文档内容
义务教育教科书
物 理
八年级·上册
上海科学技术出版社
广 东 教 育 出 版 社主 编 束炳如 何润伟
本册主编 母小勇
本册核心作者（以姓氏笔画为序）
王溢然 孔庆东 母小勇 陶士金
责任编辑 金波艳 陈 鹏 陈洁辉 林 旸
美术编辑 赵 军 陈宇丹
义务教育教科书 物理 八年级 上册
上海科学技术出版社
出 版
广东教育出版社
（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 安徽芜湖新华印务有限责任公司
版 次 2024年8月第1版
印 次 2024年8月第1次
开 本 787mm×1092mm 1/16
印 张 9.5
字 数 149千字
书 号 ISBN 978-7-5478-6613-9/G·1217
定 价 9.71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
审批编号：皖费核（2024年秋季）152号
举报电话：12315致同学
进入八年级，你将学习一门新的课程—物理。它将带你进入奇妙的物
理世界，为你打开科学想象的无限空间。
你思考过吗？云、雾、雨、雪是怎样形成的？飞机为什么能翱翔长空？
光纤为什么能传送音乐、影像等信息……为了解答这一个个疑问，你一定会满
怀激情地参加各种探究活动。
[活动] 带你像物理学家那样进行科学探究，动手做有趣的实验，讨论有趣
的问题，体验探究科学奥秘的乐趣。
[必做实验] 是你必须动手做的实验。实验是物理学的基础，也是科学探究
最重要的手段，你可以在动手实验的过程中获得成就感。
[安全小提示] 将及时提醒你注意实验和活动中的安全问题，遵守实验操作
规程，避免受到伤害和引发事故。
[跨学科实践] 让你通过制订与实施活动方案，了解物理学与日常生活、工
程实践、社会发展等方面的跨学科联系，展示与交流你的实践成果。
你一定听说过伽利略、牛顿、爱因斯坦、杨振宁等物理学家吧！他们成
功的一个重要原因，就是善于用物理学的思想与方法去思考、发现和探索。
[想一想] 适时提出思考性问题，让你加深对学习内容的理解，对你的学习
情况进行及时诊断，拓展你的知识面，增强你的探究兴趣。
[金钥匙] 向你介绍科学思维方法、对科学探究进行点拨等，使你受到科学
的熏陶，获得科学的启示，从而发展核心素养。
你想知道与物理有关的各种问题吗？你想了解科学技术为我们带来了什
么吗？[信息浏览] 为你提供许多新奇、有趣的信息，介绍物理学家探索、发现的
故事，并向你展示新的科技成果，使你能更深入地思考问题。
[STSE] 融入与科学、技术、社会、环境相关的内容，引导你关注物理学
对科技发展、社会进步、生产生活以及自然环境带来的影响，帮助你形成正确
的科学观与科学态度，明确科学的社会责任。
在学完每节内容后，你一定想检验一下自己的学习情况吧！
[自我评价与作业] 帮助你评估你的学习情况，使你尝到成功的喜悦，找到
你学习中的不足。
当你对课堂内的学习内容意犹未尽时，不妨动手试一试。
[课外活动] 为你提供一些小实验、小制作，引导你到生活中、自然界中去
观察、调查、探究……使你的才智得到充分发挥！
同学们，物理是有趣的，物理是有用的。让我们一起走进这奇妙的物理
世界，发展物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度与责任等核心素养，
携手度过一段美好的时光！目 录
第一章 走进物理世界
1.1 神奇的物理学 .......................... 2
1.2 测量长度和时间 ...................... 9
1.3 长度和时间测量的应用 ........ 16
1.4 尝试科学探究 ........................ 20 第三章 光和眼睛
3.1 光的传播与色散 ..................... 50
3.2 光的反射定律 ......................... 55
3.3 平面镜成像特点 ..................... 61
3.4 光的折射规律 ......................... 66
3.5 奇妙的透镜 ............................. 71
3.6 凸透镜成像规律 ..................... 76
第二章 声音与环境
3.7 眼睛与光学仪器 ..................... 80
跨学科实践 用“水透镜”探
2.1 声音的产生与传播 ................. 26
究近视眼的形成原因 ............. 81
2.2 音 调 ..................................... 32
2.3 响度与音色 ............................. 37
2.4 让声音为人类服务 ................. 42
跨学科实践 关于社区噪声污
染控制的建议 ......................... 46第四章 物质的形态及其变化 第五章 质量与密度
4.1 从全球变暖谈起 ..................... 88 5.1 物体的质量 ........................... 119
跨学科实践 当地产生“热岛 5.2 物质的密度 ........................... 126
效应”的原因调查 ................. 94 5.3 密度知识的应用 ................... 129
4.2 汽化和液化 ............................. 96 5.4 物质的一些物理属性 ........... 136
4.3 熔化和凝固 ........................... 104 5.5 新材料及其应用 ................... 141
4.4 升华和凝华 ........................... 109 跨学科实践
4.5 水循环与水资源 ................... 112 1. 浓墨涂层大量吸收电磁波
的实验研究 ........................ 142
2. 探究二极管的单向导电性 ... 142
3. 调查超导材料的研究进展
与应用前景 ........................ 143第 一 章
走进物理世界
1.1 神奇的物理学
1.2 测量长度和时间
1.3 长度和时间测量的应用
1.4 尝试科学探究1.1
神奇的物理学
当你跨进物理世界大门时，许多似曾相识而又陌生的现象，一定会使你感
到好奇，同时又会产生很多疑问：什么是物理学？物理学与我们的生活和社会
有什么联系？怎样学好物理？……
现在，让我们到奇妙的物理世界中去探究一番，感受它带给我们的乐趣。
物理学就在你我身边
物理学并不神秘，它就在你我身边。
“幻日”是一种较为罕见的自然现
象（图 1-1-1），人们会在天空中看到
三个太阳—中间是一个大的太阳，
旁边分列着两个比较小的太阳，蔚为
壮观。
这样的“幻日”奇景是在一定的自
然条件下，由太阳光偏折形成的杰作。 图1-1-1 “幻日”奇景
观察光的偏折
活动1
如图 1-1-2 所示，让一束光斜射到空
气和水的分界面上，你将看到有一部分光
返回空气，另一部分光进入水中，发生了
偏折。
图1-1-2 光的偏折
2电闪雷鸣是常见的自
然现象。早期人类对电闪
雷鸣（图 1-1-3）有一种
恐惧和敬畏的心理。你知
道电闪雷鸣是怎样产生的
吗？让我们在实验室里模
拟电闪雷鸣的现象。
图1-1-3 电闪雷鸣
模拟电闪雷鸣
活动2
将图 1-1-4 所示的仪器（感应
圈）通电后，两根针的尖端之间就
会出现电火花，同时发出“噼噼啪啪”
的声响，犹如电闪雷鸣一般。
图1-1-4 模拟电闪雷鸣
这些生动的现象是否已经激起你浓厚的兴趣，并急于想探究其中的奥秘？
这就必须学习物理学。
物理学（physics）是研究声、光、热、力、电等各种物理现象的规律和
物质结构的一门科学。研究、学习物理学是一项激动人心的探究活动。
物理学推动了人类文明和社会的进步
在世界文明发展进程中，随处可以看到中国的影响，中国古代的四大发明
就是人类发展历史上辉煌的成就，从某种意义上来说，四大发明推动了人类科
3技、文化的发展进程。中华民族以高度的智慧，谱写了灿烂的古代科学文化。
中国古代就研究了磁石的磁极及其指向，并制成司南（图1-1-5）；用火药爆
炸产生的推力发射了简易“火箭”—火龙（图1-1-6）。
图1-1-5 司南（模型） 图1-1-6 明代用火药发射的火龙（模型）
英国哲学家培根（F. Bacon，约 1561—1626）在称颂我国四大发明中的印
刷术、火药和指南针时说：“这三种东西，曾改变了整个世界的面貌和事物的
状况……变化如此之大，以致没有一个帝国，没有一个学派……能比这三种发
明，对人类事业产生更大的力量和影响。”
物理学的每一次重大突破，都极大地推动了科学和技术的进步，进而改
变了人们的生活方式，加快了人类社会物质文明的进程，深化了人类对自然
的认识。
17 —18 世纪，由于生产的需要和
力学、热学的发展，促进了蒸汽机的研
制和改进，解决了机械的动力问题。人
们从此由沿袭几千年的手工业生产走向
大规模的机器生产，交通运输业也发生
了根本变革，人类社会进入了“蒸汽时
代”（图1-1-7）。
到了 19 世纪，基于电磁学研究的
巨大成就，人们成功地制造了各种电气
设备，人类社会逐步由“蒸汽时代”进
图1-1-7 世界上第一辆蒸汽机车
入“电气时代”。在当今世界，电与人 （模型）
类的生活已密不可分（图1-1-8）。
420 世纪以来，物理学在更深的层次和更广阔的领域扩展了人类对自然的
认识。电子计算机的普及，互联网（图1-1-9）等各种现代信息技术的不断完
善，原子能的利用（图 1-1-10），以及空间技术的发展等，使社会生产和人
类生活面貌发生了翻天覆地的变化，人类开始步入一个智能化、信息化的高科
技新时代。
图1-1-8 上海陆家嘴灯光 图1-1-9 互联网改变了人们的生活
图1-1-10 我国大亚湾核电站
为了开发太空，世界上许多国家都在努力探索，我国在这方面也取得了辉
煌的成就。2003年10月15日，我国第一艘载人飞船“神舟五号”顺利升空，
航天员杨利伟终于实现了中国人几千年来的飞天之梦。2008年9月25日，“神
舟七号”载人飞船发射升空，航天员翟志刚在同伴的协助下，实现了中国航天
员的第一次太空漫步（图 1-1-11）。近年来，我国建立了自己的空间站，我
国的航天员分批到空间站进行科学研究；2020 年底，“嫦娥五号”成功从月球
5采集月球土壤返回地球；2021 年 5 月 15 日，“天问一号”着陆巡视器在火星
成功着陆，随后，“祝融号”火星车（图1-1-12）开展巡视探测并传回大量珍
贵的数据和照片。
图1-1-11 我国航天员首次出舱进行太空漫步 图1-1-12 “祝融号”火星车
可以预见，21 世纪物理学的发展，将使人类在揭示大自然奥秘的征途上
取得更加辉煌的成就，从而继续推动人类文明发展，推进人类现代化进程。
物理学的召唤
时代的发展，召唤着世界各国的青
少年热爱科学、探索自然，也期待着有
更多的青少年喜欢物理学。
那么，怎样才能学好物理学呢？物
理学发展过程中三位里程碑式的巨人为
我们指引了方向。
伽利略（G. Galilei，1564 —1642）
是意大利物理学家，他从小就喜爱观察
和实验。年轻时，他观察到教堂里吊灯
的来回摆动（图 1-1-13）似乎遵循一
定的规律，进而反复进行实验，发现了
摆的等时性原理。
伽利略通过观察和实验，发现了物
图1-1-13 伽利略在观察吊灯摆动 理学中的许多重要规律。经典物理学的
6研究方法就是伽利略开创的。观察和实验是进行科学探究的基本方法，也是认
识自然规律的重要途径。
学习物理，要重视观察和实验，并在学习中养成时刻留心观察身边各种物
理现象的习惯，多动手实验，也许会从中获得惊人的发现！
牛顿（I. Newton，1643—1727）（图 1-1-14）是英国物理学家。他在继
承伽利略等前辈科学家研究的基础上，建立了科学的物理概念，运用归纳和数
学分析的方法，总结出物体运动的定律，发现了万有引力定律，统一了天地间
的运动，构建了经典力学的体系。
物理概念是物理学的“语言”，是为了准确地
描述物理现象和表述物理规律而引入的。可以这么
说，宏伟的“物理大厦”的框架，就是由物理概念、
规律以及贯穿其中的科学方法构成的。这些都是物
理学的核心内容。
在学习过程中，我们不仅要知道物理概念的来
源，经历物理规律的探究过程，还要学习用科学的
方法进行探究；在此基础上，进一步掌握物理概念
图1-1-14 牛顿
和物理规律的含义，并会运用它们解释和解决一些
实际问题。
物理学家爱因斯坦（A. Einstein，1879—1955）
（图 1-1-15）生于德国，他从小就具有丰富的想
象力和独立思考精神，16岁时就向自己提出一个“追
光”的问题。爱因斯坦是理性思维的代表，他建立
的相对论使人们对时空有了全新的认识。科学界公
认“他现在是并且将来也还是人类宇宙中有头等光
辉的一颗巨星”。
图1-1-15 爱因斯坦
学习物理学，既离不开观察和实验，也离不开
理性思考。我们要敢于超越常人的思维习惯，乐于在广袤无垠的未知世界中自
由驰骋。也许，你今天闪现的思维火花，将在明天孕育成一颗颗璀璨的明珠。
“物理观念”“科学思维”“科学探究”和“科学态度与责任”，构成了
物理课程的核心素养。我们要围绕核心素养来学习物理，要注重观察和实验，
7善于发现并提出疑问；要经历科学探究过程，体会探究的乐趣；要学习用科学
思维来思考和分析问题；要形成正确的科学态度，自觉承担社会责任和实现中
华民族伟大复兴的使命。
我国老一辈物理学家，如钱学森（1911—2009）
（图1-1-16）、邓稼先、任新民、郭永怀、赵忠尧、
钱三强、王淦昌、于敏等，怀着报效祖国的豪情壮志，
研制“两弹一星”和培养科技人才，为我国社会主义
现代化建设和物理学的发展作出了杰出的贡献！他们
的爱国热忱和科学精神，鼓舞着我国一代又一代物理
学家，为中华民族的伟大复兴而奋斗。
21 世纪是中华民族崛起于世界民族之林，为人
类的文明进步作出应有贡献的伟大时代。勇敢、智慧
图1-1-16 钱学森
的中国青少年，必将接过前辈物理学家手中的接力棒，
在物理学的探索中，写下新的光辉篇章！
我们真诚地希望同学们勇敢地接受新时代的挑战，热爱科学，喜欢物理
学！让青春绽放出绚丽的光彩！
81.2
测量长度和时间
物理学是以实验为基
础的精密定量的科学，在 金钥匙
研究和学习物理学的过程
比较（图1-2-1）是人们认识事物的科学思
中，常需要进行测量。长
维方法。没有比较，就不能鉴别。比较有定性
度（length）和时间（time）
比较和定量比较两种。测量就是一种定量比较。
的测量是物理学中最基本
的两种测量。
（a）比较长短 （b）比较快慢 （c）比较冷热
图1-2-1 各种比较
用刻度尺测量长度
为了科学地进行测量，必须有一个公认的标准量作为比较的依据，这个标
准量叫做单位（unit）。
长期以来，世界各国沿用的单位各不相同，以长度的单位为例，就有尺、
英尺、米等。为了便于各国间的科技、文化交流，国际上规定了一套统一的单
位，叫做国际单位制（International System of Units，简称 SI）。我国的法定
计量单位就是以国际单位制为基础的。
在国际单位制中，长度的基本单位是米（meter），符号为m。根据第26届
91
国际计量大会的规定，1 m等于光在真空中经过 s传播的路程。
299 792 458
实际测量中，为了使用方便，人们还规定了比米大的单位，如千米（km），
比米小的单位，如分米（dm）、厘米（cm）、毫米（mm）、微米（μm）、
纳米（nm）等，它们之间的换算关系为：
1 km = 1 000 m = 103 m，1 dm = 0.1 m = 10-1 m，
1 cm = 0.01 m = 10-2 m，1 mm = 0.001 m = 10-3 m，
