華東師范大學出版社華東師范大學出版社主編袁運開副主編劉炳昇錢振華王順義主編袁運開副主編劉炳昇錢振華王順義科學八年級下冊KEXUE義務教育教科書致同學們同學們：歡迎你們學習科學，走近科學。什么是科學？科學神秘嗎？科學要研究和解決的問題與人類認識自然、利用自然、保護自然和發(fā)展自身有怎樣的關系？通過學習你們將會有所感悟。在這套教材里將要學習的有關生命科學、物質(zhì)科學和地球與空間科學領域的知識，只是一個初步的基礎，你們更要重視科學知識的產(chǎn)生過程和科學方法的訓練，逐步養(yǎng)成進行科學探究的習慣；注意科學態(tài)度、創(chuàng)新精神與實踐能力的培養(yǎng)，了解科學知識在生產(chǎn)實際中的應用以及科學知識的社會價值；要關注發(fā)生在周圍的自然現(xiàn)象和社會現(xiàn)象，試著用學過的科學知識去分析解釋它們，提出自己的看法并以科學的態(tài)度對待。這些方面對你們今后的工作和學習將有深遠的意義。本冊內(nèi)容的主線是信息與信息的傳遞。從最常見的聲、光、電這些人們熟悉的信息出發(fā)，介紹這些信息的特點與物理性質(zhì)。再介紹人體的感覺器官。眼、耳、口、鼻對不同信息的接收與處理。最后學習一點電、磁與電磁波知識，了解一點現(xiàn)代信息技術，了解人體內(nèi)部的信息傳遞過程以及自然界天氣與氣候這個復雜的信息系統(tǒng)。本教材的編寫采用探究和敘述相結合的方式，精選大量生動形象的圖片，創(chuàng)設探索學習的條件，開辟“活動”、“閱讀”、“思考與討論”、“視窗”、“科學技術社會環(huán)境”、“小資料”、“科學家小注”、“學生實驗”、“探究課題”與“練習”等欄目，提供多種主動學習活動的形式，愿你們喜歡。愛因斯坦曾經(jīng)說過：“人類的一切經(jīng)驗和感受中，以神秘感最為美妙；這是一切真正藝術創(chuàng)作及科學發(fā)明的靈感源泉?！弊Ｔ改銈冊趯W習中始終保持對自然的神秘感，不斷追求科學真理，并取得成功。編者第1章聲1聲音的產(chǎn)生和傳播22聲音的特性73噪聲12第2章光1光的反射平面鏡172光的折射223凸透鏡成像264眼的成像原理視力的矯正32第3章人體的感覺1眼與視覺382耳與聽覺453皮膚感覺484味覺與嗅覺50第4章電與電路1自然界的電現(xiàn)象552電路623電流、電壓674電阻755歐姆定律81CONTENTS目錄目錄1第5章電與磁1磁現(xiàn)象912電流的磁效應973電磁感應103第6章電磁波和通信1信息的傳遞和通信1092電磁波和無線電通信1143現(xiàn)代通信122第7章生命活動的調(diào)節(jié)1動物的行為1332人體生命活動的神經(jīng)調(diào)節(jié)1433人體生命活動的激素調(diào)節(jié)1544人體是一個統(tǒng)一的整體1575植物生命活動的調(diào)節(jié)159第8章天氣和氣候1天氣、氣候和人類活動1672氣溫、濕度和降水1703氣壓和風1754氣象災害和防災減災1815我國氣候主要特點1856天氣、氣候變化的主要因素194附錄漢英詞匯索引197后記2002科學第1章聲音是怎樣產(chǎn)生和傳播的？聲音為什么有千差萬別？聲2科學1聲音的產(chǎn)生和傳播振動的物體能產(chǎn)生聲音（sound）。聲音可以在氣體、液體和固體中傳播，但不能在真空中傳播。思考與討論思考與討論當你說話時觸摸自己的喉部，你可以發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么聲音能夠引起人耳鼓膜的振動呢？聲音的產(chǎn)生圖1.1.1音叉放入水中活動材料準備音叉、橡皮槌、裝滿水的玻璃器皿、乒乓球、線?；顒舆^程用橡皮槌敲擊音叉，音叉會發(fā)出聲音。用手觸摸正在發(fā)聲的音叉，手有什么感覺？描述這個感覺。用橡皮槌敲擊音叉后，如果迅速把發(fā)聲的音叉觸及玻璃器皿中的水面，你猜測一下會有什么現(xiàn)象發(fā)生。然后進行實驗，觀察水面會出現(xiàn)什么現(xiàn)象，描述觀察第1章聲3音叉是發(fā)聲的物體，像這樣的物體叫做聲源。發(fā)出聲音時它在振動，如果振動停止了，聲音也就沒有了。1977年9月，在湖北省隨州市發(fā)現(xiàn)了一座古墓。古墓里埋葬著后來被國際學界稱為“世界第八大奇跡”的曾侯乙編鐘。發(fā)掘工作于1978年5月初正式開始，經(jīng)過精心的組織和發(fā)掘，最終讓在地下沉睡了2400多年的編鐘重見天日。面對這樣一套世上罕見的龐大樂器群，音樂學家進行了測音，古文字學專家進行了現(xiàn)場觀察、臨摹、考證。同年的8月1日還舉行了編鐘音樂會，演奏了多首古今中外樂曲。這次音樂會是對這一巨型古樂器的演奏方法和技巧的首次探索和實踐。演出的成功向全世界表明了中國青銅器時代高度發(fā)達的科學文化和藝術水平。小資料曾侯乙編鐘1.