沪科版8年级物理全一册高清教材_2025秋电子课本初中科目-新教材_全部版本•初中物理电子课本_沪科技初中物理电子课本

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 <v <v ，匀速拉动该木
3 1 2 3
块所需的水平拉力分别为 F 、F 和 F 。请比较 F 、
1 2 3 1
F 和F 的大小并说明理由。 图7-28
2 3
v v v
1 2 3
F F F
1 2 3
（a） （b） （c）
图7-29
请提问
1. 我国有哪些著名古建筑充分应用了力与平衡的知识？能举例说
明吗？
2.
3.
……跨学科
117766 第七章 力与运动
实 践
调研桥梁建筑中的力平衡
问题缘起
我国古代有不少载入史册的桥
梁建筑，如有四大古桥之称的赵州
桥、洛阳桥、广济桥和卢沟桥。近
现代的桥梁建筑也硕果累累，如茅
以升先生主持设计建造的我国第一
座现代化大型桥梁——钱塘江大桥
（图 7-30），还有现代举世闻名的 图7-30 钱塘江大桥
港珠澳大桥等。这些宏伟壮观的桥梁建筑中，力与平衡知识是如何应用的？
下面我们将从跨学科视角对我国桥梁建筑进行调查研究。
活动方案
本活动涉及与力平衡、桥梁建筑史、工程技术及建筑艺术等有关的知识。
任务一：查阅并整理资料。了解我国著名桥梁的历史、人文背景及结构
特点；了解我国不同地区桥梁建筑的结构特点，以及它们和力平衡的关联。
任务二：调研你所在地区的桥梁建筑结构与特点。以你感兴趣的桥梁建
筑为例，分析其受力及力平衡的情况，撰写调查报告。
交流评价
分享调查报告，交流并评价报告中所用证据及形成结论的合理性。举
办一个关于“桥梁建筑中的平衡之美”的展览。
拓展研究
查阅资料，了解世界知名桥梁建筑的历史、人文内涵及结构特点，了
解物理学在建筑中的重要作用。本章练习 177
本章练习
科学认知与辨析
1. 下列实例中，哪个属于防止惯性带来的不利影响？请说明理由。
A. 跳远运动员起跳前助跑
B. 拍打衣服时，灰尘脱离衣服
C. 汽车驾驶员驾车时必须系安全带
D. 用锤柄一端撞击硬地面，可使松了的锤头再次套紧
2. 关于运动和力的关系，下列说法中正确的是（ ）。
A. 行驶中的汽车，若突然刹车，车立即就停止运动
B. 在平衡力的作用下，物体一定静止
C. 物体受到力的作用时，运动状态一定改变
D. 物体运动速度改变时，一定受到力的作用
3. 工人用水平方向的力推纸箱，使纸箱在粗糙程度相同的水平面上做匀
速直线运动，下列说法中正确的是（ ）。
A. 工人对纸箱的推力大于水平面对纸箱的摩擦力
B. 若增大推力，纸箱所受摩擦力也将增大，纸箱仍做匀速直线运动
C. 若撤去推力，纸箱在继续运动过程中所受摩擦力大小不变
D. 若撤去推力，纸箱的运动状态不会发生改变
4. 一辆汽车停在水平路面上，下列选项属于一对平衡力的是（ ）。
A. 汽车的重力和路面对汽车的阻力
B. 路面对汽车的支持力和汽车对路面的压力
C. 汽车的重力和汽车对路面的压力
D. 汽车的重力和路面对汽车的支持力
5. 一个人用 110 N 的力沿竖直方向提起一袋质量为 10 kg 的米，则米袋
受到的合力（g取10 N/kg）（ ）。
A. 为210 N，方向竖直向上 B. 为10 N，方向竖直向下
C. 为10 N，方向竖直向上 D. 为0178 第七章 力与运动
6. 如图7-31所示，一工件与传送带一起沿水平方
向向右做匀速运动，不计空气阻力，请在图中画出工
件的受力示意图。
图7-31
7. 如图7-32所示，小明站在滑板车上不断蹬地让
车沿水平方向运动，下列说法中哪个正确？为什么？
A. 不断蹬地说明物体受到力的作用才能运动
B. 停止蹬地后车会立即停下来
C. 运动中的车如果所受的力全部消失，它将静止
D. 运动中的车如果所受的力全部消失，它将做匀 图7-32
速直线运动 O
8. 如图 7-33 所示，小车放在水平面上，把支架
竖直固定在小车上，在支架中点 O 处用细线悬吊质量
为 m 的小球。小车静止时剪断细线，小球恰好落入桶
中；若在拉着小车水平匀速直线运动过程中剪断细线，
小球还能落入桶中吗，为什么？ 图7-33
9. 坐车时，如果车行驶中突然紧急刹车，车上的人就会往前倒。请你解
释这是什么原因导致的，并说明为什么乘车要系安全带。
综合
10. 轮渡是一种重要的水上交通工具，下列说法中正确的是（ ）。
A. 静止在江面的轮渡只受重力作用
B. 轮渡在靠岸前关闭发动机后借助惯性力前进
C. 轮渡的甲板上有凹凸的花纹是为了增大摩擦
D. 轮渡受到的牵引力和水面阻力一定是一对平衡力
本 章 总 结
本章的要点有第三节 二力平衡 179
第八章
压 强
第一节 压力的作用效果
第二节 探究：液体压强与哪些
因素有关
第三节 空气的“力量”
第四节 流体压强与流速的关系
实 践 制作能升空的飞机模型
本章学业要求
能理解压强，知道液体压强与哪些
因素有关，了解大气压强的特点，了解
流体压强与流速的关系；能运用与压强
有关的知识解释生产生活中的现象。
能通过设想的液柱，推导出与液体
压强有关的结论；能在解决实际问题时
引用证据，得出结论；能对问题解决方
法提出质疑。
能完成“探究液体压强与哪些因素
有关”的实验；能收集证据，得出结论；
思考：我国自主研发
能陈述并交流实验过程与结论。
的“奋斗者”号载人
潜水器不断刷新中 能初步认识物理与日常生活、工程
国载人深潜的新纪 技术和社会发展之间的关系，具有学习
录。深潜技术为什
物理的兴趣，能为中华民族的科技成就
么困难？
感到自豪。118800 第第八八章章 压压 强强
第 一 节
压力的作用效果
只要我们留意，就能发现不少有趣的现 本节要点
象。人在雪地行走，脚容易陷入积雪中，若
能通过实验理解压强，
有了宽宽长长的滑雪板，滑雪运动员不仅不
知道增大和减小压强的方
会陷进雪里，还能在雪地上滑行（图8-1）。
法；能运用压强知识解释
你能说说这是为什么吗？本节将学习与压强
生产生活中的相关应用。
有关的内容。
研究压力的作用效果
用大拇指和食指按照图 8-2 所示的方式
轻轻夹着三角板，你会感觉到三角板对大拇
指和食指的作用力。物理学中将垂直作用在
物体表面上的力叫做压力（pressure）。两个
手指虽然都受到三角板压力的作用，但感受
却不相同，这表明三角板对两个手指压力的
作用效果不同。那么，压力的作用效果与哪 图8-1 滑雪运动员在雪地上滑行
些因素有关呢？
图8-2 手指夹三角板第一节 压力的作用效果 181
做 中 学
探究压力的作用效果与哪些因素有关
准备砖和海绵。按图8-3（a）（b）所示，分别在海绵上平放一块
砖、叠放两块砖时，观察海绵的凹陷程度，由此能得出什么结论？
按图 8-3（c）所示，将一块砖竖放在海绵上，比较砖平放与竖
放时海绵的凹陷程度，又能得出什么结论？
（a）一块砖平放在海绵上 （b）两块砖叠放在海绵上 （c）一块砖竖放在海绵上
图8-3 探究压力的作用效果
由大量实验可知：
当受力面积相同时，压力越大，压力的作用效果
越明显；当压力相同时，受力面积越小，压力的作用
效果越明显。
拓展一步
物体对支撑面的压力大小不一
定等于其重力。如图 8-4 所示，当
物体静置在水平桌面上且无其他外
力作用时，它所受的重力G 与它施
加于桌面的压力 F 大小相等。当物
图8-4 水平 图8-5 斜面上
体静置在斜面上时（图 8-5），压
静置的杯子 静置的杯子
力与重力的大小就不相等了。182 第八章 压 强
压强的计算
由“探究压力的作用效果与哪些因素有关”实验可知，压力的作用效果不
仅与压力大小有关，还与受力面积有关。为了描述压力的作用效果，人们引入
了压强的概念。
物理学中，把物体所受的压力大小与受力面积之比叫做压强（pressure）。
压强的计算公式为
p：压强
F
p = F：压力
S
S：受力面积
压强在数值上等于物体单位面积所受的压力。压强的单位由力的单位和面积
的单位组成，写作“牛/米2（N/m2）”，称为帕斯卡，简称帕，用符号Pa表示。
1 Pa 的压强很小，一颗西瓜籽平放在手上，对手的压强约为 20 Pa。常用
的压强单位还有百帕（hPa）、千帕（kPa）、兆帕（MPa）。
例题
机器
工人师傅想把一台机器放到水平工作台面上修
理。为防止工作台面被压坏，他在台面上放了一块垫
工作台面
垫板
板，如图 8-6 所示。已知机器质量为 90 kg，底面积
为 300 cm2；垫板质量为3 kg，底面积为600 cm2；工作
台面面积为1.2 m2。求垫板和工作台面各自所受压强的 图8-6 机器与垫板
大小。（g取10 N/kg）
分析
本题中，求垫板所受的压强时，垫板受到压力的大小应等于机器的重力大
小，受力面积应为机器的底面积。在计算工作台面所受的压强时，台面所受的
压力为机器重力与垫板重力大小之和，受力面积为垫板的底面积，而非工作台
面的面积。第一节 压力的作用效果 183
解
由题意，机器的质量m = 90 kg，垫板的质量m = 3 kg。
1 2
垫板所受压力为
F = G = m g = 90 kg×10 N/kg = 900 N
1 1 1
垫板的受力面积为
S = 300 cm2 = 0.03 m2
1
策略提炼
垫板所受的压强为
在利用压强公
F 900 N
p 1 = S 1 = 0.03 m2 = 3×104 Pa 式解决问题时，关
1
键是正确理解压力
台面所受的压力为
和受力面积，当物
F = G + G = m g + m g 体静止在水平面上
2 1 2 1 2
= 90 kg×10 N/kg + 3 kg×10 N/kg 时，压力大小等于
= 930 N 物体重力的大小，
受力面积为物体相
台面的受力面积为
互挤压时实际接触
S = 600 cm2 = 0.06 m2 的面积。
2
台面所受的压强为
物 理 聊 吧
F 930 N
p = 2 = = 1.55×104 Pa
2 S 0.06 m2 估算自己站立
2
时对水平地面的压
所以，垫板所受的压强为 3×104 Pa，工作台
强，并与同学站立时
面所受的压强为1.55×104 Pa。
对水平地面的压强相
讨论
比较。行走和站立
如果把机器直接放在工作台上，台面受到的压
时，我们对水平地
强有多大？体会一下工人师傅是利用什么原理来
面的压强一样吗？
减小机器对台面的压强的，你还能找到生活中类似
的应用实例吗？请与同学交流你的看法。184 第八章 压 强
生产生活中怎样增大或减小压强
我们有时要增大压强，有时又要减小压强。根据压强公式可知，要增大压
强，可增大压力或减小受力面积；要减小压强，则
可减小压力或者增大受力面积。
切割物品的刀刃很锋利，是为了减小受力面积，
增大压强，便于切割（图 8-7）。铁钉、箭头、长矛
图8-7 切割
等有锐利的尖端，都是通过减小受力面积来增大压
强的。
书包的背带较宽，可减小书包对人体的压强。
推土机履带宽大，是为了增大受力面积，以减小推
土机对地面的压强，使其不易陷入泥土中。我国登
陆火星的“祝融号”火星车，是通过增大车轮与火
星表面受力面积来减小压强的。华表下的基座扩大
了与地面的受力面积，以此减小华表对地基的压强
（图 8-8）。在古塔、宫殿等古建筑物中，都能发现
古人为减小压强而做的精心设计。
你还能举出生活中增大或减小压强的例子吗？ 图8-8 华表
作 业
1. 画出图 8-3 中砖块所受重力 G 和砖块对海绵的压力 F 的示意图，指出
重力G 和压力F的施力物体、受力物体各是什么。
2. 如图8-9所示的三种现象中，属于减小压强的是（ ）。
A. 用很细的钢丝切肥皂 B. 铁轨铺在枕木上 C. 针头做得很尖
图8-9第一节 压力的作用效果 185
3. 一位同学在冰面上行走，突然发现脚下的冰即将破裂，那么他应采取
的措施是（ ）。
A. 赶快向岸边跑 B. 立即改成单脚站立
C. 就地伏在冰面上慢慢向岸边爬行 D. 站立不动
4. 某头大象的质量是5 000 kg，每只脚底的面积约为 600 cm2（图 8-10）。
请估算该大象四脚站立时对地面的压强约为多大？（保留两位小数）
图8-10 图8-11
5. 芭蕾舞演员表演时用鞋尖触地（图 8-11）。某芭蕾舞演员的一只鞋尖
与地面的接触面积为 9.5 cm2，对地面的压力为 475 N。计算一只鞋尖触地时，
该芭蕾舞演员对地面的压强。
6. 小明的质量为45 kg，他每只脚与地面的接触面积为 150 cm2，为了不
让双脚陷进泥地，他在水平泥地上放一块重为200 N、面积为 2 m2的木板，双
脚站在木板中央。（g取10 N/kg）求：
（1）小明对木板的压强；
（2）木板对泥地的压强。
7. 为避免损坏路面，某地规定载货车辆对地面的压强应控制在 7 × 105 Pa
以内。一辆在水平路面上行驶的货车，车与货物总质量为 1.5 × 104 kg，车轮
与地面接触总面积为0.15 m2。
（1）货车对路面的压力是多少？
（2）通过计算说明，该车对地面的压强是否超过规定？
（3）运用所学的物理知识说明超载的危害。
8. 某同学利用体重计测得自己的质量是 50 kg，他通过
图8-12所示的方法测出每只脚与地面的接触面积是175 cm2。
那么，当他双脚站立在水平地面上时，对地面的压强约是多
少帕？
图8-12118866 第第八八章章 压压 强强
第 二 节
探究：液体压强与哪些
因素有关
本节要点
为什么站在齐胸深的水中时，你会
能完成“探究液体压强与哪些
感到呼吸有些困难？为什么潜水员在不
因素有关”的实验，能运用控制变
同深度的水中作业时，需要穿抗压能力
量法设计实验，获取实验信息，推
不同的潜水服（图8-13）？为什么水坝
出结论，能完成含自己所做的实验
要建造得上窄下宽（图 8-14）？本节
设计的实验报告；能运用液体压强知
我们学习与这些问题相关的内容。
识解释生产生活中的相关现象。
（a） 普通潜水服 （b） 可潜至200 m （c） 可潜至600 m
深处的橡胶潜水服 深处的抗压潜水服
图8-13 抗压能力不同的潜水服
液体的压强
对于固体而言，只要一个物体对另一个
物体表面有压力，就存在压强。液体是否也
有压强？下面，我们通过实验进行探究。 图8-14 上窄下宽的水坝第二节 探究：液体压强与哪些因素有关 187
做 中 学
观察水的压强
如图 8-15（a）所示，玻璃容器侧面的高、
中、低部各有一个完全相同的孔，三张相同的橡
皮膜以同样的方法分别将三个孔封住。往容器中
加水，使水面高过最上面的孔［图 8-15（b）］，
（a） （b）
观察三张橡皮膜加水前后的变化，你能得出什么
图8-15 观察不同
结论？
水深的水压
从实验可知，封住三个孔的橡皮膜都凸出来了，表明水对容器侧壁有压
力，存在压强。这说明液体存在压强，称为液体压强。从实验还可观察到，不
同深度处的橡皮膜凸出程度不一样，这表明水在这几个孔处的压强不一样。液
体压强与哪些因素有关？下面，我们通过实验进一步探究。
实验：探究液体压强与哪些因素有关
从前面实验可知，液体压强可能与液体深度有关。除此之外，是否还与液
体的密度有关？你还能想出可能与哪些因素有关？下面进行实验探究。
探究
实验目的
安全 警示
1. 探究液体压强与哪些因素有关。
注意轻拿轻放
2. 学习使用U形管压强计测量液体压强。
U 形管压强计和盛
实验器材
水容器。小心地面水
U形管压强计、盛水容器。 渍，避免滑倒。
实验设计
如图 8-16 所示，U 形管压强计是用来研究液体压强的仪器。若将 U 形管188 第八章 压 强
压强计的金属盒放入液体中一定深度，则U 形管两
管液面高度差可反映该深度的液体压强的大小。
我们采用控制变量的方法来进行实验探究，分
别仅改变 U 形管压强计的金属盒的方向、深度或换
用不同液体等，根据 U 形管两管液面高度差的变化
来研究液体压强与哪些因素有关。
图8-16 U形管压强计
请写出探究液体压强是否与液体深度、液体密
度有关的实验设计。
实验步骤
1. 探究金属盒放置的方向不同对压强的影响。将检查过气密性的 U 形管
压强计的金属盒放入水中一定深度，仅改变金属盒的方向，观察 U 形管两管
液面高度差的变化。
2. 探究水的深度不同对压强的影响，请写出实验操作过程。
3. 探究液体密度不同对压强的影响，请写出实验操作过程。
实验结论
1. 写出从实验步骤1、2、3分别得到的结论。
能对探究问题 素
2. 总结出影响液体压强的因素。
养
的解决有一定猜想， 提
反思交流
升
能将结论与猜想对
1. 与不同组同学交流，看实验结果是否相
比，有反思与评估
同？若不同，分析其原因。
的意识。
2. 你还有哪些猜想？设计实验验证你的
猜想。
大量实验表明：
在相同液体内部，同一深度处各个方向的压强大
小相等，深度越深，压强越大；在不同液体的同一深
度处，液体的密度越大，压强越大。第二节 探究：液体压强与哪些因素有关 189
由于水的压强随深度的增加而增大，因此我们站在齐胸深的水中时，会
觉得呼吸略微有些困难；深海潜水必须穿上特制的潜水服，以保护潜水员的安
全。现在，人们穿戴抗压潜水服已经能够深潜至水下 600 m 左右，如果要潜
入更深的海底，就需要使用潜水器等特殊的防护装备。我国自主研发的“奋斗
者”号载人潜水器下潜深度超万米，标志着我国在大深度载人深潜领域达到
世界先进水平。修建水坝时，水坝的下部总要比上部宽些，以便承受更大的水
压，并增强水坝的稳定性。
拓展一步
由实验探究或推导，可得出液体压强公式：
p = ρgh
其中，密度ρ的单位为kg/m3，深度h的单位为m，压强p的单位
为Pa。
下面是压强公式的推导。
图 8-17 为盛有液体的容器，设想液体中
有一高度为 h、横截面积为 S 的液柱，其上表
面与液面相平。计算这段液柱产生的压强，就 h
S
能得到深度为h处的液体压强。
液体的密度为 ρ，液柱的质量 m = Vρ，液
图8-17 液体压强
柱的体积V = Sh。
那么，液柱对其底面的压力
F = mg = Vρg = Shρg
液柱对其底面的压强
F Shρg
p = = = ρgh
S S
由公式可知，只要知道液体的密度、液体的深度，便可算出某深
度处液体的压强。190 第八章 压 强
科学书屋
帕斯卡及其著名的帕斯卡实验
帕斯卡（B. Pascal，1623—1662）是法国数学家、物理学家及哲
学家。他热衷于科学研究活动，尤其在对大气压强研究方面取得了成
就，还发明了注射器、水压机等。帕斯卡不仅在物
