資源簡介

電子課文·一 光的傳播 顏色

太陽、電燈等物體能夠發光，這些物體叫做光源．夜晚，我們可以看到閃爍的星光，這些星星多數是恒星．宇宙中的恒星都能夠發光．
許多動物也可以發光．夏天的夜晚，常有淡淡的綠光在草叢中閃爍，這是螢火蟲在發光．有些海洋生物也能發光．在大海深處，燈籠魚、斧頭魚、水母等發出的光，使幽深的海底世界顯得更加神秘．
現代社會中，人造光源很多(圖2．1－2)．你周圍有哪些人造光源？
光是如何傳播的
打開電燈，我們就可以看見它的光，這是由于光從燈泡到達了我們的眼睛．那么，光的傳播有什么特點？
演示
光是怎樣傳播的
1．在暗室里，將一束光射到空氣中，觀察光在空氣中的傳播徑跡．
2．在暗室里，將一束光射到水中，觀察光在水中的傳播徑跡．
由于光沿直線傳播，在開鑿大山隧道時，工程師們常常用激光束引導掘進機，使掘進機沿直線前進，保證隧道方向不出偏差(圖2．1－3)．
光的傳播速度
打雷時，雷聲和閃電在同時同地發生，但是我們總是先看到閃電后聽見雷聲．這表明，光的傳播速度比聲音快．
真空中的光速是宇宙間最快的速度，在物理學中用字母c表示．光在真空中1s能傳播299792000 m，也就是說，真空中的光速為
c＝2.99792×108m/s
光在其他各種介質中的速度都比在真空中的小．空氣中的光速大約為2.997000×108m/s．
在我們的計算中，真空或空氣中的光速取為
c＝3×108m/s
①
科學世界

我們看到了古老的光

同學們都聽爺爺奶奶講過“牛郎織女”的神話故事吧．王母娘娘拆散了牛郎和織女的幸福家庭，他們化作天上的兩顆星，只能在每年農歷七月初七渡過銀河相會一次．這個故事表達了我們祖先反抗封建禮教，追求幸福生活的美好愿望．
但是，神話終歸是神話．你知道天上的牛郎星和織女星相距有多遠嗎？這兩顆星都是銀河系中的恒星，它們之間的距離如果用千米作單位表示，那可真是個“天文數字”，大得不得了．如果以宇宙中最快的速度——光速飛行，從牛郎星飛到織女星也要16年！要想每年相會一次，那是不可能的．
宇宙中恒星間的距離都非常大，為了表達起來方便一些，天文學家使用一個非常大的距離單位——光年，它等于光在1年內傳播的距離．這樣說來，牛郎星和織女星的距離就是16光年．
離太陽系最近的恒星是半人馬座的“比鄰星”(只能在南半球觀測到)，距我們4.3光年，也就是說，我們現在觀測到的比鄰星的光，是4.3年前發出的，經過了四年多的飛行，才到達我們的眼睛．想一想，那時候你正在上幾年級？很有趣吧！
我們的銀河系是超過1000億顆恒星組成的星系．在銀河系之外，離我們最近的星系是大、小麥哲倫云(很遺憾，也只能在南半球看到它們)，它們距離我們16萬～19萬光年．想一想，我們今天看到的麥哲倫云的光，是它們在什么時候發出的？那時候人類在進化過程中正處于哪個階段？
秋天的夜晚可以在東北方向的天空找到一個亮斑，看起來像個紡錘，那就是仙女座大星云．它是北半球惟一可用肉眼看到的銀河外星系，與我們的距離是225萬光年．
目前人類觀測到的最遠的天體，距離我們有140多億光年，我們看到的是140多億年前發出的光．那時候是宇宙誕生的初期，地球還沒有出現．
光——宇宙的使者，它不僅告訴我們宇宙的現在，而且正在告訴我們遙遠的過去．
回答以下問題
1．“光年”是什么物理量的單位？
2．牛郎星和織女星的距離是多少千米？
3．為什么在形容一個數字很大、很大的時候，常說這是個“天文數字”？
顏色
在17世紀以前，人們一直認為白色是最單純的顏色．17世紀，英國物理學家牛頓使太陽光產生色散(dispersion)，才揭開了光的顏色的秘密．
演示
色散
讓一束太陽光照射到三棱鏡上(圖2．1－6)．從三棱鏡射出的光有什么變化？
太陽光通過棱鏡后，被分解成各種顏色的光，如果用一個白屏來承接，在白屏上就形成一條彩色的光帶，顏色依次是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫．這說明，白光是由各種色光混合而成的．
想想做做

