【期末复习】八年级上学期同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。期末考试就快要到了。时间过得真快，一晃我们已经一起走过了一个学期。你可能已经发现了，以前每周都更新的，最近空了两周，因为最近我在忙于制作初二下的内容。初二下，内容更难，我做音频课的难度也更大些。但是无论多难，只要时间允许，我还是会坚持做完。应编辑的邀请，新的专辑将会改成收费的精品专辑，音质和内容也会大幅升级。 我打算把下学期的内容制作成3个专辑，力求做得更好，欢迎你继续关注收听。很多同学在评论里留言，要求我做一个总复习。限于音频的篇幅，10来分钟的时间，我只能在这里帮你提纲挈领地点一下上册的重要知识点，为总复习指个方向。上册一共六章，涵盖了除了电以外的，力、热、声、光4部分。下面我逐章提示要点：第一章 机械运动长度的测量要估读到分度值的下一位，否则不给分。时间的测量要会认读停表。误差不是错误，不可避免，只能减小。多次测量求平均值是常用的减小误差的方法。物体的运动状态是针对参照物而言的，没指明参照物是无法说清的，因同一物体相对不同的参照物运动状态可能是不同的。判断物体运动状态的方法：1，找准研究对象；2，确定参照物；3，看研究对象相对于参照物的位置是否发生了变化，若变化了，就是运动的，若没有变化，就是静止的。相对静止是指两物体以对方为参照物，彼此的位置都没有发生变化，具体有两物体都静止和两物体同速同向运动两种情况。“匀速”的含义是物体在任何相等的时间间隔内通过的路程都相等，否则就不能断定是匀速。速度与路程和时间无关，只与两者的比值有关。平均速度不是速度的平均。一段路程内或一段时间内的平均速度，是这段路程和通过这段路程所用时间的比值。第二章 声声包括次声、声音和超声，都得由物体振动而产生，且以波的形式借助介质传播。振动停止，发声停止。一般固体传声最快，液体次之，气体最慢。真空不能传声。声速还与介质的温度有关，温度升高，声速增大。音调、响度和音色是声音特性的三要素。频率决定音调，频率高音调高；振幅决定响度，振幅大响度大，另外响度还与声音在传播过程中分散的程度以及传播远近有关；发声体的材料、结构决定音色。声音有乐音和噪声。噪声的危害可大了，可从声源处、传播过程中、人耳处控制噪声。当人们要休息、要学习、要安静时，再优美的乐音也是噪声。第三章 物态变化物体的冷热程度叫温度，人们靠触觉可以感知到。但感觉往往会出错，因此人们制造了测量温度的温度计。体温计和实验室用温度计的区别是重点。固液之间熔化凝固，液气之间汽化液化，固气之间升华凝华六个物态变化，都与吸热、放热，温度高低有关。熔化、汽化、升华要吸热。这样记：烧火、变成气、升上去要吸热。前面记住了，后三个相反，凝固、液化、凝华要放热，这样就好记了。晶体熔化的条件，熔化的特点及熔化图像，液体沸腾的条件，沸腾的特点及沸腾图像，影响蒸发快慢的因素和蒸发致冷的应用这些都是重点，必须整得清楚明白。干冰是固态的二氧化碳，只能升华、凝华。冰的熔点、水的凝固点、水在一标准大气压下的沸点，这些数字都是要记住的。第四章 光光沿直线传播的条件是同种均匀介质。影子、小孔成像，既是光沿直线传播的结果，又可证实光沿直线传播。日食是在地球上留下月亮的影子，月食是在月亮上留下地球的影子。小孔成的是倒立的实像，像与物相似，与孔的形状无关。除开黑洞，其它所有物体都有反射光的能力。光的反射定律不仅要记牢，而且要会用。镜面反射和漫反射都遵循光的反射定律。光在反射现象中光路可逆。光路可逆在所有的光现象中都成立。光路图一定要作规范。平面镜有两个应用：改变光路和成像。平面镜成像的特点和平面镜成像作图要熟练掌握。光的折射发生的条件：光斜射到两种不同的透明介质的交界面上，或在同一种不均匀的介质中传播时斜射到交界面上。光的折射所成的像一般都是升高了的虚像。光的折射规律要记清，无论是入射角还是折射角，总是空气中的角最大，水中的角次之，玻璃中的角最小。折射角随入射角增大而增大，反之亦然。光的色散现象表明，白光并不是单一颜色的光，而是由七种单色光复合而成的。后来发现，把红、绿、蓝三种色光按不同比例混合后，可以产生各种颜色的光，因此把红、绿、蓝叫作色光的三原色。获得白光的方法;一是将七种颜色的光均匀混合，再是把红、绿、蓝三种颜色的光按一定比例混合。颜料的三原色是品红、黄、青，把品红、黄、青三种颜色按一定比例混合得到的是黑色。红外线、紫外线虽然看不见，但用处很多，得记一记。第五章 透镜凸透镜、凹透镜的三条特殊光线必须会画，即通过光心的、通过焦点的、平行于主光轴的，这三条线。照相机、投影仪和放大镜的工作原理要记清。凸透镜成像规律把我讲的顺口溜记准，会用就可以了。照相方法记住“进伸，退缩”，按此操作没错。人的眼睛就像神奇的可变焦照相机，晶状体相当于照相机镜头，也就是凸透镜，视网膜相当于照相机的胶片，远近不同的物体在视网膜上成倒立缩小的实像。近视眼是远处物体成像在视网膜前，戴凹透镜；远视眼是近处物体成像在视网膜后，戴凸透镜。显微镜和望远镜都是由物镜和目镜组成。显微镜物镜的工作原理和投影仪一样，目镜是放大镜，物镜放大目镜再放大，方能显微。望远镜物镜的工作原理是把远物拉近，目镜再放大。望远镜看到的物体并没有放大，只是视角增大了，因此能望远。第六章 质量和密度质量是物体所含物质的数量，也就是物质的多少，只要多少没变，质量是不会变的。抓住这一点，题就做不错。密度是物体结构的疏密程度，用单位体积的质量来表示，它是物质的特性之一，决定于物质本身。结构一旦确定，密度与物体的大小多少何干？因为热胀冷缩，温度能改变密度。密度的测量是重点又是难点，必须花力气攻克下来。把我讲的六个妙招整明白了，就不错了。注意做题要看题做题，不要答非所问。比如没问你测量值是偏大或偏小，你就不要管啦，照方抓药准能治好病。另外，水的反常膨胀也要注意。就讲这多，听完了你还要照着去复习才有用。祝你期末考出好成绩，相信我，你没问题的。考完就可以快乐过春节啦。让咱们相约在新专辑中再见!
【第6.06讲】生活中的密度同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。人们通常挂在嘴边上的话：石头比木头重；铁块比铝块重。用我们学到的物理知识，同学们辨析一下，这两句话对吗？尽管这两句话听者都能明白，可这种说法是错的。应该说：石头的密度比木头的密度大，铁块的密度比铝块的密度大。密度与温度关系密切。一般情况下，物体都有热胀冷缩的性质。温度变化时，物体的质量是始终不变的，只有体积随温度变化，由ρ=m/V可知，密度也会随温度而变。温度变化时，气体的体积变动最大，密度变化最明显；固体和液体的体积受温度的影响要小些，密度变化没那么明显。在粗略考虑问题时，可以忽略温度变化对固体和液体密度的影响。（1）咱们先说温度对气体密度的影响。一定质量的气体，温度升高时体积增大，密度减小；温度降低时体积减小，密度增大。也就是说，温度高、密度小的气体会上升，温度低、密度大的气体会从周围过来填补，这就形成了对流。其实，液体一样的道理，也能形成对流。所以，形成对流的条件是：液体或气体下面的温度高，上面的温度低。当火灾发生时，物品燃烧产生的有毒气体和大量的二氧化碳气体由于温度很高，密度小上升到高处，所以逃生时应弓着腰行走，尽量呼吸低处的空气。（2）再来说说，水的密度与温度的关系。水在4℃以上时，符合热胀冷缩的规律。但水在4℃以下时，会出现“反常膨胀”，不是热胀冷缩，反而是热缩冷涨。所以一定质量的水，在4℃时体积最小，密度最大。水结成冰以后，体积又变大，密度变小。所以，表面结冰的湖水，由上至下，其密度是逐渐增大的，温度也是逐渐升高的，湖底的水温可以维持在4℃。密度在生产、生活中有着广泛地应用，典型的应用有：1. 农业上利用密度的知识选种。2. 扬场时也是利用物质的密度不同将农作物、砂石、草屑分开的。3. 工业上利用密度选择合适的材料。4. 调酒师利用不同饮品的密度差别调制出了分层的鸡尾酒。5. 计算不易直接测量的物体的质量；也可以计算不易直接测量的物体的体积。6. 利用密度的知识鉴别物质、选矿等。【思考题】 1. 燃气泄漏报警器，接触到一定量的泄露气体时，会报警。问报警器是安装在高处好，还是安装在低处好？2. 判断某个物体是实心的还是空心的，你能想到几种方法？好啦，咱们下一讲再见！【备课手稿】
【第6.05讲】密度测量的6大妙招同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。这一讲我们讨论如何测量物质的密度。我总结了6大妙招，有此6招，几乎可以将密度测量的难题一网打尽。测物质的密度有多种方法，以后还会继续谈。今天我们只谈利用密度的定义ρ=m/V来测量密度。由ρ=m/V可知，只要测出某物体的质量m，和它的体积V，就可以算出该物质的密度啦。质量可以用天平测量，这个我们已经学过了，很简单。所以问题就只剩下，如何测体积了。测体积，听起来很简单，具体情况还是比较复杂的。最简单的两种情况，就是液体的体积或者形状规则的固体的体积。不需要什么特别的妙招。液体的体积可以直接用量筒测量。形状规则的固体。比如一个球形的铁球，或者一个长方体形状的木块等等。测它们的体积，只需要量出其边长、直径，然后就可以用相应的体积公式计算出来。如果是形状不规则的固体，比如一块小石头，该怎么办呢？乌鸦喝水的故事，听过吧？乌鸦够不着瓶里的水，就向水里扔石头，石头会把水位抬高。咱们也可以借鉴这个办法。将小石头放到水中，然后看看水的体积增加了多少，石头排开水所增加的体积就是石头的体积啦。我们可以把这种方法简称为“排水法”。妙招1：排水法。针对形状不规则的固体，如果能在水中下沉，且不溶于水，可用排水法间接的测出其体积。具体做法是：（1）先往量筒中倒入适量的水，读出水的体积V1；（2）再将小石头用细线拴住，缓慢地浸没到量筒的水中，读出石头和水的总体积V2；（3）用V2减去V1，就是石头的体积。注意：加入量筒中的水要适量，适量的意思就是，水量足以浸没固体，并且固体浸没后，水面又不超过量筒的量程。如果是在水中漂浮的物体，又怎么办呢？比如一个不规则形状的小木块。妙招2：既然它不沉，那我们就想办法帮助它沉下去。可以用一根很细的针或者铁丝，把木块压到水里去。因为针很细，针占的体积可以忽略，体积计算方法跟刚才讲的“排水法”是一样的。你还能想到别的什么方法吗？妙招3：还可以在木块上绑一个重物，比如绑一个铁块，也能帮助它沉到水下去。只是这个时候你需要考虑这个铁块的体积了，具体的做法是：（1）首先还是往量筒中加入适量的水，再将铁块单独沉入水中，读出水和铁块的体积V1；（2）取出铁块，将铁块与被测的木块绑在一起，沉入水中，读出此时量筒水位的读数V2；（3）用V2减去V1，也就是木块的体积。上面说的方法，都只适合于体积较小，可以放入量筒中的物体，如果是量筒装不下的物体怎么办呢？妙招4：较大的不溶于水的固体，可以用溢水法。所谓“溢水法”，就是在溢水杯中装满水，再将物体浸没在溢水杯的水中，水自然会溢出。我们接住溢出的水，然后用量筒测量溢出的水的体积，这个体积就是被测物体的体积啦。如果你没有溢水杯，用一个倾斜的烧杯装满水，也可以起到同样的效果。另外，溢出的水最好能直接流入量筒中，这样可以减少损失，如果由另一容器中转，测出的体积容易偏小。那如果是吸水的固体，比如一块陶瓷，能不能用排水法呢？妙招5：吸水材料它的体积应该是，排开水的体积再减去吸收水的体积。如果直接用排水法测体积会使体积测量值偏小，密度的测量值偏大。怎么办呢？如果你测量时动作够快，物体还没来得及吸多少水，就已经测完了，那这点小误差就可以忽略掉了。更精确的做法呢，是先让它吸饱水，再用排水法测量体积。注意要在它吸水之前，先称出它的质量。如果可溶于水的物体，比如一块冰糖，又有什么办法呢？妙招6：物体溶于水会有一个饱和的浓度，达到饱和之后再添加就不会继续溶解了。对于可溶于水的固体，用其饱和溶液来替代水，就可以使用“排水法”了。还有一种办法，就是用面粉或者细砂来代替水，这些变通的办法都可以测出其体积。【小结一下】 利用ρ=m/V来测量密度，由于质量很容易用天平测量，所以问题转化为如何测量体积的难题。针对不同的被测物，体积测量有6大妙招，其根本原理都是出自“排水法”，但是需要根据被测物的具体情况，灵活变通。如果被测物不沉于水，就需要用针压，或者绑重物，帮助其下沉；如果量筒装不下，就用溢水杯代替，同样还是测量排出水的体积；如果被测物自身能吸水，就让它先吸饱水再测体积；如果被测物能溶于水，就用饱和溶液或者面粉、细砂之类的代替水。总有一招能解决问题。【思考题】利用密度的定义式ρ=m/V测密度，如果只有天平，没有量筒，能测出密度吗？下一讲再见！【备课手稿】
【第6.04讲】认识量筒同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。前面我们学习了测量质量的工具——天平，现在我们来认识一个测量体积的工具——量筒。量筒是测量液体体积常用的测量工具之一，日后你学化学的时候，还会接触到容量瓶、移液管等更多的测液体体积的工具。物理课目前只要掌握量筒就可以了。量筒一般都是瘦瘦高高的，一个带有刻度的玻璃筒子。为什么要把量筒做成这个样子呢？这是为了提高测量的精度，与量杯或者带刻度的烧杯相比，量筒的精度更高。加入同样多的液体，瘦瘦高高的量筒，它的液面变化更明显。试想，如果你用洗澡盆一样的容器来量液体的体积，加入一点点水是看不出液面起伏变化的。所以瘦瘦高高的量筒，更适合精确测量液体的体积。根据量程，量筒有大有小，该选用多大的合适呢？为了减小测量误差，在选择量筒时，要尽量选量程稍大于液体体积的量筒，这样能一次性测出结果，避免分多次测量累积误差。但也不可选择过大的量筒，因为量筒越大，分度值也越大，测量精度也就低了。使用量筒时，首先要注意看清楚它的单位、量程、分度值和适用温度。液体的体积通常用升（L）或毫升（mL）表示，所以，量筒上刻度的单位多数是mL。1mL相当于1立方厘米；1L相当于1立方分米，也就是1000mL。量筒最上面的刻度是该量筒的量程，也就是它能测量的最大的体积。刻度中的每一个小格，表示的是量筒的分度值，也就是它能读出的最小的体积。注意观察量筒上的标签，每个量筒上都会标注一个温度值，最常见的是20℃，这个温度是量筒的适用温度，环境温度高于或低于这个温度，都会加大误差。如果需要测量热的或冰的液体，你需要快速的操作，在量筒自身温度明显被改变之前完成读数。量筒读数也是有讲究的。液体装进量筒后，液面一般都不是平面，要么是凹面、要么是凸面。读数时要注意，视线要与凹面的底部或者凸面的顶部相平。否则读数不准。如果俯视，读数会偏大；如果仰视，读数会偏小。另外还要注意，读数时量筒要放在水平台面上，不能将量筒拿在手上读数。另外，使用量筒时，还有两点需要注意：1. 不可将量筒立在天平的托盘上称量，因为这样量筒很容易倾倒。如果想测量量筒中液体的质量，需要将液体倒出至烧杯中，然后再用天平称量。2. 量筒是测量工具，不可用作长期储存的容器。【小结一下】量筒是测量液体体积的测量工具。使用量筒前应注意其单位、量程、分度值和适用温度。量筒中液面一般是凹面或凸面，读数时，视线要与凹面的底部或凸面的顶部相平。【思考题】既然已经知道了用烧杯测体积并不精确，那为什么还要在每个烧杯上都刻上表示体积的刻度线呢？好了，下一讲再见！