理学方面有过人之处，而且在数学、哲学等领域也
有很高的造诣。后人为纪念帕斯卡，用他的名字来
命名压强的单位。
1648年，帕斯卡曾经做了一个著名的实验。在
一个密闭的装满水的木桶桶盖上，插入一根细长的
管子，并从楼房的阳台上向细管子里灌水，结果只
用了几杯水，竟把木桶压裂了，桶里的水从裂缝中
图8-18 帕斯卡
流了出来（图8-18）。 实验示意图
与液体压强相关的应用实例
在生产、生活实践中，人们经常巧妙利用液体压
强的特性，其中连通器便是一个典型事例。我们把上
端开口、底部互相连通的容器叫做连通器。连通器
图8-19 连通器
有一个特点：静止在连通器内的同种液体，各部分直
接与大气接触的液面总是保持在同一水平面上（图
8-19）。这是为什么呢？
如图 8-20 所示，当同种液体不流动时，设想在
U 形管下部正中有液片 A。由于液片 A 静止不动，处
A
于平衡状态，因此，液片 A 两面的受力是相等的，
受到的压强也相等。根据液体压强与深度的关系，可 图8-20 U形管连通器第二节 探究：液体压强与哪些因素有关 191
知左右两管中液体的深度应该相同。
连通器在生产生活中的应用很广泛。例如，茶壶通过壶嘴和壶身组成连
通器（图 8-21），方便人们倒水；水塔的供水系统利用连通器特点向用户供水
（图8-22）。
水塔
用户
压水站
图8-21 茶壶 图8-22 水塔供水示意图
船闸通过向两端有闸门控制的航道内灌水
能关注液体压 素
和泄水来升降水位，以方便船舶通航。中国是 养
强知识在我们身边 提
建造船闸最早的国家。例如，1293年元朝郭守
升
的应用，能为我国在
敬在修建通惠河时设立了24座船闸，解决了运
相关方面取得的成
河落差大、逆水行舟的困难。他在通航水道建设
就而自豪。
上的创新，是实现京杭大运河贯通的重要保障之
一，对古代北京城的发展有重要作用。
科学书屋
长江三峡水利枢纽工程中的船闸
我国的三峡工程，无论是规模还是建造难度，在世界上都是首屈
一指的。其中长江三峡船闸（图 8-23），被称为世界上最大的连通器，
利用五级船闸解决了有巨大落差的上下游的航运问题。192 第八章 压 强
如图 8-24 所示，图中 A、B 表示阀
门，C、D 表示闸门。
1. 阀门 A 打开时，水从上游流进闸
室［图8-24（a）］。
2. 闸室中水面与上游相平时，闸门 C
打开，船驶入闸室［图 8-24（b）］。 图8-23 三峡五级船闸
3. 关闭阀门 A 和闸门 C，打开阀门 B，水从闸室流向下游［图
8-24（c）］。
4. 闸室中水面与下游相平时，闸门D打开，船驶入下游［图8-24
（d）］。
（a） （b）
（c） （d）
图8-24 船闸的工作原理图
拓展一步
液体压强的特点还广泛应用于液压系统，这涉及帕斯卡定律
（Pascal’s law），即：加在密闭液体上的压强，能够大小不变地被液体
向各个方向传递。帕斯卡定律是许多液压系统和液压机工作的基础。
液压机的工作原理如图8-25 所示，两个活塞与同一容器的液体
相接触，施加于小活塞的压强大小不变地被液体传递给大活塞，大第二节 探究：液体压强与哪些因素有关 193
活塞便可以产生一个与其横截面面积成正比的力。根据这一原理，
人们发明了液压千斤顶。
如图 8-26 所示，人们通过机械给小活塞施加力，密闭液体将液
体压强大小不变地传给大活塞，大活塞因此获得更大的力，再通过
机械将物体（如小汽车）顶起。
大活塞
支点
小活塞
图8-25 液压机 图8-26 液压千斤顶原理示意图
原理示意图
作 业
1. 请完成“探究液体压强与哪些因素有关”的实验报告，在报告中陈述
你设计的步骤2、步骤3以及从不同步骤可得出的结论等。
2. 从百米浅海到万米深海，中国自主研制的潜水器有了质的飞跃。下面
是不同潜水器对应的潜水深度：“蛟龙”号 7 062 m、“深海勇士”号 4 500 m、
“奋斗者”号10 909 m。请选出承受海水压强最大的潜水器并说明理由。
3. 在“探究液体压强与哪些因素有关”的实验中（图8-27）：
A 水 盐水
B C
水 水
（a） （b） （c）
图8-27194 第八章 压 强
（1）气密性良好的微小压强计 ___________（选填“是”或“不是”）连
通器；
（2）图_______中探头上的橡皮膜受到的压强大，这是因为同种液体内部
的压强随深度的增加而_______（选填“增大”或“减小”）；
（3）图（c）中，A、B、C三点受到液体压强最大的是______点。
4. 在装修房屋时，工人师傅用一根灌有水（水中无气泡）的透明软管作
为辅助工具确定水平线，如图8-28所示。为什么这样做能确定水平线？
可随水位升降的浮球
阀门
支点
蓄水槽 饮水槽
图8-28 图8-29
5. 一种牲畜自动饮水机的结构示意图如图 8-29 所示，请解释它的工作
原理。
6. 如图 8-30 所示，将一把质量为 0.5 kg、底面积
为 40 cm2 的平底茶壶放在水平桌面上（茶壶壁厚度不
计），壶嘴和壶身组成 _________。壶内装有 0.6 kg 的 12 cm
水，水面到壶底的距离为 12 cm，则水对壶底的压力是
__________N。（g取10 N/kg） 图8-30
7. 如图 8-31 所示，一只盛有水的薄壁玻璃杯静止
在水平桌面上。玻璃杯重 1 N，底面积为 30 cm2，杯内
水重 2 N，水深 6 cm，水的密度为 1.0 × 103 kg/m3，g
取 10 N/kg。求：
（1）玻璃杯对桌面的压强； 图8-31
（2）水对杯底的压力。第第三三节节 空空气气的的““力力量量”” 119955
第 三 节
空气的“力量”
生活真奇妙！图 8-32展现的是有趣的 本节要点
覆杯实验，杯子装满水，盖上薄片，杯口
能通过实验，了解
向下，薄片不会掉，水也不会流出来。这
大气压强；能通过实例，
是为什么呢？通过本节学习，你便能找出
说明大气压强与人类生
答案。
活的关系；具有亲近自
然、探索自然的好奇心。
图8-32 覆杯实验
外逸层
大气压强
热层
我们生活的地球是一个蔚蓝色的
中间层
星球。厚厚的气体包围着坚实的大地，
平流层
保护、养育着地球上的生命。这层厚
厚的气体，人们通常称之为大气层
（图 8-33）。空气和液体一样，内部各
对流层
个方向也都存在压强。这种压强称为
地球
大气压强（atmospheric pressure），简
称大气压或气压。 图8-33 大气层196 第八章 压 强
做 中 学
感受空气的“力量”
取两个挂物品的小吸盘，按图 8-34 对接，
挤出吸盘内部的空气，然后双手向两侧拉吸盘，
你有什么感觉？若让外部空气进入吸盘内部，你
又有什么感受？你能解释这种现象吗？ 图8-34 小吸盘
通过上面的实验可发现，若要拉开对接排出空气后的吸盘，则需较大的
力；若让外部空气进入吸盘内部，则能轻松分开吸盘。这是因为吸盘内部空气
排出后，吸盘外部的空气会把两个吸盘紧压在一起，所以需要较大外力才能将
其拉开。如果空气能进入吸盘内部，吸盘内、外所受的大气压强逐渐变为相同
大小，那么就能分开吸盘。
现在你能解释覆杯实验的现象吗？你再试试，轻轻转动杯子，使薄片朝不
同方向，看看薄片是否仍能停留在杯口，并解释原因。
科学书屋
马德堡半球实验
1654年5月8日，德国马德堡市市长、抽气泵的发明者奥托·格里
克做了一个令人惊奇的实验（图 8-35）。他将两个直径约为 36 cm 的
铜质空心半球紧扣在一起，用抽气泵抽出球内空气，然后用 16 匹马分
别向相反方向拉两个半球，结果 16 匹马费了很大的劲才拉开。两个半
球被拉开时，爆发剧烈响声。假如不抽去半球内空气，用手就能拉开
它们。这就是历史上著名的马德堡半球实验。
图8-35 马德堡半球实验第三节 空气的“力量” 197
大气压强的测量
大气中存在大气压强，那么，大气压强有多大？如何测量？
意大利物理学家托里拆利（E. Torricelli， 1608—1647） 及其同伴在1643年
通过实验首次测出大气压强的大小与760 mm 高的汞柱产生的压强相等，约为
1.013×105 Pa。
拓展一步
如图 8-36 所示，取一根长约 1 m、一端封闭的细玻璃管，将玻
璃管灌满汞；用戴有手套的手指堵住管口，将玻璃管倒插在汞液槽
中；放开堵住管口的手指，让管内的汞流出。
汞 将
液 玻 真
槽 璃 空
中 管
倒
玻 立
璃 在 大 大
760 mm
管 气 气
中 汞 压 压
装
满
汞
（a） （b） （c）
图8-36 托里拆利实验
实验结果发现：玻璃管内汞柱下降一段就不再下降了。经测量，管
内外汞液面的高度差约760 mm。这就是历史上著名的托里拆利实验。
由此，可计算大气压强为
p = ρgh = 1.36×104 kg/m3×9.8 N/kg×0.76 m≈ 1.013×105 Pa
算一算，如果用水和足够长的玻璃管做这个实验，留在玻璃管中的
水柱大约有多高？198 第八章 压 强
在托里拆利实验中，灌满汞的玻璃管内部没
安全 警示
有空气。随着汞柱的下降，管内汞液的上方形成
汞有毒，且污染
真空。正是管外汞面上受到的大气压强支持着玻
环境，建议通过视
璃管内 760 mm 高的汞柱。也就是说，此时的大
频观看实验过程。
气压强跟 760 mm 高的汞柱产生的压强正好大小
相等。
在生产生活中，人们通常利用各种气压计测 卷曲的空心
弹簧管
量大气压强，如汞气压计、无液气压计等。图
8-37 是一种管式弹簧压强计原理示意图。管式弹
簧压强计中空心弹簧管的一端与所测的气体连通，
而另一端封闭，并连接杠杆、齿轮和指针等。当
空心弹簧管内的压强增大时，管就趋向于伸直，
也就是弯度变小。这种形状的变化，由杠杆和齿
图8-37 管式弹簧压强计
轮带动指针，指示所测气体的压强。
原理示意图
迷 你 实 验 室
估测大气压强
如图 8-38 所示，将注射器的活塞推至外筒的顶端，排尽空气，
然后密封注射器的小孔，避免空气进入。将活塞与弹簧测力计挂钩相
连，随后慢慢拉动注射器外筒直
至活塞开始滑动。记录此时弹簧
测力计示数，测算活塞的横截面
积，则可估算出大气压强的大小。 图8-38 估测大气压强
大气压强与人类生活
我们周围充满大气，大气压强与我们的生活息息相关。生活中常见的吸盘
挂钩（图8-39）、离心式水泵、医院输液等皆利用了大气压强的作用。
大气压强的大小不是一成不变的，其大小与海拔高度有关。为了便于对第三节 空气的“力量” 199
比，人们通常把 760 mm 高的汞柱所产生的压强叫
做1个标准大气压*。
1个标准大气压 = 1.013×105 Pa。
在海平面附近，大气压强约等于1.013×105 Pa。
离海平面越高的地方，空气越稀薄，那里的大气压
强越小（图 8-40）。因此，在青藏高原等海拔高的
图8-39 吸盘挂钩
地方，大气压强小，水的沸点低，食物不容易煮熟。
每个人身上都承受着大气的压力，但未被压瘪，这是因为人体内部的压强
能与大气压强平衡。航天员穿航天服的作用之一，就是利用航天服产生适当的
压强，保障生命安全。
珠穆朗玛峰3.2×104 Pa
素
4.7×104 Pa 能感受大气压
养
强与我们生活的关 提
6.2×104 Pa 升
联，能体会大气压强
8 848.86 m
在生产生活中的利用
8.0×104 Pa
以及带来的不便。
6 000 m
4 000 m
2 000 m
海平面
图8-40 大气压强随海拔高度而变化
作 业
1. 家里的茶壶盖上都开有一个小孔，如果小孔被堵住，壶里的水就很难
倒出来。请解释为什么。
2. 钢笔吸墨水时，把笔上的弹簧片按下后松开，墨水就被吸进橡皮管内了
（图8-41）。请解释为什么。
* 标准大气压为非法定计量单位。200 第八章 压 强
图8-41 图8-42
3. 如图 8-42 所示，用两个吸盘模拟马德堡半球
实验；将两个吸盘对接，用力挤压出空气后难以将
其分开，说明吸盘内部气体压强 ______（选填“大
于”“等于”或“小于”）大气压强；若在海拔更高的
活塞
地方做同样的实验，将其分开所需的力更小，说明海
阀门B
拔越高，大气压强越______。
阀门A
4. 一种活塞式抽水机的结构示意图如图 8-43 所
示。请根据示意图说明抽水机的工作过程，即当提起
或压下活塞时，阀门 A 和阀门 B 是怎样开启或闭合，
图8-43
从而让水从管中流出的？
5. 每个人身上都承受着大气的压力，请你估算一
只手掌受到的大气压力约为多少。
6. 拿一空铁皮罐，放少许水，罐口打开，放在火
上将水烧开。然后将铁皮罐罐口用盖子盖紧，小心放
入盆内，再用冷水浇铁皮罐（图 8-44）。铁皮罐会发
生什么变化？请解释出现这一现象的原因。若要验证
图8-44
此现象，请在老师指导下完成实验，注意安全。
请提问
1. 生活中还有哪些利用大气压强的例子？
2.
3.
……第第四四节节 流流体体压压强强与与流流速速的的关关系系 220011
第 四 节
流体压强与流速的关系
高铁站台（图 8-45）上为什么要画出安全 本节要点
警戒线？水翼船为什么会飞速前进？若想揭开这
能通过实验，了
些奥秘，则需了解流体压强与流速的关系。
解流体压强与流速的
关系；能运用这些知
识解释升力的获得及
解决一些安全问题；
能体会物理实验的多
样性与趣味性。
图8-45 高铁站台
探究流体压强与流速的关系
液体和气体，统称为流体。它们流动时的压强与静止时的压强是否相同？
其压强与它们的流速有关吗？
下面，我们通过实验进行探究。
做 中 学
探究流体压强与流速的关系
如图 8-46 所示，在两根筷子上放两个乒乓球，用吸管向两乒
乓球中间吹气，你观察到了什么现象？为什么会产生这种现象？202 第八章 压 强
如图 8-47 所示，在水面上放两只小纸船，用水管向两船中间
冲水，你观察到了什么现象？为什么会产生这种现象？
图8-46 向两乒乓球中间吹气 图8-47 向两船中间冲水
由实验可见，用吸管向两乒乓球中间吹气时，乒乓球并没有被吹开，反而
更加靠拢；用水管向两船中间冲水，两只小纸船也会靠拢。这表明流体压强与
流速有关。
大量实验表明：
流体在流速大的地方压强较小，在流速小的地方
压强较大。
迷 你 实 验 室
自制简易喷雾器
如图 8-48 所示，将一根吸管弯成直角，
在弯折处剪开一个口，插入水中，用力向管内
吹气，你观察到了什么现象？说说这是为什
么？操作时应注意哪些细节，才能使实验更容
易成功？ 图8-48 简易喷雾器
流体压强与流速关系的应用
在生产生活中，关于流体压强与流速的关系有广泛的应用。
例如，飞机的机翼通常都做成上表面凸起、下表面平直的形状。当飞机在第四节 流体压强与流速的关系 203
机场跑道上滑行（或空中飞行）时，由于机翼的特殊形状，流过机翼上方的空
气速度大，流过机翼下方的空气速度小，因此，机翼上方空气对机翼上表面的
压强较小，下方空气对机翼下表面的压强较大。
如图 8-49 所示，机翼上下方所受压力差形成向
上托举的力，是飞机升力的一个来源，这与有些
鸟儿利用翅膀形状通过滑翔获得升力有些类似。
水翼船在船身底下装有类似于飞机机翼的水翼，
你能解释水翼船能高速行驶的原因吗？
图8-49 飞机升力来源之一
如图8-50所示，在火车站或地铁站的站台，
都会标注一条白色的安全线，以此提醒旅客，当
列车驶过时不能超越安全线。这是为什么呢？当
列车行驶时，会带动其周围空气流动更快，形成
压强差。若旅客离列车太近，这个压强差会把人
“推”向列车，造成事故。因此，我们要提高安
全意识，遵守交通规则，珍爱生命。 图8-50 站台上的白色安全线
迷 你 实 验 室
与流体压强和流速相关的小实验
你能做下面这些小实验吗？
（1）将纸条一端放到嘴唇下方，向前吹气（图 8-51）；向倒置漏
斗里的乒乓球吹气（图8-52）。你会发现什么？
吹气
吹气
漏斗
图8-51 向纸条吹气 图8-52 向乒乓球吹气
（2）对着鸟翼模型向前吹气，鸟翼模型会上升吗？
请你试一试并解释这些实验现象。204 第八章 压 强
作 业
1. 取两张白纸，按照图 8-53 中的方
式，让纸张自然下垂，然后向两纸中间用
力吹气。你能观察到什么现象？请解释这
一现象出现的原因。
2. 喷雾器工作示意图如图 8-54 所示。
图8-53 图8-54
当你推动活塞时，瓶中液体将被压上去，
并被喷成雾状。请解释喷雾器里的液体为什么能够被喷出来。
3. 如图 8-55 所示，使用燃气灶时，打开燃气阀门，拧动点火装置，燃气
和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃，而燃气不
燃烧头
会从进口处向空气中泄漏，其原因是（ ）。
A. 进口处燃气流速小，压强大于大气压强
B. 进口处燃气流速小，压强小于大气压强
燃气 进口
C. 进口处燃气流速大，压强大于大气压强
空气
D. 进口处燃气流速大，压强小于大气压强 图8-55
4. 唐诗“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅”描述的场景中，秋风“卷”
走“三重茅”是由于屋顶外侧空气流速 ______，压强 ______，从而产生了一
个向上的力。（均选填“大”或“小”）
5. 如图8-56所示，两艘船并排行驶时，两船间水的流速比两船外侧的大，
这会使两船靠得越来越近，甚至发生碰撞，你能解释为什么吗？
船 v
船
水流
船 v
船
图8-56 图8-57
6. 请上网查询我国具有自主知识产权的C919大型客机（图8-57）的相关
信息，并以其机翼为例，分析说明为什么机翼的形状可为飞机提供部分升力。跨学科
第四节 流体压强与流速的关系 220055
实 践
制作能升空的飞机模型
问题缘起
无论中国的“万户飞天”典故，还是莱特兄
安全 警示
弟试飞第一架飞机，都体现了人类飞向天空的梦
制作过程中，
想。下面我们通过实践活动，制作能升空的飞机
注意小心使用刀具
模型，探究机翼的升力与哪些因素有关。
及其他硬性材料等。
活动方案
野外试飞，注意安
本活动涉及流体压强与流速的关系、仿生学
全，小心跌伤或飞
等相关内容，以及使用简单工具进行制作的技能。
机模型掉落伤人等。
任务一：查阅资料，了解人类对飞行的探索
历程及相关飞行原理。收集简易飞机模型制作方
案、视频等，选择合适的飞机模型或自己设计飞
机模型。
任务二：制作飞机模型。收集用于制作飞机
模型的材料，也可采购制作的材料包，选用合适
的工具制作飞机模型（图 8-58），关注机翼形状
