沪科版8年级物理全一册高清教材_4-教培资料-26年最新资料-同步更新_初中高中教资_03科三专项（进去保存报考的学科即可）_02科三专项（笔记真题思维导图教学设计版本二）

沪科版物理2024.indd 5 2024/7/4 下午3:12义 务 教 育 教 科 书 义义 务务 教教 育育 教教 科科 书书 物 理 物物 理理 义务教育物理课程标准实验教科书编写组 编著 义义务务教教育育物物理理课课程程标标准准实实验验教教科科书书编编写写组组 编编著著 八 年 级 全 一 册 八八 年年 级级 全全 一一 册册 上海科学技术出版社 上上海海科科学学技技术术出出版版社社 物理前言后记.indd 11 2024/3/8 上午11:08 物物理理前前言言后后记记..iinndddd 1111 22002244//33//88 上上午午1111::0088主 编： 廖伯琴 编写人员：（ 以姓氏笔画为序） 于海波 邓 磊 许 静 阮享彬 杜明荣 杨燕鸣 张 华 廖伯琴 责任编辑： 施 成 葛碧临 罗美芳 李林高 美术设计： 诸梦婷 义务教育教科书 物理 八年级 全一册 出 版 上海世纪出版（集团）有限公司 上海科学技术出版社 （上海市闵行区号景路159弄A座9F —10F 邮政编码201101） 发 行 新华书店 印 刷 湖南天闻新华印务邵阳有限公司 版 次 2024年8月第1版 印 次 2024年8月第1次 开 本 787 毫米×1092 毫米 1/16 印 张 19.75 字 数 314千字 书 号 ISBN 978—7—5478—6598—9/G·1211 定 价 17.85元 版权所有·未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分·违者必究 如发现印装质量问题或对内容有意见建议，请与本社联系。电话： 021—64848025，邮箱： jc@sstp.cn 价格依据文件号：桂发改价格规〔2019〕 1043号 举报电话：12315 声明 按照《中华人民共和国著作权法》第二十五条有关规定，我们已尽量 寻找著作权人支付报酬。著作权人如有关于支付报酬事宜可及时与出版社联系。致 同 学 同学们，大家好！ 当打开《物理（八年级）》时，你们将进入令人惊叹的物理大世界。这 里奥秘无穷，神奇无比！首先，大家将“走进‘神奇’”。来自大自然的神奇， 令人向往；来自生活中的神奇，让人叫绝！在这有无数瑰宝的物理迷宫中，神 奇无处不在。只要同学们孜孜不倦、锲而不舍地探索，一定能发现解读这些“神 奇”的密码。 打开物理迷宫后，你们将跨进“运动的世界”，探索“动与静”“快与慢” 的诀窍，学习从物理学视角描述运动；接着置身“声的世界”，探索“声音的 产生与传播”“声音的特性”“超声波与次声波”“噪声控制与健康生活”等； 随后将看见“光的世界”，探索水中月、镜中花的秘密，了解铅笔被水“折断” 的道理，揭开自然界色彩斑斓的缘由等；在“神奇的透镜”长廊，你们将了解 为何要保护眼睛，为何能通过照相机拍照、通过显微镜“看见”微观粒子、通 过望远镜看见星星等。在充满奥秘的物理迷宫里，还有与“物质”“力”相关 的各类宝库，如“质量与密度”“熟悉而陌生的力”“力与运动”“压强”“浮力”“功 与机械能”“简单机械”等。探索这些宝库，你们能找到鉴别“真金白银”的 方法，发现中国航天将“嫦娥奔月”神话变为现实的秘密，解释快速行驶中安 全带的作用，了解中国载人深潜的成就，找到能躺在死海悠闲看书的原因，知 道游乐场中惊险刺激的项目设计原理，解读《天工开物》中精妙绝伦的古代机 械等。漫游迷宫时，大家还将为“小粒子与大宇宙”所震撼，为中国的科技成 就而自豪，为我国科学家的爱国情怀、奉献精神而感动，同时那不断缩小的粒 子世界及越来越大的茫茫宇宙一定会让你们神往。 接着，还有《物理（九年级）》的精彩纷呈等着大家，那里有“温度与物 态变化”“内能与热机”“电与电路”“探究电路”“电流做功与电功率”“磁及 其相互作用”“电能从哪里来”“电磁波与信息时代”“能源、材料与社会”等 宝库。在这些宝库中，你们能发现雾、霜、雨、雪形成的原因，了解热机的作 用及对环境的影响，找到让电灯发光的诀窍，关注家庭电路中的用电安全，明白如何有效利用电能，知晓磁浮列车，了解电能从哪里来，探究看不见却弥漫 在周围的神通广大的电磁波，领悟能源与新材料开发的重要意义等。这些宝库 中熠熠生辉的宝贝，实在令人心向往之！ 为了帮助大家探索物理大世界的各类宝库，我们特别设计了若干栏目。 针对某章、某节、某点物理内容，借助“本章学业要求”“本节要点”“素 养提升”由大到小地为同学们梳理了学习这些内容的目的；“探究”“测量”“做 中学”“迷你实验室”“DIS 实验室”等，给大家呈现必做的探究类和测量类实验、 大开眼界的课堂演示实验、妙趣横生的小实验，为同学们体验科学、提升素 养提供了平台；“安全警示”不断提醒大家在实践操作中要注意安全；“物理在 线”“物理聊吧”“请提问”给同学们留下查询资料、讨论交流、提问质疑的空 间，鼓励大家畅所欲言、相互促进、评估反思等；“科学书屋”“学科综合”有 拓展视野、精彩有趣、学科交融的阅读材料；通过“加油站”“拓展一步”，你 们能深入地学习更多内容；“方法点拨”与“策略提炼”将为同学们的学习支招、 提炼问题解决策略；“例题”“作业”“本章练习”“本章总结”，不仅给同学们 提供解决物理问题的样例，还能让大家由浅入深地应用、巩固、迁移所学知识， 总结反思每章学习内容。每章都为同学们设计了跨学科实践活动，希望大家能 从跨学科视角探究物理学与日常生活、物理学与工程实践、物理学与社会发展 等方面的问题，以此培养同学们的综合素养。 同学们，物理学是自然科学领域研究物质的基本结构、相互作用和运动 规律的一门基础学科。物理学对化学、生物学、天文学等自然科学产生了重要 影响，推动了材料、能源、环境和信息等领域的科技进步，促进了人类生产生 活方式的变革，对人类思维方式、价值观等的塑造都发挥了重大作用，为人类 文明和社会的进步作出了巨大贡献。学习物理学，能让大家从物理学视角认识 自然、解决问题，形成科学的自然观；经历科学探究过程，学习科学研究方法， 养成科学思维习惯；认识科学、技术、社会、环境之间的关系，树立科学态度 和正确价值观，成为德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。目 录 绪 论 打开物理世界的大门 1 第一章 运动的世界 9 第一节 动与静 10 第二节 快与慢 15 第三节 测量：长度与时间 20 第四节 测量：物体运动的速度 27 实 践 设计一个研学旅行方案 31 第二章 声的世界 35 第一节 声音的产生与传播 36 第二节 声音的特性 43 第三节 超声波与次声波 48 第四节 噪声控制与健康生活 51 实 践 举办“创意与炫酷”音乐会 56 第三章 光的世界 59 第一节 探究：光的反射定律 60 第二节 探究：平面镜成像的特点 67 第三节 光的折射 73 第四节 光的色散 77 实 践 创作七彩梦幻般的彩虹 81第四章 神奇的透镜 84 第一节 凸透镜与凹透镜 85 第二节 探究：凸透镜成像的规律 89 第三节 神奇的“眼睛” 95 实 践 探究森林火情缘由 101 第五章 质量与密度 105 第一节 质量 106 第二节 测量：物体的质量 110 第三节 密度 115 第四节 测量：固体和液体的密度 121 实 践 制作水油沙漏 126 第六章 熟悉而陌生的力 129 第一节 力及其描述 130 第二节 测量：用弹簧测力计测量力 137 第三节 来自地球的力 141 第四节 探究：滑动摩擦力大小与哪些因素有关 149 实 践 创作飞天科幻故事 155第七章 力与运动 159 第一节 牛顿第一定律 160 第二节 力的合成 166 第三节 二力平衡 171 实 践 调研桥梁建筑中的力平衡 176 第八章 压强 179 第一节 压力的作用效果 180 第二节 探究：液体压强与哪些因素有关 186 第三节 空气的“力量” 195 第四节 流体压强与流速的关系 201 实 践 制作能升空的飞机模型 205 第九章 浮力 209 第一节 认识浮力 210 第二节 探究：浮力大小与哪些因素有关 214 第三节 阿基米德原理 218 第四节 物体的浮与沉 222 实 践 调研我国造船与航海方面的成就 227第十章 功与机械能 231 第一节 机械功 232 第二节 功率 237 第三节 动能和势能 241 第四节 机械能转化及其应用 246 实 践 探究游乐设施中的功与能 250 第十一章 简单机械 254 第一节 探究：杠杆的平衡条件 255 第二节 滑轮及其应用 264 第三节 机械效率 269 实 践 制作“龙骨水车”模型 273 第十二章 小粒子与大宇宙 277 第一节 走进微观 278 第二节 看不见的运动 284 第三节 探索宇宙 290 第四节 跨学科：弘扬科学家精神 297 实 践 追寻人类探索宇宙的进展 301 索 引 304走进神奇 1 绪论 打开物理世界的大门 走进神奇 人的天职在于勇敢探索真理。 ——哥白尼 在自然中…… 从茫茫星空到辽阔大地，从高耸雪峰到澎湃江河，神奇无处不在。你思考 过为什么吗？ 浩瀚太空，群星闪烁，它们从哪里来，到哪里去？我们生活的地球在宇宙 的什么地方？哈雷彗星何时再来（图1）？ “天公”发怒时，狂风暴雨常伴随电闪雷鸣，它们如何产生，又为何消失 （图2）？ 大自然为什么有五颜六色，为何如此绚丽多彩，令人惊叹（图3）？ 图1 哈雷彗星何时再来？ 图2 电闪雷鸣如何产生？ 图3 大自然为何绚丽多彩？2 绪论 打开物理世界的大门 流淌的江河，为何既能输运航船、灌溉良 田，也会奔腾咆哮、冲垮河堤？ 静静雪山，高耸巍峨，为何一个喷嚏就可 能导致雪崩（图4）？ 在生活中…… 自然现象扑朔迷离、千姿百态，而在人们 的日常生活中则呈现出另一些神奇。你探究过 为什么吗？ 为什么饮料罐只有一个小孔时，里面的饮 图4 静静雪山为何发生雪崩？ 料不易倒出（图5）？ 将铅笔斜插入水中，笔杆似乎被水“折断”了。你观察过这种现象吗？知 道这是为什么吗？ 夜幕降临，为何合上电闸便能带来万家灯火，延续光明（图6）？ 撑竿跳高，激动人心。为什么撑竿跳高运动员借助一根细长的撑竿，便能 跃过高高的横杆（图7）？ 图5 为何不易倒出饮料？ 图6 万家灯火从何而来？ 图7 为何能跳那么高？探索之路 3 探索之路 我从事科学研究的动机，来自一种想要了解自然奥秘 的无法遏制的渴望，而不是别的什么目的。 ——爱因斯坦 面对神奇，人们感到迷茫、好奇、敬畏，人们渴求去探究。“一种想要了 解自然奥秘的无法遏制的渴望”促使世界各民族努力探索、坚持不懈，这种探 索从远古延续至今，并将走向未来。 古文明中的科学思索…… 古人早就开始思索自然界的神奇现象，而那些能直接刺激感官的神奇现象 则最能引起他们的注意。从古人的文字、绘画以及世界各地的古迹便可看出他 们的一些科学思索。 甲骨文“殸”（图 8），意指手持长柄，敲击乐器发声。这说明古人很早便 知道声音与碰击有关。 古人通过对日月星辰及周围事物的观察，设想宇宙的模样。中国古代三大 宇宙观——盖天说（图 9）、浑天说、宣夜说，都体现了我国古人对于宇宙万 物的不懈探索。 出现在世界不同地方的石头阵神秘莫测（图 10）。有研究认为，其功能之 一是帮助古人观察天象。 图8 甲骨文“殸” 图9 “天圆地方”示意图 图10 神秘石头阵4 绪论 打开物理世界的大门 物理学的进步之阶…… 灿烂的古代文明闪烁着古人朦胧的理性之光，也 为人们科学认识世界奠定了基础。在物理学发展的漫 长历程中，不少前辈作出了卓越的贡献。 著名天文学家、自然科学先驱哥白尼（N. Copernicus， 1473—1543），用“日心说”（图 11）否定了影响人 类达千年之久的托勒密的“地心说”，有力地推动了 图 11 “日心说”的图像 人类文明的进程。 经典力学和实验物理学的先驱伽利略（G. Galilei，1564—1642），率先用 望远镜观察天体运动（图 12），由此得到的关于天体运行的结果支持了哥白尼 的“日心说”。 伟大的物理学家牛顿（I. Newton，1643—1727），在前人的研究积累上， 奠定了具有划时代意义的经典物理学基础。他发现日月星辰的运转与苹果下落 等有着某些相似，经过长时间的探索，建立了著名的运动定律。 从 19 世纪到 20 世纪的世纪之交，物理学遇到“晴空上飘浮着两朵乌 云”的难题，这“两朵乌云”引发了近代物理学的产生。20 世纪杰出的物 理学家爱因斯坦（A. Einstein，1879—1955，图 13）提出了相对论，从根本 上冲击了经典物理学体系，动摇了人们所熟悉的时间与空间等概念。普朗克 （M. Planck，1858—1947）、玻尔（N. Bohr，1885—1962）等量子力学主要奠 基人发现微观世界与宏观世界的物理规律有很大差异。由于这些物理学家的伟 大贡献，物理学再次跨出具有划时代意义的一大步。 图12 伽利略观察天体运动 图13 爱因斯坦站在巨人的肩膀上 5 站在巨人的肩膀上 如果说我比别人看得更远的话，那是因为我站在巨人 的肩膀上。 ——牛顿 在探索之路上，有众多的科学巨人披荆斩棘，铺路架桥，为后人留下了丰 硕的知识园地、科学的探究方法及不朽的科学精神。“站在巨人的肩膀上”，你 能站得更高，看得更远。 知识园地——硕果累累 前辈们在探索神奇现象的过程中，逐渐发现蕴藏其中的物理规律。随着对 这些规律的深入探究，物理学的体系便逐渐形成了，并且对化学、生物学、天 文学等自然科学产生了重要影响。 人类已进入信息化时代，物理学的知识和研究方法已被广泛应用到材料、 能源、环境和信息等领域。 由于航天技术的发展，人类不仅实现了飞翔之梦，还登上了月球，遨游太 空（图14），继续探索浩瀚宇宙的秘密（图15）。 图14 中国空间站 图15 宇宙深处6 绪论 打开物理世界的大门 在探索茫茫宇宙的同时，人类也在探索微观世界。显微镜是人类的“火眼 金睛”，通过它，人类能逐渐深入看清构成物质的不同粒子（图16）。而现在， 人类不仅能看清更小的粒子，还能操纵原子。 激光技术不仅被广泛应用于农业、医疗、通信、能源等领域，而且也 逐渐应用于日常生活，给人们带来方便。 信息技术给人类带来了巨大的影响。集成了成千上万个电子元件的芯片， 既小又轻，连蚂蚁都能搬动（图17）。如今，芯片的集成技术又有了很大飞跃。 超导技术有着广泛的应用前景（图18），人们正在进行深入探索。 图16 放大了200万倍 图17 蚂蚁能搬动的 图18 超导磁浮现象 的铱原子排列图 集成电路芯片 科学探究——其乐无穷 科学前辈不仅为后人构筑了知识的宫殿，还创 建了科学的探究方法。 例如，伽利略在研究亚里士多德（Aristotle，前 384—前 322）落体观点的过程中，不仅从逻辑上质 疑亚里士多德的观点，而且巧妙设计了斜面实验， 据说还在比萨斜塔（图 19）亲自实验。因此，伽利 略被后人誉为实验物理学的先驱。 大家在学习科学知识的同时，还应学习科学家 的研究方法（图 20）。在科学探究中，大家要学会 问、学会猜想、学会计划、学会做、学会分析、学 会反思，还应学会交流等。 图19 比萨斜塔站在巨人的肩膀上 7 设计实验与 进行实验与 制订计划 收集证据 证据 问题 解释 猜想与假设 交流 分析与论证 提出问题 评估 交流与合作 图20 从“做”中学 科学精神——永远高扬 科学家们在科学探究的过程中，还为后人留下了永远高扬的科学精神。 科学家们实事求是、尊重客观规律、不迷信权威、勇于质疑、敢于坚持真 理。例如，面对罗马教会的强权，哥白尼坚持认为地球是在运动的。 科学家们孜孜不倦、刻苦认真、锲而不舍。例如居里夫人（M. S. Curie， 1867—1934），曾两次获得诺贝尔奖。这些伟大的成功皆源于她对真理的执着追 求，以及她长期勤勤恳恳的努力工作等。她和 丈夫共同发现的“镭”是在简陋的棚屋里辛 苦工作多年才提炼出来的（图21）。 科学家们善于合作与交流，敢于提出 与众不同的见解，也敢于修正或放弃自己 的错误观点。例如，爱因斯坦和玻尔等人 进行了长达 20 余年的量子力学大论战，而 这种学术之争并未影响两位科学泰斗的友 谊。正是在这一次次的学术争论中，在众 多物理学家的努力下，量子力学体系逐渐 建构起来了。 图21 居里夫妇在工作8 绪论 打开物理世界的大门 长江后浪推前浪，物理学正是在一代又一代科学 家的努力下，才发展到由量子论和相对论作为支柱的 现代物理学阶段。 新的发展带来新的问题，新的问题必将激发新的 探索，新的探索必将推动物理学进入新的时代。 打开物理世界的大门，同学们将发现科学巨人们 留下的知识、方法及精神等无尽的财富。站在巨人的 肩膀上（图22），同学们将成为新时代的“巨人”！ 杨振宁 李政道 丁肇中 朱棣文 崔琦 哥白尼 伽利略 牛顿 爱因斯坦 图22 构建物理学“殿堂”的巨人们第一章 运动的世界 第一节 动与静 第二节 快与慢 第三节 测量：长度与时间 第四节 测量：物体运动的速度 实 践 设计一个研学旅行方案 本章学业要求 知道机械运动，能用速度描述物体 运动的快慢；能将机械运动的相对性、 速度等与生活中的实际情境联系起来。 知道匀速直线运动是一种物理模型； 能运用运动的相对性、速度等概念分析 机械运动问题；能有依据地说出自己的 看法。 能完成“用刻度尺测量长度，用表 测量时间”“测量物体运动的速度”等实 验；能收集实验数据，得出结论；具有 合作意识。 思考：拖拉机驾驶 知道从物理学视角描述运动是人类 员和地面工人观察 描述运动的一种方式；具有探索身边物 收割机的运动情况 理现象的兴趣；能关心我国古代和现代 相同吗？如何描述 与运动相关的科技成就。 收割机的运动？10 第一章 运动的世界 第 一 节 动 与 静 日出日落、月盈月亏、星移斗转（图1-1）， 本节要点 宇宙万物每时每刻都在运动。冬去春来、风 能举例说明自然界存 起云涌、潮涨潮落，我们生活在运动的世界 在多种多样的运动形式， 里。什么是运动？怎么描述运动？本节我们 知道机械运动、参照物等 学习机械运动及其相对性。 概念，能选择合适的参照 物描述物体的运动。 运动的描述 广袤宇宙中的满天星斗无时无刻不在运动，而我们就生活在一颗称为地球 的行星上。地壳运动产生了高山与峡谷（图 1-2），江河流动形成了沟壑与平 原。生命在于运动（图 1-3），雄鹰飞翔，骏马驰骋，蜗牛爬行……运动使生 命更加多姿多彩。 面对这丰富多彩的运动世界，人们从不同的角度进行描述。诗人用语言 的韵律和意境描写运动，音乐家用旋律和节奏表现运动，画家用形态和色彩 描绘运动。 图1-1 星空的运动 图1-2 地壳的运动 图1-3 生命的运动10 第一章 运动的世界 第一节 动与静 11 例如，唐代诗人李白的“飞流直下三千尺，疑是 银河落九天”便是从诗人视角描述气势磅礴、雄奇壮 丽的瀑布运动（图 1-4）。动人心弦的中国古典名曲 《流水》（图 1-5），是从音乐家视角描述的流水运动。 此曲 1977 年被录入“旅行者”宇宙飞船携带的金唱 片，从此踏上寻找外星生命的旅程。著名油画《星 夜》（图 1-6），是从画家视角描述的浩瀚神秘、惊心 动魄的星空运动。 图1-4 庐山瀑布 图1-5 《流水》第一主题旋律 图1-6 《星夜》 那么，科学家又是怎样描述和研究运动的 素 能感受人们对 呢？科学家通常使用特定的概念、数学工具及 养 运动世界的描述是 提 实验方法来描述和研究运动。 升 多元的，知道从物 物理学中，把一个物体相对于另一个物体 理学视角描述运动 位置的改变称为机械运动（mechanical motion）， 是其中的一种方式。 通常简称为运动（motion）。人们行走、轮船航 行、火车奔驰、飞机飞行等，都与机械运动有关。 除机械运动外，还有热运动、电磁运动等多种多样的运动形式。本章我们 仅学习机械运动，后面将陆续学习其他运动形式。12 第一章 运动的世界 参照物与物体运动 在机械运动中，一个物体相对于另一个物体的位置发生改变。这里的“另 一个物体”，即被选作参照标准的物体，叫做参照物（reference object）。描述物 体是运动的还是静止的，首先要选择一个参照物。如果一个物体相对于参照物 的位置在发生改变，则称这个物体是运动的；反之，则称这个物体是静止的。 选择的参照物不同，结论可能不一样。例如，要描述一位乘电梯上升的乘 客的运动（图 1-7），若选择地面为参照物，则乘客是运动的；若选择其所在 电梯的轿厢为参照物，则乘客是静止的。 由此可见，人们通常说的“运动”与“静止”是相对的，即相对于所选择 的参照物而言。我们描述物体“运动”或“静止”时，都要特别说明是以什么 为参照物。在日常生活中，若没有特别说明，一般默认选择地球（面）为参 照物。 在生产生活中，人们常常巧妙地应用运动 能运用参照物 素 与静止的相对性。例如，利用收割机与拖拉机 养 等概念解释生产生 提 的相对静止实现联合收割小麦；花样跳伞运动 升 活中物体的动与静 员利用相对静止展示各种漂亮的造型；人们利 现象。 用地球同步卫星（图 1-8）进行气象观测、转 播电视节目等。你知道同步卫星的“同步”是 什么意思吗？ 图1-7 乘电梯上升的乘客 图1-8 同步卫星示意图第一节 动与静 13 物 理 聊 吧 在商场里，妈妈和小东乘自动扶梯下楼 （图 1-9）。小东说“：妈妈，我们跑下去吧！” 妈妈说：“危险！拉着妈妈的手，站着不要动。” 他们就这样“站着不动”，从二楼到了一楼。 请根据上面的情境，与同学讨论小东和妈 妈究竟是在“运动”还是处于“静止”状态， 并说明理由。 图1-9 乘自动扶梯 作 业 1. 中国设计制造的高速列车，其平稳性处于 国际领先水平。在列车近似匀速直线运行时，乘 客将硬币竖立在车厢的窗台上（图1-10），发现 硬币能长时间保持静止，他选择的参照物可能是 （ ）。 A. 站台 B. 铁轨 图1-10 C. 车厢的窗台 D. 路边的树木 2. 2022 年 11 月 30 日，神舟十五号载人飞 船与中国空间站成功交会对接。图 1-11 是两者 交会对接的示意图，飞船先向空间站缓慢靠近， 当两者的对接口靠拢时再完成对接合拢操作， 飞船停靠在空间站。请判断下列说法是否正确， 并说明理由。 图1-11 （1）飞船向空间站靠近时，飞船相对于空间站是运动的； （2）飞船向空间站靠近时，飞船相对于地球是静止的； （3）飞船停靠在空间站后，飞船相对于空间站是静止的； （4）飞船停靠在空间站后，飞船相对于地球是运动的。14 第一章 运动的世界 3.“ 朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还。两岸猿声啼不住，轻舟已过万重 山。”这是唐代诗人李白《早发白帝城》中的诗句，图 1-12 描绘了诗中描写 的意境。从物理学的角度看，若以高山为参照物，舟中人是 的； 若以小舟为参照物，舟中人是 的。 图1-12 图1-13 4. 如图 1-13 所示，装载着卫星的火箭腾空而起时，以地面为参照物，火 箭是 的；以火箭为参照物，卫星是 的。 5. 小明在窗前做作业，抬头看见小狗花花正蹲在树下；不一会儿，小明 再向窗外望去，发现花花已蹲在墙边（图 1-14）。小明笑了笑，说“：花花总爱动！” 小明两次看见的都是不动（静止）的花花， 却说花花总爱动。这是为什么呢？ 6.* 查阅资料，举例说明不同学科对 运动世界的描述，结合不同学科的视角写 图1-14 一篇心得体会。 请提问 1. 世界上有绝对静止的物体吗？为什么？ 2. …… *本套教材中凡标注有“*”的内容，教师可根据具体情况灵活处理。第第二二节节 快快与与慢慢 1155 第 二 节 快 与 慢 物体的运动有快有慢。蜗牛爬行缓慢， 本节要点 而飞机飞行很快；体育课上，同学们奔跑也 能用速度描述物体运 有快有慢（图 1-15）。如何描述物体运动的 动的快慢，能用速度公式 快与慢？本节我们学习用速度来描述物体运 进行简单的计算，知道一 动的快慢。 些运动物体的大致速度。 比较运动的快与慢 生活中人们怎样比较运动的快与慢？ 简单的方法是：比一比，经过一段相同 的路程，看谁用时少；或者在相同的时间段， 看谁经过的路程长。 由此可知，说某同学跑得快或慢，不仅 与其所跑的路程有关，还与其跑这段路程所 用的时间有关。在物理学中，将物体在一段 图1-15 看谁跑得快 时间内通过的路程与通过这段路程所用时间之比称为速度（velocity）*。 速度、路程与时间之间的关系为 v：速度 s v = s：路程 t t：时间 * 速度既有大小，又有方向，实际上是矢量。考虑到初中生的认知水平及初中教学实际， 本套教材常用矢量的大小来表示一些物理量，矢量方向则用文字说明。16 第一章 运动的世界 这便是速度的计算公式。 该公式还可变形为 s s = vt 或 t = v 速度的单位是由长度单位和时间单位组合而成的。在国际单位制中，速度 的单位为米 / 秒，读作“米每秒”，用符号 m/s 或 m·s-1 表示。日常生活中， 还常用千米 / 时作为速度的单位，读作“千米每时”，用符号 km/h 或 km·h-1 表示。 若某同学跑 100 m 用了 14 s，而你用 25 s 跑了 165 m，你们谁跑得更快 呢？试着将他跑的路程和所用时间代入速度公式，算出 他的速度，再用同样的方法算出你的速度。比较这两个 速度的大小，看看谁跑得更快。 在生产、生活中，人们可通过某些仪表直接读出速 度。例如，驾驶员可直接从汽车速度表中读出汽车行驶 的速度（图1-16）。 图1-16 汽车速度表 直线运动 物体运动轨迹为直线的运动称为直线运 能在熟悉的情 素 动。物体在做直线运动时，有时速度基本保持 养 不变，有时速度是变化的。在物理学中，我们 境中，用匀速直线 提 升 运动等模型分析常 把速度保持不变的直线运动称为匀速直线运 见问题。 动（uniform rectilinear motion），速度变化的直 线运动称为变速直线运动（variable rectilinear motion）。 物理在线 匀速直线运动是最简单的机械运动，是一 查阅资料，了解科学 种物理模型。物体做匀速直线运动时，在任意 研究中建构模型的重要性。 相等的时间内通过的路程相等。