生活中的科学与技术

第六章生活中的科学与技术目前一页\总数一百零四页\编于十四点第六章生活中的科学技术目前二页\总数一百零四页\编于十四点本章知识结构

光和眼

声和耳

能量和生活信息及处理目前三页\总数一百零四页\编于十四点第一节 光和眼教学要求了解：光波是电磁波的一种，知道整个电磁波谱的排列。理解：1、光的反射现象和折射现象 2、透镜成像及全反射现象 3、眼睛调节的原理，重视保护眼睛

目前四页\总数一百零四页\编于十四点一、光的量度要求： 对几种光源的特点进行比较，了解光源目前五页\总数一百零四页\编于十四点热光源：把热转变为光，如太阳、蜡烛、电灯（与温度有关，颜色改变，如白炽灯内的灯丝、加热的铁片）冷光源：把其他形式的能直接转变为光，如日光灯、水母（发光物体的温度未升高，颜色随物质构成种类而定，是更经济的光源）点光源：发出光的光尖是一个极小的小点，光均匀发散一般光源：许多点光源的集合体平行光源：发出的光不是发散的，而平行的光激光器：定向性好、亮度高、颜色极纯、闪光时间极短1、光源：自己能够发光的物体叫光源目前六页\总数一百零四页\编于十四点2、发光强度、光通量和光亮度发光强度：表示光源发光强弱的量，用I表示，单位为坎(cd）光通量：在单位时间内，光源向各个方向发出的全部光能， 用φ表示，单位称流（lm)发光亮度：发光体在单位面积上发出的光通量3、照度(光通密度）描述的是物体表面被照明的程度，等于受照物体表面上得到的光通量与被照射的面积之比目前七页\总数一百零四页\编于十四点二、光的反射、折射

现象：把筷子放入水中，看上去筷了好象折断了——光在真空和同一种均匀的媒质中是直线传播一部分沿着某一方向反射出去

（光的反射）——光射到两种媒质的分界面上 一部分折入另一媒质

（光的折射）目前八页\总数一百零四页\编于十四点1、光的反射和反射定律

光的反射种类：单向反射——入射、反射光线均平行漫反射——界面粗糙不平，反射光线不平行反射定律：—反射光线在入射光线和法线决定的平面里，反射光线和入射光线分居在法线两侧——反射角等于入射角——光路可逆目前九页\总数一百零四页\编于十四点法线入射光线反射光射媒质目前十页\总数一百零四页\编于十四点2、光的折射和折射定律折射定律：——折射光线在入射光线和法线决定的平面里

折射光线和入射光线分居在法线两侧——入射角的正弦与折射角的正弦的比值，对于给定的两种媒质是一个常数（折射率）

等于光在这两种媒质中的光速之比——光路可逆（光在任何媒质里传播速度比在真空里的小，所以任何媒质的折射率都大于1）目前十一页\总数一百零四页\编于十四点3、透镜成像以两个球面（或一个是平面）为折射界面——透镜分为凸透镜和凹透镜凸透镜：把平行的入射光线会聚在另一侧形成焦点凹透镜：把入射的平行光线，透镜的另一侧发散反向延长线后在入射光线的一侧形成虚焦点。光心焦点

目前十二页\总数一百零四页\编于十四点透镜的折光能力：1/f=D（f是焦距的倒数）透镜成像： 通过光心的光线，经透镜后方向不变； 跟主轴平行的光线，折射后通过焦点； 通过焦点的光线，折射后跟主轴平行成像图：凹透镜：成像与物体处于同侧，呈缩小正立虚像凸透镜焦点以外的物体所成的像跟物体处于异侧，呈倒立实像焦点以内的物体所成的像跟物体处于同侧，呈放大正立虚像目前十三页\总数一百零四页\编于十四点三、全反射折射率小折射率大 折射角小于入射角，朝向法线折射折射率大折射率小 折射角大于入射角，远离法线折射入射角小于900，折射光与界面平行 ——临界角入射角大于临界角，折射光全部返回折射

率较大的媒质——全反射目前十四页\总数一百零四页\编于十四点发生全反射的条件是： 1、光线从折射率比较大的媒质射入折射率比较小

的媒质

2、入射角大于或等于临界角目前十五页\总数一百零四页\编于十四点四、光学仪器及眼睛 结合前面介绍的透镜成像原理，以图或示意图说明远视眼形成的机理，及其矫正的方法目前十六页\总数一百零四页\编于十四点（一）眼的折光与成像系统6m内的物体成像于视网膜后需经折光系统