觀察弦樂器的演奏，例如二胡、小提琴等，當它們發(fā)出美妙的聲音時，描述弦產(chǎn)生的現(xiàn)象。2.你能利用生活中常見的材料，設計一個實驗，說明聲音的產(chǎn)生是由于聲源的振動嗎？到的現(xiàn)象。用膠帶把乒乓球和線的一端粘在一起，將乒乓球懸掛起來。用橡皮槌敲擊音叉后，迅速將它與乒乓球輕輕接觸，根據(jù)前面的經(jīng)驗，猜測一下會有什么現(xiàn)象發(fā)生。對實驗進行觀察，并描述實驗現(xiàn)象。觀察到的現(xiàn)象與猜測一致嗎？怎樣分析和解釋觀察到的現(xiàn)象呢？圖1.1.2編鐘練習圖1.1.3考古現(xiàn)場4科學活動材料準備小收音機、兩個塑料袋、一段繩子和玻璃器皿?；顒舆^程把一個正在發(fā)出聲音的小收音機放在塑料袋里，用繩子扎緊袋口，再套上一個塑料袋扎緊袋口，防止水滲入將它弄濕。先猜測一下：當小收音機放入水中，我們還能聽到聲音嗎？然后把它浸沒在玻璃器皿的水中，記錄觀察到的現(xiàn)象。它可以說明什么問題？你還能提出哪些問題？聲音能在液體中傳播嗎聲音的傳播通常在教室里聽老師上課，聲音是從老師的聲帶發(fā)出，然后通過空氣傳到我們耳朵里的。聲音能夠通過液體和固體傳播嗎？圖1.1.4收音機在水中圖1.1.5你能聽見秒表的滴答聲嗎？活動材料準備機械秒表或機械手表、棉球?；顒舆^程把發(fā)出微弱滴答聲的機械秒表（或機械手表）放在桌子上。一只耳用棉球塞緊，使它聽不見機械秒表發(fā)出的聲音。另一只耳緊貼桌面仔細傾聽。你能聽見秒表發(fā)出的聲音嗎？這個現(xiàn)象說明了什么？在這個實驗中聲音是通過什么傳播的？與同學討論觀察到的現(xiàn)象及結論。它可以說明什么問題？聲音能在固體中傳播嗎第1章聲5通過以上幾個活動，說明聲音可以通過氣體、液體和固體等物質(zhì)傳播，而在真空中是無法傳播的。隨著空間技術的發(fā)展，人類登上月球已成為現(xiàn)實。由于月球上沒有空氣存在，在月球上人與人之間即使離得很近，相互說話也聽不見，只有通過無線電傳播和轉換后才能進行交流。活動如圖所示在一個廣口瓶內(nèi)放置一小塊泡沫塑料，它的上面放置一個正在發(fā)聲的音樂芯片。瓶塞中插入一根玻璃管并與抽氣筒連接。沒有抽氣前你能聽見音樂芯片發(fā)出的聲音嗎？抽氣過程中，你聽到的聲音有變化嗎？請猜測如果抽氣筒能夠把瓶中的空氣完全抽掉，瓶內(nèi)形成真空，結果會是怎樣。如果空氣重新回到瓶中，結果又將怎樣？圖1.1.6真空不能傳聲聲音的能量思考與討論思考與討論能夠引起鼓膜振動的空氣具有能量嗎？如果有，這個能量來自哪里？向平靜的水面投入一塊石頭，水面會以石頭與水面的接觸點為中心泛起漣漪。石頭打擊水面引起振動并形成水波，能量就向外傳播開了。聲音能在真空中傳播嗎6科學活動如圖所示的塑料圈放在水平的桌面上，左右手拿住它的兩邊，當左手在水平方向來回往復地振動時，塑料圈疏密的變化就向右手的方向傳去。聲音在空氣中的傳播與這個現(xiàn)象非常相似。圖1.1.7塑料圈的振動當人用橡皮槌敲擊音叉時，人給了音叉能量，音叉作為聲源就振動起來，并且?guī)又車目諝庹駝樱@種振動的傳播形成聲波。這樣能量就向四面八方傳播出去了。平時我們對離得較遠的人喊話時，可以用雙手做成喇叭狀放在自己的嘴旁，使聲能集中在較小的錐角范圍內(nèi)向前傳播。聲音在不同介質(zhì)中傳播時有不同的速度。這里給出溫度在20時，聲音在幾種常見物質(zhì)中的傳播速度。（單位：ms）空氣煤油海水大理石鋁鐵34013241531381050005200小資料聲速1.用一張硬紙做成喇叭的形狀，一個同學對著另一個同學說話，如果拿掉紙喇叭，還用同樣的聲音對著座位上的同學說話。兩種聲音聽起來有區(qū)別嗎？為什么？2.用橡皮槌敲擊音叉，使音叉旁的乒乓球彈起，分析在這個過程中能量是怎樣傳遞的。練習第1章聲72聲音的特性我們生活在充滿聲音的世界中，聲音多種多樣，響度、音調(diào)和音色是聲音的基本特性。當我們欣賞交響樂時，會感到各種樂器的聲音有所不同，有的清脆，有的渾厚，有的嘹亮；就是同一種樂器的聲音也不相同，時而強，時而弱，時而高，時而低。那么，聲音有哪些基本特性呢每種特性又與什么因素有關呢響度活動當我們敲鼓時，鼓面由于振動而發(fā)出聲音。想一想，要使鼓聲大，應當怎么辦猜一猜，鼓聲大和小時，鼓面振動的情況有什么不同如何顯示出鼓面振動的情況如圖1.2.1所示，把一只銅鼓放在桌上，使一側鼓面與懸掛的乒乓球接觸，用鼓錘分別重敲和輕敲鼓面，觀察：乒乓球反彈的高度有何不同此現(xiàn)象說明什么問題探究聲音的強弱人耳所能判斷的聲音強弱的程度稱為響度（loudness）。通過實驗可知：聲音的響度與聲源振動的幅度（稱為振幅）有關，振幅越大，響度越大。聲音的響度用聲強級中的分貝這個單位表示，符號為dB。人正常說話的聲音約為4050dB，此時人的聽覺感到適中。汽車喇叭的聲音大約90dB，人聽起來感到很響，令人煩躁。