小科学家: 九月 2016

2016年9月28日星期三

物质

物质为构成宇宙间一切物体的实物和场。例如空气和水，食物和棉布，煤炭和石油，钢铁和铜、铝，以及人工合成的各种纤维、塑料等等，都是物质。世界上，我们周围所有的客观存在都是物质。人体本身也是物质。除这些实物之外，光、电磁场等也是物质，它们是以场的形式出现的物质。物质的种类形态万千，物质的性质多种多样。气体状态的物质，液体状态的物质或固体状态的物质；单质、化合物或混合物；金属和非金属；矿物与合金；无机物和有机物；天然存在的物质和人工合成的物质；无生命的物质与生命物质以及实体物质和场物质等等。物质的种类虽多，但它们有其特性，那就是客观存在，并能够被观测，以及都具有质量和能量。

物质种类

常见的物质存在状态有六种：固态、液态、气态、等离子态、超固态、中子态。不过实验技术的进步产生了许多新的物质状态，像是玻色–爱因斯坦凝聚及费米子凝聚态。对于基本粒子的研究也产生了新的物质状态，像是夸克-胶子浆。在自然科学的历史中，许多人都在研究物质的确切性质，物质是由许多离散组件组合而成的概念，即所谓的“物质粒子论”，最早是由希腊哲学家留基伯（~490 BC）及德谟克利特（~470–380 BC）提出。

所有可以用肉眼看到的物体都是由原子组成，而原子是由互相作用的次原子粒子所组成，其中包括由质子和中子组成的原子核，以及许多电子组成的电子云。一般而言科学上会将上述的复合粒子视为物质，因为他们具有静止质量及体积。相对的，像光子等无质量粒子（英语：massless particle）一般不视为物质。不过不是所有具有静止质量的粒子都有古典定义下的体积，像夸克及轻子等粒子一般会视为质点，不具有大小及体积。而夸克和轻子之间的交互作用才使得质子和中子有所谓的体积，也使得一般物体有体积。爱因斯坦证明所有物体都可以转换为能量（即质能等价），之间的关系式即为著名的E = mc²，其中E为能量，m为质量，c为光速，其数值为299792458 m/s。因此很小的质量可以转换为很大的能量，例如正子和电子（都是物质）可以转换为非物质的光子。不过虽然在这些过程中可以产生或是湮灭物质，但是物质及能量的总和（透过E = mc²转换）却不会改变。

宏观而言，物质的种类万千，性质多样。气体状态的物质，液体状态的物质或固体状态的物质；单质、化合物或混合物；金属和非金属；矿物与合金；无机物和有机物；天然存在的物质和人工合成的物质；无生命的物质与生命物质以及实体物质和场物质等等。物质的种类虽多，但它们有其特性，那就是客观存在，并能够被观测，以及都具有质量和能量。

物质与物件的区别

就内涵方面而言，物质是永不均匀满布于时、空中的填充内容，其唯一属性是质量。就外延方面而言，物质指所有的物件，包括“精神物件”与“现实物件”。“宇宙”三要素为时间、空间、质量。其中质量与空间是物件的基本属性，而质量与空间及时间都是事件的基本属性。

物质形态

物质状态的变化

物理学上物质有六种存在形态：固态、液态、气态、等离子态、玻色-爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态。固态物质具有形状和体积，它们的分子紧紧地结合在一起。液态物质也有体积，但没有形状，相比之下，它们的分子结合得要松散一些，因而液体可以被倾倒到一个容器中以测量它们的体积。气体既没有体积也没有形状，它们的分子会自由地移动，从而充满任何一个可以封闭它们的容器。等离子态是由等量的带负电的电子和带正电的离子组成。玻色-爱因斯坦凝聚态表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态（一般是基态）。即处于不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态。

气态物质

我们的生活空间被大量气体包围着。许多古人观察到：风能够将较细的树干吹弯了腰，烧开的水中会冒出气泡。因此早期的哲学家相信有一种称为“空气”的元素存在，并具有上升的倾向。17 世纪时，托里切利证明空气和固体、液体一样具有重量。到了18世纪，化学家证明了空气是多种气体的混合物，并且在化学反应中发现了许多气体。这些新发现的气体立刻就有了实际的应用，例如从煤中提炼出的气体就可以产生光与热。