1 μm = 0.000 001 m = 10-6 m，1 nm = 0.000 000 001 m = 10-9 m。
刻度尺是测量长度的基本工具。使用测量工具时，要先了解它的量程（即
测量范围）和分度值。刻度尺的量程是指尺上最小值和最大值之间的差。刻度
尺的分度值是指尺上相邻两条刻度线之间的距离表示的测量值，它是测量精确
程度的决定因素。不同测量工具的量程和分度值不同。
认识刻度尺
活动1
图1-2-2是一些常见的测量长度的工具。
（a）直尺
（b）三角板 （c）皮尺 （d）卷尺
图1-2-2 测量长度的常用工具
找到如图 1-2-2 所示的测量工具，仔细观察，确认它们各自的零刻度线
位置和量程，再看一看它们的分度值各是多少。
10在实际测量中，测量要求越精确，测量工具就越要精密。图 1-2-3 中的
游标卡尺和螺旋测微器，就是两种较为精密的测量长度的工具。
（a）游标卡尺 （b）螺旋测微器
图1-2-3 较精密的长度测量工具
必做实验 用刻度尺测量长度
1．测量铅笔的长度
仔细观察图1-2-4，学习测量铅笔长度的具体方法。
图1-2-4 正确使用刻度尺测量长度
（1）刻度尺应该怎样摆放？
刻度尺要紧靠被测量的物体并与被测量的一边平行，零刻度线要对准被测
量物体的一端。
想一想：如果零刻度线磨损或模糊不清了，怎么办？
（2）怎样看刻度？
视线要正对刻度线。
（3）怎样记录测量结果？
对测量结果，既要记录准确值，又要记录估计值，还要注明单位。
图 1-2-4 中铅笔长度的测量数值是14.55，其中 14.5 是准确值，0.05 是估
11计值，单位是cm，这支铅笔的长度是14.55 cm。
2．测量书本的长度和宽度
用刻度尺测量物理课本和作业本的长度和宽度，并把结果填入表1-2-1。
表1-2-1 数据记录表
测量对象 刻度尺的分度值 单 位 长 度 宽 度
课 本
作业本
一个物体的长度只有一个真实值，测量值与真实值之间总存在差异。物理
学中，把测量值与真实值之间的差异叫做测量误差。
怎样才能减小测量误差呢？
实际测量时，估计值有时会偏大，有时又会偏小。利用多次测量求平均值
的方法，可使误差减小。如某同学用毫米刻度尺测同一物体的长度，三次测量
结果分别是：12.31 cm、12.32 cm、12.30 cm，这个物体的长度应记作12.31 cm。
在科学实验中，完成了一系列测量后，需要对所得到的数据进行处理。用
图表来处理数据是一种常用的方法。
用图表处理数据
活动2
某班学生体检后，以身高每相差3 cm为一组，用列表方式统计如表1-2-2
所示。
表1-2-2 学生身高统计表
150 153 156 159 162 165 168 171 174 177
身高
≤h ≤h ≤h ≤h ≤h ≤h ≤h ≤h ≤h ≤h
h/cm
＜153 ＜156 ＜159 ＜162 ＜165 ＜168 ＜171 ＜174 ＜177 ＜180
学生数/人 2 4 3 5 7 9 7 2 1 1
12根据以上表格绘制出直方图，如图1-2-5所示。
图1-2-5 某班学生身高直方图
请你仔细观察直方图，完成下列填空：
（1）这个班的学生身高较多集中在 cm至 cm范围内。
（2） 身高为159～171（不含）cm的学生数占学生总数的百分率为 。
测量时间
测量时间与测量长度一样，先要规定时间的单位，再选择测量时间的工具。
在国际单位制中，时间的基本单位是秒 （second），符号是 s。比秒大
*
的单位有时（h）、分（min），比秒小的单位有毫秒（ms）、微秒（μs）、
纳秒（ns）等，它们之间的换算关系为：
1 h = 3 600 s = 3.6×103 s，1 min = 60 s，1 ms = 0.001 s = 10-3 s，
1 μs = 0.000 001 s = 10-6 s，1 ns = 0.000 000 001 s = 10-9 s。
* 2018年，第26届国际计量大会规定，1 s等于铯133原子基态两个超精细能级之间跃迁对应
辐射的9 192 631 770个周期所持续的时间。
13图1-2-6为常见的测量时间的工具。
（a）摆钟 （b）机械表 （c）电子钟 （d）电子秒表
图1-2-6 测量时间的常用工具
必做实验 用表测量时间
选择合适的计时工具，测一测自己的脉搏跳动 10 次、80 次所需的时间，
以及1 min内自己的脉搏跳动的次数，把测量结果填在表1-2-3中。
表1-2-3 数据记录表
脉搏跳动次数 所 需 时 间
10次
80次
1 min
对班上同学 1 min 内的脉搏跳动次数做一次统计，将测量结果用列表法表
示出来。
信息浏览
统一度量衡
秦始皇统一全国后，就明令统一度量衡，所有度量衡用器由国家统一监制，
每年都要对度量衡用器进行检验、校准。度量衡是计量长短、容积、轻重的统
称。度是计量长短，量是计量容积，衡是计量轻重。度量衡的统一，使我国成
为世界上最早在全国统一测量长度、质量等单位的国家，促进了经济的繁荣，
也有力推动了中华文化的传播与发展。
14自我评价 与 作业
1．日常生活中，我们往往会靠感觉对事物进
行比较。但是，单凭感觉是否完全可靠呢？请先看
一看，在图 1-2-7 中，位于中心的两个圆哪个大？
再用尺量一量，所得的结论一样吗？
2．在学习物理的过程中，常要进行单位换算。
图1-2-7
请完成下列填空：
0.015 km=1.5× m=1.5× dm=1.5× cm=1.5× mm；
12.5 mm=1.25× m=1.25× km；
10 nm=1.0× cm=1.0× m；
2.5 h= min= s；
120 s= min= h。
3．一位粗心的同学在测量一些物体的长度时忘了写单位，请在他记录的
数据后填写适当的单位。
（1）一扇门的高度是2.35 。
（2）一个人的身高是165 。
（3）一片手指甲的厚度是0.6 。
4．在通常情况下，成人的脉搏1 min跳动的次数约为（ ）。
A. 40次 B. 70次 C. 150次
5．2020 年 12 月 8 日，我国和尼泊尔共同宣布了世界最高峰—珠穆朗
玛峰的最新高度为8 848.86 （填写长度单位）。两国科研团队秉持科学精
神共同合作，综合运用多种传统和现代的测量技术，对珠穆朗玛峰进行了多次
测量，其目的是 。
6．中华人民共和国国歌《义勇军进行曲》是中华人民共和国的象征和标志，
国歌的奏响总能呼唤起中华儿女内心深处的家国情怀。完整演奏一遍《义勇军
进行曲》所需的时间为46 （填写时间单位）。
151.3
长度和时间测量的应用
我们已学过长度的测量，是否能用毫米刻度尺测量
课本中一张纸的厚度呢？如何测量如图 1-3-1 所示的一
段曲线的长度呢？
图1-3-1 一段曲线
长度的“间接”测量
活动1
1．我们在用计时工具测脉搏时，可以
用测脉搏跳动10次和80次的时间，算出脉
搏跳动一次的时间。
请用类似方法，拟定测算课本中一张
纸的厚度的方案和步骤。
2．用毫米刻度尺可以直接测出线段的
长度，而曲线可以看成是由许多小段线段组
（a） （b）
成的。请参照图 1-3-2 所示的方法，测出
图1-3-2 测量曲线的长度
曲线的长度，并把测量步骤和方法写出来。
也有同学用“滚轮法”来测量
金钥匙 曲线的长度，即用硬币紧贴着曲线，
从一端滚动到另一端，记下滚动的
第1项用的是“累积法”，即先 圈数，再测出硬币的圆周长，然后
测出多张纸的厚度，再算出一张纸的 用“圈数 × 圆周长”算出曲线的
厚度；第2项用的是“以直代曲法”。
长度。你还有其他的方法吗？
16测形状不规则物体的体积
活动2
我们知道，正方体、球体等形状规则的物体的体积，
可以用刻度尺测量再通过计算得到。那么，对于形状不
规则的物体（如不规则金属块），怎样测量它的体积呢？
在实验室里常用量筒或量杯来测量物体的体积。
（1） 图 1-3-3 中量筒的量程是
，分度值是 ；图 1-3-4
中量杯的量程是 ，分度值是
液面 。（1 mL=1 cm3）
（2）观察量筒和量杯，比较它们
刻度线的分布有何不同。
（3）怎样用量筒（或量杯）测量
液体的体积？
（4）怎样用量筒（或量杯）和水
测量不规则金属块的体积？
图1-3-3 量筒 图1-3-4 量杯
身上的“尺”和“表”
活动3
上面所说的长度和时间的测量，都要用到测量工具。假如没有测量工具，
你能否对长度、时间进行估测呢？
1．估测长度
请你与同学合作，测出自己身上的一些尺寸（图1-3-5）。
先用眼睛估测课桌的长度，再用身上的“尺”粗略测量，最后用刻度尺测量，
看看这三个结果之间相差多少。
17（a） （b） （c）
图1-3-5 身上的一些尺寸
2．估测时间
在正常情况下，你的脉搏 1 min 跳动多少次？能否用它作为“表”来估测
时间呢？请试一试！
自我评价 与 作业
1．请用多种方法测量图 1-3-6 所示的椭圆的周长，并把测量步骤和方法
写出来。
图1-3-6 图1-3-7
2．如图 1-3-7 所示，将细铜丝在铅笔上紧密排绕 25 圈，则细铜丝的直
径为 mm。
3．仔细观察中国地图，想一想：怎样测量地图中上海至北京的京沪高铁
路线的长度？
测量方案： 。
京沪高铁路线的实际长度约为 km。
184．警方在案发现场发现一个脚印（图 1-3-8）。根据医学研究，人的身
高约是脚长的7倍。据此可判断，犯罪嫌疑人的身高约为（ ）。
A. 1.65 m B. 1.75 m C. 1.85 m D. 1.95 m
图1-3-8
5．为了测量一个小石块的体积，同学们进行了如下实验：
（1）在量筒内倒入适量的水，读出水的体积为V ；
1
（2）将小石块用细线系好，轻轻地放入水中，直至 ，读出总体
积为V ；
2
（3）图 1-3-9 所示为某同学实验过程示意图，由图可知，小石块的体积
为 cm3。
图1-3-9 图1-3-10
6．玻璃弹珠（图1-3-10）是很多同学的童年回忆。请用多种方法测出一
颗玻璃弹珠的体积，并写出测量方案、步骤和结果。
191.4
尝试科学探究
科学的核心是探究，学习物理就要学会科学探究。
探究摆的奥秘
最近，小慧家的摆钟走快
了，小慧就请邻居张师傅帮忙 提出问题
修理。只见张师傅将钟摆下面 基于观察和实验
的螺母拧了几下，摆钟走时就 提出物理问题是进行
准了。 科学探究的第一步。
爱因斯坦说过，提出
小慧好奇地看完了这个过
问题有时比解决问题
程，她想：张师傅拧钟摆下面
更重要。
的螺母对摆动的快慢会产生什
图1-4-1 小慧的疑问
么影响呢？这个钟摆来来回回
摆动，摆动一次所需的时间由什么决定呢（图1-4-1）？
小慧和同班同学在交流讨论中对这些问题进行了猜想（图1-4-2）。
猜想与假设
牛顿说过，没有
摆动的快慢可能
大胆的猜测，就不会 钟摆下面的螺
与摆锤的轻重有关。
有伟大的发现。在科 母位置估计会影响
学探究中，猜想不是 摆的长短，看来，
胡猜乱想，它是以自 摆动的快慢与摆的
己的经验和知识为基 长短有关。
摆动的快慢可能与摆
础作出的一种试探性
解释。 偏离的角度大小有关。
图1-4-2 对摆钟走时快慢原因的各种猜想
20小慧和同学们认为，可以用细线系上小球代替钟摆（图1-4-3）。他们根
据刚才提出的一些猜想，制订一个方案，进行实验。
设计实验与制订方案
方案应针对探究目的，实验应注意选择器材。
这里，对具体的实物（钟摆）进行了简化，用细
线悬挂小球代替，是一个很好的设计。
图1-4-3 实验装置
第一组：用同样长的细线，分别
挂上同样大小的铜球和铝球做实验（图 获取与处理信息
1-4-4）。
实验时，要严格按照实验步
第二组：对同一个小球，用不同长度
骤操作，操作中要注意观察。
的细线悬挂进行实验（图1-4-5）。 把观察到的重要现象和数据记
他们在实验室里分工合作，分别选择 录下来。数据的记录要尊重事
了合适的器材，分组进行实验，分别测量 实，不可拼凑，不可杜撰。
小球摆动 10 次和 20 次的时间。两个小组
很快得到了测量数据，并填写在预先设计
好的表格中。
铜球 铝球
图1-4-4 同样大小的铜球和铝球 图1-4-5 不同长度的细线悬挂小球
21将第一组实验结果（同样长度的悬线，不同的小球）填入表1-4-1。
表1-4-1 第一组实验小球摆动时间 （单位：s）
摆动次数 10 20
摆动 铜 球
时间 铝 球
由上表可知：
铜球摆动一次平均所需的时间为 。
铝球摆动一次平均所需的时间为 。
将第二组实验结果（同一小球，不同长度的悬线）填入表1-4-2。
表1-4-2 第二组实验小球摆动时间 （单位：s）
摆动次数 10 20
摆动 悬线长80 cm的小球
时间 悬线长160 cm的小球
由上表可知：
悬线长80 cm的小球摆动一次平均所需的时间为 。
悬线长160 cm的小球摆动一次平均所需的时间为 。
同学们对这些实验数据进行比较
分析，得到了下面的一些结论：
分析与论证
悬线长度相等时，摆球摆动的快
实验数据只是一堆
慢与摆球的轻重（材料） ；
原始材料，必须通过分
摆球摆动一次的时间只与悬线
析、论证，才能形成结
的 有关；悬线越长，摆球的
论。分析与论证就是基
摆动 。
于证据得出结论并作出
上面这些结论是否可靠？是否
解释的过程。
与张师傅的操作相符？小慧与同学七
嘴八舌地议论起来（图1-4-6）。
22评估与反思
我认为结论是可靠的。刚才看见
探究过程是否恰当， 张师傅把螺母往下拧，就是增加了钟
探究得到的结果是否合 摆的长度，使摆动变慢，原来走快的
理，探究过程中是否出 钟就走得准了。张师傅的做法与我们
现新的问题等，都需要 实验的结论是一致的。
进行交流、评估与反思。
我测的摆动
时间可够准呢。
我认为可以忽略空气
如果我们再多做几次
阻力的影响，钟的快慢可
实验，总结出来的结论可
能与它所处的地点有关。
能会更可靠些。
图1-4-6 交流、评估与反思
科学探究的过程
最后，同学们就这次活动写了一份总结报告，并在老师的指导下达成共
识：科学探究没有固定模式，需要根据实际情况提出问题、获取证据、进行解
释和交流反思等，在探究过程中，要特别重视交流与合作，实事求是，尊重他
人，充分发挥每个人的聪明才智。
小慧和同学们的做法，受到了大家的赞扬。他们谦虚地说：“我们的探究
还没有完。”
例如，钟摆摆动一次的时间与钟摆的长度究竟是什么关系呢？
实验中的小球摆动不久就会停下来，而摆钟的钟摆为什么能摆动很长时间？
……
23小慧和同学们一起又踏上了新的探究之路。
亲爱的同学，希望你也能像小慧他们那样，留心观察自己身边的各种物
理现象，开动脑筋动手实验。你将会从平常的现象中受到启发，逐步爱上物
理学。
祝你成功！
自我评价 与 作业
1．你期待学习物理吗？原因是什么？把你的想法填写在表1-4-3中。
表1-4-3 记录表
现在你对物理这门课程的态度 你的理由
期待 比较期待 不期待
2．湿纸巾是一种常见的清洁用品，衡量湿纸巾品质的一项重要指标就是
韧性。在比较不同品牌湿纸巾的韧性时，要获得最可信的结果，应采用的方案
是（ ）。
A. 在湿纸巾销售人员中进行调查
B. 比较商业广告中所描述的湿纸巾韧性
C. 取不同品牌湿纸巾，用手拉一拉，感觉一下哪种韧性强
D. 用长宽相同的不同品牌湿纸巾提重物，看看最多能提起多重的物体
课外活动
请你用细线悬挂一个小球，调整线长，使它来回摆动一次的时间等于
2 s，仔细测量，从悬挂点到球心的距离是多少？把你的测量结果与其他同
学交流一下，有什么发现？
24第 二 章
声音与环境
2.1 声音的产生与传播
2.2 音 调
2.3 响度与音色
2.4 让声音为人类服务2.1
声音的产生与传播
很难想象，如果没有声音，人类将怎样交流与生存。为了产生悦耳的音
乐，人类创造出各种乐器。我国河南省贾湖出土的“贾湖骨笛”，距今已有
7 800 ～ 9 000 年历史，是华夏先民用大型飞禽的翅骨制成的古老的笛子，至
今仍能用它吹奏出美妙的乐曲，震惊了世界。
那么，各种乐器为什么能发出美妙悦耳的声音？声音是怎样产生的？又是
怎样传到我们的耳朵的？我们一起来探究这些有趣的问题。
声音的产生
观察发声物体的振动
活动1
1．敲击音叉，将叉股插入
水中（图 2-1-1），仔细观察发
生的现象。
2．把手指放到正在播放音乐
的扬声器上（图 2-1-2），感受
一下扬声器和机身的振动。
图2-1-1 观察音叉振动 图2-1-2 感受振动 与同学交流你的感受。