圖1.2.1觀察鼓面反彈乒乓球現(xiàn)象8科學如圖1.2.2所示，把話筒接在擴音機上，再把擴音機與示波器相連。分別敲擊兩個不同的音叉，聽到聲音的高低不同，在示波器上顯示的波形也不一樣，聲音高的如圖1.2.3（a）所示，聲音低的如圖（b）所示。圖1.2.2話筒擴音機示波器輸入音調(diào)活動探究影響聲音高低的因素聲音的高低用音調(diào)（pitch）來描述。實驗表明：音調(diào)與聲源振動的快慢有關。物體單位時間內(nèi)振動的次數(shù)叫做頻率（frequency），以1s內(nèi)振動的次數(shù)為單位，稱為赫茲（簡稱赫），符號為Hz。因此，音調(diào)與聲源振動的頻率有關，頻率越高，音調(diào)越高；頻率越低，音調(diào)越低。示波器顯示屏上的水平軸表示時間，縱軸表示聲音的強弱。示波器顯示的波形表明音叉做振幅相等的振動，聲音高的波形較密，聲音低的波形較疏。它表示聲音高的音叉振動得快，聲音低的音叉振動得慢。圖1.2.3示波器顯示聲音的波形音色活動讓兩個學生用不同的樂器（如二胡、笛子）演奏同一首歌曲，請同學們閉上眼傾聽，分辨各是哪一種樂器演奏的。分辨不同的聲音第1章聲9人耳聽不見的聲音超聲波和次聲波人耳能聽到的聲音叫做可聽聲，它的頻率范圍通常為2020000Hz。當聲波的頻率大于20000Hz時，這種波就叫超聲波(ultrasonicwave)。人耳是聽不見超聲波的，但可以通過儀器探測到。超聲波能被定向發(fā)送，遇到很小的物體也能被反射回來?？茖W家曾經(jīng)對蝙蝠做過實驗，把它的眼睛蒙住，結果它仍然可以在布滿縱橫交錯的細線的房間里穿梭飛行捕捉小昆蟲，而不會碰上細線。其原因在于蝙蝠可以發(fā)出超聲波并接收回波，利用超聲波引導它飛行。醫(yī)學上使用的超聲波診斷儀，就是利用了超聲波在不同物質(zhì)中吸收和反射的本領不同的性質(zhì)制成的。如圖1.2.4所示，這是一張嬰兒在母體內(nèi)的超聲波圖像。嬰兒身體上的每一個微小部分都會將超聲波反射出來，經(jīng)過計算機的處理后，便可以顯示圖像了。第一次世界大戰(zhàn)中，科學家利用超聲波偵察敵國潛艇獲得成功，這是超聲波技術的最早運用?，F(xiàn)在人們利用超聲波測定海深、暗礁，繪制海底地形圖，尋找魚群?？梢哉f有了超聲波技術，人類在海上就有了千里眼。圖1.2.4B超診斷圖圖1.2.5用超聲波偵察敵潛艇當不同的樂器發(fā)出的聲音響度和音調(diào)都相同時，我們還是可以把它們區(qū)分出來的。這是因為它們的音色（musicalquality）不同。音色亦稱音品。正是由于人的嗓音音色的不同，才使我們能夠容易地區(qū)分出熟人的聲音。科學上可以用響度、音調(diào)和音色描述聲音的特性，人們常稱它們?yōu)槁曇舻娜?，又稱為樂音的三要素。10科學當聲波的頻率低于20Hz時，這種波就叫次聲波(infrasonicwave)，人耳不能聽見它。自然界的許多現(xiàn)象如火山爆發(fā)、地震、龍卷風、雷電、臺風等都會發(fā)出次聲波。雖然人耳聽不見次聲波，但是可以用儀器檢測到它的存在。次聲波不容易被大氣、水和地層物質(zhì)吸收因此傳播的距離遠，穿透性強。1961年蘇聯(lián)在新地島進行核爆炸試驗，產(chǎn)生的次聲波足足繞地球傳播了5圈。有些海洋生物如鯨等會利用次聲波進行信息交流。太強的次聲波可以使人煩躁、耳鳴、頭痛、失眠、惡心等。利用次聲波的特性也可以造福社會。地震工作人員可以利用地震發(fā)出的次聲波研究地殼活動。地質(zhì)工作者在地面進行定點爆破，讓它發(fā)出的次聲波穿透地層，從而獲得地下構造的信息?？茖W技術社會環(huán)境生活在海邊的漁民看見過這樣的情景：風和日麗，平靜的海面上出現(xiàn)一把把小小的“降落傘”水母。它們在近海處悠閑自得地升降、漂游。忽然水母像聽見什么命令似的，紛紛離開海岸，游向大海。不一會兒，狂風呼嘯，波濤洶涌，風暴來臨了。為什么水母能預先知道未來的風暴呢？科學家經(jīng)過多年的觀察研究，發(fā)現(xiàn)水母的聽覺器官特殊，能夠感覺到次聲波。當風暴來臨時，空氣和波浪摩擦會產(chǎn)生振動頻率為812Hz的次聲波。次聲波傳播的速度比風暴快得多，這樣水母就能提前知道即將到來的風暴。根據(jù)水母聽覺器官的構造，科學家設計了“水母耳”儀器，它是由喇叭、共振器、傳感器和指示器等組成的。出海的船只安裝了這種儀器，便可以提前知道風暴從哪里來，強度如何，從而做好防范準備。圖1.2.6水母第1章聲111.如圖1.2.7，用硬紙片在梳子上慢慢滑過和快速滑過，聽到的聲音哪個音調(diào)高？哪個音調(diào)低？2.如圖1.2.8，將橡皮筋套在一根木條上，兩端插入兩枝筆，用手指分別輕輕撥動橡皮筋和使勁撥動橡皮筋，哪個聲音大？用手指分別撥細橡皮筋和粗橡皮筋，哪一根振動得快？哪一根發(fā)出聲音的音調(diào)高？圖1.2.7紙片劃得快時音調(diào)高？