七、升华和凝华


　　物质不但可以发生固态、液态间的相互转化，液态、气态间的相互 转化，还可以发生固态、气态间的相互转化。物质从固态直接变成气态 叫升华，从气态直接变成固态叫凝华。
实验
　　在烧瓶里放少量的碘，并且对烧瓶微微加热（图 4-17），注意观察 碘的状态有什么变化。停止加热，仍注意烧瓶中碘的状态变化。
■
　　在实验中看到，固态的碘没有熔化，而直接升华成紫色的碘蒸气。 停止加热，碘蒸气没有液化，而直接凝华成固态碘，一部分附着在烧瓶 壁上。
　　升华、凝华都是常见的现象。冬天，晾在室外的湿衣服会结成冰， 但冰冻的衣服也会干，这是因为冰升华为水蒸气。冬天寒冷的早晨，室 外物体上常常挂着一层霜，这是空气中水蒸气直接凝华而成的小冰粒。 物质在升华过程中要吸热，在凝华过程中要放热。生产中可以利用 升华吸热来得到低温，例如利用干冰（固态二氧化碳）的升华吸热，来
使运输中的食品降温，防止食品腐烂变质。
练 习
1．物质从 态直接变为 态的现象叫升华。升华过程中要
热。物质从 态直接变为 态的现象叫凝华。凝华过程中要 热。
■
　　2．指出下列现象中哪一种属于凝华现象：冬天，室外冰冻的衣服干 了；屋顶的瓦上结了一层霜；早晨有浓雾；洒在室内地上的水干了。


阅读材料 电冰箱的原理


　　烈日炎炎的夏天，电冰箱冷冻室内却可以保持零下几摄氏度，零下 十几摄氏度，甚至更低的温度，使存放的食物、药品保持新鲜。电冰箱 怎样得到这样的低温呢？
　　原来电冰箱利用了一种叫做氟利昂的物质作为热的“搬运工”，把 冰箱冷冻室里的“热”，“搬运”到了冰箱外面。氟利昂是一种既容易 汽化又容易液化的物质。汽化时它吸热，就像搬运工把包裹扛上了肩； 液化时它放热，就像搬运工把包裹卸了下来。
　　图 4—18 表示出了电冰箱的构造和原理。电动压缩机使氟利昂蒸气 压缩并把它压入冰箱外面的冷凝器管里，在这里蒸气变成液体并放热， 放出的热被周围的空气带走。冷凝器里的液态氟利昂，经过一段很细的
　　
毛细管缓慢地进入冰箱内冷冻室的管子里，在这里迅速汽化，吸热，使 冰箱内温度降低。生成的蒸气又被压缩机抽走，压入冷凝器，再液化并 把从冰箱内带来的热放出。氟利昂这样循环流动，冰箱冷冻室里就可以 保持相当低的温度。
■
　　在距地面 20～50 千米的高空有一层臭氧。臭氧层能大量吸收大阳射 来的对生命有害的紫外线，是地球上的生物得以生存和进化的重要条 件。而氟利昂如果从电冰箱中散逸、泄漏出来，上升到臭氧层会破坏那 里的臭氧，对地球的生态环境构成威胁。现在我国和世界其他主要国家 都在研制氟利昂的代用品，来逐步淘汰这种破坏臭氧层的物质。


小实验：纸锅烧水


　　听说过“着火点”这个词儿吗？着火点是物质用不着靠近火焰就能 自己着火的温度。纸的着火点是 183℃，就是说，只要它的温度达到 183
℃，它就会自动燃烧起来。
　　知道火焰的温度吗？普通煤炉的火焰约 600℃。那么，能用纸做的锅 在火上把水烧开吗？
　　取一张光滑的厚纸，照图 4-19 那样做成一个小纸锅。纸锅里装些水， 放到火上加热，注意不要让火苗烧到水面以上的纸。过一会儿水就会沸 腾，而纸锅不会烧着。
实际做一做，并且说明纸锅为什么不会烧着。
习 题
　　1．气象学里的日平均温度，是一日当中的 2 时、8 时、14 时、20 时这四个时刻气温的平均值。如果某地某日这四个时刻的气温如图 4-20 所示。那么该地的日平均气温是多少℃？
2．要给体温计消毒应采用下面的哪种方法： A．用蘸了酒精的棉花球擦； A．用自来水冲洗；
C．在沸水中煮；
D．在酒精灯火焰上烧。 答：[ ]
　　3．甲、乙两盆水里都有冰块，甲盆里的冰块多些，乙盆里的冰块少 些，甲盆放在阳光下，乙盆放在背阴处。两盆里的冰块都未完全熔化。 那么 答：[ ]
A．甲盆水的温度比乙盆的高； B．两盆水的温度相同； C．乙盆水的温度可能比甲盆的高； D．不能判定，必须用温度计测量后才能知道。

答：[ ]
　　4．假如我们要生产这样三种温度计：实验室用的能测出铅、锡熔点 的温度计；便宜的测室温用的寒暑表；便宜的能测开水温度的温度计。 假如我们手边可以利用的液体有：比较贵的水银、很便宜的甲苯和酒精。 那么，制造每种温度计应该用哪种液体呢？说明理由。
　　5．电灯泡发光时灯丝的温度达到 2000℃。能用铁、金、铅来制造电 灯泡的灯红吗？如果由你来挑选，你准备选哪种金属来制造电灯泡的灯 丝？说明你的理由。
　　6．晒粮食的时候，为什么要把粮食放在向阳的地方，并且要把粮食 摊开？
7．夏天扇扇子并不能降低气温，但是觉得凉快。这是为什么？
　　8．你知道什么叫中暑吗？这是在高温环境下，体温调节功能不能适 应，体温上升，而头痛、眩晕、恶心。在中暑患者身上擦酒精对中暑有 治疗作用。你能说明其中的道理吗？说说看。
9．设计一个从酒精和水的混合液中分离出酒精的办法。
　　10．火箭在大气中飞行的时候，它的头部跟空气摩擦生热，温度可 达几千摄氏度。在火箭头上涂一层特殊材料，这种材料在高温下熔化并 且汽化，能起到防止烧坏火箭头部的作用。为什么？
11．用笔划线把下列现象同该现象属于哪种物态变化连起来。 烧开水时冒的“白气” 汽化
夏天湿衣服晾干 熔化 冬天早晨看到草上的霜 凝固 用久了的灯泡钨丝比新时细 液化 钢水浇铸成火车轮 凝华 吃冰棒解热 升华