自然界中严格第二节 快与慢 17 意义上的匀速直线运动是很难找到的，但对路径近似为直线且速度变化不大的 运动，有时可近似用匀速直线运动模型处理。 物体做直线运动时，更为常见的是变速直线运动。例如，一辆汽车在平直 的公路上沿直线行驶，在途中取三段路程，记录其行驶时间（图1-17）。根据 速度公式分别计算汽车在这三段路程中的速度，可知汽车的速度是变化的。因 此，这辆汽车所做的运动是变速直线运动。 s = 75 m s = 125 m s = 175 m 1 2 3 0 10 s 20 s 30 s 图1-17 汽车沿直线行驶的路程与时间 若某一物体做变速直线运动，将其运动的路程以及通过这段路程所用的 时间代入速度公式，计算出的速度就是该物体通过这段路程的平均速度。我 们可用平均速度粗略描述物体在某段路程中的运动快慢。 例题 小明乘坐上海中心大厦（图1-18）的超 高速电梯上升，注意到上升的高度为 559 m 时，经历时间约为55 s。那么，该电梯在此上 升过程中的平均速度约为多少？ 分析 电梯的运动是变速直线运动，已知电梯 图1-18 上海中心大厦 上升的路程和时间，根据速度公式可求出平均速度。 解 由题意，电梯上升过程中经过的路程s = 559 m，所用时间t = 55 s。18 第一章 运动的世界 s 由公式 v= 可计算电梯在上升过程中的平均速 t 策略提炼 度为 应用公式解决 s v= 问题时，需要写出 t 必要的文字说明和 559 m = 55 s 公式，代入数据计 ≈ 10.2 m/s 算时，要在数字后 所以，该电梯在此上升过程中的平均速度约为 面写上正确的单位。 10.2 m/s。 讨论 查阅现代电梯速度的相关信息，判断此计算结果是否合理，并说明理由。 科学书屋 一些运动的大致速度 人步行：1 ～ 1.5 m/s 地铁运行（图1-19）： 11.1 ～ 22.2 m/s 民航客机巡航：250 m/s 步枪子弹出膛：900 m/s 地球同步卫星绕地球旋转： 3.07×103 m/s 光在真空中传播：3.0×108 m/s 图1-19 地铁运行 作 业 1. 现有一辆行驶速度为 72 km/h 的汽车与一列行驶速度为 28 m/s 的火车， 请比较它们中哪个速度更大。第二节 快与慢 19 2. 小王在校园运动会上，参加了初中男子组 50 m 短跑比赛。他正常完成 比赛用的时间可能为（ ）。 A. 2 s B. 8 s C. 60 s D. 100 s 3. 用激光测距仪（图 1-20）测量从地球到月球的距离，激光在真空中的 传播速度约为 3.0×108 m/s。在激光从地球发射到月球后再反射回地球的过程 中，所需时间为2.56 s，求地球到月球的距离。 图1-20 图1-21 4. 图 1-21 是高速摄影机拍摄的子弹穿过西红柿的照片。子弹穿过西红柿 的平均速度为 400 m/s，请估计子弹穿过西红柿的距离，进而估算出子弹穿过 西红柿的时间。 5.* 天文测量中常用的长度单位是“光年（ly）”，即光在真空中沿直线传 播一年时间经过的距离。已知光的传播速度约为 3.0×108 m/s，若两颗恒星之 间的距离为16.4 ly，请估算出两者相距约多少米。 请提问 1. 在日常生活中，你能找到做匀速直线运动的物体吗？为什么？ 2. 3. ……20 第一章 运动的世界 第 三 节 测量：长度与时间 在生产生活和科学研究中，经常需要进 本节要点 行测量。长度和时间的测量是物理学中两种 能完成“用刻度尺测 基本的测量。下面我们学习与长度和时间测 量长度，用表测量时间” 量相关的内容。 的实验，有减小实验误差 的意识，能完成实验报告； 长度的单位及测量工具 会估测长度和时间；能体 会古人在测量长度和时间 如图1-22所示，请你目测此人臂展（两 方面的智慧。 臂侧向最大限度地水平伸展时，两中指指尖 间的直线距离）与身高的大小关系。仅靠目 测，你可能认为此人身高大于臂展；但若实 际测量一下，也许会得到不同的结果。通 常，我们用感官感知世界，但仅凭感官判断 却不一定正确。 为了科学、准确、便捷地获取信息，人 们逐渐学会借助工具进行测量。在古代，人 们会利用身体某些部位或身边的物品作为工 具进行测量，并将其作为确定的长度单位， 图1-22 身高与臂展的比较 如利用身高、足长、臂展、指宽等。随着社 会发展，人们发现若测量单位不一致，会给彼此间的交流带来很大不便。因 此，需要建立统一的测量单位。 在国际单位制中，长度的基本单位为米（m）。另外，人们根据需要，还 使用千米（km）、分米（dm）、厘米（cm）、毫米（mm）、微米（μm）、纳米 （nm）等长度单位。它们之间的换算关系为20 第一章 运动的世界 第三节 测量：长度与时间 21 1 km = 103 m 1 m = 10 dm 1 m = 102 cm 1 m = 103 mm 1 m = 106 μm 1 m = 109 nm 为了准确测量长度，人们设计、制造了各种测量长度的工具。常用的测量 工具有直尺、卷尺、游标卡尺等（图1-23）。 （a）直尺 （b）卷尺 （c）游标卡尺 图1-23 常用的测量长度的工具 测量工具最小刻度的间隔值叫分度值，它决定测量的精确程度。如图 1-23 中的直尺的分度值为 1 mm，测量时只能精确到 1 mm。测量工具所能测 量的范围叫量程。使用测量工具通常需了解其分度值和量程。观察你常用的刻 度尺，说说它的分度值和量程分别是多少。 拓展一步 测量就是将待测量与一个公认的标准量进行比较，这个公认的标 准量叫做单位。 1960 年，国际上通过了一套统一的测量单位，叫国际单位制 （International System of Units，简称 SI）。国际单位制的单位是大多数 国家（包括我国）的法定计量单位。根据2018年第26届国际计量大 1 会的规定，光在真空中 s内所经过路程的长度为1 m。 299 792 458 为方便表示很大或很小的数，人们常采用科学记数法。例如，把 1 000记为1×103，把0.01记为1×10-2。22 第一章 运动的世界 时间的单位及测量工具 像测量长度一样，测量时间也需要确定的时间单位。人们很早就利用交替 的昼夜、变化的四季等作为时间单位，如地球自转一周为1天，地球公转一周 为1年。由于测量时间要求精准，人们逐渐有了不同的时间单位。 在国际单位制中，时间的基本单位为秒（s）。人们根据需要，还使用时 （h）、分（min）、毫秒（ms）、微秒（μs）等单位。它们之间的换算关系为 1 h = 60 min 1 min = 60 s 1 s = 103 ms 1 ms = 103 μs 生活中人们常用钟、表等工具测量时间。 科学书屋 时钟的演变 时钟是人们根据自然界物体运动规律发明的计时工具（图1-24）。 古代，人们发明了利用阳光下物体影子的变化规律来计时的时 钟——日晷；利用细沙、水的流动规律来计时的时钟——沙漏、水钟 等。后来，人们发现了物体的摆动规律，发明了摆钟。随着对物质运 动认识的深入，人们又发明了利用分子、原子运动规律来计时的石英 表、原子钟等。 日晷 沙漏 水钟 摆钟 石英表 原子钟 图1-24 计时工具第三节 测量：长度与时间 23 实验：长度与时间的测量 不同情况下，人们对测量结果精确度的要求并不相同。当精确度要求不 高时，可借助自然现象或身边的物品进行估测（图 1-25）；当精确度要求较高 时，则要选择适当的测量工具进行测量。下面我们使用刻度尺和秒表来分别测 量长度和时间。 物 理 聊 吧 查阅资料，了解我国古 代测量长度与时间的工具， 大家通过案例来说明古人的 智慧，分享自己的感受。 图1-25 借助太阳估测时间 测量 实验目的 安全 警示 1. 学会使用刻度尺测量长度。 轻拿轻放测量 2. 学会使用秒表测量时间。 工具，给秒表上发 实验器材 条时不要太用力， 刻度尺、秒表。 以免损坏秒表。 实验步骤 方 法 点 拨 一、用刻度尺测量课本的长和宽 使用测量工具 1. 观察刻度尺。了解你使用的刻度尺的零刻度 前，通常先要弄清 线、分度值和量程。 测量工具的分度值 2. 正确放置刻度尺。将刻度尺的零刻度线与被 和量程，再结合测 测量物体的一端对齐，有刻度的一边要紧贴被测量 量要求选择合适的 物体，且与被测边保持平行。 测量工具。 3. 读出被测量物体的长度。如图 1-26（a）所24 第一章 运动的世界 示为测量铅笔长度时的正确读数方法。读数时视线要与尺面垂直，注意估读到 分度值的下一位，并注明测量单位［图1-26（b）］。 （a） 正确读数 10 测量值：10.4 1 cm 0 cm1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 精确 估读 单位 （b） 正确估读和记录 图1-26 正确使用刻度尺 4.* 测量3次物理课本的长和宽，将测得的数据如实记入表1-1中。 表1-1 物理课本的长和宽测量数据记录表 测量次数 测量对象 平均值 第1次 第2次 第3次 长l / cm 宽b / cm 二、用秒表测量脉搏跳动30次的时间 1. 了解秒表。观察秒表（图1-27）的量程、大表盘和 小表盘的分度值，会读秒表记录的时间。 2. 熟悉秒表的使用。能进行调零、上发条、启动、暂 停、归零等操作。 3. 用秒表多次测量你脉搏跳动 30 次的时间，将测得 的数据记入你设计的表格。 图1-27 秒表 实验结论 将测量的平均值作为测量结果，写出你的实验结果。 *本套教材中的实验，皆需要学生多次重复测量，考虑到教材篇幅，故未在每处重复强调。第三节 测量：长度与时间 25 交流讨论 1. 比较不同实验小组的测量结果，如有不同，请讨论产生差异的原因。 2. 讨论怎样根据脉搏跳动的次数来估测时间。 测量误差 科学测量中需注意测量误差。由于客观或 知道在科学测 素 主观因素，如测量工具、测量方法、测量者等 养 量中存在误差，能 提 的影响，测量值和真实值之间总存在一定的偏 升 在实验操作中尽量 差。这种偏差称为测量误差，简称误差。 减少误差，能实事 测量中，误差是不可避免的，但可以减小。 求是地记录数据。 通常，我们可通过选用更精密的测量工具、改进 测量方法、多次测量取平均值等方法减小误差。 拓展一步 为了科学反映测量结果，往往需要将其用有效数字表示出来。图 1-26（b）中长度的测量结果为 10.41 cm，数据的前三位是可靠数 字，最后一位是估读数字。估读数字尽管不可靠，但有参考价值，需 要保留。人们把测量结果中能反映被测量大小的带有一位估读数字的 全部数字称为有效数字。 作 业 1. 请查阅资料，整理实验记录等，完成“测量长度与时间”的实验报告。 在实验报告中通常应包含实验目的、实验器材、实验原理与设计、实验步骤、 实验结论和交流讨论等内容。 2. 请给下列长度填上合适的单位。 （1）某同学的身高是165 ____ ；26 第一章 运动的世界 （2）一支铅笔的长度是1.8 ____ ； （3）一元硬币的厚度约为1.9 ____ ； （4）某间教室的高度约为3.1 ____ 。 3. 请换算下列单位。 （1）1.2 h = ____ min = ____ s； （2）12 cm = ____ m = ____ mm = ____ nm。 4. 小明按照图 1-28所示方法测量一根金属条的长 度，该金属条的长度为_______。 图1-28 5. 请判断下列关于误差的说法是否正确，并说明理由。 （1）误差就是错误，可以通过努力避免误差； （2）使用更精密的测量工具，可以减小误差； （3）同一物理量，多次测量取平均值不能减小误差； （4）改进测量方法，可以减小误差。 6. 请通过使用秒表提高自己估测时间的准确度。试试看，你能否每 1 s 数 1个数字。 7. 与同学合作，估测你的身高、步长；估测教室内黑板的长和宽；用身体 的某些部位或身边的物品作为“尺”，估测物体的长度。 8.* 请试试：（ 1）用刻度尺测量物理课本的一张纸的厚度；（ 2）用刻度尺 测量一根铁丝的横截面的直径。 请提问 1. 除了使用刻度尺和秒表，还有哪些方法可测量长度与时间？ 2. 3. ……第第四四节节 测测量量：：物物体体运运动动的的速速度度 2277 第 四 节 测量：物体运动的速度 学校将举行运动会。为此，南南正在进 本节要点 行100 m赛跑的赛前训练，一旁观看的同学 能完成“测量物体 议论开了：有同学说南南在中间一段路程（约 运动的速度”的实验，能 在30～70 m内）的速度几乎没变；有同学则 正确使用刻度尺、秒表 认为在这段路程中，南南的速度明显变化了。 获取实验数据，并算出 如何判断物体运动的速度是否发生变化？ 物体运动的速度，能完 通过下面实验，相信你能找到解决问题的 成实验报告；能用证据支 方法。 持或否定自己的观点。 测量 实验目的 安全 警示 测量小车沿斜面运动的平均速度。 在每次实验中 实验器材 都要有安全意识，注 小车、长木板、挡板、木块、刻度尺、秒表。 意安全操作，避免 实验原理与设计 伤到自己和他人，避 免损坏实验器材， 实验装置如图1-29所示。测量小车沿斜面运动 s 保护实验环境等。 的路程和所用时间，根据速度公式 v= ，可计算小 t 车运动的平均速度。 s 图1-29 实验装置示意图28 第一章 运动的世界 实验步骤 1. 将长木板的一端垫高做成斜面，使小车在斜面上释放后能向下运动。 2. 标记小车从斜面上释放时前端的位置，将挡板放置在斜面底端。 3. 用刻度尺测量标记处到挡板的距离s，将测量结果记录到表1-2中。 4. 将小车从标记处由静止开始释放，用秒表测量小车从标记处向下运动 到撞击挡板所用的时间 t，将测量结果记录到表格中，重复多次并计算小车 通过路程 s 的平均速度。 5. 将挡板置于标记处到斜面底端的中部，仍让小车从标记处由静止开始 释放，采用相同的方法测量小车通过上半段路程的平均速度并进行记录。 表1-2 测量数据记录表 测量次数 路程s/m 时间t/s 平均速度v/（ m·s—1） 第1次 第2次 第3次 第4次 …… 实验结论 分别计算两种情况下，小车沿斜面向下运动的平均速度的平均值，将平均 值作为测量结果，写出你的实验结果。 交流讨论 1. 分析引起测量误差的主要原因，讨论减 能通过测量所 素 小测量误差的方法。 养 得数据算出需要的 提 2. 实验时，改变长木板的倾斜程度（未改 升 结果，能反思测量过 变木块的位置）对小车的平均速度有哪些影响？ 程与结果是否合理。 3. 你怎样通过测量来证实南南在 100 m 赛 跑中间某一段路程中，其速度是否明显变化？第四节 测量：物体运动的速度 29 迷 你 实 验 室 用光电计时器测量速度 如图1-30所示，当做直线运动的小车刚遮挡第一个光源射出的光 线时，光电计时器开始计时；遮挡第二个光源射出的光线时，光电计时 器停止计时。从光电计时器中读 光电计时器 出小车通过两个光源的时间，再 光电传感器 测量两个光源的距离（即小车在 该段时间内运动的路程），根据 光源 光电传感器 速度公式就可算出小车通过这 光源 段路程的平均速度了。 图1-30 用光电计时器测量速度 作 业 1. 请整理实验记录等，完成“测量物体运动的速度”的实验报告，在报 告中请说明如何测量小车运动的平均速度。 2. 小球在水平面上做直线运动，每隔0.2 s记录一次小球的运动位置，如 图1-31所示。从图中可以看出小球 A B C D E F 做 ______ 直线运动。它从 C 点运动 到F点的路程为 ______ cm，在这段 图1-31 路程中小球的平均速度为 ______ m/s。 3. 在“测量小车沿斜面运动的平 A B 均速度”实验中，用刻度尺测量AB 间距，如图 1-32 所示。让小车从斜 面的 A 点由静止开始下滑并开始计 时，小车到达B点停止计时。 图1-32 （1）图中AB段的距离s = ______ cm，测得小车从A点运动到B点的时间 AB t = 2.5 s，则小车在AB段运动过程中的平均速度v = ______ cm/s = ______ m/s； AB AB （2）如果小车未到 B 点就停止计时，则测得的平均速度 v 会偏 ______ AB （选填“大”或“小”）；30 第一章 运动的世界 （3）实验中应多次测量取平均值以减小误差，每次测量时都必须让小车从 该斜面的 ________________ 由静止开始下滑。 4. 用以下方法测量小钢球运动的平均速度：先在水平桌面上的一条直线上 标出A、B、C三个点，用刻度尺紧靠直线测量，三点对应刻度如图1-33所示； 再用手表测量小钢球贴着刻度尺运动经过AB、BC两段的时间（图1-33）。则 小钢球在 AB、BC 和 AC 各段路程中运动的平均速度分别为v = ______ m/s， AB v = ______ m/s，v = ______ m/s。 BC AC A B C 图1-33 5. 以京沪高速铁路为代表的高铁已成为中国铁路高质量发展的亮丽名片。 表 1-3 为简化的北京南站至上海站某次列车的时刻表。请分别计算该列车从 北京南站至济南西站，以及从北京南站至上海站的平均速度。 表1-3 列车时刻表 站序 站 名 到站时间 出发时间 停留时间 里程（自北京南起） 01 北京南 — 8∶00 — 0 02 济南西 9∶24 9∶26 2 min 406 km 03 南京南 11∶23 11∶25 2 min 1 023 km 04 上海 12∶32 — — 1 318 km 请提问 1. 中国空间站在太空中飞行的速度大约为多少？ 2. ……跨学科 第四节 测量：物体运动的速度 3311 实 践 设计一个研学旅行方案 * 问题缘起 研学旅行是一种将旅行与学习融为一体的实践性学习方式，这体现了 “知行合一”的思想。一趟有意义的研学旅行需要预先设计方案。下面大家 来设计一个乘坐高铁去研学的旅行方案。 活动方案 本活动涉及高铁时速、旅行地食宿条件与风土人情、旅行预算、安全 健康及国家有关政策法规等方面的知识。 任务一：查阅资料并整理信息。首先明确研学旅行的目的和主题，然后 确定目的地并收集整理相关信息，包括有关部门关于研学旅行的政策文件、 当地的学习资源、风土人情及食宿条件等。 任务二：制订乘坐高铁的旅行方案。调研并了解我国高速列车的运行速 度，以及铁路交通的发展进程（研学主题之一），综合考虑时间、成本等， 形成一个研学旅行方案。 交流评价 与同学分享旅行方案，交流并评价研学旅行方案的合法性、合理性及 有效性。 拓展研究 查阅资料，了解我国古人及近代教育家关于“知行合一”的教育思想， 设计一个有利于初中生科学素养提升的科普类研学旅行方案，践行“生活 即教育”“社会即学校”“教学做合一”的教育理念。 * 本套教材每章皆设置了有一定跨学科性的实践活动，教师可根据教学情况灵活选择。32 第一章 运动的世界 本章练习 科学认知与辨析 1. 下列估测值接近实际情况的选项是（ ）。 A. 中学生的手掌宽度约为40 cm B. 人步行速度约为 10 m/s C. 高速列车的速度可达300 km/h D. 正常人心脏1 h跳动约60次 2. 小明乘车行至某隧道前，看到路边有图 1-34 所示信息。据此可知， 在遵守交通规则的前提下，该车通过隧道的时间至少是多少？ 隧道全长 4 100 m 图1-34 图1-35 3. 为了解重庆长江索道（图 1-35）车厢运行速度，小王上网查询相关信 息，得知：“长江索道全长 1 166 m，运行速度为 6 m/s，单程运行时间为 4 min 30 s……”该信息是否合理？请作出判断并说明理由。 4. 观察图 1-36 中的炊烟和小旗，判断甲、乙两车相对于房子的运动情 况，选择下列合理的选项并说明理由。 A. 甲、乙两车一定向右运动 B. 甲、乙两车一定向左运动 甲 乙 C. 甲车可能静止，乙车一定向左运动 D. 甲车一定向右运动，乙车一定向左运动 图1-36 5. 如图 1-37 所示，将运动员跑步的路程分成长度相同的三段，由图中秒 表可知运动员通过每段路程所需时间。下列选项是关于运动员在三段运动过程 中平均速度的变化情况，请选择正确的选项并说明理由。 A. 不变 B. 变大 C. 变小 D. 先变小后变大本章练习 33 10 m 10 m 10 m 0 s 2 s 4 s 6 s 图1-37 6. 旗鱼在海洋中游动的速度可达 290 dm/s；猎豹在地面上奔跑的速度可 达 1.68 km/min；灰背鸫在空中飞翔的速度达 80 km/h。请通过计算说明上述运 动速度中哪个更大？ 科学实验 7. 测一测，自己的足长为 ________ cm，脉搏 跳动100次的时间约为________ s。 8. 如图 1-38 所示，某同学用刻度尺测量一支 铅笔的长度，由图可知该铅笔的长度为________ 。 9. 如图 1-39 所示，将细铜丝在铅笔上紧密 图1-38 排绕 50 圈，用刻度尺测得 50 圈细铜丝的宽度为 7.25 cm，则细铜丝的直径约为多少？ 10. 如图 1-40 所示，在“测量小车沿斜面运动 的平均速度”实验中，提供的实验器材有：小车、 长木板、挡板、木块、刻度尺、秒表。 （1）实验时应保持斜面的倾角较小，这是为了 图1-39 减小测量 时造成的误差； 图1-4034 第一章 运动的世界 （2）小车由静止释放，通过相同路程，斜面的倾角越大，小车运动的平均 速度越 （选填“大”或“小”）； （3）一次实验中，若某同学测得小车从静止开始运动 70.0 cm 时所用时间 为3.5 s，则小车的平均速度为 m/s。 综合 11.* 一辆汽车在高速公路上做单向直线运动，它在前一半路程中的平均 速度 v 为 90 km/h，在后一半路程中的平均速度 v 为 108 km/h，则这辆汽车 1 2 在整段路程中的平均速度为多大？ 本 章 总 结 本章的要点有本章练习 35 第二章 声的世界 第一节 声音的产生与传播 第二节 声音的特性 第三节 超声波与次声波 第四节 噪声控制与健康生活 实 践 举 办“创意与炫酷”音乐会 本章学业要求 能认识声的产生和传播条件，了解 声音的特性；能用声的知识解释常见声 现象，解决日常生活中的有关问题。 能对一些声现象进行归纳推理，得 出结论；具有利用证据对自己的结论进 行分析论证的意识。 能基于实验，提出与声现象有关的 问题；能收集证据、得出结论并加以解 释；能与同学讨论交流、分享感受。 能关注声学技术的现代应用，感受 科技对社会发展的推动作用；具有良好 的习惯及保护环境的责任感；能为我国 古代声学技术的应用感到自豪。 思考：悠扬的琴声 是如何产生的？我们 又是如何听到的？36 第二章 声的世界 第 一 节 声音的产生与传播 我们生活在声音的海洋里。流水潺潺（图 本节要点 2-1）、琴声悠悠……让人心旷神怡；激昂和声、胜 能通过实验，认 利欢呼……让人心潮澎湃。声音是怎样产生的？又 识声的产生和传播条 是怎样传到耳朵里的？本节我们将回答这些问题。 件，知道声音传播的 大致速度；能通过实 验及归纳推理得出结 论；能欣赏我国古代 应用声学技术取得的 成就。 图2-1 流水潺潺 声音是如何产生的 为什么盆中的水悄然无声，而流动的小溪却能发出潺潺声响？说话时，用 手触摸咽喉处，你能感觉到什么？ 下面我们通过实验，探究声音是怎样产生的。 做 中 学 声音是怎样产生的？ 用橡胶小锤敲击音叉，能听到音叉发出的声音。将正在发声的 音叉放入水中，可看到音叉周围水花四溅（图 2—2）。将停止发声的 音叉放入水中，还能看到此现象吗？36 第二章 声的世界 第一节 声音的产生与传播 37 （a）敲击音叉 （b）发声的音叉放入水中 （c）不发声的音叉放入水中 图2-2 音叉振动 扬声器播放音乐时，放在旁边纸盆上的泡沫塑料小球会不断地 跳动。这能说明什么？ 通过这些实验，你能得出什么结论？ 大量实验证明： 能通过音叉实 素 养 声音是由物体振动产生的。 验，了解实验中将 提 升 微小变化放大的方 法；能感受物理实 物理学中，把正在发声的物体叫声源（sound 验的精彩与奇妙。 source）。当声源停止振动，物体也就停止发声。 各种乐器在演奏时都是通过振动发声的。如 二胡、小提琴等弦乐器（图 2-3）是靠弓和弦的相互摩擦产生振动，发出声 音。请观察口琴、风琴或钢琴等乐器，它们发声时分别是哪部分在振动呢？ 请你列举出一些物体振动时发声的事例。 图2-3 弦乐器38 第二章 声的世界 声音是怎么传播的 我们能听见周围同学的话语、林中鸟儿的啼叫、高空飞机的轰鸣……你是 否思考过，物体发出的声音是怎样传进我们的耳朵的呢？ 做 中 学 声音的传播 如图 2-4 所示，用细线把正在发声的音乐盒 吊在玻璃罩中，当玻璃罩内有空气时，你能否听 到音乐声？用抽气泵抽出玻璃罩内的空气，在抽 气过程中，你听到音乐声有什么变化？停止抽气， 让空气重新进入玻璃罩，音乐声又有什么变化？ 这说明了什么？请你猜想，如果把玻璃罩内的空 图2-4 实验装置 气完全抽出来，我们还能听见音乐声吗？ 示意图 大量实验表明： 声音可以在空气中传播，但不能在真空中传播。 平时我们说话，对方能听见，正是因为声音能 在空气中传播。由于太空中没有空气，因此航天员 出舱后即使近在咫尺，也不能直接对话，需要通过 无线电波来交流（图2-5）。 将正在发声的音乐盒用塑料薄膜密封后放进盛 水的缸里（图2-6），我们仍能听到音乐盒发出的声 音；花样游泳比赛中，运动员在水下也能听见音乐， 这都是因为声音可以在水中传播。 图2-5 出舱后的航天员 让同学轻敲桌面，轻到你听不见敲击声，但当 通过无线电波交流38 第二章 声的世界 第一节 声音的产生与传播 39 你将耳朵贴紧桌面时，却能听见敲击声。这说明声 音能通过桌子传播。再如，室外同学轻敲墙体，室 内同学将耳朵贴在墙上，能听到敲击声。这说明声 音能通过墙体传播。 以上事实皆说明声音的传播需要物质，物理学 中将这样的物质称为介质（medium）。传播声音的 介质可以是气体、液体和固体，真空不能传声。 大量实验表明： 图2-6 能听见水中音乐盒 发出的声音 声音的传播需要介质，声音既能在气体中传播， 也能在固体和液体中传播。 迷 你 实 验 室 玩玩“自制电话” 准备两个纸杯、一根棉绳，以及牙签 等。在纸杯底部中央穿一个小孔，将棉绳 两头分别插入两个纸杯的小孔中，并固定 在牙签上，这样“自制电话”就做好了。 试一试，你和小伙伴分别拿着一个纸杯， 拉直棉绳，依次轻声说话（图 2-7）。若 你们能听见对方说的话，这说明什么？ 