還是劃得慢時音調(diào)高？圖1.2.8哪根橡皮筋振動得快？哪根橡皮筋音調(diào)高？練習12科學3噪聲噪聲的危害很多，它會造成聽覺的損傷，還會引起身體的各種疾病。因此對噪聲必須加以控制，減少它對人們的危害。噪聲活動用一臺錄音機播放一段音樂和一段噪聲，仔細傾聽，你有什么感受？在學習、工作和休息中那些令人愉快的、優(yōu)美動聽的聲音稱為樂音，反之令人厭煩的、刺耳難聽的聲音稱為噪聲（noise）。由于噪聲有許多危害，因此控制噪聲很重要，現(xiàn)代社會把控制噪聲列為環(huán)境保護的一個重要方面。思考與討論思考與討論在日常生活和學習中，你認為有哪些聲音是噪聲？噪聲有哪些危害呢？圖1.3.1街頭噪聲監(jiān)測儀第1章聲13減小噪聲的途徑噪聲的來源和危害噪聲的來源有許多，如工業(yè)噪聲：沖床、老式織機等發(fā)出的噪聲；建筑噪聲：工地打樁機、沖擊電鉆發(fā)出的噪聲；交通噪聲：汽車、摩托車、壓路機、飛機等發(fā)出的噪聲；生活噪聲：音量很大的搖滾樂、鞭炮聲等；自然噪聲：如雷鳴聲等。噪聲給人帶來的危害不容忽視，人們常把它稱為“隱形殺手”。短時間的噪聲會使人心煩意亂，妨礙工作和休息；長時間的噪聲會引起聽力下降，造成聽力損傷，常伴隨頭昏、頭疼、神經(jīng)衰弱、消化不良等癥狀，并易誘發(fā)心臟病、高血壓，對人的健康產(chǎn)生不良影響。思考與討論思考與討論應該如何控制給人們帶來危害的噪聲？1.改變?nèi)伺c聲源的距離，聽到的聲音大小可以改變嗎？讓一臺收音機發(fā)出一定響度的聲音，站在距離收音機不同的位置，感覺聲音的大小，并記錄在下表中：0.5m2m4m在教室外邊，關上教室的門2.我們試著用幾種生活中常見的不同的材料裹住正在發(fā)聲的收音機。當人與收音機的位置不變時，試感覺聲音的大小，并記錄在下表中：襯衫毛衣棉衣棉被活動14科學3.用棉花或者柔軟的紙堵住耳朵，當人與收音機的位置不變時，感覺收音機發(fā)出的聲音。這可以說明什么？完成活動以后請撰寫一篇研究報告在同學中進行交流。減小噪聲一般可以通過三個途徑。減小噪聲源的噪聲。在不影響各種機械性能的情況下，改造產(chǎn)生噪聲比較大的機器，或者換掉噪聲比較大的機器。用金屬材料做成蜂窩狀裝置把噪聲源罩起來，如汽車、摩托車上安裝消聲器就是一個很好的例子。遠離噪聲源或設置屏障。在城市的許多馬路旁設置隔音板，減弱交通噪聲對居民生活的影響。在人耳處減小噪聲。通過戴上防噪聲耳塞，或者用一小團棉花塞在外耳道里，可以減小噪聲的影響。例如射擊運動員在平時的訓練和比賽中都戴上特制的耳塞保護耳朵。圖1.3.2摩托車消聲器圖1.3.3體育館頂部的吸音材料圖1.3.4高架道路旁的隔音板耳塞圖1.3.5射擊運動員戴耳塞第1章聲151.測量父母、祖父母的聽力距離，設計表格，將數(shù)據(jù)填入，匯總小組同學的數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行分析。2.了解家庭住宅周圍產(chǎn)生噪聲的主要來源，想一想怎樣減小這些噪聲。練習1.聲音是由于物體的振動產(chǎn)生的，聲音可以在氣體、液體和固體中傳播，聲音不能在真空中傳播。聲音在不同介質(zhì)中傳播時速度不等。2.聲音具有能量，聲音的傳播伴隨能量的傳播。3.人耳所能判斷的聲音強弱的程度稱為響度，單位為分貝，用符號dB表示；聲音音調(diào)的高低與聲源振動的頻率有關。物體在單位時間內(nèi)振動的次數(shù)叫頻率，單位為赫茲，符號為Hz。4.聲波的頻率大于20000Hz時，這種波叫超聲波。聲波的頻率小于20Hz時，這種波叫次聲波。5.令人愉快、優(yōu)美動聽的聲音稱為樂音；令人厭煩、刺耳難聽的聲音稱為噪聲。6.減小噪聲的方法有：在噪聲源處減小噪聲，遠離噪聲源或設置屏障，在人耳處減小噪聲。本章學到了什么16科學第2章我們能夠看到美麗多姿的世界并從中獲取各種各樣的信息，首先要有太陽及其他光源，是它們發(fā)出了光；還有我們的眼，它使我們接收到了光的信息。那么，為什么我們能看到不發(fā)光的物體？光又是如何傳播的？光第2章光171光的反射平面鏡光能夠傳遞信息。如果沒有光，我們眼中的世界將是一片黑暗；如果沒有光的反射，我們同樣將寸步難行。光的反射自然界中許多物體本身是不發(fā)光的，為什么我們能夠看到它們呢？這是因為不發(fā)光物體通過反射（reflection）把光傳播到我們的眼里。那么光的反射有什么規(guī)律呢？活動1.給你一個小平面鏡和手電筒，請你設法把光通過平面鏡打在教室墻上指定的區(qū)域內(nèi)。2.改變?nèi)肷涔獾姆较?，觀察反射光斑位置的變化。3.通過上述試探，你能否猜測一下光反射時可能遵循什么樣的規(guī)律？4.請按照圖2.1.1（a）所示的方法把一束光射在平面探究光反射的規(guī)律為了便于研究反射規(guī)律，我們通過入射點作一條垂直于平面鏡的直線，稱它為法線，稱入射光線與法線的夾角i為入射角，稱反射光線與法線的夾角r為反射角。