上述活动表明，声音（sound）是由于物体振动而产生的。事实上，各种
物体都可以发出声音。人说话、唱歌是喉咙里的声带振动发声的，笛子是靠激
发管内空气柱振动发出声音的，蚱蜢颤动翅膀来“唱歌”。物理学中，把正在
发声的物体叫做声源（sound source）。正在发声的锣面就是声源，用手按住
锣面能使其停止振动，从而不再发声。
26声音的传播
声音在空气中是怎样传播的？
如图2-1-3所示，音叉振动时，当叉股向左运动时，压缩了左侧的空气，
这部分空气变密，而右侧的空气却稀疏了；当叉股向右运动时，右侧的空气变
密，而左侧的空气却稀疏了……随着音叉的不断振动，空气中就形成了疏密相
间的波动向远处传播，这就是声波（sound wave）。
声音在传播的过程中，如遇到障碍物就会被反射回来，反射回来的声音叫
做回声。
图2-1-3 音叉振动时，邻近的空气随音叉振动，形成声波
声音是一种波，不仅能被听见，而且可以被“看到”。
观察声音的波形
活动2
将声音信号通过话筒转换成电信号，再通过计算机或一种叫示波器的仪
器，就能在显示屏上显示出声音的波形。
图 2-1-4（a）是音叉振动时，示波器显示的声波波形，图 2-1-4（b）是
同学唱歌时，示波器显示的声波波形。请比较一下，这两种波形是否相同？
示波器 示波器
（a）音叉振动时，示波器显示的声波波形 （b）唱歌时，示波器显示的声波波形
图2-1-4 波形比较
27声音的传播需要介质
传声实验
活动3
1．如图 2-1-5 所示，将正在响
玻璃罩
抽气机
铃的闹钟放在玻璃罩中，这时我们能
清楚地听到闹铃声。
用抽气机慢慢抽出玻璃罩中的
空气，你听到的闹铃声发生了什么变
化？抽气到一定程度时，还能听到闹
铃声吗？
图2-1-5 真空能传声吗
拔掉抽气管，让空气进入瓶中，
你是否又能听到闹铃声？
2．如图 2-1-6 所示，一位同学手握两块小石头放入水中敲击，另一位同
学把耳朵贴在玻璃水槽的外面，能否听到水中敲击石块的声音？
3．如图2-1-7所示，一位同学在室外用手轻敲墙体，室内的同学把耳朵
贴在墙上，能否听见敲击声？当耳朵离开墙后，还能听见声音吗？比较一下，
这两种方式听到声音的效果是否一样？
（a） （b）
图2-1-6 水中传声 图2-1-7 隔墙听音
通过以上活动可以知道，声音需要气体、液体、固体等作为传播的介质。
在真空中，声音是不能传播的。
28想一想
航天员在月球上和太
空中（图 2-1-8）是怎样
相互交谈的呢？他们可用
图2-1-8 我国航天员在中国空间站外操作
哪些方法进行交谈？
声音传播的快慢
声音传播的距离和传播所用时间之比叫做声速（velocity of sound）。
声音在不同的介质中，传播的快慢是不同的（图 2-1-9）。一般来说，
固体中的声速较大，气体中的声速较小。在同一介质中，声速还与温度有关。
在空气中，温度越高，声速越大。
空气（15 ℃） 每秒约340 m
水（常温） 每秒约1 500 m
尼龙 每秒约2 600 m
冰 每秒约3 230 m
松木 每秒约3 320 m
水泥 每秒约4 800 m
铁 每秒约5 200 m
图2-1-9 声音在一些介质中的传播速度
想一想
百米赛跑时，如果终点计时员听见起点处的发令枪响才按表计
时，这样的计时方法正确吗？为什么？
29人怎样听见声音
外界的声音是怎样被人听见的呢？耳朵是人的听觉器官，结构如图2-1-10
所示。外界的声音顺着外耳道传至鼓膜，引起鼓膜的振动。这个振动通过听小
骨传到耳蜗，再通过听神经将信息传入大脑，这样就产生了听觉。
听小骨
鼓膜
听神经
耳蜗
外耳道
图2-1-10 人耳的结构
自我评价 与 作业
1．你认识图2-1-11中的乐器吗？这些乐器分别是依靠什么振动发声的？
（a） （b） （c）
图2-1-11
1
2．人耳能分清的前后两次声音的时间间隔应大于 s。据此，要想听到
10
回声，人离障碍物的距离应（ ）。
A. 大于17 m B. 大于34 m C. 小于17 m D. 小于34 m
303．如图 2-1-12 所示，敲响音叉，可以看到近旁的泡沫塑料球被弹起。
做一做这个实验，并对此现象进行解释。
甲 乙
图2-1-12 图2-1-13
4．在发生地震或矿难事故时，埋在废墟或矿井中的被困人员，通过敲击
水管发出求救信号比直接呼救的效果好，为什么？
5．小明和小丽一起探究声音的产生与传播。如图 2-1-13 所示，当小明
用小锤敲击音叉乙时，既能听到音叉乙发出的声音，又能观察到音叉甲 ，
这一现象说明发声的物体在 ，也说明声音能在 中传播。如果将
这个实验移到月球上去做，音叉甲 （选填“也能”或“不能”）产生
上述现象。小丽用手使劲敲桌子，桌子发出了很大的声响，但她几乎没有看到
桌子的振动，为了明显地看到实验现象，你的改进方法是： 。
课外活动
如图 2-1-14 所示，将充满气的气
球靠近嘴边，并对着气球说话，让你的
同伴将双手捂在气球上，说说手上有什
么感觉。两人交换再做一次并交流。 图2-1-14 用气球体验声音与振动
312.2
音 调
我们身边的声音（图 2-2-1）千差万别，有的高昂，有的低沉；有的强，
有的弱。声音为什么会有这些差别？我们应该怎样科学地区分它们呢？
图2-2-1 身边的声音
声音的高低—音调
声音是由物体振动产生的。声音的高低与物体振动的什么因素有关呢？
探究影响声音高低的因素
活动1
如图 2-2-2 所示，将钢尺一端紧压在桌面上，另一端伸出桌面，用手拨
动使其上下振动，发出声音。
32图2-2-2 钢尺的振动
改变钢尺伸出桌面的长度，拨动钢尺，观察钢尺振动快慢的变化情况，倾
听并辨别钢尺振动时发出声音的高低有无变化。
实验表明，钢尺振动越快，发出的声音越高；振动越慢，声音越低。
物理学中，把声音的高低叫做音调（pitch）。声源振动次数和所用时间
之比称为频率（frequency），用 f 表示。频率的单位是赫兹（hertz），简称赫，
符号是 Hz。如果声源每秒振动1次，它的频率就是1 Hz。
根据上述实验，可以得出如下结论：
声音的高低与声源振动的频率有关：声源振动的频率越高，音调越高；声
源振动的频率越低，音调越低。
用波形比较频率
如图 2-2-3 所示，甲、乙两个音叉的
相同时间内，振动次数少，频率低，音调低
频率不同。在相同时间内，甲振动次数少， 甲
频率低，音调低；乙振动次数多，频率高，
O
t
音调高。
人的发声频率范围约为85～1 100 Hz。 乙
通常，儿童说话的音调比成年人高，女孩
O
t
的音调比男孩高。
在音乐中，C 大调“1”（“do”）的
相同时间内，振动次数多，频率高，音调高
频率是262 Hz，D大调“1”（“do”）的
图2-2-3 声波的频率
频率是294 Hz（图2-2-4）。
33图2-2-4 不同琴键对应的音调和频率
二胡、琵琶等是我国特有的弦乐器，用一把乐器为什么能演奏出不同音调
的乐曲呢？
探究影响弦乐器音调的因素
活动2
准备两根粗细不同的琴弦（或尼龙丝、细钢
丝）。如图2-2-5所示，将弦的一端绕在桌子的
腿上并打结，另一端绕过桌边的小滑轮，并挂上
几个钩码，使琴弦在桌面上张紧。再用两个三角
形柱状小木块将弦支起，用塑料尺弹拨弦的中部，
就可看见弦的振动，并听见它发出的声音。
请试一试，在分别改变弦的长度、粗细、
图2-2-5 探究弦的振动发声
张紧程度等不同情况下，弦发出声音的音调有
什么变化？
实验表明，弦越短、越细、越紧，它发出
的声音音调越高。
与二胡、琵琶一样，小提琴、吉他等弦乐器
（图 2-2-6）都是通过弦的振动发声的。利用不
同弦的长短、粗细或松紧不同，演奏者就能演
奏出各种旋律优美的乐曲。
图2-2-6 小提琴与吉他
34信息浏览
人和动物的发声频率范围各不相同（表 2-2-1），能感受到的声音的频率
范围也不相同（表2-2-2）。
表2-2-1 人和一些动物发出声音的频率范围
物 种 频率 f /Hz 物 种 频率 f /Hz
人 85～1 100 海豚 7 000～120 000
猫 760～1 500 青蛙 50～5 000
狗 452～1 800 知更鸟 2 000～13 000
蝙蝠 10 000～120 000 蚱蜢 7 000～100 000
表2-2-2 人和一些动物“听到”声音的频率范围
物 种 频率 f /Hz 物 种 频率 f /Hz
人 20～20 000 海豚 150～150 000
猫 60～65 000 青蛙 50～8 000
狗 15～50 000 知更鸟 250～21 000
蝙蝠 1 000～120 000 蛾 3 000～150 000
35自我评价 与 作业
1．女高音与男低音中的“高”与“低”是指声音的 不一样，主
要是由声源的振动 决定的。
2．弦乐器的音调高低与弦的 、 和 都有关系。
拉二胡时，手指在琴弦上上下移动，是通过 来改变音调
的高低的。
3．人们听不到蝴蝶飞的声音，却可以听到蚊子飞来飞去的“嗡嗡”声，
这是因为（ ）。
A. 蚊子飞行时用力大，声音响
B. 蝴蝶飞行时翅膀振动太慢，频率低于人的听觉范围
C. 蝴蝶飞行时完全不会发出声音
D. 蚊子数量多，蝴蝶数量少
4．如图 2-2-7 所示，取 8 个相同的玻璃杯，分别装入不同量的水，按水
量从多到少将杯子排列在桌上；再用一根细棒依次敲打每一个杯子，比较它们
发声频率的高低。仔细调节每个杯子中的盛水量，试一试，能不能用这些杯子
演奏出简单的乐曲。
图2-2-7
362.3
响度与音色
声音不但有高有低，还有强有弱。
声音的强弱—响度
物理学中，把声音的强弱叫做响度（loudness）。响度又叫做音量。
探究影响声音响度的因素
活动1
1. 如图2-3-1所示，在鼓面上撒些小纸屑，先轻轻地敲鼓，听鼓声的响度，
观察小纸屑的跳动幅度；然后用力敲鼓，再次听鼓声的响度，并观察小纸屑的
跳动幅度。纸屑的跳动幅度直观地反映了鼓面的振动幅度，那么，鼓声的响度
与鼓面的振动幅度有什么关系？
2. 取一把弦乐器（图 2-3-2），用大小不同的力弹拨琴弦，听一听，哪种
情况响度大？看一看，什么时候弦的振动幅度大？想一想，这两者之间有怎样
的关系？
图2-3-1 纸屑跳舞 图2-3-2 二胡与琵琶
物理学中，用振幅（amplitude）来描述物体振动的幅度。通过上述活动，
可以得出结论：声源的振幅越大，产生声音的响度也越大。
37用波形比较振幅
图2-3-3中，先用较小的力敲击音叉，音叉振动的幅度小，它产生的声波
经示波器显示出来的振幅较小，响度也较小；再用较大的力敲击同一音叉，音
叉振动的幅度大，它产生的声波经示波器显示出来的振幅较大，响度也较大。
振幅
振幅
O O
用较小的力敲击音叉，振幅小，响度小 用较大的力敲击音叉，振幅大，响度大
图2-3-3 声波的振幅
在声学上，人们通常用分贝（decibel）作为单位来计量声音的强弱，分贝
的符号是 dB。把人耳能听见的最弱声音的强度定为 0 dB，这是听觉的下限。
微风吹拂树叶的沙沙声大约为 10 dB。分贝数越大，表示声音越强。图 2-3-4
是各种不同声音的分贝数。
（b） 喷气式飞机起飞 140 dB
（a） 火箭发射 150 dB （c） 汽车喇叭 90 dB
（f） 手表嘀嗒声 10 dB （d） 正常对话 60 dB
（e） 鸟鸣 30 dB
图2-3-4 一些声音的分贝数
38通常情况下，人对声音响度的感知还与距离声源的远近有关。离声源越远，
声音越分散，声音的响度也就越小。现实生活中这种现象很普遍，请你举出几
个实例与同学交流。
声音的品质—音色
平时我们闭着眼睛，就能听出是哪位熟悉的同学在讲话，也能区别哪个是
小提琴声，哪个是笛子声。这说明声音除了音调和响度这两个特征外，还有第
三个特征—音色（tone quality），也叫做音品。
辨别不同物体的声音
活动2
1．欣赏一段器乐合奏曲，你能听出其中有哪几种乐器吗？
2．图 2-3-5 是音叉、单簧管、小提琴所发出的声音在示波器上显示的波
形，比较它们的异同。
（a） （b） （c）
图2-3-5 几种不同声音的波形
不同物体所发出声音的音色是不同的。音色是由发声体的材料、结构及发
声方式等因素决定的。两个不同发声体发出的声音，即使音调相同，响度也相
同，人耳仍能把它们区分开，就是因为它们的音色不同。
音调、响度、音色是声音的三个主要特性，人们就是根据这些特性来区分
声音的。
39管乐器和弦乐器
每种乐器产生声音的材料、结构和部件都不同。有些乐器的发声体是管状
的，通过激发管内空气柱的振动来产生声音，如笛子、唢呐、小号、单簧管等，
被称为管乐器。还有些乐器上面安装有琴弦，通过摩擦或弹拨琴弦来产生声音，
如二胡、竖琴、吉他、小提琴等，被称为弦乐器。管乐器和弦乐器本来属于两
个不同的“家族”，但在音乐家的巧妙安排下，能够互相配合，演奏出悦耳、
动听的乐曲。
信息浏览
贾湖骨笛
1984—2001 年间在河南舞阳贾湖遗址出土
的贾湖骨笛，是我国古代劳动人民截取大型飞
禽的翅骨制成的笛子，出土的 30多支骨笛中分
别有 5 孔、6 孔、7 孔和 8 孔等（图 2-3-6）， 翅骨
它们巧妙地利用了不同长度空气柱的振动发出 骨笛
不同频率的声音，是迄今为止我国发现的最古 （a）
老的乐器。
经检测确认，这些骨笛是不同年代的文物，
其中，属于公元前 6600—前 6200 年期间的骨
笛不但能吹奏出完备的五声音阶，而且还能够
吹奏出六声音阶和七声音阶（音阶指从主音开
（b）
始到其八度音，按音高次序排列的音列，五声
图2-3-6 贾湖骨笛
音阶由5个音符组成，如宫、商、角、徵、羽，
七声音阶由7个音符组成）。贾湖骨笛是后世竖笛或洞箫类乐器的“原型”。
贾湖骨笛的横空出世，把中国七声音阶的历史提前到 8 000 年前，为我们
研究中国音乐与乐器发展史，提供了弥足珍贵的实物资料，对研究中国文化、
文明具有重要的历史价值。古人在没有先进科技的情况下，创造出如此卓越的
乐器，使我们不由得惊叹人类的智慧和创造力。
40自我评价 与 作业
1．人们常用“震耳欲聋”来形容物体发出的声音，这是描述声音的（ ）。
A. 音调 B. 响度 C. 音色 D. 以上三个特性
2. “高音嘹亮”“低音浑厚”和“高声呼叫”“低声细语”，这两组词
语中的“高”和“低”的物理含义（ ）。
A. 相同
B. 不同，前者指音调，后者指响度
一听就知道。
这是谁在
C. 不同，前者指响度，后者指音调
唱歌？
D. 不同，前者指音色，后者指响度
3．如图 2-3-7 所示，乙同学能分辨出歌手 乙
甲
的声音，主要是依据声音的（ ）。
A. 响度 B. 音调 C. 音色
4．用大小不同的力弹同一个琴键，发出的
图2-3-7
声音的 不同。弹不同琴键，发出的
声音的 不同。在不同的乐器上演奏
同一个音，发出的声音的 不同。
5．“钟”是我国古代用铜或铁制成的一种打击乐器。由于金属钟体厚重，
需以槌用力敲击方能使其振动发声。《天工开物》记载：“凡钟为金乐之首，
其声一宣，大者闻十里，小者亦及里之余。”试用响度知识，解释产生“大者
闻十里”与“小者亦及里之余”的原因。
6．我国古代将锅称为“釜”。据《天工开物》记载：“凡釜既成后，试
法以轻杖敲之，响声如木者佳，声有差响则铁质未熟之故，他日易为损坏。”
古人通过声音的什么特性判断“釜”的质量好坏？
课外活动
你爱好音乐吗？请你选择一种弦乐器（小提琴、二胡等），观察它的
结构，并动手试一试，看看怎样可以发出不同音调和响度的声音。
412.4
让声音为人类服务
知道了声音的产生、传播和它的一些特性后，人们就可以有目的地利用或
控制声音，使它为人类服务。
声音与音乐
音乐，是人类心灵的语言。
音乐家运用不同的音调、响度，
配上伴音、和声等，组成不同
的旋律（图 2-4-1），或高亢
雄壮，或低沉抒情；或轻快流
畅，或婉转缠绵……音乐能呼
唤人的心灵，升华人的情感，
激励人的斗志，淋漓尽致地把
图2-4-1 合唱表演
人的内心世界表达出来。
对声音的研究也推动了音乐的发展。现在，利用计算机技术进行音乐的数
字合成，已经能够逼真地模仿出各种声音，更好地满足了人们的文化艺术需求。
声音与建筑
我国不少古建筑巧妙地应用了声学知识，充分展示了建造者的智慧，其中
最著名的如北京天坛（始建于明永乐十八年，即公元 1420 年）的“回音壁”