学到了什么


　　1．常用的温度计是利用液体热胀冷缩的性质测量温度的。使用温度 计要注意：选用量程合适的温度计；认清温度计的最小刻度值；测液体 温度时，玻璃泡要全部浸入被测液体中，待温度计示数稳定后再读数； 读数时不要从液体中取出温度计，视线要与液柱上表面相平。
2．一切物质都可以发生右图所示的状态变化：
　　3．固体分晶体和非晶体两类。晶体有一定的熔点和凝固点，非晶体 没有。
　　4．汽化有蒸友和沸腾两种方式，这两种方式都要吸热。不同的是： 蒸发是任何温度下都能发生的、只在液体表面进行的缓慢汽化，沸腾是 在一定温度下发生的、在液体内部和液体表面同时进行的剧烈汽化。
　　
　　影响蒸发快慢的因素有：温度高低，表面积大小，表面上气流的快 慢。
5．使气体液化可以采用两种办法：降低温度，压缩体积。
■



第五章 光的反射




1．从光源发出的光怎样传播？
2．光的反射遵从什么规律？
3．平面镜成像的原理是什么？


　　在漆黑的屋子里，我们什么也看不见。你们早已知道，这是由于没 有光的缘故。我们要看见东西，必须有光射入我们的眼睛。
　　能够发光的物体叫做光源。太阳就是一个巨大的自然光源，它发出 的光照耀万物，使我们在白天能看到周围的一切。可是一到夜晚，没有 太阳光了，人们为了能看见东西，就不得不自己制作人造光源。
■
　　人造光源有一段漫长的发展史。自从学会用火以来，穴居的原始人 就靠篝火照明，以后逐渐学会了用火把。大约到两千多年前的战国时代， 已经用油灯照明，后来又发明了蜡烛。现代普遍使用的电灯，是美国发 明家爱迪生在 1878 年发明的，传到我国，已是 20 世纪初了。电灯是迄 今为止人类制造出来的最好的人造光源，百余年来，已迅速普及到全世 界的各个地区。当然，在这个时期，电灯也不断地得到改进和发展，今 后也还将继续得到改进和发展。

一、光的直线传播 光的直线传播
在小学自然中我们已经学过光的直线传播。例如，在有雾的天气里，
可以看到从汽车头灯射出的光束是直的；穿过森林的光束是直的（参看 彩图）；在电影院中可以看到放映机射向银幕的光束是直的（图 5—2）。 光不仅在空气中沿直线传播，在水、玻璃等透明物质中的传播路线也是 直的。
　　由于光是沿直线传播的，我们就可以沿光的传播路线画一条直线， 并在直线上画上箭头表示光的传播方向。这种表示光的传播方向的直线 叫做光线。
在挖掘长的隧洞时，为了保证隧洞是直的，工程师们就用能沿直线 传播很远的激光激束，引导掘进机沿直线前进（图 5—3）。




激 光是由激光器发射出来的，激光的特点是非常亮，能集中射向个方向而不散开，因而能射得很远而亮度
减弱很小。

　　光的直线传播可以解释许多常见的光现象，例如影的形成。光在传 播过程中，遇到不透明的物体，在物体后面光不能到达的区域便产生影。 你玩过手影游戏吗？图 5—4 手影的形状为什么会随手形变化？
　　日食和月食也可以用光的直线传播来解释。图 5-5 和图 5—6 表示出 日食和月食的成因。
　　需要注意的是，光在同一介质中沿直线传播是有条件的，如果介质 不均匀，光线也会发生弯曲。例如地球周围的大气就是不均匀的，离地 面越高，空气越稀薄，从大气层外射到地面的光线就会发生弯曲。早晨， 当太阳还在地平线以下时，我们就看见了它，就是因为不均匀的大气使 光线变弯了的缘故（图 5—7）。因此应该说，光在均匀介质中是沿直线 传播的。
　　光的速度 打雷时，雷声和闪电是同时发生的，但是我们总是先看到闪电，后听到 雷声，这说明光的传播速度比声的传播速度快得多。由于光的速度很大， 不容易测量，直到本世纪 20 年代才测出了比较准确的值。现在公认的光 在真空中的速度是 3×108 米/秒。光在其他介质中的速度比在真空中 的速度小。光在空气中的速度十分接近光在真空中的速度，也可
以认为是3×108 米 / 秒。光在水中的速度是上述值的 3 ，在玻璃中的速度
4
是上述值的 2 。
3
想想议议
你能不能想出一个办法来估测发生雷电的地方离你有多远？
练 习
1．光在均匀介质中是沿 传播的，影、日食都是 产生的现象。
　　2．排纵队时，如果看到自己前面的一位同学挡住了前面所有的人， 队就排直了，这可以用 来解释。
　　3．光在空气中的速度是 米/秒。发生雷电时，先看到闪电，后听 到雷声，是由于 。
　　