【第6. 3讲】密度还是那个密度同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。同学们应该有这样的生活经验，同样大小的石头和木头，石头重，木头轻。知道原因吗？原因就是物质结构的疏密程度不同。石头的结构紧密，木头的结构疏松。这样两种相差比较大的物体，一掂量就知道了。如果掂量不出来的时候，又该怎样比较它们之间的差异呢？有两种方法：一、体积相同比质量，质量大的结构紧密；二、质量相同比体积，体积小的结构紧密。当质量、体积都不相同时怎么办呢？那就求质量和体积的比值，比值大的结构紧密，比值小的结构疏松。这种求比值的方法实际就是上述的第一种方法，体积相同比质量。因为体积作除数，得到的就是同样的单位体积的质量。想想，这种思想方法之前用过没有？在机械运动中比较物体运动的快慢，用的就是这种思想方法，没忘记吧。课本上有实验探究，得出的结论和理论推理是一致的：1. 同种物质，质量体积比是一定的，即同种物质，质量与体积成正比；2. 不同物质，质量体积比一般是不相等的。所以，物质的质量体积比是物质的一种特性，它反映了物质结构的疏密程度，即物质的密度。所谓“密度”，“密”是疏密，“度”是程度，疏密程度就叫做“密度”，这种思想方法，似曾相识吧？由密度的定义可知，密度的计算公式为ρ=m/V，其中ρ表示密度，m表示质量，V表示体积。密度的单位是一个复合单位，是由质量m的单位和体积V的单位复合而成，是这两个单位的比值。所以密度的单位是：kg/m³或者g/cm³。它们之间的换算关系是：1 g/cm³ = 1000 kg/m³。这也不用死记，把1kg变成10^3g，1m³变成10^6cm³，然后约分，就可以得到它们之间的互换关系了。密度的公式，我们要理解它只是“定义公式”，或者叫“测量公式”，千万不能由此生出这样的结论来：“密度与质量成正比，与体积成反比”。这样的说法就大错特错了！密度是物质的本质属性之一，同种物质的密度并不随体积或质量的增减而变化。因为，同种物质组成的物体，如果质量增大几倍，同时其体积也一定会同样增大几倍，结果两者的比值，也就是密度，仍保持不变。要始终抓住密度是物质结构的疏密程度，这个核心概念，同种物质其结构的疏密程度是一定的，与质量或体积均无关。例如：一大块海绵，它是松松软软的，难道一小块海绵就不是松松软软的了吗？显然，海绵的密度还是那个密度。课本上的密度表列举了一些固体、液体和气体的密度，仔细研究下这些密度值，还可以得出不少知识点：1. 不同的物质密度一般是不同的。但是反过来，密度相同的，不一定就是同一种物质。2. 一般情况下，固体的密度 > 液体的密度 > 气体的密度。3. 同种物质的密度与它的状态有关，比如水变成冰，密度也变小了。4. 水的密度，你需要背下来。常温常压下，水的密度为1g/cm³，即1000 kg/m³。由此可知：1m³的水，质量是1000kg，也就是1吨。1cm³的水，也就是1mL水，大概2滴左右，它的质量是1g。【小结一下】1. 某种物质组成的物体的质量与它的体积之比叫作这种物质的密度。它表示物体结构的疏密程度。2. 同种物质，质量与体积成正比。但不能说“密度与质量成正比，与体积成反比”。3. 常温常压下，水的密度为1 g/cm³，即1000 kg/m³。【思考题】物质的密度与其温度有关吗？与压力有关吗？下一讲我们再聊如何测量密度，咱们下一讲再见！【备课手稿】
【第6.02讲】你真的了解天平吗？同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。我们已经知道质量是物体所含物质的数量，可这个数量到底是多少，必须经过测量才知道。生活中通常用称来测量物体的质量。常见的称有杆秤、案秤、台秤、电子秤等。实验室用天平来测量物体的质量。等臂天平的原理是，当横梁平衡时，左右两盘中物体的质量相等。此时，右盘中砝码的质量与游码的读数之和，就是被测物体的质量。只有横梁处于水平位置，也就是两臂平衡了，才能称出准确的结果，否则测量无效。这也就是天平为什么要叫“天平”了。调平衡是每次使用天平开始称量前都要做的重要步骤，包括三步：第1步：把天平放在水平台上。为什么一定要放水平台上呢？若台面是倾斜的，天平横梁水平时指针不在正中，这样无法准确判断是否已水平。如果倾斜特别严重的话，还会阻碍横梁的摆动，无法测量。第2步：把游码移到标尺左端的零刻度处。如果没这样做，测量时，粗心的人绝对要犯错，细心的人也多有不便。第3步：调节横梁上的平衡螺母，使指针指在分度盘的正中央。归纳起来就是“一放、二移、三调节”。调平衡的第3步要求指针停留在分度盘的正中央，一般需要等较长的时间横梁才会静止下来。如果你不想等，也可以在指针摆动时注意观察，指针在分度盘中央刻度两边摆动的幅度，如果向两边摆动的幅度相等，也可以认为是平衡的。为什么呢？因为，只要两边摆动幅度相等，它停下来以后，指针一定会停在分度盘中央刻度的位置。此时，如果指针往左摆得多，往右摆得少，应该怎么调平衡螺母啊？这种情况是左边重了，所以要把平衡螺母往右调。反之亦然，如果向右摆得多，则向左调平衡螺母。需要注意的是，天平调平衡后就不能再移动了。如果非要移动不可，那就要重新调平衡。调平衡之后就可以开始称量了。那被测物体是放在左盘好，还是放在右盘好？注意我问的是好与不好，而不是行与不行。我们都知道“左物右码”，也就是被测物体放在左盘中，砝码放在右盘中。那是因为标尺的零刻度线在左边，刚才调平衡的时候游码就已经位于标尺的最左侧了。向右移动游码，相当于往右盘中添加砝码。所以是“左物右码”。这样，砝码的质量和游码的读数之和才等于被测物体的质量。现在问题来了，如果非要反过来，“左码右物”，你能否称出物体的质量来？其实也可以称得出来。此时 游码的读数 + 物体的质量 = 砝码的质量，所以物体的实际质量就应该是砝码的质量与游码读数之差，用所有砝码的质量减去游码读数才是被测物体的实际质量。跟“左物右码”比，这样太麻烦了。加减砝码的顺序应该由大到小好，还是由小到大好？当然是由大到小更好。因为砝码的质量是逐渐接近物体的质量，最后差一点就移动游码。称好后，放回砝码也是由大到小夹进盒子里，这样可以避免天平一直上下摆动。标尺上的示数是游码左边对齐的刻度。知道为什么吗？因为游码移动到零刻度时就是左边与零刻度对齐的。如果标尺上1g被分成5等分，每一小格就是0.2g。这个就是天平的感量，也就是说加减0.2g天平有感觉，再少，天平就感觉不出来了。例如，某一物体质量约28g。称量时，先往右盘夹进一个20g的砝码，注意要轻拿轻放。接下来该如何操作啊？这是经常考的题目。20g离28g还差的很远，接下来当然是继续往右盘加砝码，再夹进一个10g的砝码，发现多了，只好退下来，换一个5g的放上，还差一点。又没有更小的砝码了，这时就要移动游码。向右移动游码，大概移3个大格子，也就是大约3g吧，调节游码至天平平衡就可以读数了。天平是一种十分精密的仪器，使用时还要再注意几点：1. 每架天平都有自己的称量——就是与该天平配套的砝码盒上所标的质量。也都有自己的感量——也就是天平能够测量的最小质量。被测物体不能超过天平的称量，否则会损坏天平；也不能低于天平的感量，低于感量是称不出来的。2. 一定要用镊子。为什么呢？加减砝码和移动游码，都不可以直接用手。这是为了避免手上的汗弄到砝码或者游码上，使其生锈。锈了，砝码或游码的质量就不标准了。3. 不能直接称量潮湿的物体或化学药品。4. 天平用完后，游码要归零，砝码要放回盒子，两托盘要叠放在一侧。为什么要把托盘叠放在一起呢？如果还是一边一个托盘，天平横梁会上下摇摆，容易损坏天平。叠放在一起，就压住了，不会摇摆。【小结一下】咱们用一首打油诗来总结使用天平的注意事项：天平搁置要水平，游码移到标尺零。左低螺母向右调，平衡指针中央停。左物右码别放错，取用镊子方可行。先大后小加砝码，掌握诀窍读数灵。标尺分度要看清，游码左指刻度明。湿化慎称不超量，称量完毕复原形。【思考题】1. 天平调平衡了，可游码没有归零，能称质量吗？如果能，怎么操作？2. 天平是好的，可砝码不见了，能称质量吗？如果能，怎么操作？好了，今天就到这儿，下一讲再见。【备课手稿】
【第6.01讲】质量知多少同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。今天我们一起来探讨一个新的物理量——质量，也就是物体所含物质的多少。万事万物都有个多少之分。回想一下，生活中我们怎么计量东西的多少？——买螃蟹的时候，我们会说“来5只螃蟹”。这是通过个数来衡量东西的多少。——家里用自来水或者天然气，水表或者气表，会显示用了多少立方。这个立方是体积的单位，我们是在用体积来衡量水和气的多少。——我们有时还会通过长度来衡量布料等材料的多少，比如1尺红头绳，2米蓝布等。——最常见的，还用“斤”、“两”做单位来衡量东西的多少。这里的“斤”、“两”，就是质量的单位。你看，衡量东西的多少，可以从不同的侧面来描述。今天我们要讨论的是从质量的角度来衡量多少。质量的“质”是物质；质量的“量”就是数量；合起来，物体所含物质的数量，就是“质量”。好记吧？也好懂。一个物体的形状、状态、位置、温度是会发生改变的，但它所含的物质的多少是不会改变的。——比如一支钢笔，宇航员把它带到太空，甚至带到月亮上，这支笔所含物质的多少会变吗？不会。因此这支笔的质量不变。物体的质量不随它的位置的改变而改变。——再比如，一块橡皮泥，你想捏个啥样就是个啥样，只要不损失，它的质量会变吗？当然也不会。说明物体的质量不随它的形状的改变而改变。——还有，1千克水，假设没有损失，快速冻成冰，冰的质量是多少？仍然是1kg。这说明物体的质量不随它的状态的改变而改变。——同样的，物体的质量也不随温度或其它的环境因素的改变而改变。综上，物体的质量与它的形状、状态、位置、温度均无关，是物体本身的一种固有属性。注意，平常老说“提高产品质量”，“这个东西质量真好”，“那个东西质量太差”，跟我们今天所谈的“质量”，完全不是一回事。学了物理以后，要把这两个“质量”区分开。既然质量有多有少，必然得有单位。在国际单位制中，质量的主单位是千克，符号是kg。实际中常用到的质量的单位还有：吨（t）、克（g）、毫克（mg），它们之间的转换关系是：1t=1000kg，1kg=1000g，1g=1000mg。我们国家市场上的质量单位是：斤、两、钱。1斤=10两，1两=10钱。它们和国际单位的关系是：1斤=500g=0.5kg，即1kg=2斤，有时也把1kg俗称为1公斤。生活中人们常说一个人的体重50kg，一个鸡蛋重50g，一袋盐重500g，把这些认为是重量，这是错误的习惯说法，其实统统都是指物体的质量。学到后面就会知道，重量是重力的大小。【小结一下】物体所含物质的多少叫做质量。物体的质量与它的形状、状态、位置、温度均无关，是物体本身的一种固有属性。质量的国际单位是千克，常用单位还有吨、克、毫克，以及斤、两、钱等。【思考题】宇宙飞船中的宇航员完全失重是飘的，他们的质量改变没？这一讲我们到这儿就结束了。下一讲我们再聊质量的测量。下一讲再见！
【第5章小结】同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。第5章的内容结束了。至此，咱们初中物理关于光学的内容，全部学完了。光，在“力热声光电”这5个分支中，占的比重比较小，除了声最少，只有一章，其次就是光，两章就讲完了。上一章认识了光，了解了光的基本性质，包括直线传播、反射和折射。这一章介绍了透镜及透镜的应用，重点是凸透镜。这一章，我们需要掌握的知识点有：1. 透镜包括凸透镜和凹透镜，中间厚、边缘薄的是凸透镜；边缘厚、中间薄的是凹透镜。凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用。2. 跟主光轴平行的光通过凸透镜，会聚于焦点。从焦点发出的光线，通过凸透镜变成平行光。焦点到凸透镜光心的距离叫做焦距。焦距可以表征透镜的折光能力，凸透镜的焦距越小，对光的会聚作用就越强。3. 凸透镜的成像的规律：当物距大于2倍焦距时，成倒立、缩小的实像。典型应用是照相机。当物距等于2倍焦距时，成倒立、等大的实像。当物距小于2倍焦距、大于焦距时，成倒立、放大的实像。典型应用是投影仪。当物距小于焦距时，成正立、放大的虚像。典型应用是放大镜。以上规律总结成四句口诀是：一焦分虚实，二焦分大小。虚像正，实像倒。虚像大，实像有大也有小。实像：物近像远大，物远像近小。虚像：物远像变大，物近像变小。4. 显微镜和望远镜的物镜都成实像，望远镜的物镜成倒立、缩小的实像；显微镜的物镜成倒立、放大的实像。显微镜和望远镜的目镜都成虚像，它的作用是放大物镜所成的实像。5. 眼睛的光学原理与照相机很相似。普通照相机的镜头焦距是一定的。要使远近不同的物体在底片上成清晰的像，照相机的方法是：移动镜头，来改变像距。人的眼睛，像距是一定的。要使远近不同的物体在视网膜上成清晰的像，眼睛的办法是：调节晶状体的形状，来改变焦距。通过近视眼镜（凹透镜）的发散作用和远视眼镜（凸透镜）的会聚作用，可以在视网膜上得到物体的清晰的像，从而达到矫正视力的目的。 【第6章预告】“力热声光电”当中，占比例最大的是力和电。它们是初中物理的重头戏。八年级下整个学期的主要内容都是力。我们现在学的八年级上，作为入门，除了电以外，其它各个分支都涉及一点，也是为了更深入的学习打基础。第1章，我们学习了关于运动的基本知识，下一章我们要学习质量和密度，这些内容都是在为我们下学期深入学习力学做准备。所以学好第6章，是你在初二下学期取得物理好成绩的重要基础。咱们下一章再见！
【第5.06讲】最精密的照相机——眼睛同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。前面我们聊过了放大镜、幻灯机、照相机、望远镜、显微镜，人们发明的光学仪器结构越来越精密。你觉得最精密的光学结构是什么呢？我觉得世上最精密的莫过于眼睛。无论多么美丽的画面，都得靠眼睛看，才能感受到它的美啊。据说，人类通过各种感官所获得的信息中，视觉信息占到百分之七、八十。那眼睛究竟是如何获取信息的呢？首先，我们要了解眼睛的结构。眼睛的构造极其精密。主要的结构，由外至内依次有：角膜、瞳孔、晶状体、睫状体、视网膜等。你可以参看课程文稿的图1，这个图比课本上的插图更清晰一些，你一看就明白了。图1：眼睛的结构人眼就像一台照相机，而且是一台可变焦的高级相机。透明的晶状体和角膜，相当于照相机的镜头，起到凸透镜的作用。视网膜相当于照相机的底片，可以感光。跟照相机一样，物体在视网膜上成的是倒立、缩小的实像。这符合“物远像近小”的规律。睫状体有几组肌肉，通过肌肉收缩、放松，可以调节晶状体的形状，从而改变晶状体的焦距，使远近不同的物体都能在视网膜上清晰成像。比如，当看近处物体时，物近像远大，像距增大，成像的位置退到视网膜后方去了。怎么办呢？眼球只有那么大，视网膜又不能后退。这时，睫状体收缩使晶状体变凸，折光能力增强，焦距变短，成像的位置又回到了视网膜上，就可以看清近处的景物了。同样的，看远处的景物时，睫状体就放松，晶状体变得扁平，折光能力减弱，焦距变长。这样，远处的景物也能看清了。不论看远处还是近处，像距都是一样的，改变的是晶状体的焦距。这就是眼睛大致的光学原理。你可以通过一个简单的动作，感受一下眼睛调焦的过程。伸出你的手指，对准远处的山，你能同时看清自己的手指和远山上的细节吗？交替观察的过程，就是你的眼睛调焦的过程。通过眼睛调焦，能让远处和近处的景物都在视网膜上清晰成像，但也有一个范围，超出这个范围也会看不清。这个清晰的范围内最远的点叫做远点，最近的点叫近点。正常的眼睛远点在无限远处，近点大约在眼前10cm处。你把手指放在鼻尖处，就无法看清楚，就是因为太近了，超出了近点的范围。正常眼睛看近处景物最轻松的距离，大约是25cm。这个距离被称为明视距离，也是医生建议你，看书、写字时应该保持的，眼睛与书本的距离。如果你不听医生的建议，长期趴在书桌上近距离看书，就会让晶状体长时间处于凸起状态，时间久了，就像拉长了的弹簧一样，回不去了。这个时候，你再想看远处，由于晶状体无法恢复扁平状态，成像位于视网膜的前方，看到的物体就是模糊不清的。这也就是所谓的近视眼，只能看清近处的物体，看不清远处。正常眼睛的远点在无限远，近视眼的远点在眼前的某个有限距离处。这时候，你就需要近视眼镜来帮忙啦。近视眼镜是凹透镜。我们知道，凹透镜能发散光线。它能削弱晶状体的会聚能力，从而纠正视力，看清远处物体。其效果就相当于，正常眼睛看远景时，晶状体自动调节变扁平，使像成在视网膜上。反过来也一样，如果是晶状体变得过于扁平，凸不起来了，那就成了远视眼，看不清近处。随着年龄增长，晶状体逐渐硬化、增厚，而且睫状体的调节能力也随之减退，也会出现这种看近处模糊的情况，也就是我们所说的老花眼。远视眼和老花眼都需要戴凸透镜的眼镜，帮助眼睛聚焦。其实眼睛还有一项调节功能，原理也跟照相机很相似，那就是瞳孔。它的作用就相当于照相机的光圈，能够调节进入眼睛的光线的多少，从而适应不同亮度的环境。在明亮的阳光下，瞳孔收缩，减少进光量；在昏暗的星光下，瞳孔散大，增加进光量。这样可以保证视网膜上所成的像，不至于太亮、也不至于太暗，我们才能在白天和夜晚都能看得见。但是，瞳孔的调节能力也是有限的，太过于强烈的光线，还是会对眼睛造成伤害，比如电焊的火花，阳光下的雪原等等。【小结一下】我们再来对比一下，人眼与照相机原理的异同：普通照相机的镜头焦距是一定的。要使远近不同的物体在底片上成清晰的像，照相机的方法是：移动镜头，来改变像距。人的眼睛，像距是一定的。要使远近不同的物体在视网膜上成清晰的像，眼睛的办法是：调节晶状体的形状，来改变焦距。【思考题】现在戴眼镜的同学越来越多，如何避免近视眼，结合这一讲的知识，你能想到哪些对策？好了，下一讲再见！【备课手稿】