图2-7 “自制电话”传声 声音传播的速度 声音是以波动的方式传播的。例如，音叉振动使附近的空气形成疏密相间 的波动状态，并不断扩展。物理学中将这样的波称为声波（sound wave）。声40 第二章 声的世界 波传播的距离与传播时间之比叫声音的传播速度，即声速（velocity of sound）。 声音在不同介质中的传播速度一般是不同的。常温下，声音在空气、水以 及钢铁中的传播速度分别约为340 m/s、1 500 m/s和5 200 m/s。 声音在传播过程中遇到障碍物会反射回来，这种现象是声音的反射，通常 称为回声（或回音）。当障碍物距听者较远时， 听者能将回声与原声区分开；但当障碍物离听 有探究我国古 素 养 者较近时，声音很快被反射回来，听者无法辨 代声学技术应用的 提 别回声与原声，只能感觉声音更加洪亮。人们 升 兴趣；能将声学知识 在生产生活中广泛应用了回声。例如，利用回 与医疗、水下探测等 声探测水中鱼群、水下礁石或潜水艇等；利用 技术应用联系起来。 回声与原声混合，让音乐厅的演奏效果更好。 科学书屋 天坛——我国古代声学应用的奇迹 北京天坛是我国古代建筑的奇迹之一。最初建于明永乐十八年（1420 年），是明清两代帝王祭天和祈谷的场所。天坛回音壁（图2-8）、三音 石和圜丘堪称声学在建筑中应用的三大 回音壁 奇迹。 在回音壁，一人对着墙体说话，声 音经过多次反射，使另一人在回音壁的 很多位置都能听到声音；在三音石，人 站在上面拍手，可以听见三次回音；在 圜丘，人站在中央台上说话会感觉声音 特别洪亮，这便是因为回声与原声混在 了一起。这三大奇迹皆巧妙应用了声音 图2-8 天坛回音壁 的传播与反射。40 第二章 声的世界 第一节 声音的产生与传播 41 学科综合 我们是怎样听见声音的 通过查阅文献，结合生物学的知识，认识人耳的结构（图2-9）， 了解声波是如何引起鼓膜振动，由此产生的信号又是如何传递至大 脑，最终让我们听见声音的。 通过访谈和查阅资料，了解听障人士的辅助发声和助听原理（图 2-10），从健康和环境保护的角度认识保护听力的必要性和方法。 根据了解到的信息，做一个研究报告，介绍人发声和听声的原理， 交流发声技巧，发起保护听力和关心听障人士的行动倡议。 听觉神经 外耳道 耳蜗 耳郭 鼓膜 图2-9 人耳的结构 图2-10 助听器 作 业 1. 如图2-11所示，将一个正在发声的音叉移近 悬挂的泡沫塑料小球或乒乓球，当两者接触时，可 观察到小球被音叉反复弹开的现象。如果音叉不发 声，就观察不到此现象。请解释该现象。 2. 游泳时，人即使浸没在水中，也能听到岸上 的声音，这是为什么？ 3. 现代建筑常使用“真空玻璃”（将双层玻璃 之间抽成近似真空）作临街窗户的玻璃，请利用所 图2-11 学的声学知识，解释这种玻璃的优点。42 第二章 声的世界 4. 同学们对“声音的产生与传播”有下面几种看法，请根据你的认识， 对每种看法作出评论。 （1）声音是由于物体的运动而产生的； （2）声音可在气体、液体和固体中传播，但不能在真空中传播； （3）声音的传播速度是340 m/s。 5. 用手按住敲响的鼓面，鼓面会停止发声，这是因为（ ）。 A. 声音传播的速度变小了 B. 声音传到人体中去了 C. 声音传播的速度变大了 D. 鼓面停止了振动 6. 凝结着中国古人智慧的双耳鱼洗盆如 图 2-12 所示。注入半盆水后，用双手搓把 手，会发出嗡嗡声，同时盆内水花四溅。“水 花四溅”说明发声的“鱼洗”正在 ______； “鱼洗”发出的嗡嗡声是靠 ______ 传播的。 用双手按住把手，嗡嗡声会很快消失，这是因 为______________________。 图2-12 7. 一位同学面对一座峭壁发出喊声，一会儿他听到了回声。他从手腕上 的电子表看到，从他发出喊声到听到回声共经历了约 0.5 s 的时间，估算峭壁 距离该同学站立之处有多远。 8.* 查阅资料，了解昆虫或植物是怎样发声的。写一篇相关的小论文。 请提问 1. 我国古建筑还有哪些应用声学知识的案例？ 2. 3. ……42 第二章 声的世界 第第二二节节 声声音音的的特特性性 4433 第 二 节 声音的特性 人们通过声音表达丰富的情感。如欣赏 本节要点 交响乐时（图 2-13），婉转的琴声令人陶醉， 能用响度、音调和音 嘹亮的小号令人振奋；美妙的乐曲时而高亢， 色描述声音的特性；能通 时而低沉。声音为何有这样的差别？下面我 过实验及实例认识响度、 们将学习相关内容。 音调和音色与哪些因素有 关；能欣赏我国古代乐器 响度 演奏的优美音乐。 用大小不同的力敲打鼓面或拨动琴弦， 我们会听到强弱不同的声音。物理学上把声 音的强弱称为响度（loudness）。 在图 2-14 的乐器中，增大力度击鼓和敲 镲，鼓面与镲振动幅度加大，响度也随之增 大；同样，增大拨动琵琶弦的力度，弦的振 动幅度增加，发出声音的响度也更大。 图2-13 乐队演奏交响乐 图2-14 乐器44 第二章 声的世界 大量研究表明： 响度与物体振动的幅度有关，振动幅度越大，响 度越大。 人们听到的声音强弱还与声音的传播距离和分散程度有关。请你举出有关 例子并与同学讨论交流。 声音强弱的单位常用分贝（dB）表示。声音的强弱不同，人们听起来的 感觉也不同（表2-1）。 表2-1 声音的强弱与听觉效果 声 音 声音的强弱/dB 听觉效果（感觉） 树叶微动 10 极静 轻声交谈 20 ～ 30 安静 正常说话 40 ～ 50 正常 大声呼喊 70 ～ 80 较吵 汽车喇叭声 90 很响 载重汽车发动 100 ～ 110 震耳 飞机发动机轰鸣 120 ～ 130 难忍 音调 歌唱家唱高音时，声音高亢嘹亮；唱低音时，声 旋转方向 音低沉婉转。我们把声音的高低称为音调（pitch）。 那么，音调与物体的振动有什么关系呢？ 如图 2-15 所示，用纸片分别接触转速相同、 齿数不同的旋转齿轮时，齿轮撞击纸片发出声音 的音调不同。 图 2-15 齿轮的齿数越多， 大量研究表明： 齿轮撞击纸片发声的音调越高 音调与发声物体振动的快慢有关，物体振动越 快，音调就越高。44 第二章 声的世界 第二节 声音的特性 45 物理学中，物体振动的快慢用振动的次数与所用时间之比来表示，称为频 率（frequency）。频率的单位是赫兹，简称赫，用符号 Hz 表示。若物体每秒 振动1次，则其振动频率为1 Hz。 迷 你 实 验 室 制作橡皮筋吉他 材料：几根粗细不同的橡皮筋、一个纸 木条 橡皮筋 盒、两根木条。 参考图2-16所示的方法，制作橡皮筋吉他。 比较一下绷得较紧的橡皮筋和绷得较松的 橡皮筋，哪个音调高？粗橡皮筋和细橡皮筋， 哪个音调高？ 你能否用实验结果解释：为什么胡琴、提 图2-16 橡皮筋吉他 琴等弦乐器能发出不同音调的声音？ 音色 听到熟悉的人说话，即使未见到人，我们通常也能判断出说话的人是谁。 乐队演奏时，有经验的听众凭音乐声也能听出是哪些乐器发出的声音。那么， 人们是根据什么来判断的呢？ 其实，声音除了响度、音调外，还有一 个特性很重要，即音色（tone quality），也 叫音品。这反映了声音的品质和特色。 不同物体发出的声音，其音色一般是不 同的。因此，我们才能分辨不同人的讲话、 不同乐器的演奏等。如果我们将乐器的声音 通过手机或者示波器（图 2-17）转换成电 信号后显示出来，便能看到不同音色对应的 图2-17 示波器显示声音的波形46 第二章 声的世界 不同波形图（图2-18）。 通常，人们将有规律的、好听悦耳的、使人愉快的声音叫做乐音，响度、 音调和音色则是决定乐音特征的三个因素。 音叉 吉他 口琴 图2-18 几种乐器发出C调1（do）的波形图 科学书屋 编 钟 编钟是我国古代重要的打击乐器，常用于征战、朝见、祭祀或宴庆 等。编钟由若干大小不同的钟有次序地悬挂在木架上编成一组或几组， 形成一定的音阶。敲击编钟，其声音清 脆明亮，悠扬动听。曾侯乙编钟（图 2-19）出土于战国早期的曾侯乙墓，它 的出土说明 2 400 多年以前我国的音 乐文化和铸造技术已发展到相当高的 水平。 图2-19 曾侯乙编钟 作 业 1. 我们在阅览室等场所常看到“请勿大声喧哗”等提醒文字，这里的 “大声”指的是声音的 。46 第二章 声的世界 第二节 声音的特性 47 2. 合唱中“高音声部”和“低音声部”中的“高”和“低”是指声音的 （ ）。 A. 响度 B. 音调 C. 振动幅度 D. 音色 3. 小华是位音乐爱好者，他能从音乐会的乐器合奏中分辨出演奏的各种 乐器。其分辨的依据是这些乐器发出声音的 不同。 4. 二胡是常见的中国民族乐器之一，下列关于二胡的说法中正确的是 （ ）。 A. 琴弦的振动频率越高，发出声音的音调越高 B. 二胡的音色与其材料、结构无关 C. 拉弓时，用力越大发出声音的音调越高 D. 拉二胡时，手按压琴弦不同位置是为了改变响度 5. 在操场上，近处的同学听到了体育老师 发出的口令，而远处的同学没有听清楚，原因是 ；想要远处的同学听清 楚口令，你的建议是： 。 6. 如图 2-20 所示，用相同的玻璃杯分别装不 同量的水。依次敲击玻璃杯并调整水量，使其能 发出不同的音调。请你用调整好的玻璃杯演奏一 支简单的曲子。 图2-20 请提问 1. 为什么杯子装不同量的水，能敲出不同音调的声音？ 2. 3. ……48 第二章 声的世界 第 三 节 超声波与次声波 声学在生产生活及科技发展中有广泛应用。 本节要点 例如，建造能让听众享受美妙音乐的音乐厅、能 能通过实例认识超 有效隔音的录音室等，这些都是人能感受到的声 声波与次声波，了解超 波的应用。其实，还有大量人感受不到的声波的 声波在声呐、金属探伤、 应用。哪些是人感受不到的声波呢？它们有什么 医学检查等方面的应用， 作用？下面我们将学习相关内容。 了解次声波在监测预警 等方面的作用。 超声波及其应用 研究发现，声波的频率范围很宽，但多数人 能听到的声波频率范围约为 20 ～ 20 000 Hz。人 们把频率高于 20 000 Hz 的声波称为超声波 图2-21 蝙蝠利用发出的 （ultrasonic wave），简称超声。 超声波导航 自然界中许多动物不仅能发出超声波，还能感 受到超声波。例如，通常夜间活动的蝙蝠不会撞到 障碍物，这是因为它们可利用超声波进行导航（图 2-21）。蝙蝠发出的超声波碰到墙壁等障碍物会返 回，由此，它便能判断障碍物的位置并及时避开。 超声波具有方向性好、穿透能力强、易于获 得较集中的声能等特点，在生产、医疗和科学研 究等方面得到了广泛的应用。 例如，人们利用超声波制成了声呐，用声呐 可探测海底深度、海中暗礁，还可探测鱼群（图 2-22）、潜艇的位置等。现在，有些倒车雷达、 图2-22 用声呐探测鱼群48 第二章 声的世界 第三节 超声波与次声波 49 盲杖等都利用了声呐。 医院利用超声波进行超声检查。让超声波 进入人体，经体内不同组织的交界面反射形成 “像”，医生看“像”便知道人体内脏情况、胎儿 是否正常发育（图2-23）。 再如，工业上使用超声探伤仪，能探测金属 图2-23 用B超观察孕妇 内部存在的缺陷，排除隐患。超声波还能破坏细 体内的胎儿 菌结构，从而对医疗器械和食物等进行杀菌消毒。 次声波及其作用 频率低于 20 Hz 的声波称为次声波（infrasonic wave），简称次声。次声波 来源广、传播远、能绕过障碍物。自然界中，火山爆发、地震、海啸、风暴等 都能产生次声；核爆炸、导弹发射等也能产生次声。 人们利用次声波的特点，进行检测预警等。例如，通过测定自然或人工产 生的次声波在大气中的传播特性，探测出某些大规模气象的规律，以此进行气 象预报。许多灾害性的自然现象，如火山爆发、龙卷风、雷暴、台风等，在发 生之前可能会辐射出次声波，人们就有可能利用这些前兆来预测自然灾害。 能量很大的次声波具有极大的破坏力，它能使机器设备破裂、飞机解体、 建筑物垮塌等。在强次声环境中，人的平衡器官的功能将遭到破坏，人会恶 心、晕眩等，甚至人体内脏会破裂出血，危及生命。 表 2-2 给出了人与某些动物的发声及听觉频率范围。由此可知，某些自 表2-2 人与某些动物的发声及听觉频率范围 分类 发声频率范围 听觉频率范围 人 85 ～ 1 100 Hz 20 ～ 20 000 Hz 蝙蝠 10 000 ～ 120 000 Hz 1 000 ～ 120 000 Hz 大象 8 ～ 35 Hz 1 ～ 20 000 Hz 狗 452 ～ 1 800 Hz 15 ～ 50 000 Hz 海豚 7 000 ～ 120 000 Hz 150 ～ 150 000 Hz50 第二章 声的世界 然灾害发生前，一些动物有与平常不一样的表现，这是因为它们能提前感知不 同频率的声波，力图逃离危险。 作 业 1. 你认为很静，没有任何声音时，狗却突然表现得非常警惕，这很可能 是因为（ ）。 A. 狗能准确辨认声源的位置 B. 狗的发声频率范围比人的大 C. 狗的听觉频率范围比人的大 D. 同样的声音狗听起来响度大 2. 我们做 B 超检查时听不到 B 超探头发出的声音，这是因为 B 超探头发 出的声音 。 3. 蝙蝠利用超声波的回声确定障碍物或飞虫的位置和距离。科学家根据 这一原理发明了 。利用这种技术，人们可以探知海洋的深度， 获得鱼群或潜艇的信息。 4. 人们对人耳听不到的声波有如下应用：① 声呐；② 击碎结石；③ 探伤； ④ B 超；⑤ 遥测核爆炸。其中，与超声波有关的是： ；与次声 波有关的是： 。 5. 地震时会产生次声波。有些远离地震中心的动物可以接收到次声波，并有 所反应。查阅资料，了解在远离地震中心的地方能感觉到地震的有哪些动物。 6. 超声波在海水中的传播速度约 1 500 m/s。用超声波测位仪竖直向海底 发射超声波，经过6 s收到海底返回的声波，则该处海深是多少米？ 请提问 1. 用B超观察孕妇体内的胎儿，对孕妇和胎儿的健康有影响吗？ 2. 3. ……50 第二章 声的世界 第第四四节节 噪噪声声控控制制与与健健康康生生活活 5511 第 四 节 噪声控制与健康生活 我们生活的世界充满了各种声音。优美 本节要点 动听的乐音让人心情舒畅，杂乱刺耳的噪声 能通过实例认识噪声， 则让人心烦意乱。噪声是怎样产生的？它对 了解噪声的危害及控制方 人有哪些危害？怎样才能有效地防止和减弱 法；能主动关注噪声的限 噪声呢？ 值，具有与他人及环境和 谐相处的行为习惯。 噪声及其危害 噪声一般是指发声物体做无规则振动时发出的声音，噪声的波形杂乱无 章，而乐音的波形图则有规则（图2-24）。 通常，干扰人们休息、学习和工作的声音，以及对人们所要听的声音产生 干扰的声音，皆可称为噪声。在我们周围，噪声通常来自汽车、火车等交通工 具（图2-25），电机、机床等工业机械，空调、电冰箱等家用电器以及嘈杂的 人群等。 图2-24 乐音与噪声的波形图 图2-25 车辆给城市带来了噪声 噪声已成为影响人们生活的一大公害，是严重影响我们生活的污染之一。 噪声对人们的心理和生理都会有伤害：轻则分散注意力，影响情绪；重则伤害52 第二章 声的世界 身体，甚至危及生命。 声音的影响还会因人、因时而异。例如，音乐给人享受，然而在夜深人静 时欣赏音乐，若音乐声过大，则会影响他人休息，以致音乐声变成了噪声；喜 庆的鞭炮给一些人带来欢乐，但也会破坏其他人的安宁，成为令人讨厌的噪声 （图2-26）；摩托车轰鸣给一些人带来刺激，却给其他人带来烦恼（图2-27）。 图 2-26 燃放鞭炮，让人欢喜让人忧 图2-27 摩托车响声扰人 噪声的防治 能遵守公共环境 素 养 中关于控制噪声的行 提 为了人们的健康生活，需要控制噪声，因此 升 为规范，能关注噪声 许多国家制定了针对不同环境的噪声标准。我国 对他人的影响，尊重 2008 年制定了《声环境质量标准》，其中规定 他人，具有同理心。 了不同区域的环境噪声限值，见表2-3。 表2-3 环境噪声限值 白天环境 夜晚环境 适用区域 噪声/dB 噪声/dB 特别需要安静的康复疗养区 50 40 居民、文教、行政办公区 55 45 商业中心区、商业与居民混合区 60 50 工业中心区 65 55 交通干线道路（公路、航道）两侧 70 55 铁路干线两侧 70 6052 第二章 声的世界 第四节 噪声控制与健康生活 53 怎样才能减小噪声的影响呢？人们通常从 消声器 噪声的产生、噪声的传播及噪声的接收这三个 环节进行防治。在实际生活中，针对不同噪声 的特点，人们选择不同的方法防治噪声。 例如，在摩托车上安装消声器可减弱气流 噪声（图 2-28）；使用吸音材料、高架道路两 旁建隔音墙（图 2-29）、道路旁植树等都可有 效减弱噪声的传播；在噪声环境戴耳罩或捂耳 图2-28 摩托车上的消声器 朵等，也能减轻噪声的影响。 为了监测噪声，办公区域和主要道路上常安置有噪声监测设备（图 2-30），提醒人们注意减小噪声，以免影响他人。 图2-29 道路两旁的隔音墙 图2-30 噪声监测设备 学科综合 探究噪声对人体的伤害及控制措施 查阅资料，从物理学、心理学、医学等角度，了解噪声是怎样对 人的身体和心理产生伤害的。 调查住宅区、办公区、工业区及交通领域是如何防止噪声产生危 害的。 自己动手设计实验，探究一些材料（如泡沫塑料、塑料袋、布 料、纸等）的隔音效果，完成一篇调查报告，呼吁人们在力所能及的 情况下保护环境、降低噪声，为人类的健康生活作出贡献。54 第二章 声的世界 作 业 1. 防治噪声可以从三个环节入手。下面一些能起作用的措施中，分别是 从哪个环节防治噪声的？ （1）摩托车安装消声器； （2）在城市中禁鸣汽车喇叭； （3）体育馆、剧院的内墙要用吸音材料来装饰； （4）在飞机旁工作的人员要戴有耳罩的头盔。 2. 对于噪声较大的机器，制造一个外壳，把它罩起来，是在 处减弱噪声；在马路和住宅间植树，这是在 中减弱噪声；放鞭 炮时，用棉花塞住耳朵，这是在 处减弱噪声。 3. 图 2-31 是一款电子噪声监测器，此时的噪声分贝数为 ， 这个数字表示的是当时环境声音的 。当附近有载重汽车驶过时， 显示屏上的数字将 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 图2-31 图2-32 4. 为了探究装修材料对噪声的减弱效果，小明做了如图 2-32 所示的实 验。他把待测试的材料轮流垫在玻璃杯下，并将小球拉到同一高度后释放。小 球敲击玻璃杯，比较垫不同材料时玻璃杯发出的声音大小，实验数据记录见表 2-4。从表中数据，你可得出什么结论，请说明理由。54 第二章 声的世界 第四节 噪声控制与健康生活 55 表2-4 材料种类 玻璃杯发声大小 吸音效果 聚酯棉 最小 最强 软木 最大 最弱 泡沫塑料 较大 较弱 5. 一场大雪过后，会感到外面“万籁俱寂”，这是为什么呢？有一种说 法，这是因为雪的质地蓬松且多孔，是一种天然的良好吸音材料，同时由于其 疏松的结构和其中的水分，能有效地散射声音。请你进一步查阅资料，核实以 上信息，写出雪后“万籁俱寂”的主要原因。 请提问 1. 噪声对植物的生长有伤害吗？ 2. 3. ……跨学科 5566 第二章 声的世界 实 践 举办“创意与炫酷”音乐会 问题缘起 音乐给我们带来美妙的享受！每 种乐器都有独特的表现方式和演奏特 点，它们音色和响度的调和，能让我 们欣赏到不同风格的音乐。如果我 们根据创意自制乐器、演奏音乐（图 2-33），那会是富有成就感的享受。 下面，我们通过实践活动一起探索。 图2-33 自制乐器，演奏音乐 活动方案 本活动涉及与声学、材料、工程实践、艺术等相关的内容。 任务一：查阅资料并整理信息。了解乐器的种类，知道打击乐器、弹拨 乐器、吹奏乐器、拉弦乐器等与声学知识的联系。 任务二：自制乐器并举办音乐会。用身边的材料制作创意乐器，用调音 器调试乐器。考虑场地设计、舞台布景、音响效果等，大家伴奏、独奏或 合奏一些乐曲，举办“创意与炫酷”音乐会。 任务三：介绍并科普创意乐器。通过墙报、科普活动等方式介绍创意乐 器的原理，让大家体会生活中充满音乐，充满物理！ 交流评价 与同学分享乐器设计方案与制作过程，交流并评价设计方案的合理性 及制作乐器的心得。 拓展研究 查阅资料，了解现代声学技术在生活中的应用，融入现代声学技术， 为音乐会增加亮点，增强声效体验。56 第二章 声的世界 本章练习 57 本章练习 科学认知与辨析 1. 在某音乐会上，男低音放声独唱，女高音轻声伴唱。与女高音相比， 男低音（ ）。 A. 音调低，响度大 B. 音调低，响度小 C. 音调高，响度大 D. 音调高，响度小 2. 下列事例中，与次声波相关的是（ ）。 A. 声呐测定海底深度 B. 预报台风、监测核爆炸 C. 蝙蝠确定目标的方向和距离 D. 海豚判断物体的位置和大小 3. 下列有关声的说法中，正确的是（ ）。 A. 人们小声说话时，声音的音调一定低 B. 给摩托车安装消声器是阻断噪声传播 C. 倒车雷达是利用回声定位探测车后的障碍物 D. 人们可用声学仪器接收到的超声波来判断地震的方位和强度 4. 据《天工开物》记载“：响箭则以寸木空中锥眼为窍，矢过招风而飞鸣。” 由此可知，响箭在飞行的过程中，是由于通过箭 矢锥眼的空气___________而发出声音的。 5.“ 石磬”是我国古代石制打击乐器，被称 为“古乐之祖”。演奏时用木槌敲击，发出古朴 典雅的乐曲声。如图 2-34 所示，用同样的力敲 击长短不同的石磬，所产生声音的 ___________ 图2-34 不同。 6. 图 2-35 是中国古代的计程车—“记里 鼓车”的模型。在古代，当车走一里时，车上的 木人就敲一下鼓，鼓面由于 ___________而发声； 当车走到十里时，车上的木人就敲一下镯（古代 的乐器），人们根据鼓和镯发声的 ___________ 不同，确定车行进了一里还是十里。 图2-3558 第二章 声的世界 7. 小明在演奏二胡时，用琴弓拉动琴弦，使琴弦 而发声； 小明的手指不断在琴弦上移动，这样做是为了改变声音的 ；二 胡的声音是通过 传播到我们耳朵中的。 8. 某飞机的飞行速度是声速的2倍，则该飞机在5 s内飞行的距离是多少？ （声音的速度取340 m/s） 9. 一艘科考船行驶在某海域，并对该海域的海底形状利用声呐系统进行 了测绘。具体方法是：在经过该海域水平面等间距的 L、M、N、O、P 五个 位置时，向正下方海底定向发射超声波，测得回收信号的时间分别为0.30 s、 0.16 s、0.30 s、0.14 s、0.30 s。由此判断，该海域海底的大致形状为图 2-36 中的哪一个？为什么？ LMNOP LMNOP LMNOP LMNOP 海平面 海平面 海平面 海平面 海底 海底 海底 海底 A. B. C. D. 图2-36 科学·技术·社会·环境 10. 从跨学科视角完成与家庭隔音效果有关的探究方案，提出关于隔音材 料选择、优化家庭装修的建议。 本 章 总 结 本章的要点有　 59 第三章 光的世界 第一节 探究：光的反射定律 第二节 探究：平面镜成像的特点 第三节 光的折射 第四节 光的色散 实 践 创作七彩梦幻般的彩虹 本章学业要求 能通过实验，了解光的反射定律、 平面镜成像的特点、光的折射特点以及 色散；能运用这些概念和规律，解释常 见的光现象。 知道光线、平行光是物理模型，能 运用这些模型分析常见的光现象；能引 用证据分析简单的光学问题。 能完成“探究光的反射定律”“探究 平面镜成像的特点”等实验；能发现身 边与光现象有关的问题；在探究光学问 思考：光穿过树林， 题过程中，能收集证据，得出结论；能 分为多条光束，给 与他人交流探究过程与结果。 我们带来梦幻般神 奇的景色。光是如 能认识光的利用给人类带来的光明 何传播的，又是怎 与便捷，具有探究光现象的兴趣和严谨 样向人们展示斑斓 认真的科学态度；能分享我国古代光学 色彩的呢？ 取得的成就和现代光学技术的应用。6600 第第三三章章 光光的的世世界界 第 一 节 探究：光的反射定律 入夜，圆月挂在天空，给夜晚带来诗意 本节要点 （图 3-1）。月亮不能发光，为什么我们能看见 能完成“探究光的 它呢？本节我们将探究有关问题。 反射定律”的实验，有 安全意识，能完成实验报 告；能了解光的反射定律； 会用光线及平行光等模型 分析常见的光学问题；能 体会光的反射对人类生 活和社会发展的影响。 图3-1 明月 光的直线传播  图3-2 手影游戏 光是由某些能发出光的物体产生的。我 们把那些正在发光的物体称为光源（light source），如太阳、发光的电灯、点燃的蜡 烛等。那么，从光源发出的光是怎样传播 的呢？ 观察手影游戏（图 3-2）、透过树叶的 阳光（图 3-3）等，我们可以猜想光是沿直 线传播的。下面通过实验来验证我们的猜想。 图3-3 透过树叶的阳光第一节　探究：光的反射定律 61 做 中 学 观察光在水、玻璃中传播的路径 用激光笔分别照射水和玻璃砖（图 3-4），观察光在水和玻璃 中的传播路径，你能得到什么结论？（避免直视强光，以免伤害 眼睛） 水 玻璃砖 激光笔 激光笔 （a）光在水中传播 （b）光在玻璃中传播 图3-4 探究光的传播路径 大量的实验表明，光在空气、水、玻璃等透明、均匀物质中沿直线传 播，光在真空中也是沿直线传播的。现在你能解释手影游戏中“影”形成的 原因了吧！ 为了便于描述光的传播，物理学中用一条 光线 带箭头的直线表示光的传播路径和方向，并将 这条带箭头的直线称为光线（light ray）。光线 互相平行的光称为平行光（图 3-5）。因为太阳 离地球非常远，所以照射在地球表面的太阳光 平行光 可近似认为是平行光。 图3-5 光线与平行光 光传播得很快，单凭视觉无法感觉到光的 传播需要时间。历史上有很长一段时间，人们 能用光线、平 素 一直认为光的传播是不需要时间的。直到 17 世 养 行光等模型分析常 提 纪，科学家才发现光是以一定的速度传播的。 升 见的光学问题，能 光在真空中的传播速度（通常用字母 c 表 体会物理研究中模 示）最大，约为 3.0×108 m/s。光行进 1 s 的距 型构建的意义。 离约相当于绕地球赤道转七圈半。光在空气中62 第三章 光的世界 的传播速度略小于但非常接近 c，因此人们经常将空气中的光速也视为 c。光 3 2 在水中的传播速度约为 c，在玻璃中的传播速度约为 c。 