液态物质

液体的粒子会互相吸引而且离得很近，所以不易将固定体积的液体压缩成更小的体积或是拉大成更大的体积。受热时，液体粒子间的距离通常都会增加，因而造成体积膨胀。当液体冷却时，则会发生相反的效应而使体积收缩。液体可以溶解某些固体，例如将食盐放入水中，食盐颗粒好像会渐渐消失。其实是因为食盐溶于水后电离出钠离子与氯离子，并均匀分布在水中，形成一种水溶液。此外，液体还可以溶解气体或其他液体。

固态物质

固态物质具有固定的形状，液体和气体则没有。想要改变固体的形状，就必须对它施力。例如挤压或拉长可以改变固体的体积，但通常变化不会太大。大部分固体加热到某种程度都会变成液体，若是温度继续升高则会变成气体。不过有些固体在受热之后就会分解，例如石灰石。晶体与金属是最重要的两种固体。

等离子态物质

将气体加热，当其原子达到几千甚至上万摄氏度时，电子就会被原子"甩"掉，原子变成只带正电荷的离子。此时，电子和离子带的电荷相反，但数量相等，这种状态称做等离子态。人们常年看到的闪电、流星以及荧光灯点燃时，都是处于等离子态。人类可以利用它放出大量能量产生的高温，切割金属、制造半导体元件、进行特殊的化学反应等. 在茫茫无际的宇宙空间里，等离子态是一种普遍存在的状态。宇宙中大部分发光的星球内部温度和压力都很高，这些星球内部的物质差不多都处于等离子态。宇宙中绝大部分物质都处于等离子态，固液气才是真正的比较稀少的物质状态。只有那些昏暗的行星和分散的星际物质里才可以找到固态、液态和气态的物质。

凝聚态物质

玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）是科学巨匠爱因斯坦在70年前预言的一种新物态。这里的“凝聚” 与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态（一般是基态）。即处于不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态。

这个新的第五态的发现还得从1924年说起，那一年，年轻的印度物理学家玻色寄给爱因斯坦一篇论文，提出了一种关于原子的新的理论，在传统理论中，人们假定一个体系中所有的原子（或分子）都是可以辨别的，我们可以给一个原子取名张三，另一个取名李四，并且不会将张三认成李四，也不会将李四认成张三。然而玻色却挑战了上面的假定，认为在原子尺度上我们根本不可能区分两个同类原子（如两个氧原子）有什么不同。

玻色的论文引起了爱因斯坦的高度重视，他将玻色的理论用于原子气体中，进而推测，在正常温度下，原子可以处于任何一个能级（能级是指原子的能量像台阶一样从低到高排列），但在非常低的温度下，大部分原子会突然跌落到最低的能级上，就好像一座突然坍塌的大楼一样。处于这种状态的大量原子的行为像一个大超级原子。打个比方，练兵场上散乱的士兵突然接到指挥官的命令“向前齐步走”，于是他们迅速集合起来，像一个士兵一样整齐地向前走去。后来物理界将物质的这一状态称为玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC），它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态。这就是崭新的玻爱凝聚态。

费米子凝聚态

根据“费米子凝聚态”研究小组负责人德博拉·金的介绍， “费米子凝聚态”与“玻色一爱因斯坦凝聚态”都是物质在量子状态下的形态，但处于“费米子凝聚态”的物质不是超导体。

量子力学认为，粒子按其在高密度或低温度时集体行为可以分成两大类：一类是费米子，得名于意大利物理学家费米；另一类是玻色子，得名于印度物理学家玻色。这两类粒子特性的区别，在极低温时表现得最为明显：玻色子全部聚集在同一量子态上，费米子则与之相反，更像是“个人主义者”，各自占据着不同的量子态。“玻色一爱因斯坦凝聚态”物质由玻色子构成，其行为像一个大超级原子，而“费米子凝聚态”物质采用的是费米子。当物质冷却时，费米子逐渐占据最低能态，但它们处在不同的能态上，就像人群涌向一段狭窄的楼梯，这种状态称作“费米子凝聚态”。

守恒定律

1．早期的“质量守恒定律”（质能关系之前）

在化学反应中，参加反应前各物质的质量总和等于反应后生成各物质的质量总和。这个规律就叫做质量守恒定律（Law of conservation of mass）。

在任何与周围隔绝的体系中，不论发生何种变化或过程，其总质量始终保持不变。或者说，任何变化包括化学反应和核反应都不能消除物质，只是改变了物质的原有形态或结构，所以该定律又称物质不灭定律。