二、光的反射


　　所有的物体表面都反射光，我们能够看到不发光的物体，就是因为 被它们反射的光射入了眼睛。磨光的金属、油漆得很好的家具看上去光 亮耀眼，砖瓦、石块看上去比较暗淡，这是由于不同的表面反射光的情 况不同，
下面我们用实验来研究光是怎样反射的。
实 验
　　1．照图 5—8 甲那样，把一个镜子 M 平放在平板上，把一个画有角 度的白色硬纸板竖立在镜面上，硬纸板是由 E、F 两块粘接起来的，可以 绕接缝 ON 转动，ON 垂直于镜面。使 E、F 在同一平面上，让入射光线沿 纸板射向镜面上的 O 点，观察从镜面反射的光线的方向。
改变入射光线的方向，观察反射光线的方向怎样改变。
■
　　2．把纸板的半面 F 向前折或向后折（图 5-8 乙），还能看到反射光 线吗？
光的反射定律
　　从光的入射点 O 所做的垂直于镜面的线 ON 叫做法线，入射光线与法 线的夹角叫做入射角，反射光线与法线的夹角叫做反射角。从实验得出 的下述结论叫做光的反射定律：
　　反射光线与入射光线、法线在同一平面上；反射光线和入射光线 分居法线的两侧；反射角等于入射角。
光的反射定律可以用图 5—9 来表示，图中 i 是入射角，r 是反射角，
∠r=∠i。 在上面的实验中，如果让光线逆着反射光线的方向射向镜面，可以
看到，反射光线将逆着原来入射光线的方向射出。这表明，在反射时光
路是可逆的。
镜面反射和漫反射
　　让一束太阳光斜射到平面镜上，在反射光的方向可以看到耀眼的亮 光。太阳光斜射到白纸上，从各个方向都看不到耀眼的亮光了。这是为 什么呢？原来白纸看上去虽然很平，但是实际上却有许多细微的凸凹不 平，平行光线射到它上面时，反射光线是向着不同方向的（图 5—10）， 这种反射叫做漫反射。而镜面很光滑，射到平面镜上面的平行光线反射 后仍然是平行的（图 5—11）。光滑镜面的反射叫做镜面反射。
　　我们能从各个方向看到桌子、墙壁、书本，正是由于它们发生漫反 射，我们无论站在哪个方向，它们总能把一部分光反射到我们眼睛里。
　　
练 习
　　1．光线与镜面成 30°角射在平面镜上（图 5—12），入射角是多大？ 试画出反射光线，标出入射角和反射角。
■
2．入射光线与平面镜的夹角是 30°，入射光线与反射光线的夹角是
。
3．光线垂直射到镜面上时，入射角是 度，反射光线的方向是
。
　　4．我们能从不同万向看到本身不发光的物体，是由于光射到物体上 时发生 的缘故。
　　


三、平面镜


■？ 日常生活中用的镜子是平的，叫做平面镜。从平面镜中可以看到镜
前物体的像。你知道平面镜成像有什么特点吗？
实 验
　　照图 5—13 那样，在桌面上竖立一块玻璃板作为平面镜，把一支点 燃的蜡烛放在玻璃板前面，可以看到玻璃板后面出现蜡烛的像。另外拿 一支相同的蜡烛在玻璃板后面移动，直到看上去它跟像完全重合。后一 支蜡烛的位置就是前支蜡烛的像的位置。记下两支蜡烛的位置。
观察比较蜡烛和它所成的像的大小，它们一样吗？ 改变点燃的蜡烛的位置，重做上面的实验。量出每次实验中 两支蜡烛到玻璃板的距离，并比较它们的大小。
平面镜成像
　　从上面的实验可以看出，无论蜡烛到玻璃板的距离是远还是近，平 面镜所成的像和物体到镜面的距离都相等，像与物体大小相同。如果把 像和物体的位置用直线连起来，还可以看出，它们的连线与镜面垂直。 利用光的反射定律可以说明平面镜成像的原理。如图 5—14 所示， 镜前物体上的点 S 射向平面镜的光线，经平面镜反射后进入眼睛，看起
来就觉得这些光线好像是从它们在镜后延长线的交点 S1 射来的（图 5—
14 甲），跟 S1 处真有一光源时产生的感觉一样（图 5-14 乙）。S1 就是 S
点在镜中的像。但是镜子后面实际上并没有这个发出光线的点，所以 S1
叫虚像。物体上的每个点在镜子里都有一个像点，所有的像点就组成整 个物体的虚像。
■
　　平静的水面，抛光的金属平面，都具有平面镜的作用，能形成清晰 的像。在古代没有玻璃镜子的时候，贵族妇女就是对着铜镜梳妆打扮的
（图 5—15）。我国大约在四千多年前夏王朝时代就有了铜镜。战国时代 铜镜非常盛行，制作精美，在出土文物中时有发现。
平面镜的应用
　　平面镜不但用于生活中，还用于其他方面。练功房里演员用平面镜 来观察自己的姿势。牙科医生用小平面镜来观察患者牙齿不易看到的部 分。
　　平面镜还用来制作潜望镜。照图 5—17 那样在管子的上、下拐角处 各安装一个平面镜，两块平面镜互相平行，都跟水平方向成 45°角，这 样就做成了最简单的潜望镜。
潜水艇下潜后，艇内人员就是用潜望镜来观察水面上情况的（图 5-

18）。当然，他们使用的潜望镜比我们讲的简单潜望镜要复杂得多。 想想议议 岸边的树木和房屋等在水中的像看上去都是倒立的，为什么？
练 习
　　1.某人站在穿衣镜前 1 米处，他在镜中的像到镜面的距离是 米。 当他向镜面前进 0.5 米时，人与像间的距离是 米。
2．把一只墨水瓶逐渐向平面镜靠近时，它的像将 A．变大； B．变小； C．不变。
答：[ ]
　　3．图 5—19 中平面镜前有一个发光点 S，你能确定它的像的位置吗？ 请在图中画出来。
4．平面镜所成的像为什么叫虚像？
■



*四、球面镜


■？ 拧下手电筒前面的玻璃盖，可以看到小灯泡后面的反射面是凹形
的。汽车头灯里面也有凹形的反射面。汽车驾驶室外面的观后镜和公路 拐弯处的镜子镜面是凸的。这些特殊的镜子各起什么作用呢？
实 验
　　让凹镜正对着太阳，拿一小纸片在镜前移动，直到纸片上的光斑变 得最小、最亮。
凹镜的作用
　　反射面是球面的一部分的镜子叫做球面镜。用球面的内表面作反射 面的，叫做凹面镜，简称凹镜。用球面的外表面作反射面的，叫做凸面 镜，简称凸镜。
实验表明，凹镜能把射向它的平行光线会聚在一点（图 5—20），这
一点叫做凹镜的焦点。如果把纸片放在这里，过一会儿，纸片就会烧焦。
■
　　利用凹镜能会聚光的性质，可以制作太阳灶（图 5-21），用会聚的 太阳光来烧水、煮饭，既节省燃料，又清洁卫生。
　　凹镜的面积越大，能够会聚的太阳光越多，焦点处的温度就越高。 大的太阳炉可以用来焊接金属，或使锅炉里的水变成蒸汽，推动发电机 发电。
　　天文学家们用凹镜制作大型反射式望远镜。口径达数米的巨大凹镜 把来自遥远宇宙空间的微弱星光会聚在焦点上，再用照相机拍摄下来进 行研究。
　　如果把小灯泡放在凹镜的焦点上，灯泡发出的光经凹镜反射后，就 成为平行光射出（图 5—22）。
■
　　手电筒、汽车头灯中用凹镜作反射面，其作用就是使放在焦点附近 的灯泡发出的光向同一方向近似平行地射出，使光束集中，亮度大，照 射的距离远（图 5—23、5—24）。
■
　　安装在北京天文台是远东最大的天文望远径 2.16 米，是远东最大的 天文望远镜。夜晚能看到亮度相当于 2 万米外的一根点着的火柴发出的 光那样的星。5—24）。
■
凸镜的作用
射到凸镜上的平行光线，经凸镜反射后变得发散（图 5—25），凸镜

