童年迷思：为什么橡皮可以擦掉铅笔而不能擦掉油笔？| No.297
小时候
拥有许多块橡皮
可是一件非常令人羡慕的事
当然
这些漂亮好用的橡皮
要么，不知不觉就丢了
要么，被铅笔或文具刀“分尸”
你，有几块橡皮“寿终正寝”
你又是否知道
橡皮为什么能擦掉铅笔字迹？Q1
为什么橡皮可以擦掉铅笔而不能擦掉油笔？
by Lightening
答：橡皮能擦掉铅笔印主要靠物理吸附。
铅笔虽然叫铅笔，但是主要成分是石墨，石墨是层状材料，层间为范德华力，因此层间容易滑移，写字时便通过摩擦力将石墨剥离吸附在纸上，形成字迹。而橡皮主要是由橡胶制作成的，当然，现在也有一些橡皮使用聚乙烯或其他高分子材料制作。橡皮可以通过摩擦吸附石墨使之脱落，从而擦除铅笔字迹。通过控制橡皮成分可以生产不同的橡皮。硬一些的橡皮适用于硬度更高的铅笔，但容易擦破纸张，还容易将黑度高的铅笔字迹均匀地抹开。柔软的橡皮对纸张更友好，更适用于黑度高的铅笔字迹。
不知道有没有人尝试用橡皮擦掉圆珠笔或中性笔的字迹，我想说，你们有点难为橡皮了
，圆珠笔和中性笔的字迹是墨水扩散得到的，墨水会渗透到纸张的纤维中，这也是有些出水量大的笔会洇透纸张的原因。这样的字迹仅靠摩擦吸附是无法去除的，只能把带有墨水的那层纤维干掉才能把字迹去除。因此普通的橡皮擦是无能为力的。当然，你要非得大力出奇迹，那橡皮也无话可说。 参考资料：
by 霜白
Q.E.D.
Q2
在空间站上可以看见多大范围的地球？
by 匿名
答：大概……这么大？ 其实在空间站上能看到的地球真的不算大……大家不要被网上的示意图误导了，地球诶~一颗行星诶~半径六千多公里呢，辣么大的一颗球，怎么可能随随便便就让你都看去了。
我们可以简单估算一下我们在空间站上能看到的地球大小。
地球并不是一颗正球体，而是一个两极略扁，赤道略鼓的椭球体，其半径在6357千米到6378千米之间，平均半径6371.393千米。我们估算看到的面积时就往大了算，所以这里取半径的小值，将地球看作一颗半径6357千米的正球体。再来看空间站，空间站离地面高度一般在350千米到400千米之间，我们这里就取400千米，事实上，我国只有天宫二号来到过这个高度。那空间站与地表的几何关系就很明了了。
如图所示，O点为地心，A点为空间站位置，我们假设空间站的窗户为全景落地窗，实在不行宇航员可以出来看看，则B点为空间站视线与地面切点，即宇航员能看到的最远的地面位置。
带入数据，即OC=OB=6357km，AC=400km，不难求得AB=2290km，cos θ=0.9408，sin θ=0.3389，反解三角函数即可得θ=19.81°。进而可得弧CB的长度为2197.93km。CD长度为381.42km。
熟悉经纬度定义的同学可以立刻意识到，如果C点位于赤道线上，则θ即为B点纬度。而如果调转一下方向，CB都位于赤道线上，则θ即为C、B之间的经度差。也就是说，如果空间站位于本初子午线与赤道线的交点上空，则从空间站往下看，可以看到南北纬约19°，东西经同样约19°的一个球冠，这个球冠中心到边缘的地面距离约2197km。
可能有小伙伴会说，2000多公里，很长的嘛，确实：
由图看出，从北京到昆明的距离大约是2100公里，也就是说，如果空间站在北京上空，差不多可以望到昆明，但我国无论东西还是南北，最大距离都超过了5000公里，空间站无论怎么运动，都无法同时将全国的大好河山尽收眼底。
我们还可以计算一下从空间站到底能望到多大面积，按球冠面积计算公式：S=2πRh。其中R为球半径，即上图中OB；h为球冠的高，即上图中CD，计算可得球冠面积约为15,234,757平方公里，从面积上仅次于俄罗斯的国土面积，按我 们取的地球半径，地球表面积为507,825,245平方公里（地球实际面积为5.1亿平方公里），这个球冠仅占地球表面积的3%。你还觉得空间站能望到的面积很大吗？
最后，是一张国际空间站拍摄的地球照片。
图源自参考资料2 参考资料：
专家解读② | 空间站为何是在距离地400公里左右的位置飞行？
by 霜白
Q.E.D.