和“三音石”，它们都是利用了声音的反射原理。回音壁（图 2-4-2）是一道
圆形围墙，墙面十分平滑。一个人紧贴围墙［图（a）中 A 处］小声讲话，他
发出的声波经过围墙的多次反射，可以使离他较远的另一处［图（a）中B处］
的人听得很清楚。三音石位于皇穹宇前，恰好位于圆形回音壁的圆心，人站在
三音石上击掌一次所发出的声音经东、西配殿与回音壁墙面的反射，均能回到
圆心，由于反射距离不同，所以能听到三次回声，故此石被称为三音石。
42三音石
A
B
回音壁
（a）回音壁的声现象 （b）回音壁与三音石（模型）
图2-4-2 回音壁与三音石
现代建筑如礼堂、
音乐厅等，对声音效果
都有很高的要求。它们
通过采用不同的吸声材
料，设置不同方向的反
射板等（图 2-4-3），
使人们听到的声音更为
清晰、丰满。
图2-4-3 音乐厅内装有许多顶板、侧板
STSE 双耳效应
同一个声音传到人双耳的时间、强弱和其他
特征会有微小的差别，因此人们就可以判断声源
的方位，这就是“双耳效应”，如图2-4-4（a）
所示。播放立体声音乐时，声音从放在不同位置
的几个音箱传出，人就能感觉到“立体声”效果，
（a） （b）
如图2-4-4（b）所示。
图2-4-4 双耳效应
43超声与次声
我们知道，人能听到的声音的频率范围是 20 ～ 20 000 Hz。物理学中，把
振动频率高于 20 000 Hz 的声音，叫做超声（ultrasound）；把振动频率低于
20 Hz的声音，叫做次声（infrasound）。
这些人耳听不见的声音，同样有着广泛的应用和开发前景。
超声波作为信息载体，已应用于研究物质结构及性质、水下定位、通信、
地下资源勘察、工业检测与控制、超声诊断及超声盲人探路等（图2-4-5）。
声波还能传递能量，利用超声波传递的能量，可进行工业超声处理加工（如清
洗、焊接、钻孔和粉碎）、超声医疗、超声处理种子等。
（a）B超诊断 （b） 声呐通过定向发射和接收超声波，探测
潜艇、鱼群的位置和海洋的深度等
图2-4-5 超声的应用
次声的应用也已渗透到军事、经济、环保和日常生活的许多方面。利用次
声定位系统可以确定火箭发射和着陆的位置；有一种叫“水母耳”的风暴预测
仪，可以利用次声来预测风暴。
噪声的危害与控制
我们周围的声音，有些悦耳动听，有些非常刺耳，前者就是乐音，后者则
是噪声（noise）。图 2-4-6 是乐音和噪声的波形图，乐音的波形规则，噪声
的波形杂乱。
44从环境保护角度来说，一切干扰人们休息、学习和工作的声音，即对身心
健康，特别是对听觉有损害的声音都是噪声。赛场上人群的喧闹声，马路上车
辆的马达声（图 2-4-7），车轮与路面的摩擦声，工厂里机器的轰鸣声，建筑
工地上嘈杂的各种响声……都属于噪声。
（a）乐音的波形
（b）噪声的波形
图2-4-6 乐音和噪声的波形 图2-4-7 现代城市的一些噪声源
居民区、行政办公区及文化教育等场所的理想声音环境是白天不高于
55 dB，夜间不高于 45 dB。超过 70 dB，人就会心烦意乱，神经紧张，导致学
习与工作的效率下降。若长期在 80 ～ 100 dB 的声音环境中工作和学习，听觉
就会迟钝，甚至耳朵变聋。噪声还能诱发多种疾病，严重时会导致死亡。
噪声污染已成为当代世界的四大污染之一，越来越受到人们的关注。2022
年开始施行的《中华人民共和国噪声污染防治法》规定，任何单位和个人都有
保护声环境的义务，同时依法享有获取声环境信息、参与和监督噪声污染防治
的权利。
现代城市里，为了监测噪声，
常常在主要道路上设置噪声监测设备
（图 2-4-8），并把控制噪声列为城
市环境保护的主要项目之一。
控制噪声、减小噪声是当前优化
人们生活环境的一个重要课题。目前，
主要在消声、吸声和隔声三个方面采
取措施（图2-4-9）。 图2-4-8 噪声监测器
45（a）消声—给汽车的排气管加消声器 （b）吸声—录音室的墙面上装有吸声材料
（c）隔声—高架道路两旁装有隔音板
图2-4-9 控制噪声的一些措施
跨 学 科 实 践
关于社区噪声污染控制的建议
● 活动主题 环境中的噪声污染与其他污染一样，常常干扰人们正常的
生活、工作和学习，危害人类环境。你所在的社区有哪些噪声困扰着居民？怎
样有效地减少社区的噪声污染？你能向社区提出合理的建议吗？
● 方案制订与实施 同几位与你住得较近的同学组成调查小组，开展以
下调查研究活动：
（1）通过现场考察与访问居民，了解住处附近来自建筑工地、小区摊贩、
汽车鸣笛与家庭装修等带来的噪声污染。
46（2）根据《中华人民共和国噪声污染防治法》的相关规定，噪声分为工
业噪声、建筑施工噪声、交通运输噪声、社会生活噪声四类，请调查住处附近
的噪声并进行分类。
（3）查阅我国 2008 年制定的《声环境质量标准》中不同区域的环境噪声
限值，再用分贝仪（声级计）检测住处附近建筑工地、农贸市场等不同环境中
的噪声分贝数。
（4）了解噪声对人们的生活与健康的危害，提出减少住处附近噪声污染
的合理化建议。
● 成果展示与交流 基于上述活动，交流讨论各自提出的减少住处附近
噪声污染的建议，共同完成调查报告并提交给社区相关部门。
自我评价 与 作业
1．蝴蝶每秒振翅五六次，它所发出的
声音频率低于 20 Hz，属于 声；海
豚能发出频率高于 20 000 Hz 的声音，属于
声（图2-4-10）。对于这两种声音，
人耳都 。
（a） （b）
2．地震的发生往往具有突发性，这使
图2-4-10
得人们在地震发生时没法做到提前准备，也
难以采取人员撤离等应急措施，导致大量的房屋损毁和人员伤亡。但在此类大
灾难中，人们清理现场时很少发现有狗、老鼠等动物的尸体，猜测可能是动物
可以听到地震即将来临时产生的 声波而提前逃避，但人类却听不到。
3．声呐被称为潜艇的耳目。它发出声波的频率大多为10～30 kHz。若停
在海水中的潜艇 A 发出声波，经过 10 s 后收到被潜艇 B 反射回来的声波，则
潜艇A与B相距 。（已知声音在海水中的传播速度是1 500 m/s）
474．在我国，许多城市都十分重视人居环境，如城区内汽车禁止鸣笛、主干
道路面铺设沥青、高架道路两边安装隔音板等。这些措施的共同点是（ ）。
A. 美化居住环境 B. 缓解热岛效应
C. 降低噪声污染 D. 减少大气污染
5．为了改善室内的居住环境，建筑师在设计沿街住宅的窗户时，常采用
双层玻璃，这样做有哪些好处？
6．图2-4-11所示为倒车雷达示意图，倒车雷达是利用 （选填“超
声波”或“次声波”）来工作的。已知声音在空气中的传播速度为 340 m/s，
如果倒车雷达发出信号后，0.01 s 接收到回声，则障碍物距汽车为 m；
司机听到急促的报警声，知道距离障碍物太近，说明声音能传递 。
图2-4-11
7．一场大雪后，大地披上了银装，这时你会发现周围特别宁静，这是因
为雪里的微孔能 。根据上面的描述，你认为会堂、剧院的四壁
和顶面都做得凹凸不平或采用蜂窝状的材料，主要是为了 。
8．你见过如图 2-4-12 所示的标志牌吗？和同学们交流一下，它们分别
出现在什么地方？表示什么意思？
（a） （b）
图2-4-12
48第 三 章
光和眼睛
3.1 光的传播与色散
3.2 光的反射定律
3.3 平面镜成像特点
3.4 光的折射规律
3.5 奇妙的透镜
3.6 凸透镜成像规律
3.7 眼睛与光学仪器3.1
光的传播与色散
我们生活在光的世界里，光每时每刻都在为我们服务。
光可以为我们做些什么
光照亮了世界，给人类带来光明和温暖；光使植物进行光合作用，地球才
会展现勃勃生机……
随着现代科技的发展，人们逐渐认识了光的本性，光的应用领域（图
3-1-1）也进一步拓展了。例如，人们利用太阳能电池，将光能转化为电能；
利用光来传输文字、图像、音乐等各种信息……光为人类服务的领域将越来
越宽广。
（a）植物依靠光合作用茁壮成长
（b）太阳能汽车靠光的能量飞快奔驰 （c）现代通信利用光在光导纤维中传输信息
图3-1-1 光的应用领域
你还能说出光的其他一些用途吗？
50光是怎样传播的
太阳、开启的电灯和点燃的蜡烛等都能发光（图3-1-2），这些能发光的
物体叫做光源（light source）。
（a） （b） （c）
图3-1-2 光源
那么，从光源发出的光是
怎样传播的呢？
生活经验和实验观察都告
诉我们，光不仅在空气中是沿
直线传播的（图 3-1-3），在
水、玻璃等透明介质中，它的
传播路径也是直的。由此可见，
光在同一种均匀介质中是沿直
（a）太阳光的传播路径是“直”的
线传播的。通常，我们用一条
带箭头的直线来形象地描述光
的传播路径和方向，这样的直
线叫做光线（light ray）。有
一定关系的光线的集合叫做光
束。例如，太阳光可视为相互
平行的光线的集合。
图3-1-3 光沿直线传播 （b）灯光的传播路径是“直”的
51手影游戏
活动1
你会表演手影吗？请勇敢地试一试。
评比一下，哪位同学表演的手影最生动、形象！
影是怎样形成的呢？光在直线传播过程中，遇
到不透明的物体，便在物体后面产生影（图3-1-4）。
日常生活中的其他一些光现象，如日食、月食等，
也都可以用光的直线传播来解释。
图3-1-4 手影
光的传播速度
光瞬息可达，它的传播也需要时间吗？
在很长一段时间内，人们认为光的传播是不需要时间的。直到 17 世纪后
期，人们才知道光是以一定的速度传播的。经过许多科学家的努力，现在已经
知道，光在真空中每秒传播的距离是299 792 458 m。
在物理学中，常用字母 c 表示真空中的光速（light velocity），通常取
c=3.0×108 m/s。
研究表明，光在不同介质中传播的快慢是不同的。光在真空中传播得最快，
在空气中的传播比在真空中传播稍慢一点；光在水中每秒传播的距离约是真空
3 2
中的 ；光在玻璃中每秒传播的距离约是真空中的 。
4 3
光在真空中 1 年里传播的距离约为 9.46×1012 km，这一长度叫做 1 光年
（light year），光年的符号是 l. y.。天文学上常用光年来表示天体间的距离。
信息浏览
爱因斯坦最先指出，真空中的光速是物体运动速度的极限，自然界中任何
52物体的运动速度都不可能大于光在真空中的传播速度。当物体的运动速度接近
光速时，会发生一些奇特的效应。
光的色散
天地万物，五光十色，这是怎么回事呢？
牛顿于 1666 年完成了光的色散实验，揭开了色彩之谜。你是否也想做一
做这个实验呢？
研究光的色散现象
活动2
如图 3-1-5 所示，让一束太阳光穿过狭缝射到三棱镜上，从三棱镜另一
侧的白纸屏上可看到一条彩色的光带，这个现象称为光的色散（dispersion）。
这条彩色光带的颜色是按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列的。
狭缝
太阳光
三棱镜
纸屏
红
紫
（a） （b）
图3-1-5 白光的色散
上述活动告诉我们：
白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光混合而成的。
自然界中红、绿、蓝三种色光，是无法用其他色光混合而成的，所以人们
常称这三种色光为光的三原色。将光的三原色通过各种不同的组合，可以获得
各种不同的色光，如图3-1-6所示。彩色电视的图像呈现出的五彩缤纷画面，
就是由红、绿、蓝三原色光混合而成的。
53品红
红 蓝
白
黄 青
绿
图3-1-6 光的三原色及其混合
自我评价 与 作业
1．图 3-1-7 表示日全食时太阳、地球、月球位置
的示意图，请根据光的直线传播规律判断，图中的 A 处
A B
是 球，B处是 球。
太阳
2． 发生雷电时，为什么总是先看见闪电，后听到雷声？
图3-1-7
3．织女星与我们相距 2.39×1014 km，我们现在看到
的织女星的光大约是多少年前发出的？
4．用两支手电筒分别包上红、蓝、绿中的两种透明纸，让它们射出的光
照在白纸上，观察两种光重叠部分的颜色。设计一个表格，把观察结果记录下
来，与同学相互交流。
5．我们要关爱残疾人。在你领略了五光十色的世界之后，了解一下盲人
是怎样描述各种颜色的。
6．1666年，牛顿用玻璃三棱镜分解了太阳光，这说明白光是由
混合而成的。2014 年，诺贝尔物理学奖颁给了高亮度蓝色发光二极管
的三位发明者。在此之前，红色、 色发光二极管已经面世，但直到发
明了蓝色发光二极管后，才能利用发光二极管获得白色光源。
543.2
光的反射定律
光在同一种均匀介质中是沿直线传播的，如果传播到两种介质的分界面
时，情况又会怎样呢？
光的反射现象
观察光的反射现象
活动
如图 3-2-1 所示，在桌上放一块平面镜，让手电筒或激光笔的一束光斜
射到镜面上，在天花板上或墙壁上就会出现一个明亮的光斑。用手轻轻敲击桌
面，光斑就会随之颤动。这是什么原因呢？
光斑
墙
平面镜
桌子
（a） （b）
图3-2-1 光的反射
安全小提示：不能用激光笔照射眼睛，否则会损伤眼睛。
光在两种介质分界面上改变传播方向又返回原来介质中的现象，叫做光
的反射（reflection of light）。光反射时，光束的路径可用图 3-2-2 所示的作
图方法来表示。图中 AO 叫做入射光线，OB 叫做反射光线，从入射点 O 引出
55N
的一条垂直于平面镜的直线 ON 叫做法线。入射光
A
线与法线的夹角 α 叫做入射角，反射光线与法线的 B
夹角 β 叫做反射角。
β
α
一般来说，物体的表面都能反射光，我们能看
O
见不发光的物体，就是由于物体能反射光。
图3-2-2 光的反射
光的反射定律
必做实验 探究光的反射定律
如图 3-2-3 所示，在平面镜 M 的上方竖直
N
放置一块附有量角器的白色光屏，它由可以绕
ON 折转的E、F两块板组成。
E F
A B
（1）让激光笔的入射光沿着光屏左侧的 E 板
射到镜面的O 点。 β
α
（2）转动光屏右侧的F板，找到反射光。 M
O
（3）观察并测量入射角分别为 30°、45°、
图3-2-3 探究光的反射定律
60°时的反射角，并记录在表3-2-1中。
表3-2-1 数据记录表
入射角α 30° 45° 60°
反射角β
与同学讨论交流实验结果，你能得出什么结论？
想一想
上述实验结果表明：
光反射时，反射光线、入射光线和法线三 根据光的反射定
者在同一平面内，反射光线和入射光线分别位 律，你能解释活动“观
于法线两侧，反射角等于入射角。 察光的反射现象”中光
这就是光的反射定律（law of ref lection）。 斑为什么会颤动吗？
56使入射光逆着原反射光的方向射到
平面镜上，此时的反射光恰好能逆着原 金钥匙
入射光方向射出，说明在反射现象中，
一般说来，物理规律是在
光路是可逆的。
实验的基础上，对实验结果进
如果大家都在亮处，当你从平面镜
行分析和归纳得到的。归纳就
里看见别人的眼睛时，别人也可同时从
是从实验事实中找出因果联系
平面镜里看见你的眼睛。
的一种科学思维方法。
镜面反射与漫反射
一束太阳光斜射到平面镜表面，从另一侧逆着反射光的方向可看到耀眼的
亮光；如果斜射到粗糙的木板表面，则无论从哪个方向观察都看不到耀眼的亮
光。这是什么原因？
以平面镜为例，它的平滑表面能将平行的入射光都沿某一相同方向反射出
去（图 3-2-4），其反射光也是平行的，这就是镜面反射。粗糙不平的表面将
平行入射的光向各个方向反射（图 3-2-5），这种反射叫做漫反射。发生漫反
射时，由于反射光分散，进入眼睛的光变弱了，人看物体时就不觉得耀眼。我
们从各个方向都能看到物体，也是由于这一物体表面对光发生漫反射的缘故。
图3-2-4 光在平滑镜面上的反射 图3-2-5 光在凹凸不平的粗糙面上的反射
想一想
为什么用久了的黑板常会因“反光”导致一些同学看不清上面的
字？怎样才能使黑板不“反光”？
57光反射的应用与影响
光的反射不仅广泛应用在生活中，还常应用在许多
工程技术中。例如，红宝石激光器的红宝石两端
被磨成一对平行的平面镜，使很强的激光经
完全反射镜
多次反射，形成激光束（图 3-2-6）；
人造卫星利用光的反射，在遥远 人造红宝石棒
激光束
的太空探测地面的河流和森林，
线圈闪光管
估计植被覆盖率等（图3-2-7）；
半反射镜
光纤利用光的反射传输信息（图
图3-2-6 红宝石激光器
3-2-8）。
塑料表皮
玻璃纤维
玻璃层
图3-2-7 卫星遥感图 图3-2-8 光纤及其光传播原理
光的反射有时也会影响人们的生活，
例如，现代都市里许多大厦使用了玻璃幕
墙（图 3-2-9），玻璃幕墙反射的强光，
常会影响居民的生活，还会干扰正在驾驶
汽车的司机的视线……这种城市中的光污
染，已越来越受到人们的重视。很多城市
出台了建筑玻璃幕墙管理办法，为规范玻
璃幕墙设置、降低反射光污染发挥了积极
的作用。
图3-2-9 玻璃幕墙容易造成光污染
58想一想
你还能列举哪些事例来说明光的反射在生活中的应用？
自我评价 与 作业
1．下列各成语所展现的情景中，属于光的反射现象的是（ ）。
A. 镜花水月 B. 坐井观天 C. 立竿见影 D. 一叶障目
2．若入射光线与镜面的夹角是35°，其反射角是多少度？请画出光路图。
3．请画出图3-2-10中各种情况下的反射光线。
A A
O 30° 30° O
（a） （b） （c）
图3-2-10
4．如图 3-2-11 所示，为了使斜射的阳光 AO 能够竖直向下射入井中，在
井口应该怎样放置平面镜？请画一画。
A
O
甲 乙
图3-2-11 图3-2-12
5．如图 3-2-12 所示，雨后的夜晚，路上有些积水，甲、乙两同学在较
暗的月光下相向而行。甲同学看到积水的水面比路面亮，那么乙同学看到的现
象是怎样的？请你用学过的物理知识对乙同学看到的现象进行解释。
596．如图 3-2-13 所示，自行车的尾灯并不发光，但是在汽车灯光照射下
却显得格外明亮，这可以提醒司机注意前面有骑车人。仔细观察自行车尾灯的
内部，可以看到一些排列整齐的小凸起，相邻两个凸起的夹角为90°。为什么
要采用这样的结构？
图3-2-13
7．小明坐在如图3-2-14所示的房间里虚线框内的某个位置，一束阳光从
侧面的窗口射入，经墙上镜子反射后让小明感到刺眼，请作图标出小明可能坐的
位置。
镜子
窗
阳光
图3-2-14
603.3
平面镜成像特点
生活中大大小小的镜子能够映照出镜子前的物体；平静的水面也像镜面一
样，能够映照出壮美的山色（图3-3-1）。
（a）商店里的平面镜使货物看起来琳琅满目 （b）美丽的风景在平静水面中的倒影分外迷人
图3-3-1 生活中的平面镜
我们把反射面为光滑平面的镜子叫做平面镜（plane mirror）。面对着平
面镜，我们就能够看到自己的像。
平面镜成像规律
镜前观像
活动1
根据你的生活经验，
A B C D
请找一找，这位同学［图
3-3-2（a）］在平面镜中
的像可能是图3-3-2（b）
中的哪一幅？
图3-3-2 哪一幅是该同学的像 （a） （b）
61为了准确地找出图3-3-2（a）的像，就要知道平面镜成像有什么特点。
必做实验 探究平面镜成像的特点
如图 3-3-3 所示，在水平桌面上铺一张
足够大的白纸，将一块玻璃板竖直架在白纸
的上面，再取两段长短与粗细都相同的蜡烛
A 和 B 分别竖放在玻璃板前后两侧。点燃玻
璃板前的蜡烛A，并移动玻璃板后的蜡烛B，
使它与蜡烛 A 在玻璃板里的像重合，此时蜡
烛B好像也被点燃了。
（1）在白纸上描出物（蜡烛A）、玻璃板、
像（蜡烛 B）的位置，用直线连接物与像的
图3-3-3 平面镜成像实验
位置。然后用直尺分别量出物到玻璃板的距
离和像到玻璃板的距离，它们就是物距AO、
像距BO。
（2）观察并研究像与物的大小有怎样的关系。
（3）把蜡烛 A 沿 AB 连线前后移动，同时调整玻璃板后蜡烛 B 的位置，
每次都使蜡烛B像被点燃一样，观察像的大小有无变化，并测量物距和像距。
（4）移走蜡烛 B，将一张纸（光屏）放在像的位置上，在纸上能呈现出蜡
烛A的像吗？请试一试。
根据上述实验，可得平面镜成像的特点是：
像与物到镜面的距离相等，像与物的大小相等，即像与物关于镜面对称。
像不能呈现在光屏上。
物理学中，把能够呈现在光屏上的像叫做实像（real image）；把不能呈
现在光屏上、只能用眼睛观察到的像叫做虚像（virtual image）。物体通过平
面镜所成的像是虚像。
62平面镜的应用
平面镜的应用十分广泛。舞蹈演员利用平面镜可以观察和纠正自己的
动作（图 3-3-4）。在由多块平面镜做成的万花筒内，我们可以看到美丽而
奇妙的图形（图 3-3-5）。利用平面镜制成的潜望镜，在水下就可以观察水
面上的情况，最简单的潜望镜是用两块与观察方向成 45°角的平面镜制成的
（图 3-3-6）……
45°
45°
图3-3-4 演员正在训练 图3-3-5 万花筒中奇 图3-3-6 潜望镜工作原理简图
妙的图形
想一想
你还能再列举一些有关平面镜成像的应用实例吗？请联系生活
实际，与同学相互交流。
各种面镜
有些镜子的反射面是球面的一部分，这类镜子叫做球面镜。利用球面
内表面作反射面的镜子叫做凹面镜，利用球面外表面作反射面的镜子叫做
凸面镜。
63观察凹面镜和凸面镜
活动2
分别将一把不锈钢勺子的凹面和凸面对着自己（图 3-3-7），两次看到的
像是否有差别？其中哪一个与汽车后视镜或马路边的道路反光镜的成像相似？
（a）凹面镜 （b）凸面镜
图3-3-7 有趣的不锈钢勺子
研究表明，凹面镜对光有会
聚作用，凸面镜对光有发散作用。
因而它们所成的像也与平面镜不
一样。
哈哈镜（图 3-3-8）为什么
会形成滑稽可笑的像？观察哈哈
镜的反射面，并与同学进行讨论
图3-3-8 哈哈镜
交流。
自我评价 与 作业
1．在“探究平面镜成像的特点”实验中，为什么要用玻璃板而不是用平
面镜做实验？
2．在平面镜前有一光源 S（图 3-3-9），请根据平面镜成像的特点，画
出它在平面镜后的像S'。
64S
图3-3-9 图3-3-10
3．小明同学身高 155 cm，他站在竖直放置的平面镜前，从平面镜中看到
钟的指针如图 3-3-10 所示。由此可知，他在平面镜中的像高 m，挂钟
显示的实际时间是 。
4．检查视力时，眼睛与视力表应相距约 5 m。若按图 3-3-11 所示的方法
测视力，则人离平面镜的距离应是 m。
？
（a）
N
B
A
M
（b）
图3-3-11 图3-3-12
5．身高 1.68 m 的人站在竖直的大平面镜前 3 m 处，人与像之间的距离
是 m，镜中的像高是 m。当人逐渐远离平面镜时，镜中像的大小
将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
6．夜间行车时，为了确保安全，使车内景物通过前挡风玻璃所成的像在
司机视线的斜上方，避免干扰司机的视线，家用小汽车的前挡风玻璃都是斜的，
如图 3-3-12（a）所示。请你在图 3-3-12（b）中画出司机眼睛（B 点）通过
挡风玻璃看到车内装饰物（A点）的像的光路图（保留作图痕迹）。
653.4
光的折射规律
光传播到两种介质的分界面时，除发生反射现象外，还会发生什么现象呢？
光的折射
图 3-4-1 是一束光从空气斜射至水面时的传播情况。由观察可知，一部
分光返回空气中，这是前面所说的反射光；另一部分光进入水中，且其传播方
向发生了改变。光由一种介质进入另一种介质时传播方向发生改变的现象，叫
做光的折射（refraction of light）。
（a） （b）
图3-4-1 光在水面的反射和折射
观察光的折射现象
活动1
1．如图 3-4-2（a）所示，把一支铅笔斜
放在盛有水的玻璃杯中，你会看到什么现象？
2．如图 3-4-2（b）所示，将一枚硬币放
在不透明杯子的底部，你向后退到恰好看不见
它的位置。请另一同学向杯中缓缓注水（注意，
不要让硬币移位），你又能看到它了吗？
（a） （b）
图3-4-2 光的折射现象
请你猜想一下，这可能是什么原因造成的？
66为了解释上述现象，就必须研究光的折射规律。
光的折射规律
在图 3-4-3 中，用 PQ 表示空气和水的分界面，O 点是光线的入射点，
AO 是入射光线，NN′ 是过 O 点的法线，入射光线与法线的夹角 α 是入射角，
OB 是进入水中的折射光线，折射光线与法线的夹角γ 是折射角。
N
A C
空气 α
P Q
水 O γ
N′
B
图3-4-3 光的折射
探究光的折射规律
活动2
本活动用到的实验器材有：一个玻璃水槽、一支激光笔、一个量角器和一
块玻璃砖。
用如图 3-4-4 所示的玻璃水槽进行实
验。观察光从空气射入水中时的传播情况。
（1）让光斜向射到空气和水的分界面，
比较折射角和入射角的大小：折射角
（选填“大于”“等于”或“小于”）入射角。
（2）改变入射角的大小，观察折射角
的变化情况：
图3-4-4 探究光的折射规律
当入射角增大时，折射角将 （选
填“变大”或“变小”）；
当入射角减小时，折射角将 （选填“变大”或“变小”）。
67若让光垂直射向水面，则进
入水中的光的方向为
。
（3）把水槽换成玻璃砖（图
3-4-5），重做上述实验。
图3-4-5 光在空气与玻璃的界面处发生折射
光折射时，折射光线、入射光线、法线三者在同一平面内；折射光线和入
射光线分别位于法线两侧。
光从空气斜向射到水或玻璃表面时，折射光线向法线偏折，折射角小于入
射角。入射角增大时，折射角也增大。光垂直射到水或玻璃的表面时，在水或
玻璃中的传播方向不变。
这就是光的折射规律。
实验证明，在折射现象中，光路也
是可逆的。
如图 3-4-6 所示，当我们从水面上
方观察斜放入水中的铅笔时，由于光的
空气 折射，自 P 点射向空气中的光在水面处
水 发生了折射，眼睛沿着折射光看去，觉
得光好像是从水中 P′ 点射出来的，P′ 点
P′
在P点的上方（图3-4-6）。用相同的方法，
P
分析铅笔在水下部分的各点，最后得到
的结果就是我们实际看到的情形。
图3-4-6 观察水中的铅笔
生活中的折射现象
生活中，光的折射现象随处可见。在池塘边看水的深度总是比实际的水要
浅些，好像池底升高了。在水面上观察到的鱼的位置，总比鱼的实际位置高些，
68因而渔民使用钢叉叉鱼时，会将钢叉
向看到的鱼的下方投掷（图3-4-7）。
天文学上观察到的太阳与它的实际
位置有一定的偏差，这是由于地球周
围大气层的密度不均匀，光发生了折
射。海市蜃楼也是由于空气的分布不
均匀，从而导致光发生折射而产生的
现象。
图3-4-7 鱼的实际位置在看到的鱼的下方
自我评价 与 作业
1．你是否做过光从空气斜射入水中的实验？若没有，请回家设法做一做。
2．生活中有许多与折射有关的现象，试举出一些实例。
3．一束光从空气斜向射入水中，折射光线应是图3-4-8中的（ ）。
A. B. C. D.
图3-4-8
4．在防溺水教育活动中，老师告诉学生，
池塘里的水的实际深度比看起来的深度要深，不
O
能下水游泳。如图3-4-9所示，A为水底的物体，
A′ 是岸边儿童看到的 A 的像。请你在图中作出过 A'
