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电子课文·一 光的传播 颜色

太阳、电灯等物体能够发光，这些物体叫做光源．夜晚，我们可以看到闪烁的星光，这些星星多数是恒星．宇宙中的恒星都能够发光．
许多动物也可以发光．夏天的夜晚，常有淡淡的绿光在草丛中闪烁，这是萤火虫在发光．有些海洋生物也能发光．在大海深处，灯笼鱼、斧头鱼、水母等发出的光，使幽深的海底世界显得更加神秘．
现代社会中，人造光源很多(图2．1－2)．你周围有哪些人造光源？
光是如何传播的
打开电灯，我们就可以看见它的光，这是由于光从灯泡到达了我们的眼睛．那么，光的传播有什么特点？
演示
光是怎样传播的
1．在暗室里，将一束光射到空气中，观察光在空气中的传播径迹．
2．在暗室里，将一束光射到水中，观察光在水中的传播径迹．
由于光沿直线传播，在开凿大山隧道时，工程师们常常用激光束引导掘进机，使掘进机沿直线前进，保证隧道方向不出偏差(图2．1－3)．
光的传播速度
打雷时，雷声和闪电在同时同地发生，但是我们总是先看到闪电后听见雷声．这表明，光的传播速度比声音快．
真空中的光速是宇宙间最快的速度，在物理学中用字母c表示．光在真空中1s能传播299792000 m，也就是说，真空中的光速为
c＝2.99792×108m/s
光在其他各种介质中的速度都比在真空中的小．空气中的光速大约为2.997000×108m/s．
在我们的计算中，真空或空气中的光速取为
c＝3×108m/s
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科学世界

我们看到了古老的光

同学们都听爷爷奶奶讲过“牛郎织女”的神话故事吧．王母娘娘拆散了牛郎和织女的幸福家庭，他们化作天上的两颗星，只能在每年农历七月初七渡过银河相会一次．这个故事表达了我们祖先反抗封建礼教，追求幸福生活的美好愿望．
但是，神话终归是神话．你知道天上的牛郎星和织女星相距有多远吗？这两颗星都是银河系中的恒星，它们之间的距离如果用千米作单位表示，那可真是个“天文数字”，大得不得了．如果以宇宙中最快的速度——光速飞行，从牛郎星飞到织女星也要16年！要想每年相会一次，那是不可能的．
宇宙中恒星间的距离都非常大，为了表达起来方便一些，天文学家使用一个非常大的距离单位——光年，它等于光在1年内传播的距离．这样说来，牛郎星和织女星的距离就是16光年．
离太阳系最近的恒星是半人马座的“比邻星”(只能在南半球观测到)，距我们4.3光年，也就是说，我们现在观测到的比邻星的光，是4.3年前发出的，经过了四年多的飞行，才到达我们的眼睛．想一想，那时候你正在上几年级？很有趣吧！
我们的银河系是超过1000亿颗恒星组成的星系．在银河系之外，离我们最近的星系是大、小麦哲伦云(很遗憾，也只能在南半球看到它们)，它们距离我们16万～19万光年．想一想，我们今天看到的麦哲伦云的光，是它们在什么时候发出的？那时候人类在进化过程中正处于哪个阶段？
秋天的夜晚可以在东北方向的天空找到一个亮斑，看起来像个纺锤，那就是仙女座大星云．它是北半球惟一可用肉眼看到的银河外星系，与我们的距离是225万光年．
目前人类观测到的最远的天体，距离我们有140多亿光年，我们看到的是140多亿年前发出的光．那时候是宇宙诞生的初期，地球还没有出现．
光——宇宙的使者，它不仅告诉我们宇宙的现在，而且正在告诉我们遥远的过去．
回答以下问题
1．“光年”是什么物理量的单位？
2．牛郎星和织女星的距离是多少千米？
3．为什么在形容一个数字很大、很大的时候，常说这是个“天文数字”？
颜色
在17世纪以前，人们一直认为白色是最单纯的颜色．17世纪，英国物理学家牛顿使太阳光产生色散(dispersion)，才揭开了光的颜色的秘密．
演示
色散
让一束太阳光照射到三棱镜上(图2．1－6)．从三棱镜射出的光有什么变化？
太阳光通过棱镜后，被分解成各种颜色的光，如果用一个白屏来承接，在白屏上就形成一条彩色的光带，颜色依次是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫．这说明，白光是由各种色光混合而成的．
想想做做