分解太陽光

如圖2．1－7，深盤中盛上一些水，盤邊斜放一個平面鏡．使太陽光照射在平面鏡上，并反射到白色的墻壁上．觀察墻壁上反射光的顏色．
人們發現，紅、綠、藍三色光混合能產生各種色彩，因此把紅、綠、藍三種色光叫做色光的三原色(圖2．1－8)．
彩色電視機畫面上的豐富色彩就是由三原色光混合而成的(圖2．1－9)．
探究

色光的混合與顏料的混合

●提出問題
顏料混合的規律與色光混合的規律是不是相同？
●設計實驗和進行實驗
分別用紅色和藍色的透明膠片擋在兩只手電筒的前面，觀察它們射出的紅光與藍光在白墻上重疊部分的顏色．
再觀察紅、藍顏料混合后的顏色．
●分析和論證
紅、藍顏料混合的顏色和紅光、藍光混合的顏色一樣嗎？
問問印刷行業的技術人員或者喜歡繪畫的人，顏料的三原色是什么．
動手動腦學物理
1．設計一種方法，估測發生雷電的位置離你有多遠．
2．舉出一些例子，說明光的直線傳播在生活中的應用．
3．用放大鏡觀察彩色電視機的屏幕，對比發白光的區域和其他顏色的區域，看看紅、綠、藍三種色條的相對亮度有什么不同．
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電子課文·三 平面鏡成像

平面鏡成像的特點
在你照鏡子的時候可以在鏡子里看到另外一個“你”，鏡子里的這個“人”就是你的像(image)．
探究

平面鏡成像的特點

●提出問題
平面鏡成像時，像的位置、大小跟物體的位置、大小有什么關系？
●設計實驗和進行實驗
照圖2．3－1那樣，在桌面上鋪一張大紙，紙上豎一塊玻璃板，作為平面鏡．在紙上記下平面鏡的位置．把一支點燃的蠟燭放在玻璃板的前面，可以看到它在玻璃板后面的像．再拿一支沒有點燃的同樣的蠟燭，豎立著在玻璃板后面移動，直到看上去它跟前面那支蠟燭的像完全重合．這個位置就是前面那支蠟燭的像的位置．在紙上記下這兩個位置．實驗時注意觀察蠟燭的大小和它的像的大小是否相同．
移動點燃的蠟燭，重做實驗．
用直線把每次實驗中蠟燭和它的像的位置連起來，用刻度尺測量它們到平面鏡的距離．
●分析和論證
蠟燭的位置和它的像的位置有什么關系？它們的大小有什么關系？
虛像
在上面的實驗中，平面鏡后面并沒有點燃的蠟燭，但是，我們卻能看到平面鏡后面好像有燭焰．這是為什么？
在圖2．3－2中，光源S向四處發光，一些光經平面鏡反射后進入了人的眼睛，引起視覺，我們感到好像光是從圖中S′處發出的．S′就是S在平面鏡中的像．
由于進入眼睛的光線并非真正來自平面鏡后的S′，所以把S′叫做虛像(virtualimage)．
STS