【第5.05讲】改变世界的2阶透镜同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。上一讲，我们谈过放大镜、照相机和投影仪，这些被我称为“1阶应用”的设备。今天我们来聊聊更牛的2阶应用——望远镜和显微镜。这两项发明都是曾经引起轰动的伟大发明。望远镜的故事起于意大利著名的水城威尼斯。16世纪的威尼斯，各种晶莹剔透的玻璃饰品大为流行。在当时，高档玻璃饰品是时尚的象征，也是财富的象征。这推动了玻璃制造工艺的革命。当地的民间杂耍中出现了一种“间谍玻璃”，能让凡人看得更远。这种装备很快被当地一些商人利用，他们得以提前看到货船进港，从而能比别的商人先调整价格。但是这种由两块玻璃片组成的简易装置，效果并不理想。同在意大利的伽利略，看出了“间谍玻璃”背后更重大的意义。1609年夏天，他改进了“间谍玻璃”，不仅加上了镜筒，看得也更远、更清晰，第一代望远镜就此问世。据说，他将这一技术的独家生产权卖给了威尼斯政府。但他没有止步于此，他将望远镜对准了星空。很快就有了许多重大发现，比如他观测到木星的卫星。这一发现引起了轰动，因为木星的卫星没有像“地心说”描述的那样，围绕地球旋转，而是围绕木星旋转的。德国的开普勒，也是一个天文学家。听说了伽利略的天文新发现之后，开普勒也开始研究望远镜，并且设计出一款新的，可以看得更远的望远镜。在他1611年发表的《折光学》一书中就有记载。这种望远镜由两组凸透镜组成，后来人们把这一类的望远镜都称为开普勒式望远镜，常用于天文观测。开普勒式望远镜有一个物镜和一个目镜，两者都是凸透镜。物镜有拉近距离的作用，远处物体发出的光线通过物镜，成倒立、缩小的实像，这个像离观察者的距离比物体的实际距离近得多。而目镜的作用，就相当于一个放大镜，将物镜所成的那个缩小的实像放大，成一个肉眼可观测到的虚像。这里要提醒一点，经过两次成像，望远镜最终所成的像，仍然比物体要小。那为什么我们通过望远镜观察，感觉看到的景物变大了呢？这主要是“近大远小”的缘故。还记得欧几里得的故事吗？2千多年前，欧几里得就提出过同样的问题，为什么我们伸出的手指与远处山上的神殿柱子，看起来一样长。我们可以用“视角”来衡量一个物体在人眼中看起来的大小。视角也就是从物体进入人眼的光线之间最大的张角。视角越大，物体看起来的感觉就越大。它不仅跟物体本身的实际大小有关，还跟物体到眼睛的距离有关。同样的物体，越近，它的视角也会越大。我们用望远镜，虽然看到的像比实物小，但它离眼睛的距离比实物近得多，所以我们感觉它好像被放大了一样。无论什么类型的望远镜，它的物镜都有会聚光线的作用。物镜的口径一般都比较大，因为口径越大，进入望远镜的光线就越多，所成的像也越明亮。这有利于在天文观测时看到更暗的星。比如著名的哈勃太空望远镜，它的口径有2.4m；被誉为“中国天眼”的球面射电望远镜，口径更是达到了惊人的500m，是目前世界上单口径最大、灵敏度最高的射电望远镜。图1： “中国天眼”500米口径球面射电望远镜（FAST）望远镜极大地扩展了人类认知的边界，从有限的太阳系，推向了无比辽阔的深空。同样的，显微镜对人类的影响也不小，它开启了人们从未见过的微观世界。你可以想象得到，当人类第一次知道，就在我们身边，还有无数肉眼看不见的“小怪物”，在与我们共存，该有多么的震惊！说到显微镜，不能不提到两位“胡克”，一位是英国皇家学会的科学家罗伯特·胡克，另一位是荷兰的商人、民间科学家列文虎克。他们俩年龄只差3岁。列文虎克经营布料生意，需要观察布料的线头，但他不满足于普通放大镜的效果。同时，他还非常热衷于玻璃加工，也认识很多意大利的镜片制造商。这些条件使他成为制作显微镜的高手。列文虎克一生制作了500多个光学镜头，25台不同类型的显微镜，现在存世的有9台，其中放大倍数最大的有275倍。列文虎克用他的显微镜观测了滴虫、肌肉纤维等等。但他一生没有著作，他的所有成果都是通过与皇家学会通信的形式传世的。图2：胡克画的跳蚤罗伯特·胡克使用别人造的显微镜来观察。1665年，他出版了一本专著《显微图片》，其中有很多他用显微镜或望远镜观察到的图像，手绘的图片非常精细。他还在这本书中首次提出了细胞的概念。罗伯特·胡克的成就，还远不止于此，比如高中会学到关于弹力的“胡克定律”，也是他提出的。我们知道，用一个凸透镜就可以放大微小的物体。但是，一个凸透镜能够放大的倍数毕竟有限。列文虎克的办法是，用两组凸透镜，两次放大就更大了。靠近物体的凸透镜叫物镜，靠近眼睛的叫目镜。假如物镜能放大10倍，目镜又将物镜所成的像再放大10倍，结果就放大了100倍。注意，这里是乘积关系。物镜就像幻灯机镜头，光线通过物镜，成倒立、放大的实像；目镜就像放大镜，将物镜所成的像再次放大，成放大的虚像。需要注意的是，显微镜的物镜和目镜都使物体放大，但成像原理不同。物镜的焦距短，物体位于1倍焦距和2倍焦距之间，成倒立、放大的实像，像位于2倍焦距之外。目镜的焦距长，物体位于焦距以内，成正立、放大的虚像。所以，物镜和目镜是不能随意互换的。现代显微镜，在载物台下面，还有一个反光镜，它可以是平面镜、也可以是凹面镜，主要作用是将光线反射到标本上，让视野更明亮。也可以用聚光灯代替反光镜。为了让光线容易穿透标本，制作标本时需要将样品切成很薄的切片。【小结一下】无论望远镜还是显微镜，物镜都成实像，望远镜的物镜成倒立、缩小的实像；显微镜的物镜成倒立、放大的实像。无论望远镜还是显微镜，目镜都成虚像，它的作用是放大物镜所成的实像。【思考题】物镜所成的实像不需要一个光屏来承接吗？今天就到这儿，咱们下一讲再见！【补充资料】显微镜究竟是谁第一个发明的？这个问题，一直有争议。多数人认为，是一位名叫德雷贝尔的工程师，荷兰人。因为有人在游记中记载，1619年就见过他造的显微镜。又有记载说，伽利略在改造望远镜的过程中，也造出了一种有放大效果的装置，可能比德雷贝尔更早。后来伽利略于1624年见到了德雷贝尔的显微镜，又做了一些改进。【备课手稿】
【第5.04讲】凸透镜成像1阶应用同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。我们已经知道了凸透镜的成像规律，这些规律在生活中都有应用吗？这一讲我们就来谈谈它们的应用。我们先来聊聊放大镜。放大镜的结构很简单，就是一个凸透镜。上一讲我们已经知道，放大镜成的是正立、放大的虚像，物距u < f。所以它适用“物远像变大，物近像变小”的规律。放大镜离物体越近，成像越小；离物体越远，成像越大。但是，如果离得太远，达到或超过焦距，就看不到像了。为了方便使用，放大镜一般选用焦距比较大的凸透镜。接下来，我们一起探究照相机的原理。随着技术的发展，我们所用的照相机变得越来越小。最开始只有照相馆里有，那个照相机有一个箱子那么大，还要藏在一块黑布底下。后来逐渐普及了胶卷，相机变成可随身携带的物件，可以塞进旅行背包里。现在几乎人人都是摄影师，每个人的手机几乎都有照相功能，其中的摄像头等模块大概只有指甲盖那么大一点。不论相机是大还是小，它们都有一个镜头和一个感光元件。镜头的作用相当于凸透镜，它可能是一个透镜，也可能是为了照片更完美，而精心搭配的一组透镜。感光元件的作用相当于光屏，胶片机用的可以感光的底片作为感光元件，数码相机用的是电子元件来感光。镜头到感光元件的距离是像距，被拍摄的景物到镜头的距离是物距。显然，物距比像距要大得多，物体的尺寸也比感光元件的尺寸大得多。所以，照相机的原理适用“物远像近小”这一规律。物距u>2f，像距位于1倍焦距和2倍焦距之间，成倒立缩小的实像。我们使用相机的时候，看到的像往往并不是倒立的，那是因为相机并没让我们直接观看镜头所成的像，而是被加工成正立的图像再给我们看的。一般相机中的胶片或电子感光元件的位置都是固定的，它不像我们做实验时的光屏，可以前后移动。那相机是如何调整像距，以适应远近不同的各种景物的呢？胶片是死的，人脑是活的呀。让镜头移动不也一样可以嘛。摄影中所说的“调焦”，实际就是前后移动镜头，使光屏上的像变清晰。如果拍摄一个人的特写，都希望像大一点，这时你需要拿着相机前进，离被拍的人更近一些，“物近”才“像远大”嘛。像是大了，可也变远了。没关系，重新调焦，把镜头往前伸，就可以得到清晰的照片了。一“进”、一“伸”，两个动作搞定。不过，你要知道，单人特写的像是大了，突出了个人，同时，照片包含的景物可就少了。拍近处的景物，与拍单人特写同理，“进伸”就可以了。如果是拍集体照，人多，范围大。这时你就要拿着相机后退，离被拍的人远些，否则会有人拍不进画面。可“物远像近小”哇，像也近了。因此，还得将镜头向后缩。这样就得到了清晰的照片。也是两个动作：“退”、“缩”。这里“小”的意思，不是说照片变小了，而是照片中每个人的像很小，而且人越多，个人的像就越小。没办法，事情就是这样的，有得必有失。拍远处的景物，与拍集体照同理同法，“退”、“缩”就是了。再来，我们说说投影仪和幻灯机。在投影仪流行之前，常用幻灯机，有时也叫投影仪。跟我们现在用的投影仪不同，幻灯机需要用幻灯片。幻灯片就像相机的底片一样，是一种透明的胶片，光线透过这种胶片可以呈现出图像。幻灯机的作用，就是用一束强光将幻灯片的图像投影到幕布上。每看完一张幻灯片，需要手动取下来，再换一张放上去。为了方便操作，很多幻灯机被造成水平放置幻灯片，光线向上投射。但是我们不能都去看天花板，于是又加一块平面镜，改变光路，让光线投射到墙上。同样的，幻灯机也有一个凸透镜，它能把幻灯片的图像放大，在幕布上形成一个放大的实像。注意观察，你会发现，幕布距离凸透镜比幻灯片远得多。因此幻灯机的成像原理是物距位于1倍焦距和2倍焦距之间，像距v>2f，成倒立、放大的实像。因为实像是倒立的，所以我们需要把幻灯片倒过来放，这样我们就可以看到正的图像了。若想成像更大一点，就将凸透镜向下调，减小物距，“物近像远大”，像就变大了，同时还要搬动幻灯机，退远一点，因为像变大的同时，像距也增大了。反之，若要成像小一些，就反其道而行之。现在常用的投影仪，幻灯片是数字化的，通过与电脑相连，将电脑中的图像投影到幕布上。但是其成像的原理也大同小异。还有包括电影放映机，也是类似的原理。虽然现在老式的幻灯机已经被淘汰了，但是考试还会考到这个内容，为了应试，你还是要掌握幻灯机的原理。【小结一下】放大镜、照相机、投影仪，这三个实例，正好对应凸透镜成像的三种阶段的成像规律。放大镜：u < f，成正立、放大的虚像。投影仪：f < u < 2f，成倒立、放大的实像。照相机：u>2f，成倒立、缩小的实像。【思考题】观众正在观看幻灯机投射的一个人物的照片，如果将幻灯片向人物的左手方向移动，墙上的投影会向哪个方向移动？这一讲我们聊的都是单一凸透镜成像，即便是相机镜头那样透镜组，其原理也可以等效为一个凸透镜。如果我们暂且给这种应用取个名字，叫“1阶应用”的话。那么，下一讲，我们要聊的就是，2阶应用甚至多阶应用，以显微镜和望远镜为代表，它们由多个透镜接续成像，实现了更牛的功能。而且，无论是显微镜还是望远镜的发明，它们都曾经改变过历史。咱们下一讲再见！【备课手稿】
【第5.03讲】为什么你的凸透镜不成像？上一讲，我们一起探究了凸透镜成像的规律。凸透镜成像实验，是比较重要的一个实验。有的同学做实验时，老是不成功，成不了清晰的像。我总结了实验中容易导致失败的地方，有这么3点注意事项。1.高度问题。光具座上凸透镜是放在蜡烛和光屏的中间，烛焰中心、透镜中心、光屏中心要调节到同一高度。否则，如果烛焰太高，它在光屏上的像就太低，甚至有可能超出光屏的范围。随着蜡烛逐渐燃烧，会慢慢变短，烛焰的高度也越来越低，在光屏上的像则越来越高，也有可能超出光屏之外去。这时，要注意适当调节高度。可以调高光屏，也可以换一根长蜡烛，还可以降低凸透镜的高度，使像回到光屏中央位置。想一想，这么调节的道理何在？2.物距。可能是蜡烛位于凸透镜的焦点位置，或者位于焦点以内。将蜡烛再放远一点试试。3.器材不合适。有可能是光具座的总长度小于4倍焦距。也可能是选用的凸透镜的焦距太长或者太短。还要提醒一点，像的大小与透镜的大小没有关系。只要物体上有光射到凸透镜上，无论透镜大小，都能成完整的像。即便是磨损了一半的透镜，或者是用纸板遮挡半边透镜，也完全不改变所成的像。只是，像没有原来那么亮了，因为通过透镜的光线少了。【思考题】凸透镜成实像是倒立的，这说的是像与物比较，上下颠倒。你有没有想过，它的左右是否颠倒呢？这个话题，就聊这么多。下一讲，我们开始运用前面学到的凸透镜成像规律，说说透镜在生活中的应用。下一讲再见！