A
O 点的入射光线和折射光线。（在池塘边，切勿
因看起来水很浅就下水游泳。） 图3-4-9
695．一束光在空气和玻璃的界面处同时发生了反射和折射。一位同学在画
光路图时仅画了三条直线，没有标出光的传播方向，如图 3-4-10 所示。请帮
助这位同学判断，其中入射光线是 ，折射光线是 ，反射角的
大小为 ，折射角的大小为 ，这束光从 射到 。
A
G
F
30° 45°
C D
O
60°
E
B
图3-4-10
S
6．如图 3-4-11 所示，由发光点 S 发出的光射到水
A
面上，同时发生反射和折射，其反射光线恰好经过 A，试 空气
水
在图中画出反射光线和折射光线的示意图。
图3-4-11
课外活动
仿照活动“探究光的折射规律”，使光从
水中进入空气（图 3-4-12），你看到了什么
现象？当入射角不断增大时，你又看到了什么
现象？
通过实验可以发现，当入射角增大到某一
图3-4-12 光从水中进入
角度，使折射角达到 90°时，折射光线会完全消
空气
失，继续增大入射角，入射光线全部被反射回来，
这种现象叫做全反射。
703.5
奇妙的透镜
利用光的折射可以制成各种能改变光路的器件，其中应用最普遍的是透镜
（lens）。透镜通常是用光学玻璃（或树脂）制成的，它的两侧或一侧表面常
被研磨成球面（图3-5-1）。
（a）凸透镜 （b）凹透镜
图3-5-1 各种透镜
透镜有两类，中间比边缘厚的叫做凸透镜（convex lens），中间比边缘薄
的叫做凹透镜（concave lens）。
如图 3-5-2 所示，透镜的中心 O 叫做光心，凡是经过这一点的光都不改
变传播方向。通过光心O 和球面球心C的直线叫做透镜的主光轴。
主光轴 光心 主光轴 光心
C O C C O C
（a）凸透镜 （b）凹透镜
图3-5-2 凸透镜和凹透镜的光心和主光轴
透镜对光的作用
观察透镜对光的作用
活动1
将平行光分别照射到凸透镜和凹透镜上，观察这两种透镜对光的作用有什
71么不同（图3-5-3）。
（a）凸透镜对光的作用 （b）凹透镜对光的作用
图3-5-3 观察透镜对光的作用
从上述实验可以看出：
凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用。
透镜的焦点和焦距
通过实验可以发现，平行于主光轴的光（如太
阳光）经凸透镜折射后，会聚于主光轴上的某一点，
这一点也是光斑最小、最亮的一点（图 3-5-4），
叫做凸透镜的焦点（focus），用字母F表示［图3-5-5
（a）］。平行于主光轴的光经凹透镜折射后将向外
散开，将发散的光线反向延长也会相交于主光轴上
的一点［图 3-5-5（b）］。这一交点 F 不是实际光
图3-5-4 观察焦点
线会聚的点，因此叫做凹透镜的虚焦点。
从焦点到光心的距离叫做焦距（focal length），用 f 表示。
焦距f
光心 焦距f
光心
焦点 焦点 主光轴 F F 主光轴
F O F O 虚焦点
虚焦点
（a）凸透镜 （b）凹透镜
图3-5-5 有关透镜的几个名词
72测量凸透镜的焦距
活动2
取两块不同的凸透镜。先将一块凸透镜置于光具座上，用手电筒的光水
平照射凸透镜，再移动光屏找到光的会聚点。为了提高实验的准确度，可进
行多次测量，将测得的焦距记录在表 3-5-1 中。换另一块凸透镜，重复上述
步骤。
表3-5-1 数据记录表
序号 1 2 3 4 5 平均值
凸透镜1的焦距
f / mm
凸透镜2的焦距
f / mm
与同学交流讨论，用这种方法测量焦距，影响测量准确度的主要因素有哪些？
信息浏览
用冰凸透镜向日取火
用冰取火，似乎不可思议，但这绝非讹传。
据晋代张华的《博物志》记载：“削冰令圆，
举以向日，以艾承其影得火。”意思就是把冰块
制成凸透镜，正对着太阳，就可以利用凸透镜
对光的会聚作用，将艾草点燃（图3-5-6）。
从这巧夺天工的发明创造可以看出，我国
早在古代就对凸透镜的聚焦作用有了认识。
图3-5-6 用冰凸透镜向日取火
73自我评价 与 作业
1．图3-5-7中的六个透镜，哪些是凸透镜？哪些是凹透镜？
（a） （b） （c） （d） （e） （f）
图3-5-7
2．根据图 3-5-8 中各图所给出的入射光线或折射光线，画出相应的折射
光线或入射光线。
F F F F F F
（a） （b） （c）
F F F F F F
（d） （e） （f）
图3-5-8
3．找一副老花眼镜和一副近视眼镜，摸一摸它们是凸透镜还是凹透镜。
再用手电筒垂直照射镜片，并投射到白墙上，证实你的判断是否正确。
4．在一些森林地区，常见到警示牌上写着：不要在林中随意丢弃盛有饮
料的透明饮料瓶。这是为什么？
74课外活动
你能否在阳光下用一块凸透镜来“点燃”一张纸（图 3-5-9）？能否
由此测出这块凸透镜的焦距？请动手做一做。
图3-5-9 太阳光聚焦法
安全小提示：一定要戴好墨镜，并注意安全，等点燃的纸熄灭后，才可扔掉；
千万不要通过凸透镜看太阳，以免损伤眼睛。
753.6
凸透镜成像规律
透镜与我们的生活和现代科技的联系非常密切，如近视眼、远视眼患者戴
着眼镜看物体，教室里用投影仪来展示图片，实验室里用放大镜、显微镜来观
察微小物体的结构等，这些都与透镜的使用有关。
探究凸透镜成像的规律
为了让透镜更好地为我们服务，就必须认识透镜成像的规律。
必做实验 探究凸透镜成像的规律
如图 3-6-1 所示，在房内面向
窗户站立，移动凸透镜或光屏板的
位置，使窗外景物通过凸透镜在屏
上形成一个清晰的像。
● 提出问题
图3-6-1 使景物成像在屏上
假设凸透镜的焦距为 f，我们
把景物到透镜光心的距离叫做物距，
光心 光屏
用 u 表示；把像到透镜光心的距离
F O F
叫做像距，用 v 表示，如图 3-6-2
所示。那么，通过凸透镜能成什么 物距u 像距v
样的像呢？成像情况与哪些因素有 图3-6-2 物距、像距和焦距
关呢？
● 猜想与假设
由于窗外景物能成像在屏上，可以猜想凸透镜总是成实像，像的大小及像
距v可能与物距u、凸透镜的焦距 f 都有关系。你还有哪些猜想呢？
76● 设计实验与制订方案
为了验证上述猜想，可以选用光具座来探究凸透镜成像规律。如图 3-6-3
所示，光具座上附有标尺和可自由
光屏
凸透镜
蜡烛
移动的支架座，支架座上可安装配
件，配件包括光屏、凸透镜、光源（如
蜡烛）。请写出你的实验探究方案。
标尺
● 获取与处理信息
图3-6-3 光具座
你所用的凸透镜的焦距f = cm。
将蜡烛、凸透镜和光屏依次放在光具座上。点燃蜡烛，调节凸透镜和光屏
的高度，使它们的中心与烛焰的中心大致在同一高度上。
将蜡烛移动到某处，然后调节光屏的位置，在光屏上分别找到缩小或放大
的清晰的烛焰的像［图 3-6-4（a）（b）］。记下各种成像情况时的物距 u。
将探究情况记录在表3-6-1中。
F F F F F
u u u
（a）u＞2 f （b） f ＜u＜2 f （c）u＜ f
图3-6-4 研究不同物距时的成像情况
表3-6-1 实验记录表
物距u与焦距f的关系 像的大小 像的正倒 像的虚实
当 u ＜ f 时，在光屏上会出现烛焰的像吗？移去光屏，直接用眼睛透过透
镜观察烛焰，找一找像在哪里［图3-6-4（c）］。将探究情况记录在表中。
当u = 2 f时，你将观察到什么样的像？当u = f时，凸透镜还能成像吗？
77通过上述活动，可以归纳出凸透镜成像的规律：
（1） 当u ＞ f 时，在凸透镜的另一侧形成倒立的实像：
当u ＞2 f 时，像的大小比物体小；
当f ＜u ＜2 f 时，像的大小比物体大。
（2）当u ＜ f 时，在凸透镜的同侧形成正立的、放大的虚像。
凸透镜的应用—放大镜
由凸透镜成像的规律可以知道，当物体位于凸透镜焦点以内，即物距小于
焦距时，对着凸透镜观察，就可以看到物体正立、放大的虚像，由此可以选用
焦距比较小的凸透镜作为放大镜，如图3-6-5所示。
3倍 10倍
12倍
5倍
图3-6-5 不同放大倍数的放大镜及用它观察到的像
自我评价 与 作业
1．图 3-6-6 所示是用蜡烛、凸透镜
F F
和光屏研究凸透镜成像规律的实验装置，
若将蜡烛放于图中位置，要在光屏上成清
晰的像，需要将光屏向 移动。若想 图3-6-6
使像变大，应将蜡烛向 移。
2．在探究凸透镜成像规律的实验中，当u＜ f 时，你是怎样观察到像的？
3．取一个盛水的圆柱形玻璃杯，将手指紧靠在玻璃杯的背面，透过水杯
看到的手指“变大”了。请实际试一试，并解释这个现象。
784．某同学上生物课时，用一个焦距为 10 cm 的凸透镜
作为放大镜来观察标本上的细微部分，如图 3-6-7 所示，则
凸透镜与标本的距离应（ ）。
A. 大于20 cm B. 在10 cm与20 cm之间
C. 小于10 cm D. 等于10 cm
5．把物体放在主光轴上，当物体距凸透镜 40 cm 时，
在光屏上得到了一个倒立、放大的像，则该凸透镜的焦距可
图3-6-7
能为（ ）。
A. 40 cm B. 30 cm C. 20 cm D. 10 cm
6．探究凸透镜成像规律的装置如图
3-6-8 所示，将凸透镜固定在光具座上
50 cm 刻度线处，光屏和点燃的蜡烛分
别位于凸透镜的两侧。
（1）实验前，调节烛焰、凸透镜和 图3-6-8
光屏三者中心大致在同一高度上，其目的是 。同时，为
了便于观察实验现象，实验环境应该 （选填“较亮”或“较暗”）一些。
（2）将蜡烛移至光具座上30 cm刻度线处，移动光屏，当光屏处在70 cm
刻度线处时，光屏上得到一个倒立、等大的像，则该凸透镜的焦距为 cm。
（3）将蜡烛移到45 cm刻度线处，观察到像的正确方法是
。
793.7
眼睛与光学仪器
人们常说，眼睛是心灵的窗户。人类获取的信息很多是通过眼睛观察到的。
人眼看见物体，是因为接收到发光物体发出的光或物体反射的光。
眼睛是怎样看见物体的
眼睛的成像原理与凸透镜类似，它可把物体的景象投影到视网膜上（图
3-7-1）。你了解眼睛的结构吗？
玻璃体
睫状体
虹膜
视网膜
瞳孔
角膜
视神经
水样液
晶状体
图3-7-1 人眼的成像图 图3-7-2 人眼的剖视简图
图 3-7-2 是人眼的剖视简图。眼睛中的晶状体相当于凸透镜，眼球后部
的视网膜相当于光屏。物体经晶状体成像于视网膜上，再通过视神经把信息
传入大脑，从而产生视觉。人的眼睛是靠调节晶状体的弯曲程度，相当于改
变凸透镜的焦距，从而获得清晰的像。
如果远处景物经过晶状体后所成的像不能落到视网膜上，而位于视网膜
前，这就是近视眼；远视眼看物体时，经过晶状体后所成的像落在视网膜后面。
近视眼和远视眼都可通过戴合适的眼镜来矫正视力。
研究近视眼镜和远视眼镜
活动1
事先收集近视眼镜和远视眼镜（也可以是老花眼镜）。
（1）观察比较这两种眼镜有什么不同。
80（2）参照图3-7-3、图3-7-4分析并讨论：为什么近视眼镜的镜片是凹透
镜，而远视眼镜的镜片是凸透镜？
图3-7-3 近视眼及其矫正 图3-7-4 远视眼及其矫正
跨 学 科 实 践
用“水透镜”探究近视眼的形成原因
● 活动主题 我国中小学生近视眼人数越来越多，影响了中小学生的身
心健康。据 2020 年统计资料表明，我国儿童、青少年总体近视率为 52.7%，
其中，初中生近视率为 71.1%。学生学习用眼过度、不良的阅读习惯、使用电
子设备时间过长等，都会导致眼睛干涩，甚至晶状体的调节能力下降，最终
导致眼睛近视。你知道产生近视眼的原因吗？能不能用“水透镜”模拟眼睛的
晶状体来研究近视眼的成因？为了预防近视
眼，应该养成怎样的学习与生活习惯？
光屏
● 方案制订与实施 利用实验室的“水
水透镜
光源
透镜”模拟眼睛成像的过程（图 3-7-5）。
有兴趣的同学也可以选取塑料管、透明弹性
膜、注射器、细橡胶管、棉线和水，自制一
个“水透镜”进行实验。
（1）用注射器向“水透镜”的薄膜中缓
慢注水（模拟眼睛的晶状体），使薄膜略微
注射器
凸起，然后点亮光源，调整光屏（模拟眼睛
的视网膜）的位置，直至观察到光源的清晰
的像。用注射器继续向薄膜中注水，以增加 图3-7-5 水透镜
81薄膜的凸起程度，观察光源的像如何变化。
（2）结合所学知识，分析形成近视眼的原因。
（3）调查本班同学中有多少人患近视以及他们的不良用眼习惯，写出预
防近视眼的建议。
● 成果展示与交流 用“水透镜”演示各自的探究过程，陈述产生近视
眼的原因；针对不良用眼习惯的调查结果，与同学交流预防近视眼的方法。
信息浏览
眼镜的度数
在配眼镜时，常用“度数”来反映眼镜的性能。眼镜的度数等于镜片焦距（单
位：m）的倒数乘以 100 得到的数值。例如，某一老花眼镜镜片（凸透镜）的
1
焦距f是0.5 m，眼镜的度数就是 ×100=2×100=200（度）。
0.5
影像的保存
眼睛看到生动的画面，给人留下深刻的印象，但却没有办法准确地保存和
再现这些画面。为了记录难以忘怀的瞬间（图3-7-6）和美不胜收的景色，人
们发明了照相机。你是否使用过照相机？你了解照相机吗？
（a）运动瞬间的照片 （b）水冲击气球瞬间的照片
图3-7-6 精彩的瞬间
82认识照相机
活动2
照相机［图 3-7-7（a）］是利用凸透镜能成倒立、缩小的实像的原理制
成的，它主要由镜头、光圈、快门和暗盒等部件组成。照相机的镜头相当于一
个凸透镜，暗盒中的感光胶片（或感光元件）相当于光屏。
选定被拍摄的景物后，调节镜头到胶片（或感光元件）的距离，由于被摄
景物一般是在镜头的2倍焦距以外，因此胶片（或感光元件）上会出现倒立、
缩小的实像，从而使胶片（或感光元件）感光，影像便记录在胶片（或感光元
件）上［图3-7-7（b）］。
（a）照相机 （b）照相时依靠光使胶片（或感光元件）感光成像
图3-7-7 照相机的结构与成像原理
请找一份照相机的说明书，对照说明书练习使用照相机。
全自动数码照相机具有自动调焦、调光功能，摄影时只需将被摄主体调整
在显示屏画面中的恰当位置，按下快门就可拍得所需要的影像了，操作非常简
单，而且可以方便地将图像传输到计算机上欣赏和加工。
眼睛的好帮手
利用凸透镜成像的规律，人们还制成了显微镜和望远镜等光学仪器。
83目镜
认识显微镜
活动3
粗准焦螺旋
显微镜（图 3-7-8）主要由物镜和
细准焦螺旋
目镜两组凸透镜组成。通过物镜和目镜
物镜
可形成物体的放大的虚像，我们就能观 载物台
察到肉眼无法看到的微小物体或物体的
精细结构（图3-7-9）。
请用显微镜观察树叶。
反光镜
图3-7-8 显微镜的构造
（a）一片叶子 （b）显微镜下叶子的局部结构
图3-7-9 用显微镜观察树叶
光学显微镜的发明，使人们观察到了微生物，发现了细胞，引发了医学和
生物学的划时代革命。
认识望远镜
活动4
普通望远镜（图 3-7-10）和天文望远镜（图 3-7-11）主要也是由物镜和
目镜两组凸透镜组成的。通过目镜观察到物体的虚像，好像物体被移近了，我
们就能看清远处的物体，拓宽了观察的视野。
84请用望远镜观察远处的景物。
图3-7-10 普通望远镜 图3-7-11 天文望远镜
400 多年前，伽利略首次将望远镜对准天空，看到了月球上的环形山和木
星的卫星，发现了太阳黑子。随着望远镜技术的不断进步，人们发现了一个又
一个新的天体，使得天文学的研究领域不断扩大，人们的视野正在一步步地向
宇宙深处拓展。
自我评价 与 作业
1．小明的爷爷和爸爸都是老花眼，爷爷的老花程度更重一些，小明的妈
妈则是近视眼。现在爷爷要看书，让小明把眼镜递给他。小明把三副眼镜放到
纸上比了比，结果如图3-7-12所示，他应该选哪一副？
A. B. C.
图3-7-12
852．小慧在做“探究凸透镜成像的规律”实验，图3-7-13是她绘制的实验
示意图。a、b、c、d、e是主光轴上的五个点，F点和A点分别是凸透镜的焦
点和2倍焦距点。在a、b、c、d、e这五个点中：
a b c d e
A F F
图3-7-13
（1）把烛焰放在 点上，可以成正立、放大的虚像。
（2）把烛焰放在 点上是照相机成像的原理。
3．查阅资料，了解望远镜的实际结构，体会一下怎样调节才能看清远处
的物体。
4．使用显微镜观察标本时，如何调出清晰的像？
5．图 3-7-14 所示是创新小组的同学们
半透明膜 凸透镜
自制的照相机。在较暗的教室内，让凸透镜对
着明亮的室外，拉动纸筒，在半透明膜上可看
到室外实验楼清晰的像。若想在半透明膜上成
更大的清晰的像，下列做法正确的是（ ）。
A. 相机向前移，纸筒向前伸 可滑动纸筒
B. 相机向后移，纸筒向后缩 图3-7-14
C. 相机不移动，纸筒向后缩
D. 相机和纸筒的位置均不变
6．在学校里找一台投影仪，仔细观察其结构，结合产品说明书分析投影
仪的成像原理，并画出光路示意图。
86第 四 章
物质的形态及其变化
4.1 从全球变暖谈起
4.2 汽化和液化
4.3 熔化和凝固
4.4 升华和凝华
4.5 水循环与水资源4.1
从全球变暖谈起
根据世界气象组织 2023 年报告，全球变暖趋势仍在持续，2022 年全球平
均气温比工业化之前（1850 —1900 年）的平均气温高约 1.15 ℃。地球表面温
度升高给人类生活带来了许多影响（图4-1-1）。
（b）冰川消融，使海平面上升
（a）长期干旱，导致土地干裂 （c）树木干枯，易发生森林火灾
图4-1-1 气温升高对环境的影响
温度是物理学的一个重要物理量，它与人类的生活息息相关。
那么，什么是温度？怎样才能准确地测量物体的温度呢？
温度和温度计
温度（temperature）是表示物体冷热程度的物理量。
88凭感觉能判断“冷”和“热”吗
活动1
如图 4-1-2 所示，在三个烧杯里分别盛以冷水、温水和热水，先把两只
手分别插入冷水和热水中，过一会儿，再把两只手同时插入温水中，这时，两
只手感觉到的冷热程度一样吗？
冷？热？
冷水
温水
冷水 温水 热水 热水
图4-1-2 感觉冷和热
安全小提示：不要用太烫的热水，避免烫伤。
上述活动说明，单凭感觉判断冷热是不可靠的。要准确测量物体的温度，
必须使用测量工具—温度计（thermometer）。常用的温度计是利用煤油、
酒精或汞（俗称“水银”）等液体的热胀冷缩性质来测量温度的。
观察温度计
活动2
观察图4-1-3所示的液体温度计，看看它的构造和刻度。
（1）你知道这支温度计上的符号℃表示什么吗？
（2）这支温度计可测量的最高温度和最低温度分别是多少？
（3）它的分度值是多少？
图4-1-3 常用的液体温度计
89图4-1-3所示的温度计的分度方法，是瑞典科学家摄尔西斯（A. Celsius，
1701—1744）首先制定的，故被称为摄氏温标（Celsius thermometric scale）。
摄氏温标是怎样规定的呢？
如图 4-1-4 所示，在 1 个标准大气压下，冰水混合物的温度为 0 ℃；水
沸腾时的温度为 100 ℃。在 0 ℃ 和 100 ℃ 之间分成 100 等份，每一等份为
1 ℃，读作 1 摄氏度。这种分度方法还可扩展到 100 ℃ 以上和 0 ℃ 以下。15
摄氏度写作15 ℃；零下15摄氏度写作-15 ℃。
水的沸点 100 ℃
1个标准大气压下，
1个标准大气压下，
水沸腾时的温度 100等份
冰水混合物的温度
水的冰点 0 ℃
（a）水的冰点 （b）水的沸点 （c）摄氏温标
图图44--11--44 摄摄氏氏温温标标
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热力学温标与华氏温标
在国际单位制中，温度的基本单位是开尔文，
473 K 200 ℃ 它采用的是热力学温标，以 -273 ℃（精确值为
-273.15 ℃）作为温度的起点，叫做绝对零度。开
373 K 100 ℃
尔文简称开，符号为K。
273 K 0 ℃
如图 4-1-5 所示，热力学温度 T 与摄氏温度 t
173 K -100 ℃ 之间的数量关系是
T ＝ 273 + t
73 K -200 ℃
人类在实验和理论探究中发现，绝对零度是物
（0 K）
质低温的极限值。在接近绝对零度时，许多物质的
图4-1-5 热力学温度和摄
性质（如导电性）会发生有趣的变化。
氏温度的关系
90有些国家采用华氏温标，其单位为“华氏度”，用℉表示。华氏温度 t
F
与摄氏温度t之间的关系是
9
t ＝ 32 + t
F 5
温度计的使用
必做实验 用常见温度计测量温度
图4-1-6指出了使用温度计测量温度时应注意的几个问题。请仔细观察，
学会正确使用温度计。
（a） 读数时，视线要与 （b） 被测温度不能超出 （c） 温度计下端不能与 （d） 不能将温度计从被测
温度计内液面相平 温度计的量程 杯底、杯壁接触 物体中拿出来读数
图4-1-6 正确使用温度计
准备一杯热水、一杯温水和一杯冷水。先用手估测温水和冷水的温度，再
选用合适的温度计分别测出三杯水的温度，并将你估测的温度与用温度计测得
的温度填入表 4-1-1。比比看，谁估测的温度更接近实测温度？怎样才能使测
得的温度更准确？
表4-1-1 数据记录表
被测物体 估测温度t/℃ 实测温度t′/℃
热水 —
温水
冷水
91仔细观察如图4-1-7所示的体温计，它的测量范围及分
度值各是多少？它的构造与一般温度计有什么不同？
体温计下端装汞的玻璃泡与玻璃管的连接处特别细并且
略有弯曲。测体温时，汞受热膨胀，经细弯管升入直管中。
体温计离开人体后，汞变冷收缩，直管中的汞退不回来，汞
柱在弯曲处断开，所以体温计可离开人体后读数。读数完毕
后，拿住体温计上部向下甩几下，停留在直管中的汞就会回
到玻璃泡里。
由于人们越来越重视汞的散落可能对人造成的危害，我
国已明确规定，自 2026 年 1 月 1 日开始全面禁止生产含汞
体温计。家庭中还可使用电子体温计来测量体温，只要将电
子体温计的探头放到被测者的腋下或口腔内，便可直接显示
图4-1-7 体温计
体温的数值（图4-1-8）。
图4-1-8 电子体温计
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几种温度计
利用物质的某些性质，可制成各种不同的温度计。
气体温度计是利用气体的体积或压强等随温度改变的特点制成的。这种温
度计精确度高，量程大，多用于精密测量。
辐射温度计是利用热辐射来测量高温物体温度的。
在机场、车站等公共场所，为了避免病毒传播，常采用红外测温计快速检
测旅客的体温（图4-1-9）。
光测高温计是利用炽热物体发出的光来测量温度的，它的量程为
800～3 200 ℃，可用来测量炼钢炉内的温度。
92图4-1-9 用红外测温计测体温
电阻温度计是利用金属或半导体的电阻随温度而改变的性质制成的。这种
温度计测量精确，往往用作测量温度的标准仪器。
气温变化与人类生活
全球变暖给人们生活带来了许多灾难，人们必须控制全球温度上升的速
度。世界上很多城市的气温都比周围郊区的高，特别是在晴朗无风的夜晚，有
时会相差4～5 ℃，这种现象叫做“热岛效应”。为了缓解“热岛效应”，人
们往往会采取控制空调温度、绿色出行、合理规划建筑、加强城市绿化与水系
建设等措施。
STSE
表4-1-2所示为一些物体（或状态）的温度。
表4-1-2 温度“阶梯”
物体（或状态） 温度t/℃ 物体（或状态） 温度t/℃
太阳中心 约1.5×107 冰箱冷藏室 约5
冰水混合物（1个标准
太阳表面 约6 000 0
大气压）
酒精灯的火焰（外焰） 约700 冰箱冷冻室 约-20
沸水（1个标准大气压） 100 沸腾时的液态氧 -183
人的正常体温（口腔） 36.5～37.0 沸腾时的液态氢 -253
93跨 学 科 实 践
当地产生“热岛效应”的原因调查
● 活动主题 “热岛效应”是由于某一区域地表的局部温度、湿度、空气
对流等因素发生改变，进而引起该区域的气温比周围气温高的现象。一个区域
内的建筑群密集程度、空气对流状况、植被开发、水系建设、工厂生产、空调
的使用、交通运输等，都会影响该地区的气温。你所在地区夏天的“热岛效应”
明显吗？产生这一现象的主要原因是什么？如何在一定程度上缓解当地的“热
岛效应”？
● 方案制订与实施 同几位与你住得较近的同学组成调查小组，开展以
下调查研究活动：
（1）通过查阅近几年你们所在地区夏天的气象资料，了解当地夏天是否
表现出“热岛效应”以及当地“热岛效应”的严重程度。
（2）在水泥地面的广场上、车辆穿梭的马路旁、生产繁忙的工厂周围、
树荫绿地上与河流湖泊附近等地测量温度（测量时需注意安全），比较这些区
域的温度差别，结合所学知识，分析产生“热岛效应”的主要原因。
（3）根据分析的原因，对当地建筑设计规划、工厂附近绿化、水系建设、
公共场所与家庭空调温度设置以及绿色出行方式选择等，提出缓解“热岛效应”