2．“能量守恒定律”

3．爱因斯坦的“质能关系”

4．“信息守恒”（邓宇等）

基本结构

物质不依赖于意识而又能为人的意识所反映的客观实在。运动是物质的根本属性，时间和空间则是运动着的物质的存在形式。自然界和社会的一切形象，都是运动着的物质的存在形式。由同一种分子组成的物的最小单位简而言之，就是组成各种形态，生命，乃至宇宙，的基本元素。

简单点说就是实物粒子和场统称物质或者有能量（质量）的统称物质。

物质的本源是单位空间的运动，也可以说是量子的运动，因为我们知道任何物质的运动都会增加质量，速度接近光速会越发明显，比如电子的自旋，在一定小空间的运动形成了质量，E=mc²》m=E/c²，质量也就是物质了，任何物质都是运动的光子（量子）组成的，而静止的光子是没有质量的，质量和能量的转换公式为E=mc²，所以反过来思考，物质的本源就是没有质量的空间（量子）接近光速的运动，而把物质完全转化为能量的是正反物质的湮灭，所以任何物质都不是实体，只要条件合适，都可以穿越，之所以有支持力等等，都是空间之间的电磁场的排斥，光子照在形成物质的空间上也会反射，就看见了物体，手触摸的时候，手的粒子和物体的粒子场力相互排斥，不然手就会穿过物体，所以任何物质都是虚无的，只是空间在相互作用（电磁力万有引力等等）大质量的物质万有引力场越发明显，小质量比如夸克质子只在原子核层面形成效应，所以物质也是一种波，可以互相穿过。

世界是由物质构成的，物质通常是有结构的，但是物质结构在层次上是否具有基本单元，即德谟克利特式的“原子”是否存在？这是一个长期反复争论而又常新的课题。当代几种不同的量子引力，尽管对某些问题存在着不同的见解，但是关于这个问题从实质上来看，却给出了一致肯定的回答。

超弦/M理论和圈量子引力是异曲同工的，都认为尺度为普朗克长度（10^-33厘米）的小圈是物质和空间微观结构基本单元。

普朗克长度是由引力常数、光速和普朗克常数决定的，它大致等于10的-33次方厘米，是一个质子大小的10的20次方分之一。

普朗克长度l=Gh/c^3=10^-33厘米

其中G为引力常数，h为普朗克常数，c为光速

超弦/M理论认为，构成我们世界的物质微观基本单元是具有广延性的弦和brane（膜），并非所谓的只有位置没有大小的数学抽象点粒子。粒子物理学标准模型中的粒子，都是弦或brane（膜）的激发。弦和brane（膜）的线度是有限短的普朗克长度，它们正是构成我们世界的物质基本单元，即德谟克利特式的“原子”，这是超弦/M理论为现今所有粒子提供的本体性统一。

圈量子引力给出了在普朗克标度面积和体积的量子化性质，即断续的本征值谱，面积和体积分别存在着最小值。由于在圈量子引力中，脱离引力场的背景空间是不存在的，而引子场是物质的一种形态，因此脱离物质的纯粹空间也就是不存在的。空间体积和面积的不连续性和基本单元的存在，正是物质微观结构的断续性和基本单元的存在性的最有力论据。

总之，超弦/M理论和圈量子引力从不同的侧面，对量子引力的本质和规律作出了一定的揭示，它们在普朗克长度（10^-33厘米）领域一致地得出了空间量子化和物质微观结构基本单元存在的结论。这无疑是人们在20世纪末期对我们世界空间时间经典观念的重大突破，也是广义相对论和量子力学统合的成果；同时更是辩证唯物主义哲学上关于空间和时间是物质存在的客观形式，没有无物质的空间和时间，也没有无空间和时间的物质学说的一曲凯歌！

月相

月相是天文学中对于地球上看到的月球被太阳照明部分的称呼。月球环绕地球旋转时，地球、月球、太阳之间的相对位置不断地变化。因为月球本身不发光，月球可见发亮部分是反射太阳光的部分。只有月球直接被太阳照射的部分才能反射太阳光。我们从不同的角度上看到月球被太阳直接照射的部分，这就是月相的来源。月相不是由于地球遮住太阳所造成的（这是月蚀），而是由于我们只能看到月球上被太阳照到那一半的一部分的所造成的，其阴影部分是月球自己的阴暗面。对地球中低纬度区的观察者来说，月球永远是东升西落，北半球月球中天方位偏南，而南半球则偏北；而月升至月落大约都是半天的时间，但若月亮在天空的期间是白昼，则通常很难被注意到。