【第5.02讲】凸透镜成像的10级秘籍同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。上一讲我们了解了透镜对光线的会聚或发散作用。那透镜能成像吗？当然可以。今天我们就一起来探究凸透镜成像的规律。凸透镜成像可不像平面镜成像。平面镜只成一种像，成正立等大的虚像。而凸透镜既能成实像，也能成虚像。所以规律也比较复杂一点，具体有哪些规律，课堂上都做过实验了。为了帮助记忆，有一些口诀。理解并记住这些口诀，这一章你可以练成7级功夫。如何才能达到10级呢？想要10级，需要你胸中有图像，腹有诗书气自华。随时能在脑海中浮现出相应的光路图，才算是深刻理解了规律，这样掌握的知识你总也不会忘。先回顾一下我们前一章聊到的实像与虚像。实像是实际光线相交而成的，可以用光屏承接；虚像是实际光线的反向延长线相交而成的，不能用光屏承接。结合发散和会聚，什么样的光线能成实像，什么样的光线能成虚像呢？首先说，平行光肯定是不能成像的，因为平行线永远不会相交。再来说，会聚的光线，它必然相交于某一点，所以一定成实像。最后，发散的光线，它的实际光线无法相交，但反向延长线相交于某一点，所以发散的光线能成虚像。总之就是：平行光不成像，会聚光线成实像，发散光线成虚像。我们将这个规律，用于凸透镜的成像。无论是点光源，还是漫反射的物体，所射出的光线都是发散的。而凸透镜有会聚作用。如果满足一定的“条件”，它就能将发散的光线聚拢，变成会聚光线，形成一个实像。所谓“条件”，关键就是物体到凸透镜的距离，即物距u。如果物体特别特别远，比如像太阳那么远，射到透镜上的光线，近似于平行光。我们知道，将平行光聚拢成一点，对于凸透镜来说，那是小菜一碟，很轻松的事儿，相交的点就是透镜另一侧的焦点。如果物距逐渐变小，射到透镜上的光线就越来越散开，任务也就越来越难了。但还是可以相交于某一点的，只是那个交点离透镜越来越远，透镜需要花更长的距离才能完成聚线成点的任务，也就是像距越来越大。物距减小的极限就是等于焦距，因为焦点处发出的光线刚好只能被聚拢成平行光，相当于像距无穷大。如果继续再靠近，连变成平行光都做不到了，折射之后还是发散光线，那就成虚像。通过凸透镜的会聚能力这个思路，我们初步理解了凸透镜成像的大概规律。通过实验，我们还能了解到更多的细节。下面，我们由远及近，逐步分解凸透镜成像的规律。当蜡烛特别远，物距超过2倍焦距，也就是u>2f时，凸透镜很轻松就可以让光线相交于一点，而且这一点的位置落在了凸透镜另一侧1倍焦距和2倍焦距之间，所成的像是倒立、缩小的实像。画图时，我们只要抓住两条关键的光线就可以了，一条是平行于主光轴的光线，它折射后经过焦点；另一条是经过光心的光线，它不改变方向。这两条线的相交的点，就是像点。随着物距的变化，第一条线的方向是不变的，只有第二条线的方向随之在改变。图1：烛焰位于2倍焦距以外当蜡烛从极远处逐渐靠近凸透镜，所成的像也会跟着往远处退。因为物距越小，聚线成点的任务越难，凸透镜需要花更长的距离才能将光线聚成点。像与物，就像在跳双人舞的一对情侣，你进我退。同时，像一边退一边还在慢慢变大。直到烛焰正好位于2倍焦距的位置时，像与物等距、等大。图2：烛焰位于2倍焦距处如果蜡烛再继续靠近凸透镜，当烛焰位于1倍焦距和2倍焦距之间，也就是f，像退到了2倍焦距之外，已经变得比物更大了。看来，像与物它们俩，是谁站的远，谁就强势啊。也就是所谓的：物近像远大，物远像近小。图3：烛焰位于1倍焦距与2倍焦距之间2倍焦距这个位置很关键，你看，它是实像大小的分界点。物距大于2倍焦距时，成缩小的实像；物距小于2倍焦距时，只要不小于1倍焦距，则成放大的实像。有一句口诀，叫作：二焦分大小。当烛焰位于焦点位置时，也就是u=f时，光线通过凸透镜折射后变成平行光，平行光线无法成像，光屏上只会出现一个模糊的光斑。图4：烛焰位于焦点处当蜡烛继续再靠近凸透镜，也就是u，凸透镜已经无法将光线聚成点了，经过透镜的光线还是发散的，发散光线成虚像。这也就是放大镜的原理。此时所成的像与蜡烛在透镜的同侧，到透镜的距离也比蜡烛更远，是正立、放大的虚像。你可以回忆下用放大镜看书的经验，要想把字放得更大一点是怎么做的？让镜子离书本更远一点，对吧。也就是说，在1倍焦距以内，物距增大，像也变大。口诀就是：物远像变大，物近像变小。图5：烛焰位于焦点以内物体位于1倍焦距以内则成虚像，1倍焦距以外则成实像，正好位于焦点处则不成像。所以，1倍焦距是实像和虚像的分界点。这叫作：一焦分虚实。我还可以告诉你一点：在凸透镜成像当中，虚像总是放大的、正立的；实像可以是放大的，也可以是缩小的，却总是倒立的。这就是：虚像正，实像倒。虚像大，实像有大也有小。【小结一下】口诀总结起来一共有四句：一焦分虚实，二焦分大小。虚像正，实像倒。虚像大，实像有大也有小。实像：物近像远大，物远像近小。虚像：物远像变大，物近像变小。【思考题】你能否从几何角度证明：从2倍焦距处发出的光线，经过凸透镜，一定相交于凸透镜另一侧的2倍焦距处。好了，下一讲再见！【备课手稿】
【第5.01讲】光的聚散同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。今天我们进入第5章，这一章我们专门讨论透镜。说起凸透镜，你最熟悉的一定是放大镜。对，由于凸透镜能够放大图像，生活中“放大镜”一词几乎成了“凸透镜”的代名词。但是，凸透镜可不仅仅只有放大图像这一个功能。它的威力可大了。《淮南万毕术》是我国西汉时期所著的，一本记录奇异变化的书，其中就记载了一种有趣的取火方法：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”它说，把冰块削成一定的圆弧形，向着太阳举起，再将艾草放在它所形成的光影下，就起火了。冰火两重天，以冰取火，在两千多年前的先人看来，是一则匪夷所思的奇闻趣事。今天看来，不过是利用冰制的透镜聚光而已。我猜，你肯定也试过用放大镜点火，在太阳下用凸透镜将阳光会聚到一点，形成一个很亮的光斑，在这个光斑处如果放些易燃物，很容易就起火了。这种点火方法，在野外没有其它点火装置的时候，还是很有用的。但同时，如果不注意，也会酿成大祸。据报道，2015年2月26日上午10点多，大连市高新区某小区的房子突然失火，消防官兵经过近一个小时的扑救，才将火扑灭。事后调查发现，起火原因竟是阳台上放的一个装饰品，它是一个篮球大小的玻璃球。阳光通过这个玻璃球，聚焦在屋内的纸制品上，引发了大火。你知道吗，在山林中，被随手乱扔的饮料瓶也会成为森林火灾的隐患。装了水的饮料瓶就是一个凸透镜，如果碰上合适角度的阳光，很容易点燃地上的枯树叶。透镜有凸透镜，还有凹透镜。中间厚、边缘薄的是凸透镜；边缘厚、中间薄的是凹透镜。说到凹透镜，你又会想到什么呢？很多同学戴的近视眼镜就是凹透镜。凹透镜对光有发散作用。透镜的作用，本质还是光的折射。光线射入透镜发生一次折射，从透镜中射出时又发生一次折射，再结合透镜表面的弧度，两次折射的结果就能让光线会聚或发散。凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用。这里的“作用”二字要细细琢磨，它是相对于入射光，比较而言的。以会聚作用为例，只要折射光比入射光更聚拢，它就是起到了会聚作用。但这不等于说，折射光一定聚集于某一点。请看课程文稿的图1，图中的几种情况都属于会聚作用。光线经过凸透镜，有可能会聚于某一点，也有可能是平行光，还可能是发散的光束。同样的，发散作用也是相对于入射光比较而言的。图1：凸透镜的会聚作用光说会聚作用和发散作用，还是太粗放了。如何定量描述会聚或发散作用呢？如果有两个透镜，如何比较它们的会聚或发散能力，谁更强呢？要说明这个问题，需要先明确几个概念：1.薄透镜：厚度远小于球面半径的透镜。2.主光轴：通过透镜两个球面球心的直线叫作主光轴，简称主轴。如果作图，就是垂直于透镜的一条直线，常用点划线表示。2.光心：主光轴上有一个特殊的点，经过这个点的光线不会被透镜改变方向，这一点就是光心。通常薄透镜的光心位于透镜的中心。3.焦点：凸透镜能将沿主光轴方向的平行光会聚于某一点，这一点也在主光轴上，被称为焦点。图2：凸透镜的焦距有了上述知识，我们就可以比较两个不同的凸透镜了。用比较短的距离就能将平行光会聚成一点的，会聚能力更强。那些需要更长的距离才能会聚成一点的凸透镜，会聚能力更弱。这个距离，也就是焦点到光心的距离，我们称为焦距，常用英文字母f表示。焦距代表了一个凸透镜的会聚能力，凸透镜的焦距越小，对光的会聚作用就越强。一般来说，凸透镜中间凸出得越厉害，会聚能力就越强，焦距越短。现在，我提一个问题：如果在焦点处放一个点光源，它发出的光线通过凸透镜，会怎么变化呢？我们前面学过“光路可逆”，在透镜中光路依然可逆。既然平行光通过凸透镜，会聚于焦点，那么焦点处发出的光线，就会反过来，变成平行光。有些探照灯或汽车大灯，在光源前安装一套凸透镜，就可以使发散的光线变成平行光。图3：凸透镜的光路那么，凹透镜有没有焦距呢？也有的，凹透镜的焦点是平行光线被发散后，反向延长线的交点。同样，焦点到光心的距离就是凹透镜的焦距。关于凹透镜的焦距，大纲上没有要求，你了解一下就可以了。图4：凹透镜的焦距【小结一下】这一讲，我们了解到：1.透镜包括凸透镜和凹透镜，中间厚、边缘薄的是凸透镜；边缘厚、中间薄的是凹透镜。2.凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用。凸透镜的焦距可以表征透镜的折光能力，凸透镜的焦距越小，对光的会聚作用就越强。3.与主光轴平行的平行光通过凸透镜，会聚于焦点。从焦点发出的光线，通过凸透镜变成平行光。【思考题】透镜的表面，一定要是球面吗？好了，咱们下一讲再见！【备课手稿】
【第4章小结】同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。第4章，我们初步认识了光，人类认识光的过程是非常艰难的，因为光确实很奇妙，明明能看得见，却又抓不住、摸不着，而且还有很多令人费解的特性。我们介绍过从欧几里得到阿尔哈森，经历上千年才理解光的传播方向；还介绍了关于光的色彩，牛顿与笛卡尔的不同见解。牛顿之后，人类是不是就已经把光研究透了呢？并没有。直到19世纪，爱因斯坦还在为世间是否存在一种光的传播介质“以太”而辩论。可见，我们对自然的认识是没有止境的，需要一代一代的智者和勇士不断的努力，才能推动科学螺旋上升。通过这一章的学习，你应该了解：1.什么是光源？能够发光的物体叫作光源。2.光怎么传播？光既可以通过空气、水、玻璃等透明介质传播，也可以在真空中传播。光在真空中的传播速度约为3E8 m/s。光在同种均匀介质或真空中沿直线传播。3.光如何反射？光在两种介质的交界面会发生反射。反射的规律是：三线共面，法线居中，两角相等。“三线”是入射光线、反射光线、法线；“两角”是入射角和反射角，分别是入射光线、发射光线与法线的夹角。4.平面镜如何成像？平面镜所成的是虚像。像与物关于平面镜对称，即：正立等大，到平面镜的距离相等，且像与物对应点的连线与镜面垂直。5.实像与虚像有哪些异同？①实像是实际光线相交而成，能用光屏承接，是倒立的。②虚像是实际光线的反向延长线相交而成，不能用光屏承接，是正立的。③实像和虚像都能被眼睛看见。6.光如何折射？光从一种介质斜射入另一种透明介质时，传播方向发生偏折，叫做折射。空气、水、玻璃三种介质，不论入射角还是折射角，空气中的夹角最大、玻璃中的夹角最小、水次之，即空气>水>玻璃。记住这个，你就不用费心去记不同介质间光线往哪边折射了。这个顺序与介质中光的传播速度的顺序是一样的，你还可以联系起来一起记。不论反射还是折射，光路可逆。7.色彩是怎么来的？白光是由各种色光混合而成的，用三棱镜将白光分解，可以依次得到红橙黄绿蓝靛紫各种色光。光的三原色是红、绿、蓝，这三种色光可以混合出各种色彩的光。可见光谱之外，还有红外线、紫外线等人眼看不见的光。【第5章预告】我们不但要认识光，还要利用光。人类利用光最有效的工具就是镜子，镜子分面镜和透镜，面镜我们已经在第4章中探讨过了，接下来，第5章我们就要着重探讨透镜。了解了透镜，你就可以懂得许多生活中常见、常用的设备的道理，比如放大镜、照相机、投影仪、望远镜、显微镜等等。咱们下一章再见！
【第4.05讲扩展知识】看不见的光同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。我们知道有听不见的声，超声和次声人耳听不见。那你觉得，有没有看不见的光呢？三棱镜形成的彩色光带，我们也称为光谱。我们所看到的红橙黄绿蓝靛紫，7种颜色，只是光谱的一部分，称为可见光谱。图1：光谱图在红光区域外侧，还有红外线。将阳光分散成彩色光谱后，如果拿一支灵敏的温度计，放在彩色光带处，会发现温度有所上升，说明阳光中所携带着能量，各种颜色的光都带有能量。有人做实验，把温度计置于红光之外的区域，这一块儿看似没有光，但温度计却显示温度有明显升高，这里的能量甚至比看得见的地方更高！这说明红光之外还有我们看不见的光线，人们称其为红外线。红外线的热效应比其他光线更明显。冬天，我们站在太阳底下，觉得身上暖洋洋的，主要就是红外线的功劳。利用红外线的热效应，我们可以用它来加热物体，比如用电炉烹调食物，电炉丝的热量主要就是通过红外线辐射到锅底的。如果在电炉结构中再加一层电热涂层，还能将更多的热辐射转变成红外线辐射，热效率会更高。所有的物体都会不断的向外辐射红外线。而且不同温度的物体，向外辐射红外线的强度也不同。这个特点可以用于疾病的诊断、红外夜视仪、勘探用的热谱图等。红外线还可以作为信号载体，用于传递信号。家里电视、空调等设备的遥控器，很多都是用红外线信号来工作的。人体接受适当的红外线，有利于身体健康，医学发现有一部分红外线对活化细胞组织、促进血液循环有很好的作用，能够提高人的免疫力，加快新陈代谢。所以，医疗中也利用红外线治疗法消除肿胀、促进炎症消散，还有一定的镇痛作用。如果接受的红外线过量，也不好，会形成红外斑。在光谱的紫光区域之外，也有一种人眼看不见的光，被称为紫外线。1801年，德国物理学家里特发现，日光光谱的紫光区以外，看似黑暗的部分竟也能使照相底片感光。从而发现了紫外线的存在。之前许多物理学家，用灵敏的温度计测试这一区域，都没有收获。里特转而用化学方法，即用感光底片做试验，取得了成功。我们常见医院病房里有紫外线灯，因为紫外线可以杀菌。太阳是天然的紫外线辐射源，我们平常在家晒被子，除了干燥的目的之外，也是为了减少细菌滋生。人体少量的接收紫外线有利于合成维生素D，可以帮助钙的吸收，促进骨骼生长、避免骨质疏松。但过量的紫外线会对身体造成不可逆的伤害，轻者造成眼痛、流泪、皮肤老化、黑斑，重者可发展为皮肤癌。所以你如果长时间在户外活动，还要注意擦防晒霜，或者穿戴遮阳的衣帽。大气高空中的臭氧层，对紫外线都有很强的吸收作用，能吸收掉太阳光中的大部分紫外线，保护地球上的生物，使它们免受紫外线伤害。所以我们要保护地球的臭氧层，免遭工业废气的破坏。另外，普通玻璃对紫外线的防护作用，其实也很好。紫外线还有一个特性，就是能激发荧光。老式的荧光灯，在灯管内壁覆盖了一层磷光材料，它能吸收紫外光并发出可见光。验钞机也利用了紫外线，在钞票中藏有荧光防伪标记，在验钞机的紫外线照射下，就可以看到这些防伪标记了。好了，看不见的光，就介绍到这里，咱们下一讲再见！