的设想与措施。
● 成果展示与交流 完成各自的调研与分析报告，以及缓解当地“热岛
效应”的设想与措施，与同学进行交流。
自我评价 与 作业
1．图 4-1-10 中温度计的示数是 ℃。昆仑站是我国首个南极内陆考
察站，是南极自然环境最为恶劣的地区之一，最低气温可达 -80 ℃ 以下，用
图4-1-10所示的温度计 （选填“能”或“不能”）测量该地的气温。
94图4-1-10
2．人的正常体温（口腔温度）是 ℃。在 1 个标准大气压下，水
的沸腾温度是 ℃。
3．为节能环保，国务院规定机关、商场等场所夏季室内空调温度设置不
得低于（ ）。
A. 18 ℃ B. 22 ℃ C. 26 ℃ D. 28 ℃
4．在气象学中，通常会将一天中的 2 时、8 时、14 时、20 时这四个时刻
气温的平均值作为当天的日平均气温。如果某地某日这四个时刻的气温如图
4-1-11所示，则该地的日平均气温是 。
2 时 8 时 14 时 20 时
图4-1-11
5．在 1 个标准大气压下，将一支用了多年的刻度模糊的煤油温度计插入
冰水混合物中时，温度计内液柱长度为12 cm；再插入沸水里，温度计内液柱
长度为 24.5 cm。若将其插入某液体中时，温度计内液柱长度为 18 cm，则此
液体的温度为多少？
954.2
汽化和液化
我们知道，水在不同温度下，可以是固态、液态或气态。
如图 4-2-1 所示，铁块在高温下会变成铁水；火山爆发时的高温会使岩
石变成岩浆；常温下，固态的二氧化碳（俗称“干冰”）会变成气态的二氧
化碳。
（a）高温下，铁块变成铁水 （b）火山爆发，岩石变成岩浆 （c）常温下，干冰变成二氧化碳气
体（使周围水蒸气凝结成水雾）
图4-2-1 物态的变化
固态（solid state）、液态（liquid state）、气态（gas state）是自然界物
质的三种常见状态。同一种物质的三种状态在一定条件下可以相互转化。
那么，各种物态之间是怎样变化的呢？这些变化有哪些特点？
本节先研究物质在液态与气态之间变化的特点。
汽化的一种方式—蒸发
物理学中，把物质由液态变为气态的过程，叫做汽化（vaporization）。
汽化有蒸发和沸腾两种形式。
若打开装酒精的瓶的塞子，你会闻到酒精味；湿衣服晾晒后会慢慢变干；
96池塘里的水不论在什么温度下，都存在缓慢汽化成水蒸气的现象。这种只在液
体表面进行的汽化现象，叫做蒸发（evaporation）。
讨论影响蒸发快慢的因素
活动1
观察图 4-2-2 并讨论，液体蒸发的快慢与哪些因素有关？你能再举出一
些类似的例子吗？
（a）在室外和在室内 （b）叠起来晾和展开晾 （c）有风吹和无风吹
图4-2-2 什么情况下裙子干得快
大量事例表明，液体的温度越高，蒸发越快；液体表面积越大，蒸发越快；
液体表面附近的空气流动越快，蒸发越快。
想一想
为了节约水资源，很多农村地区的灌溉用水会用管道代替沟渠
输水。与沟渠输水相比，管道输水方式有什么好处？为什么？
汽化的另一种方式—沸腾
我们在烧开水时，可以观察到水沸腾时的汽化现象比蒸发更明显。这种汽
化过程有什么特点？
97必做实验 探究水在沸腾前后温度变化的特点
实验装置如图 4-2-3 所示，在烧杯中盛水并用酒精灯加
热，仔细观察烧杯中水的状态的变化过程。
当水温接近 80 ℃ 时，每隔 1 min 读一次温度，直到水
沸腾时再继续观察 5 min，把观察到的现象和读得的数据记
录在表4-2-1中。
图4-2-3 探究水沸腾的实验
表4-2-1 数据记录表
时间t/min
温度t/℃
水中气泡情况
以横坐标表示时间，纵坐标表示温度，把表 4-2-1 中记录的各组数据分
别画在图4-2-4所示的坐标系中，再将这些点用平滑的曲线连接起来。
温度t/℃
金钥匙
105
100 物理学中对于一
95
些物理量的变化情
90
况，常根据测量数
85
据，描绘对应的图像
80
75 来表示。这种方法不
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 时间t/min
但可省去大段文字的
图4-2-4 水沸腾前后的温度－时间图像
描述，而且具有直观、
形象的特点。
水沸腾时，继续加热，水的温度会变化吗？
98安全小提示：必须用火柴点燃酒精灯，切不可用点燃的酒精灯直接去点燃另一
盏，否则灯内的酒精会洒出，引发火灾；用完酒精灯后，必须用灯帽盖灭酒精灯（盖灭后轻
提一下灯帽，再重新盖上），切勿用嘴去吹灭酒精灯；不要碰倒酒精灯，万一酒精洒在桌上
燃烧，应立刻用湿抹布扑盖。
由上述实验可以发现，水在沸腾过程中，虽然持续加热，但水的温度却不
再升高。
物理学中，把在液体的内部和表面同时进行的剧烈汽化现象，叫做沸腾
（boiling）。液体沸腾时的温度叫做沸点（boiling point）。不同液体的沸点不同，
表4-2-2是1个标准大气压下几种液体的沸点。
表4-2-2 几种液体的沸点（1个标准大气压）
液 体 沸点t/℃ 液 体 沸点t/℃
液态氦 -269 酒 精 78
液态氢 -253 水 100
液态氮 -196 液态萘 218
液态氧 -183 汞 357
液态氨 -33 液态铅 1 749
乙 醚 35 液态铁 2 861
想一想
请总结一下，液体有哪两种汽化方式？它们各有什么特点？
液 化
物理学中，把物质由气态变为液态的过程，叫做液化（liquefaction）。
液化是汽化的相反过程。
99观察液化
活动2
水烧开时，水蒸气从壶嘴口喷出，水蒸气
遇到冷空气，就凝结成小水珠。水蒸气是不可
见的，平常看到的“白气”是由凝结的小水珠
形成的，而不是气态的水蒸气。用玻璃片可以
接收由小水珠形成的水滴（图4-2-5）。
图4-2-5 观察液化现象
安全小提示：不要被水蒸气烫伤。
上述活动说明：
水蒸气遇冷，降低到一定温度时，就会液化。
日常生活中经常能见到液化现象。夏天吃棒冰
时，揭开包装纸后会看见棒冰冒“白气”（图4-2-6），
这就是空气中的水蒸气遇冷液化形成的小水珠。
其实，不仅水蒸气遇冷会液化，所有气体，在温
度降到足够低时，都会液化。
除降温外，在一定温度下压缩气体的体积，也能 图4-2-6 冒“白气”的
使它液化。例如，在常温下，将石油气压缩，可以使 棒冰
它变为液体，装在钢瓶里，就是我们日常生活中使用的液化石油气。液化能使
气体体积缩小，方便贮藏和运输，所以得到广泛应用。
汽化吸热、液化放热
探究汽化吸热和液化放热
活动3
1．汽化吸热
液体沸腾时，对它继续加热，温度却不再升高，这说明液体沸腾变为气体
100时需要吸热。那么，蒸发时是否也需要吸热呢？
（1）在皮肤上擦一点酒精，会不会感觉到凉凉的？
（2）找两支相同的温度计，其中一支用酒精浸湿的棉花包住玻璃泡，另
一支不包。将这两支温度计放在同一室温下，示数一样吗？
由这两个实验，你能得出什么结论？
2．液化放热
A
如图 4-2-7 所示，先用温度计测出
容器 B 中的水温；再将试管 A 放入容器
B 中，让烧瓶内的水沸腾时产生的水蒸气 B
通入试管 A 中，水蒸气在试管中遇冷会
液化为水。过一段时间，再测量容器 B
中的水温，它的温度是升高了还是降低
了？这个实验说明了什么？ 图4-2-7 观察液化放热
探究表明，物质在汽化过程中吸热，
在液化过程中放热。炎热的夏天，很多
地方会采用喷射水雾的办法使室外休息
区域降温（图 4-2-8），就是利用了水汽
化时吸热；有些医院和宾馆利用高温水
蒸气来做饭、烧水，则是利用了水蒸气
液化时放热。
图4-2-8 喷雾降温
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火箭发射降温系统
火箭发射的动力主要来自燃料燃烧，喷火管在发射瞬间喷出的火焰，能使
发射平台的温度瞬间接近 3 000 ℃，足以熔化绝大多数金属和非金属材料，对
火箭和发射平台都会造成巨大危害。为了避免高温对发射造成影响，火箭发射
平台的下方都会安装一个能容纳几百吨水的蓄水池。火箭发射时，蓄水池中约
10130% 的水在火箭点火后迅速汽化，剩
余的水则通过导流槽流走。水汽化时
要吸收大量的热，从而为火箭降温，
也使发射平台核心区域降温幅度达
1 000 ℃左右，避免火箭和发射平台
上的装置设备被发射瞬间产生的高温
损坏。我国海南文昌航天发射场（图
4-2-9）还配置了大流量喷水降温降
图4-2-9 “长征七号”遥六运载火箭发射
噪系统，能在火箭点火升空时每秒喷
射出20 t水，有效保障发射平台免于高温烧蚀。
自我评价 与 作业
1．在“探究水在沸腾前后温度变化的特点”实验中：
（1）如图 4-2-10 所示，其中图 是水沸腾时的
情况。
（2）图 4-2-11 是三位同学在实验中画出的温度 - （a） （b）
图4-2-10
时间图像，其中正确的是（ ）。
温度 t / ℃ 温度 t / ℃ 温度 t / ℃
O O O
时间t / min 时间t / min 时间t / min
A. B. C.
图4-2-11
2．在部分严重缺水的地区，居民利用处于地下的暗渠输水。与地面上的
渠道输水相比较，暗渠输水的好处是（ ）。
A. 降低水温，增大水的表面积，加快水的蒸发
102B. 加快水面附近的空气流动，并增大水的表面积，加快水的蒸发
C. 减少水的表面积，并降低水的温度，减缓水的蒸发
D. 减缓水面附近的空气流动，减缓水的蒸发
3．有的公共卫生间里装有热风干手器（图 4-2-12），它能很快将湿手
吹干；家中的电吹风也能很快将湿头发吹干，请说明其中的原理。
图4-2-12 图4-2-13
4．炎热的夏天，小狗常常张开嘴，伸出长长的舌头（图 4-2-13）。这
是为什么？
5．日常生活经验告诉我们，若不小心被水蒸气烫伤，伤情比被开水烫伤
更严重，这是为什么？（注意安全，切勿尝试）
6．有一种隔水加热的烹饪方式如图4-2-14所示，
如果在小碗中装入水，当锅里的水沸腾时，小碗中的水
（ ）。
A. 稍后也沸腾了 B. 温度高于沸点，立马沸腾
C. 同时沸腾 D. 温度达到沸点，不会沸腾
图4-2-14
1034.3
熔化和凝固
我国古代先民早已掌握了金属熔化和凝固的规
律，并将其用于越王剑、“后母戊”青铜方鼎等金属
器具的铸造过程。春秋时期的《考工记》和明朝时期
的《天工开物》中都记载了我国冶炼金属的方法（图
4-3-1）。物理学中，把物质由固态变为液态的过程，
叫做熔化（melting）；把物质由液态变为固态的过程，
叫做凝固（solidification）。例如冰变成水，叫做冰
的熔化；水结成冰，叫做水的凝固。下面我们来研究
物质熔化和凝固的特点。
图4-3-1 《天工开物》
铸釜图
熔化和凝固的特点
以海波（硫代硫酸钠）为研究对象，探究它在熔化为液体的过程中，温度
的变化情况。
探究海波熔化的特点
活动1
参照图 4-3-2，把装有一些海波的试管放到盛水的烧
杯里，用酒精灯加热烧杯，并用搅拌棒不断轻轻搅动烧杯
里的水，观察温度计的示数和海波的状态变化。
从约35 ℃开始，每隔1 min读一次温度，直到海波全
部熔化后再观察3 min，把测得的数据记录在表4-3-1中。
图4-3-2 探究海波的熔化现象
104表4-3-1 数据记录表
时间t/min 0
温度t/℃ 35
海波状态
仿照实验“探究水在沸腾前后温度变化的特点”，以横坐标表示时间，
纵坐标表示测得的温度，在图4-3-3所示的坐标系中画出海波熔化时的温度-
时间图像。
金钥匙
通过加热容器里的水，
再用热水加热水中物体的
方法，称为水浴法。水浴法
的优点是使物体缓慢均匀
加热，便于观察。
图4-3-3 海波熔化时的温度-时间图像
根据表格中记录的数据和画出的海波熔化时的温度-时间图像，分析海波
的熔化过程可以发现：海波开始熔化时的温度是 48 ℃；海波在熔化过程中，
继续加热，温度保持不变；当海波全部熔化为液体时，继续加热，温度上升。
当海波全部熔化为液体后，让它慢慢冷却，每隔 1 min 记下海波的温度，
画出海波凝固时的温度-时间图像。观察图像可以发现，海波凝固时的温度变
化特点与熔化时相反。
探究石蜡熔化的特点
活动2
参照图 4-3-2 所示的装置，在试管中放入石蜡碎屑，重复活动“探究海
105波熔化的特点”的步骤。从 40 ℃
温度t/℃
开始，观察石蜡的状态变化，每隔 95
90
1 min 读一次温度，做好记录，并 85
80
在图4-3-4中画出石蜡熔化时的温
75
70
度-时间图像。
65
比较海波与石蜡熔化时的温 60
55
度-时间图像，你能得到什么结论？ 50
45
40
35
30
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 时间t/min
图4-3-4 石蜡熔化时的温度-时间图像
比较海波与石蜡熔化时的温度-时间图像可以发现：海波在熔化过程（从
开始出现液体到全部变为液体）中，温度不变；石蜡在熔化过程中，温度不断
升高。
把实验装置中的烧杯和酒精灯移去，仔细观察可见，试管中的石蜡会慢慢
地从液态变成固态。
晶体和非晶体
海波和石蜡都是固体，为什么两者的熔化过程会有显著的不同呢？
原来，固体可分为两类。一类固体像海波那样，有固定的熔化温度，属于
晶体（crystal）；另一类固体像石蜡那样，没有固定的熔化温度，属于非晶体
（amorphous matter）。海波、冰、食盐、石墨、金属等是晶体；石蜡、松香、
玻璃、沥青等是非晶体。
晶体熔化时的温度，叫做熔点（melting point）。物质从液态凝固为晶体
时的温度，叫做凝固点（solidifying point）。实验表明，同一种晶体的凝固点
与它的熔点相同。物质在熔化过程中要吸热，在凝固过程中则要放热。非晶体
没有熔点或凝固点。
不同晶体的熔点一般不同，表 4-3-2 是部分晶体在 1 个标准大气压下的
熔点。
106表4-3-2 部分晶体的熔点（1个标准大气压）
晶体 熔点t / ℃ 晶体 熔点t / ℃
固态氢 -259 锡 232
固态氧 -219 铅 327
固态氮 -210 锌 420
固态酒精 -114 铝 660
固态汞 -39 金 1 064
冰 0 铜 1 085
铯 29 铁 1 538
海波 48 铂 1 768
萘 80 钨 3 414
自我评价 与 作业
1．下列固体中，哪些是晶体？哪些是非晶体？查阅资料，看看这些晶体
的熔点分别是多少。
A. 铁 B. 蜡 C. 玻璃 D. 铝 E. 冰 F. 沥青
2．在严寒的雪山高原上，边防战士的生活非常艰苦。他们有时需要从野
外取雪加热成水来饮用。在图 4-3-5 中，能正确描述雪熔化成水并烧开的过
程中温度变化情况的图像是（ ）。
温度t / ℃ 温度t / ℃ 温度t / ℃ 温度t / ℃
O O O O
时间t / min 时间t / min 时间t / min 时间t / min
A. B. C. D.
图4-3-5
1073．我们能把铝锅当作容器来熔化锡，但不能用铝锅来熔化铁，为什么？
4．俗话说：“下雪不冷，化雪冷。”你有这样的体验吗？这是为什么？
5．如图 4-3-6（a）所示，将质量相等的冰和蜡分别装在两支相同的试管
中，然后放入装有水的烧杯中加热，绘制出温度随时间变化的图像如图 4-3-6
（b）所示。下列说法正确的是（ ）。
温度t / ℃
B
A
时间t / min
（a） （b）
图4-3-6
A. 图（a）采用“水浴法”加热，可以使物质均匀受热
B. 由图（b）可知，B是冰熔化的图像
C. 由图（b）可知，冰熔化过程持续了6 min
D. 冰在0 ℃时一定是固态
1084.4
升华和凝华
图4-4-1是生活中常见的现象，你留意过它们吗？从物态变化的观点来看，
这是怎么回事呢？
（a） 在严冬，结冰的湿 （b） 放在衣橱中的樟脑丸会 （c） 寒冷的冬天，在窗
衣服也可以晾干 越来越小，最后“消失” 玻璃上会有冰花
图4-4-1 你留意过这些现象吗
升 华
观察碘的升华现象
活动1
实验装置如图 4-4-2 所示，在试管底部放入少
碘
量固态碘，将试管口用塞子塞紧。将试管放入热水中，
仔细观察发生的现象。
图4-4-2 碘的升华
这个实验表明：固态的碘受热会直接变为气态。
物理学中，把物质由固态直接变为气态的过程，叫做升华（sublimation）。
固态的冰直接变成气态的水蒸气，是冰的升华。现在，你能解释图4-4-1（a）（b）
所示的现象了吗？
109凝 华
观察凝华现象
活动2
1．在活动“观察碘的升华现象”中，当试管中出现许多碘蒸气时，将试
管从热水中取出。待试管冷却后，在试管内壁会看到什么？
2．有同学在一个搪瓷杯里盛一些冰和盐的混合物，过一会儿，发现在搪
瓷杯的外表面，可以看到一层薄薄的霜。你也这样做一做，看看是否观察到同
样的现象。思考一下，这层霜是从哪儿来的？
物理学中，把物质由气态直接变为固态的过程，叫做凝华（deposition）。
气态的碘蒸气直接变成固态的碘，是碘蒸气的凝华。霜是空气中的水蒸气直接
凝华而成的。试用凝华的观点解释图4-4-1（c）所示的现象。
物质在升华过程中要吸热，在凝华过程中要放热。