Q3
家用血糖仪的原理是什么？测试结果可信度有多高？
by 沙漠蘑菇
答：本文不构成任何医疗建议，如有相关症状请及时就医！
存在一定误差，但可以满足家庭日常血糖测量的需要。
看到问题，我去购物平台搜索了一下，看详情页描述，我觉得题中描述的应该是快速血糖仪。快速血糖仪出血少、便携、操作简单、检测速度快，在临床上同样有广泛的使用。
快速血糖仪一般采用葡萄糖氧化酶法测定血糖。其试纸上有葡萄糖氧化酶，接触血液后，可以氧化葡萄糖分子中的醛基，生成葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢又被耦联的过氧化氢酶催化释放出氧，氧将色原性氧受体4-氨基安替比林耦联酚氧化，并与4-氨基安替比林结合生成红色醌类化合物[1]，生成的红色醌类物质含量与葡糖糖含量成正比。通过光化学或电化学方法分析，得到血液中的葡糖糖含量。
而医学上对血糖的测量是通过生化分析仪完成的，这种检测通过采集静脉血液，离心取上层血浆，再利用生化仪检测，检测原理一般采用己糖激酶法，己糖激酶法特异性比葡糖糖氧化酶法高，是血糖测定的参考方法，具体原理可以查看参考资料2。利用生化分析仪对静脉血浆的测量结果更为准确。
这两种方法的最大区别在于快速血糖仪一般是指尖采血，使用的是毛细血管的全血，而生化分析仪使用的是静脉血血浆。血液在循环中，从动脉经毛细血管流到到静脉，这个过程中，血液中的葡萄糖会被组织细胞吸收，因此，静脉血血糖要低于毛细血管血糖。而全血中含有血细胞，血细胞具有一定稀释作用，因此全血的血糖浓度测量结果要稍低于血浆的测量结果。综上，对毛细血管的全血的血糖测量结果误差要高于对静脉血血浆的测量。
关于快速血糖仪的测量准确性，已经有许多人进行过相关实验了，首先要明确，根据《中国血糖监测临床应用指南（2015年版）》，血糖仪测量准确度标准是误差控制在±15%以内。在答者查询到的几篇来自不同医院的不同实验结果中，得到的结论是一致的。即：快速血糖仪的测量结果与生化分析仪的结果具有良好的相关性，检测结果准确度高，结果可靠，满足家庭日常血糖检测的需求。但需注意，在其中一份实验论文中，快速血糖仪在高值危急值处检测结果可能受仪器型号影响。因此，如有相关症状还是应尽快就医。另外还请注意，在购买相关产品时，请从正规渠道购买正规厂家生产的符合国家标准的产品，避免购买假冒伪劣产品!
本文不构成任何医疗建议，如有相关症状请及时就医！
参考资料：
刘晓雯.葡萄糖氧化酶法与血糖仪法测定静脉血的临床分析[J].中国卫生产业,2013,10(18):159-160.
刁志宏,黄海霞,唐连顺,孙亮,雷达,劳炜东.快速血糖仪与生化分析仪血糖检测结果的比对分析[J].大众科技,2021,23(11):64-66.
by 霜白
Q.E.D.
