望远镜——神奇的“千里眼”
望远镜是一种用于观测远方物体的光学仪器。望远镜的发明，使古代人们所想象的“千里眼”终于成为现实。它不但可以使人们更清晰地观察远处的事物，更重要的是，它加速了天文学的发展，成为天文观测不可或缺的工具。人们利用望远镜能观测到更多的天文景象，它为人类了解太空，探索未知的世界提供了良好的手段。
牛顿制作的望远镜
世界上第一架望远镜
17世纪初期，荷兰的眼镜制造商都使用玻璃磨制镜片，一个眼镜商的儿子无意间将两片镜片放在一起，隔着一段距离观看，竟然发现远方的教堂变大了，而且能把对面教堂尖顶的风向标看得清清楚楚。
1609年，伽利略利用凸凹镜原理，以凸透镜做物镜，凹透镜做目镜，制造了一架所谓的伽利略式望远镜。最初这架望远镜只能把原物放大3倍左右，经过改进，放大率从3倍提高到8倍。最后，一架口径5厘米、长120厘米、放大率达32倍的望远镜被制作出来，这是世界上第一架折射式望远镜。不过，这种望远镜结构比较简单，其倍率和分辨率受球差和色差的限制较大。
反射式望远镜
1668年，牛顿制成第一架反射式望远镜，解决了折射望远镜的色差问题。他用2.5厘米直径的金属球磨制成一块凹面反射镜，并在主镜的焦点前面放置了一个与主镜成45度角的反射镜，使经主镜反射后的会聚光经反射镜以90度角反射出镜简后到达目镜，这是一个巨大的成功。
反射望远镜在天文领域应用十分广泛。由于反射式系统对玻璃材料在光学性能上没有特殊要求，光线不需透过材料本身，且整个系统重量较轻无色差，因此大口径的望远镜都采用反射式。
反射式望远镜中常用的有牛顿系统、卡塞格林系统、格雷果里系统、折轴系统等。现代的大型反射望远镜，大都通过镜面的变换，在同一个望远镜上得到不同的系统，以用于不同的观测项目。
后起之秀——射电望远镜
射电望远镜是观测和研究来自天体的射电波的基本设备，它主要包括收集射电波的定向天线，放大射电信号的高灵敏度接收机，信息记录、处理和显示系统等。射电望远镜的基本原理和光学反射望远镜的相同，投射来的电磁波被一精确镜面反射后，同相到达公共焦点。用旋转抛物面作为镜面形状易于实现同相聚焦。因此，射电望远镜的天线大多是抛物面状。
1931年，美国人K.G.杨斯基接收到来自银河的射电信号；1937年，美国人G·雷伯发明了射电望远镜。这是一架在第二次世界大战以前全世界独一无二的抛物面型射电望远镜。它的抛物面天线直径为9.45米，在1.87米波长内取得了12度的铅笔形方向束，并测到了太阳以及其他一些天体发出的无线电波。因此，G·雷伯被认为是抛物面型射电望远镜的首创者。
视觉的超越——X射线望远镜
X射线望远镜是用于观测宇宙天体辐射的X射线并进行成像的仪器，是装置在航天器上的。由于地球大气对X射线有强烈的吸收作用，使得对天体辐射的X射线的观测只能在地球大气层外进行。
X射线很容易被介质吸收，且在介质中其折射率近于1。这表明，折射系统不可能用在X射线波段，而X射线在非常倾斜的掠射角下将产生全反射。掠射X射线望远镜就是利用这种全反射原理设计而成的。X射线望远镜可分为X射线成像望远镜和爱因斯坦X射线望远镜两种。
为了减少像差，1952年，德国天文学家沃尔特首先建议利用X射线掠射的全反射现象来进行光学聚焦，使用两个同轴共焦旋转圆锥曲面组合构成的光学系统。望远镜的像成在焦平面上，焦平面上的辐射是用辐射接收器来接收的，常用的辐射接收器有乳胶、正比计数器和X射线图像转换器等。
哈勃太空望远镜
哈勃太空望远镜是世界上第一架太空望远镜，它以当代美国天文学家哈勃的名字命名，是有史以来最大、最精确的天文望远镜。
1990年4月24日，哈勃太空望远镜由美国发现号航天飞机送上离地面600千米的轨道。其整体呈圆柱形，长13米，直径4米，前端是望远镜部分，后边是辅助器械，总重约11吨。该望远镜的有效口径为2.4米，焦距57.6米，观测波长从紫外线的120纳米到红外线的1200纳米，造价15亿美元。
避雷针
避雷针是用来保护建筑物等避免雷击的装置。由安装在高大建筑物顶端的一个金属棒和用金属线连接的埋在地下的金属板组成，其避雷原理是利用金属棒的尖端放电，使云层所带的电和地上的电中和。