4 3 拓展一步 根据爱因斯坦的狭义相对论可知，真空中的光速 c 是自然界中物 体运动的最大速度，任何物体的运动速度都不可能大于c。当物体的 运动速度接近光速时，会出现低速宏观世界难以感知的奇特效应。同 学们可以通过互联网等渠道查询具体有哪些奇特效应。 实验：探究光的反射定律 人们常能看见水面波光粼粼（图 3-6）；用小镜 子可把室外的阳光照射到室内，这是为什么？原来， 这是由于光射到水面或镜面时，发生了反射。当光射 到物体表面时，被物体表面反射的现象叫做光的反射 （reflection of light）。 那么，反射光与入射光有怎样的关系呢？请你提 出猜想。下面我们通过实验来验证你的猜想。 图3-6 波光粼粼 探究 实验目的 安全 警示 1. 探究光的反射定律。 不能用激光笔 2. 学习如何收集证据来验证猜想。 直接照射眼睛，以 实验器材 免对眼睛造成损伤。 激光笔、平面镜、可折叠光屏、量角器、刻度 尺和铁架台。第一节　探究：光的反射定律 63 实验设计 为方便研究光的反射定律，我们用入射光线表 方 法 点 拨 示射到物体表面的光，反射光线表示从物体表面 用实验探究物 返回的光。入射光线在物体表面的投射点叫入射 理规律时，可先猜想 点（O），过入射点与物体表面垂直的直线叫法线 可能的结论，然后设 （ON），入射光线与法线之间的夹角叫入射角，反射 计实验验证猜想。 光线与法线之间的夹角叫反射角，如图3-7所示。 让激光笔射出的光沿可折叠光屏投射到 平面镜（镜面平整光滑）上，利用光屏确定反 射光线、入射光线和法线三者的位置关系。 N 光屏 法线 实验步骤 反射 反入 入射光线 光线 射射 1. 将激光笔、平面镜、可折叠光屏， 角角 按照图3-7装配好，使光屏与平面镜垂直。 O 平面镜 2. 将激光笔射出的光沿光屏投射到平面 图3-7 探究光的反射 镜上，观察反射光线与入射光线是否在法线 的两侧，由此能得出什么结论？ 3. 将显示有反射光线的半个光屏向后折转一定角度，观察光屏上是否还 有反射光线，由此能得出什么结论？ 4. 在光屏上用笔描出入射光线与反射光线，用量角器测出入射角、反射 角的大小并填入自己设计的表格中。改变入射角的大小，重复实验。由此能得 出什么结论？ 实验结论 1. 写出从实验步骤2、3和4分别得出的结论。 2. 分析总结出光反射时遵循的规律。 能明确每一步 素 养 反思交流 实验操作的目的， 提 升 能根据收集的证据 如果已知入射光的方向，能否确定反射光的 推出结论。 方向？光能沿入射方向反射回去吗？64 第三章 光的世界 大量实验表明： 光反射时，反射光线、入射光线与法线在同一平 面内；反射光线和入射光线分别位于法线两侧；反射角 等于入射角。 这一结论在物理学中称为光的反射定律（reflection law of light）。请根据光 的反射定律解释水面为什么会波光粼粼。 拓展一步 让光逆着原反射光的方向射入，反 射光将逆着原入射光的方向射出，这种 现象称为光路可逆（图3-8）。如果你能 从平面镜看见别人的眼睛，那个人也就一 定能从平面镜看见你的眼睛，这就是因为 图3-8 光路可逆 在光的反射现象中，光路是可逆的。 镜面反射与漫反射 根据光的反射定律，我们可以解释生产、生活中的不少光现象，如用镜子 将室外阳光照射到室内就是利用了光的反射。通常，光射到物体表面上都会发 生反射，其反射情况与物体表面的粗糙程度等因素有关。 一束平行光射到光滑的物体表面，如平面镜的镜面或平静的水面，其反射 光仍然是平行的，这种反射叫做镜面反射（mirror ref lection）。然而，大部分 常见物体的表面都比较粗糙，平行光经粗糙的物体表面反射后，反射光不再平 行，而是射向各个方向，这种反射叫做漫反射（diffuse ref lection）。图 3—9 是 镜面反射现象和漫反射现象及其光路的示意图。第一节　探究：光的反射定律 65 镜面玻璃 毛玻璃 （a）镜面反射现象 （b）镜面反射光路 （c）漫反射现象 （d）漫反射光路 图3-9 镜面反射和漫反射示意图 因为漫反射现象的存在，我们才能从不同方向看到不发光的物体。例如， 月亮本身不发光，我们在夜晚看见的月光，其实是太阳光射到月亮表面发生漫 反射后到达地球的光。这些光射入了我们的眼睛，所以我们才能看见月亮。 作 业 1. 请完成“探究光的反射定律”的实验报告，并在实验报告中说明你收 集的证据是怎样支持实验结论的。 2. 雨后的夜晚，当你迎着月光行走在有积水的路上，为了避让水洼，应 走 （ 选填“较暗”或“较亮”）的地面，这是因为（ ）。 A. 地面发生镜面反射 B. 地面发生漫反射 C. 水面发生漫反射 D. 水面不发生反射 3. 晚上，当你在路灯下行走时，注意观察自己影子的长度变化，用学过 的知识解释你观察到的现象。 4. 查阅资料，利用光的直线传播的特点解释日食与月食现象。 5. 生活中有时需要利用光的反射改变光的传播方向。若太阳光与水平方向 的夹角为60°，为了使反射光竖直向下射出，应怎样放置镜面？请画出光路图。 6. 自行车尾灯的结构示意图如图3-10 所示。夜里，尾灯被光照射时，会 出现较好的反光效果。试在图中画出入射光线的反射光路图，并说明自行车尾 灯是如何发挥作用的。66 第三章 光的世界 图3-10 7. 制作日晷和小孔成像的装置。 （1）日晷是我国古代较为普遍使用的根据日影计时的仪器。参考图3-11， 利用一块木板、一块三角板或一根细直棒，制作一个影子时钟（日晷），请你 说明怎样利用它计时？ （2）小孔能成像，我国 2 000 多年前的《墨经》就记载有小孔成像的实 验。参考图3-12，制作一个小孔成像仪，并请说明制作过程及成像原理。 图3-11 图3-12 请提问 1. 我国古人还有哪些关于光的著述？ 2. 3. ……第第二二节节　　探探究究：：平平面面镜镜成成像像的的特特点点 6677 第 二 节 探究：平面镜成像的特点 生活中，我们常见到这样的景色，平静湖 本节要点 面上的拱形小桥与其倒影浑然一体（图3-13）， 能完成“探究平面镜 美丽神奇。小桥的倒影是怎样形成的？倒影 成像的特点”的实验，有 与小桥有什么关系？下面我们通过科学探究 安全意识，能区别实像与 来学习相关内容。 虚像，能完成实验报告； 知道平面镜成像的特点， 实验：探究平面镜成像的特点 能运用这些特点解释生活 中的相关现象；能主动关心 在图 3-13 中，平静的湖面类似平面镜， 我国古代对平面镜成像特 水中的“桥”就是湖面上桥的像。那么，平 点的应用。 面镜成像时，像与物有什么关系？仔细观察 此图，有同学可能猜想平面镜成像时像与物大小一样，这种看法正确吗？你还 有哪些猜想呢？ 下面，我们通过实验探究平面镜成像的特点。 加油站 由实际光线会聚形成 的像叫做实像，如小孔成的 像。由实际光线的反向延长 线会聚形成的像叫做虚像， 如图 3-13 中湖面上桥的 像。实像能在光屏上呈现， 虚像则不能。 图3-13 桥及其倒影68 第三章 光的世界 探究 实验目的 安全 警示 1. 探究平面镜成像的特点。 注意轻拿轻放 2. 体会什么是虚像。 玻璃板，以免摔碎 实验器材 玻璃或划伤手等。注 两支相同的蜡烛、玻璃板、玻璃板支架、纸、 意用火安全，以免烧 光屏、刻度尺及火柴。 伤手或引发火灾。 实验设计 参照图 3-14 放置器材并进行实验，探究像的虚实、大小、正倒及像与物 的位置关系。 蜡烛 玻璃板 的像 蜡烛 玻璃板 支架 纸 （a）蜡烛与其虚像 （b）像与蜡烛的大小关系 （c）像与蜡烛的位置关系 图3-14 探究平面镜成像特点的实验示意图 实验步骤 1. 将纸平铺在水平桌面上，玻璃板垂直架在纸上，在玻璃板的一侧立一 支点燃的蜡烛，透过玻璃板观察另一侧蜡烛的像［图3-14（a）］。 2. 再把光屏放到像的位置，直接（不透过玻璃板）观察光屏上有无蜡烛的像。 3. 把另一支形状相同且未点燃的蜡烛放到像的位置并与像重合（未点燃 的蜡烛看起来也有了烛焰），由此比较点燃蜡烛的像的大小、正倒与蜡烛本身 是否一致［图3-14（b）］。 4. 在纸上描出蜡烛、玻璃板和蜡烛的像的位置，并用直线连接蜡烛和蜡烛 的像所在的位置，量出直线与玻璃板的夹角，用刻度尺分别量出蜡烛和像到玻 璃板的距离［图3-14（c）］。 5. 改变点燃的蜡烛的位置，重复实验。第二节　探究：平面镜成像的特点 69 实验结论 1. 写出从实验步骤2、3、4分别得到的结论。 2. 总结平面镜成像的特点。 反思交流 实验中若玻璃板与水平桌面不垂直，会观察到什么现象？试试用实验验证 你的猜想。 大量实验表明，平面镜成像有以下特点： 能由身边现象 素 养 物体通过平面镜所成的像是正立的虚 发现并提出与平面 提 升 镜成像相关的问题， 像。像与物体的大小相同，像到平面镜的 能提出相关的猜想 距离与物体到平面镜的距离相等，像与物 假设；能通过实验 体的连线与平面镜垂直，即像与物体关于 获取支持或否定假 平面镜对称。 设的证据，能提炼 为什么通过平面镜所成的像是虚像呢？如 探究结论。 图3-15所示，光源S发出的一部分光经平面镜 反射后进入人眼，人依据光沿直线传播的经验， S S' 会感觉到这些光是从其反向延长线的交点S′发 出的，S′就是S的像。实际上这些光并非从 S′ 发出，因此将S′称为虚像。 生活中的平面镜 现在你能根据实验结论解释前面的小桥及 图3-15 平面镜成虚像 其倒影为何能呈现那样的对称美了吧！平面镜 成像的特点不仅可用来解释自然现象，还在生 产生活中有不少的应用。“以铜为镜，可以正衣 冠”，从古至今，平面镜都是人们生活的常用 品。古人利用铜的光滑表面制作各式各样的铜 镜，为我们留下了珍贵的铜镜文物（图 3-16）。 图3-16 铜镜70 第三章 光的世界 铜镜一般由含锡量较高的青铜铸造，正面磨砺 素 能运用平面镜 光亮作为镜面，其成像原理与当今背面镀银或 养 成像特点解释相关 提 铝的玻璃平面镜成像原理一样。现代生活中 升 现象；能领略自然界 各式各样的镜子也普遍利用了平面镜成像的特 的对称美，也能对城 点。如，牙医用平面镜检查牙齿；视力检查利 市光污染情况发表见 用平面镜，使得在空间有限的条件下也能达到 解，提出改进建议。 标准检查距离［图 3-17（a）］；房间用平面镜 使空间看起来更宽敞［图 3-17（b）］。不过， 平面镜有时也会影响人们的生活，如高楼外墙采用玻璃装潢，其镜面反射可能 造成光污染。 （a）视力检查利用平面镜 （b）平面镜让空间看起来更宽敞 图3-17 平面镜的应用 科学书屋 曲面镜及其应用 生活中有时见到的镜面是弯曲的，如 凸面镜和凹面镜，它们统称为曲面镜。曲 面镜也是利用光的反射定律成像的。 交叉路口、急转弯的弯道处常装有凸 面镜（图3-18），可帮助司机和行人扩大视 野，及时了解弯道前方的情况，降低交通风 图3-18 交通路口的凸面镜 险。游乐园的“哈哈镜”其实就是凸面镜与 凹面镜的组合，当游客靠近时，便会形成各种妙趣横生的人像。第二节　探究：平面镜成像的特点 71 作 业 1. 请完成“探究平面镜成像的特点”的实验报告，并在实验报告中说明 你收集的证据是怎样支持实验结论的。 2. 某人站在平面镜前。当他走近平面镜时，请选出下列说法中正确的选 项并说明理由。 A. 他的像变大，像与人之间的距离变小 B. 他的像变大，像与人之间的距离变大 C. 他的像大小不变，像与人之间的距离变大 D. 他的像大小不变，像与人之间的距离变小 3. 在做“探究平面镜成像的特点”实验时： （1）用玻璃板代替平面镜的目的是 ； （2）在玻璃板前放一支点燃的蜡烛，在玻璃板的后面放一支没有点燃的蜡 烛，对这两支蜡烛的要求是 ； M A （3）在寻找蜡烛像的位置时，眼睛应在玻 璃板放有 （ 选填“点燃”或“未点 燃”）蜡 烛的一侧观察。 B 4. 请在图 3-19 中画出直杆 AB 在平面镜 M 中所成的像。 图3-19 5. 人在太阳光下的影子与人在水中的倒影有哪些区别？ 6. 一只小猫正在平面镜前照镜子（图 3-20），请指出这只猫的像是哪幅 图，并从物理学角度解释为什么选这幅图。 A. B. C. D. 图3-2072 第三章 光的世界 7. 图 3-21 所示的是同一照片的正、倒两种放法。请你根据岸边小山坡的 景物和鸟的倒影判断哪张是照片正放的样子，并从物理学角度解释为什么这么 判断。 （a） （b） 图3-21 请提问 1. 薄厚不同的玻璃板成像效果相同吗？ 2. 3. ……第第三三节节　　光光的的折折射射 7733 第 三 节 光的折射 我国唐代有这样的诗句“潭清疑水 本节要点 浅”，诗人观察到潭水清澈见底，看起 能通过实验，了解光的折 来有些浅，这是为什么？斜插入水中的 射规律，能运用其解释自然与 铅笔为什么看起来“断”为两截（图 生活中的光折射现象；能根据光 3-22）？其实，这些现象都与光的折射有 路的可逆性分析问题；能领悟折 关。本节我们学习光的折射规律。 射现象的奇妙，具有探索自然 的好奇心。 光的折射规律 光从一种物质斜射入另一种物质时， 传播方向通常会发生偏折，这种现象叫 做光的折射（refraction of light）。 如图 3-23 所示，为了便于研究光的 折射，我们用入射光线表示射到两种物 质分界面的光，用折射光线表示进入另 图3-22 铅笔好像被水 一种物质的光，过入射点 O 与两种物质 “折断”了 分界面垂直的直线 NN′ 叫法线；入射光 法线 线与法线之间的夹角叫入射角，折射光 N 光屏 线与法线之间的夹角叫折射角。 入射光线 入射角 发生折射时，怎样确定折射光的传 播方向？我们已知光反射时反射光线与 O 水 折射角 入射光线的关系，那么折射光线与入射 折射光线 光线是否也有类似的关系？你有怎样的 N' 猜想？下面，我们通过实验进行探究。 图3-23 光的折射实验光路74 第三章 光的世界 做 中 学 探究光的折射规律 按照图3-23把光源、水槽、可折叠光屏装配好。 1. 让激光笔射出的光从空气沿光屏斜射入水中，观察折射光 线、法线与入射光线间的位置关系，并比较折射角与入射角的大小； 改变入射角的大小，观察折射角的变化。你可得出什么结论？ 2. 将显示有折射光线的半个光屏向后折转一定角度，光屏上还 会显示折射光吗？这说明什么？ 3. 把水换成玻璃砖，重复上面的实验。得出的结论有变化吗？ 请比较光折射时遵循的规律与光反射时遵循的规律的异同。 大量实验表明，光折射时遵循以下规律： 光折射时，折射光线、入射光线与法线在同一平 面内；折射光线和入射光线分别位于法线的两侧， 折射角随入射角的增大而增大，随入射角的减小而 减小。 拓展一步 从实验可知，光从空气斜射入水 或玻璃等透明物质时，折射角小于入 空气 射角。如果让光逆着折射光的方向从 水或玻璃等透明物质斜射入空气时， 水 会发现折射入空气的光将逆着原入射 光的方向传播，这表明，折射时光路 图3-24 折射光路可逆 也是可逆的（图 3-24）。由此可知，光从水或玻璃等透明物质斜射入 空气时，折射角大于入射角。第三节　光的折射 75 生活中的折射现象 生活中有很多光的折射现象。如图 3-25 所示，由于光的折射，人们看见 水中的鱼，其实看见的是鱼的虚像，鱼的实际位置在像的下方。请尝试用类似 的方法解释潭水“变浅”、铅笔“折断”等现象。 光的折射还会产生一些有趣的现象，如“海市蜃楼”的形成便与光的折射 有关（图3-26）。请你查阅资料，探究“海市蜃楼”形成的原因。 图3-25 人眼看见的是 图3-26 海市蜃楼 鱼的虚像 迷 你 实 验 室 为何又能看见硬币了 取一个不透明的杯子，在杯底中央放一枚硬币。你先站在能看见 杯底硬币的位置，再向后退，直到恰好看不见硬币时保持不动。请一 位同学向杯里倒水，当水达到一定深度时，刚才看不到的硬币又能看见 了（图3—27）。请解释这是什么原因。 加水前 加水后 图3-27 又看见硬币了76 第三章 光的世界 作 业 1. 请在图3-28中分别标出入射光线、折射光线、 N 法线、入射角和折射角。 空气 2. 张平同学画了几幅光的反射、折射的光路图，如 O 玻璃 图3-29所示（图中上方为玻璃，下方为空气）。试分析 N' 这些图中哪几幅是错误的，并说明判断的依据。 图3-28 N N N N N O O O O O N' N' N' N' N' （a） （b） （c） （d） （e） 图3-29 3.“ 海市蜃楼”在我国古书《史记》《梦溪笔谈》中都有记载，请从下列 光现象中选出与“海市蜃楼”形成原理相同的现象并说出理由。 A. 树木在水中的倒影 B. 池水看起来比实际的浅 C. 树荫下圆形的光斑 D. 阳光下人的影子 4. 小明在湖边看到：船在湖面荡漾，鱼在水里的云中穿梭，青山在水中 摇曳。小明看到的景物中，哪些是虚像？请说明理由。 5. 潜入水下的潜水员观看岸上的景物，看到的只是景物的像，它比实际 的景物高还是低？为什么？ 6. 将一张报纸的一半压在厚玻璃板下，另一半露在厚玻璃板外面，观察 报纸上这两部分的文字看起来有什么不同。为什么？ 请提问 1. 在我国古籍中，有哪些关于光学技术应用的论述？ ……第第四四节节　　光光的的色色散散 7777 第 四 节 光的色散 在阳光的照射下，瀑布旁、花园喷泉中， 本节要点 常能看见彩虹。有时，彩虹还会出现在天空 能通过实验，了解白 （图 3-30）。绚丽的彩虹来无声息，去无踪 光的组成和不同色光混合的 影，你知道彩虹是怎样形成的吗？ 现象，知道彩虹的产生与光 的色散的联系；能体会大 色散现象 自然的对称之美。 人们很早就认识了彩虹现象，并研究了 彩虹的成因。我国早在殷代甲骨文里就有关 于“虹”（即彩虹）的记载。唐初的《礼记注 疏》中有“若云薄漏日，日照雨滴则虹生”， 说明虹是太阳光照射雨滴所产生的一种自然 现象。但直到 17世纪中叶，牛顿做了有名的 三棱镜实验，才揭示了彩虹现象的本质。 下面，我们模拟一下牛顿的三棱镜实验。 图3-30 神奇的彩虹 做 中 学 三棱镜实验 把一个三棱镜、一块带狭缝的挡光板 挡光板 和一个白色光屏，按图3-31所示放置。 太阳光 让太阳光通过三棱镜，在光屏上会观 三棱镜 察到什么现象？将三棱镜转一个角度试 光屏 试，能观察到什么现象？ 图3-31 实验示意图78 第三章 光的世界 实验中，我们观察到，太阳光通过三棱镜 能将光的色散 素 养 后被分解为不同颜色的光，在光屏上形成一条 与身边的斑斓色彩 提 升 彩色光带。这种现象在物理学中称为光的色散 结合起来，能欣赏大 （dispersion of light）。 自然的美丽，能体 进一步研究发现： 会物理学的魅力。 白光可分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种 颜色的光。可见，白光是由各种色光混合而成的。 知道了光的色散，就能解释雨后彩虹形成的原因。原来，雨后的天空悬浮 着大量的细小水珠，太阳光照射到这些小水珠上时，便被分解成不同颜色的光。 如果这些色光刚好进入我们的眼睛，我们就能看见绚丽的彩虹了。 迷 你 实 验 室 水三棱镜 如图 3-32 所示，用三块等大的长方形玻璃片围成一个三棱柱， 一端用塑料薄膜密封，三条棱也用透明胶 带封住。往三棱柱里灌满水，尽量不留空 隙，再将另一端也用塑料薄膜密封，不能 渗水。 用你制作的水三棱镜去做太阳光的色散 图3-32 水三棱镜 实验，试试能否看见由太阳光分解出的色光。 色光混合 人们发现，用红、绿、蓝三种色光，可以混合成不同颜色的光。 进一步的研究表明，自然界中红、绿、蓝三种颜色的光无法用其他颜色的 光混合而成，其他颜色的光则可以通过这三种色光的适当混合而得到。因此，第四节　光的色散 79 红、绿、蓝三种颜色的光被称为光的“三原色”，如图3-33所示。 彩色电视机（图 3-34）、计算机等显示屏幕上艳丽的彩色画面，就是由三 原色光混合而成的。 图3-33 光的“三原色” 图3-34 电视机屏幕及其放大的 三原色点 科学书屋 物体的颜色 自然界和生活中的物体是五彩缤纷、绚丽多彩的。它们为什么会 有颜色？ 当白光照射到透明物体上时，有些颜色的光能穿过透明物体，而 其他颜色的光被该物体吸收了，物体呈现的是所穿过的光的颜色。例 如，蓝色的玻璃能让蓝光穿过，而吸收了其他颜色的光。所有颜色的 光都能穿过的物体就是无色透明体，如无色的玻璃和纯净的水。 当白光照射到不透明物体上时，有些颜色 的光会被反射，而其他颜色的光被吸收了，物 体就呈现出被反射的光的颜色。例如，鲜艳的 红色月季花就是因为能够反射红光（图3-35）， 而其他颜色的光都被吸收了，所以呈现红色。 如果物体将所有颜色的光都吸收了，该物体就 图3-35 红色月季花能 呈现黑色。若各种颜色的光都被反射了，物体 反射红光 就呈现白色。80 第三章 光的世界 作 业 1. 有同学认为“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光每种都能被 其他颜色的光混合而成”，这种说法对吗？为什么？ 2. 合成彩色电视机和计算机屏幕上丰富多彩的色光是（ ）。 A. 红、绿、蓝 B. 黄、绿、蓝 C. 红、黄、绿 D. 红、黄、蓝 3. 我国唐朝的张志和在《玄真子》中记载了一个著名的光学实验：“背日 喷乎水，成虹霓之状。”这种现象的形成是由于 。 4. 太阳光通过三棱镜后，被分解成不同颜色的光。如果让三棱镜分解的 七色光再通过另一个三棱镜，猜想可能会观察到什么现象？想办法用实验验证 你的猜想。 5.* 为什么电影幕布的颜色都是白色的？ 6.* 若在黑暗环境中用蓝光照射红色玫瑰，它的颜色将怎样变化，为什么？ 请提问 1. 彩云是怎么形成的？ 2. 3. ……跨学科 第四节　光的色散 8811 实 践 创作七彩梦幻般的彩虹 问题缘起 “江城如画里，山晚望晴空。两水夹明镜，双桥落彩虹。”诗人眼中的彩 虹像一座七彩桥挂在天边，还有人描绘这是“天空的微笑”。在天空、瀑布 旁、洒水车边、花园的浇灌水雾中，有时也能看见彩虹。能否通过人造彩虹 来增添景色中的“美丽”呢？你能创作彩虹吗？下面我们一起来创作吧。 活动方案 本活动涉及与光学、文学、艺术等相关的内容，还涉及手工制作技能。 任务一：查阅资料。了解人们从文学、艺术等视角对彩虹的描述与欣 赏，完成一篇从不同学科视角描述彩虹的报道。 任务二：动手创作一道人造彩虹。如图 3-36 所 示，将平面镜斜插入装有水的容器，把它们放在从 窗口射入的阳光下并对着白色墙壁（或白纸屏），调 整镜面倾斜的角度。观察墙面上出现的彩虹，用彩 笔把它画下来。 图3-36 创作彩虹 任务三：进行相关科普讲解活动。从物理学视 示意图 角分析彩虹形成的原理，为何在天空、瀑布旁、洒 水车边、花园的浇灌水雾中能看见彩虹，以及彩虹的出现和太阳光照射的 关系等。 交流评价 各小组展示自制的人造彩虹装置和画出的彩虹，为一些人工景点提供 创作彩虹的建议。 拓展研究 天然水晶是稀有矿物，本身几乎没有颜色。当我们把水晶放在阳光下时， 它会呈现美丽的彩色光晕。请大家查阅资料并讨论形成这种现象的原因。82 第三章 光的世界 本章练习 科学认知与辨析 1. 目前光污染越来越严重，建筑物的玻璃幕墙、釉面砖墙、磨光大理石 等都能造成白亮污染，形成白亮污染的主要原因是（ ）。 A. 光的反射 B. 光的折射 C. 光的色散 D. 光的直线传播 2. 下列属于光的色散现象的是（ ）。 A. 黑板“反光” B. 水中的月亮 C. 瀑布旁边的彩虹 D. 小孔成像 3. 利用激光测量卫星与某基地间的距离，已知从基地发射出去的激光束 经该卫星反射回基地，共经历了0.24 s，则该卫星到基地的距离为多少？ 4. 一栋大楼，有的窗户是开着的，有的是关着的。下午，小明从远处向 这幢大楼望去，他看到的现象是有的窗户明亮刺眼，而有的却黑洞洞的。这 是什么原因？ 5. 日晷是我国古代劳动人民用来计时的一种 工具。如图 3-37 所示，通过观察直杆在太阳下 影子的位置就可知道时间。下列现象的解释依据， 哪个与日晷工作原理相同？为什么？ A. 池水映明月 B. 形影紧相依 图3-37 C. 潭清疑水浅 D. 镜子正衣冠 6. 图3-38是小明根据实验现象画出的光路 N 图，他还总结出以下几条实验结论，其中正确的 空气 选项有哪些？ O 玻璃 A. 光在同种均匀物质中沿直线传播 Nʹ N B. 光发生反射时，反射角等于入射角 O C. 光从空气斜射入玻璃时，入射角小于折射角 空气 Nʹ D. 光从玻璃斜射入空气时，折射角大于入射角 图3-38本章练习 83 科学实验 7. 如图 3-39 为某实验小组 F E N E N F “探究光的反射定律”的实验装 A A B 置，平面镜 M 放在水平桌面上， E、F是两块粘接起来的硬纸板， O O M M F板可绕ON转动。 （a） （b） （1）使用可以旋转的硬纸 图3-39 板，其目的是____________________________； （2）将入射光线 AO 向 ON 靠近时，看到反射光线 OB_________（选填 “靠近”或“远离”）ON； （3）若将一束光贴着纸板 F 沿 BO 射向 O 点，光将沿图中 _________ 的 方向射出，说明在光的反射现象中，光路是_________的； （4）某同学在实验时，让入射光线 AO 沿纸板 E 射向镜面，然后转动纸 板 F，并使其与纸板 E 在同一平面内，但在纸板 F 上没有发现反射光线，其 原因可能是______________________。 8. 潜水艇都安有潜望镜，借助潜望镜可以从海面下观察 海面上的情况。简易潜望镜的结构原理如图 3-40 所示，其 中平面镜与管壁的夹角大小为 45°，请在图中画出水平入射 光经平面镜反射的光路图。用纸板和两个小方镜制作一个简 易潜望镜，并在屋里的窗台下方观察窗外情况。 科学·技术·社会·环境 图3-40 9. 从跨学科视角调查身边的光污染及带来的影响，将调研所得数据用图 或表格的形式呈现出来，并从环境保护角度对生活中应怎样预防光污染提出 合理的建议。 本 章 总 结 本章的要点有84 第四章 神奇的透镜 第四章 神奇的透镜 第一节 凸透镜与凹透镜 第二节 探究：凸透镜成像的规律 第三节 神奇的“眼睛” 实 践 探究森林火情缘由 本章学业要求 知道凸透镜与凹透镜，知道凸透镜 成像的规律；能运用这些规律解释身边 的相关现象，说明相关的光学技术应用。 知道薄透镜忽略了透镜的厚度；能 根据透镜特点及成像规律等，分析简 单的光学问题；能利用证据说出自己的 观点。 