2009走向外国语四光和声音.doc

第四章光和声音Chapter Four- LIGHT AND SOUND一中文资料（Chinese Part）【1】 光（light）光分为人造光和自然光。太阳所发出的光就是自然光，而生活当中电灯所发出的光则是人造光。我们之所以能够看到客观世界中斑驳陆离、瞬息万变的景象，是因为眼睛接收物体发射、反射或散射的光。光是地球生命的来源之一。光是一种电磁波，是一种我们视网膜能够接收并产生视觉能力的波。（1）可见光/Visible light：我们在生活当中能够单凭用眼睛看到的光是属于可见光，它的光谱范围为390760nm（1nm=109m）。换句话说，超出这个范围的光波是不能单凭肉眼观察到的（有红外，紫外等）。可见光波按波长由长到短依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。这七种颜色组成了光谱。红色光波最长，紫色光波最短。可见光透过三棱镜可以呈现这七种颜色。其中，红、绿、蓝被我们称为三基色。三种基色是相互独立的，任何一种基色都不能有其它两种颜色合成。大多数的颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例合成产生。如红色+绿色=黄色；绿色+蓝色=青色；红色+蓝色=品红；红色+绿色+蓝色=白色等。（2）光源/light source和影子/shadow：像电灯这样可以自己发光的物体叫做光源。光源分冷光源和热光源。冷光源：指发光不发热（或发很低温度的热）。如萤火虫等；热光源：指发光发热（必须是发高温度的热）。如太阳等。影子产生的条件是光源、挡光物体和屏。在光的照射下物体影子的长短、方向、大小和光源的位置、方向、距离有关。影子的形状和光源所照射的物体侧面的形状有关。一天中，阳光下物体的影子会随着太阳位置的高低和方向的改变而改变。太阳位置最高时影子最短，太阳位置最低时，影子最长。人们很早就知道利用阳光下物体影子的变化规律来测定时间。如日晷，又称“日规”，是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。（3）光的速度（光速/speed of light）：光速是用来表征光在真空或是介质中的传播速度。光在真空中传播速度最快，在不同的物质中的传播速度不一样。光速定义值:c=299792458m/s（真空中）。光在水中的速度：2.25108m/s；光在玻璃中的速度：2.0108m/s ；光在冰中的速度：2.30108m/s ；光在空气中的速度：3.0108m/s ；光在酒精中的速度：2.2108m/s。（4）光年/light-year：指光在真空中一年中走过的距离。是长度单位，而不是时间单位。因为真空中的光速是每秒299,792,458米(准确)，所以一光年就等于 9,460,730,472,580,800米。 光由太阳到达地球需时约八分钟。而地球到月球的距离是384,401公里，只需要一秒多一点光就可以从地球到达月球。（5）光的反射和折射（reflection and refraction of light）光在同种物质（介质）中是直线传播的。光的反射与折射是光在两种物质的分界面上传播方向发生改变的光学现象。1）光的反射：光射到物体表面时，会有一部分光被反射回去，这种现象叫光的反射。 反射包括镜面反射和漫反射。镜面反射：平行光线射到光滑表面上时反射光线也是平行的，这种反射叫做镜面反射。如我们照镜子。漫反射：平行光线射到凹凸不平的表面上，反射光线射向各个方向，这种反射叫做漫反射。如光线照在墙壁上。光的反射在生活当中处处可见。我们通过镜子看我们自己；月球本身是不发光的，它只是反射太阳的光；汽车上有许多利用光的反射的地方，有要防止光的反射的地方（想想那些是利用了光的反射，那些是防止呢？）。物体的颜色/colors：在日常生活当中的大部分事物都是色彩斑斓的。我们之所以可以看到不同的颜色是因为他们对光的反射和吸收的原因。透明体的颜色是由透过的光色决定的（ 当光通过透明体时，透明体是什么颜色，就能透过什么颜色的光）。不透明体的颜色是由反射的光色决定的（当光遇到不透明体时，不透明体是什么颜色，就能反射什么颜色的光）。白颜色的物体是物体本身反射了所有的入射光，而黑颜色的物体则吸收了所有的光线。平面镜、凸面镜和凹面镜：A平面镜/mirror：我们的镜子就是平面镜。平面镜成像的特点是：平面镜成的像只有一个；像的形状、颜色、远近、正倒，都全同于物体。物体向镜面移近，像也向镜面移近，物体远了，像也远了，有对称关系。潜望镜就是利用了平面镜的成像原理。B. 凸面镜/convex mirror：凸球面镜是发散镜对光线有(发散)作用。通过凸面镜，我们可以观察到更大的范围。我们公交汽车两边的观后镜和道路拐弯处的反光镜就是凸面镜。 凸面镜的光路由右图所示。C凹面镜/concave mirror：凹面的球面镜,平行光照于其上时,通过其反射而聚在镜面前的焦点上，反射面为凹面，焦点在镜前，当光源在焦点上，所发出的光反射后形成平行光束，也叫凹镜，会聚镜。凹镜不仅可以使平行光线汇聚于焦点，还能使焦点发出的光线反射成平行光。 我们用的太阳灶就是利用凹面镜的集聚光的作用迅速加热物体。而我们的电筒就是利用光源在凹面镜的焦点来平行的反射光线的。2）光的折射光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生偏折,这种现象叫做光的折射.鱼儿在清澈的水里面游动，可以看得很清楚.然而,沿着你看见与的方向去叉它，却叉不到.有经验的渔民都知道，只有瞄准鱼的下方才能把鱼叉到。从上面看水，玻璃等透明介质中的物体,会感到物体的位置比实际位置高一些。由于光的折射，池水看起来比实际的浅.所以,当你站在岸边，看见清澈见底，深不过齐腰的水时，千万不要贸然下去，以免因为对水深估计不足，发生危险。 把一块厚玻璃放在钢笔的前面,笔杆看起来好像错位了。在一些地方，发生海市蜃楼的现象。我们在雨后看到的彩虹等。这些都是因为光的折射引起的。凸透镜和凹透镜：A凸透镜/convex lens：边缘薄，中央厚。对光起会聚作用（如图） 放大镜就是凸透镜。老花镜用的是凸透镜。我们用的照相机的镜头也是凸透镜。