圖2.1.1探究光反射規(guī)律(a)(b)18科學圖2.1.2古代婦女對鏡梳妝平面鏡成像平面鏡是人類應用反射規(guī)律最早的發(fā)明（圖2.1.2），它使人清晰地看到了自己?；顒悠鞑呢Q直放置的茶色玻璃，方格紙，棋子2只，鉛筆?；顒右?.觀察平面鏡中的像，猜測一下：平面鏡成像時，像與物的大小有何關系像與物的位置有何關系2.按圖2.1.3，將一張方格紙鋪在桌面上，以茶色玻璃（當平面鏡用）豎直放置在紙面上，畫出玻璃所在的位置。3.將一個棋子放在玻璃前方格紙的某一縱橫線的交叉點上，再將另一個棋子放在玻璃后，使透過玻璃看到它與玻璃中棋子的像重合，記錄下像所在的位置。4.把棋子的位置換到另一交叉點上，重復上述步驟，記錄下像的位置。5.把一張白卡片紙放在像所在的位探究平面鏡成像特點鏡上，并在背景板上描出入射光和反射光的徑跡。5.改變?nèi)肷浞较蚝笤僦貜鸵陨喜襟E。6.用量角器測量入射角和反射角，并記錄在下列表格中：入射角i反射角r第一次第二次第三次7.將背景板的右半面以法線為軸線向后偏折（如圖2.1.1（b）所示），看看右側板上是否有反射光線。通過實驗可以得到：在反射現(xiàn)象中，反射角（“等于”或“不等于”）入射角；反射光線與入射光線、法線（“在”或“不在”）同一平面上。圖2.1.3平面鏡成像實驗活動第2章光19置，觀察一下：能否從卡片上直接觀察到棋子的像重復幾次實驗，總結平面鏡成像的特點：平面鏡成像時，像與物的大?。幌裨阽R面的方，像到鏡面的距離與物到鏡面的距離，物與像的連線與鏡面。實驗表明，平面鏡所成的像能被人看見，但不能在屏幕上呈現(xiàn)，這樣的像叫做虛像（virtualimage）。平面鏡所成的像與物相對鏡面是對稱的。為什么平面鏡所成的像是虛像平面鏡成像與光的反射有什么關系見圖2.1.4，A點發(fā)出的光經(jīng)過平面鏡反射，反射光進入我們的眼睛，引起視覺，就像從鏡后的A點發(fā)出的一樣。A就是A的像，由于光線并非真正從A點發(fā)出，所以平面鏡成的像是虛像。圖2.1.4平面鏡成像小資料除了平面鏡外，生活中常見的還有凸面鏡和凹面鏡，它們都是應用了光的反射規(guī)律的例子。汽車駕駛室的左右裝有凸面鏡（稱為后視鏡），駕駛員可以通過它觀察到車后方來往的行人和車輛(圖2.1.5)。一些彎度或坡度較大的交通路口，也常安置大的凸面鏡，它可以擴大人們的視野（圖2.1.6）。凸面鏡、凹面鏡圖2.1.6交通路口凸面鏡圖2.1.5汽車后視鏡20科學太陽灶是凹面鏡的一種應用，主要是依靠凹面鏡對光的會聚作用來利用太陽能的。手電筒的反光鏡也是一種凹面鏡，它能使小燈泡發(fā)出的光經(jīng)過反射后接近平行光，這樣就可以使原來向四面八方發(fā)散的光會聚于某一方向上。請你用一只光亮的不銹鋼勺子，分別對著凹面和凸面觀察（圖2.1.7）。你能看到什么樣的現(xiàn)象？請你找一找，生活中還有哪些凸面鏡和凹面鏡應用的例子。圖2.1.7不銹鋼勺成像漫反射漆黑的夜晚，用手電筒照在前方的小道上或平靜的水面上，我們能夠看清路面的狀況，但卻看不到水面上的光斑（圖2.1.8）。這種經(jīng)驗在暗室中也能獲得。讓光從某一方向射在平面鏡和白紙上時，我們只能在某一方向感覺到平面鏡的存在，然而卻能在任何方向都感覺到白紙的存在。為什么會有如此不同的現(xiàn)象呢？對于平面鏡，因為它的表面非常平滑，當一組平行的光線射在它表面上時，根據(jù)光的反射規(guī)律，反射光線也是平行的（圖2.1.9(a)），所以，我們只能從迎著反射光線的方向感覺到它的存在。對于一張白紙，放圖2.1.8黑夜里，一束光照在平靜的水面上圖2.1.9鏡面反射與漫反射的分析圖第2章光21大來看，它的表面實際上是凹凸不平的，而表面的凹凸不平就會使平行的入射光線向四面八方反射，因此我們能從任何方向感覺到它的存在（圖2.1.9(b)），像這樣的反射，稱為漫反射。我們能夠看到本身不發(fā)光的物體，就是因為存在漫反射的緣故。你能想象一下，假若沒有漫反射，我們看到的世界將會怎樣嗎？1.為什么在光滑的黑板上寫粉筆字常使一部分同學看不清楚所寫的字跡？怎樣可以解決這一問題？2.如圖2.1.10，一束陽光以與水平面成30。角的方向射到水平放置的平面鏡上，試畫出入射光線和反射光線，標出入射角和反射角的大小。3.試用兩個平面鏡，把窗外的陽光引進到室內(nèi)來。4.在豎立的平面鏡前，放一跳棋子，再放一支鉛筆，若以跳棋子的像作為靶，以鉛筆為箭，如何放置鉛筆，可使“箭”能射中平面鏡中的“靶”？請在紙上畫一條線表示平面鏡將要放置的位置，再擺好鉛筆，最后再放上平面鏡，看看你的“箭”是否射中“靶”。30圖2.1.10第2題圖圖2.1.11怎樣使“箭”射中鏡中的“靶”？練習22科學2光的折射自然界中的光不總在一種介質(zhì)（如空氣）中傳播，光經(jīng)過不同介質(zhì)的界面時，不僅發(fā)生反射還會發(fā)生折射。