的打磨，探究升力大小与哪些因素有关。 图8-58 飞机模型
交流评价
举办飞机模型飞行表演赛，看看谁的飞行时间更长。交流讨论各组飞
机模型受到升力的情况，比较其效果并进行分析和解释。
拓展研究
查阅资料，比较飞机机翼与小鸟翅膀的相似之处，体会人类从生物结
构和功能中借鉴经验、发展科技的思想。了解航模比赛相关信息，成立航
模制作小组，进一步探索飞机模型在无动力或有动力情况下，如何飞得更
高、更远。206 第八章 压 强
本章练习
科学认知与辨析
真
1. 一名初中生站在水平地面上，对地面的压强
空
大约是（ ）。
A. 14 000 Pa
B. 1 400 Pa 760 mm
大 大
气 气
C. 140 Pa 压 压
D. 14 Pa
2. 如图 8-59 所示，托里拆利实验中，若将玻璃
管由竖直变成倾斜，则（ ）。
图8-59
A. 管内液柱的高度变大，长度变大
B. 管内液柱的高度不变，长度变大
C. 槽内汞面的位置不变
D. 测得大气压值偏大
“闲置”
3. 三峡大坝是一项伟大的世纪工程。大坝修成
的管子
上窄下宽的形状是因为液体的压强随深度的增加而 输液管
______；若大坝蓄水深度为109 m，这时大坝底部受到
调节器
水的压强为____________ Pa（g取10 N/kg）；轮船航行
针管
时要通过大坝船闸，船闸的设计利用了____________
原理。
4. 护士给病人输液时，为确保药水的流速，一般
图8-60
需要将药水瓶（袋）提升到针管上方不低于 1.3 m 的
高度。请推算针管处药水的压强约为多少。请查阅资
料，分析为什么输液时有一根“闲置”的管子（图
8-60）。
5. 如图 8-61 所示，一物体静止在斜面上，请在
图中画出物体对斜面压力的示意图。 图8-61本章练习 207
6. 为了方便视障人士行走，马路两旁的人行道上铺设了有凸棱的盲道，
这能增强他们行走时脚底产生的感觉。从物理学角度分析，这是为什么？
7. 生物在进化过程中，其各种器官不断完善，以适应生存环境。下列实
例中通过减小压强来实现其功能的是哪个？为什么？
A. 啄木鸟的尖喙细长又坚硬，易于啄开树皮而获得食物
B. 人的牙齿类型和作用不同，切牙比磨牙更易切断食物
C. 骆驼体重比马大不到1倍，但脚掌面积是马蹄的3倍
D. 大象长有两只大大的耳朵，可以发挥听觉功能并散热
8. 用食指和大拇指水平向内轻轻夹着一端削尖的铅笔，根据两手指的感
受，提出一个值得探究的问题。（操作时注意安全）
科学实验
9. 小华用能正常工作的压强计（图 8-62）测得
一组实验数据，见表 8-1。根据表中信息可初步判断，
小华研究的是什么问题？接下来小华还要探究液体压
强与液体深度的关系，他应怎样操作？ 图8-62
表8-1
压强计液面
实验序号 液体 深度h/cm 橡皮膜朝向
高度差Δh/cm
1 水 5 朝上 4.8
2 酒精 5 朝上 3.8
科学·技术·社会·环境
10. 借助查阅资料、社区调查、请教工程技术人员等方式，从跨学科视
角完成一篇关于高层楼房供水及相关问题的调研报告。208 第八章 压 强
综合
11. 图8-63为建筑工地上常用的挖掘机，质 机械臂
量为42 t，静止时履带与水平地面的总接触面积为
液压杆
6 m2（g取10 N/kg）。请从下列说法中选择正确的选
项并说明理由。
A. 挖掘铲前端尖锐，可增大压力
B. 履带上有凸棱，可减小履带与地面间的摩擦
挖掘铲 履带
C. 挖掘机静止时，对水平地面的压强为 7×
图8-63
104 Pa
D. 挖掘机静止时所受的重力与挖掘机对水平地面的压力是一对平衡力
本 章 总 结
本章的要点有第四节 流体压强与流速的关系 209
第九章
浮 力
第一节 认识浮力
第二节 探究：浮力大小与哪些
因素有关
第三节 阿基米德原理
第四节 物体的浮与沉
实 践 调研我国造船与航海方面
的成就
本章学业要求
能认识浮力，知道影响浮力大小的
因素，知道阿基米德原理；能用浮力知
识解释相关的自然现象，解决生活中的
有关问题。
能运用浮力知识对物体受力情况进行
分析和推理，获得结论；能使用证据判断
物体的浮沉，知道质疑与创新的重要性。
能完成“探究浮力大小与哪些因素
有关”的实验；能发现并提出与浮力有
关的问题；能根据实验方案收集和分析
思考：海洋上漂浮
数据，得出结论；能反思与评估。
着十分壮观的冰山，
冰山的大部分浸在 能体会浮力知识对人类生活和社会
水下。是什么力量
发展的影响；能主动关心我国古代和现
将冰山托起？
代在应用浮力知识方面的成就。221100 第第九九章章 浮浮 力力
第 一 节
认识浮力
万吨巨轮在水中为什么不下沉
本节要点
（图 9-1）？热气球为什么能腾空而
能通过实验认识浮力，能分
起（图 9-2）？这些现象都与浮力有
析浮力产生的原因；会用弹簧测
关。那么，什么是浮力？浮力产生
力计测量物体在液体中所受浮力
的原因是什么？让我们一起学习相
的大小。
关内容。
图9-1 巨轮远航 图9-2 热气球腾空
什么是浮力
冰山、巨轮、热气球都会受到重力的作用，但没有因此而沉入水底或落
到地面，这表明它们受到向上的作用力。事实上，无论是液体还是气体，对
浸入其中的物体都有竖直向上的作用力，物理学中把这个作用力叫做浮力
（buoyancy force）。巨轮在水中不下沉、热气球能够浮起，都与它们受到浮力
有关。
下面我们一起来探究液体和气体的浮力。第一节 认识浮力 211
做 中 学
探究浮力
1. 探究液体的浮力
如图 9-3 所示，在弹簧
测力计下悬挂石块，读出弹簧
测力计的示数。把石块浸入水
N N N
0 0 0 0 0 0
中，观察弹簧测力计的示数是 1 1 1 1 1 1
2 2 2 2 2 2
3 3 3 3 3 3
如何变化的。用手托起石块，
4 4 4 4 4 4
5 5 5 5 5 5
再次观察弹簧测力计示数的变
化。为什么石块浸入水中和被
手托起时，弹簧测力计示数会
有变化？思考水和手对石块产
（a） （b）
生了什么作用。
图9-3 液体的浮力
2. 探究空气的浮力
将充足气的篮球和套有气针的气球一起挂于杆左端，调整杆右
端钩码的悬挂位置，使杆处于水平平衡状态［图 9-4（a）］。然后
将气针头插入篮球的气门内，气球随即膨胀，杆逐渐发生倾斜［图
9-4（b）］。这是为什么？
（a） （b）
图9-4 空气的浮力
通过大量实验可以发现，无论是液体还是气体，都会对浸入其中的物体施
加竖直向上的力，即浮力。浮力的方向总是竖直向上，与重力的方向相反。212 第九章 浮 力
浮力产生的原因
浮力产生的原因是什么呢？如图9-5所示，一个立
方体浸没（全部浸入）在水中，它的上、下、前、后、
F
2
左、右六个表面都受到水的压力。立方体的左右、前后
两侧面受到的压力是大小相等、方向相反的，即受力平
F
衡；而上、下两个表面，由于深度不同，水的压强不同， 1
因而受到水的压力也不相等。下表面受到水向上的压力
图9-5 立方体浸没
F 大于上表面受到水向下的压力F ，向上和向下这两个
1 2 在水中
压力之差就等于水对立方体的浮力。
分析可知，浮力是因液体对浸在其中的物体有压力差而产生的。
作 业
1. 在游泳时，你会发现，只要用脚轻轻蹬泳池底，整个身体很容易浮起；
如果在床上也想这样做，就非常难了。这是为什么？
2. 把空易拉罐开口朝上按入装有水的桶中，在易拉罐浸没之前，在向下
按的过程中，你能感受到浮力的存在吗？浮力的大小是
否有变化呢？
3. 物块浸没在液体中，受到液体对它向上、向下的
压力分别为15 N、5 N，其受到浮力的大小为（ ）。
A. 5 N B. 10 N
C. 15 N D. 20 N
4. 如图9-6所示，是一位同学巧用物理知识将帽子交
给楼上同学的情境。此过程中应用的关键知识是（ ）。
A. 气球受到重力
B. 帽子的质量大于气球的质量
C. 帽子的密度大于气球的密度
D. 空气对帽子和气球有浮力作用 图9-6第一节 认识浮力 213
5. 下列关于浮力的说法中正确的是（ ）。
A. 只有浮在液体表面的物体才受到浮力
B. 物体只有浸入液体中，才会受到浮力的作用
C. 下沉的物体不会受到浮力
D. 浮力的方向总是竖直向上的
6. 在“探究浮力”的实验中，由图 9-7（a）可知金属块受到的重力是
______ N，现将金属块浸没在水中，弹簧测力计的示数变为如图 9-7（b）所
示，则金属块受到水的浮力是______ N。
（a） （b）
图9-7
请提问
1. 为什么我们在空气中感受不到浮力？
2.
3.
……221144 第第九九章章 浮浮 力力
第 二 节
探究：浮力大小与哪些
因素有关
人在水中会沉下去，却可躺在含盐 本节要点
浓度高的死海看书（图 9-8）。将盖紧
能完成“探究浮力大小与
的空瓶按入装满水的桶中，在空瓶全部
哪些因素有关”的实验，能提
没入水中前，随着按压深度增加，你会
出合理的猜想，能采用控制变
感到需要的力越来越大。这是为什么？
量的方法设计实验方案，能分
我们知道，浸入液体中的物体会受到浮
析数据并得出结论；能按要求
力，浮力的大小与什么因素有关呢？下
完成实验报告。
面，我们通过实验进行探究。
图9-8 人躺在死海悠闲地看书
探究
实验目的
安全 警示
1. 探究浮力大小与哪些因素有关。
轻拿轻放弹簧
2. 学习制订实验步骤进行实验。
测力计、金属块、烧
实验器材 杯等，以免伤人或
铁架台、弹簧测力计、金属块、小石块、烧杯、 损坏。注意地面水
细绳、水、盐水。 渍，以免滑倒受伤。第二节 探究：浮力大小与哪些因素有关 215
实验设计
方 法 点 拨
用弹簧测力计测量物体（金属块或小石块）所
注意在实验操作
受重力，将悬挂在弹簧测力计下的物体浸入液体
中不能简单地照搬
中，测出物体所受的拉力，物体所受浮力等于重力
操作，要思考为什
与拉力的差值。采用控制变量法分别探究浮力大小
么，每个实验步骤
与物体排开液体的体积、浸没深度和液体密度的
都有相关的目的。
关系。
实验步骤
根据实验设计，参考图 9-9（a）（b）（c），写出对应的三个实验步骤并进
行实验，将实验数据记录在你设计的表格中。
（a）浸入的体积不同 （b）浸没的深度不同 （c）浸入密度不同的液体
图9-9 实验示意图
实验结论
能有目的地规 素
写出从三个实验步骤中分别得出的结论。
养
划实验步骤，知道 提
反思交流
升
进一步验证猜想的
浮力的大小与物体的形状是否有关呢？设
意义。
计实验进行探究，并形成结论。216 第九章 浮 力
大量实验表明：
物体在液体中所受浮力的大小不仅与液体的密度
有关，还与物体排开液体的体积有关，而与浸没在液
体中的深度无关。物体排开液体的体积越大、液体的
密度越大，浮力就越大。
D I S 实 验 室
用力传感器探究影响浮力大小的因素*
用力传感器代替弹簧测力计悬挂物体，调
整升降台的高度，让物体逐渐浸入水中（图
9-10）。观察物体浸没前和浸没后浮力的变化，
看看能得出什么结论。将水换成盐水，比较物
体浸没在这两种液体中的浮力，又能得到什么
结论？ 图9-10 实验装置图
作 业
1. 请完成“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验报告，在实验报告中
说明你的主要实验步骤，以及从这些步骤中分别能得出的结论等。
2. 图9-11是研究浮力大小的实验装置图，请根据图示回答下列问题。
（1）由图（a）（b）得，图（b）中弹簧测力计的示数较小，说明了_________，
两图中弹簧测力计的示数差等于_________；
（2）图（b）（c）中，弹簧测力计的示数不同，说明浸在同一种液体中的
物体所受浮力大小跟___________________有关；
（3）图（c）（d）中，弹簧测力计的示数不同，说明物体排开液体的体积
相同时，所受浮力大小跟___________________有关；
*同学们可以查阅资料，了解DIS实验的特点及操作方法。第二节 探究：浮力大小与哪些因素有关 217
N N N N N
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
水 水 酒精 酒精
（a） （b） （c） （d） （e）
图9-11
（4）图（d）（e）中，弹簧测力计的示数相同，说明物体浸没在同种液体
中，所受浮力大小跟___________________无关。
3. 体积相同的实心铜块和实心铝块，分别浸没于水中，它们受到的浮力
是否相同？如果换成质量相同的实心铜块和实心铝块浸没于水中，它们受到的
浮力相同吗？请解释。
4. 实心钢铁块放在水里会沉入水底，做成船能浮在水面上。有同学根据
此现象认为“浸在液体里的物体受到的浮力也与其形状有关”，这种看法是否
正确？请设计实验验证你的观点。
请提问
1. 为什么浸没在液体中的物体受到的浮力大小与其在液体中的深度
无关呢？
2.
3.
……221188 第第九九章章 浮浮 力力
第 三 节
阿基米德原理
本节要点
我们已经知道浮力的大小与物
能通过实验，认识阿基米德
体排开液体的体积及液体密度有关。
原理，能对浮力问题进行简单计
那么浮力的大小与排开液体所受重
算，能了解阿基米德原理在生产
力的大小有怎样的关系呢？我们进
生活中的应用。
一步进行实验探究。
做 中 学
探究浮力的大小
先用弹簧测力计分别测出烧杯和石块所受的重力［图9-12（a）］；
然后把石块浸没在水面恰好与
溢口相平的溢水杯中，用烧杯
收 水， 集 读 从 出 溢 此 水 时 杯 弹 里 簧 被 测 石 力 块排 计 开 的 的 示 0 1 2 3 N 0 1 2 3 0 1 2 3 4 N 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 N 0 1 2 3 4 0 1 2 3 N 0 1 2 3
数［图 9-12（b）］；再用弹簧 4 4 5 5 5 5 4 4
5 5 5 5
测力计测量烧杯和水的总重力
［图9-12（c）］。
比较测得的浮力与排开的
水所受重力的大小，你发现了
（a） （b） （c）
什么？ 图9-12 探究浮力的大小
大量实验表明：
浸入液体中的物体所受浮力的大小等于物体排开
的液体所受重力的大小。第三节 阿基米德原理 219
这便是阿基米德原理（Archimedes’ principle）。 能体会探究浮 素
养
若用 F 表示浮力的大小，G 表示排开的
浮 排 力实验的巧妙与精 提
液体所受重力的大小，则阿基米德原理可表示为 升
彩，能感受阿基米
德孜孜不倦的求索
F = G = ρ V g
浮 排 液 排 精神。
阿基米德原理对气体也同样适用。
例题
有一实心金属球，将它浸没在盛满水的溢水杯中，有 50 mL 水溢出，求
金属球在水中受到多大的浮力？（g取10 N ⁄kg）
分析
金属球浸没在水中，它排开水的体积等于溢出的水的体积。根据阿基米德
原理，金属球受到的浮力大小等于它排开的水所受重力的大小。已知溢出的水
的体积和密度，可算出金属球排开的水所受重力的大小，即为金属球在水中受
到的浮力大小。
解
由题意，金属球排开水的体积 V = 50 mL =
排 策略提炼
50 cm3 = 5.0×10-5 m3，查表得水的密度 ρ = 1.0×
水
确定浮力的大
103 kg/m3。
小时，要注意物体
根据阿基米德原理，金属球所受浮力的大小为
排开液体的体积等
F = G = ρ V g 于物体浸在液面以
浮 排 水 排
= 1.0×103 kg/m3×5.0×10-5 m3×10 N/kg = 0.5 N 下部分的体积。
所以，金属球在水中受到的浮力大小为0.5 N。
讨论
如果金属球只有一半的体积浸入水中，它受到的浮力是多大？220 第九章 浮 力
科学书屋
阿基米德
阿基米德（Archimedes，前 287—前 212） 是古希腊伟大的哲学家
（图 9-13）。他在物理学方面的贡献主要有两项：其一是关于浮力问题；
其二是关于杠杆平衡问题。
传说澡盆的水溢出给了阿基米德启发，使其
产生了测量不规则物体体积的灵感。由此，他鉴
别出了国王的王冠并非由纯金所制。阿基米德还
有一句名言：“给我一个支点，我可以撬动地球。”
阿基米德热爱科学、善于观察、勤于动手，
能很好地将研究成果应用于生产、生活实践。我
们应学习阿基米德学以致用的钻研方法、孜孜不
倦的求索精神、持之以恒的科学态度。 图9-13 阿基米德
作 业
1. 一艘轮船从海里行驶到河里，会上浮一些还是下沉一些？为什么？
2. 把体积相同的木块和石块放入水中，木块漂浮在水面上，石块沉入水
底。关于它们所受浮力的大小，请判断下列哪个说法是正确的，并说明理由。
A. 石块大 B. 木块大 C. 一样大 D. 无法比较
3. 如图9-14所示，四个体积相同而材料不同的球 A、B、C、D，分别静止在
水中不同深度。请判断下列哪个说法是正确的，并说明理由。
A. 球 A所受的浮力最小
A
B
B. 球B所受的浮力最小
C
C. 球C所受的浮力最小 D
D. 球 D 所受的浮力最小
图9-14第三节 阿基米德原理 221
4. 在“阿基米德解开王冠之谜”的故事中，若王冠的质量为 490 g，将
它浸没在水中时测得其“重”为 4.5 N，则这顶王冠在水中所受的浮力为
________ N，它排开的水所受的重力为 ________ N。（g取10 N/kg）
5. 通过图9-15所示的实验，探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系，
具体设计的实验步骤如图（a）（b）（c）（d）所示，为方便和减小实验误差，最
合理的实验步骤是___________________，实验结论为___________________。
（a） （b） （c） （d）
图9-15
6. 有一个容积为10 m3 的气球，充满氦气后重为25 N，设空气的密度为
1.29 kg/m3，g取10 N/kg，则：
（1）该气球受到的空气浮力有多大？
（2）该气球最多能载质量为多少的物体？
7. 海船遇到冰山是很危险的，因为自由漂浮于海洋上的冰山的大部分
体积隐藏在海面下，露出的仅是“冰山一角”。若冰山和海水的密度分别为
ρ = 0.9×103 kg ⁄ m3，ρ = 1.05×103 kg ⁄ m3，冰山的总体积为 V ，冰山露
冰 海水 冰
出海面部分与海面以下部分的体积之比是多少？
请提问
1. 铁球或铁片能在水中漂浮吗？
2.