我们眼睛中的晶状体也是凸透镜的形状。B凹透镜/concave lens：边缘厚，中央薄。对光起发散作用（如图）近视眼镜用的是凹透镜。（注意，我们门上的猫眼是凹透镜和凸透镜的组合）（6）太阳能（solar energy） 太阳能就是太阳光辐射的能量。太阳给我们带来光明的同时，也给我们带来了温暖。太阳是地球最大的光源和热源。 太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。目前人类已经大量的利用了太阳能，如太阳能热水器，太阳能汽车等等。（7）光和热的关系（the relationship between light and heat） 许多光源在发光的时候也在发热。光强温度就高，光弱温度就低。物体的颜色与吸热的本领有关系，深色物体比浅色物体吸热快。物体受阳光照射角度与吸热的关系，物体与阳光垂直比倾斜吸热快。 想想太阳和地球的位置的变化是否会导致地球不同地方气温的不同和变化？解释原因。【2】 声音（sound）声音是由物体振动产生，正在发声的物体叫声源。声音必须通过物质传播，所以在真空中声音是不可以传播的。声音没有质量，也没有重量。声音不是物体，只是一个名称，声音是一种机械纵波, 波是能量的传递形式，它有能量，所以能产生效果。但是它不同于光(电磁波)，光有质量有能量有动量，声音在物理上只有压力，没有质量。音高/pitch和音量/volume是描述声音的两个基本指标。改变物体振动的方式可以改变它产生的音高和音量。音高是由振动的频率决定的，频率越高，音高也就越高。音量是由振动的振幅决定的，振动的幅度越大，声音的音量就越大。 音速/speed of sound也叫“声速”，指声波在媒质（介质）中传播的速度。其大小因媒质的性质和状态而异。一般说来，声音在密度大的物体中传播的更快。所以声音的速度固体中比在液体中大，在液体中又比在气体中大（注意，因为水的密度要大于冰的，所以声音在水中传播更快）。空气中的音速，在标准大气压条件下约为340米秒。二英文资料（English Part）lightLight, or visible light, is electromagnetic radiation of a wavelength that is visible to the human eye (about 400700 nm). In a scientific context, the word light is sometimes used to refer to the entire electromagnetic spectrum. Moreover, in optics, the term visible light refers to electromagnetic radiation with wavelengths of 300 nm (near UV) through 1400 nm (near infrared). Light is composed of elementary particles called photons.Three primary properties of light are: Intensity、Frequency or wavelength and Polarization. Light can exhibit properties of both waves and particles. This property is referred to as waveparticle duality. The study of light, known as optics, is an important research area in modern physics.Speed of light The speed of light in a vacuum is exactly 299,792,458 m/s (about 186,282.397 miles per second). The speed of light depends upon the medium in which it is traveling, and the speed will be lower in a transparent medium. Although commonly called the velocity of light, technically the word velocity is a vector quantity, having both magnitude and direction. Speed refers only to the magnitude of the velocity vector. This fixed definition of the speed of light is a result of the modern attempt, in physics, to define the basic unit of length in terms of the speed of light, rather than defining the speed of light in terms of a length.Light sourcesThere are many sources of light. The most common light sources are thermal: a body at a given temperature emits a characteristic spectrum of black-body radiation. Examples include sunlight (the radiation emitted by the chromosphere of the Sun at around 6,000K peaks in the visible region of the electromagnetic spectrum), incandescent light bulbs (which emit only around 10% of