当地球位于月球和太阳之间时，我们可以看到整个被太阳直射的月球部分，这就是满月。当月球位于地球和太阳之间时，我们只能看到月球不被太阳照射的部分，这就是朔；而当首度再见到月球明亮的部分时，称为“新月”。当地月联线和日月联线正好成直角时，我们正好可以看到月球被太阳直射的部分的一半，这就是弦月（半月，因为月球亮部的圆弧如同弓柄，近似直线的黑影边缘如弓箭的弦，故得名）。
月相的更替周期是29.53天，称为一个朔望月，它是历法中历月和星期的来源。这个时间比月球公转的时间（恒星月）要长，因为当月球绕地球公转时，地球也在绕太阳公转，一个朔望月月球大约要绕（360+360*29.53/365.24）=389.11度（公转只绕360度）。所以一恒星月大约为29.53 * 360 / 389.11 = 27.32天。
月球绕地球公转的轨道面（白道面）与地球绕太阳公转的轨道面（黄道面）之间有5度夹角，因此新月或满月时月地日之间往往并非完全是一条直线。当月地日之间完全是一条直线时就可以观察到日食（新月时）或月蚀（满月时）。正是由于这5度的倾斜，每月都有朔和满月然而并非每月都有月蚀和日食。

月相的名称

在北半球看见的月相，在南半球看见的每一个都会是上下左右倒置的。

月球在各个阶段的相位，依照下列的顺序皆有特定的名称：

月相	北半球	南半球	可见时段	中天标准时间 (中间相位)
朔	看不见	看不见	6:00或18:00，肉眼无法看见。	12am
新月（初二既朔、初三朏）	难见，传统上对首见眉月的称呼		日落后一小时内	1pm
娥眉月、眉月、三日月（Waxing crescent）	右侧的1-49%可见	左侧的1-49%可见	下午到黄昏之后	3pm
上弦月（First quarter）	右侧的50%可见	左侧的50%可见	中午之后到子夜	6pm
盈凸月（Waxing gibbous）	右侧的51-99%可见	左侧的51-99%可见	午后至夜晚的大部分时间	9pm
满月、望、望月（Full moon）	可见整个月球	可见整个月球	日落后至日出前（整夜）	12pm
亏凸月（Waning gibbous）	左侧的51-99%可见	右侧的51-99%可见	入夜之后到清晨	3am
下弦月（Last quarter）	左侧的50%可见	右侧的50%可见	子夜到次日中午	6am
残月、亏眉月（Waning crescent）	左侧的1-49%可见	右侧的1-49%可见	曙光前到清晨	9am
晦	难见，传统上对最后的残月的称呼		日出前一小时内	11am

当太阳和月球对齐在地球的同一侧，月球是朔，而月球朝向地球的是未被阳光照亮的一侧。当月球的亮面渐增（从地球看见的明亮表面逐渐增加），月相的变化依序是朔、新月、眉月、上弦月、盈凸月、和满月的相位，然后成为亏凸月、下弦月、残月和晦。虽然眉月较为普通与常见，但眉月和残月的位置是互换的，上弦月和下弦月有时也被称为半月。
值得注意的是，从中文的语源上来说，上弦月是指农历每月“上旬”的弦月，而不是因月相为月亮开口朝上（即弦在上）；下弦月是指农历每月“下旬”的弦月，也不是因月亮开口朝下（即弦在下）。实际上，上、下弦月的月相也不一定如此^[2]。不过，若在上半夜看到弦月，即可肯定其为上弦月；若在下半夜看到弦月，即可肯定其为下弦月，但这并非其名称典故。
当一个被照亮一半的球体被从不同的角度观看时，可见到的被照明区域是一个被圆和椭圆（椭圆的长轴和圆的直径是一致的）的交集所定义的二度空间（平面）。如果半椭圆相对于半圆是凸出的，则这种形状是凸月（凸起朝外）；如果半椭圆相对于半圆是凹下的，则这种形状是眉月或残月（凹下朝内）。
在北半球，如果月球的左边是黑暗的，则明亮的部分会逐渐增加，同时月球会逐渐凸起（朝向满月接近）。如果月球的右侧是黑暗的，则明亮的部分会逐渐缩减，同时月球会逐渐凹陷（朝向残月接近）。假设观测者是在北半球（面向南方），则月球逐渐增亮的部分永远都是右边的部分。