分解太阳光

如图2．1－7，深盘中盛上一些水，盘边斜放一个平面镜．使太阳光照射在平面镜上，并反射到白色的墙壁上．观察墙壁上反射光的颜色．
人们发现，红、绿、蓝三色光混合能产生各种色彩，因此把红、绿、蓝三种色光叫做色光的三原色(图2．1－8)．
彩色电视机画面上的丰富色彩就是由三原色光混合而成的(图2．1－9)．
探究

色光的混合与颜料的混合

●提出问题
颜料混合的规律与色光混合的规律是不是相同？
●设计实验和进行实验
分别用红色和蓝色的透明胶片挡在两只手电筒的前面，观察它们射出的红光与蓝光在白墙上重叠部分的颜色．
再观察红、蓝颜料混合后的颜色．
●分析和论证
红、蓝颜料混合的颜色和红光、蓝光混合的颜色一样吗？
问问印刷行业的技术人员或者喜欢绘画的人，颜料的三原色是什么．
动手动脑学物理
1．设计一种方法，估测发生雷电的位置离你有多远．
2．举出一些例子，说明光的直线传播在生活中的应用．
3．用放大镜观察彩色电视机的屏幕，对比发白光的区域和其他颜色的区域，看看红、绿、蓝三种色条的相对亮度有什么不同．
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电子课文·三 平面镜成像

平面镜成像的特点
在你照镜子的时候可以在镜子里看到另外一个“你”，镜子里的这个“人”就是你的像(image)．
探究

平面镜成像的特点

●提出问题
平面镜成像时，像的位置、大小跟物体的位置、大小有什么关系？
●设计实验和进行实验
照图2．3－1那样，在桌面上铺一张大纸，纸上竖一块玻璃板，作为平面镜．在纸上记下平面镜的位置．把一支点燃的蜡烛放在玻璃板的前面，可以看到它在玻璃板后面的像．再拿一支没有点燃的同样的蜡烛，竖立着在玻璃板后面移动，直到看上去它跟前面那支蜡烛的像完全重合．这个位置就是前面那支蜡烛的像的位置．在纸上记下这两个位置．实验时注意观察蜡烛的大小和它的像的大小是否相同．
移动点燃的蜡烛，重做实验．
用直线把每次实验中蜡烛和它的像的位置连起来，用刻度尺测量它们到平面镜的距离．
●分析和论证
蜡烛的位置和它的像的位置有什么关系？它们的大小有什么关系？
虚像
在上面的实验中，平面镜后面并没有点燃的蜡烛，但是，我们却能看到平面镜后面好像有烛焰．这是为什么？
在图2．3－2中，光源S向四处发光，一些光经平面镜反射后进入了人的眼睛，引起视觉，我们感到好像光是从图中S′处发出的．S′就是S在平面镜中的像．
由于进入眼睛的光线并非真正来自平面镜后的S′，所以把S′叫做虚像(virtualimage)．
STS