their energy as visible light and the remainder as infrared), and glowing solid particles in flames. The peak of the blackbody spectrum is in the infrared for relatively cool objects like human beings. As the temperature increases, the peak shifts to shorter wavelengths, producing first a red glow, then a white one, and finally a blue color as the peak moves out of the visible part of the spectrum and into the ultraviolet. These colors can be seen when metal is heated to red hot or white hot. The blue color is most commonly seen in a gas flame or a welders torch.soundSound is vibration transmitted through a solid, liquid, or gas; particularly, sound means those vibrations composed of frequencies capable of being detected by ears.Perception of soundFor humans, hearing is limited to frequencies between about 20 Hz and 20,000 Hz (20 kHz), with the upper limit generally decreasing with age. Other species have a different range of hearing. For example, dogs can perceive vibrations higher than 20 kHz. As a signal perceived by one of the major senses, sound is used by many species for detecting danger, navigation, predation, and communication. Earths atmosphere, water, and virtually any physical phenomenon, such as fire, rain, wind, surf, or earthquake, produces (and is characterized by) its unique sounds. Many species, such as frogs, birds, marine and terrestrial mammals, have also developed special organs to produce sound. In some species, these have evolved to produce song and (in humans) speech. Furthermore, humans have developed culture and technology (such as music, telephony and radio) that allows them to generate, record, transmit, and broadcast sound.Physics of soundThe mechanical vibrations that can be interpreted as sound can travel through all forms of matter: gases, liquids, solids, and plasmas. However, sound cannot propagate through vacuum. The matter that supports the sound is called the medium.Speed of soundThe speed of sound depends on the medium through which the waves are passing, and is often quoted as a fundamental property of the material. In general, the speed of sound is proportional to the square root of the ratio of the elastic modulus (stiffness) of the medium to its density. Those physical properties and the speed of sound change with ambient conditions. For example, the speed of sound in gases depends on temperature. In air at sea level, the speed of sound is approximately 767.3 mph, in fresh water 3,315.1 mph (both at 20 C, or 68 F), and in steel about 13,332.1 mph.The speed of sound is also slightly sensitive (a second-order effect) to the sound amplitude, which