……222222 第第九九章章 浮浮 力力
第 四 节
物体的浮与沉
我国古人创造了借助浮力的打捞技术。 本节要点
用铁索拴牢铁牛，绷紧绳索，把船上的泥沙
能通过实验认识物体
卸到河里，船浮上来，将铁牛从淤泥中拉出
的浮沉条件，能通过实例
来。卸掉船上的泥沙，船为何上浮？物体的
说明物体的浮沉条件在生
浮与沉取决于什么条件呢？本节将学习物体
产生活中的应用；能关心
的浮沉条件及应用。
我国在深潜方面的成就。
物体的浮沉条件
把实心的松木球和铁球浸没在水中，放手后，木球会上浮，直至漂浮在水
面，铁球会下沉至水底。那么，物体在液体或气体中的浮与沉取决于什么条件
呢？先来做个小实验。
做 中 学
物体的浮沉条件
如图 9-16 所示，把拧紧盖子的空玻璃瓶浸没于水中，松手后
观察玻璃瓶的运动情况。把装满水并拧紧盖子的玻璃瓶浸没于水中，
松手后再次观察玻璃瓶的运动情况。
盛水容器
能否使浸没在水中的玻璃瓶既不上
浮，也不下沉（即悬浮在水中）呢？ 玻璃瓶
分析并比较玻璃瓶漂浮、下沉、悬
浮时的受力情况，你能得到什么结
论呢？ 图9-16 物体的浮沉条件第四节 物体的浮与沉 223
大量实验证明：
浸没在液体中的物体，当浮力大于重力时，物体
上浮；当浮力小于重力时，物体下沉；当浮力等于重
力时，物体处于悬浮状态。
迷 你 实 验 室
让鸡蛋浮沉
将鸡蛋放入清水中，观察鸡蛋的浮沉情况。向杯中逐渐加盐并小
心搅拌，观察鸡蛋的浮沉情况。如果往容器中加水，再次观察鸡蛋的
浮沉情况。你能解释观察到的现象（图9-17）吗？
图9-17 鸡蛋浮沉实验
浮沉条件的应用
1.0
1.1
1.2
物体的浮沉条件在生产生活中有广泛应用。下面列 1.3
1.4
1.5
举几个案例。 1.6
1.7
1.8
密度计（图 9-18）是测量液体密度的工具。它是一 1 2 . . 9 0
根上部标有刻度、形状特殊的玻璃管，管下部的玻璃泡
内封装小铅丸。测量时，将密度计插入液体，它静止后
漂浮在液体中，此时密度计所受的浮力大小等于其重力
大小。根据密度计浸入液体的深度就可以从刻度上读出
液体的密度，你能说出其中的道理吗？ 图9-18 密度计224 第九章 浮 力
在农业生产中，通过盐水选种可选出饱满、结实的种
子，从而促进农作物产量的提高。农民采用盐水浸泡法来
选种时，把种子放入浓度适宜的盐水中，干瘪、虫蛀的种
子就会上浮直至漂浮，而饱满的种子则下沉到容器底部
（图9-19）。请你说说这是为什么。
潜水艇是能够在水下运行的舰艇。图 9-20 为潜水艇
图9-19 盐水选种
漂浮、下潜和上浮的原理示意图。潜水艇的压力舱充水
时，自重增加，重力大于浮力，潜水艇下潜；潜水艇的压力舱排出一部分水
时，自重减轻，重力小于浮力，潜水艇上浮。潜水艇就是靠改变自身重力实现
下潜和上浮的。
潜水艇上浮
潜水艇漂浮在水面
压力舱充满空
气，阀门关闭 压缩空气
阀门打开，海 潜水艇下潜
打入压力
水进入压力舱
舱，将海
压力舱
水排出
图9-20 潜水艇的沉浮原理
热气球的升降与热气球体积及其内部气体的密度变化有关。热气球的巨大
气袋中充满空气，从燃气装置中喷出的火焰加热气袋中的空气，热气球内部气
体的温度升高、密度减小（忽略体积变化）。当热气球内部气体的密度比其外
部气体的密度小到一定程度时，热气球便上浮了。我国早在汉武帝（前156—
前 87）时，就利用质地极轻的材料制成薄壳灯
能体会科技发 素
笼。当在灯笼下面点燃烛火后，它便会腾空而
养
展促进了人类对大 提
起，这是历史上最早的热气球。如今，热气球
升
自然的探索，能为我
在气象探测、通信传播、运输、旅游、探险等
国深潜成就而自豪。
方面都得到了广泛应用。第四节 物体的浮与沉 225
科学书屋
“奋斗者”号深潜器
中国载人潜水器“奋斗者”号实现了我国万米载人深潜的重大突
破（图 9-21），其多项核心深潜技术凝聚了中国深潜人的巨大智慧。
“奋斗者”号深潜器通过电磁铁吸附了大铁块，还有一部分铁砂放置
在一个容器中，这些总质量加起来之后使得深潜器的总重力大于浮力，
深潜器得以不断下沉，同时通过控制
倾倒容器中的铁砂可以控制深潜器下
沉的速度。当深潜器需要上浮时，电
磁铁断电，抛掉电磁铁吸附的铁块，
深潜器可以快速上浮。如果遇到紧急
情况，系统断电后，电磁铁会自动抛
掉铁块，从而让深潜器快速上浮。 图9-21 “奋斗者”号深潜器
作 业
1. 将同一物体放入密度不同的液体中，其浮沉情况不同。通过比较物体
密度与液体密度的大小，可判断物体的浮沉情况，请推导出用物体的密度与液
体的密度表示的浮沉条件。
2. 一个小球，在水中能漂浮。如果把它放入酒精中，小球（ ）。
A. 一定会上浮 B. 一定会悬浮
C. 一定会下沉 D. 条件不足，无法判断
3. 如图9-22所示，三个完全相同的玻璃缸装满了水，其中图（a）只有水，
图（b）水中漂浮着一只玩具小鸭子，图（c）水中漂浮着同样材料的玩具大鸭子。
若把三个缸放到台秤上称量，它们的质量大小如何？若两只玩具鸭子的材料（密
度）不同，但仍漂浮在水中，则再称量三个缸的质量时，它们的大小又如何？226 第九章 浮 力
（a） （b） （c）
图9-22
4. 航空母舰是舰载机的母舰。当航空母舰上的舰载机飞离航空母舰后，
航空母舰所受的浮力将如何变化？
5. 请选择材料，按照自己的设计，折叠
一个纸船，并写出制作过程。与同学讨论交
流，看看自己制作的纸船与同学制作的纸船
的异同。
6. 救生圈（图 9-23）是一种水上救生
设备。查阅资料，了解救生圈的材料、性能
及用途。 图9-23
请提问
1. 热气球怎样下降呢？
2.
3.
……跨学科
第四节 物体的浮与沉 222277
实 践
调研我国造船与航海方面的成就
问题缘起
船是人类伟大的发明，是重要的水上交
通运输工具，船的发展史也从某方面体现了
人类的科技进步。下面我们一起来探索我国
在造船与航海方面的成就。
活动方案
本活动涉及与浮力、船舶设计、水上交
通、船业史实等有关的知识。
任务一：查阅资料，了解我国古代和近年
来船舶的发展及成就，了解我国航海家郑和
图9-24 郑和下西洋情境示意图
下西洋（图 9-24）为世界的航海史作出了哪
些贡献，完成一篇调研报告。 安全 警示
任务二：查阅资料，了解不同类型船舶的
活动过程中，
设计特点及其对浮力等知识的应用。选择一个
注意安全，如谨慎
参考样例，做一艘有动力的小船，综合考虑船
用刀等工具，用完
体造型、材料选取、驱动装置等方面。
这些工具后要小心
交流评价 收放。
分享关于我国造船与航海方面成就的调
研报告，从科学性、可读性、信息是否详实
等方面进行评价。展示小船模型，评价小船的动力性能、稳定性与艺术性。
拓展研究
查阅资料，调研全球变暖可能对航海业的影响，撰写一篇小论文。228 第九章 浮 力
本章练习
科学认知与辨析
1. 小球质量为 200 g，体积为 300 cm3。把它浸没在水中，放开手后，小
球将（ ）。
A. 沉入水底
B. 上浮直至漂浮在水面上
C. 悬浮水中
D. 无法确定如何运动
2. 图 9-25 表示跳水运动员从入水到露出水面的过程，运动员受到水的
浮力不断增大的阶段是（ ）。
⑤ 部分身体露出水面
① 指尖刚触水面
② 刚浸没水中
④ 头刚触水面
③ 下沉到最低点
图9-25
A. ①→② B. ②→③
C. ③→④ D. ④→⑤
3. 将两块完全相同的橡皮泥捏成实心球
和碗，分别放入完全相同的甲、乙两杯液体
中，其静止时的截面如图 9-26 所示。比较甲、
甲 乙
乙两杯中橡皮泥所受浮力的大小，并说明原因。 图9-26本章练习 229
4. 曹冲称象的故事广为流传（图 9-27）。大
象很重，没有办法直接称。曹冲想出了一个办法，
将大象赶上船，在船身与水面交界处画线；把大
象赶下船，往船上装石头，装到船沉到画线处为
止；称船上石头的质量，就是大象的质量。请解释
其中的道理。
5. 为保证安全，海船的船舷上画有载重线， 图9-27
又叫做“吃水线”，表示船安全航行时排开水的最大体积。在载重线中，最上
面的一条是淡水线，表示船在淡水中航行，淡水的水面与这条线齐平时，轮
船已装足货物。为什么淡水线在载重线的最上面？
科学实验
6. 图 9-28 是“探究同一物体所受的浮力大小与哪些因素有关”的实验
过程图。实验中保持物体处于静止状态，图（a）和图（b）中物体露出液面的
体积相等，弹簧测力计测得的拉力大小的关系是：F ＜F ，F ＞F = F 。则：
1 2 2 3 4
F
F 2
1
F
3 F
4
水 酒精 酒精 酒精
（a） （b） （c） （d）
图9-28
（1）由图（a）和图（b）的探究可得结论：____________________；
（2）由图（b）和图（c）的探究可得结论：____________________；
（3）由图（c）和图（d）的探究可得结论：____________________。230 第九章 浮 力
7. 用吸管、铁丝等材料设计并制作一个简易密度计，将其分别放入清
水、盐水和食用油中，待密度计静止后，用记号笔记下液面在吸管上的位置，
并判断三种液体密度大小的关系。
科学·技术·社会·环境
8.* 请上网查询与我国载人潜水器有关的内容，选择合适的角度完成一
篇小论文。
综合
9.* 在一次抗洪救灾行动中，一名质量为 60 kg 的武警战士登上一艘质量
为 320 kg 的冲锋舟准备抢险救灾，此时漂浮在水面上的冲锋舟排开水的体积
为多少？若冲锋舟满载时排开水的体积为 1.2 m3，那么，它最多还能装载多
少质量的人和物资？（ρ = 1.0 × 103 kg/m3）
水
本 章 总 结
本章的要点有第四节 物体的浮与沉 231
第十章
功与机械能
第一节 机械功
第二节 功率
第三节 动能和势能
第四节 机械能转化及其应用
实 践 探究游乐设施中的功与能
本章学业要求
能结合实例认识机械功、功率、动
能、势能等物理概念；能用能量转化观
点解释常见的自然现象，解决日常生活
中的有关问题。
能用功和能的知识对生产生活中的
问题进行归纳推理；能寻找证据支持自
己的观点；能有依据地质疑。
能基于日常生活提出与动能、势能
有关的问题；能收集证据、形成结论，
并作出解释；有团队意识，能主动参与
讨论交流。
知道机械能的守恒与转化需要一定
思考：蹦极运动中， 的条件；能体会节约能源的重要性，有
蹦极者到达最低点 保护环境、节约资源、促进可持续发展
时 又 会 向 上 弹 起。 的责任感。
这是为什么？223322 第第十十章章 功功与与机机械械能能
第 一 节
机 械 功
在生产生活中，人们常需要将物体从一 本节要点
个位置移到另一个位置，这个过程往往需要
知道机械功，能用生
通过力的作用来完成。例如，重物通过吊车
活实例说明机械功的含
钢索拉力的作用上升一段距离；汽车通过牵
义，能了解身边的一些力
引力的作用移动一段距离（图 10-1）。你能
做功的估计值；能将机械
发现这类现象的共同点吗？本节我们将学习
功与日常生活结合起来。
与此相关的内容。
F
F
h
s
（a） （b）
图10-1 力的作用效果
做功了吗
上述现象的共同点是物体在力的方向上移动了距离。物理学中把力和物体
在力的方向上移动距离的乘积叫做机械功（mechanical work），简称功（work）。
如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向上移动了一段距离，就说
这个力对物体做了功。图 10-1 中，吊车钢索的拉力对重物做了功，汽车的牵
引力对汽车也做了功。第一节 机械功 233
物 理 聊 吧
如图 10-2（a）所示，小明提水在水平路面匀速平稳前行，小
明对水桶的拉力做功了吗？为什么？如图 10-2（b）所示，人用力
推车，但车未动。推力做功了吗？为什么？请大家讨论交流以上
问题。
（a） （b）
图10-2 做功了吗？
物体做功需满足两个条件：有作用在物体上的力；物体在这个力的方向上
移动一段距离。上述两种情况中，物体在受力方向上移动的距离为零，所以拉
力和推力做功都为零。
做了多少功
在生产生活中，人们通常不仅要判断力对物体是否做功，还希望了解做
了多少功。
物理学中规定，力对物体所做的功等于力与物体在力的方向上移动的距离
的乘积，即
W：功
W = Fs F：力
s：力方向上移动的距离234 第十章 功与机械能
在国际单位制中，力的单位是 N，距离的单位是 m。为了纪念英国物理
学家焦耳，人们用他的名字作为功的单位，即焦耳，简称焦，用符号 J 表示，
1 J = 1 N·m。
例题
叉车常用于大件货物转运。如图 10-3 所示，
一辆叉车将质量为 300 kg 的货物缓慢举高 3 m。求
货物在被举高的过程中，叉车对货物的支持力做了
多少功？（g取10 N/kg）
分析
货物在被叉车缓慢举高的过程中，叉车对货物 图10-3 叉车运物
的支持力的做功过程如图10-4所示。货物缓慢上升，
F
可视为处于平衡状态。由二力平衡条件可求出支持
力，再由功的计算公式，求出支持力所做的功。
解
由题意，货物质量 m = 300 kg，货物在支持力
的方向移动的距离s = 3 m。 s
F
在货物缓慢上升过程中，由二力平衡条件，叉
车对货物的支持力大小为
图10-4 支持力做功
F = G = mg = 300 kg×10 N/kg = 3 000 N
示意图
叉车对货物做功为
策略提炼
W = Fs = 3 000 N×3 m = 9 000 J
解决与做功有
所以，叉车对货物的支持力做了9 000 J功。
关的问题时，要明
讨论
确做功的力和在这
上述问题中，若叉车先将货物缓慢举高后，又
个力的方向上移动
在水平方向匀速移动一段距离，将货物放到货架
的距离，最后算出
上。在这个过程中，叉车对货物的支持力是否一直
功的大小。
在做功？为什么？第一节 机械功 235
在日常生活中，我们可估计一些力做功的大概值。例如，将两个鸡蛋举
高 1 m，做功约 1 J；将一瓶 500 mL 的矿泉水从地上拿起并举过头顶，做功约
10 J；将一袋10 kg的大米从地面扛到肩上，做功约150 J。
科学书屋
焦 耳
焦耳（J. P. Joule，1818—1889）是英国物理
学家（图 10-5），他测定了热和机械功之间的当
量关系。此外，他在电学和磁学方面也有贡献，
而且对蒸汽机的发展做了不少有价值的工作，还
率先计算了气体分子的速度。人们为了纪念他对
科学发展的贡献，以他的名字“焦耳”来命名功 图10-5 焦耳
和能量的单位。
作 业
1. 2022 年 12 月 7 日，在举重世锦赛女子 49 公斤级比赛的争夺中，中国
选手包揽了抓举、挺举、总成绩三枚金牌。运动员举起杠铃站立静止不动时对
杠铃做功了吗？为什么？
2. 雪橇是雪地常见的交通工具（图10-
6）。狗拉着雪橇以 15 km/h 的速度沿直线匀
速行进了 2 min，雪橇所受的水平拉力为
200 N，求此过程中水平拉力所做的功。
3. 在水平地面上，用60 N的水平拉力拉
重100 N的木箱，使木箱沿拉力方向缓慢前进
5 m，此过程中拉力所做的功是 J，
重力所做的功是 J。 图10-6236 第十章 功与机械能
4. 小兰在海洋公园里搭乘自动扶梯（图
10-7）。若小兰的质量为 40 kg，随扶梯上升
高度约为 112 m，求扶梯对小兰至少做了多
少功。（g取10 N/kg）
5.* 2021年5月15日，“祝融号”火星车
在火星上留下了属于中国的第一道印记，如
图 10-8（a）所示。若发射前火星车在水平
地面上进行测试时，受到的阻力为 200 N， 图10-7
其速度 v 与时间 t 的关系图像如图 10-8（b）所示。那么根据此假设，在火星
车做匀速直线运动的过程中，牵引力做的功是多少呢？
v / (cm·s-1)
20
0 10 20 30 40 50 60 t / s
（a） （b）
图10-8
请提问
1. 某同学背书包乘电梯上楼的过程中，该同学对书包做功了吗？
2.
3.
……第第二二节节 功功 率率 223377
第 二 节
功 率
无论是人做功，还是利用机械做功，都 本节要点
存在快慢问题。怎样描述做功的快慢？
知道功率，能用生活
实例说明功率的含义，能
做功快慢的比较
了解一些机械的功率估计
值，能将功率与日常生活结
如图 10-9 和图 10-10 所示，两位搬运
合起来。
工人均从一楼搬运物体到楼上。若他们上行
楼层的高度相同，但所用时间或物重不同，你能判断谁对货物做功快吗？请与
同学交流你的判断方法。
（a） （b） （a） （b）
图10-9 重物相同，时间不同 图10-10 时间相同，桌子更重
要比较物体做功的快慢，必须考虑两个因素：其一是物体做了多少功；其
二是物体做功所用的时间。
物理学中，把功与做功所用的时间之比叫做功率（power）。功率表示做功
的快慢，它在数值上等于力（或物体）在单位时间内所做的功。根据功率的定
义，计算功率大小的公式表示为238 第十章 功与机械能
P：功率
W
P = W：功
t
t ：时间
在国际单位制中，功率的单位是由功的单位和时间的单位组合而成的，
即焦 / 秒（J/s），又称为瓦特（为纪念英国发明家瓦特而命名），简称瓦，用
符号 W 表示（1 W = 1 J/s）。在工程技术上，常用千瓦（kW）作为功率单位
（1 kW = 1 000 W）。
请你根据功率公式，说明图10-9和图10-10中哪个搬运工人做功更快。
生产生活中的功率
物理在线
生产生活中常用功率表示人或机械做功
同学们可上网查询不
的快慢，功率是机器的一个重要性能指标。
同交通工具（或动物）的
不同物体在不同状态下做功的功率往往有比
最大功率。
较大的差异，表 10-1中给出了人、一些动物
和交通工具的功率。
表10-1 人、一些动物和交通工具的功率
优秀自行车运动员长 排量为2 L的家用小轿
时间运动的功率约为 车的功率约为110 kW，
480 W，短时间运动 10 t载重汽车的功率约
的功率可达2 kW 为180 kW
某型号电力机车的功
马长时间拉车的功率 率约为7 200 kW，“复
约为750 W 兴号”动车总功率可达
10 000 kW
蓝鲸游动时的功率 万吨级远洋货轮的功
可达350 kW 率为7 000 ～ 23 000 kW第二节 功 率 239
例题
某人用图 10-11 所示的牵引装置来
锻炼关节的功能。重物的质量为 3 kg，若
小腿拉绳使重物在 3 s 内匀速上升 0.5 m，
试求绳子拉重物的功率。（不计摩擦力，
g取10 N/kg）
图10-11 牵引示意图
分析
重物被匀速提升时，绳子对重物拉力的大小等于重物所受重力的大小，根
W
据W = Fs计算出拉力做功，再根据P = 就可求出绳子拉重物的功率。
t
解
由题意，重物的质量 m = 3 kg，重物移动的距
策略提炼
离s = 0.5 m，经历的时间t = 3 s。
在解决功率问
重物匀速上升，由二力平衡条件，绳子对重物
题时，首先需要明
的拉力大小
确是哪个力的功率，
F = G = mg = 3 kg×10 N/kg = 30 N 然后确定该力做的
功和做功的时间，
绳子拉重物做的功
再根据功和功率的
公式进行求解。
W = Fs = 30 N×0.5 m = 15 J
绳子拉重物的功率
W 15 J
P = = = 5 W
t 3 s
所以，绳子拉重物的功率是5 W。
讨论
拉力做功的快慢与重物移动的快慢有什么关系呢？我们可通过哪些方式改
变绳子拉重物的功率，满足不同的锻炼需求？240 第十章 功与机械能
科学书屋
瓦 特
瓦特（J. Watt，1736—1819）是英国发明家
（图 10-12）。瓦特的主要成就是制造出第一台有实
用价值的蒸汽机，使人类进入“蒸汽时代”。人们为
了纪念这位伟大的发明家，以他的名字“瓦特”来
命名功率的单位。 图10-12 瓦特
作 业
1. 通常，正常人的心脏推动血液流动的功率约 1.5 W，那么，在 1 h 时
间内心脏做功 J，这些功可把一个质量为 60 kg 的人匀速举高
m。（g取10 N/kg）
2. 当某同学戴上可穿戴的“外骨骼”机器人设备后，可在2 s 内轻松地将
50 kg 的物体匀速举高 1 m，此过程中物体克服重力做的功为 J，
功率为 W。（g取10 N/kg）
3. 若某车在 4 × 103 N 的水平牵引力作用下，匀速通过 200 m 的平直道路
用时20 s。求：此过程中该车牵引力的功率。
4. 功率为 25 kW 的拖拉机 4 h 做的功，如果由功率是 0.4 kW 的耕牛去完
成，需要多长时间？
5. 某水泵房每天需要将 1 000 m3 的水送到 18 m 高的蓄水池里。若用一台
水泵每天工作5 h，则这台水泵的功率至少应是多少千瓦？
6. 已知某电梯的质量为200 kg，输出功率为 3 kW，据说它能在 10 s 内将
10个成年人升高20层。请你通过估算后判断这种说法是否可信。第第三三节节 动动能能和和势势能能 224411
第 三 节
动能和势能
流动的空气可推动帆船前进而做功，高处 本节要点
的桩锤下落可冲击桩头而做功，张开的弓可使 知道动能和势能，
箭射出而做功（图 10-13）。物理学中，如果 能通过实验了解影响动
一个物体能够对其他物体做功，我们就说这个 能、势能大小的因素，
物体具有能量（energy），简称能。流动的空
能运用动能和势能解释
气、举高的重锤、张开的弓都可以对别的物体 相关的现象。
做功，说明它们都具有能。物理学中的能与哪
些因素有关呢？本节我们将学习有关内容。
（a） （b） （c）
图10-13 人们利用不同形式的能量
动能
物体由于运动而具有的能量叫做动能（kinetic energy）。流动的空气就具有
动能。动能的大小跟哪些因素有关呢？242 第十章 功与机械能
做 中 学
影响动能大小的因素
如图 10-14 所示，从斜面的不同高度由静止释放同一钢球，比
较平面上的木块被钢球撞击后运动
的距离，你可得出什么结论？
从斜面的同一高度由静止释放
质量不同的钢球，比较平面上的木
块被钢球撞击后运动的距离，你又
可得出什么结论？ 图10-14 钢球沿斜面滚下
实验表明，同一钢球从斜面的不同高度由静止释放时，高度越高，钢球运
动到底端时的速度越大，木块被推得越远，钢球对
木块做的功越多，说明钢球具有的动能越大；质量
加油站
不同的钢球从斜面的同一高度由静止释放时，钢球
从光滑斜面上
质量越大，木块被推得越远，钢球对木块做的功越
由静止释放的小球，
多，说明钢球具有的动能越大。
到达斜面底端的速
大量实验研究表明：
度只与释放位置的
物体的动能与物体的质量和速度有关。质 高度有关，释放位
量相同时，速度越大的物体具有的动能越大。 置越高，到达底端
速度相同时，质量越大的物体具有的动能越大。 的速度越大。
势能
打桩机上被举高的桩锤，在下落过程中能冲击桩头做功，表明它具有能
量。物体由于处于一定的高度所具有的能叫做重力势能（gravitational potential
energy）。被举高的桩锤就具有重力势能，那么，重力势能的大小跟哪些因素
有关呢？第三节 动能和势能 243
做 中 学
影响重力势能大小的因素
如图 10-15 所示，同一重物从不同高
度由静止释放，自由下落撞击沙箱中的小方
桌。比较小方桌下陷的深度，你可得出什么 h
结论？
质量不同的物体从相同高度由静止释放
后，自由下落撞击沙箱中的小方桌。比较小
图10-15 从高处释放的
方桌下陷的深度，你又可得出什么结论？
重物撞击小方桌
实验表明，重物质量越大或同一重物被举得越高，受到撞击的小方桌陷入
沙中越深，重物对小方桌做的功就越多，重物具有的重力势能越大。
大量实验证明：
物体的重力势能与物体的质量和它所在位置的
高度有关。质量相同时，越高的物体具有的重力势能
越大。高度相同时，质量越大的物体具有的重力势能
越大。
图 10-13（c）中张开的弓可以使箭射出而对箭做功，表明张开的弓具有
能量。网球拍击打网球时对其做功，将网球弹出，表明发生形变的网球拍也具
有能量。物体因发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。在射箭时，弓张得越
满，放手后，箭就射得越远。这表明，物体
的弹性形变越大，具有的弹性势能就越大。
能从能量的视角 素
人们将重力势能、弹性势能这类能统称 养
解释高空坠物的危 提
为势能（potential energy）。
升
险，有进行科学普
动能、势能等各种能的单位与功的单位
及、践行安全生活的
相同。在国际单位制中，功的单位是焦（J），
责任感与行为。
能的单位也是焦（J）。244 第十章 功与机械能
拓展一步
由于物体所在位置，总是相对于一定的参考位置而言的，所以，
重力势能的大小也是相对于一定的参考位置而言的。
作 业
1. 请你判断下列物体具有哪种形式的能量，并简要说明理由。
（1）悬挂在天花板上的吊灯；
（2）沿水平公路行驶的自行车；
（3）空中飞行的飞机；
（4）被拉开的弹弓。
2. 近年来，随着我国国力的提升，我国航天事业有了飞跃式发展。图10-16
是飞船搭乘运载火箭点火起飞的情境，在飞船离地加速升空的过程中，飞船的
动能和重力势能会怎样变化？请给出解释。
图10-16 图10-17
3. 图 10-17 是高速公路旁的限速牌，小客车的速度越大，动能就越
，如果小客车和大型车的行驶速度相等， 车动能大。
4. 如图10-18所示，小朋友用力蹬蹦床时，蹦床具有 能，小朋
友离开蹦床上升的过程中，重力势能逐渐 ，动能逐渐 。第三节 动能和势能 245
图10-18
5. 体积相等的实心铜球和实心木球在水平地面上以相同的速度做匀速直
线运动，它们的动能相等吗？请判断并说明理由。
6.* 超速与超载严重危害了道路交通安全。小明猜想汽车的动能越大造成
追尾事故就会越严重，请用小车（模拟货车）、木块（模拟被追尾车辆）、金属
块若干（模拟货车上的货物）、坡度固定的斜面，设计实验探究货车超速与超
载在追尾事故中的危害。
请提问
1. 放置在地下一层的花盆是否具有重力势能？为什么？
2.