对光线起发散作用。
■
光亮的金属勺的背面可以当作凸镜。用勺的背面照自己的脸（图 5
—26），你在镜中看到的像是放大的还是缩小的？
■
　　凸镜所成的像是缩小的，但是从凸镜中观察到的范围比从大小相同 的平面镜中观察到的范围大。汽车上的观后镜用凸镜，就是为了使司机 从镜中能观察汽车后面较大范围内的物体（图 5—27），以利于行车安全。 马路拐弯处安装大的凸镜，可以使来往车辆和行人看到较大范围的弯路 那边的交通情况，避免发生交通事故。
■


阅读材料 汇丰银行大楼上的日光镜


香港的汇丰银行大楼用日光镜给大楼的办公大厅提供天然照明（图 5
—28）。在办公大楼外面高 50 米的空中悬挂着一个由许多块平面镜组成 的阵列，它长 30 米，宽 5 米。天空射来的太阳光先由这个平面镜阵列反 射到办公大厅顶部的凸镜阵列上，凸镜阵列再把太阳光向下反射，照亮 大厅。整个系统由电脑控制，随着太阳光方向的改变，反射镜阵列的方 向也跟着改变。
■
小实验：制作针孔照相机


　　在较暗的屋子里，把一支点燃的蜡烛放在一块半透明的塑料薄膜前 面，在它们之间放一块钻有小孔的纸板。由于光沿直线传播，塑料薄膜 上就出现烛焰的倒立的像（图 5—29）。这种现象叫做小孔成像。
■ 利用小孔成像可以制作针孔照相机。
　　如图 5—30 所示，做两个可以套在一起的硬纸筒，在外筒前端蒙上 一块黑纸，黑纸上穿一个小孔（直径约 1 毫米）。在内筒的一端蒙上半 透明的塑料薄膜。让小孔对着屋子外面明亮的物体，塑料薄膜上就形成 室外物体倒立的像。前后拉动内筒，像的大小和明亮程度就随着变化。 早在公元前 4 世纪成书的《墨经》中就记载了小孔成像的实验，并
且用光的直线传播对小孔成像作出了正确的解释。你会解释吗？试试 看。
制作潜望镜
用一个长方形硬纸盒和两块平面镜，自制一个潜望镜。
习 题

　　1．为了检查一块木板的楞是否直，可以闭住一只眼睛，用另一只眼 睛沿楞的长度方向看过去（图 5—31）。这是利用了
　　2．一位在北京的剧场里看演出的观众，坐在离演奏者 30 米远处。 另一位在上海的观众，坐在家里的电视机前看同一演出。上海与北京相
距 1460 千米，哪位观众先听到演奏声？（电视靠无线电波传播，无线电 波的传播速度与光速相同）
■
　　3．光在1秒钟内传播的距离大约相当于地球赤道周长的多少倍？（地 球赤道半径约 6400 千米）
　　4．水平方向的光线与镜面成 45°角射在平面镜上（图 5—32），反 射光线将沿什么方向？
5．眼睛看到从平面镜反射来的光线方向如图 5—33 所示，试确 定入射光线的方向。
■
　　6．池中水的深度是 2 米，月球到地球的距离为 3.8×105 千米，月 球在池中的像到水面的距离是 。
　　7．玻璃是透光的，镜子却能很好地反射光，为什么？找一块破镜片， 刮去它背面的部分涂层，这部分还能照出像来吗？镜子是靠什么来反射 光的？
　　8．图 5—34 中，AB 是放在平面镜前的物体，A′B′表示物体在镜中 所成的像。甲、乙、丙三个图哪个是正确的？
■
　　9．晚上，在桌上铺一张白纸，把一块小平面镜平放在纸上，让手电 筒的光正对着平面镜照射（图 5—35），从侧面看去，白纸被照亮，而平 面镜却比较暗。做做看，并解释为什么。


学到了什么


1．光的直线传播 光在均匀介质中沿 传播。
　　光在真空中的速度是 千米/秒，光在其他介质中的速度比在真 空中的速度小。
2．光的反射 (1)光的反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面上；反射
光线和入射光线分居法线的两侧；反射角等于入射角。 光在反射时光路是可逆的。 (2)物体对光的反射分镜面反射和漫反射两类。漫反射使我们从不同
方向都能看到物体。

3．平面镜成像 平面镜所成的像叫虚像。像与物体到平面镜的距离相等，像与物体
大小也相等。
*4．球面镜 球面镜分凹镜和凸镜两种。
　　凹镜能使平行光线会聚在焦点；使焦点发出的光线平行射出。太阳 灶就是利用凹镜来会聚太阳光的。手电筒、汽车头灯利用凹镜作反射面， 使光线近似平行地射出。
　　凸镜使光线发散。凸镜可以扩大视野。汽车上的观后镜用凸镜是为 了扩大视野。
　　