【第4.05讲】光的色彩之谜：牛顿与笛卡尔之争同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。本章第一讲我们介绍了光的方向之谜，从欧几里得到阿尔哈森，经历了上千年，才树立起对光的方向的正确认识。今天我们要再讲两个故事，分别是笛卡尔和牛顿的故事，他们对光的色彩之谜有完全不同的见解。到底谁是谁非呢？你的课本上有三棱镜的实验，课堂上老师都会演示，白色的光束射入三棱镜，射出的是七彩的光带，颜色依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。17世纪以前，很多关于自然现象的解释来自于教会，比如教会认为彩虹是连接信徒与上帝的桥梁。笛卡尔是16世纪法国著名的科学家、哲学家，也是一名虔诚的天主教徒。关于光的色彩，他跟当时的主流观点一样，认为白光是最纯净的。笛卡尔对三棱镜将白光变成彩色光的实验，是这样解释的：光是不停旋转的粒子构成的，白光的粒子经过棱镜，转速被改变，不同的转速呈现出不同的颜色，从而使白光变成了彩色的光。也就是说，是棱镜改变了光的颜色。英国的牛顿比笛卡尔小47岁，他也对光的色彩非常着迷，但他并不认同笛卡尔的解释。为此，他甚至拿自己做实验，长时间凝视太阳，还用筷子戳自己的眼睛，只为了研究压力对视觉的影响。终于，有一个最关键的实验，让他得以彻底推翻笛卡尔的理论。他先让一束阳光通过三棱镜，在纸板上形成红橙黄绿蓝靛紫的彩色光带。然后在纸板上红色光的位置钻一个小孔，这样只有红光能通过纸板，牛顿得到了一束红光。他让这束红光再通过一个三棱镜。如果真如笛卡尔所言，三棱镜能使光变色，那么这束红光应该再次变成其它的颜色。然而事实是，红光通过第二个棱镜后，还是红光。这就证明棱镜并不能改变颜色。笛卡尔错了！那么棱镜到底在实验中起了什么作用呢？牛顿认为，白光并不“纯净”。相反，红光、蓝光等色光才是纯净的单色光；而白光是由单色光复合而成的。棱镜并不能改变颜色，只是将复合的颜色分离开。所以，已经是单色光的红光，通过棱镜颜色不变。牛顿的这套完全不同于笛卡尔的解释，很快被世人接受，也就是我们今天要学习的色散理论。色散的实质是光的折射，各种色光通过棱镜时被折射的程度不同，从而使各种色光按一定顺序分散开来。其中，红光偏折的程度最小，紫光偏折的程度最大，它们依次是：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。彩虹也是太阳光色散的产物，空中的小水滴起到了相当于三棱镜的作用。随着人们对色彩的研究不断深入，发现不用七种，只需要三种色光——红、绿、蓝，它们相互混合也可以产生各种颜色的光。红、绿混合可以得到黄；红、蓝混合得品红；蓝、绿混合得青色；红、绿、蓝3种光混合就是白光。但是，红、绿、蓝这三种光，是无法合成的。这三种颜色就被称为“三原色”。彩色电视机就利用了三原色的原理。电视屏幕上有许多微小的发光单元，这些发光单元有3种，分别发红光、绿光、蓝色，它们相互组合就可以形成色彩斑斓的电视画面。以上是光的三原色。印染行业常用另外一套三原色，是颜料的三原色。用黄、品红、青3种颜料可以在白纸上混合出各种颜色来。彩色印刷一般用CMYK四种颜色的墨，其中除了黑色K以外，另外三种就是颜料的三原色：C青色，M品红，Y黄色。图1：光的三原色和颜料的三原色张亮同学问了一个很好的问题：为什么颜料的三原色，与光的三原色不同？这个问题其实不难理解，光的三原色只适用于光源，色光显色是不同的单色光叠加而来，这是“加色法”，所有的色光加到一起是白光。而颜料则相反，我们看到的物体本身并不发光，只是在白光的照射下能够反射某种颜色的光，什么颜色的物体就反射什么颜色的光，同时吸收掉其它颜色的光。所以颜料配色是用的“减色法”。如果把三原色的颜料都混在一起，它能把白光中所有的颜色都吸收掉，就是黑色。我们一起来看一个例子，在白纸上写一个红色的字，用白光照射，纸是白色的，字是红色的；用红光照射，纸是红色的，字看不见了，因为纸和字都成为红色的，分辨不出来。用绿光照射，纸是绿色的，字是黑色的。因为红色的字只反射红光，而不能反射绿光，入射光全部被吸收了，所以是黑色的。刚才说的都是反射光，那透明物体的颜色又是怎么样的呢？也是，什么颜色的物体就透过什么颜色的光，其它颜色的光被吸收。【小结一下】1.白光通过棱镜后被分解成各种颜色的光，这种现象称为色散。白光并非单色光，而是由色光混合而成的。2.光的三原色是红、绿、蓝，用这三种色光就可以混合出各种颜色的光。颜料的三原色是与之相反的另一套颜色。3.不透明物体的颜色，取决于它能反射什么颜色的光；透明物体的颜色，取决于它能透过什么颜色的光。【思考题】为什么海水和天空都是蓝色的？我们下一讲再见！【备课手稿】
【第4.04讲扩展知识】奇妙的折射现象同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。上一讲我们介绍了光的折射，今天我们聊聊生活中奇妙的折射现象。作为扩展知识，我们将介绍海市蜃楼和利用光学现象的魔术。海市蜃楼，你可能听说过，但不一定见过。其实早在汉代，《史记》中就记载过海市蜃楼。传说渤海不远处有三座神山，分别叫蓬莱、方丈和瀛洲。还传说神山上有长生不老药，山上的动物都是白色的，而宫殿都是用黄金白银所建。然而被派去找神山的人，回来是这样描述的：船还没到的时候，“望之如云”，看起来像朵云一样飘着；等船行至附近，“三神山反居水下”，三座神山看起来又好像在水底下；再靠近，船就被风吹引离去，总也到达不了。现在看来，这很可能是古人看到海市蜃楼之后的演绎，渤海一带确实是海市蜃楼现象多发的区域。海市蜃楼其实就是一种普通的折射现象，由于某些特殊的地貌，导致空气不均匀，光线穿过不均匀的空气发生偏折，走弧线进入观察者的眼睛。人们逆着光线看去，还以为光线是直线传播的，就看到了一个虚像。不同的条件下， 光线偏折的方向不同，海市蜃楼的出现的形式也不一样，比如上现蜃景和下现蜃景。图1：海上出现的海市蜃楼上现蜃景多见于海洋、冰原等环境，靠近地表的空气温度低，远离地表的地方温度高。这样的环境，导致光线在空气中传播时向下偏折。你可以看看文稿中的插图2。岸上的人逆着光线看过去，就看到一个悬浮在空中的景物，仿佛仙境一般。图2：上现蜃景的原理如果是在沙漠之类的环境中，情况就正好相反，靠近地表的空气温度很高，远离地表的地方温度低。光线在这样的空气中传播，会向上偏折。人逆着光线看去，会看到跟水中倒影一样的景象，从而会产生错觉，以为前方有一片水面。图3：下现蜃景的原理图4：沙漠中的海市蜃楼类似的场景，我们在城市中也能看到，夏天被晒得很烫的马路，也会发生这种折射现象。非常干燥的路面，远看却好像有很多积水一样，能看到车辆的倒影。你可以留心观察一下，夏天很容易看到的。图5：高温路面上的折射现象课本上介绍过一个利用折射现象的小魔术——碗底现硬币。在碗底放一枚硬币，调整碗的位置到你刚好看不见硬币为止。然后慢慢向碗里注水，随着水面的升高，本来看不见的硬币也出现了。这个小魔术看起来很简单，但是它的原理跟很多惊心动魄的大型魔术是一样的。我们都见过，插在水中的铅笔看起来像是被折断了。同样的道理，如果你坐在一个透明的泳池里，你也会看来像是身首异处了。把铅笔换成人，效果就很惊悚了。舞台魔术中也经常利用厚玻璃砖、大平面镜等道具，造成视觉上的错位，给观众呈现出震撼的景象。关键是要用心装饰好玻璃的边缘，只要看不出来玻璃的边缘，观众就不容易发现秘密，很容易信以为真。当然，这些手法在近景魔术中可能不太好用，观众如果凑近了看就很容易露馅了。你还知道什么别的利用光学现象的魔术吗？好了，咱们下一讲再见！
【第4.04讲】一滴水，也可以折射太阳的光辉同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。我们常说“一滴水，也可以折射太阳的光辉”。可这是为什么呢？这就是我们今天要一起探讨的折射的规律。如果你留心生活，就会发现插在水中的筷子或铅笔，看起来像是被折断了一样。这也是折射现象引起的。我们已经知道当光传播到两种透明介质的分界面时，一部分光被吸收，一部分光会反射，还有一部分光会穿透界面，进入另一种介质中继续传播。透过去的这部分光，方向会发生偏折。光从一种介质斜射入另一种透明介质时，传播方向发生偏折的现象，就叫做光的折射。要注意，光发生折射是有条件的：光要斜射到界面上。当光线垂直入射时，传播方向并不发生改变。为了方便研究，我们先明确几个概念。1.法线：过入射点作界面的垂线，即为法线。2.折射光线：进入另一介质中的光线叫做折射光线。3.折射角：折射光线与法线的夹角叫做折射角。4.入射角：自然就是入射光线与法线的夹角。图1：光的折射光从空气斜射入水中，折射角入射角。跟反射定律一样：入射光线、法线和折射光线“三线”共面，入射光线、折射光线在法线两侧。跟反射定律不一样的是：输入光线和折射光线分别在界面的两侧。光线如果垂直入射，入射角0°，折射角也是0°，“三线”合一，传播方向不变，不发生折射。关于折射角与入射角的关系，我们现在只需要知道，在几种常见介质中它们谁大谁小，就可以了。更准确的计算方法，等到高中再学，它需要用到更深的数学知识。空气、水、玻璃这三种介质，无论是入射角还是折射角，空气中的夹角>水中的夹角>玻璃中的夹角。它们的大小关系和这三种介质中的光速排序是一致的：空气中的光速>水中的光速>玻璃中的光速。你可以把这两组关系结合在一起记，就不容易忘了。如果入射角增大或减小，折射角也随之增大或减小。简单地说，光的折射规律就是：三线共面，法线、界面居中，两角随大随小。光的反射能形成一个对称的虚像，那光的折射是否也能成像？当然也能成像，并且成的也是虚像，一般像的位置比物体的实际位置高。比如刚才讲到的例子，铅笔插入水中，我们看到铅笔浸在水中的那一截被折弯了。实际上就是看到了折射所形成的虚像，像的位置比铅笔实际的位置更高。同样的道理，在河里用鱼叉叉鱼，你看到的也是鱼的虚像，鱼在水中的真实位置并没有你看到的那么高，所以，有经验的渔民就会瞄准鱼下方的位置去叉。还有一种情况，当光斜射入一种不均匀的介质中，也会发生偏折。不均匀的介质，可以把它分解，看成很多均匀的薄层拼接而成，光线经过每一层的界面都要发生折射，所以光经过不均匀介质时，会走出一道弧线。我们地表的大气层就是一个不均匀的透明介质，高空大气稀薄、地表空气稠密。早晨第一缕曙光进入大气层后，由于折射，光线沿弧线传播，到达地表。结果是，你看到太阳起山老高了，实际上太阳的位置还在地平线以下呢。人眼逆着光线看过去，提前看见了太阳，以为太阳已经升起来了，实际上，他看到的只是折射形成的一个虚像。同样的道理，黄昏时太阳落山，其实我们看到的也是已经在地平线以下的太阳。图2：日出的折射现象咱们再回到开头的问题，一滴水这么小，为什么可以折射出太阳的光辉？因为阳光在水滴的表面发生折射，射入水滴时折射一次，射出水滴时又一次折射，经过两次折射，阳光被水滴汇聚，其结果就像放大镜一样。更详细的知识我们会在后面关于透镜的章节中继续讨论。【小结一下】这一节，我们初步了解了折射，有这3个要点你需要记住的：1. 折射的概念：光从一种介质斜射入另一种透明介质时，传播方向发生偏折的现象，就叫做光的折射。要注意：当光线垂直入射时，不发生折射。2. 折射光线偏折的方向：光线与法线的夹角，空气>水>玻璃。这个顺序与这几种介质中光速的排序是一样的。3. 折射成像：折射成虚像，如果是从上向下看水中的像，一般会高于实际位置。另外，不均匀的介质也为发生连续折射，形成虚像。【思考题】用激光射水里的鱼，该瞄准什么方位呢？下一讲，我还会聊更多生活中的折射现象。咱们下一讲再见！【备课手稿】
【习题课】6个例题搞懂平面镜成像作图同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。光学的部分，作图是常考点也是难点。因此我把作图题单独拿出来讲解，今天我们聊聊平面镜成像的作图。我精选了6个典型例题，代表了6种类型，搞懂这6个题，有关平面镜成像的作图题基本都不用怕了。这一讲需要边听边看课程文稿中的插图。例1. 平面镜前一发光点 S，其中一条光线经平面镜反射后经过P 点，请在图中画出这条光线。如果从光源S出发，盲目地尝试画一条光线，要想正好能反射到P点，有点大海捞针的感觉。换换思路，利用平面镜的对称关系，先根据S点和平面镜找出S点的像S’。我们知道，反射光线看起来，就像是从光源在镜中的像点射出来的一样，所以从S’到P连线的方向，就是反射光线的方向。这样，光路图很轻松就画出来了。例2. 如图的两条光线，是同一发光点发出的光线照射到同一平面镜上的反射光线。请画出发光点的位置。这道题，已知反射光线、平面镜，我们可以直接根据光的反射定律，分别作法线，然后画出入射光线，两条入射光线的交点，就是发光点S的位置。不过还有更简单的方法，还是利用对称。既然，反射光线就像是从发光点的像发出来的一样，那我们可以先找出像S’的位置。如果能找到S’，再确定发光点S的位置就简单了。S’的位置好不好找呢？太简单了，只要反向延长两条已知光线就可以了。例3. 已知物体AB和其平面镜中的像A’B’，请作图补充平面镜。这题已知物和像，抓住两个要点可以找出平面镜：1.物和像对应点的连线与平面镜垂直；2.物和像到平面镜的距离相等。根据以上两点，平面镜一定经过物、像连线的中点，并且与该连线垂直。所以，只要作出连线的垂直平分线，就能找到平面镜的位置了。【小结1】刚才讲的3个例题可以归为一类。平面镜成像的光路图，有三种元素：1是平面镜；2是光线，包括入射光线和反射光线；3是物和像。例1~例3，分别从这三种元素中抽去了一部分，要求补充。例1是补充光线，例2是要补充物，例3是补充平面镜。不论是要补充哪一类元素，我们只要抓住对称的关系，先从已知找可知，再从可知推未知，题目就迎刃而解了。例4. 自行车尾灯由许多直角的反光面构成，请画图解释，为什么这种结构的尾灯特别醒目？自行车的尾灯，主要是为了夜间更容易被汽车司机发现。如图，汽车的车灯照向自行车尾灯，光线经过直角镜面的两次反射，会沿同样的方向被反射回去。我们可以通过几何关系证明，不论光线从什么角度射入这个直角镜面，都会沿原方向返回。一般来说，观察者和光源是在同一个方位，所以观察者就会觉得这样的尾灯特别醒目。相反，如果不在光源同一方位的人，看这种尾灯，反而格外暗淡。下面我们一起来证明，光线沿原方向返回的几何原理。要证明这一点，实际上就是要证明，最初的入射光线与最终的反射光线，是两条平行线。我们做出两次反射的法线，由于两个镜面成直角，那么两条法线之间也互相垂直，它们就构成了一个直角三角形。∠2和∠4是直角三角形的两个锐角，所以∠2+∠4=90°。又根据光的反射定律，∠1=∠2，∠5=∠4。所以，∠1+∠2+∠4+∠5=180°，即同旁内角互补，两条直线平行得证。 【小结2】这个题是关于平面镜改变光路的应用，其中要用到几何知识，推导过程中注意，要充分利用反射角与入射角相等、法线与平面镜垂直等条件。例5. 穿衣镜要照出人的全身像，最小的高度只需要人身高的一半。请作图说明为什么。这道题的关键，是要将“看见自己的全身像”这个生活中的条件，转换成光路的条件。想要从镜中看到自己的全身像，就是要让头顶和脚尖的光线，都能反射进入照镜子人的眼睛。假设人的身高是L，她在镜中的像身高肯定也是L。分别连接A’E和B’E，两条连线之间所夹的范围，就是穿衣镜至少需要覆盖的长度。很容易看出来，MN是△A’B’E的中位线，它的长度正好是L/2。例6. 如图是一间舞蹈教室的布局图，教室中间有隔墙，将教室分为内外两间，北面墙上有块大镜子。请作图说明，老师推门进来后，站在图中的位置，能看见哪些同学？这道题，要画出老师所能看见的视野，也就是要找出能够进入老师眼睛的光线有哪些。同样利用对称关系，如果反射光线经过老师，那么入射光线的延长线一定会经过老师在镜中的像。所以我们先画出老师的像点，然后向障碍物或镜子的边界点画直线，就画出了视野的边界，也就是图中红色的区域。但是不要忘记，除了看镜子，老师还可以直接看到墙后的一些区域，就是图中蓝色的区域。所以图中红色和蓝色色块覆盖的地方，都是老师能看得见的地方。同学乙和丙能被看见。【小结3】例题5和例题6都是关于视野的问题，要善于转换命题。关于视野的问题，要看到什么，就是要被观察物所发出光线能够进入观察者的眼睛，可能是直接射入眼睛，也可能是经过反射后再进入人眼。