3.
……224466 第第十十章章 功功与与机机械械能能
第 四 节
机械能转化及其应用
你喜欢荡秋千吗？当秋千荡到最高点 本节要点
时，即使你坐在秋千上不动，秋千也会从最
知道机械能及其守恒
高点荡到最低点，然后从最低点向上荡。荡
的条件，能举例说明动能
秋千过程中，动能和势能是如何转化的？动
与势能的相互转化，能解
能和势能在生产生活中有哪些应用？本节我
释与机械能转化有关的现
们学习相关内容。
象；具有保护环境、节约
资源、促进可持续发展的
机械能的相互转化
责任感。
物体有时既具有动能又具有势能。例如，空中飞行的飞机具有动能，还
具有重力势能。动能和势能（包括重力势能和弹性势能）统称为机械能
（mechanical energy）。
物体的动能和势能有时会相互转化。下面我们通过实验，探究动能和势能
是怎样转化的。
做 中 学
动能和势能的相互转化
如图 10-19 所示，将偏离了一定
角度的摆球由静止释放，观察摆球速
度随高度的变化情况，你可得出什么
摆球
结论？
图10-19 实验装置
从实验可知，摆球下降的过程中，重力势能越来越小，动能越来越大，重
力势能转化为动能。摆球上升的过程中，动能越来越小，重力势能越来越大，第四节 机械能转化及其应用 247
动能转化为重力势能。我们还发现，摆球每次
能从做功的视角 素
养
上升的高度都比前一次要低一些，这说明摆球
认识能量，知道机械 提
的机械能减少了一些，这是由于受到空气阻力 升
能会转化为其他形式
等因素影响，摆球的部分机械能转化为其他形
的能量，机械能守恒
式的能量了。
是一种理想状态。
大量实验研究表明：
物体的动能和势能是可以相互转化的。如果只有
动能和势能相互转化，则机械能的总和不变，即机械
能是守恒的。
迷 你 实 验 室
小制作——抛掷装置
参照图 10-20，利用橡皮筋、薄木板及
（a）
瓶盖，制作一个抛掷小球的装置。
把橡皮筋拉得紧一点，手指松开后，看
看球会不会被抛得更远。实验过程中，请注
意安全。
（b）
你能用所学的知识解释这一现象吗？ 图10-20 抛掷装置
学科综合
杜绝高空抛物 倡导文明生活
从 2021 年 3 月 1 日起最新刑法修正案生效，规定了高空抛物罪
及量刑条款。
根据重力势能等相关物理知识，结合人体结构等医学知识和相关
法律法规，请设计关于“杜绝高空抛物，倡导文明生活”的科普宣传
方案，并完成相关的活动报告。248 第十章 功与机械能
机械能的应用
奔流不息的江河，潮起潮落的海水，呼啸
的狂风都具有能量。水能和风能是自然界中丰
富的机械能资源。
古人很早就开始利用水能（图10-21），通过
水流冲击水轮转动来汲水、磨粉、碾压谷物等。
人们利用水能发电，修筑拦河坝来提高上游
的水位，奔流而下的水的重力势能转化成动能，
通过水轮机带动发电机发电（图 10-22）。储水
图10-21 古人巧妙
越多，上、下水位差越大，水能就越大，能发
利用水能
出的电就越多。
我国早在 2 000 多年前就开始利用风能驱动 能通过水能和 素
养
帆船，后来沿海及长江流域地区还出现了利用
风能利用的实例， 提
风能来推动风车做功，带动“龙骨水车”等提 升
体会能量的转化；
取海水制盐或提水灌溉农田。风能也可用来发
能欣赏我国古人关
电，风吹动风车，可带动发电机发电。在风力
于能量转化的技术
资源丰富的地区，可同时安装多台风力发电机，
成就。
组成“风车田”，联在一起供电（图10-23）。
图10-22 水电站的剖面图 图10-23 风力发电第四节 机械能转化及其应用 249
作 业
1. 跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，其动能、势能、机械能是否变
化？请具体说明。
2. 三峡水库修建大坝提高水位差是为了增加水的____________ 能。高处
的水奔流而下时____________能转化为____________能。
3. 据报道，一个鸡蛋从十几层楼落下可能伤及行人，从二十几层楼落下会
危及行人的生命。由此可知，重力势能与____________有关，在鸡蛋的下落过
程中，重力势能转化为____________。
4. 兴趣小组研讨火车站进站段铁路工程的设计。小明提交了图10-24（a）
所示的设计方案示意图，小兰提交了图 10-24（b）所示的设计方案示意图。
从节能角度考虑，你选择哪个设计方案？为什么？
（a） （b）
图10-24
5. 怎样向地板抛乒乓球，才能使它弹跳到高于原来抛球的位置？说明选
择这种抛法的理由。
6. 你荡过秋千吗？请定性分析荡秋千过程中
动能和势能是如何转化的。
7.* 在玩蹦蹦杆时（图 10-25），小明依靠自
身的重力挤压蹦蹦杆下端的弹簧。当他跃起时，
弹性势能被释放出来，帮助小明向上跳跃。请分
析此过程中机械能是怎样转化的。 图10-25
请提问
1. 既然自然界的能量守恒，我们为什么还要节约能源呢？
……跨学科
225500 第十章 功与机械能
实 践
探究游乐设施中的功与能
问题缘起
游乐园（图 10-26）中的滑梯、过山车等
给我们留下了美好的童年记忆，在这些惊险
刺激的游乐项目中普遍存在不同能量的巧妙
转化。让我们再次走进游乐园，探究童年记
忆中功与能的关系吧。
活动方案
图10-26 游乐园
本活动涉及功与能、工程技术、心理、人
体健康等相关知识。通过体验感知、认识规 安全 警示
则、完善方案等过程，完成自己喜欢的游乐项
正确系好安全
目推介方案。
带、听从工作人员
任务一：体验游乐项目。走进游乐园，体
安排等。
验游乐项目，感受不同位置的速度变化，并
从能量的视角分析体验过程。
任务二：认识安全规则。结合体验过程中功与能的关系，解释游乐项目
安全须知相关内容，并从工程实践的视角对游乐设施的安全性进行评估。
任务三：完善推介方案。以多学科视角，从游乐设施、功与能的关系、
游玩体验、温馨提示等方面撰写游乐项目推介方案，用于班级推荐交流。
交流评价
在班级展示推介方案，并对其他推介方案给予评价。
拓展研究
查阅资料，了解我国民间的传统游乐项目、游乐方式以及这些游乐项
目中蕴含的科学内涵。体会物理学在游乐项目开发中的应用，写一篇科技
小论文。本章练习 251
本章练习
科学认知与辨析
1. 下列四种情境中，小明是否对物体做功？请判断并说明理由。
（1）小明拉着一辆小车水平向前运动；
（2）小明提着水桶在水平路面上匀速前进；
（3）小明用力推车，车却没有被推动；
（4）小明用力踢出足球。
2. 小杰背着书包回家，在水平路面上行走 100 m 用时 100 s，乘坐电梯
从1楼到21楼用时30 s，可能符合实际的选项是（ ）。
A. 电梯对小杰做功约3.6×103 J
B. 电梯对小杰做功的功率约1 200 W
C. 小杰乘坐电梯上升时，对书包不做功
D. 小杰在水平路面行走时，重力做功的功率约600 W
3. 老人和小孩爬同一楼梯，若需要比较爬楼梯过程中老人和小孩消耗的
功率大小，需要测量的物理量是（ ）。
A. 各自爬楼的高度
B. 老人质量、小孩质量
C. 老人质量、小孩质量，各自爬楼所需时间
D. 老人质量、小孩质量，各自爬楼高度和所需时间
4. 撑竿跳是使用撑竿做一系列动作使人体越过一定
高度的田径项目。体重 80 kg 的运动员，在一次撑竿跳训
练中的成绩是 5 m，他下落过程用时 1 s，则重力做的功为
______ J，功率为______ W。
5. 蹦极是一种运动游戏。图 10-27 中 A 点是弹性绳自
A
然下垂时绳下端的位置，B 点是游戏者所能到达的最低点。
当游戏者离开跳台向 A 点运动的过程中（忽略空气阻力）， B
其重力势能逐渐转化为 ______ 能；游戏者从 A 点到 B 点的
过程中，绳子具有的______能逐渐增加。 图10-27252 第十章 功与机械能
6. 我国无人机技术世界领先，应用广泛。如图10-28所示，送快递的无人
机匀速下降时，它的动能__________，机械能__________。
图10-28 图10-29
7. 图 10-29 是高速公路的避险车道，当高速行驶的汽车出现刹车失灵
时，可进入路面粗糙的上升的斜坡（避险车道），快速降低车速直至停止。在
车辆冲入避险车道直至停止的过程中，请分析说明车辆的动能、重力势能、
机械能会如何变化。
8. 起重机在 2 min 内把重为 30 000 N 的物体提升 25 m，再用 2 min 使物
体在水平方向平移30 m，则：
（1）起重机吊物体做的功是多少？
（2）起重机4 min内对物体做功的功率是多少？
9. 请你动手做一做，用绳子将一把铁锁悬挂起来。把铁锁拉近你的鼻
子，头保持不动，当手放开铁锁后，铁锁会摆出去（图 10-30）。铁锁向前摆
去又摆回来，摆回时会碰到你的鼻子吗？请你分析其中的原因。在摆动过程
中，铁锁的机械能是如何转化的？（请在教师指导下操作，注意安全）
图10-30本章练习 253
综合
10.* 小李利用斜面搬运水下重物。如图
10-31所示，重物沉在水中的斜面上，此时重物
G
受到的浮力为 150 N。在沿斜面向上的拉力作用
下，重物以 0.2 m/s 的速度沿斜面移动了 0.4 m
后仍浸没在水中，这段时间重物在竖直方向升 图10-31
高了0.2 m。求：
（1）重物沿斜面移动0.4 m所需的时间；
（2）这段时间浮力做的功。
本 章 总 结
本章的要点有254 第十一章 简单机械
第十一章
简单机械
第一节 探究：杠杆的平衡条件
第二节 滑轮及其应用
第三节 机械效率
实 践 制作“龙骨水车”模型
本章学业要求
能说出人类使用的一些机械，知道
机械效率以及提高机械效率的意义和
途径；能用简单机械解决生活中的有关
问题。
能从生活实例中抽象出杠杆模型及
滑轮模型；能对机械问题进行推理；
能从信息中寻找证据；敢于表达自己的
观点。
能完成“探究杠杆的平衡条件”的
实验；有控制变量的意识，能收集实验
数据，得出实验结论。
知道人类对机械的利用是不断发展
思考：塔吊是建筑
的；能了解机械的使用对社会发展的推
工地上常用的一种
动作用，能欣赏我国古代关于简单机械
起重设备，含有杠
杆、 滑 轮 等 机 械。 应用的成就。
它们是怎样发挥作
用的呢？第第一一节节 探探究究：：杠杠杆杆的的平平衡衡条条件件 225555
第 一 节
探究：杠杆的平衡条件
在生产生活中，人们常常需要借助机械 本节要点
来完成一些特定的任务。从天上飞行的飞
能完成“探究杠杆的平
机、大海中航行的轮船到公路上行驶的汽
衡条件”的实验，能猜想杠
车，从工厂中的机床、建筑工地上的起重机
杆平衡条件，并能通过实验
到家里的剪刀，这些都是人类发明的机械。
来验证猜想；知道杠杆是一
本节我们学习一种简单机械——杠杆。 种模型；能分析生产生活中
不同类别的杠杆；能体会我国
认识杠杆
古代在杠杆使用方面的智慧。
图 11-1 展示了生活中常见的几种工具，结合实际使用过程，你能说出它
们有什么共同的特点吗？
这些工具有一个共同的特点，即它们都有一根能绕着固定点转动的硬棒。
物理学中，这种在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就称为杠杆。杠杆是一
种简单但用途十分广泛的机械。
（a）剪刀 （b）天平 （c）核桃钳
图11-1 生活中的工具256 第十一章 简单机械
人们用棒撬动石头时，经常用图 11-2（a）中的方式，这便是利用了杠
杆。如图11-2（b）所示，杠杆可以绕着转动的固定点O 为支点；使杠杆转动
的力 F 为动力；阻碍杠杆转动的力 F 为阻力；从支点到动力作用线的距离 l
1 2 1
为动力臂；从支点到阻力作用线的距离l 为阻力臂。
2
A
动力F
1
阻力臂l
2
动力臂l B
1 支点O
阻力F
2
（a） （b）
图11-2 用棒撬动石头
你能结合图 11-1 中的杠杆类机械的使用情况，明确它们的支点、动力、
动力臂、阻力及阻力臂吗？
实验：探究杠杆的平衡条件
当杠杆在动力和阻力的作用下静止或匀速转动时，我们就说此时杠杆处于
平衡状态。在生产、生活实践中，人们常常利用杠杆的平衡解决问题，如利
用杠杆的平衡制造称量物品的天平。那
么，杠杆在什么条件下才能平衡呢？
我们玩的跷跷板（图 11-3）是一
种杠杆。想一想，在跷跷板不平衡时，
我们有哪些办法使它平衡呢？
请你结合生活经验，提出关于杠杆
平衡条件的猜想，猜测动力、动力臂、
阻力、阻力臂之间会有怎样的关系才能
使杠杆平衡？ 图11-3 跷跷板第一节 探究：杠杆的平衡条件 257
探究
实验目的
安全 警示
1. 探究杠杆的平衡条件。
所挂钩码不宜
2. 学习如何分析实验数据来验证猜想。
过多。小心操作，
实验器材
避免钩码摔落造成
杠杆、铁架台、钩码等。 物品损坏。
实验设计
利用图 11-4 所示的实验装置，通过改变支点两
方 法 点 拨
边悬挂钩码的个数和悬挂位置，探究杠杆平衡时动
能分析相关事
力、动力臂和阻力、阻力臂之间的关系。
实，提出可探究的
实验步骤
物理问题，作出有
1. 按图 11-4 装配实验装置。在挂上钩码前调 依据的假设。
节杠杆两端的螺母，将杠杆调节至水平位置平衡。
图11-4 探究杠杆平衡条件的实验装置
2. 在杠杆支点两侧悬挂不同个数的钩码，它们对杠杆的作用力分别作为
动力 F 、阻力F 。移动钩码的悬挂位置，使杠杆在水平位置重新平衡，在自己
1 2
设计的记录表中记录此时杠杆两侧所受作用力的大小、动力臂l 和阻力臂l 。
1 2
3. 改变动力F 和动力臂l 的大小，重复实验，并将数值记录在记录表中。
1 1258 第十一章 简单机械
实验结论
分析杠杆平衡时动力、动力臂和阻力、阻
素
能对探究结果
力臂之间的关系，总结杠杆的平衡条件。 养
进行猜想；能根据 提
反思交流
升
实验数据验证猜
1. 你的实验结论与猜想是否有差异？结论 想，知道猜想与结
是否可靠？还有进一步的改进措施吗？ 论之间既有联系又
2. 实验中，如果杠杆不在水平位置平衡，动 有区别。
力臂和阻力臂能否直接从杠杆上读出？为什么？
大量实验证明：
杠杆的平衡条件为：动力×动力臂=阻力×阻
力臂，即F l = F l 。
1 1 2 2
D I S 实 验 室
用力传感器探究杠杆的平衡条件
按图 11-5 装配实验装置。先调节杠杆水平，在杠杆一侧悬挂钩
码，另一侧连接传感器并使杠杆保
持水平，记录此时杠杆两侧所受作
用力的大小及动力臂和阻力臂。改
变钩码或传感器到杠杆支点的距离，
重复进行实验。分析杠杆平衡时动
力、动力臂和阻力、阻力臂之间的
关系，总结杠杆的平衡条件。 图11-5 实验装置图
学科综合
杆 秤
杆秤是中国古代的一大发明，秤锤、秤杆分别叫“权”和“衡”，
寓意做任何事情都要权衡轻重。杆秤作为称量质量的工具，使用已经超第一节 探究：杠杆的平衡条件 259
过 2 000 年（图 11-6），其工作原理正是杠
杆平衡条件。
杆秤的设计与制作涉及杆秤的发展历
史、制作工艺、材料选择以及定标的数值
计算等知识。请大家查阅并整理资料，了
解杆秤的发展历程及对社会发展的贡献；设 图11-6 杆秤
计并制作一把兼具艺术性和实用性的杆秤。
随着科学技术的发展，测量质量的工具也在不断发展，杆秤已慢
慢淡出了我们的生活。但是，物理天平、分析天平、超微量天平、电
子汽车秤、电子吊秤等测量物体质量的工具却依然在我们生活中发挥
着重要作用。请了解这些“新”工具，谈谈它们都“新”在哪儿？
杠杆的应用
我国古代早就有了许多巧妙应用杠杆的事例，如用碓舂米［图 11-7（a）］
和用桔槔汲水［图 11-7（b）］等。
（a）舂米 （b）汲水
图11-7 古人对杠杆的利用260 第十一章 简单机械
如今，我们在生产生活中仍大量使用杠杆。图 11-8 是几种常见的杠杆，
请在图上标出每种杠杆的动力、动力臂和阻力、阻力臂，并分析这些杠杆有什
么作用。
（a）用钉锤撬钉子 （b）跷跷板 （c）钓鱼竿
图11-8 几种常见的杠杆
根据杠杆的平衡条件，可知杠杆的应用有三种情况。
（1）动力臂大于阻力臂：这种杠杆用较小的动力就可以克服较大的阻力，
由于使用起来省力，常被称为省力杠杆。这类杠杆虽然省力，但会费距离。
（2）动力臂小于阻力臂：这种杠杆要使用比阻力大的动力才能克服阻力，
由于使用起来费力，常被称为费力杠杆。这类杠杆虽然费力，但能省距离。
（3）动力臂等于阻力臂：这种杠杆只要动力与阻力大小相等，就能保持平
衡了。这类杠杆既不省力，也不费力，常被称为等臂杠杆。
你能说出图 11-8 中的杠杆哪个省力、哪个费力、哪个既不省力也不费
力吗？
杠杆无论是省力还是费力，都各有所长。在应用时应扬长避短，分别发挥
其特有的作用。
例题
植树活动中，两位同学用 1.2 m 长的轻竹竿抬水［图 11-9（a）］。水和桶
总重为 120 N，水桶挂在视为水平的轻竹竿的 A 处，距后面同学 0.5 m。求：
后面同学抬水所用的力的大小。（竹竿的重力忽略不计，两位同学各自对竹竿
的力的作用点之间的距离近似认为是1.2 m）第一节 探究：杠杆的平衡条件 261
分析
可将轻竹竿看成杠杆，竹竿在水平位置保持平衡。以前面同学肩膀位置 B
处为支点，可把水桶对竹竿的作用力（其大小等于水和桶的重力大小）看成阻
力，把后面同学在肩膀位置 C 处竖直向上抬水的力看成动力，BC、AB 分别为
动力臂和阻力臂［图 11-9（b）］。利用杠杆平衡条件，可求出后面同学抬水所
用的力的大小。
C
A
B
F
B A C
G
（a） （b）
图11-9 抬水及受力分析示意图
解
策略提炼
由题意，水和桶的重力之和G = 120 N，动力臂
分析解决杠杆
l = BC = 1.2 m，阻力臂l = AB = 1.2 m - 0.5 m= 0.7 m。
1 2
类问题，首先根据杠
根据杠杆平衡条件 F l = F l 可知，Fl = Gl
1 1 2 2 1 2
杆的使用情况确定支
Gl 120 N×0.7 m
因此，F = 2 = = 70 N 点，分析杠杆受到
l 1.2 m
1 的动力、阻力和相
讨论
应力臂，再根据杠杆
如果要使后面同学少用力，水桶应向前移还是
平衡条件进行计算。
向后移？
作 业
1. 请完成“探究杠杆的平衡条件”的实验报告，在报告中写出你的猜想、
你设计的表格、根据实验数据得出结论的推算过程等。262 第十一章 简单机械
2. 剪刀是一种常用杠杆（图 11-10），请你找出它的支点、动力、动力
臂、阻力、阻力臂，并将它们在图上标出来。如图 11-11 所示，要剪开较硬
的物体，使用哪种剪刀最合适？
（a） （b）
（c） （d）
图11-10 图11-11
3. 图 11-12（a）所示的水平杠杆是平衡的。若如图11-12（b）所示，在
支点两侧的物体下方分别加挂一个等重的物体，杠杆还能保持水平平衡吗？为
什么？
（a） （b）
图11-12
4. 某人分别用如图 11-13 所示的两种方法挑着同一物体行走，则图（a）
中手施加的动力 （ 选填“大于”“小于”
或“等于”）图（b）中手施加的动力，理由
是 。
5. 图 11-14 中是某同学自制的轻质拔草
器。将拔草器左下端的叉子插入植株根部，
用手对拔草器施力，可将植株连根拔起。若
拔同一植株，手施力最小的是哪幅图对应的
（a） （b）
操作？请说明理由。 图11-13第一节 探究：杠杆的平衡条件 263
（a） （b） （c） （d）
图11-14
6. 如图 11-15 所示，独轮车车体（不含车
轮）和车内的煤受到的总重力 G 为 900 N，重
心在 A 点，车轴 O 为支点。将车把抬起时，人 30 cm
F
对车把施加的竖直向上的力多大？省力吗？
7. 阿基米德有句名言：“给我一个支点，我
A
可以撬动地球。”你认同这种观点吗？请用证据
O
90 cm G
说明你的理由。
图11-15
8. 人体中的某些部位也具有杠杆的功能。
请你根据人体结构，找出人体中的杠杆，分析其动力、阻力、动力臂、阻力
臂，从物理学、生物学及医学等综合视角讨论这些杠杆对于健康生活的重
要性。
9.* 一根杠杆两端分别挂着质量不等的铁块，
如图11-16所示，此时杠杆静止。若将两铁块同
时浸没于水中（均不与容器接触），请判断杠杆
是否仍然平衡，并说明理由。 图11-16
请提问
1. 在自然界，还有哪些利用杠杆的案例？
2.