月历

历月的平均长度是一年的1/12，大约是30.4天左右，而月球相位（朔望月）的循环周期平均是29.53天。因此，月球相位的每个阶段在每个月平均都会持续的提前一天。如果你在一个月的每一天都拍摄月球的相位，从日落后的黄昏开始，然后每天延后约25分钟拍摄，然后在日出之前的凌晨结束，你可以创建出如同图示的2005年5月8日至2005年6月6日的完整月相复合图。但要注意在5月20日没有图像，因为在5月19日晚间的子夜之前拍了一张，而下一张在5月20日晚间的子夜之后，已经是5月21日才拍摄。同样的，如果你观察月历上月球出没的时间，有时候也有某一天会被跳过去（即当天没有月出或月没）。当月亮在升起的时间接近某一天的子夜之前，则下一次再升起时就会在第二天子夜之后而跳过了一天（月没和中天有是相同的状况）。这种跳过一天的现象是人为的历法造成的，并不是月球的行为古怪。

水的重要性

1..水对我们的生命起着重要的作用 ,它是生命的源泉，是人类赖以生存和发展的不可缺少的最重要的物质资源之一。

人的生命一刻也离不开水，水是人生命需要最主要的物质。 

而对人体而言的生理功能是多方面，而体内发生的一切化学反应都是在介质水中进行，没有水，养料不能被吸收；氧气不

能运到所需部位；养料和激素也不能到达它的作用部位；废物不能排除，新陈代谢将停止，人将死亡。因此，水对人的生命是最重要的物质。 

在地球上，哪里有水，哪里就有生命。一切生命活动都是起源于水的。人体内的水分，大约占到体重的65%。其中，脑髓含水75%，血液含水83%，肌肉含水76%，连坚硬的骨胳里也含水22%哩！没有水，食物中的养料不能被吸收，废物不能排出体外，药物不能到达起作用的部位。人体一旦缺水，后果是很严重的。缺水1%-2%，感到渴；缺水5%，口干舌燥，皮肤起皱，意识不清，甚至幻视；缺水15%，往往甚于饥饿。没有食物，人可以活较长时间（有人估计为两个月），如果连水也没有，顶多能活一周左右。 
2..在现代工业中，没有一个工业部门是不用水的。也没有一项工业不和水直接或间接发生关系。更多的工业是利用水来

冷却设备或产品，例如钢铁厂等。水还常常用来作为洗涤剂，如漂洗原料或产品，清洗设备或地面，每个工厂都要利用水的各种作用来维护正常生产，几乎每一个生产环节都有水的参与。 

所以,水作为大自然赋予人类的宝贵财富，早就被人们关注。但是人们经常使用“水资源”一词，却是近一二十年的事。关

于水资源的定义，有几十种之多，较普遍的说法是指“可以供人们经常取用、逐年可以恢复的水量”。也就是通常所指的淡水资源。这样，苦咸的的海水就不算在内，连千年难化的冰川、不易取用的一部分地下水也排除在外了。水落石出资源是人类调查了解得最清楚的资源，决不会像煤、铁、石油等资源那样有新的大发现而改变数量结构和分布。水资源的价值在于，水资源地球生命的需求、为人类服务包括水所具有的发电、航运、养殖、环境等方面的能力。 

我们都知道,水在自然环境和社会环境中，都是极为重要而活跃的因素。山清水秀，鸟语花香，风调雨顺，五谷丰登，是人类追求向往的美境，也是人类劳动创造和精心爱护的硕果。水在不停地运动，在人体里，在农田，在工厂，使世界充满生机和活力，污物被水流带走，稀释了，化解了，又被大自然净化了。当我们徜徉在大自然的怀抱的时候,其实我们所面对的全部是水给我们的力量.我们那山木禾水的生活,水给了我们很大的比例. 