凸面镜和凹面镜

除了平面镜外，生活中也常见到凸面镜和凹面镜，它们统称球面镜．餐具中的不锈钢勺子，它的里外两面就相当于凹面镜和凸面镜．
如果将一束平行光照在凸面镜上，凸面镜使平行光束发散(图2．3－3甲)；而凹面镜使平行光束会聚(图2．3－3乙)．
凸面镜和凹面镜在实际中有很多应用．例如，汽车的后视镜、街头拐弯处的反光镜，都是凸面镜(图2．3－4)，而手电筒的反光装置则相当于凹面镜(图2．3－5)．
用凹面镜制成的太阳灶(图2．3－6)，利用会聚的太阳光可以烧水、煮饭，既节省燃料，又不污染环境．凹面镜的面积越大，会聚的太阳光越多，温度也就越高．大的太阳炉甚至可以用来熔化金属．
反射式天文望远镜，凹面镜的口径可达数米，利用凹面镜能够把来自遥远宇宙空间的微弱星光会聚起来，进行观测．中国科学院国家天文台兴隆观测站安装的反射式望远镜的口径为2.16 m，是远东最大的天文望远镜．它能看到的最弱星光，亮度只相当于200 km外一根点燃的火柴．
回答以下问题
在上面的文章中，什么地方涉及了“在反射现象中，光路是可逆的”这个道理？
动手动脑学物理
1．一个同学站在平面镜前1m处，镜中的像与他相距
[ ]
A．1m； 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　B．0.5m；
C．0m； 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　D．2m．
2．试画出图2．3－7中的小丑在平面镜中的像．
3．检查视力的时候，视力表放在被测者头部的后上方，被测者识别对面墙上镜子里的像(图2．3－8)．视力表在镜中的像与被测者相距多远？与不用平面镜的方法相比，这样安排有什么好处？
4．探究：凸面镜和凹面镜成像的规律．
请同学们自己提出问题、制定计划、收集证据、分析和论证．探究中和探究结束时要对所作的工作进行评估，也就是看一看有没有不妥的地方，探究的结论可靠性有多大．探究中还要注意与其他同学的交流与合作．
可以用汽车上的后视镜、手电筒的反光装置等作为研究的器材，甚至可以用金属勺子的表面、电灯泡的表面、眼镜片的表面等作为凸面镜和凹面镜的代用品．
探究的具体内容由同学们自己决定．例如，它们所成的像是放大的还是缩小的？像是正立的还是倒立的……
最后，一定要写出探究报告，在同学之间进行口头交流．
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电子课文·二 光的反射

反射的规律
光遇到水面、玻璃以及其他任何物体的表面都会发生反射(reflection)．
探究

光反射时的规律

●提出问题
光在反射时遵循什么规律？也就是说，反射光线沿什么方向射出？
●设计实验和进行实验
把一个平面镜放在桌面上，再把一张纸板竖直地立在平面镜上，纸板上的直线ON垂直于镜面(图2．2－3)．
一束光贴着纸板沿某一个角度射到O点，经平面镜的反射，沿另一个方向射出，在纸板上用笔描出入射光和反射光的径迹．
改变光束的入射方向，重做一次．换另一种颜色的笔，记录光的径迹．
取下纸板，用量角器测量ON两侧的角i和r．
关于光的反射，你发现了什么规律？
垂直于镜面的直线ON叫做法线；入射光线与法线的夹角i叫做入射角；反射光线与法线的夹角r叫做反射角．
在反射现象中，反射角等于入射角．
如果让光逆着反射光线的方向射到镜面，那么，它被反射后就会逆着原来的入射光的方向射出(图2．2－6)．这表明，在反射现象中，光路是可逆的．
生活中有很多现象可以说明光路的可逆性．例如，如果你在一块平面镜中看到了另一位同学的眼睛，那么，不论这个平面镜多么小，你的同学也一定会从这块平面镜中看到你的眼睛．
漫反射
阳光射到镜子上，迎着反射光的方向可以看到刺眼的光(图2．2－7甲)．如果阳光射到白纸上，无论在哪个方向，都不会感到刺眼．这是为什么？
原来，镜面很光滑，而看上去很平的白纸，细微之处实际是凹凸不平的．凹凸不平的表面会把光线向着四面八方反射，这种反射叫做漫反射(图2．2－7乙)．
动手动脑学物理
1．光线与镜面成30°角射在平面镜上(图2．2－8)，入射角是多大？试画出反射光线，标出入射角和反射角．
2．有时，黑板反射的光能“晃”着一些同学的眼睛，画出这个问题的光路．为了保护同学的眼睛，请你根据所学的知识提出改变这种状况的建议．
3．电视机的遥控器可以发射一种不可见光，叫做红外线，用它来传递信息，实现对电视机的控制．试着不把遥控器对准电视的控制窗口，按一下按钮，有时也可以控制电视(图2．2－9)．这是为什么？
4．自行车尾灯的结构如图2．2－10所示．夜晚，用手电筒照射尾灯，看看它的反光效果．试着在图2．2－10上画出反射光线来．
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电子课文·五 看不见的光