调节才能成像于视网膜6m外的物体成像于视网膜上不需折光系统调节即可清晰视物

1）组成：角膜、房水、晶状体、玻璃体、视网膜2）作用：将远近物体发出的光聚焦于视网膜1.眼睛目前十七页\总数一百零四页\编于十四点房水：睫状体产生；居于眼房；屈光、营养角膜和晶状体，维持眼压。晶状体：角膜与玻璃体之间；借睫状小带连于睫状体；呈双凸镜状，无色透明有弹性；屈光调节玻璃体：晶状体与视网膜之间；无色透明的胶状物质；屈光、支撑视网膜。目前十八页\总数一百零四页\编于十四点

目前十九页\总数一百零四页\编于十四点目前二十页\总数一百零四页\编于十四点目前二十一页\总数一百零四页\编于十四点眼睛眼的基本功能借折光成像和光感受机制将视觉刺激转换为视觉信息产生视觉过程。眼球的基本结构

折光系统：角膜、房水、晶状体、玻璃体感光系统：视网膜目前二十二页\总数一百零四页\编于十四点眼的基本构造感受器：眼球附属器：眼睑、结膜、泪器、眼外肌等眼轴：通过前后极的连线。视轴：由瞳孔中央至视网膜中央凹的连线目前二十三页\总数一百零四页\编于十四点右眼的水平切面示意图目前二十四页\总数一百零四页\编于十四点1.外膜角膜：外膜前1/6，致密透明，无血管，富有神经末稍。巩膜：外膜后5/6，致密色白，有血管和神经。虹膜：盘形，中间有孔，内有括约肌、开大肌。其颜色有种族差异。睫状体：最厚，含睫状肌、睫状突和睫状小带。脉络膜：占中膜的后2/3，柔软较薄，富含血管及色素2.中膜眼球壁目前二十五页\总数一百零四页\编于十四点虹膜与瞳孔目前二十六页\总数一百零四页\编于十四点视部：紧贴脉络膜的内面，主要由4层构成，为色素上皮、感光细胞、双极细胞、神经节细胞。盲部：紧贴睫状体和虹膜的内面，睫状体部无色素，虹膜部有色素，均无感光细胞。视神经盘（盲点）黄斑中央凹3.内膜（视网膜）目前二十七页\总数一百零四页\编于十四点盲点与中央凹目前二十八页\总数一百零四页\编于十四点目前二十九页\总数一百零四页\编于十四点眼球的内容物（属于折光系统）房水：睫状体产生；居于眼房；屈光、营养角膜和晶状体，维持眼压。晶状体：角膜与玻璃体之间；借睫状小带连于睫状体；呈双凸镜状，无色透明有弹性；屈光调节玻璃体：晶状体与视网膜之间；无色透明的胶状物质；屈光、支撑视网膜。目前三十页\总数一百零四页\编于十四点眼副器眼睑：上睑、下睑；保护眼球，防干、防外伤结膜：薄而透明的粘膜，富有血管；睑结膜，球结膜；保护角膜，湿润、减少摩擦。泪器：泪腺、泪道（泪点、泪小管、泪囊、鼻泪管）。分泌泪液，湿润角膜、防干、除尘、杀菌，排多余泪液。眼外肌：上直肌、下直肌、内直肌、外直肌、上斜肌、下斜肌；上睑提肌。目前三十一页\总数一百零四页\编于十四点眼睑目前三十二页\总数一百零四页\编于十四点眼及泪腺、泪道目前三十三页\总数一百零四页\编于十四点泪腺的位置目前三十四页\总数一百零四页\编于十四点泪囊的位置目前三十五页\总数一百零四页\编于十四点眼外肌目前三十六页\总数一百零四页\编于十四点视物过程：光波眼的折光系统眼的感光系统视神经视觉中枢（将光波转变为电变化）（将入眼光线成像于视网膜）（可见光：380～750nm）（传导和传递神经冲动）（形成主观感觉）目前三十七页\总数一百零四页\编于十四点可见光是电磁波的一部分目前三十八页\总数一百零四页\编于十四点焦平面（视网膜）

来自远处光线（平行光线）来自6m以内的光线远处和近处的物体成像于视网膜的不同位置目前三十九页\总数一百零四页\编于十四点近点：眼经过最大调节才能看清的最近距离称为近点。其值随年龄而变大。近点愈近，表明晶状体弹性越好。20岁正视青年近点为10cm。远视眼的近点变远。老视：