圖2.2.1光從空氣進入眼里使我們可能看到周圍的世界圖2.2.2陽光透過大氣層產(chǎn)生的美麗圖景圖2.2.3觀察碗中的筷子活動把一支筷子插入到空碗中，從上方往下看，你看到的筷子是筆直的（圖2.2.3）。往碗中倒入一定量的水，你看到的筷子還是筆直的嗎？請把你看到的現(xiàn)象用簡圖畫出來。觀察插入水中的筷子第2章光23光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)傳播時產(chǎn)生的偏折現(xiàn)象，叫做光的折射（refraction）。光的折射有什么特點呢？活動1.演示：讓一束光從空氣射入水中（圖2.2.4），觀察光束在空氣和水中的徑跡。光垂直水面射入水中時，光的傳播方向（“改變”或“不變”）；光從空氣斜向射入水中時，折射光將向（“靠近”或“離開”）法線的方向偏折；折射光線與入射光線、法線（“是”或“不”）在同一平面上。2.把一塊玻璃磚放在白紙上，在紙上描出它覆蓋在紙上的輪廓（圖2.2.5）。猜一猜：如果把一束光斜射向玻璃磚，光束進入玻璃磚將向哪個方向偏折？當該光束從玻璃磚的另一側面射出時，出射的光束又會向哪個方向偏折？在紙上畫出你猜想的情況。做一做：根據(jù)你的觀察，在紙上描出光在空氣和玻璃磚中傳播的徑跡，看看與你的猜想是否一致。探究光的折射的特點圖2.2.5探究光的折射特點圖2.2.4光的折射實驗結果表明（圖2.2.6）：光從空氣斜向射入水或玻璃中時，折射光線偏向法線方向；光從水或玻璃射入空氣中時，折射光線偏離法線方向；折射光線與入射光線、法線在同一平面上；當光垂直入射時，進入第二種介質(zhì)的光線方向不發(fā)生改變。圖2.2.6光折射的特點水或玻璃空氣空氣水或玻璃折射光線法線入射光線折射光線法線入射光線24科學科學技術社會環(huán)境我們夜晚乘汽車時會發(fā)現(xiàn)，當車燈發(fā)出的光照在道路標志牌上時，牌上的字特別醒目，好像字板在發(fā)光一樣，當你經(jīng)過它旁邊時，你又發(fā)現(xiàn)它不是發(fā)光體。這是怎么一回事呢？原來，道路標志牌上有一種神奇的反光膜。在反光膜的底板上均勻地分布著一種細微的可以使光沿原來方向折回的光學元件。此類光學元件有多種結構形式，圖2.2.8是立方角體的光學元件。它是一種玻璃棱錐四面體，其中有三個面是相互垂直的。圖2.2.8是原理的示意圖，入射光從AB面入射經(jīng)折射進入玻璃體，通過相互垂直的兩個平面BD和AD連續(xù)反射后，沿著與入射光線相反的方向返回。這種反光膜具有良好的“醒目反光性能”，不僅可以用于交通標志牌，還可用于標志機場的跑道、高速公路的輪廓線、自行車的尾燈以及廣告牌等。神奇的反光膜圖2.2.7折射和反射現(xiàn)象同時存在光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，不僅有折射現(xiàn)象，而且還有反射現(xiàn)象存在。例如，光從空氣射向玻璃磚時，一部分光進入玻璃，還有一部分光被界面反射在空氣中傳播（圖2.2.7）。圖2.2.8神奇的反光膜DBA第2章光251.圖2.2.9為光在水和空氣中傳播的示意圖，但還沒有完成，請把沒有完成的部分補上。圖2.2.11觀察杯中文字圖2.2.10觀看水中的硬幣圖2.2.9光在水和空氣中的傳播2.觀看水中的硬幣：把一枚硬幣放到空杯的底部，找一個角度使你剛好看不到硬幣（圖2.2.10）。請你的同學把水注入到碗中，你看到了什么？請用光的折射的特點解釋觀察水中硬幣的現(xiàn)象，并畫出A點發(fā)出光的傳播示意圖。3.到游泳池游泳時有這樣的經(jīng)驗，進入淺水區(qū)前，往水中看去，好像水很淺，一旦腳踩下去時，就有一種“踏空”的感覺，實際上水的深度比看上去要深。為什么會有這種感覺呢？請你把較高的玻璃杯放在寫有字的紙上（圖2.2.11），往杯中注水近滿，從杯口上方往下看，你看到的現(xiàn)象是否和游泳池見到的現(xiàn)象相似？這也是光的折射產(chǎn)生的效果，它告訴我們，涉水或跳水時一定要注意安全，千萬不可誤以為水淺而盲目行動。練習ABC26科學透鏡常見的透鏡（lens）是用玻璃制作的鏡片（圖2.3.1），它分為兩種：中間厚、邊緣薄的叫做凸透鏡（convexlens）；中間薄、邊緣厚的叫做凹透鏡（concavelens）。請你觀察一下，近視眼鏡是透鏡；老花眼鏡（或遠視眼鏡）是透鏡；放大鏡是透鏡。讓一束平行光（如太陽光）通過凸透鏡，可以看到光會聚于一點；如果把凸透鏡換成凹透鏡，光就發(fā)散了。如圖2.3.2所示，平行光線通過凸透鏡會聚的一點叫做焦點（focus），用字母F表示，從焦點到透鏡的距離叫做焦距（focallength），用符號f表示。如果在凸透鏡的焦點上放一只小燈泡，發(fā)散的光經(jīng)過透鏡就變成近似的平行光。3凸透鏡成像光折射現(xiàn)象的重要應用之一是透鏡，人眼中的晶狀體就是一個凸透鏡，放大鏡、照相機、望遠鏡、顯微鏡中也有凸透鏡，它們的功能都與凸透鏡成像有關。