STSE 人工降雨
利用物质的升华，可以制冷，干冰（固态二氧化碳）就是一种常用的制冷剂。
用干冰可以实施人工降雨（图 4-4-3）。配备特殊装置的飞机将干冰撒入
一定高度的冷云层中，干冰就会很快升华，并从周围吸收大量的热，使空气的
温度急剧下降，于是高空中的部分水蒸气便凝华成小冰粒。这些小冰粒逐渐变
大而下落，遇到暖气流就熔化为雨点落到地面上，在一定条件下就形成降雨。
图4-4-3 人工降雨
110自我评价 与 作业
1．有些厨师会在食物上放一些干冰，
制造烟雾缭绕的效果（图 4-4-4）。这是
利用干冰在常温下（ ）。
A. 迅速液化成二氧化碳的小液珠而形
成的
B. 迅速熔化再汽化变成二氧化碳气体
而形成的 图4-4-4
C. 迅速升华成二氧化碳气体而形成的
D. 迅速升华成二氧化碳气体，使空气中水蒸气由于降温液化成小水珠而形
成白雾
2．日光灯用久后，灯管的两端会出现黑斑，这些黑斑是钨丝中的钨（ ）。
A. 汽化而成 B. 先升华后凝华而成
C. 升华而成 D. 先汽化后液化而成
3．蒸馏法是海水淡化的一种方法，即将海水中的水蒸发而把盐留下，再
使水蒸气冷却凝结为淡水。这个过程中涉及的水的物态变化有（ ）。
A. 汽化、凝固 B. 汽化、液化 C. 液化、凝华 D. 升华、凝华
4．请你在图 4-4-5 中的方括号内填上相应物态变化的名称，在圆括号内
填入这个物态变化过程中是吸热还是放热。
固体 液体 气体
图4-4-5
5．酒精灯外焰的温度约为 700 ℃，在 1 个标准大气压下，碘的熔点为
113.7 ℃，其沸点为 184.4 ℃。若用酒精灯的外焰加热装有碘的烧瓶，碘颗粒
吸热会 ，还可能会 。
1114.5
水循环与水资源
地球上的水处于不停的运动变化
之中。陆地和海洋表面的水通过蒸发
进入大气，大气中的水蒸气冷却后通
过降水又回到陆地和海洋，其循环过
程如图 4-5-1 所示。水的这种循环过
程不仅是水的气态、液态、固态之间
的物态变化，也使陆地上的淡水不断
得到补充。
图4-5-1 自然界中的水循环
云、雨、雹、雪、雾、露、霜的形成
云、雨、雹、雪、雾、露、霜都是水
的家族成员。
太阳照射到江、河、湖、海，使水蒸
发，水蒸气上升到气温较低的高空，凝结
成小水珠或凝华成小冰晶，形成一朵朵白
色的云（图4-5-2）。
白云若遇到冷空气，云中的小水珠
图4-5-2 云
相互凝聚，云层增厚，小水珠也逐渐增大
成为大水珠，白云变成乌云。当大水珠
越来越重，便下落到地面，这就是雨（图
4-5-3）。若云中的小冰晶凝聚变大，下
落过程中熔化成大水珠，也会形成雨。
夏天下冰雹是怎么一回事呢？原来，
当云中的水滴遇到猛烈上升的气流，被带
图4-5-3 雨 到 0 ℃以下的高空时，便凝结成雪珠、小
112冰晶或雹子；当气流减弱时，雪珠、小冰晶或雹子回落；上升气流再增大时，它们
再上升；如此上下翻腾，它们就可能逐渐成为大冰雹（图4-5-4），直接落到地面。
在冬天，高空更寒冷，温度急
剧下降，水蒸气直接凝华为小冰晶，
就是美丽的雪花（图 4-5-5）。雪
花飘落时，相互结合，由小变大，
成为雪片或大雪花，这时，就要下
鹅毛大雪了。
若地面附近的水蒸气较多，并
遇上冷空气，则水蒸气会以空中的
尘埃为核心凝结成小水滴，这就是
雾（图4-5-6）。
（a）冰雹的形成 （b）大块冰雹
图4-5-4 冰雹
图4-5-5 雪花晶体 图4-5-6 雾
113图4-5-7 露 图4-5-8 霜
夏天，地面很热，空气中水蒸气的含量特别高，黎明前的气温较低，水蒸
气遇到温度较低的树叶、花草便凝结成为露（图4-5-7）。
冬天的早晨，地面的气温特别低，水蒸气便凝华成为白茫茫的霜（图4-5-8）。
水是珍贵的资源
水，尤其是淡水，是地球上最宝贵的资
源，是生命的基础，是生物生存和繁衍的必 淡水
约2.53%
要条件。人类文明史无一不是从大江、大河
咸水 约97.47%
流域开始的。从太空中看到的地球是一个大
部分被水体覆盖的蓝色“水球”。
如图4-5-9所示，地球上的水中约97.47%
是海洋咸水、湖泊咸水和地下咸水，是人类
无法直接利用的；地球上淡水约占 2.53%，
图4-5-9 地球上水的分布
其中 1.74% 以上的淡水被固化在南极洲和格
陵兰岛的冰盖中，人类目前还难以利用，其余的分布在土壤、地下、江河、湖
泊和大气中。因此，人类实际可以直接利用的淡水极少，水资源是十分珍贵的。
随着社会的发展和人口的增长，水资源已出现了严重的危机（图4-5-10）。
受到污染和过量使用，是导致水资源危机的重要原因。
水资源受到污染的原因大致有以下几种：城市工业区的污水排放，酸雨的
污染，热污染；农业区使用化肥、杀虫剂、除草剂引起的污染，以及灌溉中的
盐污染；生活用水污染，如含磷洗涤剂的污染等。
114（a）淡水奇缺，“水比油贵”
（b）污水任意排放，污染水资源 （c） 破坏森林，加剧水土流失
（d）水体富营养化引发“赤潮”，使水生生物大量死亡
图4-5-10 水资源危机
人类对水资源的过量使用超过了水资源自然更新的速度，从而加剧了水资
源的短缺。此外，水体的富营养化问题也十分突出。
我国是世界上最缺水的国家之一。近年来，我国贯彻落实生态文明建设，
加大水生态保护治理力度，黄河干流已超20 年不断流，西辽河干流在断流20
年后已连续多年实现了生态水量下泄，断流河道与萎缩干涸湖泊的修复取得了
积极进展。
115有效、合理使用水资源
怎样才能有效、合理地使
用水资源呢？
首先，人类应尽量减少对
水资源的污染，并采用先进技
术对污水进行处理，使水资源
能够循环使用（图4-5-11）。
其次，要提高水的使用效
图4-5-11 污水及时处理，循环使用水资源
率和节约用水。例如，在工业
生产中，改进生产工艺；在农业生产中，采用喷灌技术（图 4-5-12）或滴灌
技术，可以提高灌溉效率。
图4-5-12 农业采用喷灌技术，可节约用水
最后，要加强水资源的有效管理，制定有关节水的法规，有效地使用水资
源。加强宣传力度，改变人们认为水是“取之不尽、用之不竭”的观念，大力
提倡节约用水。
116我国坚持“绿水青山就是金山银山”的理念，以提升水生态系统质量和稳
定性为核心，复苏河湖生态环境，维护河湖健康生命，实现河湖功能永续利用，
实现人水和谐共生，满足人民日益增长的美好生活需要。具体来说，为了使“天
更蓝、山更绿、水更清”，我国实施山水林田湖草沙一体化保护和系统治理，
通过防治水体污染、节约用水与水资源管理，纵深推进绿色、循环、低碳发展，
有效、合理使用水资源，保护生态环境。
自我评价 与 作业
1．请从网上搜集一条有关水资源被严重污染的报道，并加以评述。
2．从图 4-5-9 中，你能否感受到淡水资源的珍贵？请提出在学校里节约
用水的合理化建议。
3．雾、霜、露中，哪些是水蒸气液化形成的？哪些是水蒸气凝华形成的？
4．根据所学知识，画出水循环的示意图。
117第 五 章
质量与密度
5.1 物体的质量
5.2 物质的密度
5.3 密度知识的应用
5.4 物质的一些物理属性
5.5 新材料及其应用5.1
物体的质量
自然界中的一切物体都是由物质组成的。物质有各种属性，人们始终在不
懈地探索着。随着物质的各种新属性不断被发现，一些新材料也应运而生，从
而使我们的生活变得更加丰富多彩。
物体所含物质有的多，有的少，本章就先从这里开始探究。
质 量
如图 5-1-1 所示，盛满水的碗和盆，哪个装的水多？充足气的篮球和乒
乓球，哪个里面的空气多？汽车轮胎和自行车轮胎，哪个用的橡胶材料多？
（a） （b）
（c）
图5-1-1 比较物质的多少
自然界中，组成物体的物质有多有少。物理学中，把物体所含物质的多少
叫做物体的质量（mass）。
那么，物体的质量会不会随着它的形状、状态和位置的改变而发生改变
呢？如图 5-1-2 所示，钢锭被压成钢板，形状变了，质量不变；冰化成水，
119状态变了，质量不变；天舟货运飞船将货物从地球运上太空中的中国空间站，
空间位置变了，质量不变。
（a）钢锭被压成钢板 （b）冰化成水 （c） 天舟货运飞船将货物运上
中国空间站（模拟图）
图5-1-2 物体的形状、状态和位置改变
大量事实说明：
一个物体的质量不因为它的形状、状态和位置的改变而变化。
可见，质量是物体的一个基本属性。
质量的单位
在国际单位制中，质量的基本单位是千克，符号是kg。最初规定1 000 cm3
的纯水在 4 ℃ 时的质量为 1 kg。后来，人们据此用铂铱合金制成一个国际千
克原器（图5-1-3），存放在法国巴黎国际计量局中。
由于千克原器表面无法绝对避免污染，导致其质量发
生细微变化，2018 年，第 26 届国际计量大会决定，
在不使用具体实物的情况下重新定义了“千克”。
为了实际需要，人们还规定了比千克大的单位，
如吨（t），比千克小的单位，如克（g）、毫克（mg）
等。它们之间的换算关系为：
图5-1-3 国际千克原器
1 t = 1 000 kg，1 kg = 1 000 g，1 g = 1 000 mg。
120想一想
试填写图5-1-4中物体质量的单位。
（a） 30粒大米的质量约1 （b） 15个鸡蛋的质量约1 （c） 1头大象的质量约5
图5-1-4 你知道吗
信息浏览
表5-1-1所示为一些物体的近似质量。
表5-1-1 质量“阶梯”
物 体 质量m / kg 物 体 质量m / kg
太阳 1030 1 L水 100
地球 1024 一张A4复印纸 10-3
“长征八号”运载火箭 105 氧分子 10-26
普通家用轿车 103 电子 10-31
使用天平测量物体的质量
测量质量的工具很多，实验室里常用的是托盘天平（图5-1-5）。
分度盘 指针
刀口
托盘
平衡螺母
横梁
标尺
游码
图5-1-5 托盘天平及砝码
121必做实验 用托盘天平测量固体的质量
观察托盘天平，熟悉它的主要结构。
仔细阅读托盘天平的说明书。根据说明书的要求练习调节托盘天平的
方法。
用托盘天平测量下列物体的质量，并将测量结果记录在表5-1-2中。
表5-1-2 数据记录表
一枚1元硬币 一个乒乓球的 一本物理课本 一个钩码的
实验序号
的质量/ g 质量/ g 的质量/ g 质量/ g
1
2
3
托盘天平使用说明（摘要）
一、主要部件名称（见图5-1-5）
二、调节步骤
1．使用天平时，应将天平放在水平工作台面上。
2．将游码移至标尺左端“0”刻度线上，调节平衡螺母，使指针对准分度
盘的中央刻度线。
三、使用方法
1．被测物体的质量不能大于天平的称量范围。
2．称量时，左盘放置被称量物体，右盘放置砝码，增减砝码或移动游码，
使天平平衡。这时，右盘内砝码的总质量加上游码指示的质量值，等于左盘内
被称量物体的质量。
3．判断天平横梁是否平衡时，不一定要等指针完全静止下来，只要指针
在分度盘中央刻度线左右摆动的幅度相等，即可判断天平横梁已经平衡。
1224．取用砝码时要使用镊子，不要用手拿。称量完毕，要清点砝码，并装
入盒内。
四、保养方法
1．天平应妥善保管，使用、搬运、存放时，要防止振动，以免损坏刀口。
天平及砝码应保持干燥、清洁，不得置于潮湿的地方，并避免沾着酸、碱、
油脂。
2．发现天平与砝码出现称量不准时，应加以校正，并经计量检定机构鉴
定合格后，方能使用。
五、型号与精度
（略）
六、砝码的组合数
（略）
必做实验 用托盘天平测量液体的质量
用量筒量出一定体积的水和酒精，用托盘天平测量这些液体的质量。
（1）用托盘天平测量一只空烧杯的质量m 。
0
（2）将待测液体倒入空烧杯中。
（3）用托盘天平测量待测液体和烧杯的总质量m 。
总
将测量数据及计算结果记录在表5-1-3中。
表5-1-3 数据记录表
液体和烧杯的
实验对象 空烧杯的质量m / g 液体的质量m / g
0
总质量m / g
总
水
酒精
123实际测量时，需要根据被测物体的质量大小及对测量准确度的要求，选
择不同的测量工具。图 5-1-6 所示是生活和科研中使用的一些测量质量的
工具。
（a）台秤
（b）电子秤 （c）电子天平 （d）体重计
图5-1-6 测量质量的工具
自我评价 与 作业
1．在调节天平平衡的过程中，首先必须做的是什么？你是独立调节天平
的，还是在他人帮助下完成的？
2．使用托盘天平测量物体的质量时，下列各项中不必要的是（ ）。
A. 使用天平时，应将天平放在水平的实验台上
B. 调节横梁平衡时，应先将游码移至标尺左端的“0”刻度线处
C. 称量时，左盘应放置被称量的物体，右盘放置砝码
D. 判断天平横梁是否平衡，一定要等指针静止下来
3．请估测下列物体的质量。
（1）一支铅笔的质量约 kg。
124（2）一个普通热水瓶能容纳的水的质量约 kg。
（3）课本中一张纸的质量约 mg。
（4）一辆轿车的质量约 t。
4．航天员将地球上质量为50 kg的物体带到太空中的中国空间站上，此时，
物体的质量将（ ）。
A. 增加 B. 减少 C. 不变 D. 无法确定
5．测量水的质量时，一位同学先称出杯子和水的总质量，然后倒出水，称
出杯子的质量；另一位同学先称出杯子的质量，然后倒入水，称出杯子和水的
总质量。这两种方法都可以测出水的质量，你认为哪一种方法更好些？为什么？
6．2020年12月17日，嫦娥五号顺利结束为期23天的太空之旅，并带回
1 731 g“月壤”样品。与在月球上相比，带回地球的“月壤”样品的质量（ ）。
A. 不变 B. 变大 C. 变小 D. 无法确定
1255.2
物质的密度
图 5-2-1 是 2022 年北京冬奥会使用的我国自主研
发、制造的雪车，它的车身是用轻质材料制成的，这
种雪车质量小，强度大。如果雪车的车身是用普通钢
材做的，它的质量就要大得多。由此可见，物体即使
体积相同，因所含物质不同，质量也不一样。
下面通过实验来探究这个问题。
图5-2-1 雪车
物体的质量与体积的关系
在讨论物体质量大小时，有位同学说：“铁块的质量比木块大。”这位同
学的说法引起了大家的激烈争论（图5-2-2）。
铁块的质量当然比木
块大。这有什么疑问呢？
这句话不科学！难道
一小块铁的质量会比一大
块木头的质量还大吗？
对，比较两个物体质量的
大小，不能只看是什么材料，
还要考虑它们体积的大小。
图5-2-2 对质量大小的争论
你的意见是什么呢？
126探究物体的质量与体积的关系
活动
根据上面的讨论，某同学猜想物体的质量与它的体积之间可能存在一定的
比例关系。你同意他的观点吗？你的猜想是什么？
● 获取与处理信息
选择木块和铁块进行如下探究：
（1）取两块形状规则但体积不同的木块，用天平和直尺分别测算它们的
质量和体积，将结果填入表5-2-1。
（2）取两块体积不同的实心铁块，用天平和量筒分别测量它们的质量和
体积，将结果填入表5-2-1。
表5-2-1 数据记录表
m
研究对象 质量m / kg 体积V / m3 质量与体积之比 / （kg·m-3）
V
木 块
铁 块
● 评估与反思
这次探究还有哪些不足和疏漏的地方？请讨论并提出改进的措施。
通过实验我们发现：
同一种物质组成的物体，其质量与体积之比是一定的；不同物质组成的物
体，其质量与体积之比一般是不同的。因此，这个比值反映了物质的一种属性。
想一想
通过这次探究，你认为“铁块的质量比木块的大”这句话应该怎
样说才科学？
127密 度
为了表示不同物质的上述属性，引入了密度概念。物理学中，把某种物质
组成的物体的质量与体积之比，叫做这种物质的密度（density）。
若用m表示物体的质量，V表示物体的体积，
ρ表示物质的密度，则密度的公式是
金钥匙
m
ρ＝
V
用物理量之比定
根据密度公式可知，密度的单位是由“质量 义新的物理量，是物
单位”和“体积单位”组合而成的。国际单位制中， 理学中常用的科学
密度的单位是千克/米3，读作“千克每立方米”， 思维方法。这里用质
符号是kg/m3。有时也用克/厘米3作为密度单位， 量与体积之比定义密
符号是g /cm3。 度。密度表示了物质
的一种属性。
自我评价 与 作业
1．在探究物质密度的实验过程中，可以仅收集一组数据吗？为什么？
2．酒精的密度是0.8×103 kg /m3，其含义是什么？一瓶酒精如果倒掉一半，
则剩下酒精的密度是多少？
3．一块体积是 0.1 m3 的金属块，质量是 780 kg，那么该金属块的密度是
多少？
4．两个实心金属球的质量和体积都相等，已知其中一个是铁制的，单凭
这些条件，你能否断定另一个也是铁球？
5．目前世界上最轻的一类物质“碳海绵”比同体积的普通海绵轻得多，
“轻”说明“碳海绵”的 小；每立方厘米“碳海绵”的质量为0.16 mg，
合 kg/m3。
1285.3
密度知识的应用
密度的知识在日常生活、生产和科学研究中有着广泛的应用。
例如，人们常常可根据密度的大小来鉴别物质；也可根据产品制造的需要，选
用不同密度的材料；科学研究中还能通过测定密度的方法发现某些新的物质。
为了应用的方便，密度公式可以进行如下变换：
m = ρV
m
ρ＝
V
m
V =
ρ
上面三个式子，可以分别用来计算密度、质量和体积。
学查密度表
查密度表
活动
为了研究的方便，人们已将一些常见物质的密度测定出来。表5-3-1～表