地球有“水球”之称。“三山七水一分田”，这句俗语，比较形象地概括了地球表面的情况。据权威人士估计，地球上的储水量达3.85亿立方千米，如果把这些水平铺在地球的表面，那么地球就会变成一颗平均水深达2700多米的“水球”。 
在大海中航行，尽管波涛将你托起，浪花与你嬉戏，但你却不敢稍饮一点海水，即使你已渴得噪子冒烟，嘴唇干裂。地球上97%的水正是这种目前人类还无法直接饮用的海水

水的循环

水循环是指水由地球不同的地方透过吸收太阳以来的能量转变存在的模式到地球中另一些地方，例如：地的水份被太阳蒸发成为空气中的水蒸气。而水在地球的存在模式包括有固态、液态和气态。而地球中的水多数存在于大气层中、地面、地底、湖泊、河流及海洋中。水会透过一些物理作用，例如：蒸发、降水、渗透、表面的流动和表底下流动等，由一个地方移动至另一个地方。如水由河川流动至海洋。

水循环指水在一个既没有起点亦没有终点的循环中不断移动或改变存在的模式。当水在地球中移动时，将会在气态、固态和液态，三个状态中不断转变。水由一个地方移动至另一个地方所需的时间可以秒作单位，亦可以是数以千年计。而地球中的总水量约为1.37 X 10⁹ km³，其中以包含海洋的含水量。而尽管水在水循环中不断改变，但地球的含水量基本不变。
水会透过各种物理变化或生物物理变化而达成移动。而蒸馏和降水在整个水循环中担当一个非常重要的角色，这两个过程于每年令505,000 km³的水产生移动。它们亦令地球中大部分水产生移动。河流所带动的水流只属于中等，而由冰直接升华至水蒸气更是非常少。
以下会列出一些涉及水循环的过程:

降水：一些空中凝结的水从空中坠下至地面或海面，而下雨则成为最常见的降水现象。当然落雪、落冰雹、雾、雪丸和雪雨也是降水的现象之一。而每年大约有505,000 km³透过降水，这个现象返回陆地或海洋。当中有398,000 km³会返回海洋当中。
植物截留：当降水时，未必全部的水份会落到地面或海洋。有一部分的水会被树林、树木的叶所栏截，通常这些水会再被蒸发至大气层中，而只有少数被栏截的水会由树木降回地面。
溶雪：当雪溶时，则会产生一些迳流。
迳流：这是指水由一处移动至另一处，这包括地面迳流和地底的迳流。当发生迳流，水会渗入到地底、蒸发入空气、储存于湖泊或水库，或被人提取作农业用途或作其他用途。
渗透：水由地面流入地底。当水渗入泥土后，会令泥土变得湿润或变成地下水。
地下径流：水于地下蓄水层或地下水位线以上的空间流动。当被泵、于泉源或最终流回海洋，水是会返回地面。水会在较渗入地面地方海拔低的地方返回地面。而因为地心吸力或由地心吸力所产生的压力关系，地下水会以非常缓慢的速度流动或是补充，所以地下水会存于地下蓄水层一段非常长的时间。
蒸发：指当水由地面或大量的水中转变成气态即水蒸气返会大气层，而此过程中需要的能量主要是来自太阳。蒸发往往涉及植物的蒸腾作用，但整体上仍然会把它们计算为蒸散量。在大气层中，大约百份之九十的水份是来自蒸发，而另外的百份之十是来自植物的蒸腾作用。年总蒸发量大约是 505,000 km³，其中 434,000 km³是蒸发自海洋的。
升华：指固态水即冰或雪直接转变成气态即水蒸气^。
移流：指固态、液态或气态的水在大气层中移动。没有移流，水只会在海洋中被蒸发却没有任何水降至陆地。
凝结：指水蒸气在空气中转变成液态的水，从而产生云和雾。

动物的自卫方法

生活在太平洋、印度洋热带海域的犀鱼，有一个非常厉害的武器——尾刺。它能左右开弓，分别用尾部两侧的刀来刺对方。剑鱼的“长剑”能刺透木船的甲板，如同锐利的剑，打起架来很好用。

非洲的热带森林中，有一种眼镜蛇，能射出一缕缕的毒液，达4米远。一些弱小的野兽遭到一次射击就会丧命。中美洲森林中的酸的虫，背部贮藏有浓度为84％的醋酸，必要时，可把醋酸液喷射60—80厘米远，用以射击来犯者。 