能完成“探究凸透镜成像的规律” 等实验；能提出与透镜成像有关的问题； 能收集证据，得出结论，并作出解释。 能认识物理实验的重要性；具有严 谨认真的科学态度，具有保护视力的 意识；能体会物理学对科技发展的重要 思考：古往今来，人 作用。 类都在探索星空的奥 秘。望远镜主要利用 了什么光学元件？第第一一节节　　凸凸透透镜镜与与凹凹透透镜镜 8855 第 一 节 凸透镜与凹透镜 第一节 凸透镜与凹透镜 第二节 探究：凸透镜成像的规律 同学们试一试，分别透过平板玻璃与放 本节要点 大镜看书上的字，会得到不同的效果，这 第三节 神奇的“眼睛” 通过观察与实验，了 是因为放大镜的表面是球面的一部分（图 解凸透镜对光的会聚作用 实 践 探究森林火情缘由 4-1）。放大镜是一种透镜。透镜通常用玻璃 和凹透镜对光的发散作 制成，其两侧或一侧表面常被磨成球面。透 用，能认识光心、焦点和 镜有两大类：凸透镜和凹透镜。下面我们来 焦距，会画光路图；能用 了解这两类透镜的特点。 这些知识解释生产生活中 的相关现象。 凸透镜 凸透镜（convex lens）是光学元件的一种。 如图4-2所示，凸透镜的中央较厚、边缘较薄， 两个表面中至少有一个是球面的一部分。如果 透镜的厚度远小于球面半径，我们称这种透镜 为薄透镜。放大镜的镜片就是凸透镜，照相机 及望远镜等也用到了凸透镜这类光学元件。 光通过凸透镜折射后会发生什么变化 图4-1 透过放大镜 呢？我们通过实验来探究。 欣赏书法 图4-2 凸透镜86 第四章 神奇的透镜 迷 你 实 验 室 探究凸透镜对光的会聚作用 用平行光束照射凸透镜，光通 过凸透镜后会聚于一点（图 4-3）， 记下该点到凸透镜中心的距离。换 个凸透镜再次尝试，观察是否仍有 光线会聚点，该点到凸透镜的距离 有无变化（避免直视强光，以免伤 图4-3 凸透镜使光会聚 害眼睛）。 大量实验表明： 平行光通过凸透镜折射后将会聚于一点，凸透镜对光有会聚作用。所以， 凸透镜又叫做会聚透镜。 平行光照射到凸透镜会聚于一点的光路图如图 4-4 所示，凸透镜的中心 O 称为光心（optical center），通过光心的光，其传播方向不变；通过光心且垂 直于透镜表面的直线称为主光轴，简称光轴。平行于主光轴的光经凸透镜折射 后会聚的点称为凸透镜的焦点（focus），符号为 F，凸透镜的两侧各有一个焦 点，焦点到光心的距离称为焦距（focal length），用字母 f表示。焦距是凸透镜 的一个重要参数，凸透镜的焦距越大，凸透镜对光的会聚作用越小。在上面的 实验中，通过测量焦点到凸透镜的距离可估测该凸透镜的焦距。 F O F 主光轴 焦点 光心 焦点 焦距f 图4-4 凸透镜的焦点与焦距第一节　凸透镜与凹透镜 87 凹透镜 凹透镜（concave lens）也是一种光学元件。 如图 4-5 所示，凹透镜的中央较薄、边缘较厚， 两个表面中至少有一个是球面的一部分。 让平行光束照射在凹透镜上，可看到光通过 凹透镜发生折射后向外散开（图 4—6）。可见，凹 图4-5 凹透镜 透镜对光有发散作用。所以，凹透镜又叫做发散透镜。 与凸透镜类似，凹透镜也有主光轴、光心，通过凹透镜光心的光，其传播 方向也不变。平行于主光轴的光经凹透镜发散后，其反向延长线的交点叫凹透 镜的焦点。凹透镜的两侧各有一个焦点（图4—7）。 F O F 主光轴 焦点 光心 焦点 焦距f 图4-6 凹透镜使光发散 图4-7 凹透镜的焦点与焦距 作 业 1. 一家汽车美容店的门口，贴有“爱车小贴士”，其上有温馨提醒：“烈日 下洗车须及时擦干，否则会导致车漆失去光泽。”你认为这种说法正确吗？为 什么？ 2. 选用凸透镜和凹透镜时，若要对光有发散作用，应选择 ____________ 镜；要对光有会聚作用，应选择____________镜。88 第四章 神奇的透镜 3. 光经过透镜折射前后的光路如图 4-8 所示，则下列对虚线框内的透镜 类型判断正确的是（ ）。 A. 甲是凹透镜，乙是凸透镜 B. 甲是凸透镜，乙是凹透镜 C. 两个都是凹透镜 甲 乙 图4-8 D. 两个都是凸透镜 4. 在图4-9（a）中，画出平行于主光轴的入射光线经透镜折射后的光线。 在图4-9（b）中画出折射光线的入射光线。 F O F F O F （a） （b） 图4-9 5. 如果想要小灯泡发出的光经透镜折射后能近似形成平行光，应选择凸 透镜还是凹透镜？小灯泡应放在哪个位置？ 6. 收集身边的一些凸透镜，想办法测出它们的焦距。 请提问 1. 一颗水珠可以看成是一个凸透镜吗？为什么？ 2. 3. ……第第二二节节　　探探究究：：凸凸透透镜镜成成像像的的规规律律 8899 第 二 节 探究：凸透镜成像的规律 在中国航天的“太空授课”中，航天员在空 本节要点 间站内，做出了水透镜（图4-10）。通过这个水透 能完成“探究凸 镜，我们看见了航天员倒立缩小的像。 透镜成像的规律”的 实验，有安全意识， 能完成实验报告；能 用凸透镜成像的规 律解释生活中的相关 现象。 图4-10 航天员在太空授课 我们已经知道平面镜成像的特点，那么凸透镜成像有怎样的特点呢？是否 一定成倒立缩小的像？下面，我们通过实验来进行探究。 探究 实验目的 安全 警示 1. 探究凸透镜成像的规律。 轻拿轻放实验 2. 体会实像与虚像的区别。 器材，尤其应小心 实验器材 拿放透镜。注意用 凸透镜（已知焦距）、光具座（带刻度尺）、 火安全，以免烧到 蜡烛（或其他光源）、光屏和火柴。 手或引发火灾。90 第四章 神奇的透镜 实验设计 在光具座上，将点燃的蜡烛从离透镜较远的位置（2 倍焦距外）逐渐靠近 凸透镜。调整光屏位置使烛焰发出的光经凸透镜折射后，在光屏上成清晰的 像；光屏上不能成像时，透过凸透镜观察烛焰的像。通过观察分析得出凸透镜 成像的规律。 实验步骤 1. 将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，注意三者之间的相对位 置，如图4-11所示。 加油站 v u 物体到光心的 距离简称为物距（u）。 像到光心的距离简 称为像距（v）。 图4-11 探究凸透镜成像规律的实验装置 2. 点燃蜡烛，调整光屏、凸透镜、烛焰的高度，使它们的中心在同一 高度。 3. 将蜡烛放在离凸透镜较远的位置（2 倍焦距外），调整光屏位置，使烛 焰经凸透镜折射后在光屏上成清晰的像，将观察到的像的情况和物距、像距等 记录在表4-1中。 4. 移动蜡烛逐渐靠近凸透镜，同时调整光屏，在烛焰经凸透镜折射后在 光屏上分别成等大清晰的像、放大清晰的像时，将成像的情况和物距、像距等 记录在表4-1中。 5. 将蜡烛移到凸透镜焦点处，观察能否成像。再继续移动蜡烛靠近凸透 镜，观察烛焰在光屏上能否成像。撤去光屏，透过凸透镜观察烛焰的像。将观 察到的情况记录在表4-1中。 6. 重复几次上面的实验操作，记录观察到的情况。第二节　探究：凸透镜成像的规律 91 实验记录表如下： 表4-1 实验记录表 凸透镜焦距f =______ cm 实验序号 像的大小 像的正倒 像的虚实 物距u/cm 像距v/cm 1 2 3 4 5 6 实验结论 素 能提出与透镜 养 1. 写出从实验步骤3、4、5分别能得出的 成像相关的问题， 提 结论。 升 清楚实验步骤的意 2. 总结出凸透镜成像的规律。 义，能分析实验数 反思交流 据，归纳得出结论； 有进一步拓展探究 1. 实验中，怎样确定光屏上的像是清晰的？ 的兴趣。 2. 实像与虚像有哪些不同？ 3. 太空授课中航天员成像时，物距与水球 的焦距存在怎样的关系？ 大量的实验表明，凸透镜成像有以下规律： 物体位于凸透镜的2倍焦距外时，成缩小、倒立的实像； 物体位于2倍焦距时，成等大、倒立的实像； 物体位于2倍焦距与1倍焦距之间时，成放大、倒立的实像； 物体位于1倍焦距时，不能成像； 物体位于1倍焦距以内时，成放大、正立的虚像。92 第四章 神奇的透镜 迷 你 实 验 室 自制照相机 人们常用照相机留存生活中的珍贵瞬间。无论是胶卷相机还是数 码相机，其镜头都相当于凸透镜。使用胶卷的照相机通过镜头在照相 机内部的底片上形成倒立缩小的实像。 用纸板做两个可套在一起且能前 后滑动的纸筒，纸筒一端固定凸透镜， 即镜头；另一纸筒的一端粘贴半透膜， 即底片。将镜头正对景物，前后伸缩 纸筒调节成像位置，使半透膜上出现景 物缩小、倒立的实像，这就是照相机成 的像（图4-12）。用你自制的相机给同 图4-12 照相机的成像原理 学们“拍个照”吧！ 作 业 1. 请完成“探究凸透镜成像的规律”的实验报告，并在实验报告中说明 你收集的证据是怎样支持实验结论的。 2. 透过一颗水珠看物体，你看见的“物体”会有什么变化？尝试解释观 察到的现象。 3. 探究凸透镜成像的规律，完成下列各题： （1）按图4-13（a）所示操作，测出本实验所用凸透镜的焦距为多少？ cm cm 50 60 （a） （b） 图4-13第二节　探究：凸透镜成像的规律 93 （2）调整光屏、凸透镜、烛焰的高度，使它们的中心大致在同一高度的目 的是什么？ （3）将蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上依次摆放，点燃蜡烛后，发现无论 如何移动光屏总找不到像，可能的原因是什么？ （4）假设在如图 4-13（b）所示的条件下，烛焰恰好能在光屏上成清晰的 像。若在此情况下沿光具座移动蜡烛远离凸透镜，为能再次在光屏上看见烛焰 清晰的像，应怎样移动光屏？ 4. 如图 4-14 所示，把一支点燃的蜡烛放在凸透镜 2 倍焦距以外，在凸透 镜的另一侧调节光屏的位置可找到一个清晰的烛焰的像，这个像与图中哪个选 项相近？请说明理由。 A. B. C. D. 图4-14 5. 照相时，在某位置从取景器只能看到被拍者身体的上半部分。如果想 拍到其全身像，在其他条件不变的情况下，相机应该靠近还是远离被拍者？ 为什么？ 6. 某同学在做探究凸透镜成像规律的实验时，蜡烛和光屏的位置如图 4-15 所示，此时在光屏上得到了倒立、等大、清晰的实像。接下来把蜡烛移 动到 35 cm刻度处，则应将光屏向____________（选填“左”或“右”）移动， 光屏上才可得到倒立、____________、清晰的实像。 cm 图4-1594 第四章 神奇的透镜 7. 某小组利用如图4-16所示的装置探究凸透镜成像的规律，此时光屏上呈 现了烛焰清晰的像，该像是倒立、__________（选填“放大”或“缩小”）的实 像。如果保持凸透镜位置不变，将蜡烛和光屏交换位置，光屏上还能呈现清晰 的像吗？如果能，此时烛焰的像有什么特点？ cm 图4-16 8. 人们现在广泛使用智能手机来拍照。请上网查询与手机镜头成像原理 有关的内容，并查询不同型号的手机镜头的成像原理是否一样，整理了解到的 信息，然后跟同学分享你的收获。 请提问 1. 凸透镜成放大的实像时，物距与像距哪个更大？成缩小的实像时， 情况又如何？ 2. 3. ……第第三三节节　　神神奇奇的的““眼眼睛睛”” 9955 第 三 节 神奇的“眼睛” 眼睛是心灵的窗户，通过眼睛（图4-17）， 本节要点 人们能交流信息、相互了解。那么，从物理学 能将透镜成像与人眼 角度分析，我们是怎样通过眼睛看到五彩缤 成像、视力矫正联系起来， 纷的世界的呢？学习本节内容后便可知晓答案。 知道科学用眼；知道透镜 成像在放大镜、显微镜和 我们是如何看见物体的 望远镜中的应用；能为我 国在观察外太空方面的成 人眼看物体类似于凸透镜成像。在如图 就感到自豪。 4—18 所示的眼睛结构示意图中，晶状体和角 膜可发挥凸透镜的作用，与视神经相连的视 网膜相当于光屏。 如图 4-19 所示，来自物体的光线通过瞳 孔，经晶状体成像在视网膜上，再由神经系 统传到大脑，大脑处理后我们就看到了物体。 物体在视网膜上成缩小、倒立的实像，与照 相机成像原理类似。 图4-17 眼睛 晶状体 玻璃体 视网膜 视神经 瞳孔 角膜 图4-18 眼睛的主要结构 图4-19 眼睛视物示意图96 第四章 神奇的透镜 正常的人眼通过调节晶状体的形状，能使远处 或近处的物体都成像在视网膜上。因此，无论是远 处还是近处的物体，人们通常都能看清。 有些人的眼睛调节晶状体的形状后仍只能看清 （a）近视眼将像成在视网膜前 近处的物体，而不能看清远处的物体，即只能将近 处的物体成像在视网膜上，而将远处的物体成像在 视网膜前，如图 4—20（a）所示，这样的眼睛被称 为近视眼。还有一些人的眼睛调节晶状体的形状后 （b）远视眼将像成在视网膜后 仍只能将物体成像在视网膜后，如图 4—20（b）所 图4-20 近视眼与远视眼 示，这样的眼睛称为远视眼。 视力的矫正 无论是近视眼还是远视眼，都会给人们的学习和生活带来诸多不便。为了 消除这些烦恼，人们已掌握了多种矫正近视眼和远视眼的有效方法，最常见的 就是戴眼镜矫正视力。 下面通过实验，看看如何借助眼镜进行视力的矫正。 做 中 学 研究视力的矫正 如图 4-21 所示，在近视眼模型的“晶状体”前选加一个透镜， 使光束会聚在“视网膜”上。记下透镜的类型和焦距。 如图 4-22 所示，在远视眼模型的“晶状体”前选加一个透镜， 使光束会聚在“视网膜”上。记下透镜的类型和焦距。 光束 光束 图4-21 近视眼的矫正 图4-22 远视眼的矫正第三节　神奇的“眼睛” 97 从实验可知，在近视眼模型前加一个焦距合 适的凹透镜，在远视眼模型前加一个焦距合适的 凸透镜，都能改善物体在“视网膜”上的成像 情况。 实验中矫正视力的凹透镜和凸透镜常被用于 （a）用近视眼镜看书 制作近视眼镜［图 4-23（a）］、远视眼镜。另外， 凸透镜还可用于制作老人常用的老花眼镜。通常， 老年人眼球周围肌肉松弛，张力不足，导致眼睛 的自我调节范围减小，看不清近处的物体，这便 （b）用老花眼镜看书 是常说的老花眼。利用凸透镜制作的老花眼镜 图4-23 近视眼镜和 ［图4-23（b）］可帮助老人看清近处的物体。 老花眼镜 科学书屋 眼镜的度数与保护眼睛 眼镜镜片的规格通常用“度”表示，其数值等于焦距（单位为米） 倒数的100倍，即焦距越短，折射越明显，度数对应的数字越大。例 如，100度的镜片，其焦距为1 m；200度的镜片，其焦距为0.5 m。凸透 镜（远视镜片）的度数是正的，凹透镜（近视镜片）的度数是负的。 我们应注意保护眼睛，采用正确的看书姿势，看书时间不要过长， 注意让眼睛休息，认真规范做眼保健操。近视眼和远视眼患者应及时 到医院就诊。 透镜的应用 除眼镜外，人们还利用透镜成像的原理，制成了许多光学仪器。这些仪器 就像特殊而神奇的“眼睛”，拓展了我们肉眼的功能。98 第四章 神奇的透镜 镶嵌有凸透镜的放大镜可将较小的、肉眼 不易辨清的物体“放大”，以便人们能看得更 清楚（图 4-24）。放大镜下呈现的是物体的虚 像，那么，物体应放在离放大镜多远的位置才 合适呢？ 常见光学显微镜（图 4-25）的目镜和物镜 图4-24 用放大镜看物体 都是凸透镜。利用显微镜可以观察微生物、细 胞等肉眼无法看见的物体，因此，显微镜被广 能体会科技进 素 养 泛应用于科学研究、工农业生产等领域。 步拓展了人类的视 提 升 望远镜（图 4-26）能使很远的物体成像在 野，有志趣探索自然 眼前，就像物体被拉近了。望远镜在生活、军 规律，有将知识服 事、生产和天文观测等方面都有广泛的应用。 务于人类的使命感。 （a）普通望远镜及其光路 （b）小型天文望远镜 图4-25 光学显微镜 图4-26 望远镜 迷 你 实 验 室 自制“望远镜” 如图 4-27 所示，将近视镜片 近视镜片 远视镜片 与远视镜片沿刻度尺放置。从近 视镜片望过去，同时调节两镜片 之间的距离，你看到的景物有什么 图 4-27 用近视镜片与远视镜片 变化？ 制成的“望远镜”第三节　神奇的“眼睛” 99 科学书屋 非光学望远镜 利用人眼可见光，通过透镜对光线折射或凹面镜的反射进入小孔 并会聚成像，再经过目镜进行观测的望远镜，叫做光学望远镜。光学 望远镜的局限是只能接收可见光，但远处物体发出的光除了可见光外， 还有其他光信息。为了更好地观测远处物体，人们发明了射电望远镜、 红外望远镜等非光学望远镜。 射电望远镜是观测并研究来自天体射电波的基本设备。经典射电望 远镜让投射的射电波被镜面反射后，会聚于公共焦点，然后对接收到的 信息进行处理。20世纪60年代天文学上的脉冲星、类星体等四大发现 都与射电望远镜有关。我国在2016年，正式启用了具有自主知识产权、 世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜——“中国天眼”（图 4—28）。 红外望远镜是接收红外辐射的望 远镜。红外望远镜可以“看到”红外 线，因此可在夜间使用，而且容易在 密林里发现人和动物，在生活和军事 中都有较多应用。红外望远镜可以接 收到天体的红外辐射，也是观测研究 天体的一种重要望远镜。 图4-28 “中国天眼” 作 业 1. 人的眼睛相当于一个照相机，物体在视网膜上成一个 __________、 __________的__________像。 2. 如图 4-29 是甲、乙两人的眼睛看物体时的成像示意图，请从下列说法 中选出正确的选项并说出理由。 A. 甲同学是近视眼，他戴的眼镜对光起会聚作用100 第四章 神奇的透镜 B. 甲同学是远视眼，他戴的眼镜对光起发散作用 C. 乙同学是近视眼，他戴的眼镜对光起发散作用 D. 乙同学是远视眼，他戴的眼镜对光起会聚作用 甲 3. 小明用奶奶的老花镜镜片在太阳光下距镜片 40 cm处得到一个最亮、最小的光斑。若小明想通过此 镜片看清微雕作品上较小的图案，则作品到镜片的距 离应（ ）。 乙 A. 小于40 cm B. 大于40 cm 图4-29 C. 大于80 cm D. 大于40 cm、小于80 cm 4. 隐形眼镜是一种直接贴在角膜表面的超薄镜片，某款供近视眼使用的 软质隐形眼镜的中心厚度只有 0.04 mm，这款超薄镜片的边缘厚度比 0.04 mm 大还是小呢？为什么？ 5. 纺织工人在检查纺织品的质量时，要观看纺织品的布纹是否有缺陷。 他们应该用什么样的透镜？应怎样使用？ 6. 查阅资料，了解正常眼睛看物体时，是如何通过调节晶状体的焦距长 短来看清远处和近处的物体的，并与同学交流。 请提问 1. 老花眼与远视眼有区别吗？ 2. 3. ……跨学科 第三节　神奇的“眼睛” 110011 实 践 探究森林火情缘由 问题缘起 关于引发森林火灾的原因多种多样，然而网上关于丢弃的矿泉水瓶可 能引发森林火情的报道，却让人难以置信。丢弃的矿泉水瓶，真有可能引 发森林火情吗？下面，我们通过实践活动一起探索。 活动方案 本活动涉及与凸透镜的作用、物体燃烧的条件、森林中的易燃物、森 林防火等有关的知识。 任务一：查阅并整理资料。了解物体燃烧的 安全 警示 条件；森林中有哪些易燃物；这些易燃物在哪些 注意保护眼睛， 情况下易燃；什么条件下森林容易出现火情。查 不要直视太阳和会 询矿泉水瓶引发森林火情的报道是否属实。 聚点，最好戴上护 任务二：进行实验探究。让太阳光通过一个 目镜。还要注意用 装满水的矿泉水瓶会聚于易燃物上，观察易燃物能 火安全，不要随意 否被点燃。然后，换一些森林中的易燃物试试。 丢弃易燃物。 交流评价 编写一段森林防火的警示语，完成一份题为《从“矿泉水瓶”谈森林 防火》的研究报告，与同学们交流讨论研究成果，并就怎样爱护森林、保 护环境提出建议。 拓展研究 我国西汉时期的《淮南万毕术》中有关于冰透镜取火的记载“：削冰令 圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”冰真能使艾绒着火吗？请同学们根 据我国古文记载亲自做一下冰透镜取火的实验。102 第四章 神奇的透镜 本章练习 科学认知与辨析 1. 图 4-30 中画出了光通过透镜前后的方向。 在图中虚线框内画上适当类型的透镜。 O 2. 现在很多学生不注意用眼保健，以致近视眼 越来越多。表示近视及其矫正的示意图是图 4-31 图4-30 中的（ ）。 A. 乙、丁 B. 乙、甲 C. 丙、甲 D. 丙、丁 甲 乙 丙 丁 图4-31 3. 小明同学发现平时不戴眼镜的门卫大爷在看报时却要戴着眼镜才 能看清，对门卫大爷的眼睛判断合理的是（ ）。 A. 老花眼，用凸透镜来矫正 B. 老花眼，用凹透镜来矫正 C. 近视眼，用凸透镜来矫正 D. 近视眼，用凹透镜来矫正 4. 一次微距摄影中，拍摄图像与物体等大，光学镜头等效为一个凸 透镜，则物体一定位于（ ）。 A. 2 倍焦距以外 B. 2 倍焦距处 C. 2倍焦距与1倍焦距之间 D. 1倍焦距以内 5. 使用下列光学器材，能使物体成正立放大虚像的是（ ）。 A. 放大镜 B. 凸面镜 C. 潜望镜 D. 平面镜 6. 图 4-32 是光束入射到透镜经折射后的光路示意图，能否从图中的 光路图确定透镜是凸透镜还是凹透镜，为什么？本章练习 103 O O （a） （b） 图4-32 7.* 在我国首次“太空授课”中，航天员王亚平制造了一个小水球，我们看 到了她在水球中的“倒影”（图4-10）。下列说法中正确的是（ ）。 A.“ 倒影”是光的反射形成的 B.“ 倒影”不能成在光屏上 C. 照相机是利用这一成像原理制成的 D. 若王亚平距水球变远，“倒影”会变大 科学实验 8. 在“探究凸透镜成像的规律”的实验中，当光屏上有清晰的烛焰像时，蜡 烛、透镜、光屏位置如图4-33所示，则光屏上的像应为倒立、_______________ （选填“放大”“缩小”或“等大”）的实像，生活中的 _______________（选 填“照相机”“放大镜”或“投影仪”）就是根据这一原理制成的；某同 学用不透明的硬纸板挡住凸透镜的下半部分后，发现光屏上呈现的像是 _______________（选填“完整”或“不完整”）的。 图4-33 9. 小宇收到了一份特别的生日礼物—三个大小、形状完全相同的凸透 镜，分别由玻璃、水晶、塑料制成。他想用这三个凸透镜来探究大小、形状 完全相同的凸透镜的焦距与制作材料是否有关。 （1）请写出实验的主要步骤； （2）在探究凸透镜的焦距与制作材料是否有关时，凸透镜的选用应在哪 些方面保持相同？104 第四章 神奇的透镜 综合 10. 像的成因有三个：光沿直线传播成像、反射成像、折射成像，所成 的像有实像和虚像两种。请分析下列实例中所成的像：① 针孔照相机内所成 的像（小孔成像）；② 在潜望镜中看到的景物的像；③ 放大镜中看到的物体 的像；④ 幻灯机屏幕上的像；⑤ 天上的月亮在水中成的像。由分析可知，下 列说法中正确的是（ ）。 A. ①④属于实像 B. ②③④属于虚像 C. ①③④属于折射成像 D. ①②⑤属于反射成像 本 章 总 结 本章的要点有第三节　神奇的“眼睛” 105 第五章 质量与密度 第一节 质量 第二节 测量：物体的质量 第三节 密度 第四节 测量：固体和液体的密度 实 践 制作水油沙漏 本章学业要求 能认识质量的含义，理解密度；能 运用密度知识解释生产生活中的相关现 象，解决与密度有关的实际问题。 能通过密度概念的建构，体会用物 理量之比建构物理概念的意义；能运用 密度知识，对一些说法进行质疑，并能 基于证据发表自己的见解。 能完成“用托盘天平测量物体的质 量”“测量固体和液体的密度”等实验； 会用相关器材进行测量，得到测量结果。 能感受物质世界的多样性与统一性； 思考：金光闪闪的北 能在探究物质密度的过程中保持对物质 京 2022 年冬奥会金 世界的好奇，体验应用密度等知识解决 牌是纯金的吗？有什 实际问题的喜悦。 么方法能帮助我们鉴 别呢？110066 第第五五章章 质质量量与与密密度度 第 一 节 质 量 浩瀚无垠的宇宙，有星体（图 5—1）与 本节要点 微粒、高山与大海、植物与动物……它们皆 能认识质量的含义，会 由物质组成。组成物体的物质有多有少，如 换算质量的单位，知道一 一盒粉笔比一支粉笔所含的物质多。我们应 些物体质量的数量级；能 如何描述物体所含物质的多少？学习本节内 体会人们对质量的认识是 容后，你将知晓答案。 不断深入的。 质量的含义 物理学中把物体所含物质的多少叫做物 体的质量（mass），通常用符号m 表示。 物体的质量与物体的状态、形状、所处 的空间位置有没有关系呢？冰块熔化成水， 物体的状态发生变化（图 5-2），但其质量没 图5-1 宇宙中的星体 有变化；一块橡皮泥被捏成小动物，物体的形状发生变化（图 5-3），但其质 量没有变化；飞船携货物离开地球来到太空站，货物所处的空间位置发生变 化，但其质量没有改变。 大量事实说明，质量是物体的一个基本属性，它与物体的状态、形状、所 处的空间位置无关。 图5-2 冰块熔化成水 图5-3 将橡皮泥捏成小动物第一节　质 量 107 拓展一步 人们对质量这个物理量的认识随着科学的发展而不断深入。在爱 因斯坦的相对论体系中，质量会随物体速度的变化而变化，当物体速 度接近光速时，其质量会变得很大，这一结论已在粒子加速器实验 中得到证实。不过，日常生活中，由于物体的运动速度远小于光速， 因此，可认为物体质量不随其速度、状态、形状和所处位置的改变 而变化。 质量的单位 在国际单位制中，质量的基本单位是千克，用 符号kg表示。 保存在巴黎国际计量局中的国际千克原器（图 5-4），是底面直径和柱高均约为 39 mm 的铂铱合金 圆柱体，以它的质量作为 1 kg 的标准。这种作为测 量标准的具体实物，其质量可能因外界环境因素而 发生微小变化，影响标准的准确性，因此科学家们 采用了新的标准来重新定义“千克”*。 图5-4 国际千克原器 为了方便，除千克外，人们还将吨（t）、克（g）、毫克（mg）作为质量 的单位，它们之间的换算关系如下： 1 t = 1 000 kg 1 kg = 1 000 g 1 g = 1 000 mg * 2018年，第26届国际计量大会决定正式让国际千克原器退役，改以普朗克常数作为新 标准来重新定义“千克”。这种改变会对高精度检测等产生影响。108 第五章 质量与密度 在生产生活中，常能见到质量这一物理量被使用的标记。例如，在超市， 袋装大米、奶粉等包装袋上分别标记的“净含量 5 kg”“净含量 400 g”，即表 示袋内大米的质量为 5 kg、袋内奶粉的质量为 400 g。