Q4
核磁共振的原理是什么？
by 匿名
答：核磁共振被广泛应用到医学，地质勘探和分子结构测定，是量子力学在工程技术上的重大应用。它是发生在原子尺度下的量子现象。
原子核拥有自旋，会由自旋产生一个磁矩。将原子核置于外加磁场中，原子核磁矩会绕外磁场方向旋转，这就类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动，也被称为进动。
陀螺的进动 | 图片来源 wiki 根据量子力学原理，原子核磁矩与外加磁场之间的夹角并不是连续分布的，而是由原子核的磁量子数决定的，原子核磁矩的方向只能按照磁量子数离散地改变。
核磁矩绕外加磁场旋转 | 图片来源 wiki 为了让原子核磁矩的方向发生改变，需要为原子核提供能量，这一能量通常是通过外加场来提供的。当外场的频率与原子核自旋进动的频率相同的时候，外场的能量才能够有效地被原子核吸收。因此某种特定的原子核，只吸收特定频率的能量。随后，原子核能级向下跃迁，将吸收的能量放出来，被探测器接收到，最后将这些能量信号处理，就能得到原子种类与分布的信息了。
讲到这里，恐怕很多读者朋友们都要打瞌睡了。那么有什么更加通俗易懂的解释吗？
核磁共振就像是做课间操。课间操时间到了，各个班级松散地站在操场上，有的向后站，有的向前站，互相交头接耳，这就是人体内磁性原子方向杂乱无章，磁性互相抵消。这时候，广播声传来：“第X套广播体操，现在开始“。于是大家都朝向前方，整齐划一的做广播操，广播声就是外场，让磁矩绕着外加磁场运动。最后你们整齐划一的动作进入到班主任的眼睛里，也就知道你们广播体操水平如何了，这就是探测器接收到共振信号。
假如广播中传来：请二年级一班的同学做一遍。这时候只有二年级一班的同学在做操，也就能更好得发现二年级一班是否有不认真做操的同学。医学里广泛应用的核磁共振成像（MRI）就是这样，通过改变磁场的空间分布，逐层扫描出每一层的氢分子含量。
核磁共振成像大脑 | 图片来源：wiki 参考资料：
by YJY
Q.E.D.
Q5
为什么石蕊试液和酚酞试液会变色？
by 匿名
答：因为酚酞和石蕊在不同的pH下会呈现不同的分子结构，进而表现出不同的颜色。
这里以酚酞为例，详细讲解一下酚酞在不同pH值下的分子结构的转变。
在酸性非常强的时候，酚酞呈现出橙红色。此时酚酞分子中心的碳原子为sp2杂化，上方两个苯环中离域的π电子通过中心的碳原子的p轨道连接到一起，形成了一个更大的离域π键，即分子中电子的离域程度增大，电子的能级间隔减小，进而可以吸收可见光波段的光，从而表现出颜色。如果此时减小溶液的pH值，由于中心的碳原子带有正电荷，使得带有负电荷的氧原子进攻这个碳原子，形成化学键，最终使得下方苯环上的羧基与中心的碳原子相连接，此时酚酞中心处碳原子变成sp3杂化，使得两个苯环不在同一个平面上，降低了电子的离域程度，使得溶液无法吸收可见光波段的光，溶液从而又恢复到无色。
调节溶液的pH至强碱性（pH=8~12），此时苯环上的羟基就表现出了酸性（酚类物质的酸性），使得分子向醌的结构发生转变，此时中心的碳原子又变成了sp2杂化的形式，增大了电子的离域程度，显示出粉色。
当溶液的pH再进一步增大时（pH>12），由于氧原子对于电子的吸引，使得中心碳原子呈现正电性，此时溶液中的氢氧根则会进攻这个碳原子，使得这个碳原子又回到sp3杂化的结构，又降低了体系的离域程度，溶液又变成无色。
参考资料：
by Paarthurnax
Q.E.D.