第六章 光的折射


1．什么是光的折射现象？
2．凸透镜能成像吗？ 能成些什么像？
3．照相机、幻灯机、放大镜的成像原理是什么？




一、光的折射
？
　　插在水中的筷子，看上去好像在水面处折断了（图 6—1）；盛了水 的碗，看上去好像变浅了。这是为什么呢？
■
　　光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般会发生变化，这 种现象叫做光的折射。
下面我们来研究光从空气射入水中方向怎样改变。
实 验
　　照图 6—2 那样，让光以某一角度射向水面，观察进入水中的光线的 方向怎样改变。
■ 改变入射角，再做一次。
让光垂直射向水面，水中光线沿什么方向前进？
光的折射
图 6—3 表示光从空气射入水中的光路图，折射光线与法线的夹角叫 做折射角。实验表明，光从空气斜射入水或其他介质中时，折射光线与
入射光线、法线在同一平面上；折射光线和入射光线分居法线两侧；折
射角小于入射角；入射角增大时，折射角也随着增大；当光线垂直射向
介质表面时，传播方向不改变。
■
如果让光线逆着折射光线的方向从水或其他介质射入空气中，可以 看到，进入空气中的折射光线就逆着原来入射光线的方向射出，就是说， 在折射中光路也是可逆的。想一想，这时的折射角是大于还是小于入射
角？上一章曾讲到，光在不均匀的空气中传播路径是弯曲的，这实际上 也是折射现象。
眼睛受骗
　　清澈见底、看起来不过齐腰深的池水，不会游泳的人可千万不要冒 失下去，因为它实际深度将没过胸部，可能会使你惊慌失措而发生危险。
　　
为什么池水看起来比实际的浅呢？
■
　　这是因为从池底的一点 A 射向空气的光线，在水面处发生折射，折 射角大于入射角，眼睛逆着折射光线看去，觉得好像是从水中的 A1 点射 来的（图 6—4），眼睛看到的是 A 点的虚像 A1，A1 在 A 的上方，所以看
起来池底升高，池水变浅了。盛了水的碗看起来变浅，也是这个道理。 想想议议 插入水中的筷子，在水中的部分看起来向上弯折，你能利用图 6—5
说明道理吗？
■
练 习
1．光从空气斜射入水中时，折射角 入射角。
2．池水看起来比实际的浅，这是由于光从水中射入空气时发生
造成的。
3．图 6—6 中哪个图正确地表示了光从空气射入玻璃中的情况？
■



二、透镜
？
　　在照相机和显微镜中都有一些玻璃元件，它们的表面是球面的一部 分，叫做透镜。这些玻璃元件起什么作用呢？
透镜有两类，中间厚边缘薄的叫凸透镜，中间薄边缘厚的叫凹透镜
（图 6—7）。如果透镜的厚度远小于球面的半径，这种透镜就叫做薄透 镜。下面我们只研究薄透镜。
　　通过两个球面球心的直线叫做透镜的主光轴（图 6—8），主光轴上 有个特殊的点。通过它的光线传播方向不改变，这个点叫做透镜的光心， 可以认为薄透镜的光心就在透镜的中心。
下面我们来观察凸透镜和凹透镜对光线的作用。
实 验
　　1.让凸透镜正对着太阳光，拿一张白纸在它的另一侧来回移动，直 到纸上的光斑变得最小、最亮（图 6—9）。
■
2．换用凹透镜再做上面的买验，纸上还能得到最小、最亮的光斑吗？ 凸透镜使光线会聚 实验表明，凸透镜能使跟主光轴平行的光线会聚在主光轴上的一
点，这个点叫做凸透镜的焦点。焦点到凸透镜光心的距离叫做焦距。凸 透镜两侧各有一个焦点。两侧的两个焦距相等。跟主光轴平行的光线通 过凸透镜的光路如图 6—10 所示，图中 F 表示焦点，f 表示焦距。凸透镜 对光线有会聚作用，所以也叫会聚透镜。
■
　　如果把小灯泡放在凸透镜的焦点处，光源射向凸透镜的光，经凸透 镜后将变为平行光（图 6—11）。因此利用凸透镜可以产生平行光（见章 后的小实验）。
■
凹透镜使光线发散
　　图 6—12 是平行光通过凹透镜的情况，从空气射向凹透镜的光，经 过凹透镜后变得发散。因此在上面的实验中用凹透镜不能在白纸上得到 最小、最亮的光斑。所以凹透镜也叫发散透镜。
■
　　跟主光轴平行的光线经过凹透镜后变得发散，这些发散光线的反向 延长线相交在主光轴上的一点（图 6—12），这点叫做凹透镜的焦点。由 于它不是实际光线的会聚点，所以叫虚焦点。
■
想想议议

　　1.图 6—13 是一个玻璃棱镜和射向它侧面的一束光。这束光通过棱 镜后，从另一侧面射出的折射光线将向什么方向偏折？
　　2．凸透镜可以近似看作图 6—14 甲那样放置的棱镜和玻璃块的组 合，凹透镜可以近似看作是图 6—14 乙那样放置的棱镜和玻璃块的组合。 你能说明平行光通过凸透镜后会聚和通过凹透镜后发散的道理吗？
■
■
练 习
1．凸透镜能使平行于主光轴的光线会聚于一点，这点叫做凸透镜的
，这一点到凸透镜光心的距离叫做 。
　　2．要想利用凸透镜使小灯泡发出的光线变成平行光，应该把小灯泡 放在凸透镜的 上。3．图 6—15 所示的光线通过透镜后的光路图，哪 个是正确的？
■



三、照相机
？
　　照相机能使人和物体在相片上形成缩小的像。你知道照相机是怎样 照出相片来的吗？
下面我们做实验来研究。
〔目的〕观察凸透镜成缩小实像的条件。
〔器材〕凸透镜，蜡烛，光屏，刻度尺，火柴，粉笔。
〔步骤〕
　　1．用粉笔在桌面上画一直线，在直线上标出凸透镜的位置 O、焦点 F、2 倍焦距处 P（图 6—16）。
　　2．照图 6—16 那样，把凸透镜、蜡烛、光屏放在直线上。点燃蜡烛， 调整蜡烛、凸透镜、光屏的高度，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在 同一高度。
　　远在公元前 2 世纪，我国就有人用冰磨成凸透镜，会聚太阳光取火。 冰遇火会熔化，但做成冰透镜却可以取火，真是出人意料的创造。
■
　　3．把蜡烛放在离凸透镜远大于 2 倍焦距的地方，沿直线移动光屏， 直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像。
观察这个像是倒立的还是正立的，是放大的还是缩小的？
　　4．把蜡烛移向凸透镜，仍保持它们的距离大于 2 倍焦距。移动光屏， 像到凸透镜的距离有什么变化？像的倒正、大小有什么变化？像仍是缩 小的吗？
　　5．让蜡烛到凸透镜的距离等于 2 倍焦距，移动光屏，观察像到凸透 镜的距离，像的倒正和大小。
凸透镜成缩小实像的条件
实验表明，凸透镜到物体（蜡烛）的距离大于 2 倍焦距时，成倒立、
缩小的像。这个像是蜡烛射向凸透镜的光经过凸透镜后会聚成的，能用
光屏承接，叫做实像（图 6—17）。
■
照相机
　　照相机就是利用上面的原理制作的。照相机的镜头相当于一个凸透 镜，胶卷相当于光屏。选定被拍摄的景物后，调节镜头到胶片的距离， 胶片上就会出现景物的清晰的倒立、缩小的像（图 6—18）。胶片上有对 光敏感的物质，曝光后发生化学变化，经过显影处理就成为底片，再用 底片洗印就可以得到相片。
■
为了使远近不同的景物在胶片上产生清晰的像，需要旋转镜头上的