年龄晶状体弹性近点变远视近物不清带凸透镜矫正目前四十页\总数一百零四页\编于十四点远点：

眼能看清的最远距离称为远点。

正视眼的远点在无限远。近视眼的远点变近。例如，远点距眼1米就是100度近视，远点距眼0.5米就是200度近视。目前四十一页\总数一百零四页\编于十四点目前四十二页\总数一百零四页\编于十四点晶状体的调节目前四十三页\总数一百零四页\编于十四点视近物时晶状体的调节过程目前四十四页\总数一百零四页\编于十四点正视、近视与远视目前四十五页\总数一百零四页\编于十四点散光目前四十六页\总数一百零四页\编于十四点病因近物成像于远物成像于矫正近视眼前后径过长或折光能力过强；（远点变近）视网膜上视网膜前凹透镜远视眼前后径过短或折光能力过弱；（近点变远）视网膜后，需调节视网膜后，需调节凸透镜老花晶状体弹性（近点变远）近点变远不清看远物无影响凸透镜散光角膜表面不同方位的曲率半径不等不能聚焦于视网膜圆柱透镜（三）眼的折光系统异常目前四十七页\总数一百零四页\编于十四点原因成像位置矫正方法近视眼myopia

晶状体的焦矩太短或角膜到视网膜的距离较长成像于视网膜前方戴凹透镜（先发散再聚焦）远视眼晶状体焦距太长或角膜到视网膜的距离较知成像于视网膜后面戴凸透镜凸透镜和凹透镜散光眼晶状体及角膜不成球形不能成明晰的像戴柱形透镜（三）眼的折光系统异常

目前四十八页\总数一百零四页\编于十四点近视及其矫正目前四十九页\总数一百零四页\编于十四点远视及其矫正目前五十页\总数一百零四页\编于十四点散光及其矫正目前五十一页\总数一百零四页\编于十四点瞳孔的调节1)瞳孔近反射：视近物时引起双侧瞳孔反射性缩小。作用：减少入眼光量；减少球面像差和色像差。2)瞳孔对光反射：强光下瞳孔缩小,弱光下瞳孔扩大目前五十二页\总数一百零四页\编于十四点2、光学仪器Opticalinstruments照相机(Camera)：利用凸透镜形成缩小的实像的原理幻灯机(Projector)：利用凸透镜形成放大的实像的原理显微镜(Microscope)：由两组凸透镜 物镜：焦距很短，得到一个放大的倒立实像 目镜：焦距很长，得到放大的倒立虚像望远镜(Telescope)：由两组凸透镜，物镜焦距长，目镜焦距短， 开普勒望远镜：得到倒立的实像（加上全反射倒转棱镜） 伽利略望远镜：得到正立虚像

目前五十三页\总数一百零四页\编于十四点第二节声和耳Soundandears

一.声音产生和传播声源：震动的物体称为声源媒质：物体振动通过传递声音的媒质来传播到听觉器官耳：听觉器官声波：波长：耳外耳：外耳道，鼓膜中耳：三个听小骨内耳：耳蜗（听觉感受器）目前五十四页\总数一百零四页\编于十四点声波