海洋里的某些鱼类，防卫的武器更是“先进”，它们遇到敌害，能放出电流来击伤对方。如电鳐放出的电可达200伏，电鲶放出的电可达350伏，而电鳗放出的电竟可达500伏！如此“高压”的电流，的确让对手害怕。 

有的动物尽管没有可杀伤对手的武器，但会巧施“金蝉脱壳”计。 

黄鼠狼（黄鼬）的肛门有一个臊包，在临危的时候，会放出一股臊气，让对手避之不及。 

大海里的章鱼随身携带装满“墨汁”的黑囊，遇到险情时，便将墨汁射出，施放“烟雾弹”，乘机逃之夭夭。 

壁虎、螃蟹等动物在生命攸关时，还能够断肢残体，以保全性命。 

有的动物遇到敌手时，则利用自己身体上的坚甲或刺等，将薄弱部位隐藏起来。 

龟鳖类及绝大多数软体动物，在体表有一层护身的坚甲或贝壳；一旦发现敌情，它们就把头脚缩进去。 

刺猬在敌手来临时，便把身体卷缩成团，头埋在中间，使贪食的对手无从下口。 

有些动物自己没有类似龟甲、贝壳、棘毛之类的护身符，便借用其它动物的空壳作盔甲。比如寄居蟹，就是借用其它软体动物的空壳来护身的。 

有些动物实在没有别的方法御敌，只有用假死（即拟死）来逃避。 

南美大陆的负鼠，当面临危险时，便躺在地上，闭上双眼，呼吸缓慢，仿佛死了。狐狸也有类似的“装死术”。 

生长在青草地上的蚱蜢，身穿一套绿色的外套，与周围环境的色彩十分一致，连目光敏锐的鸟也很难发现它。 
叩头虫受到惊动时，六足卷缩，仰面朝天躺在地上装死。等到没有动静时，再把身体猛地一缩，“嘭”的一声，来个“前转翻”，匆匆而逃。 
壁虎和蜥蜴的尾巴又细又长，遇到敌害时，尾巴会自动断落，离开身体后的尾巴还能不断地摆动，把敌人吸引住，它们自身却逃之夭夭。 
针鼬（yoù）、刺猬的身上长有锋利的棘刺，一遇敌害，棘刺顿时竖起，身体缩成一团，形成一个刺圆球，弄得敌人不知从何下手，只好悻悻离去。豪猪的身上也生有棘刺，它的棘刺竖起后，还会互相摩擦，发出“刷刷”的响声，好像在警告敌人，不得侵犯！ 
黄鼬、臭鼬、灵猫具有分泌恶臭的腺体，遇到敌人袭击时，就立即放出臭气或射出臭液，把周围空气熏得臭不可闻，敌人只好掉头而去。美洲臭鼬射出的臭液可达一米之远，熊闻到此臭气也会远远避开，要是喷到人的脸上，甚至会使人昏迷。 
贮粮鼠是一种凶残的小兽，它的胸、腹部有黑、红、白三种毛色，非常鲜艳，当它用后脚站起来时，三种毛色就会暴露，敌人看了十分害怕。生物学称这种毛色为警戒色，是一种防御武器。 

蝎子白天常躲在岩石或木头下。那些爬进房子里的蝎子则躲在地毯下、 床上或是鞋子里，所以很危险。某些种类的蝎子。尤其是20厘米长的非洲蝎子，它们的毒刺可以致人于死地。 
蝎子通常用它的两只大而有力的钳子来捕食，食物绝大部分是蜘蛛和昆虫。只有当猎物挣扎时，它才会使用毒刺。 

大家都知道蜜蜂会蜇人，所以很多人怕蜜蜂，不敢接近它们。其实蜜蜂不到万不得已是不轻易蜇人的。因为蜜蜂蜇人以后，自己也要死去。蜜蜂不喜欢黑色的东西和酒、葱、蒜等带刺激性的特殊气味。如果这些颜色和气味的东西接近它，它会认为是敌害，就可能用它的防卫武器，刺针蜇人。如果我们用力去扑打它，也有挨蜇的可能。这是蜜蜂和其他许多生物一样，有自卫的本能。