3.
……226644 第第十十一一章章 简简单单机机械械
第 二 节
滑轮及其应用
生产生活中，有不少大型机械能帮助人类完成 本节要点
繁重的工作。仔细观察，你会发现这些大型机械通常 能通过实例了
会用到一种简单机械——滑轮。起重机（图11-17）、 解定滑轮、动滑轮
电梯等也都用到滑轮。使用滑轮有什么好处呢？本节 的特点，知道滑轮
我们学习定滑轮、动滑轮及其应用。 在生产生活中的应
用；知道滑轮是一
种理想模型；能了
解机械的使用对社
会发展的作用。
图11-17 起重机
定滑轮及其特点
滑轮是一个周边有槽、能绕轴转动的轮子，当它的轴固定不动时，这种滑
轮叫做定滑轮（f ixed pulley）。
其实，滑轮就在我们身边。当我们升旗
时，旗手向下拉绳子，旗子就会徐徐上升，这
是因为在旗杆顶部有一个定滑轮（图 11-18）。
那么定滑轮有怎样的特点呢？下面我们进行实
验探究。 图11-18 旗杆顶部有定滑轮第二节 滑轮及其应用 265
做 中 学
探究定滑轮的特点
如图11-19所示，用弹簧测力计钩住绳子
的一端，然后竖直向下拉动，使绳子另一端的钩
码缓慢上升（或保持静止），读取弹簧测力计的
示数，比较钩码所受重力大小和弹簧测力计示数
的关系。
F
3
改变钩码个数，重复上述操作，你可得出
F 1 F 2
什么结论？改变弹簧测力计拉力的方向，重复
图11-19 定滑轮实验
上述操作，你又可得出什么结论？
示意图
大量实验表明：
使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向。
请你运用杠杆的平衡条件，分析图11-20，说说使用定滑轮不省力的原因。
O
O
l
l l l 1
2 1 2
F
1
F F F
2 1 2
图11-20 定滑轮为何不省力？
动滑轮及其特点
使用滑轮时，如果滑轮的轴能随物体一起运动，这种滑轮叫做动滑轮
（movable pulley）。下面我们用实验来探究动滑轮的特点。266 第十一章 简单机械
做 中 学
探究动滑轮的特点
如图 11-21 所示，用弹簧测力计钩住绳子
的一端，然后竖直向上拉动，使动滑轮下方悬
挂的钩码缓慢上升。读取弹簧测力计的示数，
F
比较钩码所受重力大小和弹簧测力计示数的关 1
l
系；测量钩码上升的高度以及弹簧测力计移动 O 1
l
2
的距离，并进行比较。
F
2
改变钩码个数，重复上述操作，你可得出
（a） （b）
什么结论？改变弹簧测力计拉力的方向，重复 图11-21 动滑轮
上述操作，你又可得出什么结论？
大量实验表明：
能从简单机械杠 素
养
杆迁移到滑轮，能体 提
使用动滑轮可以省力，但不改变力的
升
会人们使用简单机械
方向，且费距离。
的重要性。
请你运用杠杆的平衡条件，分析图 11-21（b），说说使用动滑轮可以省力
的原因。
滑轮组 *
使用定滑轮不省力，但能改变力的方向；使用动滑轮
能省力，但不能改变力的方向，且需要移动更长的距离。
在许多情况下，仅使用定滑轮或动滑轮不能满足我们的需
求，因此，经常将动滑轮与定滑轮组合起来使用。定滑轮
和动滑轮组合在一起组成的装置叫做滑轮组（图11-22）。
大量实验表明：用滑轮组提起重物时，若忽略滑轮重、
绳重和摩擦，则动滑轮上有几段绳子承担物体的重力，提 图11-22 滑轮组第二节 滑轮及其应用 267
起物体所用的力就是物体重力大小的几分之一。
在现代化生产中，人们使用的往往是复杂的机械（图 11-23），但复杂机
械中的许多部件就是由杠杆、滑轮等简单机械组合而成的。
（a）起重机 （b）电梯
图11-23 复杂机械
作 业
1. 如图 11-24 所示，沿三个不同的方向拉绳使物体匀速上升，所用的力
分别是F 、F 、F ，不计滑轮重和转轴摩擦，则（ ）。
1 2 3
A. F 最大
1 F
1
B. F 最大
2
F
C. F 最大 2
3
D. 三个力一样大
F
3
2. 物体所受重力为 300 N，若用一个定滑轮将它匀速
G
拉起，需用多大的力？若只用绳将它竖直向上匀速提起，
图11-24
又要用多大的力？（不计滑轮重、绳重和转轴摩擦）
3. 两个轻质滑轮用如图 11-25 所示
B F
的方式组合，用力 F 拉动绳端时，物体会
A
向 （选填“左”或“右”）移动。其
中 A 是 滑轮，B 是
滑轮。 图11-25268 第十一章 简单机械
4. 用图 11-26 所示的动滑轮沿竖直
方向匀速提起重为200 N的水桶，绳子
B 承受的拉力为 N。若不计绳
重和摩擦，此时所用滑轮的重力为20 N， A
那么人拉绳子A的动力为 N。
5. 查阅资料，了解我国古代杠杆的
B
应用，如石磨、碓等机械，写一篇弘扬
中华优秀传统文化的调查报告。
6.* 如图 11-27 所示，用滑轮组匀
图11-26 图11-27
速提起重物。若物体重力为 500 N，需
用多大的拉力？（不计滑轮重、绳重和转轴摩擦）
请提问
1. 我国古代水磨、水碓等是怎样实现能量转化的？
2.
3.
……第第三三节节 机机械械效效率率 226699
第 三 节
机械效率
生活中我们常会强调提高效率，如学习 本节要点
效率、工作效率等。利用机械帮助我们完成
知道机械效率，能认识
某项任务，也会涉及效率问题。那么，机械
有用功和总功；知道机械效
做功与效率有怎样的关系呢？本节我们将
率总是小于100%，能认识提
学习有关内容。
高机械效率的意义和途径。
有用功、额外功和总功
如图 11-28 所示，在使用动滑轮提升
s>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<G
探究这个问题。
h
G
图11-28 探究机械做功
做 中 学
省功了吗？
如图 11-29（a）所示，直接用弹簧
测力计将钩码匀速提升一定高度。再借
助一个动滑轮用弹簧测力计将同样的钩
码匀速提升相同高度［图 11-29（b）］。
比较两次拉力所做的功，你发现了什么？
（a） （b）
你能找出其中的原因吗？ 图11-29 做功相同吗？270 第十一章 简单机械
由实验可知，借助动滑轮所用的拉力做的功要多一些。使用机械做功时，
尽管它能给我们带来便利，但是，由于机械本身的自重以及摩擦等因素的影
响，需要额外多做一些功。
在图 11-29（a）所示实验中，直接用弹簧测力计提升钩码，其拉力克服
钩码的重力做的功为有用功。在图 11-29（b）所示实验中，弹簧测力计的拉
力所做的功为总功；在借助动滑轮匀速提升钩码过程中，拉力不仅要做有用
功，还须克服滑轮的重力及摩擦力等做功，这部分功为额外功。
从总功中减去额外功，是对我们有用的功，即有用功。因此，动力对机械
所做的功总是大于机械所做的有用功。
机械效率的大小
人们希望在总功中有用功所占比例更大些，
知道有用功小 素
这就涉及机械效率问题。那么，什么是机械效 养
于总功，具有减少
提
率呢？
升
额外功、提高机械
我们把有用功和总功之比叫做机械效率
效率的意识。
（mechanical efficiency）。机械效率通常用百分
率表示，它的计算公式为
η：机械效率
W
有
η = ×100% W ：有用功
W 有
总
W ：总功
总
使用任何机械时，都不可避免地要做额外
功，有用功总是小于总功。因此，机械效率总
小于100%。
生产生活中，人们利用多种方式提高机械
效率，但都不能使其达到100%，如起重机的机
械效率一般为40% ～ 50%，皮带传动（图11-30）
的机械效率一般为90% ～ 98%。 图11-30 皮带传动第三节 机械效率 271
例题
如图 11-31 所示，工人用滑轮将 45 kg 建筑材料沿
竖直方向匀速提升 3 m，所用的拉力为 250 N。此滑轮的
机械效率是多少？（g取10 N/kg）
分析
工人用滑轮提升建筑材料的过程中，有用功是不用
滑轮直接把物体提升 3 m 做的功；总功是拉力做的功，
两者的比即为机械效率。
解
由题意，建筑材料的质量 m = 45 kg，建筑材料提升 图11-31 用滑轮
提升建筑材料
的高度h = 3 m，拉力F = 250 N，工人用手拉起的实际绳
长s = 2h = 6 m。
滑轮做的有用功为
W = Gh = mgh = 45 kg×10 N/kg×3 m = 1 350 J
有
拉力做的总功为
W = Fs = 250 N×6 m = 1 500 J
总
此滑轮的机械效率为
W
有
η = ×100% 策略提炼
W
总
1 350 J 解决与机械效
= ×100% = 90%
1 500 J 率相关的问题，首
讨论 先要根据机械使用
如果用上述滑轮匀速提起 30 kg 的物体，那么机 情况，分析有用功
械效率还是 90% 吗？同一机械的机械效率是否会发 和总功，明确做功
生变化？为什么？ 的力和在此力作用
提高机械效率非常重要。生产生活实践中，应 下物体运动的距离，
尽量减小额外功，如改进机械结构、定期保养机械 再应用相关公式算
等。每个减小额外功的举措都将对节能减排、绿色 出机械效率。
环保等作出贡献。272 第十一章 简单机械
作 业
1. 为了提高起重机的机械效率，你有哪些建议？
2. 某建筑工人用大小为 600 N 的拉力 F，通过定滑轮
将重500 N的物体匀速提升2 m（图11-32）。求：
（1）这名建筑工人做的有用功；
（2）这名建筑工人做的总功；
（3）此定滑轮的机械效率。
3. 某人用 100 N 的力，沿竖直方向将杠杆动力臂的端
点压下 2 m，杠杆的另一端将 320 N 的重物举高 0.5 m，则 图11-32
他做的有用功是多少？杠杆的机械效率是多少？
4. 分析汲水装置桔槔［图11-7（b）］工作时，机械做
有用功、额外功和总功的情况，并分析主要的能量相互转化
的情况。
F
5.* 工人用如图11-33所示滑轮组将重200 N的物体匀
速提升3 m，工人竖直向上的拉力为80 N。求：
（1）工人所做的有用功；
（2）工人所做的总功；
（3）此滑轮组的机械效率。
图11-33
请提问
1. 有无办法使机械效率大于或等于100%？为什么？
2.
3.
……跨学科
第三节 机械效率 227733
实 践
制作“龙骨水车”模型
问题缘起
“龙骨水车”作为我国古代的灌溉农具
（图 11-34），是农业机械史上的一项重大改
进。用于现代海洋开发的绞吸式挖泥船，就
是从这种水车进化、演变而来的。那么“龙
骨水车”有怎样的结构？下面我们来做一个
“龙骨水车”模型。
图11-34 “龙骨水车”模型
活动方案
本活动涉及简单机械、“龙骨水车”历史、工程技术、材料、自然地理
等方面的知识。
任务一：查阅资料。了解我国“龙骨水车”的历史及结构功能，体会我
国古代诗词歌赋中对“龙骨水车”的描述及赞美，感受我国古人在创造农
业机械方面的智慧。
任务二：制作“龙骨水车”模型。收集材料，也可采购制作的材料包，
制作一个“龙骨水车”模型。通过实际操作，探究“龙骨水车”的工作原
理及影响效果的原因。
交流评价
结合模型介绍“龙骨水车”的历史、工作原理、制作过程和应用前景
等，还可以撰写文案、制作视频等，在班级内展示。
拓展研究
查阅资料，了解我国古代的科技成就，体会我国古人为世界科技发展
所作出的贡献，写一篇相关的小论文，与大家分享成果。274 第十一章 简单机械
本章练习
科学认知与辨析
1. 工人用滑轮组把一箱箱货物从一楼提升到五楼，在滑轮组上加润滑油
后，机械效率提高了，则加润滑油后工人提升同样的重物从一楼到五楼时，
做的（ ）。
A. 有用功减小，总功不变 B. 有用功增加，总功增加
C. 有用功不变，总功减小 D. 有用功减小，总功减小
2. 如图 11-35 所示的简单机械，在使用中属于省力杠杆的有 ；
属于费力杠杆的有 。
（a）羊角锤 （b）镊子 （c）开瓶器 （d）铁皮剪
图11-35
3. 图 11-36 是一个杠杆式简易起吊机，它上面
A
装了一个定滑轮，可以改变拉绳的方向，杠杆 OBA
B
可绕O 点转动。在图上画出动力臂l 1 和阻力臂l 2 。 F O
G
4. 图 11-37 为写字时的示意图，笔可以看作
是杠杆，O 为支点，F 为阻力，请画出 F 的力臂 l。 图11-36
5. 请观察自行车的手闸（图 11-38），图中 ABO
可视为一种杠杆，请画出手闸的动力、动力臂、阻力和阻力臂。
B
O A
O
F
图11-37 图11-38本章练习 275
6. 周末，爸爸领着小梅玩跷跷板（图 11-39），当两人双脚离地后，最
有可能让跷跷板在水平方向上保持平衡的是哪幅图？请说明理由。
（a） （b）
（c） （d）
图11-39
7. 若不计机械自重及摩擦，在定滑轮、动滑轮、滑轮组中，既能省力又
能改变力的方向的是哪个？为什么？
8. 图 11-40（a）是利用桔槔在井中汲水的情境。图 11-40（b）是桔槔
的杠杆模型，其中AO 长1.5 m，OB 长2 m。
直杆
A O B
配重
水井 水井
（a） （b）
图11-40
（1）若空水桶重为 40 N，石头重为 150 N。要使杠杆在水平位置静止，
则人至少要对系水桶的绳子施加多大的力？
（2）若水桶装满水后的总重为 260 N，石头重为 200 N，则把装水后的水
桶从水井中拉起时，人需要给绳子向上的拉力吗？若无需拉力，请分析说明；
若需要拉力，请计算拉力大小。276 第十一章 简单机械
科学实验
9. 小明利用铁架台、杠杆、钩码和弹簧测力计等器材探究杠杆的平衡条
件，实验使用的钩码质量均相等，杠杆上每格长度均相等。
（1）当杠杆在图 11-41（a）所示的位置静止时，为了方便测量力臂，需
要调节杠杆在水平位置平衡，应当将杠杆的平衡螺母向 ______（选填“左”
或“右”）调节；
O A O B
（a） （b）
图11-41
（2）如图11-41（b）所示，杠杆处于平衡状态。若将A、B位置的钩码个
数各减少1个，杠杆的______（选填“ 左”或“右”）端将下沉，
若此时保持右边钩码位置不变，左边的钩码应该向______（选填
“左”或“右”）移动______格才能重新平衡。
综合
F
10.* 如图 11-42 所示，工人用 300 N 的拉力，把重为 500 N
的货物G 用滑轮组匀速提升了3 m（不计绳重和转轴摩擦）。求：
（1）工人做的有用功；
（2）滑轮组的机械效率（结果保留一位小数）； G
（3）动滑轮所受重力的大小。 图11-42
本 章 总 结
本章的要点有第三节 机械效率 277
第十二章
小粒子与大宇宙
第一节 走进微观
第二节 看不见的运动
第三节 探索宇宙
第四节 跨学科：弘扬科学家精神
实 践 追寻人类探索宇宙的进展
本章学业要求
知道常见物质由分子、原子构成，
原子由原子核和电子构成，知道分子动
理论的基本观点；能用分子动理论解释
自然和生活中的相关现象。
知道原子核式结构模型；能通过宏
观现象分析分子的微观状态；有质疑、
创新的意识。
能对大千世界提出一些感兴趣的问
题；能通过实验或实例归纳分子动理论
的基本观点；能对实验现象作出解释。
思考：俯下身来，走 能关注人类对未知世界的探索；能
进微观世界；仰望天 感受大自然的神奇，有探索志趣；能了
空，探索浩瀚宇宙。 解我国科技前沿的新成就，能体会科学
世界万物是由什么 家报效祖国的爱国情怀。
组成的？宇宙是无
垠的吗？227788 第第十十二二章章 小小粒粒子子与与大大宇宇宙宙
第 一 节
走进微观
你是否发现，土块可碎成土粒，土粒又 本节要点
可碎为细小的颗粒。想一想，细小颗粒还可
能了解微观世界的大致
以再分吗？能否无限地分下去？让我们带着
尺度，了解原子的核式结构
这些问题走进神秘的微观世界。
模型；能体会物理学研究中
建构模型的重要性，了解人类
自然的尺度
探索微观世界的大致历程。
尘土、树木、水、火焰、空气、星辰，我们周围的一切，包括有生命的和
无生命的，都是物质。物质在不停地运动，并以各种各样的形态存在着。
仰望夜空，群星闪烁。茫茫无际的宇宙（图12-1），神秘且迷人，而人类的
探索，也到达了距离我们1026 m的宇宙深处。
在我们的身边，有潺潺的流水、美丽的鲜花、苍翠的树木、嬉戏的儿童
（图12-2）……这便是我们能看见的熟悉世界。
在人们不能直接看到的世界里，同样奥秘无穷。那里有细胞、病毒（图
12-3）、分子、原子……随着现代科技的发展，科学家的研究已深入10–19 m的
微观领域。
图12-1 无垠的宇宙 图12-2 嬉戏的儿童 图12-3 电子显微镜下
的病毒第一节 走进微观 279
从看不见的微粒到无垠的宇宙，人类孜孜不倦地探索物质世界的奥秘。
探索物质的组成
物质是由什么组成的呢？从古到今，人们
能体会人类对 素
一直在探寻着这个问题的答案。 养
微观世界的好奇， 提
很早以前，我们的祖先认为宇宙万物由金、
升
能为人类对未知世
木、水、火、土组成，这被称为“五行说”；古
界探索的不懈追求
希腊人认为宇宙万物由水、火、土、气组成，
而感动。
这被称为“四元素说”。后来，人们认识到，若
将物质无限地分下去，会越分越小，小到能保持物质的性质不变为止，通常所
说的物质就是由这种颗粒组成的。
古希腊哲学家德谟克里特（Democritus，约前 460—约前 370）认为宇宙
万物由原子构成，原子是极微小的、不可分割的粒子。19 世纪初，英国科
学家道尔顿（J. Dalton，1766—1844）在实验的基础上提出了原子论。1811
年，意大利科学家阿伏加德罗（A. Avogadro，1776—1856）将保持物质性质
不变的颗粒命名为“分子”。后来，人们又发现分子也有结构，它们是由原子
构成的。
通常，物质是由分子或原子构成的。电子显微镜（EM）等现代科学工具
的发明，揭开了微观世界神秘的面纱，使我们能够观察到分子或原子。例如，
图12-4是放大后硅表面的原子排列图像。
图12-4 放大后硅表面的原子排列图像280 第十二章 小粒子与大宇宙
科学书屋
我们身边的微观世界
世界上最小的分子——氢分子，其尺度相当于一根头发丝直径的
十万分之一，质量只有3×10-27 kg左右。
看不见的水分子——1 cm3 的水中大约有 3.34×1022 个水分子，一
个水分子的质量只有3×10-26 kg左右。
随处存在的碳原子——铅笔芯中的石墨、闪闪发光的钻石、空气
中的二氧化碳、净水器中的活性炭都含有碳原子。一个碳原子的半径
约为7.7×10-11 m，质量约为1.99×10-26 kg。
探索微观粒子
水滴
人们已发现，分子由原子构成。有的分子由单个原
子构成，叫做单原子分子。例如，氦气、氖气等稀有气
体的分子就是单原子分子。绝大多数分子由多个原子构
成，叫做多原子分子。例如，水分子就是多原子分子，
氢原子
它由两个氢原子和一个氧原子构成（图12-5）。
19 世纪初，人们认为原子是构成物质的不可再分割 氧原子
的最小颗粒。然而，原子真的不可再分吗？ 图12-5 水分子模型
1897年，英国物理学家汤姆孙（J. J.