【第4.03讲】镜花水月同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。你可能听过：以铜为鉴，可正衣冠；以古为鉴，可知兴替；以人为鉴，可明得失。这句名言出自唐太宗李世民和魏征的故事，其中的“鉴”就是镜子。早在战国时期，青铜材质的镜子就已经开始流行了。古人用铜镜来“正衣冠”。随着玻璃制造技术的发展，用玻璃做的镜子效果更好，种类也更多，总体可分为两类：面镜和透镜。面镜包括：平面镜、凸面镜和凹面镜。透镜包括：凸透镜、凹透镜和棱镜等。今天，我们重点谈论平面镜。平面的玻璃、平静的水面、抛光的金属面等等都是平面镜。我们常用的平面镜是在平行玻璃板上镀一层金属银或者铝而制成的。人们使用的穿衣镜都是平面镜，就是利用其成像的作用，“以正衣冠”。那其他的镜子就不能成像啦？不是的。其它的镜子也能成像，但不是我们穿衣、化妆所需要的像，而是扭曲的、被放大或缩小的像。只有平面镜成的像，是满足我们穿衣需要的，与实物一模一样的、等大的、正立的像。我们根据平常照镜子的经验，就可以总结出平面镜成像的特点：1.像与物大小一样。2.像是正立的，上下不倒，左右倒。你照镜子时举起左手，镜子里的人会举起右手。3.像与物距离平面镜的距离相等。4.像与物对应点的连线与平面镜垂直。5.平面镜成的是一个虚像。关于虚像，我们一会儿再解释。刚才讲的这么多特点，用几何中的一个词就可以概括，那就是“对称”，物和像关于平面镜对称。“水中月、镜中花” 知道什么意思吧？比喻虚幻的景象，看得见，摸不着。我们把这种像，称为虚像。所谓虚像，可以看作是人眼所产生的一种错觉，平面镜成像如此，以后学到折射还有海市蜃楼等等现象，亦如此。平面镜成像，是光线从物体射向平面镜，再反射进入眼睛，而人眼都习惯了看直线射来的光线，就“误以为”反射来的光线也是从某个物体沿直线射来的，于是就仿佛看到了镜子里的另一个物体。如果我们按照反射定律，画出光路图，就会发现，反射光的反向延长线正好相交于镜子后面的虚像处。所以人眼逆着光线看过去，就好像光线是从虚像那里发出来的一样。语文课都学过《猴子捞月》的课文，水中的月亮之所以捞不到，就是因为它只是一个虚像而已。图1：平面镜成像的原理我们还学过小孔成像，那是实像。小孔成像的光屏上是实际光线交汇形成的交点。下面我帮你总结一下实像与虚像：1.实像是实际光线相交而成，能用光屏承接，是倒立的。2.虚像是实际光线的反向延长线相交而成，不能用光屏承接，是正立的。3.实像和虚像都能被眼睛看见。爱思考的张亮同学，向我提了一个很有趣的问题：湖水中的“倒影”为什么是倒立的？首先要明白，“倒影”不是“影”，它跟灯光下的影子不是一回事，而是水面对光的反射形成的虚像。那为什么会是倒立的呢？平面镜成像不应该是正立的吗？其实我们课本里所说的“正立”、“倒立”都是相对的，它们是相对物而言的。这里如果用“正置”和“倒置”这两个词来代替“正立”和“倒立”，就可以避免语义的混淆，更容易说明白些。例如，当你双手着地倒立在穿衣镜前的时候，镜中的像也是倒立的，却没有倒置，因为像与物都是同样的方向。另外，如果镜子不是竖直放置的，“正立”和“倒立”这两个词也会引起误解。回到张亮的问题，水面不像穿衣镜是竖直的，而是水平的，根据平面镜的对称原理，水中的山，头朝下、脚朝上才是符合对称的。水中的像，虽然看起来是倒立的，却并没有被倒置，还是符合平面镜成像原理的。同样的道理，再发散一下思维：假如给你一面镜子，要求照出自己倒立的像，你能想到几种方法？我想出了3种，看你能想到几种。平面镜主要有两个作用：除了成像，还可以改变光路。潜水艇的潜望镜就是典型的利用平面镜改变光路的例子。关于探究平面镜成像特点的实验，我也点拨你5点注意事项，以备考试之需。1.用于成像的蜡烛必须点燃，这是为了加强物体的亮度，从而也加强了像的亮度，便于观察。2.实验时，玻璃板必须与桌面垂直，否则玻璃板后的蜡烛无法与像重合。3.两支蜡烛要尽量做到一模一样，才便于比较物和像的大小。4.玻璃板不能太厚，因为玻璃板的两个面都会反射光，实际上会形成两个虚像，如果玻璃板足够薄，这两个虚像几乎重合，可以忽略这个影响。但是，如果玻璃板太厚，影响就大了。5.实验时将室内的光线尽量调暗一些，更便于观察。图2：平面镜成像的实验最后我们来聊聊凸面镜和凹面镜吧。镜面并不一定都是平面，如果镜面向外凸起就是凸面镜，如果镜面向内凹陷就成了凹面镜。凸面镜会发散光线，可扩大视野，常用于汽车后视镜、道路转角处的广角镜。凹面镜对光线有汇聚作用，生活中最常见的凹面镜，是手电筒或者车灯的灯罩，它能将发散的光线汇聚到一个方向。还有一种应用，用凹面镜汇聚太阳光，做成可以煮饭的太阳灶。【思考题】如果我说平面镜也能成实像，你相信吗？咱们下一讲再见！【备课手稿】
【第4.02讲】12字诀帮你搞定光的反射定律同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。我们已经知道了光在同种均匀介质中沿直线传播，现在我要问，光射到两种介质的交界面上时，会发生什么现象？上一讲，我们通过阿尔哈森的故事已经知道了，眼睛能看见多彩的世界，并不是眼睛能发射什么神秘物质，而是有光从被看到的物体射入了我们的眼睛，我们逆着光线看过去，就看到物体了。可是除了光源之外，其它自身不发光的物体，哪里来的光线呢？显然是反射的光。假如是在漆黑一片的地方，没有光可反射，也会伸手不见五指。那是不是所有的物体都能反射光呢？是的。除了“黑洞”以外，其它所有物体表面都能反射光。黑洞，是个很特殊的例外，它几乎吸收经过其表面的任何东西，包括光。光是怎样反射的呢？一束光如果照射在墙面上，墙是不透明的，光透不过去，结果一部分光被墙吸收，还有一部分返回到原来的介质中继续传播。一束光如果照射在水面，或玻璃面上，因水和玻璃是透明的，结果一部分光透过去，在水或玻璃中继续传播，另一部分被吸收掉，还有一部分被反射到原来的介质中继续传播。总而言之，返回到原来介质中的光比入射光的强度要弱一些。被反射回来的光，是沿着什么路径被“弹回来”的呢？你可以脑补一下，将一个乒乓球射向墙面，然后被反弹回来的情形。光线反射的路线，也跟它差不多。你肯定玩过，用镜子反射光斑的把戏。你的课本上也有关于探究反射定律的实验。反射光与入射光是对称的。更多细节这里我不再重复。不过，我帮你总结了5点注意事项，这样你会更好理解的。1. 光的反射定律表述的是“三线”和“两角”的关系。“三线”是反射光线、入射光线和法线，它们在同一平面内，法线在中间，另外两根线在两边。“两角”是入射角和反射角，反射角等于入射角。注意，这里不能说入射角=反射角，入射是因，反射是果，就像只能说儿子长得像爸爸，不能说爸爸长得像儿子一样。2. 法线是为了研究的需要而画的一条辅助线，实际并不存在，用虚线表示。法线经过入射点，与反射的界面垂直，且平分反射光线与入射光线的夹角。3. 反射角和入射角分别是，反射光线和入射光线相对于法线的夹角，而不是相对于界面的夹角。入射角增大，反射角增大；入射角减小，反射角减小。4. 当光线垂直于界面入射时，入射角为0°，反射角也为0°。也就是反射光线沿入射光线的原路返回。此时，反射光线、法线和入射光线“三线合一”。5. 反射定律总结成一个口诀，就是这12个字：三线共面，法线居中，两角相等。学到这里，张亮同学提出个问题，他说：根据反射定律，反射光会朝向一个固定的方向反射，那为什么光线照到屋里，站在各个方位的人都能看清屋里的物品？反射有两种情况，也只有这两种情况：镜面反射和漫反射。我们刚才讨论的例子，反射面都是非常光滑的表面，像镜子、平静的水面、光滑的金属表面，这种反射叫镜面反射。镜面反射的特点是平行光入射，射出的也是平行光。发生镜面反射的物体，朝着某一个特定方向看，它很亮；而其它方向看去，几乎没有光，看到的物体很暗。如果反射面不够光滑，粗糙的表面，将光线反射到四面八方，不管站哪个角度都能看到，这就叫漫反射。这样也好，同一个物体，各个方向的人都能看见它。若没有漫反射，人们的生活就麻烦了。需要注意的是：无论什么反射，每一条光线都遵循光的反射定律。粗糙的表面可看成是无数块极微小的平面镜排列而成。各个小平面镜，朝向不同的方向，所以平行光照上去，被反射到四面八方。漫反射也是遵循反射定律的。我也提一个问题：如果你从一面镜子中看到了别人的脸，你觉得他能不能也从镜中看到你？一定也可以。只要你的眼睛能看见的地方，不管是直接看见的，还是通过什么物体反射看见的，站在那个地方的人也一定能看得到你。为什么呢？因为“光路可逆”。这是光学中的普遍规律，不仅在反射现象中光路可逆，在以后要学到的折射现象中也一样光路可逆，它适用于所有光现象。【小结一下】1.这一讲，重点要掌握光的反射定律。记住12字诀，就记住了反射定律：三线共面，法线居中，两角相等。其中“三线”是入射光线、反射光线和法线，“两角”是入射角与反射角。2.其次需要了解镜面反射与漫反射的区别。漫反射可以拆解成无数个不同方向的镜面反射，所以漫反射也是遵循反射定律的。3.在所有的光现象中光路都可逆。【思考题】我们常看谍战剧中的女特工，假装补妆，偷偷从小镜子里观察周围的人。根据光路可逆，被她观察的人，也一定能从镜子中看到她，那为什么还要用镜子伪装呢？下一讲再见！【备课手稿】
【第4.01讲】光的方向之谜：从欧几里得到阿尔哈森同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。听了前几章的课，你有没有觉得物理其实没那么难学。相信自己，前途是光明的。“光明光明”，有光才有明。假设世界突然没有了光，会是个什么景象？今天起，我们就一起来探究奇妙的光。这一讲我要讲两个故事，一个是阿尔哈森的故事，一个是欧几里得的故事。后面，我们还会讲到牛顿和笛卡尔的故事。西方的《圣经》有句名言，“神说，要有光，就有了光。”东方的神话，盘古开天辟地，从一片浑沌中，劈出了天地，也劈出了光明。他睁眼，就是白天；他闭眼，世间就成了黑夜。 “光”开启了神话，也启迪了艺术和文明。地球上，万物生长都要靠阳光。所谓“光阴”，人类对时间的理解也离不开光。光，何以如此奇妙？光的奇妙，最直接的感受来自眼睛。我们现在都知道，我们之所以能看见一个东西，是因为有光亮照在物体身上，然后反射进入了眼睛。可在中世纪以前，人们可并不是这么想的。这就是我要讲的第一个故事，阿尔哈森的故事。古希腊的哲学家认为，人眼向外喷射一种物质，就像水枪喷水一样，这种神秘的物质触碰到物体，这个物体就被看见了。光的方向是由眼睛射向被看见的物体。这种说法一直流传了上千年，期间，虽有不同的学说被提出，却都没能替代它的主流地位。直到公元10世纪，阿拉伯学者阿尔哈森提出一整套系统的光学理论，才彻底改变了人们对光的认识。阿尔哈森生于一个暴君的年代，国王命他制止洪水，若不成功则性命堪忧。他自知无能为力，为求自保，于是装疯，后来被投入监狱，关了十年。正是在阴暗的监狱里，他在欧几里得的基础上，形成了自己的一套更先进光学思想。每次他走出阴暗的囚室，看见刺眼的阳光，都会感到眼睛被灼伤的疼痛。因此，他坚信眼睛并非主动发出什么物质，而是被动的接受光线。出狱后，他将自己对光学的研究总结成了7卷本的著作，成为经典。潺潺流水来自水源；悦耳的声音来自声源；绚丽夺目的光芒，自然也是来自光源。注意，要“自身”能发光才是光源，像月亮、镜子，这种自身不能发光，只是反射别人光芒的物体，不能称之为光源。光源分自然光源和人造光源两类。自然光源有：太阳、恒星、萤火虫、发光的水母、斧头鱼，等。人造光源有：电灯、酒精灯、点燃的蜡烛、火炬等。光的路径又是怎么样的呢？我们看到放电影时投射的光束，沿直线打在银幕上；类似的还有划破长空的探照灯光，从窗户射进家里的太阳光束，等等，都是直线的。说明光的传播路径是沿直线传播。光沿直线传播，要从欧几里得的故事说起。欧几里得试图解释为什么远处的物体看起来小，近处的物体看起来大。他伸出自己的手指，看起来跟远处山上的神殿柱子一样长。在当时，这是个难题。欧几里得正是因为认识到了，光沿直线传播，那么眼睛、手指尖和神殿的柱子顶就在一条直线上。他用带箭头的直线来表示光线，然后就可以运用他擅长的几何知识来解释近大远小的比例关系了。这个方法一直沿用到现在，被称为几何光学。只可惜，欧几里得限于当时的认知水平，他画的光线是从眼睛发出的，与我们现在画的光线方向相反。现在我们可以利用这种方法，研究很多光的现象，比如：影子、日食、月食、小孔成像等等。你能否也试着，像先贤一样，解释两个现象：第一个“一叶障目，不见泰山。” 第二个“井底之蛙，坐井观天，所见甚小”。有一点要特别注意，光沿直线传播是有条件的。其条件就是：同种均匀介质。这句话的意思是：同一种介质，如果不均匀，光可能走弧线；均匀，却有两种或多种介质，光走到两种介质的界面处就会变向，走折线。关于这一点，我们后面还要再专门探讨的。另外，关于小孔成像，你应该要掌握：它形成的是物体倒立的实像，不是小孔的像，像的形状和物体相似，与小孔的形状无关。还要注意一点，小孔能成像，大孔是不能成像的。我们已经知道，声的传播依赖介质，固、液、气体都是传声的介质。真空不能传声。那真空能不能传播光呢？只要举一个例子就能说清楚，太空是真空，地球周围有大气层，太阳光、星光都能照到大地上，说明光既能在真空中传播，又能在空气中传播。其实，不仅是空气，我们都见过光在水中和在玻璃中传播，对吧。也就是说，真空和透明的介质都可以传播光。无论在空气中，还是在水中、在玻璃中，光线都是沿直线传播的。看看课程文稿中的图1，就很直观了。图1：空气中、水中、玻璃中的光线光的传播速度即光速，光速非常快。科学的测量结果是：真空中的光速约为3E8m/s，常用字母c表示真空中的光速。光在空气中的速度比真空中略小一点点，通常可忽略这个小差别，也看成是c。光在水中的速度约为(3/4)c。光在玻璃中的速度约为(2/3)c。光速c是宇宙中一切速度的极限，即任何一个物体的速度都比光速小。【思考题】光是一种物质吗？下一讲再见！【备课手稿】
【第3章小结】同学们好，欢迎来到物理老师讲物理。第三章讲完了，我们一起来小结一下。这一章，我们着重探讨了温度和物态变化之间的关系。物态变化与温度密不可分。所以，在探讨物态之前，我们要先了解温度。所谓温度，就是物体冷热的程度。温度的常用单位是摄氏度，标准大气压下，冰水混合物为0℃，沸水的温度为100℃，人的正常体温约37℃。为了精确测量温度，人类发明了很多种温度计，其中我们需要重点掌握的是玻璃管温度计，常见的水银体温计、家庭用的寒暑表、实验室用的玻璃温度计等都是这一类。它是利用水银、酒精或者煤油等材料热胀冷缩的原理，来测量温度的。其中，体温计的结构比较特殊，测量前需要将水银柱甩下去再用。理解了温度，我们就可以探讨物态变化了。固体、液体、气体虽然特性迥异，却可以相互变化。它们之间的相互变化，就被称为物态变化。固、液、气3种物态，共组合出6种变化：固变液是熔化，液变固是凝固；液变气是汽化，气变液是液化；固变气是升华，气变固是凝华。物态变化离不开吸热和放热。由坚固的固体，熔化成为可流动的液体；再由液体汽化成为四处“飞动”的气体，这些过程都需要吸热。它们靠吸收热量来获得更大的自由。同理可想见，固体越过中间的液体，直接升华成自由自在的气体，这个过程更是需要大量吸热的。反过来，由自由散漫的气体，液化成为相对更老实的液体；然后再由液体凝固成为岿然不动的固体，这些过程都是需要放热的。它们把躁动的能量交出一些来，才会变得越来越老实。同理，如果气体越过中间的液体，直接凝华成为最为老实的固体，那一定也是要大量放热的。具体到每一种物态变化，又有一些各自的特点。1.熔化和凝固的过程，晶体和非晶体截然不同，熔点或者凝固点是区别它们的关键。2.汽化分为蒸发和沸腾两种方式。蒸发在任何温度下都能发生，且只发生在液体表面。沸腾只在温度达到沸点，且继续吸热的条件下才能发生。蒸发吸热致冷，沸腾吸热温度不变。3.液化有两种方法，①降温，②压缩。无论哪种方法都会放热。4.冰可以在任何温度下升华，而且不一定要从外界吸热，还可以从自身吸热来完成升华。物态变化的规律在生活中有很多应用，例如：冰箱、空调、沙漠取水、人工降雨，等等。我们列举过常见的13个实例。大家多留心生活，多思考，还会发现更多的应用实例。物态变化属于力、热、声、光、电中的“热学”，热学的内容在八年级就只有这么多。等到九年级我们还会从分子的角度，再来讨论热学的话题。到时候你再回忆回忆现在学的知识，还会有更深刻的认识，咱们到时再说。【第4章预告】下一章开始，连续两章我们都会探讨“光”。初中关于“光学”的内容，我们一口气讲完。光是人类认识自然的一扇门，也是启迪人类文明的一把钥匙。曾经人们认为光很神秘，历史上关于光的争论最多，也最持久。认识光，在人类历史上，经历了一段艰难而漫长的历程。直到现代，光仍然在向科学家们昭示它的神秘。第4章，我会讲几个有趣的历史故事，我查阅了不少资料，希望能尽量真实的还原人类逐步认识光的历史。咱们下一章再见！