光合作用

光合作用(Photosynthesis)是植物、藻类等生产者和某些细菌，利用光能把二氧化碳、水或硫化氢变成碳水化合物。可分为产氧光合作用和不产氧光合作用。
植物之所以被称为食物链的生产者，是因为它们能够透过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量，其能量转换效率约为6%。通过食用，食物链的消费者可以吸收到植物所贮存的能量，效率为10%左右。对大多数生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键。而地球上的碳氧循环，光合作用是其中最重要的一环。

虽然一些在光合作用中的步骤仍不能被完全理解，但是整体的光合方程序自19世纪以来是已知的。

古希腊哲学家亚里士多德认为，植物生长所需的营养全来自土中。
1642年比利时人范·海尔蒙特做了“柳树实验”，推论植物的重量主要不是来自土壤而是来自水。但他没有发现空气中的物质也参与了有机物的形成。
1771年，英国的普里斯特利发现植物能够更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊了的空气；但他并没有发现光的重要性。普里斯特利还发现置于密封玻璃罩内的老鼠极易窒息，但是如果加入一片新鲜薄荷叶，老鼠就可以苏醒。
1773年，荷兰的英格豪斯证明只有植物的绿色部分在光下才能起使空气变“好”的作用。
1774年，英国的普里斯特利发现绿色的植物会制造、释放出氧气。
1782年，瑞士的瑟讷比埃发现，即使植物没有受到阳光照射，照样会释放出二氧化碳。
1804年，瑞士的索绪尔通过定量研究进一步证实二氧化碳和水是植物生长的原料。
1845年，德国的迈尔发现植物把太阳能转化成了化学能。
1864年，德国的萨克斯发现光合作用会产生淀粉。
1880年，德国的恩格尔曼发现叶绿体是进行光合作用的场所。
1883年，德国的恩格尔曼运用三菱镜将太阳光折射出各色光，照射丝状海绵。一段时间后放入好氧细菌，发现植物在红光与蓝光区释放较多氧气
1897年，美国的巴恩斯首次在教科书中称它为光合作用。
1930年，范尼尔借由对紫硫菌的研究推论植物光合作用产生的氧来自水而非二氧化碳，革新了当时的观念。
1945-1957年，梅尔文·卡尔文利用碳14当追踪标的，找出植物将二氧化碳转化成碳水化合物的途径。
1961年，彼得·米切尔发表化学渗透理论解释光反应中ATP的生成。
诺贝尔奖得主、科学家鲁道夫·马库斯发现电子转移链的作用和意义。
奥托·海因里希·瓦尔堡和迪安·伯克发现I-量子光合作用的反应，分裂CO₂，由呼吸作用激活。
光合作用文字方程序：二氧化碳+水+光能->淀粉+氧气
植物与动物不同。对于绿色植物来说，在阳光充足的白天，将利用阳光的能量来进行光合作用，以获得生长发育必需的养分，就是所谓的自养生物。
这个过程的关键参与者是内部的叶绿体。叶绿体在阳光的作用下，把经由气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为葡萄糖，同时释放出氧气：

12H₂O + 6CO₂ +阳光→ (与叶绿素产生化学作用)C₆H₁₂O₆ (葡萄糖) + 6O₂ + 6H₂O
注意：上式中等号两边的水不能抵消，虽然在化学上式子显得很特别。原因是左边的水，是植物吸收所得，而且用于制造氧气和提供电子和氢离子。而右边的水分子的氧原子则是来自二氧化碳。为了更清楚地表达这一原料产物起始过程，人们更习惯在等号左右两边都写上水分子，或者在右边的水分子右上角打上星号。
植物的光合作用可分为光反应和碳反应两个步骤如下：
12H₂O +阳光→ 12H₂ + 6O₂ [光反应]
12H₂ (来自光反应) + 6CO₂ → C₆H₁₂O₆ (葡萄糖) + 6H₂O [碳反应]

呼吸系统

呼吸系统 Respiratory system是指生物体内将呼吸气吸入体内并进行气体交换的系统。在人类和其他哺乳动物体内中，呼吸系统包括呼吸道、肺和呼吸肌。氧气与二氧化碳在呼吸系统里通过扩散作用在外环境与血液中进行被动交换，气体交换过程发生在肺腔内。其他动物如昆虫的呼吸系统功能非常简单，对于两栖动物而言，他们的皮肤甚至也对气体交换至关重要。植物也有呼吸系统，但是气体交换的方向性可以与动物的气体交换方向相反，而且植物叶片背面的气孔结构也属于其呼吸系统的一部分。