那么凸透鏡成像有什么規(guī)律呢？圖2.3.1各種透鏡圖2.3.2透鏡的會聚與發(fā)散作用第2章光27凸透鏡成像的規(guī)律1.在塑料卡片上鉆一個直徑約3mm的孔，在孔上滴一滴水，拿著它放在紙上小字的上方，透過小孔觀察。你看到了什么現(xiàn)象？2.手拿一只玻璃杯，透過玻璃杯看自己的手指；然后，往杯中注水近滿，再看看自己的手指；再把杯子放在桌上，前后移動手指的位置。你是否發(fā)現(xiàn)一些未注意到的現(xiàn)象？3.用凸透鏡（如放大鏡）觀察書本上的字或畫，觀察窗外的景物(圖2.3.3)，把窗外的景物成像在墻上或屏上?；顒佑谩巴雇哥R”觀察周圍的景物圖2.3.3用凸透鏡觀察周圍景物學生實驗實驗目的探究影響凸透鏡成像性質(zhì)的因素和成像特點。實驗器材光具座，“F”字光源（在光源前罩上貼刻有“F”形透光孔的黑紙，或用LED發(fā)光管組成“F”陣，作為發(fā)光物），凸透鏡，光屏。實驗內(nèi)容和要求1.通過前面的觀察活動，請猜想一下，凸透鏡成像的性質(zhì)（正與倒，放大與縮小等）可能與哪些因素有關2.選擇一個凸透鏡，測量并記錄它的焦距f=cm。探究凸透鏡的成像特點記錄你觀察到的現(xiàn)象和由這些現(xiàn)象所提出的問題，并與組內(nèi)的同學交流。28科學4.將物體放在離透鏡較遠的位置，調(diào)節(jié)光屏到透鏡的距離，找到一個成倒立縮小像的位置，測量物體到凸透鏡的距離（稱為物距u）；改變物距再做一次測量，把數(shù)據(jù)記錄在表格中。5.在上述步驟后，將物體移近透鏡至物距為2f處，調(diào)節(jié)光屏的位置，找到像與物體等大的位置。此時的像是正立還是倒立的？物距與像距（像到透鏡的距離）有什么關系？6.繼續(xù)將物體向透鏡方向移近幾厘米，找到一個成倒立放大像的位置，測量出物距。改變物距再做一次測量，將數(shù)據(jù)記錄在表格中。凸透鏡的焦距f=。像的性質(zhì)實驗次數(shù)物距ucm倒立縮小的像12倒立等大的像1倒立放大的像127.用眼透過凸透鏡直接觀察物體，找到正立的像時，測量并記錄物距cm，此時你看到的像的大小是(“放大”、“縮小”或“等大”)。這個像能成在光屏上嗎？通過實驗，小結凸透鏡成像的性質(zhì)與物距變化的關系，再與其他小組交流，看看凸透鏡成像的性質(zhì)是否與凸透鏡的焦距有關。圖2.3.4光具座實驗裝置實像和虛像在上面的實驗中，當物距大于一倍焦距時，我們可以在位于凸透鏡另一側的屏上接收到物體的像，而物距小于一倍焦距時，屏上就接收不到它的像了，但可以用眼透過凸透鏡在與物體的同一側看到它的像。如前面實驗中見到的、能夠用屏接收到的像是實像（realimage）；能夠看到但不能夠用屏接收的像，是虛像。我們能夠看到虛像是因為物體發(fā)出的光線通過透鏡進入眼，經(jīng)過大腦作用，引起視覺。我們感到光好像是從像點發(fā)出的，但并非真正來自像點。3.如圖2.3.4所示，將“F”發(fā)光物、凸透鏡和光屏安裝在光具座架上，再調(diào)節(jié)三者在一條直線上，并使三者中心的連線與光具座架面平行。第2章光29科學技術社會環(huán)境照相機的鏡頭是凸透鏡，它的焦距比較短，通常所要照的景物都在2f以外，所以通過它的鏡頭能在暗箱內(nèi)的膠片上成縮小的像。當景物在膠片上成像時，膠片上的感光物質(zhì)發(fā)生化學變化，膠片上各點物質(zhì)的化學變化與所受光的強度和顏色有關，因此膠片上就記錄下了所照景物的信息。由于照相機的發(fā)明和照相技術的發(fā)展，使我們得以留下許多生動、珍貴的資料，豐富了我們的文化生活，而且促進了科學探究的發(fā)展。投影儀常用于教學和學術講座。它也是利用凸透鏡成像的（圖2.3.6），它與照相機的不同點在于它能成放大的像。它的物是投影片上的圖形或文字，物距略大于焦距f，當投影片被機箱內(nèi)的光源照亮時，投影片上的圖形或文字通過鏡頭（凸透鏡）成放大的像，并通過平面鏡改變光的傳播方向，使圖像成在光屏上。照相機與投影儀圖2.3.5照相機圖2.3.6投影儀望遠鏡與顯微鏡多少年來人們渴望探索和洞察宇宙以揭開遙遠星空的神秘面紗，也期盼擴展對微觀世界的認識，這些愿望直到望遠鏡（telescope）和顯微鏡（microscope）發(fā)明以后才逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。如圖2.3.7，以焦距較小的凸透鏡作為目鏡，以焦距較大的凸透鏡作為物鏡，通過兩個透鏡觀察稍遠的物體，調(diào)節(jié)兩透鏡間的距離，直到看清楚為止。你看到物體的像與物體有什么不同？活動圖2.3.7用兩個不同焦距的透鏡看物用兩個不同焦距的透鏡觀察物體30科學我們在活動中組成的透鏡組合，實際上就是一種望遠鏡的模型。圖2.3.8是折射式天文望遠鏡，圖2.3.9是折射式雙筒望遠鏡。