Thomson，1856—1940）在研究阴极射线
时（图12-6）发现了电子——人类发现的
第一个比原子小的粒子。电子带负电，是
原子的构成部分之一。它的发现打破了原
子不可再分的传统观念，激发了人们探索
原子内部结构的热情。 图12-6 汤姆孙在做实验第一节 走进微观 281
汤姆孙发现电子后，人们开始探索原子中正、负电荷的分布，构建了原子
结构模型。汤姆孙提出了一种模型，他认为正电荷均匀分布在整个原子内，电
子则镶嵌其中，被称为“枣糕模型”。此模型有一定意义，但不能解释后来的
α粒子散射实验。
1911 年，卢瑟福（E. Rutherford，1871—1937，图 12-7）在α粒子散射
实验的基础上，提出了原子核式结构模型（图 12-8）。他认为原子是由原子核
和电子构成的，带正电的原子核位于原子中心，体积小，但几乎集中了原子的
全部质量；带负电的电子在不同的轨道上绕原子核运动，就像行星绕着太阳运
动一样。
图12-7 卢瑟福在做实验 图12-8 原子核式结构模型
20 世纪初，科学家在探索物质结构的历程中，相继发现原子核可以释放
出质子和中子，质子带正电荷，中子不带电，原子核由质子和中子构成（图
12-9）。随着科学探索不断深入，科学家发现质子和中子还可以再分，它们都
是由被称为夸克的更小粒子构成的。
原子
中子
原子核
电子
质子
图12-9 原子核结构示意图282 第十二章 小粒子与大宇宙
20世纪中叶起，为了探索微观世界的奥秘，
能关注人类探 素
人类制造了各种类型的加速器（图 12-10）。 养
索微观世界的新进 提
借助于不断完善的粒子加速器，又发现了 μ 子、
升
展，体会科学家在
π 介子、Κ 介子、Λ 超子、Σ 超子及 τ 子等
探索微观世界历程
400 余种粒子。这些粒子是比原子核更深层次
中质疑、创新的科
的物质存在形式。人类对自然界的认识永无止
学精神。
境，探索永不停止，微观世界的神秘面纱还有
待同学们去揭开。
图12-10 直线重离子加速器
科学书屋
物质世界的大致尺度
人类的探索向浩瀚宇宙和微观世界两个方向不断深入，视野向大
尺度和小尺度两个方面不断延伸。大到星系，小至夸克，物体空间
尺度大小各异。图 12-11 中，按照尺度大小的顺序依次展示了从宏
观到微观的代表性物体的大致尺度。值得注意的是，随着现代自然
科学的发展，有科学家认为浩瀚宇宙与微观世界存在相互联系，关
于宇宙和微观世界的研究也具有相通性。这值得人们进一步研究和
探讨。第一节 走进微观 283
银河系 太阳系 地球 熊猫
地球
银河系中心
太阳
大小
～ 1021 ～ 1013 ～ 107 ～ 100
（m）
夸克 质子 中子 原子核 原子
中子 绕原子核运动
夸克
质子
的电子
原子核
＜ 10-19 ～ 10-15 ～ 10-15 ～ 10-10
图12-11 物质世界的大致尺度示意图
作 业
1. 在下列科学家中，对发现电子作出重大贡献的是（ ）。
A. 卢瑟福 B. 阿伏加德罗 C. 汤姆孙 D. 道尔顿
2. 下列对微观世界的描述中正确的是（ ）。
A. 电子的发现说明原子是可分的 B. 原子是构成物质的最小微粒
C. 中子和电子绕着原子核运动 D. 我们可以直接用眼睛看见分子
3. 原子的核式结构模型是由卢瑟福根据 α 粒子散射实验提出的。请用图
形和文字描述原子的核式结构模型。
4. 原子核由哪些更小的粒子构成？这些粒子分别带有什么电荷？
5.* 查阅资料，收集与夸克相关的科技信息，在此基础上写一篇关于人类
探索微观世界的小论文。
请提问
1. 宇宙中有最小的微观粒子吗？为什么？
……228844 第第十十二二章章 小小粒粒子子与与大大宇宇宙宙
第 二 节
看不见的运动
本节要点
人类有嗅觉，能闻到各种气味。例
能通过实例与实验，了解
如，在客厅能闻到厨房烹饪中的菜香；
分子动理论的基本观点，知道
远处金灿灿的油菜花送来沁人肺腑的花
固体、液体、气体中分子排列
香（图 12-12）……这些气味是怎么传
状态的模型；能运用分子动理
播的呢？带着这个问题，我们学习与分
论解释生产生活中的相关现象，
子运动相关的内容。
解决日常生活中的相关问题。
分子在不断地运动
分子又小又轻，肉眼不能直接看
到。那么，怎样才能知道分子是否在运
动呢？
图12-12 闻得到的花香
做 中 学
气体和液体的扩散现象
1. 准备三组分别装有空气和红棕色二氧化氮气体的玻璃瓶，将
每组玻璃瓶口对口连接，
空气
中间用玻璃板隔开，并依
次按照图 12-13 中的三
种方式放置，然后抽去玻
璃板。观察这三种情况下 二氧化氮
所发生的现象，你会发现 （a） （b） （c）
什么？ 图12-13 演示气体分子运动实验示意图第二节 看不见的运动 285
2. 往两个相同的水杯中分别
装入等量的冷水和热水，再用滴
管向两个水杯中同时轻轻滴入等
量蓝墨水，仔细观察两个水杯中
蓝墨水的变化（图 12-14）。你会 冷水 热水
发现什么？ 图12-14 液体分子的运动
实验发现，空气和二氧化氮气体逐渐混合均匀，说明气体中的分子是运动
的；两个水杯中的蓝墨水不断散开，说明液体中的分子也是运动的。物理学中，
将不同的物质互相接触时，会彼此进入对方的现象称为扩散（diffusion）。热水
杯中的蓝墨水扩散得更快，说明扩散的快慢与温度有关，温度越高，扩散越快。
扩散现象不仅发生在气体和液体中，在固体中同样存在。例如，将打磨光滑
的铅片和金片紧紧压在一起，几年后发现金片里面渗有铅，铅片里面也渗有金。
进一步研究表明：
物质中的分子在永不停息地做无规则运动。
学科综合
制作健康五彩祝福鸡蛋
制作美味、美观且承载着节日祝福的鸡蛋（图 12-15），能给我
们带来独特的节日文化体验。我们可用身边天然、无害的食用色素，
尝试制作几枚健康的五彩祝福鸡蛋，体验物理学与化学、生物学、艺
术等学科在日常生活中的融合。
查阅资料，了解果蔬（如火龙果、橙
子、紫甘蓝等）含有的天然食用色素，分析
温度、时间、染料浓度等对染色效果的影响；
提取染料，制作彩蛋；展示你的作品，与同
学们分享、交流制作过程的经验和心得。你
能解释为什么鸡蛋能着色吗？ 图12-15 五彩祝福鸡蛋286 第十二章 小粒子与大宇宙
分子间有空隙
通常，物质是由大量分子构成的。这些分子之间有空隙吗？下面我们通过
小实验来探索。
做 中 学
不同液体混合后的总体积
如图 12-16 所示，用量筒分别量取 50 mL 的染色酒精和 50 mL
的水，往装有水的量筒中缓慢注入染色酒精。水与染色酒精混合后，
总体积是100 mL吗？观察实验，你发现了什么？
染
色 水 水+染色酒精
酒
精
图12-16 水与染色酒精混合实验
通过实验可见，水与染色酒精混合后的总体积小于混合前体积之和。大量
实验表明：
分子间存在着空隙。
分子间存在作用力
我们已知，物体之间存在力的作用。那么，构成物体的分子间是否也存在
力的作用呢？第二节 看不见的运动 287
做 中 学
分子间的作用力
如图12-17所示，用注射器抽取
适量的水，用手指堵住注射器孔，然
后用力推入活塞，发现水很难被压缩。
这是为什么呢？ 图12-17 水容易被压缩吗？
上述实验说明分子间存在力的作用。
大量实验表明：
分子间存在引力和斥力。
综上所述，常见的物质由大量分子构成，分子在不停地做无规则运动，
分子间有空隙，存在着相互作用力。这就是分子动理论（kinetic theory of
molecules）的初步知识。
请尝试用分子动理论的初步知识解释生产生活中的相关现象，如为什么能
闻到花香？为什么能做出五彩祝福鸡蛋？为什么水很难被压缩？
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激光冷却原子
我们知道，构成物质的分子、原子在做永不停息的无规则运动，
这为我们深入微观世界研究原子带来了巨大困难，给原子减速是很多
科学家研究的重要目标。
目前最理想的方法是利用激光技术，向原子发射特定能量的光子，
处于光子“粘胶”中的原子速度逐渐减小，直到速度趋于0，这种手段
被称为激光冷却。美国华裔物理学家朱棣文与其合作者正是凭借激光冷
却和捕获原子方面的开拓性研究，获得了1997年诺贝尔物理学奖。288 第十二章 小粒子与大宇宙
物质中分子的状态
物质的状态常分为固态、液态和气态。在不同的物质状态中，其分子排列
的状态也是不同的（图12-18）。
（a）固态 （b）液态 （c）气态
图12-18 物质中分子排列的状态模型示意图
固体中，分子间力的作用比较强。因而，固体可以保持一定的形状和体
积，不能流动。
液体中，分子间力的作用较弱，液体分子在一定限度内可以运动。因而，
液体没有固定的形状，但占有一定的体积，能够流动。
气体中，分子间力的作用更弱了，理想情况下气体分子甚至能自由地沿各
个方向运动。因而，气体没有固定的形状和确定的体积，能够流动。
作 业
1. 挖开多年堆煤的地面，会看到地面下一定深度的土层带有黑色。这一
现象说明了什么？
2. 配制酒精溶液时，把 10 mL 的酒精倒入 10 mL 的水中，混合后发现总
体积小于20 mL，这是为什么？
3. 下列现象用分子动理论解释，正确的是（ ）。
A. 石灰石能被粉碎成粉末，说明分子很小
B. 空气能被压缩，说明分子间有斥力
C.“ 破镜不能重圆”，说明分子间有斥力
D. 铁丝很难被拉伸，说明分子间有引力第二节 看不见的运动 289
4. 在固态、液态和气态的物质中，既没有固定形状，又没有确定体积的
是（ ）。
A. 固体和液体 B. 液体和气体 C. 固体和气体 D. 气体
5. 梅花冰清玉洁、暗香袭人，由此诞生了
不少精美绝伦的画卷和载入史册的诗句。如，图
12-19 是元画家、诗人王冕的《南枝春早图》（局
部），北宋诗人王安石也曾写过咏梅诗句：
墙角数枝梅，
凌寒独自开。
遥知不是雪，
为有暗香来。
图12-19
请查阅资料，从物理学视角谈谈你对此诗的体会。
请提问
1. 能设计一个说明分子间存在引力的实验吗？
2.
3.
……229900 第第十十二二章章 小小粒粒子子与与大大宇宇宙宙
第 三 节
探索宇宙
晴朗的夜晚，我们仰望天空会看到 本节要点
漫天繁星（图 12-20），璀璨而绚丽。这
了解人类探索太阳系及
些星星是什么样的天体？宇宙有多大？ 宇宙的大致历程，关注人类
带着这些问题，我们一起进入神秘的宇 探索宇宙的一些重大活动；
宙吧！ 知道人类对宇宙的探索将不
断深入。
探索太空
宇宙奥秘自古就是人类困惑并不断
探索的焦点。古希腊人认为地球是宇宙
的中心，其他星体绕地球运转。公元
140 年前后，托勒密（C. Ptolemaeus，约
90—168）在前人观测和理论研究的基础
上，发展了“地心说”，认为地球居于中
图12-20 星空
心，太阳和其他行星围绕地球转动。在
很长的历史时期，人们都利用“地心说”
宇宙模型（图12-21）解释并预测天体运
动。这种理论还被当时的宗教当成不可
背弃的教义之一，束缚人们的思想达千
年之久。
16 世纪中期，文艺复兴运动解放了
人的思想，人们进入科学探索宇宙的伟
大时代。哥白尼的“日心说”（图12-22） 图12-21 “地心说”宇宙模型第三节 探索宇宙 291
革新了人们对宇宙的认识。他认为太阳是宇
宙的中心，地球和其他行星都绕着太阳转
动，月球是地球的卫星。“日心说”能更简
洁地描述行星运动，更清楚地解释诸多天文
现象。
开普勒（J. Kepler，1571—1630）根据前
人的观测和研究，提出了太阳系行星运动的
图12-22 “日心说”宇宙模型
三大定律。那么，这些行星为什么会如此运
动呢？牛顿在前人研究的基础上，运用开普勒行星运动定律和自己的研究成
果，提出万有引力定律，并将相关成果写入《自然哲学的数学原理》。牛顿的
万有引力定律是物理学的第一次大综合，将“地上的力”与“天上的力”统一
起来，形成了以牛顿三大运动定律为基础的力学体系，为人类实现“飞天梦”
奠定了理论基础。
莱布尼茨（G. W. Leibniz，1646—1716）及后来的众多科学家与哲学家
进一步研究宇宙，提出了“什么是宇宙”“为什么有宇宙”等问题。面对这
些问题，无论是理论还是实验方面，人类的探索从未停止。尤其是在量子
力学与相对论提出后，人类在走出地球、探索宇宙的进程中取得了更大的
成就。
科学书屋
浑天说
《淮南子·齐俗训》中给出了我国古代对宇宙的定义：“往古来今
谓之宙，四方上下谓之宇。”数千年来，我们的祖先一直在探寻宇宙
的奥秘。浑天说是我国古代较成熟的宇宙学说之一，在东汉年间广
为流传。代表学者张衡在其著作《浑天仪注》中是这样描述宇宙的：
“天如鸡子，地如鸡中黄，孤居于天内，天大而地小。”意为宇宙好292 第十二章 小粒子与大宇宙
比鸡蛋，而地球就像鸡蛋中的蛋黄一样悬在
宇宙中。
浑天仪是浑仪和浑象的总称，是反映浑天说
的重要仪器（图12-23）。其中浑仪是测量天体
球面坐标的一种仪器，而浑象是用来演示天象的
仪表。感兴趣的同学可以上网查阅相关资料，了
解浑天仪的构造原理。 图12-23 浑天仪
1961年，人类第一次乘飞船进入太空。1990
能关注航天技 素
年发射的哈勃空间望远镜拍摄了数百万张令人 养
术对人类生活和社 提
震撼的宇宙天体照片，引领人类不断探索宇宙
升
会发展的影响，为
的深处。2016 年，科学家们宣布，利用激光干
我国的航天科技发
涉引力波天文台（LIGO，图 12-24）首次探测
展而自豪。
到引力波。这一发现为人类开启了探索宇宙起
源以及弯曲空间的新旅程。
2019 年，我国“嫦娥四号”成功着陆月球背面，并通过“鹊桥”（“嫦娥
四号”的中继星）传回近距离拍摄的月球背面影像图（图 12-25）。这是中国
人对世界航天事业作出的伟大贡献之一。
图12-24 激光干涉引力波天文台 图12-25 首张月球背面高清影像图
（部分区域）第三节 探索宇宙 293
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中国的太空漫步之路
1999 年，我国成功发射“神舟一号”无人飞船，标志着我国在航
天领域取得突破性的进展。2003 年，我国首位航天员杨利伟乘坐“神
舟五号”载人飞船飞上太空，标志着我国成为继苏联、美国之后第三
个独立掌握载人航天技术的国家。2008 年，翟志刚出舱作业，实现了
中国航天史上的第一次太空漫步。2011 年，“天宫一号”发射升空，浩
瀚太空中迎来了中国第一个空间实验舱。2022 年，中国天宫空间站
“梦天”实验舱成功发射，6名航天员首次实现“太空会师”。
随着时代发展，中国人将会取得越来越多辉煌的航天成就。
人类探索永无止境
我们生活的地球是浩瀚星空中太阳系（图12-26）这个大家庭里一颗相对
很小的行星。太阳系中除了太阳这颗唯一的恒星外，至今已发现还有八颗行星
（表12-1）、290颗卫星、约130万颗小行星，以及数量可观的彗星和流星。
图12-26 太阳系示意图294 第十二章 小粒子与大宇宙
表12-1 太阳系八颗行星部分近似数据
行星直径 距离太阳 公转周期
行 星
（相对地球） （相对地球） （相对地球）
水 星 0.38 0.39 0.24
金 星 0.95 0.72 0.62
地 球 1 1 1
火 星 0.53 1.52 1.88
木 星 11.2 5.20 11.9
土 星 9.5 9.54 29.4
天王星 4.0 19.2 83.8
海王星 3.9 30.1 163.7
注：地球直径约为12 742 km；地球到太阳的距离约为1.5×105 km；地球公转周期约为365 d（天）。
银河系中有非常多像太阳这样的恒星（图 12-27）。除太阳以外，距地球
最近的恒星是半人马座的比邻星。它与地球之间的距离约为4×1013 km，光从
比邻星出发大约需要4.2年才能到达地球。
图12-27 银河系的想象图
在浩瀚的宇宙中，还有许多像银河系这样的星系。其中，仙女座河外星系
是离银河系比较近的一个星系（图 12-28）。从仙女座发出的光需要 250 万年
才能到达地球，也就是说，我们在夜空中所见到的仙女座已是250万年前的仙
女座了。第三节 探索宇宙 295
图12-28 仙女座河外星系 图12-29 科学幻想中的未来太空城市
翻开人类探索宇宙的历史篇章，我们不难 能体会人类对 素
养
发现，无论过去还是现在，无论在东方还是西 未知世界的探索是 提
升
方，人类对天空一直充满了美好的希望和梦 没有止境的，具有
想（图 12-29），人类探索宇宙的步伐将会越来 对大自然的好奇及
越快。 不断探索的激情。
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宇宙大爆炸
宇宙是怎么诞生的呢？1948年，美国物理学家伽莫夫（G. Gamow，
1904—1968）提出了热大爆炸宇宙模型（图 12-30），该模型得到当今
科学研究和观测数据的广泛支持。该模型指出，宇宙诞生初期（约 127
亿年前）是一个密度极大、温度极高的奇点，并在极早期发生了非常
快速的膨胀和冷却。爆炸之初，物质
只能以电子等基本粒子形态存在。宇
宙爆炸之后的不断膨胀，导致温度和
密度很快下降，随之逐步形成原子
核、原子、分子，随后出现气体。气
体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成
各种各样的恒星和星系，逐渐形成我
们现在所看到的宇宙。 图12-30 宇宙大爆炸想象图296 第十二章 小粒子与大宇宙
作 业
1. 请查询相关资料，进一步了解“地心说”和“日心说”的主要思想，
并和同学们交流讨论你对“地心说”和“日心说”的看法。
2. 仙女座河外星系是离银河系比较近的一个星系，为什么说我们在夜空
中所见到的仙女座已是 250 万年前的仙女座了？
3. 将原子、电子、太阳系、地球、银河系按照尺度大小，从大到小排列：
__________________________________。
4. 查阅资料，了解我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”成功发射的
意义，写一篇报道。
5.* 我国自主研发的“嫦娥号”和“祝融号”已分别成功登陆月球和火
星。未来人们对宇宙的探索会不断深入，假如你是航天员，你想登陆宇宙中的
哪颗星球？希望发现什么？
6.* 上网查询我国探月工程在每一阶段取得的突破性成就，并谈一谈探月
工程给我国航天事业的发展带来哪些价值。
请提问
1. 我国在探索火星方面有哪些进展？我国航天事业对人类探索宇宙
有哪些贡献？
2.