调焦环，调节镜头到胶片的距离，拍摄近的景物时，镜头往前伸，离胶 片远一些；拍摄远的景物时，镜头往后缩，离胶片近一些。调焦环上刻 有数字，表示出拍摄的景物到镜头的距离。
　　照相时，胶片曝光适当，才能洗出好的相片。曝光过度，洗出的相 片发白；曝光不足，洗出的相片很暗，都不能令人满意。为了控制曝光 量，一是用光圈控制进入镜头的光的多少，一是用快门控制曝光的时间。 光圈可以开大或缩小、光圈环上刻有光圈数。曝光时间可以从快门上的 数字知道。拍照时，要根据景物的明亮程度，选择适当的光圈和快门。
■
练 习
1.物体到凸透镜的距离大于 2 倍焦距时，能成 、 的实像。
　　2．照相机的镜头相当于一个 镜，胶片相当于 ，照相时 景物到镜头的距离应该 焦距。
　　


四、幻灯机放大镜


？
　　幻灯机能把小小的幻灯片上的画面放大到屏幕上，供大家观看。放 大镜能把细小的物体放大，使我们看清楚它们。幻灯机和放大镜的原理 是什么呢？
让我们来做下面的实验。
〔目的〕观察物体距离凸透镜近于 2 倍焦距时的成像情况。
〔器材〕凸透镜，蜡烛，光屏，刻度尺，火柴，粉笔。
〔步骤〕
　　1．照上节图 6—16 那样在桌上用粉笔画出直线，把凸透镜、蜡烛、 光屏放置在直线上，调整好它们的高度。
　　2．把蜡烛放在离凸透镜稍小于 2 倍焦距的地方，沿直线移动光屏， 直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的实像。
观察这个实像是倒立的还是正立的，是放大的还是缩小的。 把蜡烛移近凸透镜，仍保持它们的距离大于焦距，移动光屏，观察
像的大小和像到凸透镜的距离有什么变化。
　　3．把蜡烛移到凸透镜的焦点以内，移动光屏，在光屏上还能看到烛 焰的像吗？
　　从光屏这一侧透过凸透镜观察烛焰（图 6—21），是不是看到了一个 正立、放大的烛焰的像？这个像不是实际光线会聚成的，因此不能用光 屏承接，是虚像。
■
　　把蜡烛移近焦点，仍保持它离凸透镜的距离小于焦距，观察正立的 虚像是变大还是变小。
凸透镜成放大的实像、虚像的条件
上面的实验表明：
物体到凸透镜的距离在 2 倍焦距和焦距之间时，成倒立、放大的实
像。
物体到凸透镜的距离小于焦距时，成正立、放大的虚像。
幻灯机
幻灯机就是利用凸透镜能成倒立、放大的实像这个原理制成的（图 6
—22）。幻灯机的镜头也相当于一个凸透镜，透明的幻灯片到镜头的距 离比镜头的焦距稍大，用强光照射幻灯片，就可以把幻灯片上的画面放 映到屏幕上，形成倒立、放大的实像。为了使观众看到正立的像，幻灯 片要倒着插在架上。
■

　　教学中常用的投影器（图 6—23）的结构与幻灯机相似，主要区别是 投影器用两块大的塑料螺纹透镜作聚光器（螺纹透镜的作用相当于凸透 镜），同时用一块平面镜把像反射到屏幕上。投影器能放映大画面的幻 灯片，也可以投射直接书写在透明胶片上的文字，使用方便。
■
放大镜
　　放大镜就是一个短焦距的凸透镜，用来成正立、放大的虚像。把凸 透镜靠近要观察的物体，让凸透镜到物体的距离小于焦距，透过凸透镜 就可以看到物体正立、放大的虚像。
　　放大镜放大的倍数一般只有几倍，最多不过 20 多倍，要想进一步提 高放大倍数，就要用显微镜（图 6—25）。显微镜的镜筒两端各有一个凸 透镜，靠近眼睛的凸透镜叫目镜，靠近被观察物体的凸透镜叫物镜。物 体通过物镜成放大的实像，再通过目镜成放大的虚像，经过两次放大， 于是提高了放大倍数。
■
练 习
1．要想用凸透镜形成倒立、放大的实像，物体到凸透镜的距离应该
。当物体到凸透镜的距离 焦距时，透过凸透镜能看到 正立、放大的 像。
2．幻灯机在银幕上所成的是 像。幻灯片到镜头的距离应该
。
3．从放大镜中看到的像是 。被观察物体到放大镜的距离应该
。



*五、颜色之谜


？
　　衣服、花朵、图画、彩色电视节目里都有各种各样的颜色。我们生 活在绚丽多彩的颜色世界中已经很习惯了。但是，物体为什么会呈现出 不同的颜色呢？
光的色散
　　在很长的时间里，人们一直认为白色是最单纯的颜色，白光是最单 纯的光。直到 17 世纪牛顿用棱镜使太阳光产生色散，才揭开了颜色的秘 密。下面我们来做牛顿的色散实验。
实 验
　　1．让一束太阳光通过棱镜射到白屏上（图 6—26 甲），在白屏上看 到什么？
2．把另一个相同的棱镜按相反的方向放在前一个棱镜旁边（图 6—
26 乙），在白屏上又看到了什么？
■
　　人眼能直接看清大小为 0.1 毫米的物体，例如 1 根头发；用放大镜 能看清约 0.01 毫米的物体，例如蚊子的腿；用显微镜能看清 1 微米的物 体，例如细菌；用电子显微镜能看到大分子。
从实验看到，太阳光通过棱镜后，分解成各种颜色的光，在白屏上 形成一条彩色的光带，叫做光谱。彩色光带的颜色从一端到另一端依次 是：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。如果把另一个棱镜反向放置在棱镜 旁边，彩色光带将重新会聚成白光。这表明，白光不是单色的，而是由
各种色光混合成的。
物体的颜色
　　光射到物体上时，一部分光被物体反射，一部分光被物体吸收。如 果物体是透明的，还有一部分光透过物体。不同物体，对不同色光的反 射、吸收和透过的情况不同，因此呈现出不同的颜色。
在图 6—26 甲所示的实验中，在棱镜和白屏之间放一块红玻璃，白 屏上就只出现一条红光带（图 6—27）；如果放一块蓝玻璃，白屏上就只 出现一条蓝光带。这表明，有色的透明体透过什么色光，它就是什么颜 色。透明体的颜色是由它透过的色光决定的。
■
　　在图 6—26 甲的实验中，如果在白屏上贴一张红纸，屏上就只有被 红光照射的地方是亮的，其他地方是暗的；如果在白屏上贴一张绿纸， 屏上就只有被绿光照射的部分是亮的（图 6—28）。就是说，有色的不透
明体反射与它颜色相同的光。