【习题课】物态变化的13个实例同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。这一章的内容，作为初学者，很多同学接受起来不太容易。所以我们安排一节特别的习题课。出题的方式可以千变万化，但道理是不变的，只要我们弄懂了其中的道理，不论题目是选择、作图还是别的什么形式出现，我们都能做到兵来将挡，应对自如。这一讲我们介绍13个考题中常出现的实例，咱们一起找出其中的道理。例1：在北方的冬天，气温很低，人们为了保护蔬菜不致冻坏，常常在菜窖里放几桶水。为什么菜窖里的水可以防冻？当菜窖里的温度降低到0℃以下，水桶里的水开始凝固，凝固的过程会放热，所以能起到防冻的作用。不过要注意，及时更换结了冰的水桶，否则也起不到效果。例2：洗热水澡时，卫生间的镜子变得模糊不清，洗完后过一段时间，镜面又变得清晰起来。热的水蒸气遇到冷的镜面液化成小水珠附着在镜面上，镜子就变得模糊不清；洗完后，过一段时间，镜面的小水珠汽化干了，就又变得清晰了。例3：将水果用保鲜膜包好后再放入冰箱的冷藏室内。水果放在冰箱的冷藏室，很容易干，是水分蒸发所致。用保鲜膜包好，减少蒸发量，使水果不容易干。例4：河水容易结冰，海水却很少结冰。河水是淡水，淡水的凝固点是0℃；海水是咸水，其凝固点比0℃更低，所以很少结冰。路面有冰雪，易出车祸，撒盐可以使冰雪熔化，也是这个道理。例5：用电吹风机将湿头发吹干。电吹风机有两个方面的作用：①吹出热风，湿头发的温度升高，蒸发加快；②吹风加快湿头发表面空气流动，也能加快蒸发。例6：人工降雨。人工降雨是将干冰撒入云层，干冰升华吸热，使云层温度下降，加快水蒸气的液化或凝华，使水滴和冰晶加重，水滴落下就成为雨。例7：冰箱或者空调，是怎么降温的？冰箱和空调都是利用非常容易蒸发的物质作为冷媒，将热量从屋里“搬”到屋外，或者从冰箱里面搬到冰箱外面。冷媒在室内蒸发吸热，然后输送到室外压缩，使其液化，通过液化放热，将室内的热量“搬”到了室外。例8：“霜前冷，雪后寒”。霜前气温低，才能使水蒸气凝华成霜，所以“霜前冷”。雪后，雪的熔化过程要吸热，导致气温下降，所以“雪后寒”。例9：为什么水煮饺子，怎么煮也不会焦黄，而油炸饺子就容易出现焦黄？因为在一标准大气压下，水的沸点是100℃，而油的沸点要比100℃更高。所以油炸饺子容易焦黄，而水煮不易焦黄。例10：舞台演出利用干冰制造如仙境一般的雾气。干冰升华吸热使舞台周围的气温下降，空气中的水蒸气液化成为小水珠，附着在尘埃上，飘于空中，就出现了我们所见的仙境一般的雾气。例11：高原地区用普通的锅煮饭不容易熟，需要用高压锅才行。高原地区的气压低于一标准大气压，低压下水的沸点比100℃低许多，所以食物不容易煮熟。高压锅可以提高气压，也就能提高水的沸点，让食物更容易煮熟。例12：蒸馏，利用沸点的差别，分离不同的物质。例如水里有酒精，酒精的沸点比水的沸点低许多。加热使混合液的温度上升，当温度达到酒精的沸点时，酒精开始沸腾了，水还没有沸腾。酒精剧烈汽化先变成气体，从混合液中被分离出来，剩下的液体是水。如果不考虑水的蒸发，我们收集酒精蒸气，再使其降温液化，就得到了纯的酒精。例13：汽车冷却液，并不是纯水，而是加了一些添加剂的混合液，这样做是为了什么？纯水的凝固点是0℃，到了冬季，很容易结冰，车就不能开了。加了一些添加剂的混合液凝固点低于0℃，更不容易结冰。
【第3.04讲】大自然的魔法2同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。上一讲我们介绍了熔化、凝固、汽化，这一讲我们继续介绍液化、升华和凝华。我们先说液化。液化有两种方法：①降低温度，②压缩体积。无论降温还是压缩，都是希望自由散漫的气体，能够变老实一点，变紧密一点，两者都必须要放热。降温是直接逼气体交出热量，能量少了，它就飞不动了，越来越老实，互相依偎在一起，到一定程度，就成了结构更为紧密的液体。压缩体积，则是让气体无处可飞，强行使气体越聚越拢，最后变成液体。在压缩的过程中，气体温度会上升，当气体温度高于环境温度时就开始放热了。家庭做饭用的液化气，火箭的燃料等，都是利用压缩体积的方法使气体变成液体储存的。实验表明，所有气体在温度降到足够低的时候都可以液化。要注意的是，空气中的水蒸气只要一遇冷就液化，如自然界中的“雾”和“露”，都是空气中的水蒸气液化而成的小水珠，附在花草上就是“露珠”，附在空中的尘埃身上，就成为了“雾”。我们平常看见的“白气”不要以为就是水蒸气，水蒸气是看不见的气体，我们看见的“白气”实际是水蒸气液化形成的很细小的水珠。下面，我们来探究固气互变。物质由固态变气态叫升华，反之，由气态变固态叫凝华。图1：升华和凝华坚硬的固体，跳过中间的液态，一跃而成为四处乱飞的气体，哪儿来的这么大的能量？当然是要吸热啰。反之凝华就要放热。有实验为证。给放在密封的烧瓶中固态的碘微微加热，会看到紫色的碘蒸气，这表明物质升华要吸热。将烧瓶从酒精灯上移开，放入冷水中，发现烧瓶中的碘蒸气变为碘的固态粉末，附在烧瓶内壁，且水的温度升高，这表明物质凝华要放热。要注意的是，冰升华可以在任何温度下进行。不过温度越低，升华得越慢。当冰密闭于绝热的容器中，冰会少量升华，同时冰自身的温度降低，以提供升华需要的热量。可见，升华需要吸热，但不一定要从外界吸热，吸自身的热也可以。如果容器足够大，冰大量升华会使残留的冰温度降低很多。随着残余的冰温度越来越低，能够提供的热量也越来越少，升华就会减慢。常见的升华现象有：冰冻的衣服未经化水就变干，白炽灯里的钨丝变细，樟脑丸变小，冰雕作品体积缩小，干冰在常温下升华，碘升华为碘蒸气。常见的凝华现象有：雾凇，冬天玻璃上的“窗花”，霜，雪，冰晶，白炽灯泡内壁上黑色的钨，碘蒸气凝华为碘。了解完了6种物态变化，我们聊聊生活中是如何利用这些规律的。大火炖汤和小火慢炖，你觉得哪个熟得更快呢？应该说两个都一样快，只要汤沸腾了，就始终保持沸点的温度，不论火力多大，温度也不再升高。所以不论是小火慢炖还是大火猛煮，对于汤中的菜肴来说都是一样的受热，当然也会一起熟啦。从此，你知道了汤烧开以后就改为小火，可以节能哦。你用过干冰吗？干冰是固态的二氧化碳，常温下易升华为二氧化碳气体，这一过程要吸收大量的热量，可起到降温的作用，在食品保鲜、人工降雨、舞台烟雾效果等方面有着广泛的应用。使用干冰能保持比普通冰袋更低的温度，并且不会有水，适用于怕水的物料。在沙漠中如果没有找到水源，你知道还能怎么取水吗？有两种办法哦。一种是利用植物的蒸腾作用，收集植物蒸腾的水分。另一种是从空气中 “吸水”。沙漠的空气虽然很干燥，但仍含有一定的水分。人们已经发明了多种可以从沙漠干燥的空气中吸水的装置，但原理都是类似的，空气中的水蒸气遇冷液化成为小水珠，用结构特殊的多孔材料收集这些小水珠，积少成多，就可以得到宝贵的水啦。图2：从干燥的空气中吸水的装置你还能想到更多应用的例子吗？ 【小结一下】这一讲，我们聊了液化、升华和凝华。1.让气体液化有两种方法，①降温，②压缩。无论哪种方法都会放热。2.升华需要吸热，凝华需要放热。冰可以在任何温度下升华，而且不一定要从外界吸热，还可以从自身吸热来完成升华。3.物态变化的规律在生活中有很多应用，这一讲我们介绍了3个例子，分别是煮汤、干冰和吸水装置。下一讲我们还会介绍更多有趣的例子。【思考题】冰的最高温度和最低温度各是多少？水蒸气的最高温度和最低温度又各是多少？好了，下一讲再见！【备课手稿】
【第3.03讲】大自然的魔法1同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。前两讲我们已经了解了温度，今天我们就用它来探究大自然的魔法——物态互变。物态有固、液、气3种，它们之间互变，有6种变化。请看课程文稿中的图1，我们先了解物态变化的全貌，然后再谈细节。第1组：固液互变，物质由固态变液态叫熔化，反之，由液态变固态叫凝固。第2组：液气互变，物质由液态变气态叫汽化，反之，由气态变液态叫液化。第3组：固气互变，物质由固态变气态叫升华，反之，由气态变固态叫凝华。这6个名词，你必须要记住的，没有别的办法，只有多听多用，用的多了自然也就记住了。图1：大自然的6种物态变化开始讨论之前，我们需要先回顾一下固体、液体、气体的特点：固体——最为坚固，结构致密，不易变形，不易压缩；液体——次之，它不易被压缩，但没有固定的形状，可以随意流动；气体——最为松散，很容易压缩或膨胀，我们形象的说，它可以“飞动”。从固体到液体再到气体，它们的流动性越来越强，活动由束缚到越来越自由，结构由致密到越来越松散。你看，它们差别那么大，大自然变这个魔法其实很不容易。要实现物态互变，离不开加热或降温。因为物态互变这个魔法需要用到“能量块”，而大自然的能量块就是以热量的形式提供的。给固体一些热量，它的内部就躁动起来，想要突破束缚，追求自由，躁动到管束不住的程度，就从固体变成了可以流动的液体。继续再给液体一些热量，它就要更大的自由，由液体再变成可以飞动的气体。以上就是熔化和汽化，显然，熔化和汽化都需要吸热。反过来，从气体出发，给它降温，逼它交出一些热量来，它的内部就没那么躁动，变得越来越老实，到了一定的程度，再想飞也飞不了了，只能乖乖的流淌，也就从气体变成了液体。进一步再拿走一些热量，流也流不动了，液体又变成了固体。以上就是液化和凝固，可见，液化和凝固都要放热。图2：物态变化的热量关系明白了这个道理，就像揭穿了大自然的谜底一样，物态变化的规律你会容易理解得多。下面我们再逐个看看每一种物态变化，各自还有哪些特点。先来看固液互变中的熔化。这里要特别留心“熔”字的写法，是“火”字旁，不是三点水的“溶”。也就是固体根本不和水接触，直接用火烧化它，如炼钢、炼铁等，固态的铁烧成液态的铁水，这就是熔化。那三点水的那个“溶化”又是什么呢？这是一种通俗的说法，严格的说应该叫“溶解”，比如一块糖在一杯水中慢慢化掉，就是溶解。科学家发现大自然中有两种固体，它们熔化的过程非常不同。一类固体叫晶体，当它升温到某一温度时，突然就冒出来了液体，有一部分固体先屈服，化成了液体，然后不断加热，越来越多的固体被化成液体。夏天冰棒化水就是这样的过程。奇怪的是，在熔化的过程中，不管怎么加热温度始终不变，直到固体全部熔化完了，才又开始继续升温。另一类固体是非晶体，它熔化的过程，是所有固体一起共同进退，随着不断加热，温度越来越高，整体越来越软，然后大家一起变成稀糊糊一样粘稠的东西，最后彻底化成流动的液体。修路工人加热沥青，电工熔化松香，都是非晶体熔化的例子。晶体熔化是在固定的温度下进行的，这个温度被称为熔点。没熔化完，温度不升。而非晶体没有这个特征，它是在一个温度区间内逐渐变软的。因此，熔点就是我们区别晶体和非晶体的法宝。再来看凝固。凝固是熔化的逆过程，把熔化的过程倒过来就是凝固。与熔化一样，晶体和非晶体凝固的过程也不同。液态的晶体凝固是在固定的温度下进行的，凝固的过程中温度始终不变，直至全部液体都变成固体。这时的温度叫凝固点。同一晶体，熔点和凝固点相同。液态的非晶体凝固时，是在一个温度区间内，逐渐变得粘稠，然后越来越硬，最终成为硬邦邦的固体。“蜡炬成灰泪始干”，点蜡烛时，蜡“流泪”的过程是非晶体的熔化，“泪”流到烛台又变成一坨硬块，就是非晶体的凝固。晶体熔化必须同时满足2个条件：①温度达到熔点；②继续吸热。同样的，晶体凝固也必须同时满足2个条件：①温度达到凝固点；②继续放热。思考一个问题：将0℃的冰放到0℃的房间里，冰会熔化吗？将0℃的水放到0℃的房间里，水会结冰吗？答案是：都不会。因为缺少继续吸热和放热的条件。下面，我们讨论液气互变中的汽化。这里要特别注意“汽”字，有三点水，说明是由液态变气态才叫汽化。汽化有两种方式，一慢一快：蒸发和沸腾。蒸发很慢，见得非常多的例子是湿衣服被晾干，洒了水的地面自己干了。怎么干的？水汽化变成了水蒸气。这种汽化在任何温度下都能发生，且只发生在液体表面。我们把这种汽化就叫做“蒸发”。如此看来，蒸发不需要条件，随时随地都能发生。但也不是说蒸发就不受任何因素的影响。通过晾衣服的经验，你就可以总结出影响蒸发的几个主要因素。我们平常希望衣服快一点干，都会怎么做呢？首先，用衣架把衣服撑开了再晾，而不是堆在那一堆，这是为什么？为了增大表面积，因为蒸发只发生在液体表面。其次，我们会选择有太阳的地方晾衣服，因为太阳底下温度高，可见提高温度加快蒸发。我们还会把衣服晾在通风的阳台或者室外，说明空气流通也有助于加快蒸发。最后你一定有体会，梅雨天衣服不容易干，而秋高气爽的天气衣服干得快，这主要是空气湿度的影响。那么结论是，加快蒸发有四个因素：①增大表面积，②提高液体温度，③加快液体表面的空气流动，④降低空气湿度。此外，蒸发的快慢还与液体的种类有关，比如：同样的条件，酒精、汽油都比水要蒸发得快。蒸发是要吸热的，吸周围物体和自身的热。如把酒精涂在皮肤上，感到特凉，就是酒精蒸发吸热，亦即蒸发致冷的结果。还有，用温度计测置于空气中的水温，要比同时同地的气温低，也是蒸发吸热、蒸发致冷的结果。蒸发致冷最大的应用就是电冰箱和空调。什么是沸腾？通俗的说水烧开了，还继续烧，这时水就在沸腾。如果水一烧开就熄火，它就停止沸腾了。水沸腾时，液体内部产生大量气泡，气泡上升变大，到液体表面破裂，大量热气冒出来。看到的是水在翻滚，热气腾腾。可见沸腾是同时发生在液体表面和内部的剧烈汽化现象。水沸腾时要吸热，但温度始终不变。说明热量并没有被用来升温，而是被用在把水变成气这方面了。沸腾时那个不变的温度，就叫沸点。实验发现，不同液体的沸点一般不同。同一种液体的沸点还与气压有关，气压越高，沸点越高。现在你知道，摄氏温标为什么一定要强调，100℃是在“标准大气压下”沸水的温度了吧？总结一下，液体沸腾必须同时具备2个条件：①温度达到沸点，②继续吸热。缺一不可。有一点要提醒注意：水沸腾前，水的内部也有气泡产生，只是在上升时越变越小，最终消失。那是由于水温不均匀导致的，下面的水温度高，上面的水温还比较低，才导致这一现象。【小结一下】1.这一讲的知识点很多，但关键还是要理解物理思想。固体、液体、气体的差别很大，固变液是熔化，液变固是凝固；液变气是汽化，气变液是液化；固变气是升华，气变固是凝华。它们之间的互变离不开吸热、放热。2.晶体和非晶体熔化、凝固的过程不同，熔点或者凝固点是区别它们的关键。3.汽化分蒸发和沸腾两种方式。蒸发在任何温度下都能发生，且只发生在液体表面。沸腾只在温度达到沸点，且继续吸热的条件下才能发生。蒸发吸热致冷，沸腾吸热温度不变。下一讲我们再继续讨论，液气互变中的液化，以及固气互变。下一讲再见！【备课手稿】