锤骨→砧骨

前庭阶外淋巴→前庭膜

↓

↑

↓

↑

↓耳郭→外耳道

→鼓膜镫骨→前庭窗

鼓阶外淋巴→蜗管内淋巴→螺旋器

→听神经→

↓

蜗窗

液

体

波

动└──┬──┘大脑皮层听觉中枢大脑将神经冲动进行分析综合外耳

中耳

内耳

传入空气传播声音的收集放大和声源的定位

增强信号、空气振动与液体振动间声阻的相配神经反射和机械性减小过强的振动；经咽鼓管平衡压力。由蜗螺旋器机械地或神经地过滤分析信号。感觉细胞传导剌激，在蜗神经纤维与感觉细胞的突触产生动作电位声音的传导通路目前五十五页\总数一百零四页\编于十四点耳（位听器）的剖面目前五十六页\总数一百零四页\编于十四点外耳道目前五十七页\总数一百零四页\编于十四点中耳的组成目前五十八页\总数一百零四页\编于十四点目前五十九页\总数一百零四页\编于十四点听小骨目前六十页\总数一百零四页\编于十四点声音的传播速度在干燥不动的空气中传播速度为：340米／秒温度增加－－－声速增加温度降低－－－声速降低在不同的媒质中声速是不同的，一般来说随媒质密度的增加声速是增加的目前六十一页\总数一百零四页\编于十四点二声波的反射折射衍射反射：声源发出的声波，在传播中遇到山崖和高墙等障碍物时，一部分声波就会返回原处，这就是反射折射：声波从介质１向介质２传播时，因为速度不同，声波就会偏离原来的传播方向，产生折射．衍射：声波在传播时遇到一个尺寸近于波长的障碍物，则波的传播方向发生改变，波绕过这个障碍物继续前进，就是衍射．目前六十二页\总数一百零四页\编于十四点声波的吸收声波传递的是能量，在传递过程中必须遵守能量守恒定律。有一部分的声波能量，可能在传递过程中会被介质吸收，转换成热能或其它形式的能量，剩余的能量则仍以波动的形式继续传递。目前六十三页\总数一百零四页\编于十四点下图代表不同频率的声波在空气中每前进1米时，因能量被潮湿空气吸收而使其强度减弱的程度。声波在不同空气湿度时的强度衰减目前六十四页\总数一百零四页\编于十四点衰减量与下列因素有关频率距离湿度目前六十五页\总数一百零四页\编于十四点（一）声波的反射声音是一种波动，遇到障碍物会产生反射。当我们听到来自障碍物反射的声音，此声音称为「回声」。大致来说，回声接收和原声发出的时间需相隔在0.1秒以上，才能为我们所辨别。目前六十六页\总数一百零四页\编于十四点雷声常隆隆不绝，是由于(A)干涉(B)绕射(C)反射(D)折射(E)吸收目前六十七页\总数一百零四页\编于十四点一个声波经由一面砖墙反射，将反射波与入射波比较的结果，则反射波具有？(A)较短的波长

(B)相同的速度

(C)相同的速率

(D)较大的振辐

(E)较低的频率。目前六十八页\总数一百零四页\编于十四点声音传播时，因为介质会吸收能量的缘故，下列何者会愈来愈小？(A)波长(B)波速

(C)振幅(D)频率

(E)周期。目前六十九页\总数一百零四页\编于十四点声波通过不同介质的界面时，例如水中的声波由浅水区折入深水区，若入射波的能量E1；反射波的能量E2；折射波的能量E3，则下面的关系何者正确？(A)E1＞E2＋E2(B)E1＝E2－E3

(C)E2＝E3(D)E2＝E1－E3。

目前七十页\总数一百零四页\编于十四点某人与反射原声的墙壁至少必须距离多远，才能察觉到他自己所发出的声音经墙壁反射一次后传回的回声？提示：回声与原声相隔大约0.1秒以上，听者才能察觉。目前七十一页\总数一百零四页\编于十四点传声筒的形状，使发出的声音经过筒壁反射，传播方向变得较为集中，因此同样强度的声音，可传至较远的地方。音乐厅或礼堂的舞台上方或后方，常安装反射面，使声音能较完整地传播到听众席上。目前七十二页\总数一百零四页\编于十四点回声(echo)适当的回声会造就好的音效，但不当的回声却会扫人雅兴。如何增强回声或降低回声，要视我们的需求而定。回声(echo)的避免一般而言，松软而多孔的阻隔物，通常对声波具有较佳的吸收能力，能使大部分的声波能量不被反射，因此可用来减低反射波的强度，避免干扰原来的声波目前七十三页\总数一百零四页\编于十四点交混回响声波在室内经反射而产生回声，回声经反射又再产生二次回声，以此类推，回声会重复被反射而衍生更多回声，称为交混回响。(reverberation)。从声源停止发生到声强减少为原来声强的百万分之一时所需要的声音，称为交混回响时间。演讲厅或音乐厅的设计，必须适当的考虑交混回响会持续多久，以使前后之声音能相连贯，但不致混淆不清。目前七十四页\总数一百零四页\编于十四点目前七十五页\总数一百零四页\编于十四点自然界中经常会看到水波绕过水面的小石、芦苇等继续传播目前七十六页\总数一百零四页\编于十四点（二）波的衍射在波传播过程中，波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫波的衍射。目前七十七页\总数一百零四页\编于十四点发生明显衍射现象的条件波发生明显衍射现象与哪些因素有关？1、障碍物的大小2、波长

