
美妙、悦耳的音乐能治病，这已为大家所熟知。但噪声怎么能用于诊病呢？最近，科学家制成一种激光听力诊断装置，它由光源、噪声发生器和电脑测试器三部分组成。使用时，它先由微型噪声发生器产生微弱短促的噪声，振动耳膜，然后微型电脑就会根据回声，把耳膜功能的数据显示出来，供医生诊断。它测试迅速，不会损伤耳膜，没有痛感，特别适合儿童使用。此外，还可以用噪声测温法来探测人体的病灶。
有源消声
通常所采用的三种降噪措施，即在声源处降噪、在传播过程中降噪及在人耳处降噪，都是消极被动的。为了积极主动地消除噪声，人们发明了“有源消声”这一技术。它的原理是：所有的声音都由一定的频谱组成，如果可以找到一种声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，只是相位刚好相反（相差180°），就可以将这噪声完全抵消掉。关键就在于如何得到那抵消噪声的声音。实际采用的办法是：从噪声源本身着手，设法通过电子线路将原噪声的相位倒过来。由此看来，有源消声这一技术实际上是“以毒攻毒”。