5-3-3列出的是一些物质的密度。
表5-3-1 常见固体的密度（常温常压）
物 质 密度ρ /（kg·m-3） 物 质 密度ρ /（kg·m-3）
铂 21.5×103 铝 2.7×103
金 19.3×103 花岗岩 （2.6～3.3）×103
铅 11.3×103 玻璃 （2.4～2.8）×103
银 10.5×103 冰（0 ℃） 0.9×103
铜 8.9×103 石蜡 0.9×103
铁 7.9×103 干松木 （0.4～0.7）×103
129表5-3-2 常见液体的密度（常温常压）
物 质 密度ρ /（kg·m-3） 物 质 密度ρ /（kg·m-3）
汞 13.6×103 柴油 （0.81～0.85）×103
硫酸 1.8×103 煤油 （0.78～0.80）×103
海水 （1.02～1.07）×103 酒精 0.79×103
纯水 1.0×103 汽油 （0.72～0.78）×103
表5-3-3 常见气体的密度（0 ℃，1个标准大气压）
物 质 密度ρ /（kg·m-3） 物 质 密度ρ /（kg·m-3）
二氧化碳 1.98 氮 1.25
氩 1.98 一氧化碳 1.25
氧 1.43 氦 0.18
空气 1.29 氢 0.09
请查表，并回答以下问题。
（1）金、铜、铁、冰、汞、纯水、氩、氮的密度各是多少？
（2）金与铜、冰与水、氩与氮相比较，哪种物质的密度大？
想一想
试填写图5-3-1中物体的质量。
空气
1 g
铁
1 m3 酒精
0.1 dm3
体积为 cm3
质量为 kg 质量为 kg （0 ℃，1个标准大气压）
（a） （b） （c）
图5-3-1 你知道吗
130测量固体和液体的密度
密度表只列出了一些常见物质的密度。有时要知道某种物质的密度，就必
m
须进行测量。根据密度公式 ρ＝ ，要测量某种物质的密度，就必须测出它的
V
质量和体积。
必做实验 测量固体的密度
从铁块、铝块和铜块中任选一种，测定其密度。
（1）用天平测量待测固体的质量m。
（2）向量筒内倒入适量的水，测量其体积V 。
1
（3）把用细线系好的待测固体缓慢浸没到水中，测量水和固体的总体积
V 。将测得的数据及计算结果记录在表5-3-4中。
2
表5-3-4 数据记录表
固体的质量 水的体积 固体与水的总 固体的体积 待测固体的密度
测量对象
m / g V / cm3 体积V / cm3 V / cm3 ρ / （kg·m-3）
1 2
必做实验 测量液体的密度
从食用油、酱油、酒精和牛奶中任选一种，测定其密度。
（1）向空烧杯中倒入待测液体，用天平测量其质量m 。
1
（2）将烧杯中的部分待测液体倒入量筒，用天平测量烧杯和剩余液体的
质量m 。
2
131（3）测量量筒中液体的体积V。
将测得的数据及计算结果记录在表5-3-5中。
表5-3-5 数据记录表
烧杯和液体的 烧杯和剩余液体的 量筒中液体的 待测液体的密度
测量对象
质量m / g 质量m / g 体积V / cm3 ρ / （kg·m-3）
1 2
例题 有一枚纪念币的质量为 16.1 g，体积为 1.8 cm3。试求这枚纪念币
的密度，并判断它是金币还是铜币。
已知：纪念币的质量m = 16.1 g = 1.61×10-2 kg，纪念币的体积V = 1.8 cm3 =
1.8×10-6 m3。
求：制成纪念币的金属的密度ρ。
m 1.61×10-2 kg
解：ρ＝ ＝ ≈ 8.9×103 kg/m3
V 1.8×10-6 m3
答：制成纪念币的金属的密度为8.9×103 kg/m3。由密度表可知，这枚纪
念币是铜币。
想一想
你能通过密度公式，解决下面的问题吗？
（1）某城市有一座大理石雕塑，已知大理石的密度为2.7×103 kg/m3，
这座雕塑的质量为18.5 t，它的体积是多少？
（2）某地有一水库，已知它的最大容积为 7.5×106 m3，那么，
这个水库最多可以蓄多少吨水？
132信息浏览
天体物理告诉我们，大质量恒星演化到最后，会形成密度很大的天体，
如白矮星、中子星或黑洞（图 5-3-2）。据推测，1 cm3 的中子星的质量约为
1.5×109 t。
图5-3-2 人类拍摄的第一张黑洞照片
自我评价 与 作业
1．不用天平，只用量筒，如何量取100 g的酒精？
2．苏州盘门的钟楼里，有一座唐式铜钟，其质量为 9 t，它所用铜的体积
是多少？
3．现保存在法国巴黎国际计量局中的国际千克原器，是一个底面直径为
39 mm、高为39 mm的圆柱体。它的密度是多少？
4．某同学在测量石块的密度时，先用天平测量石块的质量。天平平衡
时，右盘内砝码的质量及游码所在的位置如图 5-3-3（a）所示，石块的质量
为 g；再用量筒测石块的体积，如图5-3-3（b）所示，石块的体积为
cm3；最后可得石块的密度为 kg/m3。
13350 g 10 g
（a） （b）
图5-3-3
5．如图 5-3-4 所示，三个相同的烧杯，分别盛有质量相等的水、酒精和
硫酸。根据图中液面的高度并查密度表，可知 A 杯盛的是 ，B 杯盛的
是 ，C杯盛的是 。
A B C
图5-3-4
6．为了测出豆浆的密度，某实验小组的同学制订了如下实验计划：
① 取适量的豆浆倒入烧杯中，用天平测出烧杯和豆浆的总质量；
② 将烧杯中的豆浆倒入量筒中；
③ 测出量筒中的豆浆的体积；
④ 用天平测出倒掉豆浆以后烧杯的质量；
⑤ 用天平测出空烧杯的质量；
⑥ 根据实验数据计算豆浆密度。
以上实验步骤安排最合理的是（ ）。
A. ①②③④⑥ B. ⑤①②③⑥
C. ①②④③⑤⑥ D. ⑤①②④③⑥
1347．3D打印是一种可以将金属、塑料、陶瓷等不同的打印材料，在电脑的
控制下“打印”出真实的 3D 物体的设备。某中学创客小组用 ABS 塑料做材
料来打印一个飞船模型，如图 5-3-5 所示。已知体积为 20 cm3 的 ABS 塑料的
质量为22 g。
图5-3-5
（1）该作品所用材料的密度是多少？
（2）若用该材料打印出来作品的体积为 200 cm3，质量为 55 g，请通过计
算判断，该作品是否为实心？若是空心的，空心部分的体积为多少立方厘米？
1355.4
物质的一些物理属性
我们已经知道密度是物质的一种属性，其实，物质的属性还有很多。有的
物质有磁性，有的物质能导电……磁性、导电性和导热性都是物质的基本属性，
与人们的生活密切相关。
在本节中，我们将要进一步认识物质的一些物理属性。
物质的磁性
人们认识物质磁性的历史非常悠久，早在 2 000 多年前的春秋时期，人们
就认识了磁石。我国古代利用磁石的指向性发明了“指南针”——司南。
磁性是某些物质的重要属性。物质的磁性应用非常广泛，许多根据磁
性研制的材料被广泛应用在生活和科研中，图 5-4-1 所示就是磁性应用的
事例。
（移动硬盘）
（硬盘）
（a）门吸 （b）硬盘 （c）磁卡
图5-4-1 磁性材料的应用
想一想
对于物质磁性的应用，你还知道哪些事例？请与同学交流。
136物质的导电性
我们在小学《科学》中知道，铜、铝等金属是能导电的，干燥的木材、玻璃、
塑料、橡胶等是不导电的。那么，液体是否能导电呢？
下面我们用实验来进行研究。
比较物质的导电性能
活动1
参照图 5-4-2 所示的装置，用导线把
电池、灯泡和 A、B 两块铜片连接起来。
灯泡
将铜片分别插入糖水、盐水和纯净水中， 电池
A B
通过观察小灯泡的发光情况，比较三种液
体的导电性能，将实验结果填写在下面的
空格中。
铜片
容易导电的有 ，
图5-4-2 液体导电
不容易导电的有 。
物理学中，把容易导电的物体叫做导体（conductor），把极不容易导电
的物体叫做绝缘体（insulator）。
在工业生产中，液体的导电性常被用于电镀（图 5-4-3）、电解、制药等
方面。
图5-4-3 电镀车间的一角
137物质的导热性
比较木筷和不锈钢汤匙的导热性能
活动2
请参照图5-4-4，将一双木筷和一把不锈钢汤匙一起浸在热水中，数秒后，
两只手摸到筷子和汤匙的冷热感觉有什么不同？为什么？
图5-4-4 比较导热性能
从上述活动可以体验到，不同物质的导热性能往往是不同的。物理学中，
把容易导热的物体叫做热的良导体，不容易导热的物体叫做热的不良导体。
想一想
你使用过电熨斗（图
5-4-5）吗？电熨斗的各
个部件中，哪些是导体？
哪些是绝缘体？哪些是热
的良导体？哪些是热的不
良导体？
图5-4-5 使用电熨斗
138自我评价 与 作业
1．除本节所介绍的物质的物理属性外，物质还有哪些属性？这些属性通
常可用在哪些方面？
2．你还知道哪些导体和绝缘体？请填写在表5-4-1 中，并说出它们的一
个应用实例。
表5-4-1 导体和绝缘体
导 体 绝 缘 体
名 称 应 用 名 称 应 用
3．请把你知道的热的良导体和热的不良导体填写在表 5-4-2 中，并说说
它们通常应用在哪些方面。
表5-4-2 热的良导体和热的不良导体
热的良导体 热的不良导体
名 称 用 途 名 称 用 途
4．各种型号的铅笔芯的软硬不 铅笔芯
同，它们的导电性能是否一样呢？请
你从“6B ～ B，HB，H ～ 9H”的铅
笔芯中，挑选长度、粗细相同而软硬
不同的几种铅笔芯，参照图 5-4-6 进
行实验，把你观察到的现象和通过分
析得出的结论填写在表5-4-3中。
图5-4-6
139表5-4-3 记录表
小灯泡的亮度
铅笔的型号
最亮 比较亮 较暗 很暗
（ ）B
HB
（ ）H
结论
你在这项活动中，遇到了哪些困难？你是怎样克服的？当你完成了这项活
动之后有哪些感受？
1405.5
新材料及其应用
新材料越来越多地进入我们的学习、工作和生活，并正在改变我们的生活
方式，提高我们的生活质量，促进社会的进步和发展。目前，各种新材料层出
不穷，这里主要研究纳米材料、半导体材料和超导材料等。它们有哪些特性？
在生产与生活中有哪些应用？
纳米材料的特性及其应用
当材料的微粒小到纳米尺寸时，材料的性能就会发生显著变化。例如，纳
米陶瓷材料可在室温下任意弯曲；碳纳米管的强度是钢的上百倍；纳米磁性材
料的磁记录密度比普通磁性材料高十倍以上；纳米复合材料对光的反射率低，
能吸收电磁波，可用作隐形飞机的涂层；气体通过纳米材料的扩散速度比通过
一般材料的扩散速度大几千倍。
其实，中国书法与绘画的“文房四宝”中的墨就是纳米材料。当我们让桐
油或松油不完全燃烧，并将黑烟生成的大量超微粒炭收集起来，便可以制成墨。
墨的黑色是因为它主要吸收光或有些电磁波的能量，而反射率非常低。
半导体材料的特性及其应用
科学研究告诉我们：有些材料，它的导电性能介于导体和绝缘体之间，这
类材料称为半导体，锗、硅、砷化镓等都是半导体材料。用半导体材料制成的
晶体二极管具有单向导电的特性，即只允许电流从一个方向通过，不允许电流
反方向通过。
在日常生活中，电子表、收录机、数码照相机、数码摄像机、电视机、
计算机，以及现代化机床、汽车、火车、轮船、飞机等，都要应用各种半导体
元器件。
超导材料的特性及其应用
1911 年，荷兰物理学家昂内斯（H.Onnes，1853—1926）在做冷冻汞的实
141验中发现：当温度降至4.2 K（相当于-269 ℃）时，汞的电阻会突然接近于零，
电流几乎通行无阻。材料的这种特性称为超导性。现在，世界各国的许多科学
家都在研究和开发新的超导材料，并向着常温超导的方向努力。我国研制的
铜氧化物超导材料的零电阻温度已达到 134 K，铁基超导体临界温度率先突破
40 K，均处于世界先进水平。超导材料的应用前景非常广阔，若用它来输电可
大大节约能源和材料。
跨 学 科 实 践
请同学们根据自己的兴趣爱好，选择参与一项实践活动，完成设计方案、
查阅资料、动手操作和撰写报告等。各组在课题研究结束后，举行“新材料跨
学科实践成果报告会”，展示与交流各组的探究方案、探究过程和探究结果，
并在班级墙报栏开辟一个介绍新材料的专栏，发表各组的课题研究报告。
1．浓墨涂层大量吸收电磁波的实验研究
● 活动主题 用涂有墨的盐水瓶探究纳米涂层吸收电磁辐射的作用。
● 方案制订与实施 用墨在砚台上研磨出浓墨汁，加入适量胶水，选两个
相同的盐水瓶，其中一个用墨汁涂满外壁；待涂抹的墨汁干后，将温度计通过
瓶塞分别置于两个空盐水瓶中，放在大功率白炽灯前。经过一段时间，比较两
瓶中温度计的示数，分析产生差异的原因。实施过程中应注意用电安全、防止
烫伤，注意个人卫生。
● 成果展示与交流 根据探究结果，完成报告。
2．探究二极管的单向导电性
● 活动主题 晶体二极管可以用来产生、控制、接收、变换和放大电路
信号，是电子电路中的重要器件。晶体二极管是否单向导电？半导体材料在生
产与生活中有哪些应用？
● 方案制订与实施 针对以上问题，完成以下探究活动：
（1）找一个晶体二极管，以及电池、小灯泡、开关和导线，按照图5-5-1
（a）所示连接电路，接通开关，观察小灯泡是否发光。
142（2）按照图5-5-1（b）所示，将晶体二极管反向接在电路中，接通开关，
观察小灯泡是否发光。
晶体二极管 晶体二极管
（a）此时接通电路，小灯泡不亮 （b）将晶体二极管反接，小灯泡亮了
图5-5-1 晶体二极管的导电特性
（3）查阅关于半导体材料在生产与生活中应用的资料，写一篇介绍半导
体材料特性与应用的短文。
● 成果展示与交流 展示所完成的短文，与同学交流实验探究结果并讨
论半导体材料在生产与生活中的应用。
3．调查超导材料的研究进展与应用前景
● 活动主题 尽管人类发现超导现象已经百余年，但超导一直是物理学
的热门研究领域。超导体在医学成像设备和信息技术等领域都有重要应用。我
国超导研究已实现从“起步”“追赶”到“领跑”的跨越。目前全世界研制超
导材料的进展如何？我国科学家的研制处于什么水平？超导体的未来应用前景
怎样？
● 方案制订与实施 针对上述问题，开展以下调查研究活动：
（1）了解目前全世界研制超导材料的进展。
（2）了解我国科学家在超导研究中的奋斗历程与杰出贡献。
（3）查阅并思考未来超导体的应用前景。
结合上述资料，完成一篇关于超导体的科普短文。
● 成果展示与交流 展示撰写的科普短文，与同学交流超导体材料的研
究进展和应用前景。
143自我评价 与 作业
1．石墨烯是人类目前研制出最薄、强度最高的纳米材料，它在室温下传
递电子的速度比一般导体都大，说明它的 好。用石墨烯制成的电
子元件很容易散热，这说明它的导热性 （选填“好”或“不好”）。
2．“银纳米线”的直径为 10 ～ 200 nm，除具有银的相关属性之外，还
具有优异的透光性、耐曲挠性（可反复折叠不留折痕），被视为新的透明电极
材料。关于这种材料的说法中正确的是（ ）。
A. “银纳米线”最大直径约为2×10-8 m
B. “银纳米线”可应用于手机折叠屏
C. “银纳米线”的硬度比铜线的更大
D. 利用这种材料不能制成导线
3．节能减排是当今社会每个成员应尽的责任和义务。小明将家中的白炽
灯全部换成了LED（发光二极管）灯。制作LED灯的主要材料是（ ）。
A. 导体 B. 半导体 C. 绝缘体 D. 超导体
144后 记
为了全面落实课程标准“立德树人”的根本任务，提高教科书编写修订质
量，编写组根据《义务教育物理课程标准（2022 年版）》，对教科书的结构
和内容进行了全面设计和修订。这次编写修订以提升全体学生核心素养为宗旨，
围绕核心素养，在保持本套教科书特色的基础上与时俱进，构建学生学习的逻
辑结构和教科书内容体系。在编写修订过程中，部分省市的教师参与了教科书
的试教试用与审读，编写组充分吸收了一线教师的意见和建议，力求使本套教
科书更加切合教学实际，利教便学。
本套教科书编写组由束炳如、何润伟担任主编，汪延茂、母小勇、陈聆、
朱美健为核心成员。在本次编写修订工作中，编写组对人员做了充实和调整，
本次编写修订工作由现在的编写组完成。
在编写修订过程中，梁亚飞同志参与了部分“自我评价与作业”的讨论与
修订；王军同志参与了部分实验研究和实验照片的摄制。
本套教科书 2003 年版、2012 年版的原编写人员还有谢坚城、戴恒志、童
寿康、胡全、张金山、宋世骏、陈裕利、徐善辉、王明秋、仲新元、周卓涛、
成为佐、布正明、虞澄凡等同志。
上海科学技术出版社、广东教育出版社在本书的编辑出版过程中，紧密协
作，共同努力，为编写组提供了有力保障。编辑团队积极主动地工作，为提升
教科书的质量和水平作出了重要贡献。在本套教科书编写修订过程中，得到了专家、学者、教研员、教师，以及
学生和家长等多方面的支持和帮助，在此一并表示感谢！
编写适应中国式现代化需要的义务教育初中物理教科书，始终是我们追求
的目标。我们将不懈努力，为推进义务教育的高质量发展作出贡献。
欢迎广大师生来电来函对教科书提出宝贵意见。
上海科学技术出版社：电话021-64848025，邮箱jc@sstp.cn。
广东教育出版社：电话020-87613102，邮箱gjs-quality@nfcb.com.cn。
编 者
2024年2月
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