【第3.02讲】温度计的玄机同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。上一讲我们聊到物态变化与温度，今天我们就一起探讨测量温度的工具——温度计。第一个发明温度计的是伽利略，就是在比萨斜塔做铁球落地实验的那位意大利科学家。他利用的是空气热胀冷缩的原理。用水将一段空气封在玻璃管中，随着温度变化，空气热胀冷缩，推动管中的水面升降，反映出温度的高低。虽然这种温度计同时也受大气压的影响，不够稳定，但在当时已经是创举了，结束了人类只能靠感觉来描述温度的历史。直到今天，我们仍然在用伽利略同样的原理制造温度计。现代常见的温度计有玻璃管温度计、金属温度计和电子温度计等。玻璃管温度计，是利用液体的热胀冷缩来反映温度的，所用的液体有：酒精、煤油、水银等。图1：各种玻璃管温度计金属温度计利用的是金属的热胀冷缩，我们常见的指针式寒暑表就是这种。电子温度计，通常是数字显示的，生活中应用的也比较广泛了。尤其在2003年，中国“非典”流行的时候，电子体温计大展身手，因为它可以不用接触患者避免了传染，并且非常快，1秒钟就可以完成测体温。还有一种利用气体热胀冷缩制造的气体温度计，非常精确，但日常比较少见，多用于冶金工业。图2：指针式温湿度计（金属温度计）；电子温湿度计；红外线体温计我们平常考试常考的还是玻璃管温度计，实验室常用的温度计、体温表、气温计等都是的。以水银温度计为例：玻璃管与玻璃泡相连通，水银装在玻璃泡内，温度变化通过玻璃泡传导至水银，水银热胀冷缩就会沿着玻璃管移动，水银柱的长短就体现出温度的高低。所以用温度计测液体的温度时，必须把玻璃泡浸没在被测液体中一段时间，既不碰容器底，也不碰容器壁。否则，测出的就不是液体的真实温度。读数时温度计不能离开被测液体，不然水银遇冷收缩就沿玻璃管下降，显示的结果也不是被测液体的真实温度，白忙活了。读数时眼睛的视线要和水银柱的上表面相平，否则不是偏大就是偏小。刚才已经知道，温度计读数时，温度计不能离开被测物体。如此，测人的体温就成了问题了。因为体温计是夹在腋下的，如果不能离开人体，就无法读数。可如果离开了人体，水银柱要下降，又测不准。怎么解决这个矛盾，你能想到好办法吗？体温计通过一个非常巧妙的设计，解决了这个问题。人们把靠近玻璃泡处的一小段玻璃管做成非常非常细的缩口，当水银遇冷收缩时，水银柱就从缩口处断开了，上面的水银不能流回玻璃泡，读数就被固定下来。这样一来，体温计的水银柱只是热胀时上升，而冷缩时不下降。也正因为这样，我们每次使用前，都要把水银柱给甩下来，不然测量的数值很可能还是前一个人的体温。图3：水银体温表我请同学们把体温计和实验室用的温度计，好好比较一下，看还有什么不同没有。张亮同学，比较以后说，他还发现了三点不同：①体温计玻璃管不是圆的，是三角形的；②体温计的量程短，只有35~42℃；分度值更小，是0.1℃；③体温计的玻璃管更细。张亮观察得非常仔细，也非常对。可是他不明白为什么要这么做，背后有些什么道理。好吧，其实物理就是由这些小道理组成的，这些都弄明白了就是学好了物理。下面，我来一一解答：①体温计做成三角形的，是为了更便于读数。因为体温计的玻璃管太细，水银柱不容易看清，三角形的玻璃管可以从视觉上放大水银柱，更容易读数。②体温计是为测人的体温而设计的，人的体温，一般只有35~42℃这么大的范围，超出这个范围人就死了，因此体温计的量程也是35~42℃，多了无用。而分度值更小，是为了满足测量精度的要求，往往体温上下波动零点几度就预示着病情有比较大的变化，所以体温计需要精确到0.1℃。③玻璃管越细，温度计的精度越高，因为水银的热胀冷缩是很微小的体积变化，如果用很粗的玻璃管，当温度变化0.1℃时，几乎就观察不到水银柱的变化了。【小结一下】1.这一讲我们了解了温度计，温度计的种类很多，重点要掌握的还是玻璃管温度计，它是利用水银、酒精或者煤油等材料热胀冷缩的原理，来测量温度的。2.用温度计测量温度时有3个注意事项：①必须把玻璃泡浸没在被测液体中，既不碰容器底，也不碰容器壁。②读数时温度计不能离开被测液体。③读数时眼睛的视线要和水银柱的上表面相平。3.体温计的结构比较特殊，与实验室用的温度计有诸多不同。通过两者的比较，找出背后的道理，这是学习物理很重要的方法，在其他问题中也要多想想现象背后的道理。如果有了这种好习惯，想学好物理就简单了。配套文稿最后的扩展资料，还介绍了温度计的发展简史，伽利略、牛顿、开尔文等众多我们耳熟能详的科学家都对温度计的发展有过重要贡献。你可以了解一下。【思考题】听说太阳表面温度约有6000℃，地球中心温度有4000~6800℃，那是用什么温度计测的呢？下一讲我们将正式开始介绍大自然物态变化的魔法，物理老师讲物理，我们下一讲再见！【扩展资料】温度计简史1592年，意大利科学家伽利略（Galileo Galilei）利用空气热胀冷缩做出了第一支温度计。这个温度计是敞口的，受大气压的影响非常大。1612年，伽利略的朋友桑托里奥（Santorio Santorio）发明了封闭的温度计。他将伽利略的温度计密封了起来，还是利用空气的热胀冷缩。1654年，伽利略的赞助人斐迪南（Ferdinando II de' Medici）发明酒精温度计。1659年，法国科学家布里奥（Ismael Boulliau）发明水银温度计，量程更大，可以同时测沸水和冰水。1700年，英国科学家牛顿（Isaac Newton）首次在温度计上标注刻度。1714年，荷兰科学家华伦海特（Daniel Fahrenheit）改进了酒精温度计和水银温度计，并开创了华氏温标。1742年，瑞典科学家摄尔修斯（Anders Celsius）和施勒默尔（Carolus Linnaeus）设计了摄氏温标。摄尔修斯将沸水的温度定为0度，把冰水的温度定为100度。后来，施勒默尔其颠倒过来，形成了摄氏温标。1848年，英国科学家开尔文（William Thomson）提出绝对零度概念，开创绝对温标。1866年，英国医生奥尔巴特（Thomas Clifford Allbutt）发明了15cm长的短管体温计，取代了以往使用的长达30cm、要用20分钟时间才能测得体温的温度计。【备课手稿】
【第3.01讲】知冷知热同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。前两章学完后，我们知道了一些运动和声音的奥秘。大自然蕴藏着无穷无尽的奥秘，人类怎么探索都探索不完。这一章，我们将了解一些与冷热有关的大自然的魔法。我们都知道，物质可分为：固体、液体、气体三种，它们对应的状态分别叫：固态、液态、气态。它们的特性很不同。固体——有固定的形状，有固定的体积，所以才被称为“固体”。液体——能够流动，因此没有固定的形状，但它有固定的体积，因为液体很难被压缩。气体——就更不同了，它岂止是可以流动，简直是可以飞动。而且气体很容易被压缩，也容易膨胀。想想你打开蒸笼的时候，迎面扑来的热气，就知道了。所以气体既没有固定的形状，也没有固定的体积。看看，它们差别很大吧？可是大自然就是有这种魔力，硬是能让差别这么大的固体、液体、气体之间互相转化。最常见的例子，就是水啦。水，既可以是液体，在江河湖海里嬉戏；又可以变成气体，即水蒸气，在空中飞舞；还可以变成固体，成为冰，以冰川的形式默默地待在地球的南北极。水、气、冰，它们之间可以互相变化，水变冰，冰变水；水变气，气变水；冰变气，气变冰。我们称这些物质状态之间变化为物态变化，后面的课程，我们还会逐一解释这些变化。图1：水的三种状态现在我们要讨论的是，这些变化有一个关键的共同点，就是都与冷热密切相关。我们首先要了解冷热，然后才能理解大自然的这些神奇的变幻。说起冷热程度，我们并不陌生。常听人说，“哎呀好烫”；“雪糕好冰”；“天真热”；“这杯牛奶温温热” 等等，不都是说的冷热程度吗？同学们想想，用什么词来描述这个冷热程度最合适呢？我们前面学过，描述物体运动的迅速程度用“速度”；描述声音的响亮程度用“响度”。那描述冷热程度，用“热度”可以吗？或者用“冷度”可以吗？当然都可以，但仔细想想，总不如 “温度”这个词好，既适合冷的，也适合热的。很热，就是温度高；很冷，就是温度低。所以前人用“温度”来表示物体的冷热程度，是很聪明的选择。有时候会听到人说：“哎呀，这儿好冷啊，一点温度都没有。”这个说法对吗？从物理学的角度看，答案是：不对。因为任何物体都有温度，只是高低不同，哪怕0度也是有温度的，怎么能说没有温度呢。如果说成“一点热度都没有。”那就没关系了，因为“热度”它不是一个物理学的专用术语。说了半天，都只是人们对温度的感觉。要知道，感觉不一定准确。人虽然知冷知热，但每个人的感觉是不一样的。比如，同一间房里，可能有人觉得空调太冷了，有人又觉得太热了。可见，感觉都有主观的成分。如果医生诊断发烧，也是仅凭感觉，那就可能出现：有的医生摸着发烧了，有的医生摸着没发烧。这岂不是害人？如何客观的知冷知热？必须要有一个统一的度量温度的标准。跟长度测量一样，这需要两个条件：一是单位，二是测量工具。测量工具就是温度计了，我们留到下一讲再聊。现在我们聊聊温度的单位。从时间的单位，我们就已经学到了，单位是某个稳定的物理量等分的结果，比如我们把每天分成12个时辰，时辰就成了一个时间单位。温度也一样，要确定温度的单位，首先要找到两个稳定不变的点，然后再把这两个点之间的区间等分，等分得到的即是温度单位。历史上，为了确定这两个稳定不变的温度，经历了几代科学家的接续努力，经历了牛顿温标到华氏温标，再到摄氏温标，以致后来开尔文的绝对温标，最终大家普遍接受了摄氏温标和绝对温标。我们生活中用的最多的摄氏温度，单位是摄氏度。开创摄氏温标的瑞典科学家摄尔修斯，他找到的两个稳定不变的温度分别是：标准大气压下沸水的温度和标准大气压下纯水结冰的温度，这两个温度不管什么时候，不管在什么地方，都是稳定不变的。然后把这两个点之间的区间等分为100份，每一份就是一个温度单位，摄氏度就这样诞生了。摄氏温标规定，冰水混合物的温度为0℃，沸水的温度自然就是100℃，其它的温度以此为标准对比，就可以知道了。比冰水混合物更冷的温度，就用负数表示，也可以读作零下多少度。在这个标准下，健康人的体温大约37℃。还有一点你应该知道，温度的国际单位并不是摄氏度，而是绝对温标中的开尔文，写作K，这个你以后会学到。图2：瑞典科学家摄尔修斯（Anders Celsius）【小结一下】1.固体、液体、气体虽然特性迥异，却可以相互变化，被称为物态变化。2.物态变化与温度密不可分。所谓温度，就是物体冷热的程度。3.温度的常用单位是摄氏度，冰水混合物为0℃，沸水的温度为100℃，人的正常体温约37℃。【思考题】为什么找到一个稳定不变的温度作为标准这么难呢？冰水混合物的温度和沸水的温度，还会受哪些因素的影响？我们下一讲接着聊温度计，再见！【备课手稿】
【第2.01讲】声声慢同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。上一章，我们学习了与我们息息相关的“时间”和“空间”的运动变化。今天，我们开始学习有关声音的新的一章。想想看，生活中声音是不是同样与我们息息相关？当一个人离开母体，降临到人世间，带到人间的第一份礼物就是“一声清脆的、崭新的、自豪的、惊愕的啼哭”，这一声啼哭，向人们宣告：“我来也！”接着，师长的训斥；庆典的礼炮；情人的呢喃；婚礼进行曲；汽笛声；掌声；电话声；施工的噪音；心跳声；救护车的警笛声……直到哀乐声响起。各种声音，相伴一生，不绝于耳！那我要问，这些声音是怎么来的？又是怎样被听到的？不着急，听我慢慢道来。请跟我一起做一个动作。用手摸着自己的喉咙，然后“啊~~”一声，你的手有没有感觉到喉咙的颤动？这实际是声带在振动。当你不出声了，声带也就停止振动了。这个例子告诉了我们什么你知道吗？这个例子告诉我们，声音是由物体的振动而产生的，一旦振动停止，发声立即停止。▲图1：唱歌时摸喉咙人发出的声音是由声带的振动产生的，我已经明白了。那其它的各种各样的声音又是怎么来的呢？回答是：一切声音都是物体振动产生的，无一例外。如：敲桌面一下，就有一声敲击的声音，这个声音是桌面的振动产生的。用笔写字也有沙沙的摩擦声，这个声音更多的是纸的振动产生的。往瓶里灌开水，听到的声音是瓶内空气的振动产生的。悠扬的笛声是气体在笛子的空腔内振动产生的。婉转的小提琴声是琴弦的振动产生的。一块石头投入水里，是水的振动产生的……老师刚才举的这些例子，只有水的振动看得见，其它的都看不见，怎么证明这些所谓的“振动”不是想象出来的呢？绝不是想象出来的，都是真真切切客观存在的。随着这一章的学习，你会知道桌面的振动平常我们看不见，但是聪明如你，转动一下脑筋就有办法看见了。要不要我告诉你？你只要在桌上放个东西，比如乒乓球，然后再拍一下桌子，乒乓球是不是弹起来了？桌面的振动这不就看见了嘛。还有，敲音叉也不容易看到音叉在振动，你只要把音叉轻轻插入水面，就可以看见振动。或者，更直接的，用手摸一下音叉臂，也能感觉到振动的存在。▲图2：振动的音叉插入水面听到这，张亮同学脑洞大开，想到一个问题：用最新科技，能不能发明一种悦耳的发声器，发出不来源于振动的声音？这个想法是不可能实现的奇思异想。因为这种发明的思路违反了声音的基本原理。没有振动人耳就听不到声音，只有振动传导到人耳，才能引发鼓膜跟随着一起振动，人才能听到声音。所以，一切声音都来源于振动，振动停止，声音停止。声音是如何传播的呢？声音是声波在介质中传播。同学们应该知道，宇航员在没有空气的太空中，即使对面说话也要用无线电通话，否则互相是听不见的。原因就是没有空气作为介质，声音也就无法传播。这就证明了，真空不能传声，声音的传播需要介质。不但空气能传声，固体、液体都能传声，并且固体传声，传得快，集中，不易散失，传得远。查表可知，钢铁传声的速度为5200m/s，水传声的速度为1500m/s，空气是340m/s。这个340m/s，也就是我们常说的“音速”，特指声音在空气中传播的速度。“超音速”就是比340m/s更快的速度。此外，声速还与介质的温度有关，温度越高，声速越大。好，下面同学们解释一下，“隔墙有耳”是什么道理？“隔墙有耳”的意思是小心隔壁房间的人可能偷听到我们讲的话。那隔壁的人是怎么听见的呢？显然，是墙壁能传声。大家看古装剧，常有这样的情节，将军趴在地上听声音，能听出敌军即将来临。这都是固体能传声的例子。同学们能不能举一个水能传声的例子？（我提示一下，钓鱼）还要知道一点，声波在传播时遇到障碍物是要反射回来的，这就是所谓的“回声”。不是所有的回声都能听见，只有回声到达人耳的时间比原声晚0.1s以上，才能被听见。否则回声就会与原声混在一起，无法分辨，效果是使原声得到加强，也就是调音师所说的“混响”。混响随环境而改变，比如同一个人在小教室讲话 和在大礼堂讲话 以及在山谷中讲话，声音的效果会截然不同。我给大家模仿一下。（“欢迎收听物理老师讲物理”）障碍物与人之间的距离超过17m，人耳就能分辨出回声了。但是如果太远，反射声波沿途散失完了也听不见回声。要知道，回声是有很多应用的，如：回声测距，回声定位，回声测速等等。【小结一下】1. 这一讲我们了解了声音的由来，一切声音都来自振动，没有振动就没有声音。2. 有了振动，还需要传播的介质，声音才能够传播到我们的耳朵里，被人听见。气体、液体、固体都可以传声，它们传声的速度排序是：固体传声最快，液体次之，气体传声最慢。3. 声音传播途中如果被阻挡还会反射，这就形成了回声。【思考题】声音中蕴含了丰富的信息，也潜藏着巨大的商机。人类发明了很多发声的装置，从各种乐器到各种各样的耳机、喇叭、音箱，它们突破了人类嗓音的极限；可是你知道有哪些专门用来听声的装置吗？尤其是那些可以突破人类听力极限的听声装置。今天就到这儿，咱们下一讲再见！【备课手稿】