到超市调研，查看其他 物品包装袋上的质量信息，看看用的什么单位，试试换算单位。 科学书屋 一些物体的质量 你知道自然界中不同物体质量的数量级吗？图 5-5 是一些典型物 体质量的数量级。在自然界中，一些物体的质量可以通过测量知道， 还有一些物体的质量只能通过理论推算得到。 m / kg m / kg 目前观测所及的宇宙 1053 邮票 10-5 10-6 银河系 1041 蜜蜂的翅膀 10-7 10-8 太阳 1030 10-9 （1.99×1030） 10-10 地球 1024 细菌 10-11 （5.98×1024） 1023 月球 1022 流感病毒 10-19 （7.36×1022） 1021 氧分子 10-26 大型远洋轮 107 中子、质子 10-27 10-28 1 m3水 103 电子 102 10-31 （9.1×10-31） 人 101 10-32 图5-5 物体质量的数量级第一节　质 量 109 作 业 1. 在国际单位制中，质量的基本单位是__________。 2. 若航天员的太空服在地面上的质量为 120 kg，则在太空中，太空服的 质量__________（选填“大于”“等于”或“小于”）120 kg。 3. 夏天从电冰箱里取出一瓶结冰的未开盖的矿泉水，当瓶中一部分冰熔 化成水后，冰的质量将 ______（选填“增加”“不变”或“减小”）。若瓶中冰 的质量为 450 g，当冰全部熔化成水后，水的质量为____ g，理由是 ________ _____________________________________。 4. 请完成下列单位换算。 （1）50 g = _________ kg； （2）2 t = __________ kg。 5. 请给下列物体质量的数值填上合适的单位。 （1）一瓶矿泉水的质量约为500 ；（ 2）一辆自行车的质量约为20 ； （3）一个鸡蛋的质量约为50 ； （4）一位中学生的质量约为50 ； （5）一头大象的质量约为5 。 6. 请列举生活中一些质量为几毫克、几克、几 十克、几百克、几千克和几吨的物品。 7.“ 嫦娥一号”（图 5-6）是我国自主研制的第 一颗月球探测卫星，其质量为 2 350 kg，在西昌卫 星发射中心被“长征三号甲”运载火箭成功送入太 空。“嫦娥一号”卫星升入太空后质量是否变小呢？ 图5-6 请说出你的理由。 请提问 1. 怎样估测人体的质量呢？ 2. 3. ……111100 第第五五章章 质质量量与与密密度度 第 二 节 测量：物体的质量 如果需要粗略了解物体的质量，我们可 本节要点 进行估测。但若要准确知道物体的质量，则 能完成“用托盘天平 需用测量工具进行测量。本节我们将学习如 测量物体的质量”的实 何测量物体的质量。 验，会正确使用托盘天 平，有爱护实验器材的行 测量质量的工具 为规范，能完成实验报 告；知道测量质量的常用 在实验室，人们常用天平测量物体的质 工具。 量，其中托盘天平是学校实验室常用的测量 工具。 托盘天平一般由底座、托盘、称量标尺（常称标尺）、平衡螺母、指针、 分度盘、游码和横梁等部分组成，如图5-7所示。 分度盘 指针 托盘 称量标尺 平衡螺母 横梁 游码 底座 图5-7 托盘天平的结构 天平一次能测出的最大质量为该天平的称量，可从底座的铭牌上观察到。 如果被测物体的质量超过天平的称量，就测不出准确的质量，还会损坏天平。 因此，应先估测被测物体的质量，然后用天平进行测量。天平能测出的最小质第二节　测量：物体的质量 111 量为该天平的感量，由称量标尺的分度值决定。游码在称量标尺上向右移一 格，就相当于在右盘增加一个质量等于称量标尺分度值的砝码。托盘天平的使 用说明如图5-8所示。 托盘天平使用说明（摘录） 使用 1. 使用天平时，应将其放在水平工作台上。 2. 测量前，将游码移至称量标尺左端的零刻度线上，调节平衡螺母，使指针对 准分度盘的中央刻度线。 3. 测量时，天平左盘放物体，右盘放砝码，添加砝码并移动游码，使指针对准 分度盘的中央刻度线，此时砝码质量与称量标尺上游码所在位置的示数之和， 即为该物体的质量。 4. 取砝码时，必须用镊子夹取，潮湿物体或化学药品不能直接放到托盘中。 图5-8 托盘天平使用说明 在生产、生活和科学研究中，人们还用其他工具来测量质量。电子秤、案 秤、台秤（图5-9）是生产生活中测量质量的常用工具，具有便于操作、结构 简单、结实耐用等优点。物理天平（图 5-10）是生产、科学研究中测量质量 的常用工具，具有测量精度高等优点。 图5-9 电子秤、案秤、台秤 图5-10 物理天平112 第五章 质量与密度 实验：用托盘天平测量物体的质量 我们已经了解托盘天平的主要结构和操作规程，下面，我们利用托盘天平 测量小石块和水的质量。 测量 实验目的 1. 用天平测量固体和液体的质量。 2. 练习使用托盘天平。 实验器材 安全 警示 托盘天平、配套砝码、小石块、水、烧杯。 轻拿轻放天平， 操作时也要小心， 实验原理与设计 不要弄脏天平，不 用天平测量液体的质量时，先用天平测出空烧 能用手直接拿砝码 杯的质量，然后把待测液体倒入烧杯中，再测出烧 或移动游码等。 杯和液体的总质量，最后计算出待测液体的质量。 实验步骤 1. 按照托盘天平使用说明放置并调节好天平。 2. 测量小石块的质量m 。估测确定小石块的质量小于天平称量，然后将 石 小石块放入天平左盘，根据对小石块估测的质量，从大到小选择恰当的砝码 放入右盘，调节游码，测得小石块质量（请对照使用说明操作）。重复测量多 次，把得到的数据记录在表5-1中。 3. 测量一定体积的水的质量 m 。先用天平测量空烧杯的质量 m ，重复 水 1 测量多次，把得到的数据记录在表 5-1 中；然后把一定体积的水倒入烧杯中， 再测量烧杯和水的总质量m ，重复测量多次，把得到的数据记录在表5-1中。 2 思考根据测量的数据怎样得出水的质量。 4. 测量完成后，将砝码放回砝码盒中，并将游码移至标尺的零刻度线。第二节　测量：物体的质量 113 表5-1 小石块和水的质量测量数据记录表 小石块的质量 空烧杯的质量 烧杯和水的总 水的质量 实验次数 m / kg m / kg 质量m / kg m / kg 石 1 2 水 第1次 第2次 第3次 平均值 实验结论 根据表 5-1 中记录的数据，计算并写出所 能按要求规范 素 测小石块和水的质量。 养 使用托盘天平等测 提 交流讨论 升 量工具，有精益求 1. 根据天平使用的注意事项，在取放砝码 精的科学态度，能 时必须用镊子，不能直接用手拿。若直接用手 反思实验过程与结 拿砝码，会产生什么问题？ 论，能认识提高实 2. 实验中为什么要从大到小选择恰当砝码 验精度的意义。 放入右盘？ 3. 如果我们要测量一枚大头针的质量，应该如何测量？ 作 业 1. 请完成“用托盘天平测量物体的质量”的实验报告，在实验报告中说 明如何调平天平、如何称量液体的质量等。 20 g 10 g 2. 用托盘天平测量一金属块的质量，按照正 5 g 确的实验步骤进行操作，当天平平衡时，右盘中 砝码的情况和游码在标尺上的位置如图5-11所 0 1 2 3 4 5 g 示，则金属块的质量为 g。 图5-11114 第五章 质量与密度 3. 请指出以下使用托盘天平时的说法或操作中有无错误，若有错，请说 明错误的原因。 （1）加减砝码时，可用手直接轻拿轻放砝码； （2）不允许把化学药品直接放在托盘中。 4. 一架托盘天平放在水平桌面上。某同学在调节横梁平衡时，发现指针 偏左。其原因可能是（ ）。 A. 游码不在标尺的零刻度线上 B. 平衡螺母偏右 C. 平衡螺母偏左 D. 右盘内有异物存在 5. 某同学在用调节好的托盘天平称一物体的质量时，在天平的右盘加了几 个砝码后，他发现：当放入质量最小的砝码时，指针偏右；若将这个砝码取出， 指针偏左。那么要测出物体的质量，该同学应采取的正确操作是 。 请提问 1. 天平使用时应注意哪些问题呢？ 2. 3. ……第第三三节节　　密密 度度 111155 第 三 节 密 度 自然界中的物质是多种多样的。人们常 本节要点 通过看、嗅、听、尝或触等方式直接鉴别一 能通过实验，理解密 些物质，但有时这种直接鉴别的方式行不 度，知道一些常见物质的 通。例如，你能直接判断奥运会金光闪闪的 密度；能将密度知识与其 金牌是纯金的吗？有什么方法能帮助你鉴别 在生产生活中的应用联系 呢？本节我们学习一种描述物质性质的物理 起来；能体会用物理量之 量——密度。 比建构物理概念的意义。 密度的概念 相同体积的同种物质，其质量相等。相同体积的不同物质，其质量是否相 等？例如，两个相同烧杯装有体积相等的“水”，一杯为纯水，另一杯为盐水， 哪杯“水”的质量更大？下面通过实验来验证你的猜想。 将这两杯“水”分别放置在天平的左、右盘（图 5-12），观察指针偏向中 央刻度线的左侧还是右侧。从实验观察，你能验证自己的猜想吗？ 图5-12 哪杯“水”的质量更大？116 第五章 质量与密度 若这两杯“水”体积不同，质量不同，不通过品尝还能如何鉴别？同种物 质的体积增大，其质量会相应增大，但质量与体积之比是否改变？能否通过物 体的质量与其体积之比进行区别？ 下面我们通过实验来探究这一问题。 做 中 学 探究不同物体的质量与体积之比 用天平测出不同体积的立方体铝块的质量，用刻度尺测量铝块 边长后算出体积，然后分别计算不同铝块的质量与体积之比，你可 得出什么结论？ 用类似方法测出某铜块（或铁块）的质量和体积，然后计算它 们的质量与体积之比，你又可得出什么结论？ 大量实验证明，同种物质的质量与其体积之比是一定的，不同物质的质 量与其体积之比一般是不同的。因此，质量与体积之比反映了物质的一种 特性。虽然实验中未对水和盐水进行测量，然而通过上述探究，相信你已经能 回答鉴别两杯“水”的方法，请说出你的想法。 在物理学中，把由某物质组成的物体的质量与其体积之比叫做这种物质的 密度（density）。由密度的定义可知，计算密度的公式为 ρ： 密度 m ρ = m： 质量 V V ： 体积 在国际单位制中，密度的单位是由质量单位和体积单位组合而成的，写作 “千克 / 米 3”，读作“千克每立方米”，用符号 kg/m3 或 kg·m-3 表示。日常生 活中，密度的单位还常用克 / 厘米 3，读作“克每立方厘米”，用符号 g/cm3 或 g·cm-3表示。 这两个单位的换算关系为1 g/cm3 = 1×103 kg/m3。第三节　密 度 117 科学书屋 常见物质的密度 自然界的物质种类很多，有的密度大，有的密度小。了解不同物 质的密度，不仅可鉴别它们，而且还能让它们各尽所能，服务人类。 表5-2给出了一些常见物质的密度。 表5-2 一些常见物质的密度* 物质（状态） 密度ρ/（kg·m-3） 物质（状态） 密度ρ/（kg·m-3） 金（固体） 19.3×103 纯水（液体） 1.0×103 银（固体） 10.5×103 柴油（液体） 0.85×103 铜（固体） 8.9×103 酒精（液体） 0.8×103 铁（固体） 7.9×103 汽油（液体） 0.71×103 二氧化碳（气体， 铝（固体） 2.7×103 0℃，1个标准 1.98 大气压） 氧（气体，0℃， 玻璃（固体） （2.4 ～ 2.8） ×103 1.43 1个标准大气压） 空气（气体， 冰（固体，0℃） 0.9×103 0℃，1个标准 1.29 大气压） 水蒸气（气体， 石蜡（固体） 0.9×103 100℃，1个标准 0.6 大气压） 氢（气体，0℃， 海水（液体） 1.03×103 0.09 1个标准大气压） *除特别说明外，表中数据均为常温常压下该物质的密度。118 第五章 质量与密度 密度知识的应用 能从运用密度 素 养 运用密度知识，可帮助人们鉴别物质，估 知识解决实际问题 提 升 测物体的体积或质量。例如，我们只要测出教 中获得成就感，能 室的长、宽、高，就可根据空气密度估测出教 为我国古人在水 室内空气的质量。 利工程上的智慧而 密度知识在生产生活中也有着广泛的应用。 骄傲。 例如，农业生产选种时配置盐水，食品工业中鉴 别牛奶的品质，航空器材常采用强度高、密度小 的材料，而机床底座则需要用坚固、密度大的材 料，这些都涉及密度的知识。再如，房间里的暖 气一般都安装在墙体的下部，其周围空气因受热 体积膨胀、密度变小而上升，温度低的冷空气就 从四面八方流过来，使房间的温度迅速升高。我 国古代著名水利工程都江堰（图5-13）飞沙堰的 排沙功能，就利用了水和沙石密度不同的原理。 图5-13 都江堰 例题 策略提炼 某同学获得了一枚金牌。他想知道该金牌 解决与密度有关的 是否是纯金的，于是利用实验室里的器材测出该 问题时，通常会涉及物 金牌的质量为44.5 g，体积为5 cm3。请根据这些 体的质量与体积，计算 数据判断该金牌是否是纯金的，并写出理由。 时注意它们的单位与密 分析 度单位是否一致。 本题中已知金牌质量和体积。可根据密度公 判断物体是否由某 式算出该金牌的密度，然后与纯金的密度进行 种材料组成，将算出的 比较，从而判断金牌是否是纯金的。 密度与该材料的物质密 解 度进行对比，便可鉴别。 由题意，金牌质量m = 44.5 g，体积V = 5 cm3。第三节　密 度 119 根据密度公式，该金牌的密度为 m 44.5 g ρ = = = 8.9 g/cm3 = 8.9×103 kg/m3 V 5 cm3 查密度表可知纯金的密度为19.3×103 kg/m3。 因此，可判断该金牌不是纯金的。 讨论 假设这块体积为 5 cm3 的金牌是纯金的，它的质量应该有多大？有经验的 师傅，用手掂一掂金牌，也可粗略判断其是否是纯金的。这是为什么？ 物 理 聊 吧 铜线（图 5—14）是工程技术中常用的材 料。某型号裸铜线的横截面积为 4 mm2，如 果一卷铜线的质量为 10 kg，你能估算这卷铜 线有多长吗？跟同学交流一下你的想法和估 算结果。 图5-14 铜线 作 业 1. 一个实心铝块的质量为 27 g，体积为 10 cm3，则该铝块的密度为 g/cm3 = kg/m3。将这个铝块削去一半，剩下铝块的 质量为 g，密度为 g/cm3。 2. 一个体积是40 cm3 的铁球，质量是 156 g，请判断这个铁球是否是实心 铁球，并给出证据。（ρ = 7.8 × 103 kg/m3） 铁 3. 在工业设计等领域，常将3D 打印用于制造模型。某同学选用某种塑料 来打印自己设计的作品。 （1）若这种塑料的体积为10 cm3时，质量为10.5 g，求这种塑料的密度； （2）若用该材料打印出来作品的质量是42 g，估算所消耗塑料的体积。120 第五章 质量与密度 4. 有一块花岗岩碑石，其体积为 3 m3。为了计算其质量，有人找了一小 块同种花岗岩样品，测得该样品的质量为 14 g，体积为5 cm3。利用这些数据， 你能算出该花岗岩碑石的质量吗？ m 5. 小明同学学习密度公式 ρ = 后认为，从该公式看，可以推出“某种物 V 质的密度与其质量成正比，与其体积成反比”的结论。你认为这种推论对吗？ 为什么？ 6. 若近似认为人体的密度等于水的密度，请根据你的质量估算一下自己 身体的体积。 请提问 1. 怎样通过物质密度来鉴别钻石？ 2. 3. ……第第四四节节　　测测量量：：固固体体和和液液体体的的密密度度 112211 第 四 节 测量：固体和液体的密度 本节要点 生产生活中，常常需要根据 能完成“测量固体和液体的 密度的大小鉴别物质、选择材料， 密度”的实验，会制订实验方案， 因此需要测量物质的密度。那么， 获得实验数据，得出测量结果， 怎样才能科学地测量物质的密度 有分析实验误差的意识，能完成 呢？本节我们学习测量固体和液 实验报告。 体密度的方法。 测量 实验目的 安全 警示 1. 学会用量筒和量杯测量液体的体积。 2. 测量不规则小石块和自制盐水的密度。 使用量筒和量 杯时轻拿轻放、规 实验器材 范操作，避免打碎。 天平、烧杯、量筒、量杯、细线、不规则小石块等。 实验原理与设计 m 根据密度公式 ρ= 可知，测出固体或液体的质量和 V 体积，就可计算出这种物质的密度。物体的质量我们可用 天平进行测量，那么物体的体积我们应该怎么测量呢？ 在实验室中，常用来测量液体体积的工具是量筒和 量杯，如图5-15所示。量筒和量杯的壁上均有刻度，相 邻两条刻度线之间的数值为分度值，表示量筒或量杯测 量的精确程度。量筒或量杯的壁上标有 100 mL、200 mL 或500 mL 等字样，表示量筒或量杯的最大测量值。 图5-15 量筒和量杯122 第五章 质量与密度 使用量筒测量液体体积时，若液面 出现下凹或上凸情形，观察者读数时， 其视线应与下凹液面的最低处或上凸液 面的最高处在同一水平线上。图 5-16 中 是液面下凹时的读数方法，请你读一读， 此时的刻度值是多少。 图5-16 正确读取数据 对于不规则小石块的体积，我们也可借助量筒或量杯进行测量。那么，怎 样用量筒或量杯测出不规则小石块的体积呢？想一想，与同学交流你的想法。 实验步骤 1. 测量不规则小石块的密度。 （1）用天平测量并记录小石块的质量m； （2）在量筒中加入适量的水，将此时液面的刻度值V 记录到表5-3中； 1 （3）将小石块浸没在量筒的水中，将此时液面的刻度值V 记录到表5-3中； 2 （4）重复以上步骤，多次测量。 表5-3 小石块的密度测量数据记录表 放入石块前量 放入石块后量 小石块的 小石块的 小石块的密度 实验次数 筒中液面的刻 筒中液面的刻 体积 质量m/g ρ/（kg·m-3） 度值V /mL 度值V /mL V/cm3 1 2 第1次 第2次 第3次 …… 2. 测量盐水的密度。 （1）在烧杯内倒入适量盐水，用天平测量并记录烧杯和盐水的总质量m； 1 （2）从烧杯中倒出一些盐水到量筒中，再用天平测量烧杯和剩余盐水 的总质量m ，并将结果记录到表5-4中； 2 （3）读出倒入量筒中的盐水体积V，并将结果记录到表5-4中；第四节　测量：固体和液体的密度 123 （4）重复以上步骤，多次测量。 表5-4 盐水的密度测量数据记录表 烧杯和盐 倒出一些盐水后 倒入量筒中 倒入量筒中 盐水的密度 实验次数 水的总质 烧杯和剩余盐水 的盐水质量 的盐水体积 ρ/（kg·m-3） 量m /g 的总质量m /g m/g V/mL 1 2 第1次 第2次 第3次 …… 实验结论 根据实验数据，分别计算出小石块和盐 知道实验中多 素 水的密度。 养 次测量的意义，能体 提 交流讨论 升 会间接测量物理量 1. 测量小石块密度时，可否先利用量筒测 的思维方法。 其体积，然后用天平测质量？为什么？ 2. 讨论出现测量误差的原因。 学科综合 如何挑选一个果汁多、口感好的柚子？ 柚子（图5—17）是人们喜食的水果之一。卖柚子的果农说：柚子 好不好吃，与其所含水分的多少有关， 所以尽量挑偏“重”一点的，这样柚子 的果汁多，成熟度高，吃起来也比较甜。 请查阅资料，了解柚子树的生物 学特征及柚子的营养价值。 结合查阅的资料，从学科综合的角度 分析果农的说法是否有道理，为什么？ 图5-17 柚子124 第五章 质量与密度 作 业 1. 请完成“测量固体和液体的密度”的实验报告，在报告中说明你是如 何测量小石块和盐水密度的。 2. 为了探究物质的某种特性，某同学在实验中测得4组数据，见表5-5。 表5-5 实验序号 物 体 质量m/g 体积V/cm3 质量 m （g·cm-3 ） 体积 V 1 铝块1 54 20 2.7 2 铝块2 108 40 2.7 3 松木块1 108 216 4 松木块2 10 20 0.5 （1）表中的空格应填 ，比较第 1、2 次的实验数据，可得结论： 同种物质的质量与它的体积的比值 ； （2）比较第 2、3 次数据，可得结论：质量相同的不同物质，通常体积 ； （3）比较第 1、4 次数据，可得结论：体积相同的不同物质，通常质量 。 3. 如图 5-18 所示为甲、乙两种物质的质量 m / g 甲 与体积关系图像，则这两种物质的密度之比 ρ ∶ 30 甲 ρ = ______。 乙 20 乙 4. 用天平和量筒测一石块的密度。在调节天 10 平平衡时发现指针偏向分度盘的左侧，此时应将 平衡螺母向 _____ 端调节使天平平衡；然后用调 0 10 20 30 V / cm3 节好的天平测石块的质量，天平平衡时右盘中砝 图5-18 码的情况、游码在标尺上的位置如图5-19（a）所示，石块的质量为____ g；最 后用量筒测出石块的体积如图5-19（b）所示，则石块的密度为_______ kg/m3。 若不小心将砝码和石块放反，则石块的实际密度为 _______ kg/m3。第四节　测量：固体和液体的密度 125 20 g 20 g 0 1 2 3 4 5 g （a） （b） 图5-19 5. 小明测量某种液体密度的主要实验步骤如下： （1）用已调节好的天平测量出空烧杯的质量为m ； 1 （2）将适量的待测液体倒入空烧杯中，测出烧杯和液体的总质量为m ； 2 （3）将烧杯中的液体全部倒入量筒中，测出液体的体积为V。 请根据小明的实验步骤写出计算该种液体密度的表达式 ___________。请 分析小明的实验步骤产生误差的主要原因，并提出优化措施。 6. 蜡块会漂浮在水面上，用天平和量筒能不能测量它的密度呢？请写出 实验设计和实验步骤。 请提问 1. 在测量固体和液体密度的实验中，主要误差来源有哪些？ 2. 3. ……跨学科 112266 第五章 质量与密度 实 践 制作水油沙漏 问题缘起 沙漏也叫做沙钟，是古代一种测量时间的装 置（图 5-20）。当沙漏竖直放置并稳定后，其上 部的细沙穿过狭窄管道流入下端空腔体，人们以 此过程所耗时间来计时。如今沙漏的形态、颜色 等皆有不少变化，下面我们动手制作一个水油沙 漏，感受一下沙漏计时吧。 活动方案 本活动涉及密度、沙漏及其在历史上发挥的 作用等相关知识，还涉及手工制作技能等。 图5-20 早期沙漏 任务一：查阅资料并准备器材。查阅沙漏的 安全 警示 发明史、水油沙漏的原理等。 任务二：动手制作水油沙漏。选取两个相同 谨慎使用剪刀， 的透明瓶子，将两瓶盖顶部粘接并在中间开孔， 并注意实验过程中任 把两段吸管插入孔中，密封吸管与孔间缝隙。在 何物品均不可食用。 一个瓶中装满染有颜色的水，拧上瓶盖，在另一 个瓶中装满油。把带有瓶盖的水瓶快速旋转拧在油瓶上，将装有油的瓶子 置于底层放置。你也可用自己的方法设计并制作水油沙漏。 交流评价 各小组展示自制沙漏及其与现代钟表对应的时间，讨论如何提高沙漏 计时的准确性和美观度等。 拓展研究 我国古人很早就利用阳光下物体影子的变化来判断时间。殷商时期的 甲骨文，已有使用圭表的记载。请查阅资料并制作一个“太阳钟”。本章练习 127 本章练习 科学认知与辨析 1. 一个钢瓶里装有压缩气体，当从钢瓶中放出部分气体后，瓶中剩余气 体（ ）。 A. 质量和密度都减小 B. 质量减小，密度不变 C. 质量不变，密度减小 D. 质量和密度都不变 2. 若空气的密度为 1.29 kg/m3，请估算你所在的教室内空气的质量大约 为多少？ 3. 某地有一水库，已知它的最大容积是7.5×106 m3，那么，这个水库最多 可以储存多少吨水？ 4. 建筑工地需要 40 m3 的沙子，为了估测沙子的密度，用一个质量为 1 kg的空桶装满水，测得桶和水的总质量为13 kg。倒去水后，再用这个桶装 满沙子（沙面沿桶口抹平），测得桶和沙子的总质量为19 kg。求： （1）桶的容积和沙子的密度； （2）若用一辆载重4 t的卡车将沙子运送到工地，至少要运多少车？ 5. 某同学买了一只茶壶，如图 5-21 所示。她听说该茶壶是用特有的泥 土材料烧制而成的，很想知道这种材料烧制后的密 度。于是，她用天平测出整个茶壶的质量为 159 g， 其中壶盖的质量为 44.4 g，她把壶盖浸没在装满水的 溢水杯中，并测得溢出水的质量是 14.8 g，则： 图5-21 （1）这种材料烧制后的密度是多少？ （2）该茶壶所用材料的体积为多大？ 6.* 空心砖在建筑施工中广泛使用。如图5-22 所 示，质量为 3.6 kg 的某型号空心砖，空心部分占空心 砖长方体外形总体积的40%。求： 20 cm （1）该砖材料的密度； （2）一块空心砖将比同规格实心砖节约多少材料？ mc 51 m 0 c 1 图5-22128 第五章 质量与密度 7.* 分别用铜、铁、铝制成体积相同、质量相等的空心球，比较它们空 心部分的体积，哪个最大？为什么？ A. 铜球 B. 铁球 C. 铝球 D. 三个球相同 8. 小朗同学打乒乓球时，不小心将球踩瘪了，但没有破裂。对于球内的 气体而言，哪些物理量发生了变化？是变大还是变小了？ 科学实验 9. 某同学利用天平和量筒对一个小吊坠的材质进行鉴定。 （1）他将解去挂绳的小吊坠放在左盘，往右盘加减砝码，当最后放入5 g 的砝码时，发现指针指在分度盘中线的右侧，则他下一步的操作是 ________ __________________________________________________________________； （2）天平再次平衡后，右盘中砝码的情况和游码在标尺上的位置如图 5-23（a）所示，则该小吊坠的质量为________ g； （3）先向量筒中加入 30 mL 的 水，将重新系好挂绳的小吊坠轻放入 量筒中，水面如图5-23（b）所示， 则小吊坠的体积为_________ cm3； 20 g （4）该同学分析发现小吊坠密 度的测量值跟真实值相比 ________ （选填“偏大”“偏小”或“一样 0 1 2 3 4 5 g 大”），因为 ____________________ （a） （b） _______________________________。 图5-23 本 章 总 结 本章的要点有第六章 熟悉而陌生的力 第一节 力及其描述 第二节 测量：用弹簧测力计测量力 第三节 来自地球的力 第四节 探 究：滑动摩擦力大小与 哪些因素有关 实 践 创作飞天科幻故事 本章学业要求 能通过常见事例或实验，了解重力、 弹力和摩擦力，认识力的作用效果；能 运用力的知识解释常见的相关现象、解 决简单的力学问题。 能运用科学推理的方法，归纳出与 力现象有关的共性；能通过证据得出结 论，有质疑和创新的意识。 