Q6
焰色实验为什么是物理变化，原理又是什么？
by 匿名
答：首先回答一下高中阶段定义的化学变化和物理变化最大的区别：是在于有无新物质的生成，对于化学变化，它的过程产生了新的物质，而对于物理变化则是没有。
说回焰色反应，它并没有新物质的产生，所以被归类成物理反应，但有人要问了，既然有颜色的光产生，那为什么说它没有新物质产生呢？别急，等我讲完下面的原理你就明白啦
焰色反应｜维基百科 我以上图焰色反应为黄色光的钠为例：
首先提出一个概念，钠原子里面有许多不同的能级，就类似于高层大楼一样，而电子一般都会处在最低层，我们称这个最底层为“基态”。而当电子受到外界刺激时（获得外界能量），电子就会跃迁到高的能级，而高能级的电子不老实，它就想往低能级跑，而当它重新回到低能级时，会散发出能量，而这种能量就以光波的形式散发出来了。
注：能级的跃迁是有选择定则的哦[1]。
钠原子的能级与跃迁｜百度百科 对于钠而言，在可见光范围内的跃迁的光的波长为589.69nm，588.99nm(钠的双黄线)都是黄色光，所以我们看到的的钠的焰色反应是黄色。
这个过程中，光是能量跃迁产生的，钠一直是钠，没有其它新物质的产生，所以我们认为焰色反应是物理反应。
参考资料：
[1]张国营.对钠原子部分能级图的改进[J].大学物理,1992,11(3):31-31.
by justiu
Q.E.D.
Q7
被压缩的弹簧在硫酸中被完全腐蚀，弹性势能去哪了？
by 。。。
答：很棒的一个问题。我们这里忽略弹簧内部的碳和各种杂质，而只考虑铁原子。
弹簧内部，铁原子规则地排列（这些规则排列的原子被叫做晶格），原子之间有相互作用力。压缩弹簧，在微观上原子之间发生了位移，偏离了原来的平衡位置，势能增大。
原子间相互作用势能随原子距离的变化 将这样被压缩的弹簧放进稀硫酸里溶解，假设弹簧溶解均匀而不会发生某一点溶解过快直接“崩断”。粗略地看，溶解在微观上包含两个过程：表面的铁原子脱离晶格，以及铁原子向溶液里的氢离子转移电子。驱动弹簧表面的铁原子脱离晶格进入溶液的“力”叫做化学势μ，化学势在热力学上是内能的一部分。溶解过程中内能的改变量dU＝μdN+YdX。dN代表了溶液粒子数的改变。YdX代表了除了粒子数改变所带来的内能改变之外，其他的内能改变量。
被压缩的弹簧内部存储的势能，在溶解过程中起到了促进原子脱离晶格进入溶液的作用——从能量角度讲原子更容易脱离晶格，但并不是说反应速率一定更快。也就是说，这部分势能增加了化学势μ，因此在溶解的铁原子数目dN不变的情况下，溶液中内能的增量dU要比弹簧未压缩的情形更多。额外增加的这部分内能，就对应于弹簧本来存储的弹性势能。
总而言之 ，压缩弹簧存储的弹性势能转化成了溶液的内能。
最后，这个问题已经在问答社区里讨论很久了，可以去参考下相关回答[1]。
参考文献：
by 藏痴
Q.E.D.
Q8
为什么原子周围的电子能不停地运动，能量从哪里来？
by 匿名
答：当题主问出这种问题的时候，我应该恭喜你，你已经想到了经典物理学中无法解决的一个问题，而这个已经触碰到了量子力学的内容。
首先先回答一下，从已经被广泛认可的量子力学来说，这个问题本身就是错误的。大家有这样的物理图像应该都是基于高中所学到的卢瑟福模型：
1911年由卢瑟福提出。认为原子的质量几乎全部集中在直径很小的核心区域（原子核），电子在原子核外绕核作轨道运动。
卢瑟福模型｜百度百科 1913年，玻尔也意识题主这种类似的问题，并提出了自己的假设：定态假设。即核外电子在轨道上运行时具有一定的，不变的能量，而这种不变能量的状态就叫做定态（这虽然是经验型的假设，有一定的局限性，但能大胆的将轨道量子化，我们必须膜拜玻尔的超级远见）。
那现在量子力学的解释是什么呢：其实电子并没有绕原子核不停“运动”，没有确定的运动轨道，也并不需要能量，而是以一种概率的状态出现在原子核的旁边，这也被称为电子云。（这就是量子力学～～要学会去接受它）
氢原子基态电子云｜百度百科 参考文献：
[1]张占新,莫文玲,王凤鸣,刘涛.通过计算氢原子的玻尔半径,加深对量子力学的理解[J].大学物理,2011,30(01):36-37.
by just iu
Q.E.D.
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编辑：穆梓
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