目前七十八页\总数一百零四页\编于十四点实验1：保持波长不变，看水波经过不同窄缝的衍射情况。对比实验：实验2：保持窄缝宽度不变，改变波长，看水波的衍射情况。目前七十九页\总数一百零四页\编于十四点实验1：目前八十页\总数一百零四页\编于十四点实验2：目前八十一页\总数一百零四页\编于十四点窄缝宽度远大于波长时，无明显的衍射现象，水波将沿直线传播。当窄缝宽度与波长相差不多，或者比波长更小时，观察到明显的衍射现象，且波长越长，衍射现象越明显。实验结果：目前八十二页\总数一百零四页\编于十四点水波只要遇到障碍物，就会发生衍射现象，只是明显程度有差异。实验结论：

缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。目前八十三页\总数一百零四页\编于十四点衍射是波特有的现象1、不只是水波，声波也能发生衍射。隔墙有耳，闻其声而不见其人，就是声波发生衍射现象。2、光波、无线电波等电磁波也能发生衍射，在房间中可以接受到收音机和电视信号，是电磁波的衍射现象。3、所以，一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。目前八十四页\总数一百零四页\编于十四点想一想？隔墙有耳一叶挡丘目前八十五页\总数一百零四页\编于十四点想一想？1、为什么会有“隔墙有耳”、“闻其声不见其人”的现象？声波波长：1.7cm～17m，比一般障碍物的尺寸大，易发生明显衍射现象。2、为什么会有“一叶挡丘”的现象？光波波长：0.4μm～0.8μm

，比一般障碍物的尺寸小得多，不易发生明显衍射现象。目前八十六页\总数一百零四页\编于十四点1．下列说法正确的是（）A.衍射是一切波都具有的性质B．波长与孔宽度差不多时能发生明显衍射现象C.“雷声轰鸣”是声波的衍射现象D.“余音绕梁，三日不绝”是声波的衍射现象AB目前八十七页\总数一百零四页\编于十四点2.一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，以下哪种情况能使衍射现象更明显？[]

A．增大障碍物尺寸，同时增大波的频率B．增大障碍物尺寸，同时减小波的频率C．缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率D．缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率D目前八十八页\总数一百零四页\编于十四点1、波绕过障碍物或孔（缝）继续传播的现象叫做波的衍射．

小结:3、一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象．2、发生明显衍射现象条件是障碍物或孔（缝）尺寸波长相差不多，或者比波长更小．目前八十九页\总数一百零四页\编于十四点三声音的要素Thekeyfactorsofsound乐音(Tone)：和谐悦耳的声音叫做乐音乐音的三要素：音调响度音品音调(Tonality)：是指乐音的高低，它和声源振动的快慢有关频率越大，音调越高频率(Frequency)：男子９５赫－－１４２赫女子２７２赫－－５８８赫超声波(Ultrasonic)：频率高于２万赫次声波(Infrasound)：频率低于２０赫目前九十页\总数一百零四页\编于十四点四、超声和次声一般人可以听得见的声波，其频率范围大致是由20赫到20,000赫。频率大于20,000赫的波，称为超声波(ultrasound)或超音波。频率小于20赫的波，称为次声波(infrasound)。目前九十一页\总数一百零四页\编于十四点（一）超声波及其应用1.特点束射性吸收特性能量传递特性声压特性目前九十二页\总数一百零四页\编于十四点2.应用①回声探测仪：在水中以声纳(sonar)发出超声波，利用反射波传回的时间长短，可以测出海水深度，或发现鱼群的位置②超声波加湿器、药物雾化器③超声波清洁:用来清洗浸放在溶液中的眼镜、珠宝首饰及精密仪器等④超声波扫描：击碎肾结石、脑部瘀血等目前九十三页\总数一百零四页\编于十四点声纳可测海底深度。图中实线为反射波，虚线为反射波目前九十四页\总数一百零四页\编于十四点超声波打碎身体中的肾结石子宮中的四胞胎目前九十五页\总数一百零四页\编于十四点（二）次声波及其应用1.种类自然次生社会次生人工次生2.特点①在空气中传播举例较远②较易对人体产生作用3.应用目前九十六页\总数一百零四页\编于十四点第三节 能量和生活教学要求了解： 1、生物体内能量流通物质与生命活动的关系 2、温度、热、热的传导方式，人体的体温调节方式

目前九十七页\总数一百零四页\编于十四点一、热量、热的传递方式

Heatandmea