凸面鏡和凹面鏡

除了平面鏡外，生活中也常見到凸面鏡和凹面鏡，它們統稱球面鏡．餐具中的不銹鋼勺子，它的里外兩面就相當于凹面鏡和凸面鏡．
如果將一束平行光照在凸面鏡上，凸面鏡使平行光束發散(圖2．3－3甲)；而凹面鏡使平行光束會聚(圖2．3－3乙)．
凸面鏡和凹面鏡在實際中有很多應用．例如，汽車的后視鏡、街頭拐彎處的反光鏡，都是凸面鏡(圖2．3－4)，而手電筒的反光裝置則相當于凹面鏡(圖2．3－5)．
用凹面鏡制成的太陽灶(圖2．3－6)，利用會聚的太陽光可以燒水、煮飯，既節省燃料，又不污染環境．凹面鏡的面積越大，會聚的太陽光越多，溫度也就越高．大的太陽爐甚至可以用來熔化金屬．
反射式天文望遠鏡，凹面鏡的口徑可達數米，利用凹面鏡能夠把來自遙遠宇宙空間的微弱星光會聚起來，進行觀測．中國科學院國家天文臺興隆觀測站安裝的反射式望遠鏡的口徑為2.16 m，是遠東最大的天文望遠鏡．它能看到的最弱星光，亮度只相當于200 km外一根點燃的火柴．
回答以下問題
在上面的文章中，什么地方涉及了“在反射現象中，光路是可逆的”這個道理？
動手動腦學物理
1．一個同學站在平面鏡前1m處，鏡中的像與他相距
[ ]
A．1m； 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　B．0.5m；
C．0m； 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　D．2m．
2．試畫出圖2．3－7中的小丑在平面鏡中的像．
3．檢查視力的時候，視力表放在被測者頭部的后上方，被測者識別對面墻上鏡子里的像(圖2．3－8)．視力表在鏡中的像與被測者相距多遠？與不用平面鏡的方法相比，這樣安排有什么好處？
4．探究：凸面鏡和凹面鏡成像的規律．
請同學們自己提出問題、制定計劃、收集證據、分析和論證．探究中和探究結束時要對所作的工作進行評估，也就是看一看有沒有不妥的地方，探究的結論可靠性有多大．探究中還要注意與其他同學的交流與合作．
可以用汽車上的后視鏡、手電筒的反光裝置等作為研究的器材，甚至可以用金屬勺子的表面、電燈泡的表面、眼鏡片的表面等作為凸面鏡和凹面鏡的代用品．
探究的具體內容由同學們自己決定．例如，它們所成的像是放大的還是縮小的？像是正立的還是倒立的……
最后，一定要寫出探究報告，在同學之間進行口頭交流．
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電子課文·二 光的反射

反射的規律
光遇到水面、玻璃以及其他任何物體的表面都會發生反射(reflection)．
探究

光反射時的規律

●提出問題
光在反射時遵循什么規律？也就是說，反射光線沿什么方向射出？
●設計實驗和進行實驗
把一個平面鏡放在桌面上，再把一張紙板豎直地立在平面鏡上，紙板上的直線ON垂直于鏡面(圖2．2－3)．
一束光貼著紙板沿某一個角度射到O點，經平面鏡的反射，沿另一個方向射出，在紙板上用筆描出入射光和反射光的徑跡．
改變光束的入射方向，重做一次．換另一種顏色的筆，記錄光的徑跡．
取下紙板，用量角器測量ON兩側的角i和r．
關于光的反射，你發現了什么規律？
垂直于鏡面的直線ON叫做法線；入射光線與法線的夾角i叫做入射角；反射光線與法線的夾角r叫做反射角．
在反射現象中，反射角等于入射角．
如果讓光逆著反射光線的方向射到鏡面，那么，它被反射后就會逆著原來的入射光的方向射出(圖2．2－6)．這表明，在反射現象中，光路是可逆的．
生活中有很多現象可以說明光路的可逆性．例如，如果你在一塊平面鏡中看到了另一位同學的眼睛，那么，不論這個平面鏡多么小，你的同學也一定會從這塊平面鏡中看到你的眼睛．
漫反射
陽光射到鏡子上，迎著反射光的方向可以看到刺眼的光(圖2．2－7甲)．如果陽光射到白紙上，無論在哪個方向，都不會感到刺眼．這是為什么？
原來，鏡面很光滑，而看上去很平的白紙，細微之處實際是凹凸不平的．凹凸不平的表面會把光線向著四面八方反射，這種反射叫做漫反射(圖2．2－7乙)．
動手動腦學物理
1．光線與鏡面成30°角射在平面鏡上(圖2．2－8)，入射角是多大？試畫出反射光線，標出入射角和反射角．
2．有時，黑板反射的光能“晃”著一些同學的眼睛，畫出這個問題的光路．為了保護同學的眼睛，請你根據所學的知識提出改變這種狀況的建議．
3．電視機的遙控器可以發射一種不可見光，叫做紅外線，用它來傳遞信息，實現對電視機的控制．試著不把遙控器對準電視的控制窗口，按一下按鈕，有時也可以控制電視(圖2．2－9)．這是為什么？
4．自行車尾燈的結構如圖2．2－10所示．夜晚，用手電筒照射尾燈，看看它的反光效果．試著在圖2．2－10上畫出反射光線來．
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電子課文·五 看不見的光