能完成“用弹簧测力计测量力”“探 究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的 实验；能根据实验数据得出结论。 思考：飞行的足球 撞上球网会受到力 知道科学发展无止境；能在探究中 的作用……这些力熟 养成大胆猜想、小心求证的科学态度， 悉而又陌生，它们 能体会应用物理知识解决实际问题的喜 有何特点？怎样描 悦，感受物理学对生产生活的影响。 述力？113300 第第六六章章 熟熟悉悉而而陌陌生生的的力力 第 一 节 力及其描述 宇宙万物都存在着相互作用——力。力 本节要点 是什么？有怎样的作用效果？怎么描述力？本 能通过实验，认识力 节我们将学习有关内容。 的作用是相互的，知道力 的三要素，会画力的示意 力是什么 图，知道力的作用效果；能 解释与力有关的常见现象。 物理学中，力的概念是从大量与力相关 的自然、生活、生产现象中归纳、概括出来的。我们通常将物体之间的推、 拉、举、压、排斥、吸引等都叫做物体之间的作用。 物 理 聊 吧 请仔细观察和分析图6-1，你能找出它们有哪些共同的地方吗？ （a）推土机推走泥土 （b）渔翁拉起渔网 （c）运动员举起杠铃 （d）象压跷跷板 （e）同名磁极相互排斥 （f）橡胶棒吸引纸屑 图6-1 各种各样的力现象第一节 力及其描述 131 分析图 6-1 可发现，这些力现象里，有一个共同点，那就是一个物体对 另一个物体施加了作用。因此，我们可以说力（force）是一个物体对另一个 物体的作用。力通常用字母F表示。 通过分析，我们还会发现，凡是讨论力现象，总会涉及两个物体：一个是 施力物体，一个是受力物体。运动员举起杠铃，运动员是施力物体，杠铃是受 力物体。你能指出图6-1 的其他几幅图里，谁是施力物体，谁是受力物体吗？ 施力物体是否也会受到力的作用呢？ 做 中 学 感受力的作用是相互的 请同学们用手拍桌子、两手互拍、拉橡皮筋、提书包……体会 施力与受力的感觉（图6-2）。你认为力的作用有什么特点？ F 1 F 2 F 2 F 1 F 2 F 2 F 1 F 1 （a）用手拍桌子 （b）两手互拍 （c）拉橡皮筋 （d）提书包 图6-2 力的相互作用 大量事实说明：甲物体对乙物体施力时，乙物体对甲物体也施力，即 力的作用是相互的。 力的作用效果 力可以产生哪些作用效果呢？ 如图 6-3 所示，用手拉弓，弓的形状会发生改变；在图 6-4 所示的运动 场中，当同学用脚踢球或用头顶球时，球的运动状态（运动快慢或方向）会发 生改变。132 第六章 熟悉而陌生的力 图6-3 拉弓，使弓变形 图6-4 踢球或顶球，使球的运动状态改变 大量事实表明： 力可以使物体的形状发生改变，也可以使物体的 运动状态发生改变。 力的描述 力的作用效果与哪些因素有关呢？请结合以下情境和同学们的生活经验， 进行交流与讨论。 小孩力气小，很难拉开两根弹簧；成年人力气大，很容易拉开三根弹簧 （图6-5）。用大小相同、方向不同的力作用在弹簧上，可使弹簧压短，也可将 弹簧拉长（图6-6）。大小、方向都相同的力作用在门上的不同位置，即力的作用 点不同时，推门的效果相同吗（图6-7）？ F F 图6-5 不同大小力的 图6-6 不同方向力的 图6-7 不同作用点力的 作用效果 作用效果 作用效果第一节 力及其描述 133 大量实例说明： 影响力的作用效果的因素有三个，即力的大小、 方向和作用点。在物理学中，把它们叫做力的三要素。 在物理学中，力的单位是牛顿，简称牛，用符号 N 表示。这个单位是为 了纪念英国科学家牛顿而命名的。 1 N 的力有多大呢？它大约是托起两个鸡蛋所需的力。图 6-8 表示了一些 力的大小。 （a）蚂蚁拉动树叶的 （b）托起两个鸡蛋用的 拉力约10-3 Ｎ 力约1 Ｎ （c）扛50 kg化肥用的 （d）大型拖拉机的牵引力约 （e）长征系列运载火箭的推力 力约5×102 Ｎ 3×104 N 约9×106 Ｎ 图6-8 一些力的大小 物理学中通常用一条带箭头的线段表示力。在受力物体上沿力的方向画一 条带箭头的线段，箭头表示力的方向，线段的起点或终点表示力的作用点。在 同一图中，线段越长表示力越大。这种表示力的方式 叫力的示意图。有时候，还可以在力的示意图附近标 注力的大小。这样标注后，一根小小的带箭头的线段 就把力的三要素（大小、方向和作用点）都表现出来 2 N 了（图6-9）。 图6-9 力的示意图134 第六章 熟悉而陌生的力 拓展一步 在物理学中，为了更准确地描述和比较力， F 1 N 常用力的图示。如图6-10所示，先规定单位长 度的线段表示力的大小，然后用一条带箭头的线 段来表示力：线段的长短表示力的大小，箭头指 向表示力的方向，线段的起点或终点表示力的 作用点。如图6-10所示，手托书的力的大小是 3 N，方向竖直向上，线段的起点或终点表示力 图6-10 力的图示 的作用点。可见，与力的示意图相比，力的图示能够更为准确地把力 的三要素都表现出来。 科学书屋 牛 顿 牛顿（图6-11）是英国著名的物理学家和数学 家。他在力学、光学、天文学与数学等领域有许多 杰出的贡献。他发现了万有引力定律和光的色散， 总结了牛顿运动三定律，奠定了经典物理学的基础。 在剑桥大学学习时，牛顿逐渐对多个领域进 行深入探索。他深入学习了数学知识并发明微积 分，这为他后来的物理学研究提供了坚实的基础； 他通过亲自实验，得到了一系列结论，批判了当 图6-11 牛顿 时占主流地位的笛卡尔的光学观点；他认真继承前人的学说，同时勇 于质疑。 我们应像牛顿那样，对科学探索充满兴趣，通过观察与实验来揭 示自然之谜，在探索的道路上坚持真理、积极创新。第一节 力及其描述 135 作 业 1. 运动员用网球拍击球时（图 6-12），球和网球拍的形状都发生了改变。 这说明什么？网球拍使球的运动方向和速度大小发生了变化，这又说明什么？ 图6-12 图6-13 2. 一本书放在水平桌面上（图6-13），书受到桌面的支持力F，这个力的 施力物体和受力物体分别是什么？桌面受到书的压力 F'，这个力的施力物体和 受力物体又分别是什么？如果这两个力的大小都是 5 N，请画出这两个力的示 意图。 3.同学们轻轻拿起物理课本所需的力约为（ ）。 A. 0.5 N B. 5 N C. 50 N D. 500 N 4. 小张同学做了一个实验，来验证力的三要素对力的作用效果的影响。 拉住一根金属条，使其发生图 6-14 中四种形变（F = F = F ＞ F ），由此说 1 3 4 2 明力的作用效果： F 4 F F F 1 2 3 （a） （b） （c） （d） 图6-14 （1）跟力的大小有关的图是图______和图______； （2）跟力的方向有关的图是图______和图______； （3）跟力的作用点有关的图是图______和图______。136 第六章 熟悉而陌生的力 5. 在2020东京奥运会皮划艇静水女子500 m 双人划艇决赛中（图6-15），中国组合夺冠并创 下了新的奥运会纪录。在比赛时，她们为什么要 不停地向后划水？ 6. 现给你一块长木板、一个小木块、一颗 小钢珠、两块磁体、两辆小车、两个皮球，请你 图6-15 从中任选器材设计几个实验，说明以下力学知识。 （1）力的作用是相互的； （2）力可以改变物体的形状； （3）力可以改变物体的运动状态。 7. 在扁形玻璃瓶中装满红墨水，将穿有细 玻璃管的软木塞塞紧瓶口，分别捏瓶身扁的两 侧和宽的两侧（图 6-16），分别观察细玻璃管 中红墨水的变化。观察到的现象说明了什么？ 为什么？ 图6-16 请提问 1. 我国古人对“力”有怎样的描述？ 2. 3. ……第第二二节节 测测量量：：用用弹弹簧簧测测力力计计测测量量力力 113377 第 二 节 测量：用弹簧测力计测量力 拉拉弹簧、捏捏气球，你会发现若要把 本节要点 弹簧拉得更长、把气球捏得更扁，需要的力 能认识弹力及其产生的 会更大。那么，是否可利用物体形状改变的 条件，知道不同类别的弹簧 程度来测量力的大小？本节我们学习与弹力 测力计，能完成“用弹簧测 相关的内容。 力计测量力”的实验，会正 确使用弹簧测力计测量力， 弹力 能完成实验报告。 如图 6-17 所示，运动员向下压跳板，跳板受压后变弯，发生形变。同 时，由于力的作用是相互的，变弯的跳板也在向上推运动员。在图 6-6 中， 当用手压（或拉）弹簧时，弹簧受力发生弹性形变；同样，由于力的作用是相 互的，弹簧对手也产生一个推（或拉）的力。这说明，物体发生弹性形变后会 产生力。这种因物体发生弹性形变而产生的力叫做弹力（elastic force）。 加油站 物理学中将物体受到外 力而发生的形状变化称为形 变。若撤去外力，物体能自 动恢复原状，则称这种形变 为弹性形变；不能自动恢复 原状，则称为范性形变。 图6-17 跳板的弹力将运动员弹起138 第六章 熟悉而陌生的力 飞行的足球撞上球网时，就会受到球网施加的弹力。发生形变的其他物 体，如拉弯的弓、拉长的橡皮筋、被挤压的皮球等，也会产生弹力。放在桌面 上的书受到桌面对它的支持力，桌面受到书的压力。我们通常说的拉力、支持 力、压力等都是弹力。 认识弹簧测力计 弹簧测力计（图6-18）是一种常用的测量力的大 刻 外壳 度 小的工具，观察图6-18（a）可知，弹簧测力计主要由 盘 弹簧 弹 簧 弹簧、挂钩、指针和刻度盘等组成。 N 0 0 指针 在一定的范围内拉伸弹簧时，弹簧受到的拉力 1 1 2 2 越大，弹簧的伸长量就越大。因此，弹簧的伸长量 3 3 4 4 能反映弹力的大小。弹簧测力计就是根据弹簧的这 5 5 挂钩 一性质制成的。 在使用弹簧测力计时，应注意弹簧测力计的测量 （a） （b） 图6-18 弹簧测力计 范围（量程），待测力的大小应在量程之内；注意弹 簧测力计的刻度，了解每一大格表示多少牛，每一小 格表示多少牛（分度值）；使用前要检查指针与零刻 度线是否对齐，若没有对齐，要调节至对齐（校零）。 测量时，要使测力计内弹簧的轴线跟所测的力在一条 直线上，弹簧不能靠在刻度盘上。只有科学地使用弹 簧测力计，才能准确测出力的大小。 为了满足不同的测力需要，人们还制造了其他 形式的测力计，如生活中常见的握力计和拉力计等 图6-19 握力计和拉力计 （图6-19）。 实验：用弹簧测力计测量力 下面，我们通过实验来练习怎样使用弹簧测力计测量力的大小。第二节 测量：用弹簧测力计测量力 139 测量 实验目的 安全 警示 1. 了解弹簧测力计的构造，学会使用弹簧测 注意测量时不 力计。 能超过弹簧测力计 2. 用弹簧测力计测量力的大小。 的量程，不要损坏 实验器材 弹簧。小心悬挂被 弹簧测力计、钩码。 测物。 实验步骤 1. 观察弹簧测力计，明确其量程及分度值。 2. 检查弹簧测力计指针与零刻度线是否对齐。 若没有对齐，把指针调节到零刻度线上。 3. 将钩码悬挂于弹簧测力计挂钩上（图6-20）， 读出钩码对弹簧测力计的拉力 F，将测量结果记录 在自己设计的表格中。重复实验。 实验结论 图6-20 用弹簧测力计 写出你的测量结果。 测量力 交流讨论 能将弹簧测 素 1. 若将钩码换成物理教科书，怎样测量书对弹 养 力计的实验操作 提 簧测力计的拉力？ 升 方法与技能应用 2. 怎样粗略测量一根细棉线能承受的最大拉力？ 于解决日常生活 3. 用两个弹簧测力计在水平方向上互相拉，两 中的简单问题。 个测力计的示数有什么关系？ 作 业 1. 请完成“用弹簧测力计测量力”的实验报告，在报告中简要说明弹簧 测力计测量力的道理，并回答“交流讨论”中列出的问题。140 第六章 熟悉而陌生的力 2. 在撑竿跳高运动中，运动员起跳后，撑竿被压弯（图 6-21），在这个 现象中，撑竿发生的是什么形变？说明你的理由。 3. 如图 6-22 所示，用手拉弹簧测力计时，弹簧测力计的弹簧发生形变 后会对手施加一个作用力，这个力是 力，它的方向与手的拉力方 向 。 N 0 0 N 1 1 0 0 2 2 1 1 3 3 2 2 4 4 3 3 5 5 4 4 5 5 图6-21 图6-22 图6-23 4. 如图 6-23 所示，弹簧测力计的测量范围（量程）是 N，指 针所指的示数是 N。 5. 某同学用橡胶握力器（图 6-24）进行锻炼时发 现，可轻松地让握力器发生形变，但很难将握力器完 全“捏扁”。你能解释为什么吗？ 6. 有同学认为“使用弹簧测力计时，弹簧测力计 必须竖直放置，不得倾斜”，这种看法是否正确？做实 验验证你的看法。 图6-24 7. 用橡皮筋、回形针、棉线、小瓶盖、牙膏盒、铁丝、钩码和刻度尺等， 动手做一个橡皮筋测力计。观察并记录橡皮筋的伸长量与钩码个数的关系。 请提问 1. 怎么判断弹力的方向？ ……第第三三节节 来来自自地地球球的的力力 114411 第 三 节 来自地球的力 生活中我们常见到这样的现象，熟 本节要点 透了的苹果自动从树上落下（图6-25）， 能通过实验，认识重 河水由高处向低处流，向空中踢出的足 力，知道重力大小与质量 球落向地面……这究竟是什么原因？本 的关系；能用重力及重心 节我们学习来自地球的作用力——重力。 等解释生产生活中的相关 现象，有兴趣探索人类在 重力的大小 太空中的失重问题。 重力（gravity）是地球附近一切物 体都受到的力，它是由于地球对物体的 吸引而产生的。重力的施力物体是地 球。正是由于重力的作用，苹果会落下， 水会往低处流，抛出去的物体会落向 地面。 物体所受重力大小可用弹簧测力计 测量。把物体悬挂在竖直放置的弹簧测 图6-25 苹果为何往地面落 力计的挂钩上，当物体静止时，弹簧测 力计的示数就可看成物体所受重力的 大小。 加油站 生活经验告诉我们，用手提起质量 用手提某物体，当 越大的物体，用的力越大。这说明质量越 物体静止时，手对物体 大的物体，所受重力越大。物体所受重力 的拉力大小等于物体重 的大小与物体质量之间有什么关系呢？下 力的大小。 面，我们通过实验进行探究。142 第六章 熟悉而陌生的力 做 中 学 探究重力与质量的关系 将弹簧测力计竖直放置并调零，然后在其挂钩上依次增加 1 个 相同的钩码（图 6-26），待钩码重新静止后记下弹簧测力计的每一 次示数（等于钩码所受重力的大小）。分析钩码所受重力的大小与其 质量的关系，你可得出什么结论？ 图6-26 探究重力与质量关系的实验 大量实验表明： 物体所受重力的大小与它的质量成正比，其比值 是定值，约等于9.8 N/kg。 若用 G 表示重力，m 表示质量，g 表示重力与质量之比，则地球附近物体 所受重力的大小与其质量的关系可用如下式子表示： G = g 或 G = mg m第三节 来自地球的力 143 在精确度要求不高的情况下，g 可取 10 N/kg，即质量为 1 kg 的物体，所 受重力的大小约为10 N。 拓展一步 在地球上不同纬度的地方测定的g稍有差异，在不同星体上测定的 g差异更大。例如，同一航天员在月球上受到的“重力”大约是在地球 1 1 上受到的重力的 ，也就是说，月球上的g 大约是地球上g 的 。 月 地 6 6 例题 小张同学的质量是 50 kg，他受到的重力是多少牛？小王同学受到的重力 是392 N，她的质量是多少千克？ 分析 知道小张同学的质量，可根据 G = mg 求他受到的重力；知道小王同学受 G 到的重力，可由 m = 求她的质量。 g 解 由题意，小张的质量m = 50 kg，小王受到的重力G = 392 N。 1 2 根据公式G = mg，小张受到的重力为 策略提炼 G = m g = 50 kg×9.8 N/kg = 490 N 1 1 利用物理公式 小王的质量为 求解问题时，可以 G 392 N 根据需要对公式进 m = 2 = = 40 kg 2 g 9.8 N/kg 行适当的数学变形， 所以，小张同学受到的重力是 490 N，小王同学 再代入已知量求解 的质量是40 kg。 未知量。 讨论 仿照上例，算一算自己受到的重力。请对照《国家学生体质健康标准》， 看看自己的体重是否符合要求，并为自己拟定一个健康饮食和锻炼的计划。144 第六章 熟悉而陌生的力 科学书屋 失 重 天宫空间站中的航天员处于漂浮状态，他们受到重力的作用吗？ 重力是由于地球对附近一切物体的吸引而产生的，只要航天员还 在地球附近，就会受到地球的吸引作用，即受到重力。但由于航天员 随空间站绕地球做圆周运动，看起来就像没受重力，这种状态通常称 为失重（图6-27）。 在失重状态下，许多我们平 时习以为常的事情都变得不一 样。例如，水无法直接“倒”进 嘴里，航天员喝水只能靠“吸”； 人不再有上和下的概念，睡觉也 不需要躺下……失重环境还对材 图6-27 失重状态 料、生物学研究具有重大意义。 请同学们思考，利用失重环境可做些什么研究？也许你的设计会被选 中作为太空实验项目哟。 重力的方向 如果你留意生活中与重力作用相关的现象，就不 难发现重力的方向是怎样的。例如，悬挂电灯的电线 静止时总是竖直下垂的（图6-28）；原本在手中静止 的物体，松手后总是竖直向下落的。这些现象表明： 重力的方向总是竖直向下的。 图6-28 悬挂电灯的电线第三节 来自地球的力 145 在一根线下吊一个重物，就做成一根重垂线。重垂线可指示重力的方向 （竖直向下），这一特点被人们广泛应用于生产生活实践。例如，利用重垂线可 检查工作台面是否水平、墙壁上的画是否挂正（图 6-29），在建筑施工中可检 查所砌墙是否竖直。同学们还能再举出一些重垂线的应用例子吗？ （a） 用重垂线检查工作 （b） 用重垂线检查墙壁上 台面是否水平 的画是否挂正 图6-29 重垂线的应用 重力的作用点—重心 物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，各部分受到的重力就好像 集中作用在一个点上，这个点就叫做物体的重心（center of gravity）。试试看， 能否找出铅笔、直尺、三角板、量角器等文具重心的大致位置。 质量分布均匀、形状规则的物体的重心，就在它的几何中心上。例如，质 量分布均匀的球或长方体，其重心在球心或几何中心（图6-30）。 把汤匙放在手指上，仔细调节支撑汤匙的支点，使其在手指上平衡，由此 可确定汤匙的重心就在过支点的竖直线上（图 6-31）。为了方便分析，在受力 物体上画力的示意图时，常将力的作用点画在物体重心上。 图6-30 规则物体的重心 图6-31 汤匙的重心146 第六章 熟悉而陌生的力 拓展一步 对于形状不规则的薄板，我们可利用悬挂法找出它重心的 位置。如图 6-32 所示，将薄板用细线悬挂起来，静止后，过悬挂 点 A 画一条沿细线方向的线段 AB； 然后换一个悬挂点，再次静止悬 挂，用同样的方法画出线段 CD。 C A AB 和 CD 的交点 E，就是薄板的 A E 重心。 B B D 请你动手试试，并用铅笔或手 指顶住重心，看看薄板能否平衡。 图6-32 找重心 科学书屋 提高物体稳定程度的诀窍 提高物体稳定程度的方法主要有两种：一是增大支撑面；二是降低 重心。 例如，起重机放下支脚以增大支撑面、加重台灯底座以降低重心 （图 6-33）。各种车辆都把底盘做得重，重心降得低；用卡车装货时， 重的货物装在下面，轻的装在上面，且货物不能装得过高。 （a）起重机 （b）台灯 图6-33 提高物体稳定程度的实例第三节 来自地球的力 147 如果能把重心降到支撑点以下，还可以制作出一些有趣的小玩具。 例如，小艄公手中的船桨很重，使小艄公的重心降到了支撑点以 下（图 6-34）。在娃娃的手上和鸟的尾巴上固定一个螺帽，就可以把 它们的重心降到支撑点以下（图 6-35）。还有各式各样的“不倒翁”， 皆巧妙利用了降低重心位置的方法。 螺帽 螺帽 图6-34 不会倒的小艄公 图6-35 不可思议的平衡 作 业 1. 当你站在水平地面上时，你会受到哪些力的作用？请分别指出这些力 的施力物体。 2. 质量是 10 kg 的物体，受到的重力是多少？一个物体受到的重力是 1 N，它的质量又是多少？（g取10 N/kg） 3. 如图 6-36 所示，滑梯上有一重 300 N 的小孩正 在玩耍，请画出小孩所受重力的示意图。 4. 关于物体的重心，下列说法中正确的是（ ）。 A. 任何物体的重心都一定在这个物体上 B. 重心的位置只与物体的形状有关 C. 物体重心的位置一定会随物体形状改变而改变 图6-36 D. 质量分布均匀且形状规则的物体，其重心在物体的几何中心148 第六章 熟悉而陌生的力 5. 请根据“做中学”得到的实验数据，以质量为横坐标、重力为纵坐标 描点并连接这些点，在图 6-37 中作出重力随质量变化的图像。由图像判断， 物体所受的重力跟它的质量之间有什么关系？ G / N O m / kg 图6-37 图6-38 6.* 取 3 瓣大蒜，用牙签将它们按图 6-38 中的方式连接起来，就可以做 成一个“大蒜宝宝”。轻推大蒜宝宝，它可以在瓶盖上来回摆动，不会倾倒。 请解释这一现象。 请提问 1. 假如失去了重力，将会出现什么现象？ 2. 3. ……第第四四节节 探探究究：：滑滑动动摩摩擦擦力力大大小小与与哪哪些些因因素素有有关关 114499 第 四 节 探究：滑动摩擦力大小与 哪些因素有关 你是否注意过这样的现象：推一下课桌上 本节要点 的书，书滑动了，但很快会停下来；冰壶比赛 能完成“探究滑动摩 中，运动员松手后，冰壶在水平冰面上滑行， 擦力大小与哪些因素有 最终也会停下来（图6-39）。这是为什么呢？ 关”的实验，能收集数 本节我们将学习有关内容。 据，得出结论，能完成实 验报告；能认识摩擦力， 会列举增大摩擦和减小摩 擦的实例；能体会物理学 在生产生活中的应用。 图6-39 冰壶最终会停下 滑动摩擦力 其实，以上现象皆与摩擦有关。生产生活中存在 大量与摩擦有关的现象，涉及静摩擦及滑动摩擦等多 种类型的摩擦。下面我们学习与滑动摩擦有关的内容。 我们将手掌压在课桌上向前滑动时（图 6-40）， 会感受到桌面阻碍手掌向前滑动的作用力。 图6-40 手掌压桌面滑动 物理学中，把一个物体在另一个物体表面上滑动时所受到的阻碍物体间相 对运动的力，叫做滑动摩擦力（sliding frictional force）。运动的书、冰壶之所 以会停下来，都是因为受到滑动摩擦力。150 第六章 熟悉而陌生的力 实验：探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关 当你的手压在课桌上滑动时，会感受到桌面 拓展一步 阻碍手掌滑动的摩擦力。若改变手掌对课桌的压 静摩擦力：相 力，向前滑动时，手掌受到的滑动摩擦力大小如 互接触的物体之间 何变化？若用同样的压力压住课桌上的书再一起 有相对运动趋势， 向前滑动，情况又怎样？猜一猜，滑动摩擦力的 但还没有产生相对 大小可能与哪些因素有关呢？下面我们通过实验 运动时的摩擦力。 进行探究。 探究 实验目的 安全 警示 1. 探究影响滑动摩擦力大小的因素。 轻拿轻放弹簧 2. 能运用控制变量法收集证据。 测力计、木块和重 实验器材 物等，不要过于用 弹簧测力计、木块、表面较粗糙的木板、表面 力拉弹簧，以免损 较光滑的木板、重物等。 坏弹簧。 实验设计 影响滑动摩擦力大小的因素较多，如材料的种 类、接触面的粗糙程度、压力大小等。因此，在探 究时要对变量进行控制，分别探究它们对滑动摩擦 加油站 力的影响。例如，在探究压力大小对滑动摩擦力大 用弹簧测力计 小的影响时，要保持接触面的粗糙程度等因素不变； 水平拉动木块匀速直 而在探究接触面的粗糙程度对滑动摩擦力大小的影 线运动时，弹簧测力 响时，则应保持压力大小等因素不变。 计的示数反映了滑动 用弹簧测力计水平拉着放在长木板上的木块做 摩擦力的大小。 匀速直线运动，通过比较弹簧测力计的示数来比较第四节 探究：滑动摩擦力大小与哪些因素有关 151 滑动摩擦力的大小。 实验步骤 1. 将弹簧测力计调零。 2. 如图 6-41（a）（b）所示，保持压力不变（同一木块），改变接触面的 粗糙程度，分别水平匀速直线拉动木块，在自己设计的表格中记录这两种情况 下弹簧测力计的示数。 3. 如图6-41（c）（d）所示，保持接触面的粗糙程度不变（同一桌面），改 变压力，分别水平匀速直线拉动木块，记录这两种情况下弹簧测力计的示数。 （a） 使用弹簧测力计在较光滑的木板上 （b） 使用弹簧测力计在较粗糙的木板上 水平匀速直线拉动木块 水平匀速直线拉动木块 （c） 使用弹簧测力计在桌面上水平匀速 （d） 使用弹簧测力计在桌面上水平匀速 直线拉动木块 直线拉动压有重物的木块 图6-41 探究滑动摩擦力与哪些因素有关 实验结论 分别写出通过实验步骤2、3得出的结论。 反思交流 1. 滑动摩擦力的大小是否还与其他因素 能认识科学探 素 养 有关呢？应如何设计实验进行探究？ 究中控制变量的意 提 2. 当用弹簧测力计水平拉动木块匀速直线 升 义；能反思探究中 滑动时，弹簧测力计的示数可反映滑动摩擦力 的问题；有进一步 的大小。猜想为什么？（看看下章内容能否验证 探索的兴趣。 你的猜想）152 第六章 熟悉而陌生的力 大量实验研究表明： 滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，在 其他条件相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大； 滑动摩擦力的大小还与接触面所受的压力有关，在其 他条件相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。 增大摩擦和减小摩擦 在日常生活和生产活动中，有时要增大摩擦力，有时又要设法减小摩 擦力。 足球场上，守门员戴上手套能增加摩擦力，可以更稳地接住球［图6-42 （a）］。想一想，摩擦力在足球场上还有哪些出色表现？ 运动鞋鞋底通常都有凹凸不平的花纹［图 6-42（b）］。想一想，为什么要 做成这样？ 演奏二胡时，琴弓与琴弦的摩擦使琴弦振动发声［图6-42（c）］。了解一 下，琴师们用什么方法来增大琴弓和琴弦间的摩擦力？ （a）接球 （b）运动鞋 （c）演奏二胡 图6-42 增大摩擦力的实例第四节 探究：滑动摩擦力大小与哪些因素有关 153 图 6-43 给出了一些减小摩擦力的实例。 