■
　　如果在白屏上贴一张黑纸，不论什么色光照射的地方都是黑的，没 有亮光。这表明黑色物体吸收各种颜色的光。相反，在白屏上能看到各 种色光，表明白色物体反射各种色光。所以白色物体在红光照射下呈红 色，在蓝光照射下呈蓝色。
色光的混合
　　彩色电视机里的各种颜色是怎样产生的呢？下面的实验可以帮助我 们弄清这个问题。
实 验
　　照图 6—29 那样，在白色圆形纸板上贴上红、绿、蓝三种色纸，把 圆纸板安装在陀螺上，使陀螺快速旋转，观察纸板上的颜色。
■ 去掉圆形纸板上的某一种色纸，重做实验。
　　红、绿、蓝叫做色光的三原色，利用这三种色光可以混合出不同的 色彩来（参看彩图）。
　　彩色电视就是利用色光的混合调出各种色彩来的。彩色电视机的荧 光屏上有很多微小的格子，分别涂有能发出红、绿、蓝色光的物质，当 三束电子流分别打到这三种物质上时，就发出红、绿、蓝色的光，这三 束电子流的强弱分别影响着这三种色光的强弱，由此混合出绚丽多彩的 各种色彩。看电视时，如果用放大镜观察电视机的荧光屏，就能看到屏 上红、绿、蓝的光点。
颜料的混合
　　画家用颜料调出各种颜色的道理与上面所讲的色光的混合不同，颜 料的三原色是红、黄、蓝，这三种颜料按一定比例混合，能调出各种不 同的颜色来（见彩图）。这是因为每种颜色的颜料，在阳光照射下，除 了反射跟它相同的色光以外，还反射一些其他的色光，例如黄颜料除了 反射黄光，还反射橙光和绿光，同时吸收其他色光；蓝颜料除了反射蓝 光，还反射绿光，同时吸收其他色光；这两种颜料混合在一起，就反射 绿光，混合颜料就呈绿色了。


阅读材料 海市蜃楼


下面是 1988 年 6 月 20 日《北京日报》刊登的一条消息。


山东电视台拍摄到海市蜃楼奇观


　　据新华社济南 6 月 19 日电（记者刘关权）山东电视台记者孙玉平在 国内首次拍摄到海市蜃楼的现场实况，18 日晚在电视台播出，山东观众
　　
大饱眼福。
这次海市蜃楼发生在被称为人间仙境的蓬莱阁对面海域。从 17 日下
午 14 时 20 分延续到 19 时左右。从蓬莱阁向北望去，在长达 100 多里的 辽阔海面上出现了种种奇观，忽而是多孔桥般的奇景，忽而显现出从未 见过的岛屿。其间有清晰的高楼大厦，周围有冒烟的烟囟，在波涛万顷 的海面上展现出一幅多姿多彩的画卷。无数游人涌向海边竞相观看。
　　海市蜃楼是光的折射产生的一种现象。夏天海面附近的温度比高空 低，空气由于热胀冷缩，上层的空气就比海面附近的空气稀疏，远处物 体反射的太阳光，在射向空中的过程中，由于空气疏密发生变化而折射， 逐渐向地面弯曲（图 6—30），进入观察者眼中，逆着光线望去，就觉得 好像是从海面上空的物体射来的一样。
■
电 影


　　电影放映机（图 6—31）的原理与幻灯机是一样的，只是它放映的不 是单张的幻灯片，而是连续的电影胶片。电影胶片上拍摄的活动景物是 按每秒拍摄 24 张的速度拍下来的，由于前后两张胶片相隔的时间很短， 所以两张胶片上的活动景物变化也很小。放映时，胶片按每秒 24 张的速 度通过镜头，每张胶片在镜头前停顿一会儿。在更换下一张胶片时，有 一个装置把镜头遮住，使银幕暂时变黑。因为人的眼睛有一种视觉暂留 作用（即眼睛看到的景物消失后，视神经对景物的印象还能保留大约 0.1 秒），就觉得银幕上总有图像，并且产生银幕上的景物是连续活动的感 觉。
■
　　如果拍摄电影胶片时每秒拍 24 张，放映时也是每秒通过 24 张，即 拍摄电影的速度跟放映电影的速度相同，我们看到的景物活动情况就跟 实际的一样。如果拍摄的速度加快，例如每秒拍 2400 张，而放映时仍是 每秒 24 张，那么，我们看到的银幕上的景物活动就比实际的慢，把 1 秒 钟内的动作拉长到 100 秒了，这就是电影里的慢镜头。反之，如果拍摄 速度减慢，例如 1 秒钟只拍 1 幅画面，放映时仍是每秒 24 张的速度映出， 我们看到的银幕上的景物活动就比实际的快，把 24 秒内的动作缩短到 1 秒内完成了，这就是电影里的快镜头。
　　电影中的快镜头和慢镜头，不但可以达到一定的艺术效果，在科学 研究中也很重要。例如，体育运动中用慢镜头来使运动员的动作变慢， 以便仔细观察分析。在研究植物的生长、发育、开花、结果过程时，用 快镜头把过程缩短，使人在短时间内就可以看到植物生长的全过程。
■
小实验：自制平行光源