前面已經提到，棱鏡可以把太陽光分解成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫幾種不同顏色的光．把它們按這個順序排列起來，就是光譜(spectrum，圖2．5－1)．
紅外線
太陽的能量以光的形式輻射到地球，如果把非常靈敏的溫度計放到棱鏡下面，讓光照射，能夠檢測到溫度的上升．值得注意的是，在光譜上紅光以外的部分，溫度也會上升，說明這里也有能量輻射，不過人眼看不見，我們把這樣的輻射叫做紅外線(infrared ray)．
一個物體，當它的溫度升高時，盡管看起來外表還跟原來一樣，但它輻射的紅外線卻大大增強．人體生病的時候，局部皮膚的溫度異常，如果在照相機里裝上對紅外線敏感的膠片，給皮膚拍照并與健康人的照片(圖2．5－2)對比，有助于對疾病做出診斷．夜間人的體溫比野外草木、巖石的溫度高，人輻射的紅外線比它們強，人們根據這個原理制成了紅外線夜視儀，可以用在步槍的瞄準器上．
紅外線還可以用來進行遙控．電視機遙控器的前端有一個發光二極管，按下不同的鍵時，可以發出不同的紅外線，來實現電視機的遙控．
紫外線
在光譜的紫端以外，也有一種看不見的光，叫做紫外線(ultraviolet ray)．紫外線也和人類生活有非常重要的關系．
適當的紫外線照射有助于人體合成維生素D，維生素D能促進身體對鈣的吸收，對于骨骼的生長和身體健康的許多方面都有好處．紫外線能殺死微生物．在醫院的手術室、病房里，常可以看到用紫外線燈來滅菌．
紫外線能使熒光物質發光．鈔票或商標的某些位置用熒光物質印上標記，在紫外線下識別這些標記，這是一種有效的防偽措施(圖2．5－3)．
過量的紫外線照射對人體十分有害，輕則使皮膚粗糙，重則引起皮膚癌．這點要引起我們注意．
太陽光是天然紫外線的最重要來源．如果太陽輻射的紫外線全部到達地面，地球上的植物、動物和人類都不可能生存．地球的周圍包圍著厚厚的大氣層，陽光中的紫外線大部分被大氣層上部的臭氧層吸收，不能到達地面．
紫外線燈看起來是淡藍色的，那是因為除了紫外線外，它還發出少量藍光和紫光．紫外線本身是看不見的．
動手動腦學物理
1．在家里和商場里進行調查，看看有哪些器具(例如烤箱、浴室取暖燈……)應用了紅外線．
2．在家里和商場里進行調查，看看有多少種防紫外線的用品(防曬霜、防曬傘……)．通過售貨員、說明書等了解它們防紫外線的原理．根據你的判斷，所宣傳的防紫外線功能中有多少是可信的？
3．收集報刊和科普讀物上關于臭氧層空洞的信息，寫一篇環保方面的報告，內容包括臭氧層空洞的成因、解決辦法、目前的進展等．可以參考后面第四章第三節的相關內容．
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電子課文·四 光的析射