能运用与摩擦 素 如图 6-43（a）所示，在自行车的转动部分加 养 力有关的知识与技 提 润滑油，可以减小轴承运行时的摩擦力；如图 升 能，解释生产生活 6-43（b）所示，气垫船向下喷出强气流，在船 中的相关现象，解 底和水之间形成一层空气垫，可以减小水对船 决身边的一些简单 的摩擦力；如图 6-43（c）所示，磁浮列车是靠 问题。 强磁场把列车从轨道上微微托起，列车和轨道 间出现一薄层空气，使摩擦力减小。你能再举 一些增大或减小摩擦力的例子吗？ （a）自行车 （b）气垫船 （c）磁浮列车 图6-43 减小摩擦力的实例 迷 你 实 验 室 假如生活中没有摩擦力 把玻璃瓶的盖子盖紧，然后用肥皂水把手弄湿，再去拧盖子。你 会发现很难打开盖子，这是为什么？在门把手上抹一些油或肥皂水 （实验之后要擦干净门把手），然后设法转动把手。你会发现很难控制 门把手，这又是为什么？进一步想象，假如生活中没有摩擦，我们的 生活将会怎样？与同学讨论交流你的想法。 作 业 1. 请完成“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验报告，在报告 中呈现你设计的表格、针对不同步骤得出的结论，以及在“反思交流”中你提 出的猜想等。154 第六章 熟悉而陌生的力 2. 根据滑动摩擦力的概念，应怎样判断滑动摩擦力的方向？你能用生活 中的物品形象地展示滑动摩擦力的方向吗？说出你的方法并试试是否可行。 3. 浴室中，为了防止浴室地面沾水使人打滑跌倒，可采取哪些措施？ 4. 请你列举生活用品中利用或减小摩擦力的实例，并加以说明。 5. 冰壶运动员比赛时穿的两只鞋是不一 样的。一只鞋的鞋底有类似“滑板”的功能， 目的是 _____________________，方便在冰 面上滑行；另一只鞋的鞋底则有防滑的功能， 目的是 _____________________，方便运动员 停止或起动。图6-44中的运动员在利用鞋的 图6-44 什么功能？ 6. 自行车的设计蕴含着许多与摩擦力相关的知识，如给链条抹润滑油是 为了减小摩擦力，轮胎的花纹是为了增大摩擦力。请你列举自行车中减小和增 大摩擦力的其他设计。 7. 在“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中，某同学得到如 表6-1所示的实验数据。 表6-1 实验序号 接触面材料 压力F / N 滑动摩擦力F / N N f 1 木块与木板 4 0.8 2 木块与木板 6 1.2 3 木块与毛巾 6 2.5 （1）分析第1、2两次实验，可得出的结论是 ； （2）分析第2、3两次实验，可得出的结论是 。 请提问 1. 为什么得到实验结论后还要进行下一步猜想？ ……跨学科 第四节 探究：滑动摩擦力大小与哪些因素有关 115555 实 践 创作飞天科幻故事 问题缘起 我国举世瞩目的“嫦娥工程”（图 6-45） 让古老的“嫦娥奔月”神话变为现实。 随着科技发展，人们更加憧憬着飞向太 空，并因此创作了不少科幻故事。下面我们 发挥想象，一起来创作一个飞天探索的科幻 图6-45 “嫦娥工程”让中国 故事吧。 探测器登陆月球 活动方案 本活动涉及力学、天文学、文学写作、比赛策划、绘画设计等方面的 知识。 任务一：查阅资料，了解“嫦娥工程”在宇宙探索方面取得的成就及人 类对未来太空生活的期盼。 任务二：创作科幻故事。故事中不仅有精彩情节、神奇想象，而且还要 渗透你所掌握的科学知识（如克服重力影响等），可用连环画、墙报、漫画 等展示你的科幻故事。 交流评价 开展科幻作品的比赛活动。制定比赛规则、评分标准，评选出不同等 级的获奖作品。开展校园科普活动周，将参赛的科幻作品在科技活动周中 展出，激发大家对科学的热爱。 拓展研究 组建校园科普团队，制订系列科普活动方案，充分利用节假日进行科 普活动，增强大家的科技强国的责任感与使命感。156 第六章 熟悉而陌生的力 本章练习 科学认知与辨析 1. 过春节时贴年画是我国的传统习俗。在竖直墙 壁上贴长方形年画时，可利用重垂线来检查年画是否 贴正。如图 6-46 所示的年画长边与重垂线不平行，为 了把年画贴正，则下列操作中正确的是（ ）。 A. 换用质量大的重锤 B. 上下移动年画的位置 C. 调整年画，使年画的长边与重垂线平行 重锤 D. 调整重垂线，使重垂线与年画的长边平行 图6-46 2. 小夏和小冬同学使用如图 6-47 所示的弹 簧拉力器锻炼身体，他们都恰好将弹簧拉力器拉 开至两臂张开伸直。已知小夏比较高、手臂比较 长，小冬比较壮、力气比较大。当他们都两臂张 开伸直时，他们对弹簧拉力器的拉力大小情况是 图6-47 （ ）。 A. 小夏的拉力更大 B. 小冬的拉力更大 C. 两人的拉力一样大 D. 无法判断 3. 如图 6-48 所示，若不计弹簧测力计和细线的重力，并忽略摩擦，则 当水平拉力F为2.5 N 时，弹簧测力计 A和B的示数分别为（ ）。 A. 2.5 N，0 N B. 0 N，2.5 N C. 2.5 N，2.5 N D. 2.5 N，5 N A B F F F （a） （b） 图6-48本章练习 157 4. 辽宁舰的舰载机着舰时在阻拦索的作用下停下来，这个过程中（ ）。 A. 阻拦索对舰载机的作用力使阻拦索发生形变 B. 阻拦索对舰载机的作用力使舰载机运动状态改变 C. 舰载机对阻拦索作用与阻拦索对舰载机作用的受力物体相同 D. 舰载机对阻拦索作用与阻拦索对舰载机作用的作用效果相同 5. 穿旱冰鞋的同学用力推墙，结果他自己也离墙而去，这是为什么？ 6. 在跳板跳水这项运动中，运动员对跳板施力的同时，也受到跳板对 他的作用力，但这两个力的作用效果不同，前者主要是改变了跳板的 ， 后者主要是改变了运动员的 。 7. 缆车静止在空中时的情境可简化为如图 6-49 所示的示意图，方框表 示缆车的轿厢。请分别判断轿厢和钢缆对绳a的作用力的方向。 钢缆 a （a） （b） 图6-49 图6-50 8. 如图 6-50 所示，小球重为 10 N。请分别画出它放在水平桌面和斜面 上时所受重力的示意图。 9. 一片飘落的树叶，质量约为 500 mg，它受到的重力约为 多少？ 科学实验 10. 某同学在用已校零的弹簧测力计测量一物体的重力时，误 将物体挂在了拉环上，如图 6-51 所示，当物体静止时，弹簧测力 计的示数是2.2 N，则该物体的重力（ ）。 A. 一定等于2.2 N B. 一定小于 2.2 N C. 一定大于2.2 N D. 可能等于2.2 N 图6-51158 第六章 熟悉而陌生的力 159 11. 在“探究滑动摩擦力与哪些因素有关”的实验中，有同学提出一个猜 想：滑动摩擦力的大小可能与接触面积有关。请你设计一个实验来探究这个猜 想是否正确。 综合 12. 某旅游景点的一玻璃桥总长为 20 m、宽 2 m，桥面由三层透明玻璃叠 加而成，每块玻璃长5 m、宽2 m、厚2 cm。（g取10 N/kg） （1） 一名游客通过玻璃桥用时50 s，此游客过桥的平均速度是多少？ （2） 已知这种玻璃的密度为2.5×103 kg/m3，求每块玻璃的重力。 本 章 总 结 本章的要点有159 第七章 力与运动 第一节 牛顿第一定律 第二节 力的合成 第三节 二力平衡 实 践 调研桥梁建筑中的力平衡 本章学业要求 能认识牛顿第一定律，了解同一直 线上的二力合成，知道二力平衡条件； 能运用这些知识解释自然界的相关现象， 解决日常生活中的有关问题。 能了解伽利略的思想实验，尝试通 过思想实验进行推理；知道科学推理与 论证的作用；能体会质疑和创新在科学 探索中的重要性。 能基于观察和实验，提出与运动和 力相关的问题；能根据收集的证据得出 自己的结论。 知道物理学研究是不断完善的；能 欣赏力与平衡之美，能为我国精湛的建 筑技术而自豪；能体会物理学对人类生 思考：贵州梵净山 上看似岌岌可危的 活和社会发展的影响。 “蘑菇石”，为何能 屹立不倒？116600 第第七七章章 力力与与运运动动 第 一 节 牛顿第一定律 你观察并思考过下列现象吗？对静 本节要点 止的木箱施加水平方向的推力，木箱 能通过实验和科学推理， 沿着水平方向运动；撤去推力后，木箱 认识牛顿第一定律，能运用物 停了下来（图 7-1）。用钉锤敲击铁钉， 体的惯性解释生活中的相关现 铁钉向下运动；停止敲击，铁钉就停止 象；能自觉践行安全健康的生 向下运动（图 7-2）。物体运动需要力 活；能了解思想实验的意义， 维持吗？本节我们将学习力和运动之间 具有质疑和创新的意识。 的关系。 图7-1 推木箱 图7-2 敲铁钉 牛顿第一定律 从我们身边的许多类似事例中容易看到：要让原来静止的物体运动起来， 就需要有力的作用；如果要维持物体的运动，似乎必须不停地对物体施加力。 古希腊哲学家亚里士多德认为：地面上物体的“自然本性”是静止的，要 维持物体的运动，就必须给它施加一定的力；不受力而能够一直运动的物体是 不存在的。 意大利物理学家伽利略对这种观点提出了质疑。他通过思想实验发现：运 动物体如果不受其他力的作用，将会一直运动下去。第一节 牛顿第一定律 161 物体没有受力的作用能持续运动吗？我们能否也尝试用思想实验推论一 下？下面我们通过实验进行探索。 做 中 学 阻力对物体运动的影响 如图 7-3 所示，小车从同一斜面顶端由静止向下运动，分别运 动到表面粗糙、比较粗糙和平滑的水平面上。观察并比较这三种情 况下小车在水平面上运动的距离，你能得到什么结论？ 图7-3 实验装置 由此推测，若小车在水平面上不受阻力，小车的运动情况又会 怎样？ 由实验可知，在其他条件相同时，小车在水平面上受到的阻力越小，运动 的距离就越大。由此可推测，假如小车在水平面上不受阻力，则小车将一直运 动下去。 牛顿在伽利略等人的研究基础上，提出了牛顿第一定律（Newton’s f irst law）： 一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态， 直到有外力迫使它改变这种状态为止。 牛顿第一定律是在大量经验事实的基础上， 能认识牛顿第一 素 通过推理抽象概括出来的。我们周围的物体， 养 定律蕴含的意义；能 提 都会受到力的作用，因此不能用实验来直接证 升 体会思想实验在科 明这一定律，但是该定律蕴含的科学推理及由 学研究中的作用。 此得出的推论，都是非常重要的。牛顿第一定 律被公认是物理学基本定律之一。162 第七章 力与运动 科学书屋 伽利略及其思想实验 伽利略是意大利物理学家、天文学家，近代科学的开拓者。伽利 略强调数学、实验、逻辑推理在科学研究中的意义。从伽利略开始， 科学实验成为人们探究自然规律的一种重要手段。他的发现及其所使 用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学 的真正开端。 他对单摆、落体运动等进行了深入研究；用望远镜观察天体运动， 用观察证据支持了哥白尼的“日心说”。他的思想实验推动了关于人们 在力与运动研究方面的发展。他认为，当小球沿左侧斜面的某一高度从 静止开始向下运动时，无论右侧斜面的坡度如何，小球都会沿斜面上升 到一定的高度。在理想情况下，各种阻力都小到可以忽略不计，小球将 会沿右侧斜面上升到与左侧下落点等高的地方。右侧斜面的坡度越小， 小球要上升到相同高度所用的时 间就越长，运动路程也越远。如 果右侧斜面平放成水平面，那 么，小球因为永远无法达到那个 高度将一直运动下去（图7-4）。 图7-4 伽利略思想实验示意图 惯性 牛顿第一定律揭示了任何物体都有保持原来匀速直线运动或静止状态的性 质。物理学上把物体的这种性质称为惯性（inertia），惯性是一切物体固有的属 性之一。牛顿第一定律又被称为惯性定律（law of inertia）。 下面我们来探究物体的惯性。第一节 牛顿第一定律 163 迷 你 实 验 室 击打硬纸片 如图 7-5 所示，将硬币、硬纸片叠放在玻 璃杯上，用手指沿水平方向迅速击打硬纸片， 硬币会随硬纸片飞出吗？请解释该现象。 图7-5 击打硬纸片 我们身边有不少惯性现象。例如，汽车突然开动，乘客身体会向后仰；汽 车突然刹车，乘客身体会向前倾；平时我们拍打身上的灰尘、抖落伞上的雨水 等。你能利用惯性解释这些现象吗？ 生产生活中，我们常利用物体惯性解决问题，或想办法避免物体惯性带来 伤害。 锤子的锤头松了，将手柄的下端撞击石 物理在线 头或树墩，手柄碰到石头或树墩会停止运动， 请查阅资料，了解驾 而锤头由于惯性，会继续向下运动。这样， 车和乘车安全的有关规定， 锤头就被套紧了（图7-6）。跳远运动员助跑 并说明这对现代人健康生 后，飞身一跃，靠自身的惯性，能在空中继续 活的意义。 向前运动一段（图7-7），以提高跳远成绩。 图7-6 利用惯性套紧锤头 图7-7 靠自身惯性，继续 向前运动 为了防止汽车紧急刹车或突然碰撞时车内人员由于惯性而被撞伤，驾驶员 和乘客必须按规定使用安全带！请你根据惯性解释安全带为什么有保护作用 （图7-8）。164 第七章 力与运动 能运用惯性解 素 养 释有关现象，分析 提 升 生活中的安全问题； 主动进行科学普及， 倡导安全与健康的 （a）未系安全带 （b）系上安全带 生活。 图7-8 人体模型演示安全带的作用 作 业 1. 汽车上除了有安全带以外，还有一种安全装置“头枕”，对人起保护作 用。如图 7-9 所示，“头枕”主要是防止以下哪种情况对人体造成伤害？请选 择正确的选项并说明理由。 头枕 安全带 图7-9 A. 紧急刹车 B. 前方碰撞 C.后方追尾 D. 左右转弯 2. 在下列关于惯性的说法中，选择正确的选项并说明理由。 A. 人走路时没有惯性，被绊倒时有惯性 B. 百米赛跑到终点时不能立刻停下是由于惯性，停下后惯性消失 C. 高速行驶的货车不容易停下来，说明速度越大惯性越大 D. 物体的惯性与物体的运动状态及受力情况无关 3. 行驶中的汽车刹车时，不会立即停止运动，这是为什么？汽车的速度 越来越小，最后会停下来，这又是为什么？第一节 牛顿第一定律 165 4. 在一列匀速直线行驶的列车上，乘客竖直向上抛出一个苹果，手在抛 出位置能否接到落回的苹果？请说明理由。 5. 在一条东西方向的平直公路上，一辆沿公路行驶的汽车上有水滴落在 路面上，路面上部分水滴的印迹如图 7-10 所示。请根据水滴印迹的特点指出 该车行驶的方向，并说明理由。（图中虚线为汽车的行驶路线） 东 西 图7-10 图7-11 6. 溜冰时（图 7-11），只需在冰面上向后轻轻蹬一下，就会滑行很远。 由此假设：如果冰面没有摩擦力的话，情形将会怎样？请以此为题，写一篇小 论文。 请提问 1. 汽车转弯时，乘客将受到怎样的影响？应怎样操作才能保证安全？ 2. 3. ……116666 第第七七章章 力力与与运运动动 第 二 节 力的合成 在学校做清洁时，你是否有这样的 本节要点 感受：一个人提一桶水往往比两个人合作 能通过实验，了解同一直 提这桶水更费力一些？当看见一个人费劲 线上的二力合成，能运用力的 拉车时，经常会有人在后面帮忙推车（图 合成解释日常生活中的简单问 7-12），这样拉车人会轻松一些。你知道 题；能体会利用等效替代思想 这是为什么吗？这在物理学中涉及力合成 研究物理问题的重要性。 的问题，本节我们将学习有关内容。 图7-12 推与拉 生活中与力合成相关的现象 在自然界与生活中，常看见作用力不同，但效果相同的现象。例如，数只 蚂蚁才能抬起一片树叶（图 7-13），而一只甲壳虫就可以抬起它。可见，这只 甲壳虫的作用力与数只蚂蚁的作用力在效果上是一样的。 多个船帆才能驱动的航船（图7-14），用一台发动机就可以驱动。这台发 动机对航船产生的作用效果与多个船帆对航船产生的作用效果是一样的。 以上现象皆涉及力的合成问题。如果一个力产生的作用效果与几个力共同 作用产生的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力（resultant force），那几 个力则称为这个力的分力（component force）。第二节 力的合成 167 图7-13 蚂蚁的合力 图7-14 帆的合力 下面我们来了解最简单的力的合成，即同一直线上的二力合成。 同一直线上的二力合成 在图 7-12 中，既有人拉车，又有人推车，车同时受到相同方向的拉力 F 1 和推力 F 的作用，若 F 和 F 这两个力沿同一直线作用在车上，使车向前运 2 1 2 动，这便涉及同一直线上的二力合成问题。如果一个人拉车，用更大的力 F 也可使车做同样运动。显然，力 F 产生的作用效果跟 F 和 F 的共同作用效 1 2 果相同。物理学中将力 F 叫做力 F 和 F 的合力，力 F 和 F 则叫做力 F 的分 1 2 1 2 力，求F 和F 的合力叫做同一直线上的二力合成。 1 2 那么该如何进行二力合成呢？下面，我们一起通过实验来探究同一直线上 的二力合成。 做 中 学 探究同一直线上的二力合成* 实验装置如图 7-15 所示。橡皮筋原长为 AE，用下列三种方式 拉橡皮筋，使其都伸长到AE′，记录拉力的大小和方向。 1. 用方向相同的二力F 和F 同时拉伸橡皮筋至AE［′ 图7-15（a）］； 1 2 2. 用方向相反的二力F 和F 同时拉伸橡皮筋至AE［′ 图7-15（b）］； 1 2 * 本套教材中若不作特殊说明，皆不计绳和滑轮的质量，不计滑轮与转轴间的摩擦。168 第七章 力与运动 3. 用一个力F拉伸橡皮筋至AE′［ 图7-15（c）］。 请分析实验中获得的信息，能得出什么结论？ A E E′ A E E′ A E E′ F F F F F 2 1 2 1 （a） （b） （c） 图7-15 探究二力合成 在三次实验中，橡皮筋都被拉伸到 AE′，每次的作用效果是相同的，因 此，力 F 就是力 F 和 F 的合力。分析实验中获得的信息，就可以确定合力与 1 2 分力的大小和方向之间的关系。 加油站 大量实验表明： 当钩码保持静 同一直线上，方向相同的两个力的合力， 止时，悬挂钩码的 大小等于这两个力的大小之和，方向与这两个 细线经过轻质定滑 力的方向相同，即F = F +F ； 轮拉橡皮筋，橡皮 1 2 同一直线上，方向相反的两个力的合力， 筋受到的拉力大小 大小等于这两个力的大小之差，方向与较大的 等于所悬挂钩码的 那个力的方向相同，即F = F —F 。 重力大小。 1 2 例如，两人合作提起一桶水，其作 F 用力分别为 F 1 和 F 2 ［图 7-16（a）］，近 F 1 F 2 似认为这两个力在同一直线上。一个人 也可提起这桶水，作用力为 F［图 7-16 （b）］。根据同一直线上二力合成的结论， 可知作用力 F 为作用力 F 和 F 的合力， 1 2 （a） （b） 大小为F = F +F 。 图7-16 提水 1 2第二节 力的合成 169 物 理 聊 吧 赛龙舟（图7-17）是我国重要的节日民俗活动之一，相传是为 纪念爱国诗人屈原而兴起的。这项活动也运用了合力的知识，同学 们可以分析一下，人们是如何运用合力的呢？ 图7-17 赛龙舟 你是否想过，当物体所受合力为零时，情况会怎样呢？ 作 业 1. 在图 7-12 中，为什么有人在后面帮忙推车，拉车人会轻松一些呢？请 说明理由。 2. 两人合力竖直向上抬起一个质量为 50 kg 的物体，设每人用力大小相 等，则每个人至少要用力的大小是（ ）。 A. 50 kg B. 25 kg C. 490 N D. 245 N 3. 放在水平桌面上的木块同时受到水平向左、大小为 5 N 的拉力和水平 向右、大小为 8 N 的拉力作用而运动，这两个力共同作用效果可用一个大小 为 N、方向 的力来代替，这个力是它们的 。170 第七章 力与运动 4. 小明和小忠想使弹性绳两端的拉环分别套在相隔一段距离的柱子上，他 们用了图7-18中的两种方法来拉开弹性绳。当弹性绳被拉开至相同长度时，以 下是关于他们在两种方法中所用的力的说法，请选择正确的选项并说明理由。 （a） 在弹性绳的两端以相反方向拉绳 （b） 在弹性绳的一端以相同方向拉绳 图7-18 A. 以相反方向拉绳时，小明和小忠所用的力都更小 B. 以相同方向拉绳时，小明和小忠所用的力都更小 C. 小明在两种方法中所用的力的大小相等 D. 无法判断 5. 如图 7-19 所示，吊车吊起货物上升。若货物所 受的拉力与货物所受的重力大小相等，货物所受的合力 是多少？ 6. 跳伞运动员连同装备共重 700 N，他从飞机上跳 下，伞未打开前，受到空气的阻力为 50 N，求运动员连 同装备受到的重力和阻力的合力大小和方向。 图7-19 请提问 1. 合力都比分力大吗？ ……第第三三节节 二二力力平平衡衡 117711 第 三 节 二力平衡 分析静止在水平桌面上的杯子、匀速直 本节要点 线行驶的汽车等物体的受力情况和运动状 知道二力平衡条件，能 态，我们不难发现：在一定条件下，物体即 运用力与平衡的知识，分 使在受到外力作用时也能保持静止或匀速直 析物体的受力情况，判断 线运动状态。这是否和牛顿第一定律有些矛 物体的运动状态；能欣赏 盾呢？其实并不矛盾，这涉及力的平衡问题。 力与平衡之美。 本节将学习有关内容。 平衡状态 物理学中，把物体保持静止或匀速直线 运动状态称为平衡状态。物体如果在两个力 的作用下处于平衡状态，这两个力就互称为 平衡力。 上述的杯子和汽车虽然都受到了力，但 图7-20 静止站立的小鸟 所受力是平衡力，改变物体运动状态的作用 效果相互抵消，因而能保持静止或匀速直线 运动的平衡状态。 例如，栖息在枝条上的小鸟静止时（图 7-20），它受到的重力和支持力是一对平衡 力；跳伞运动员在某段时间内能匀速下降（图 7-21），是因为运动员和降落伞作为整体受到的 重力和空气阻力是一对平衡力；梵净山上的“蘑 菇石”屹立不倒也是因为受到平衡力的作用。 图7-21 匀速下降的跳伞运动员172 第七章 力与运动 二力平衡的条件 两个力平衡时，这两个力的大小、方向有什么关系？这里，我们通过实验 探究二力平衡的条件。 做 中 学 探究二力平衡的条件 在图7-22所示的实验装置中，向质量相等的两个托盘中分别加入 适量砝码，使纸板M保持静止状态，这时纸板在水平方向上受到两个 力F、F 的作用。思考两个力之间有什么关系？纸板所受合力的大小、 1 2 方向怎样？ 把纸板转动一小角度，此时作用在纸板上的两个力是否还在一 条直线上？松手后，纸板怎样运动？ F 如果往右边的托盘里增加1 个 F M 2 1 砝码，而左边托盘里的砝码不变， 纸板的运动情况怎样呢？ 根据实验现象，你能推出二力 平衡的条件是什么吗？ 图7-22 二力平衡的实验装置 大量研究表明： 二力平衡的条件是：作用在同一物体上的两个力 大小相等、方向相反，并且作用在同一条直线上。 在前面的学习中已利用了二力平衡的条件。例如，在“探究滑动摩擦力大 小与哪些因素有关”的实验中，当木块保持匀速直线运动时，它受到的拉力和 摩擦力是一对平衡力，两个力大小相等、方向相反，所以从弹簧测力计的示数 就可知摩擦力的大小。另外，在“探究重力与质量的关系”的实验中，也用到第三节 二力平衡 173 了二力平衡条件。现在，你可以解释为什 能利用学习的新知 素 么用弹簧测力计可以测物体重力了吧？其 养 识解决以前学习中的问 提 实，物理学习就是在这样的循序渐进中螺 升 题，能体会对知识的掌 旋上升的。 握是不断深入的。 请你说说看，二力平衡的条件还可以 应用在哪些方面？ 物 理 聊 吧 请在图 7-23 中画出静止在水平桌面 上的杯子受力的示意图，并与同学比较 结果。 如果杯子所受的重力是5 N，你能判断 图7-23 处于静止状态 桌面对它的支持力大小是多少吗？为什么？ 的杯子 科学书屋 杂技艺术中的平衡 杂技表演中的走钢丝（图7-24）、女子排椅（图7-25）等节目，体 现了传统杂技的“惊、险、奇、新、美”，很好地应用了平衡知识。演 员在表演这些节目时， 需要小心调整自己的重 心位置，使重力作用线 通过支撑面。这样，演 员及使用的器具在重力 和支持力的作用下就能 处于平衡状态。 图7-24 走钢丝 图7-25 女子排椅174 第七章 力与运动 作 业 1. 起重机吊着重物使其以速度v 匀速上升，钢丝绳的拉力是 6 000 N；若 0 v 0 起重机吊着同一重物使其以 的速度匀速下降，则此时钢丝绳的拉力（ ）。 2 A. 大于6 000 N B. 等于6 000 N C. 等于3 000 N D. 小于3 000 N 2. 一本书放在水平桌面上，书上放一支钢笔，它们都保持静止，下列哪 个说法正确？为什么？ A. 钢笔受到的重力和书对钢笔的支持力是一对平衡力 B. 钢笔对书的压力和书对钢笔的支持力是一对平衡力 3. 如图 7-26 所示，在下列物体的受力示意图中，F 与 F′ 大小相等，则哪 个物体处于平衡状态？请说明理由。 F′ F′ O O F F′ O F F A. B. C. 图7-26 4. 图 7-27 是探究“二力平衡的条件” F 1 F 2 实验示意图。小车置于水平桌面，两端的轻 质细绳绕过定滑轮挂有等重钩码。F 是小车 1 受到的向左的拉力，F 是小车受到的向右的 2 拉力，F 与 F 在同一水平直线上。若忽略 1 2 摩擦，下列说法中错误的是（ ）。 图7-27 A. 小车在水平方向上就只受到 F 、F 作用 1 2 B. 增减钩码个数，可探究二力大小对小车平衡的影响 C. F 、F 大小相等时，小车可处于平衡状态 1 2 D. 将小车水平扭转90°时，F 、F 仍在同一直线上 1 2第三节 二力平衡 175 5. 冬天里，某些地方的人们常用狗拉雪橇来代步。一条狗用 200 N 的水 平拉力拉着重 2 000 N 的雪橇在水平雪面上匀速向东前进，雪橇受到地面的 滑动摩擦力的大小是 N、方向是 。此时，雪橇受到的重力 和 是一对平衡力，其中，后者的大小为 N、方向是 。 6. 窗玻璃上趴着一只壁虎（图7-28），画出壁虎 受到的重力和摩擦力的示意图。 7.* 如图 7-29 所示，同一木块在同一粗糙水平 面上，先后以不同的速度被匀速拉动。图（a）中速 度为 v ，图（b）中速度为 v ，图（c）中木块上叠放 1 2 一重物，共同速度为 v ，且 v h 物体时，尽管省力，但需要移动更长的距 离。使用滑轮提升物体做的功与不使用滑轮 直接提升物体做的功相同吗？下面，我们来 F