3.
……第第四四节节 跨跨学学科科：：弘弘扬扬科科学学家家精精神神 229977
第 四 节
跨学科：弘扬科学家精神
今天，我国科技事业取得举世瞩目的成绩， 本节要点
向世界彰显了一代又一代中国科学家的精神气
了解我国“两弹一
质。那么，我国科学家身上蕴藏了哪些优秀的 星”的成就，知道我国
科学精神呢？ 科学家的杰出贡献和爱
国情怀，能为他们的勇
科学家有祖国 于奉献的精神所感动，
具有探索大自然的执着
新中国成立初期，科技事业百废待兴，一 追求，具有科技强国的
批科学家义无反顾地投入祖国建设中，他们用 责任感和使命感。
行动体现了“科学无国界，科学家有祖国”的
家国情怀。
钱学森（1911—2009，图 12-31）即便受到重重阻挠，仍不改初心，坚持
回国效力。他凭借力学、系统科学、航天技术等领域的丰富知识，为我国“两
弹一星”事业作出了杰出贡献。
邓稼先（1924—1986，图
12-32）为新中国核事业隐姓
埋名28年，带领团队成功研制
了中国第一颗原子弹和第一颗
氢弹，被誉为中国的“两弹元
勋”。他曾说：“做好了这件事，
这一生就过得很有意义，就是
为它死了也值得！” 图12-31 钱学森 图12-32 邓稼先298 第十二章 小粒子与大宇宙
赵忠尧（1902—1998，图 12-33）为弥补当时
我国核技术研究的短板，多次远赴重洋学习。他不仅
在核物理研究领域取得突出成就，还十分关注核物理
教育工作，为我国核物理科学事业的发展、为培养核
物理科学人才作出了重要贡献。
物 理 聊 吧
请查阅相关资料，了解钱学森、邓稼
图12-33 赵忠尧
先、赵忠尧等科学家的具体事迹，梳理他们
克服了哪些具体困难，为我国科技事业发展
作出了哪些具体的贡献。请与同学们分享你
们的研究成果。
执着追求，勇于奉献
近年来，我国科技事业迅猛发展，这离不开科学
家们执着追求、勇于奉献的精神品质。
为探测来自遥远星空的电磁波，南仁东（1945—
2017，图12-34）在1994年首次提出“中国天眼”——
500 m 口径球面射电望远镜的工程构想。后来，他以
总工程师的身份带领团队自主研发，创新设计，精进
工艺，建成了这座世界上最大、最灵敏的单口径射电 图12-34 南仁东
望远镜。
为让中国拥有自己的卫星导航系统，我国科学家秉持核心技术不能受制于
人的信念，攻克 160 余项技术难关，耗时 26 年建设北斗卫星导航系统，在覆
盖度、精准度、智能化等方面取得了重大突破。
黄旭华（1926— ）先后担任我国第一代核潜艇工程副总设计师和总设计
师，成功研制了我国第一代核潜艇，是我国核潜艇事业的先驱者和奠基人之第四节 跨学科：弘扬科学家精神 299
一，被誉为“中国核潜艇之父”。在深潜试验中，他不顾个人安危，亲自登艇，
潜入极限深度勘测数据，完成了核潜艇研发过程中最具风险的步骤。他为国家
利益隐姓埋名、默默工作，60 多年来潜心技术攻关，为核潜艇研制和跨越式
发展作出了巨大贡献。
物 理 聊 吧
查阅资料，了解我国在航天科技、量子科技、核技术、通信技
术等方面的成就。请同学们利用收集的信息，通过实例说明我国科
学家为国家、为中华民族所作的贡献。
科学书屋
“中国天眼”不容有瑕疵
人类究竟能看多远？“中国天眼”项目的总工程师南仁东用毕生
的追求和努力刷新了这个答案。
在目睹了其他国家先进的天文设备后，南仁东先生立志为中国制
造出更灵敏的射电望远镜。为给“中国天眼”项目找到最适宜的建址，
他带领团队跋涉在中国西南的大山里，耗费 12 年，对比了 1 000 多个
洼地才确定。为提高材料工艺，他和团队经历了近百次的试验与失败，
突破了世界级技术难题。“中国天眼”项目的每一张图纸他都要反复
推敲、审核，确保没有差错。在确诊为肺癌后，南仁东忍着病痛也要
返回施工现场，询问工程进展的细节。他曾说：“如果天眼有一点瑕疵，
我们对不起国家。”2016 年，“中国天眼”屹立在了祖国大地上。2017
年，南仁东先生逝世，享年 72 岁。他用生命中最后的 20 多年让中国
睁开了领先世界的“天眼”。300 第十二章 小粒子与大宇宙
探索自然，始于志趣
自古以来，科学家们的志趣常常是他们追求
真理、潜心研究的动力之源。
东汉科学家张衡（78—139，图12-35）幼时曾
痴迷观星而彻夜不睡，元天文学家郭守敬（1231—
1316）少年时曾动手制作浑天仪来观测天文。对
星空的兴趣引导他们持续探索，最终为我国古代
天文学的发展作出了不可磨灭的贡献。
图12-35 张衡
我国当代航天技术领域的科学家孙家栋
（1929— ）从小立志投身科技事业来报效祖国， 物 理 聊 吧
长大后在飞机、导弹、卫星等多个领域作出贡献，
请同学们查阅
践行科学报国的志向。他曾说：“国家需要，我就
资料，探讨支撑科
去做。航天是我的兴趣爱好，搞一辈子也不会觉
学家不断攀登科学
得累。”
高峰、取得科学成
长江后浪推前浪，在这些科学家的基础上，
就的动力是什么，
新时代的年轻人也会有探索自然的执着追求，为
对大家未来的发展
中华民族伟大复兴、为全人类的发展作出自己应
有哪些启示。
有的贡献。
作 业
1. 了解邓稼先、南仁东、孙家栋等科学家的杰出贡献，他们身上分别体
现了哪些科学精神？完成一篇相关的论文。
2. 以论文、诗歌、散文、独幕话剧或舞蹈等方式，创作歌颂我国科学家
的爱国情怀及科学精神的作品。
3. 查阅资料，了解我国还有哪些杰出科学家为国家发展、民族强盛作出
了卓越贡献。完成一篇相关论文，弘扬我国科学家的科学精神。跨学科
第四节 跨学科：弘扬科学家精神 330011
实 践
追寻人类探索宇宙的进展
问题缘起
人们自古以来就对宇宙充满好奇：宇宙是什么？宇宙是如何产生的？宇
宙有多大？宇宙未来的发展趋势如何？现代宇宙学仍然在不断探索这些问
题。科学家们的探索进展如何？下面我们通过调研活动来了解。
活动方案
本活动涉及与物理学、宇宙学、科学史相
关的内容。在下面任务中，选择自己感兴趣的
一项进行调研，完成一篇相关论文。
任务一：查阅资料，了解人类对宇宙起源
的研究模型与证据。
任务二：查阅资料，了解人类对宇宙黑洞
（图12-36）的探索历程与结果。
任务三：查阅资料，了解人类对宇宙暗物 图12-36 黑洞
质与暗能量的探测进展。
任务四：查阅资料，了解人类对物质与反物质的探索进展。
交流评价
举办关于探索宇宙奥秘的科普活动，利用收集的信息（含图片及视频
等）完成用于讲演的多媒体课件，与同学分享调研结果及自己的观点，体
会人类在探索宇宙中孜孜不倦、持之以恒的科学精神，体会宇宙之大、奥
秘无穷，科学探索之无止境。
拓展研究
查阅资料，了解人类对微观世界的探索进展，如量子纠缠的研究现状
等，为关于微观世界的科普活动做准备。302 第十二章 小粒子与大宇宙
本章练习
科学认知与辨析
1. 以下关于微观世界的认识中正确的是（ ）。
A. 原子是不可分割的粒子
B. 分子由原子构成
C. 原子核是由电子和中子构成的
D. 质子和中子是微观世界的最小粒子
2. 如图 12-37 所示，向配有活塞的厚玻璃筒注入一些 水
水，用力压活塞，发现水的体积没有明显变小。这是由于水
分子之间（ ）。 图12-37
A. 有空隙 B. 没有空隙
C. 存在引力 D. 存在斥力
3. 关于空气、铁、水的分子间相互作用，下列说法中正确的是（ ）。
A. 空气最弱，水最强 B. 空气最弱，铁最强
C. 水最弱，铁最强 D. 铁最弱，水最强
4. 下列现象中不能说明分子在不停地做无规则运动的是（ ）。
A. 扫地时尘土在空中飞扬 B. 八月桂花飘香
C. 打开酒精瓶盖可以嗅到酒精气味 D. 堆煤的墙角时间久了会变黑
5. 古诗“花气袭人知骤暖”的意思是，从花的芳香气味变浓可知周边的
气温突然升高。请从物理学的角度分析此现象。
6. 小明跟着爸爸去江边游玩，
看到江水流得很快。小明说：“看，
水分子运动得真快。”这句话对吗？
为什么？
7. 请分析原子核式结构模型
与太阳系运转示意图（图 12-38）
的相似性。 图12-38本章练习 303
科学实验
8. 如图 12-39 所示，把一块表面干净的玻璃片用绳子
挂在弹簧测力计挂钩上，手持弹簧测力计的吊环，把玻璃
片往下放到刚好和水面接触，再慢慢向上提起弹簧测力计。
弹簧测力计的示数有什么变化？这是为什么？
科学·技术·社会·环境
9. 吸烟有害健康。在封闭的房间里，只要有一个人吸
烟，整个房间就会充满烟味，请用分子动理论解释原因。 图12-39
在公共场所，为了他人的健康，请你给吸烟者提出一条合理的建议。
10. 请上网查询与我国“大国工匠精神”有关的资料，写一篇心得体会，
谈谈你准备怎样像我国科学家那样为了国富民强而努力。
本 章 总 结
本章的要点有330044 第十二章 小粒子与大宇宙
索引
( 名词后面的数字是它第一次出现的页码 )
A G
阿基米德原理 功 work 232
Archimedes’ principle 219 功率 power 237
凹透镜 concave lens 87 惯性 inertia 162
B 惯性定律 law of inertia 162
变速直线运动 光的反射 reflection of light 62
variable rectilinear motion 16 光的反射定律
C reflection law of light 64
参照物 reference object 12 光的色散 dispersion of light 78
超声波 ultrasonic wave 48 光的折射 refraction of light 73
次声波 infrasonic wave 49 光线 light ray 61
D 光心 optical center 86
大气压强 光源 light source 60
atmospheric pressure 195 国际单位制
定滑轮 fixed pulley 264 International System of Units 21
动滑轮 movable pulley 265 H
动能 kinetic energy 241 合力 resultant force 166
F 滑动摩擦力
分力 component force 166 sliding frictional force 149
分子动理论 J
kinetic theory of molecules 287 机械功 mechanical work 232
浮力 buoyancy force 210 机械能 mechanical energy 246第四节 跨学科：弘扬科学家精索神引 330055
机械效率 声速 velocity of sound 40
mechanical efficiency 270 声源 sound source 37
机械运动 mechanical motion 11 势能 potential energy 243
焦点 focus 86 速度 velocity 15
焦距 focal length 86 T
介质 medium 39 弹力 elastic force 137
镜面反射 mirror reflection 64 凸透镜 convex lens 85
K X
扩散 diffusion 285 响度 loudness 43
L Y
力 force 131 压力 pressure 180
M 压强 pressure 182
漫反射 diffuse reflection 64 音调 pitch 44
密度 density 116 音色 tone quality 45
N 运动 motion 11
能量 energy 241 匀速直线运动
牛顿第一定律 uniform rectilinear motion 16
Newton’s first law 161 Z
P 质量 mass 106
帕斯卡定律 Pascal’s law 192 重力 gravity 141
频率 frequency 45 重力势能
S gravitational potential energy 242
声波 sound wave 39 重心 center of gravity 145306 第十二章 小粒子与大宇宙
后 记
我国启动基础教育课程改革迄今已二十余年。我们编写的《义务教育教科
书 物理》也由广大师生使用二十余年了。随着基础教育课程改革的深入，修
订后的《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称《2022版课标》）已
由教育部正式颁布，因此，对应的教科书也应随之修订。根据国家教育发展规
划和《2022版课标》的要求，基于对一线师生的问卷调查与深入访谈，我们遵
循继承与发展的原则，再次对本套教科书进行了全面修订。
总体上看，修订版教科书具有以下特点。
1. 立意更高，凸显物理教科书的育人功能。以“素养提升”“本章学业要
求”等栏目导向，有效促进教学方式的改进，提升学生的物理核心素养。
2. 寓意更深，体现从生活走向物理，从物理走向社会的内涵。强调问题
情境与物理内容的相互呼应，培养学生的物理自然观和建模、推理、论证及质
疑能力。
3. 更重实践，强调概念构建过程，注重探究能力的培养。通过“做中
学”“迷你实验室”“DIS实验室”等栏目，以引导、递进、开放等设计，培养
学生的探究能力。
4. 更富逻辑，结构更完善，更符合教育教学规律。通过“方法点拨”“策
略提炼”“拓展一步”等栏目，升华学习内容，同时注重难点分解、逐步到位，
有利于学生发展。
5. 更重评价，发挥习题功能，促进学生全面发展。注重“例题”的示范作
用，关注“作业”的由浅入深，强调“本章练习”的综合性特点，体现作业的
多维育人功能。
6. 更加拓展，体现物理学与日常生活、工程实践、社会发展的跨学科联
系。通过“跨学科”“实践”的设计及“学科综合”等栏目，综合培养学生的
实践能力及人文情怀。
7. 臻于精致，体现“以学生发展为本”的理念。从结构确定、内容纳入、
栏目设计、图片选用到版式推敲等皆精雕细琢，更加美观、适用，全力打造高
质量的一流物理教科书。
本次我们组织并拓展编写队伍，凝聚了高校学科专家、物理教研员、中第四节 跨学科：弘扬科学家精神 307
学物理教师、考试评价专家、物理教科书研究者等研究力量，使编写队伍具
有高校研究平台与中学教学实践的综合优势。这既使教科书修订具有扎实的
研究基础和开拓的国际视野，又为教科书更符合教学实际搭建了接地气的
脚手架。
八年级教科书编写组主要成员及分工如下：
主编：廖伯琴；核心成员：杨燕鸣，阮享彬，许静，杜明荣，张华，邓磊，
于海波，廖伯琴；统稿定稿：廖伯琴；编务负责：李洪俊，李富强。
本次教科书的修订还有若干老师和同学作出的贡献。梅家烨、刘林、向
娟、杨玉梅、张坤、吴斯莉、杨峻一、唐颖捷、高倩、赵慧、王秀梅、王宁、
宋静、高春丽、夏波、毛玉梅、刘莉、严丽、韩黎、张建、曹洁婷、严一阳、
刘兰兰、陈泓百等多次帮助审读，提出了重要的修改建议；李正吉老师及其
教研团队、向娟老师及其学生、杨英老师、远清同学、延祺同学、凯亚同学
等为教科书完善提供了照片 ；张书迪女士为教科书封面、版式等设计提出了很
好的修改建议；安徽、福建、黑龙江、河南、山东、贵州等省的教研员及广
大师生试教试用本套教科书，提出了宝贵的修改建议。在此，我们一并表示
感谢！
教科书建设是长期的系统工程。本套教科书于2001年首次出版，编写依
据主要是《义务教育物理课程标准（实验稿）》。随着基础教育课程改革的深
入，教育部于2012年颁布《义务教育物理课程标准（2011年版）》，因此我们
又对本套教科书进行了全面修订。每次都有大量中学物理教师、教研员、大学
物理教师及同学们等，参与教科书修订及审读等工作。在此，再次对所有参与
工作的教师、学生表示感谢！
在2021年开展的首届全国教材建设奖评选中，《义务教育教科书 物
理 八年级 全一册》（ISBN 978—7—5478—1284—6）荣获全国优秀教材一等
奖；《 义务教育教科书 物理 九年级 全一册》（ISBN 978—7—5478—1773—5）
荣获全国优秀教材二等奖（本套教科书在此基础上修改而成）。为此，感谢使
用教科书的广大师生及相关管理人员，是他们的信任与支持让教科书日臻完
善！感谢历次参与编写及修订的教师，是他们的辛勤付出保证了教科书的质
量！感谢上海科学技术出版社的领导与编辑，是他们持之以恒的责任感才让教
科书内外兼修！还要感谢国家教材委、教材局及组织评审的所有专家，是他们
的认可与提携，才使我们获此殊荣。308 第十二章 小粒子与大宇宙
挑战与发展共存！我们期待斧正，以使教科书不断改进；我们也期待支
持，为了教育的使命，为了学生的发展，我们一起并肩前行！诚挚地期望广
大师生提出宝贵的意见、建议，我们的联系电话：021—64848025，电子邮箱：
jc@sstp.cn。
主编 廖伯琴
2024年8月于西南大学荟文楼
本册教材图片提供信息：
本册教材中的图片由视觉中国、IC photo等提供。沪科版物理2024.indd 5 2024/7/4 下午3:12
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