means that there are nonlinear propagation effects, such as the production of harmonics and mixed tones not present in the original sound .Acoustics and noiseThe scientific study of the propagation, absorption, and reflection of sound waves is called acoustics. Noise is a term often used to refer to an unwanted sound. In science and engineering, noise is an undesirable component that obscures a wanted signal.三课后习题：(一) 判断题1、（）只要有声音，就肯定有某一物体在振动。2、（）用手敲击桌面，可以听到声音，但并没看到桌面在振动，说明桌面发声时是不振动的。3、（）太阳、月亮、点燃的火柴、镜子都是光源。4、（）声音传播的方向是向前的。5、（）当尺子伸出桌面的距离越短，发出的音就越高。6、（）金属与空气传播声音的本领是一样的。7、（）光是直线传播的。8、（）物体的颜色越浅，反射光的本领就越强。、9、（）自然界中，上午的彩虹一般出现在东方。10、（）潜望镜是利用光的反射原理制成的。11、（）物体即使不振动，也能发出声音。12、（）没有光的反射，人就不可能看到周围的物体。13、（）琴弦的粗细不同，但振动时发出的声音相同。14、（）凡是我们能够看见的任何物体都是光源。15、（ ）凸透镜和凸面镜都有聚集光线的作用。16、（ ）我们用的近视眼镜是凹面镜。17、（ ）声音在水中比在冰中传播的块。18、（ ）尺子振动的越快，发出的声音越尖锐。19、（ ）我们在夏天的时候很热是因为太阳照射我们更接近垂直。20、（ ）太阳能是一种清洁的，但不可重复利用的能源。（二）选择题1、橡皮筋拉得越紧，发出的声音（）。A、越低 B、越高 C、越轻 D、不变2、用潜望镜可以从它下面的孔看到上面孔外面的景物，这说明（）。A、光可以曲线传播 B、光是可以斜射的，通过光的斜射可以改变光的前进方面C、镜子能反射光，通过光的反射可以改变光的前进方向3、用嘴向装有水的瓶子口的水平方向吹气，我们听到了声音，主要是因为（）。 A、水振动发声 B、瓶子振动发声 C、空气振动发声 D、嘴唇振动发声4、唱歌、说话主要是由于（） A、嘴唇在振动 B、声带在振动 C、空气在振动 D、舌头在振动5、上课时，即使老师背着你讲课，你也能听到声音，这是因为声音的传播方向是向着（）。A、一个方向的 B、前后的 C、左右的 D、四面八方的6、下列物体中，属于光源的是（）。A、萤火虫、蜡烛 B、镜子、打火机 C、点燃的火柴、太阳 D、开着的电灯、月亮7、我们听到的雷声是由（）传到我们的耳朵里的。A、雨水 B、土地 C、空气8、按反射的本领从大到小，下面排列顺序正确的是（）。A、黑布、红布、白布 B、红布、白布、黑布 C、白布、红布、黑布9、傍晚的彩虹是出现在（）天空的。A、东边 B、西边 C、南边 D、北边10、做人造彩虹游戏时，人要（）太阳向空中喷水。A、背着 B、向着 C、侧着11、我们在灯光下能看到物体，是光的（）。 A、反射现象 B、折射现象 C、辐射现象 D、直射现象12、彩虹的颜色一般可以分为（）。 A、五种 B、六种 C、七种 D、无数种13、海市蜃楼现象是因为光的（ ）。 A、漫反射 B、折射 C、镜面反射14、我们要抓鱼，应该刺向所看到的水中的鱼的（ ）。 A、上方 B、所看的位置 C、下方15、三基色是（ ）。 A、红，黄，蓝 B、红，绿，黄 C、黄，绿，蓝 D、红，绿，蓝（三）填空题1汽车灯光、手电筒光透过密林缝隙的阳光看上去是一束光柱，这说明_。2凸透镜有_、 _ 、_的作用。3眼睛的主要部分是眼球，眼球包括_、 _、 _ 、_四部分。4眼球的构造像一架精密的照相机，晶状体相当于_，视网膜相当于_。5. 晶状体的形状像_，它有_作用。6. 水面上倒映着美丽的白塔，这是光的_现象，水中的筷子看上去好象是断的，这是光的_现象。7. 教室的墙壁大多粉刷成_色，这是因为_。8. 不同颜色的物体反射的光_不同，在阳光下蓝色物体反射的是_光。9. 照相机的镜头是_，它有_作用；潜望镜的镜头是_，它有_作用。10. 制作潜望镜，需要两面_，_摆放。English exercises1. Jim used to take glasses because he cant see the things far clearly. The glasses that Jim takes is_; Jims grandfather cant see the things nearby clearly, so he also takes glasses, then the glass is _; (凸透镜, 凹透镜) if Jim want to collect the sunlight to heat the water, what kind of mirror should he choose? _; There is always a kind of mirror on cars or buses, its _; (凸面镜，凹面镜). Please tell your friends the functions (作用) of these fours mirrors. Please draw convex mirror, concave mirror, convex lens and concave lens and complete their light routes.2. We generally divide the visible light into seven different colors. They are _ _ _ _ _ _ _(please write them from short wave to long wav