前面已经提到，棱镜可以把太阳光分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫几种不同颜色的光．把它们按这个顺序排列起来，就是光谱(spectrum，图2．5－1)．
红外线
太阳的能量以光的形式辐射到地球，如果把非常灵敏的温度计放到棱镜下面，让光照射，能够检测到温度的上升．值得注意的是，在光谱上红光以外的部分，温度也会上升，说明这里也有能量辐射，不过人眼看不见，我们把这样的辐射叫做红外线(infrared ray)．
一个物体，当它的温度升高时，尽管看起来外表还跟原来一样，但它辐射的红外线却大大增强．人体生病的时候，局部皮肤的温度异常，如果在照相机里装上对红外线敏感的胶片，给皮肤拍照并与健康人的照片(图2．5－2)对比，有助于对疾病做出诊断．夜间人的体温比野外草木、岩石的温度高，人辐射的红外线比它们强，人们根据这个原理制成了红外线夜视仪，可以用在步枪的瞄准器上．
红外线还可以用来进行遥控．电视机遥控器的前端有一个发光二极管，按下不同的键时，可以发出不同的红外线，来实现电视机的遥控．
紫外线
在光谱的紫端以外，也有一种看不见的光，叫做紫外线(ultraviolet ray)．紫外线也和人类生活有非常重要的关系．
适当的紫外线照射有助于人体合成维生素D，维生素D能促进身体对钙的吸收，对于骨骼的生长和身体健康的许多方面都有好处．紫外线能杀死微生物．在医院的手术室、病房里，常可以看到用紫外线灯来灭菌．
紫外线能使荧光物质发光．钞票或商标的某些位置用荧光物质印上标记，在紫外线下识别这些标记，这是一种有效的防伪措施(图2．5－3)．
过量的紫外线照射对人体十分有害，轻则使皮肤粗糙，重则引起皮肤癌．这点要引起我们注意．
太阳光是天然紫外线的最重要来源．如果太阳辐射的紫外线全部到达地面，地球上的植物、动物和人类都不可能生存．地球的周围包围着厚厚的大气层，阳光中的紫外线大部分被大气层上部的臭氧层吸收，不能到达地面．
紫外线灯看起来是淡蓝色的，那是因为除了紫外线外，它还发出少量蓝光和紫光．紫外线本身是看不见的．
动手动脑学物理
1．在家里和商场里进行调查，看看有哪些器具(例如烤箱、浴室取暖灯……)应用了红外线．
2．在家里和商场里进行调查，看看有多少种防紫外线的用品(防晒霜、防晒伞……)．通过售货员、说明书等了解它们防紫外线的原理．根据你的判断，所宣传的防紫外线功能中有多少是可信的？
3．收集报刊和科普读物上关于臭氧层空洞的信息，写一篇环保方面的报告，内容包括臭氧层空洞的成因、解决办法、目前的进展等．可以参考后面第四章第三节的相关内容．
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电子课文·四 光的析射