避雷针是早期电学研究中的第一个有重大应用价值的技术成果，它不仅使建筑物有效地躲避了雷电的袭击，还直接推动了电学的发展。更为深远的意义在于，它使近代科学走进了人们的日常生活。
与雷电的亲密接触——避雷针的问世
在中国的汉代，就有巫师将一种鱼尾状的瓦饰装在屋顶，用来防止雷电所引起的“天火”，这可以看做是避雷针的雏形。1752年，美国的富兰克林在成功地进行了捕捉雷电的风筝实验之后设想，如果能在高大建筑物上安置一种尖状装置，就有可能把雷电引入地下。于是，富兰克林把一根数米长的细铁棒固定在高大建筑物的顶端，把铁棒与建筑物用绝缘体隔开，然后将一根导线与铁棒底端连接再引入地下。避雷针由此诞生。
避雷针是如何应对“天电”的
在雷雨天气，高楼上空出现带电云层时，避雷针和高楼顶部都被感应上大量电荷，由于避雷针针头是尖的，而静电感应时，导体尖端总是聚集了最多的电荷。这样，避雷针上就聚集了大部分电荷。避雷针又与这些带电云层形成了一个电容器，由于它较尖，即这个电容器的两极板正对面积很小，电容也就很小，也就是说它所能容纳的电荷很少。所以，当云层上电荷较多时，避雷针与云层之间的空气就很容易被击穿，成为导体。这样，带电云层与避雷针形成通路，接地的避雷针就可以把云层上的电荷导入大地。
中国式消雷器
由于避雷针在引雷时，在导体中必然产生强大的瞬间电流，因此，仍会对室内的许多设备、精密仪器或通讯信号等造成影响。
我国防雷科技工作者在我国古塔自身半导体消雷效果的启发下，改进了富兰克林引雷入地的传统理论。他们根据限流理论，研制成功了形似半球形辐射状的避雷器，将雷电消除在了周围空间里。这种利用国际领先技术制成的避雷器，被誉为“中国式的消雷器”。这种避雷器，在引雷过程中产生的瞬间电流较小，不会对室内设备造成损坏，从而提高了避雷效果。
地动仪的发明
地动仪是汉代科学家张衡的传世杰作，也是世界上第一种可以测定地震方位的科学仪器。如今，随着技术的进步，各种现代化的地震仪应运而生，功能越来越齐备，测量的数据也越来越精确，从而为地震的测定和预报提供了保证。
地动仪
世界上第一架地动仪
132年，我国天文学家张衡发明了世界上第一架地动仪——候风地动仪。
候风地动仪是用精铜铸成的，是一个直径八尺、形状像酒坛子的圆筒，上面有隆起的圆盖，仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。仪器的内部中央立着一根铜质“都柱”，柱旁有八条通道，称为“八道”。道中安有“牙机”。仪体外部铸有八条龙，头朝下，尾朝上，按东、南、西、北、东南、东北、西南、西北八个方向布列。龙头和内部通道中的发动机关相连，每个龙头嘴里都衔有一个铜球。对着龙头，八个蟾蜍蹲在地上，个个昂头张嘴，准备承接铜球。当某个方向发生地震时，地动仪内部的“都柱”就向那个方向倾斜，触动“牙机”，使发生地震方向的龙头张开嘴，吐出铜球，落到蟾蜍的嘴里。
记录地震波的地震仪
地震仪是记录地震波的仪器，它能客观而及时地将地面的震动记录下来，是利用一件悬挂的重物在地震发生时地面震动而它由于惯性保持不动的原理制成的。
由地震仪记录下来的震动是一条具有不同起伏幅度的曲线，称为地震谱。曲线起伏幅度与地震波引起的地面震动的幅度相应，它标志着地震的强烈程度。从地震谱可以清楚地辨别出各类震波的效应。纵波与横波到达同一地震台的时间差即时差，与震中离地震台的距离成正比，离震中越远，时差越大。由此规律即可求出震中离地震台的距离，即震中距。
现代地震勘探仪器
现代地震勘探仪器一股由地震检波器、放大系统和记录系统组成。是地震勘探中用人工爆炸或用其他可控震源激发地震波，并记录它在地面引起的震动位移的仪器。通过分析地震波在岩石中的传播规律，确定地震界面的埋藏深度和形状。
浑天仪的问世
浑天仪是浑仪和浑象的总称。浑仪是古代用来测定天体坐标的一种仪器，浑象是古代用来演示天象的仪表。它们是我国东汉时天文学家张衡所制。浑天仪的发明是天文学界的一个创举，它提供了极其卓越的观测天象的方法，推动了以后天文学的研究。
浑天仪的诞生