折射現象
我們說光是沿直線傳播的，那是指光在同一種介質中(例如在空氣中或在水中)傳播的情形．如果光從一種介質進入另一種介質，例如從空氣進入水或玻璃時，情況又會怎樣呢？
演示
光的折射
把一束光從空氣斜著射入水中(圖2．4－1)，觀察光束在空氣中和水中的徑跡．
光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向發生偏折，這種現象叫做光的折射(refraction)．光從空氣斜射入水中或其他介質中時，折射光線向法線方向偏折．
想想議議
請你猜測，如果光從水中斜射入空氣，是否發生折射現象？射到空氣中的光線將向哪個方向偏折？畫圖表示你的想法．你在作出這個猜測時，作了什么樣的假設？實際做做，看這種假設和猜想是否正確？
折射使池水“變淺”
魚兒在清澈的水里面游動，可以看得很清楚．然而，沿著你看見魚的方向去叉它，卻叉不到．有經驗的漁民都知道，只有瞄準魚的下方才能把魚叉到(圖2．4－3)．
從上面看水、玻璃等透明介質中的物體，會感到物體的位置比實際位置高一些．這是光的折射現象引起的(圖2．4－4)．
由于光的折射，池水看起來比實際的淺．所以，當你站在岸邊，看著清澈見底、深度不過齊腰的水時，千萬不要貿然下去，以免因為對水深估計不足，驚慌失措，發生危險．
把一塊厚玻璃放在鋼筆的前面，筆桿看起來好像“錯位’了(圖2．4－5)，這種現象也是光的折射引起的．
動手動腦學物理
1．圖2．4－6中，哪一幅圖正確地表示了光從空氣進入玻璃中的光路？
2．一束光射向一塊玻璃磚(圖2．4－7)．畫出這束光進入玻璃和離開玻璃后的徑跡(注意標出法線)．
3．把一支鉛筆斜插入盛水的玻璃杯里，看上去鉛筆好像在水面上折斷了(圖2．4－8)．解釋這種現象．
4．在透明玻璃杯的杯底放一枚硬幣，再放一些水．把杯子端到眼睛的高度，再慢慢下移．當杯子下移到某一個位置時，可以看到兩枚硬幣．做這個實驗，并解釋這種現象．
科學世界

海市蜃樓

2001年7月7日，我國多家媒體報道了一條有關海市蜃樓的消息下面是從新華網下載的報道．

“海市蜃樓”夜臨蓬萊

2001年7月7日

多次出現在山東省蓬萊市海面的自然奇觀——“海市蜃樓”，2001年7月5日晚在蓬萊再次出現．
晚7時20分，蓬萊海面上方大團云彩變幻莫測，好似綻開的巨大花朵，又如巨輪從海中徐徐飄來．蓬萊閣上空出現了一道“天幕”：前面有如微波蕩漾的碧水，后面好像碧水環繞的城市．“畫面”的中央宛若建筑群，城區道路依稀可見，不時還有“天人天馬”穿梭其間．“畫面”的左邊看似一個寧靜的港灣，船兒點綴其間，右邊則像蔥綠茂盛的熱帶森林．遠處的山野村莊散落到天際．畫面變幻莫測，如仙如夢，直到20時10分以后才漸漸暗淡，最后在海風中慢慢飄失．有近萬人看到了這一奇觀．
……
實際上，在我國的古書《史記》、《夢溪筆談》中都有關于海市蜃樓的記載，宋代大詩人蘇軾在《登州海市》的詩中也描述過海市蜃樓的奇觀．可見，海市蜃樓是一種不算少見的自然現象．
海市蜃樓是怎樣發生的？
我們已經知道，光是沿直線傳播的，其實嚴格地說，光只有在均勻的介質中才沿直線傳播．如果介質疏密不均，光線就不會沿直線傳播，而會發生折射．
海市蜃樓是一種由光的折射產生的現象，多發生在夏天的海面上．夏天，較熱的空氣籠罩海面，但是海水比較涼，海面附近空氣的溫度比空中的低．空氣熱脹冷縮，上層的空氣比底層的空氣稀疏．來自地平線以外遠處物體的光線，本來不能到達我們的眼中，但有一些射向空中的光線，由于不同高度空氣的疏密不同而發生彎曲，逐漸彎向地面(圖2．4－9)，進入觀察者的眼睛．逆著光線望去，就感到看見了遠處的物體．
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