折射现象
我们说光是沿直线传播的，那是指光在同一种介质中(例如在空气中或在水中)传播的情形．如果光从一种介质进入另一种介质，例如从空气进入水或玻璃时，情况又会怎样呢？
演示
光的折射
把一束光从空气斜着射入水中(图2．4－1)，观察光束在空气中和水中的径迹．
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫做光的折射(refraction)．光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线方向偏折．
想想议议
请你猜测，如果光从水中斜射入空气，是否发生折射现象？射到空气中的光线将向哪个方向偏折？画图表示你的想法．你在作出这个猜测时，作了什么样的假设？实际做做，看这种假设和猜想是否正确？
折射使池水“变浅”
鱼儿在清澈的水里面游动，可以看得很清楚．然而，沿着你看见鱼的方向去叉它，却叉不到．有经验的渔民都知道，只有瞄准鱼的下方才能把鱼叉到(图2．4－3)．
从上面看水、玻璃等透明介质中的物体，会感到物体的位置比实际位置高一些．这是光的折射现象引起的(图2．4－4)．
由于光的折射，池水看起来比实际的浅．所以，当你站在岸边，看着清澈见底、深度不过齐腰的水时，千万不要贸然下去，以免因为对水深估计不足，惊慌失措，发生危险．
把一块厚玻璃放在钢笔的前面，笔杆看起来好像“错位’了(图2．4－5)，这种现象也是光的折射引起的．
动手动脑学物理
1．图2．4－6中，哪一幅图正确地表示了光从空气进入玻璃中的光路？
2．一束光射向一块玻璃砖(图2．4－7)．画出这束光进入玻璃和离开玻璃后的径迹(注意标出法线)．
3．把一支铅笔斜插入盛水的玻璃杯里，看上去铅笔好像在水面上折断了(图2．4－8)．解释这种现象．
4．在透明玻璃杯的杯底放一枚硬币，再放一些水．把杯子端到眼睛的高度，再慢慢下移．当杯子下移到某一个位置时，可以看到两枚硬币．做这个实验，并解释这种现象．
科学世界

海市蜃楼

2001年7月7日，我国多家媒体报道了一条有关海市蜃楼的消息下面是从新华网下载的报道．

“海市蜃楼”夜临蓬莱

2001年7月7日

多次出现在山东省蓬莱市海面的自然奇观——“海市蜃楼”，2001年7月5日晚在蓬莱再次出现．
晚7时20分，蓬莱海面上方大团云彩变幻莫测，好似绽开的巨大花朵，又如巨轮从海中徐徐飘来．蓬莱阁上空出现了一道“天幕”：前面有如微波荡漾的碧水，后面好像碧水环绕的城市．“画面”的中央宛若建筑群，城区道路依稀可见，不时还有“天人天马”穿梭其间．“画面”的左边看似一个宁静的港湾，船儿点缀其间，右边则像葱绿茂盛的热带森林．远处的山野村庄散落到天际．画面变幻莫测，如仙如梦，直到20时10分以后才渐渐暗淡，最后在海风中慢慢飘失．有近万人看到了这一奇观．
……
实际上，在我国的古书《史记》、《梦溪笔谈》中都有关于海市蜃楼的记载，宋代大诗人苏轼在《登州海市》的诗中也描述过海市蜃楼的奇观．可见，海市蜃楼是一种不算少见的自然现象．
海市蜃楼是怎样发生的？
我们已经知道，光是沿直线传播的，其实严格地说，光只有在均匀的介质中才沿直线传播．如果介质疏密不均，光线就不会沿直线传播，而会发生折射．
海市蜃楼是一种由光的折射产生的现象，多发生在夏天的海面上．夏天，较热的空气笼罩海面，但是海水比较凉，海面附近空气的温度比空中的低．空气热胀冷缩，上层的空气比底层的空气稀疏．来自地平线以外远处物体的光线，本来不能到达我们的眼中，但有一些射向空中的光线，由于不同高度空气的疏密不同而发生弯曲，逐渐弯向地面(图2．4－9)，进入观察者的眼睛．逆着光线望去，就感到看见了远处的物体．
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