117年，张衡根据自己对天体运行规律的认识，在前人的基础上加以改进，创制了能够精确表现浑天思想的“浑天仪”。浑天仪是一个用精铜制成的球形仪器，直径1米多，代表着天球，上刻画有星宿、赤道、黄道、恒隐圈、恒显圈等。利用齿轮带动天球绕着天轴转动，通过选择适当的齿轮个数，使天球的转动速度与地球自转的速度相一致，从而准确地表达星空的天象。
变相的钟表——天球仪
天球仪是清代中叶的科学家齐彦槐根据天象制造的计时仪器。它普遍应用于航海、天文教学和天文普及工作中。
天球仪由天球和金属座架两部分组成，基本结构与浑天仪一致。在一个圆球面上绘有星座、赤道、黄道、赤经圈等坐标系的刻度。天球可以绕一根贯穿球心的轴旋转，轴的两端与天球的两个交点为南北两极。带轴的天球被固定在一个通过南北两极的金属子午圆圈上。整个金属子午圆圈被安放在一个带有水平金属圈（代表地平圈）的座架上。
根据不同的纬度，可以调节天极在子午圈上的高度。利用天球仪可以观察到任意指定的时刻和地理纬度的星空图像、太阳等天体的方位角、地平高度、出没时刻和运行路径等。
地圆说
古代中国曾有“天圆地方”说，西亚人则认为大地是漂浮在海洋上的半球，古希腊人最初将大地想象成一个扁平的圆盘。近代，麦哲伦船队完成的第一次环球航行，以无可辩驳的事实证明了地球是圆形的。
地圆说的问世
古希腊哲学家亚里士多德根据月食发生时月面出现的地影是圆形的，给出了地球是球形的第一个科学证据。
公元前3世纪，古希腊天文学家埃拉托斯特尼根据正午射向地球的太阳光和两观测地的距离，第一次算出地球的周长。
726年，我国天文学家僧一行计算出子午线的长度和地球的周长。
历史上第一次环球航行
1519年9月20日，葡萄牙航海家麦哲伦率领一支由5艘帆船、266人组成的探险队，从西班牙塞维利亚港起航，开始了他名垂青史的环球航行。在途经菲律宾群岛时，探险队与岛上的土著人发生冲突，麦哲伦受伤身亡。最后，船队只剩下1艘船，它取道南非驶抵西班牙，实现了从西方向西航行到达东方的计划，证明了地球是个球体。
地球形象速写
现已精确地测出地球的平均赤道半径为6378.14千米，极半径为6356.76千米，赤道周长和子午线周长分别为40075千米和39941千米，北极地区约高出18.9米，南极地区低下去24.3米。有人说地球像一只倒放着的大鸭梨。其实，地球的这些不规则部分对地球整体来说是微不足道的。从人造地球卫星拍摄的地球照片来看，它更像是一个标准的圆球。
惯性——车都停了，为什么你还会向前冲
惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质。惯性的发现和牛顿惯性定律的提出，打破了地上运动和宇宙空间运动的人为界限，为经典力学体系诞生奠定了坚实的基础。
惯性的发现与牛顿第一定律
在惯性被发现以前，古希腊哲学家亚里士多德的物理学理论一直占统治地位，他根据马拉车车就动，马停止拉车车就不动的现象得出一个结论：物体运动必须有一个力来维持。
文艺复兴时期，伽利略注意到物体沿斜面向下运动时，速度不断增加，沿斜面向上运动时，速度不断减小。于是他得出结论：在没有倾斜的水平面上，物体的运动速度应当是不变的。当然，由于物体受到摩擦力的阻碍，这种水平运动的速度实际上是逐渐减小的。摩擦力越小，物体以接近于恒定速度运动的时间就越长，在没有摩擦的理想情况下，物体将以恒定的速度持续运动下去。
1687年，牛顿在前人的基础上，提出了他的第一定律——惯性定律。即：物体总保持静止状态或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态。
陀螺平台惯性导航系统
陀螺平台惯性导航系统是一种利用质量作加速度的敏感元件、以陀螺平台为支承的完全自足式导航系统。这种新兴的导航系统是在20世纪初出现的。
它以惯性原理为依据，与周围物理环境无关，不靠辐射能量和无线电等的辅助，不受外界干扰，导航精度完全取决于元件本身。
惯性导航系统一般由加速度计、陀螺平台和计算机等组成。惯性导航系统可以作为导航的独立装置来使用，给领航员以指示，也可以作为调整器而结合自动驾驶仪来控制运载器。