在這種望遠鏡中，物鏡的作用是使遠處的物體在焦點附近成實像，再通過目鏡的放大作用，使我們觀察的視角加大，如同把遠處的物體移近，由于物體對我們眼的視角加大，因此，能夠看清物體的形象（圖2.3.10）。圖2.3.10物體移近，視角變大圖2.3.9折射式雙筒望遠鏡圖2.3.8折射式天文望遠鏡以上是利用光折射原理制作的望遠鏡，應用在天文觀測上，透鏡的口徑必須很大，以具有很強的聚光能力，這樣就給制作帶來了很大的困難，而且還有較大的色差。為了克服這些缺點，人們發(fā)明了反射式天文望遠鏡。反射式望遠鏡主要是利用凹面鏡來聚光的（圖2.3.11）。目前最大的反射式望遠鏡口徑有10m，由于口徑大，通光的本領強，就有利于觀測宇宙遙遠深處暗弱的天體。圖2.3.11反射式望遠鏡aa第2章光31顯微鏡，我們已經(jīng)用過多次，請再觀察一下它的光學結構（圖2.3.12）。顯微鏡的目鏡和物鏡相當于兩個不同焦距的凸透鏡。看看哪個鏡頭的焦距大？選擇一個40倍的物鏡和5倍的目鏡，調(diào)節(jié)鏡筒離載物片的距離，使眼看到的像清晰。換一個100倍的物鏡。與40倍的比較一下，哪一個焦距更小一些？調(diào)節(jié)顯微鏡使眼看到的像清晰，比較一下哪一次的物距比較??？顯微鏡物鏡的焦距是比較短的，被觀察的物體離物鏡的距離即物距，略大于焦距，光通過物鏡成一放大的實像，然后通過目鏡將這個像再一次放大，因此我們就能看到通常肉眼看不到的物體?；顒佑^察顯微鏡光學系統(tǒng)的結構圖2.3.12顯微鏡的光學結構1.手拿一支體溫計，從不同的方向觀察體溫計的讀數(shù)，你有什么發(fā)現(xiàn)？能解釋你的發(fā)現(xiàn)嗎？2.用放大鏡近距離觀察燭焰，使看到的是正立放大的像，仔細觀察像成在哪里；并用白屏試著去接收這個像，你能在屏上接收到它嗎？這說明你看到的是實像還是虛像？3.找一個長方形的紙盒，在右端面開一圓孔，在正面開一窗口，并在孔和窗口貼上透明塑料紙。把一個放大鏡插入盒內(nèi)，往里充入一些蚊香的煙霧，然后把盒子拿到陽光下，使陽光從圓孔照射到放大鏡上（如圖2.3.13）。從窗口向盒內(nèi)觀察，你看到了什么現(xiàn)象？練習圖2.3.13觀察煙霧箱物鏡載物片反光鏡目鏡32科學眼的成像原理眼球的光學結構如圖2.4.1所示，它很像我們使用的照相機。整個球殼如同一個球形暗箱，在它的前端有一個瞳孔(pupil)，在瞳孔的后面有一個凸形的晶狀體，相當于照相機上的凸透鏡。物體上的光線從瞳孔進入，通過晶狀體，把物體的像成在球形暗箱后壁上的視網(wǎng)膜上。視網(wǎng)膜相當于照相機中的膠片，視網(wǎng)膜上的感光細胞接收到光的信息。眼的晶狀體與周圍的肌肉相連接，當肌肉的收縮程度改變時，晶狀體凸度就會改變，從而改變了它作為凸透鏡的焦距。當我們看遠處物體時，晶狀體凸度減小，相當于凸透鏡的焦距變長，遠處物體的光線就正好聚焦在視網(wǎng)膜上；看近處物體時（一般不小于10cm），晶狀體凸度變大，焦距變短，從而使近處物體成像在視網(wǎng)膜上（圖2.4.2）。4眼的成像原理視力的矯正眼是人體最具魅力的器官，它是心靈的窗口，也是我們感覺外部世界的重要通道。那么，外部的景物是怎樣在人眼中成像的？圖2.4.1眼球與照相機膠片光圈凸透鏡晶狀體瞳孔視網(wǎng)膜圖2.4.2調(diào)節(jié)晶狀體使遠近物體的像都能成在視網(wǎng)膜上遠處物近處物第2章光33視力的缺陷思考與討論思考與討論近視眼（nearsightedness）所表現(xiàn)出來的現(xiàn)象是什么？通常又是用什么方法來矯正的？近視眼及其矯正近視眼是我們同學中最常見的視力缺陷。它表現(xiàn)出的現(xiàn)象是看不清楚遠處的景物，戴上適當度數(shù)的近視眼鏡后，就可以看清楚了。根據(jù)表現(xiàn)出來的這些現(xiàn)象，我們能否用模擬實驗的方法來找出近視眼眼球的缺陷究竟在哪里？如圖2.4.3所示，凸透鏡代表眼的晶狀體，光屏看作是視網(wǎng)膜，在凸透鏡的前方放置近視眼鏡（凹透鏡），使蠟焰在光屏上成清晰的圖像。此時表示近視患者戴上眼鏡后看清了遠處的燭焰。凸透鏡到光屏的距離即表示“晶狀體”到“視網(wǎng)膜”的距離，記下這個距離。取下近視眼鏡后，可以看到“視網(wǎng)膜”上的像變模糊了。前后移動光屏，使光屏上的像清晰，記下此時光屏的位置，它表明有缺陷的晶狀體對遠處物體的成像位置。根據(jù)實驗結果，請在圖2.4.4近視眼的矯正的示意圖中標出遠處物體經(jīng)過晶狀體成像的位活動模擬探究近視眼的眼球缺陷圖2.4.4近視眼的矯正圖2.4.3近視眼的眼球缺陷34科學置，它說明近視眼患者看不清遠處的物體是因為經(jīng)過晶狀體調(diào)節(jié)后，遠處物體的像仍成在視網(wǎng)膜的（“前”或“后”）方，其眼的缺陷是晶狀體凸度過大，或眼球前后距離過長；戴上近視眼鏡后，利用凹透鏡對光的發(fā)散的特點，使所成的像相對晶狀體