照图 6—33 那样，在一个侧面开有 3 条细缝的小盒中，安装一个手
电筒用的小灯泡和一个充满水的链霉素小瓶（相当于一个水凸透镜），
用 2 节干电池使小灯泡发光。移动小瓶的位置当小灯泡位于水透镜的焦 点处时，就有三束平行光线从细缝中射出。利用得到的平行光线做以下 实验：
■
1．用另一个充水的链霉素瓶作水凸透镜，会聚平行光。
2．让平行光射到平面镜上，观察光的反射。
　　3．让平行光射到凸镜和凹镜上（可用铝箔或罐头盒来自己做），观 察凸镜对光线的发散作用和凹镜对光线的会聚作用。


研究物体的颜色


　　找几张颜色不同的纸：白的、黑的、红的、绿的、蓝的，再找几张 颜色与上面相同的透明玻璃纸和一个光比较强的手电筒。把几张色纸排 列在墙上，在黑屋子里，先用手电筒射出的白光依次照射各张色纸，记 下它们的颜色。再用各张透明的色纸蒙住手电筒的前端，用不同的色光 依次照射各张色纸，把观察到的各张色纸的颜色填入下页表中。










根据观察和记录下的现象你能得出什么结论？
习 题
1．画出图 6—34 中折射光线的大致方向。
■
2．从水面上看水中的鱼，看到的鱼的位置比实际的浅，这是由 于：
A．光在水中不沿直线传播； B．光在水面处发生反射； C．光从水中射入空气中发生折射；
D．人们眼睛产生的错觉。 答：[ ]
3．在碗底放一枚硬币，把碗移动到眼睛刚好看不到硬币的地方（图
6—35），保持眼睛和碗的位置不变，请另一位同学向碗里倒水，你观察 到什么现象？产生这种现象的原因是什么？
■

　　4．有一个不知焦距的凸透镜，你用什么办法可以粗略测出它的焦 距？
5．画出图 6—36 中经凸透镜折射后的光线和射入凸透镜的光线。
■
　　6．找一副老花镜，把镜片对着电灯，变化镜片到灯泡的距离，用白 纸作光屏观察灯丝所成的像。老花镜的镜片是凸透镜还是凹透镜？
　　7．把一张透明塑料纸铺在桌面上，用筷子在塑料纸上滴一个水珠（直 径约 5 毫米），双手平拿着塑料纸，透过水珠看报纸上的字（图 6—37）， 字是放大了还是缩小了？看到的是实像还是虚像？小水珠起了什么作
用？
■
　　8．有一个焦距是 15 厘米的凸透镜，要想用它产生缩小的实像，物 体到凸透镜的距离应 厘米。要想用它产生放大的虚像，物体到凸透 镜的距离应 厘米。
9．放映幻灯时，幻灯片应放在离镜头 A．大于 2 倍焦距处，倒立放置；
B．2 倍焦距和焦距之间，倒立放置； C．2 倍焦距和焦距之间，正立放置； D．大于 2 倍焦距处，正立放置。
答〔 〕
　　10．下面是一个关于凸透镜成像情况的表，请你在表的空格中填入 适当的内容。


物体到凸透 像 的 情 况
镜的距离 倒立或正立 放大或缩小 实像或虚像
大于 2 倍焦距离 在 2 倍焦距和 焦距之间
小于焦距离




学到了什么


学到了什么
■




第七章 质量和密度




1．质量的单位是什么？
2．怎样用天平称物体的质量？
3．什么是物质的密度？
一、质量 质量
一把铁锤比一个铁钉含的铁多，一条木船比一把木椅含的木材多。
物体中含有物质的多少叫做质量。
　　现在国际上通用的质量单位是千克，它等于保存在巴黎国际计量局 内的国际千克原器的质量，国际千克原器是一个用铂铱合金做成的圆柱 体（图 7—1）。1 立方分米纯水的质量大约是 1 千克。
■
　　为了使用方便，通常还用比千克小的单位克、毫克和比千克大的单 位吨。
1 吨=1000 千克；
1 千克=1000 克；
　　　　　　　　　　1 克=1000 毫克。 把一块铁压成铁片，形状变了，但所含铁的多少没有变，质量也就
不变。一块冰熔化成水，状态变了，质量也不会变。一个罐头，不论放 在地球上什么地方，或是被宇航员带到太空中，它的质量也不会变。物 体的质量不随形状、状态和位置而改变。
一些物体的质量（单位：千克）
■
质量的测量
你到商店里去买粮、买菜、买水果，售货员都要称货物的质量。图 7
—2 是常用的测质量的器具，你认识吗？
■
　　在学校实验室和工厂化验室里常用天平称质量，常用的天平有托盘 天平（图 7—3）和物理天平（图 7—4）。托盘天平使用比较简便，使用 的方法是：
1．把天平放在水平台上，把游码放在标尺左端的零刻线处。
2．调节横梁右端的平衡螺母，使指针指在分度盘的中线处，这时横

梁平衡。
3．把被测物体放在左盘里，用镊子向右盘里加减砝码并调节游码在
标尺上的位置，直到横梁恢复平衡。这时盘中砝码的总质量加上游码在
标尺上所对的刻度值，就等于被测物体的质量。 对于物理天平，在调节横梁平衡之前要先调节底板上的底脚螺钉，
让重垂线上的小锤尖端跟底板上小锥体的尖端正对，使底板水平。 为了保持天平测量精确，使用时要注意：
　　1．不能超过最大秤量。每台天平能够称的最大质量叫做天平的最大 秤量，也叫秤量。用天平称的物体的质量不能超过天平的最大秤量。用 镊子往盘里加减砝码时要轻拿轻放。
　　2．保持天平干燥、清洁。不要把潮湿的物体和化学药品直接放在天 平盘里，不要把砝码弄湿弄脏，以免锈蚀。
练 习
　　1．根据第 78 页表中的数字回答：大头针的质量是多少毫克？苹果 的质量是多少克？鲸的质量是多少吨？
　　2．太阳的质量大约是地球质量的多少倍？地球的质量大约是月球质 量的多少倍？
■



二、实验：用天平称固体和液体的质量


〔目的〕学习用天平称固体和液体的质量。
　　〔器材〕天平和砝码，体积相同的长方木块、铝块、铁块，墨水瓶， 水。
〔步骤〕
　　1．把天平放在水平台上，观察天平的最大秤量值以及游码标尺上的 最小刻度值。
2．把游码放在标尺的零刻线处。调节横梁上的螺母，使横梁平衡。
（使用物理天平时还要先调节底板水平）
3．用天平称出木块、铁块、铝块的质量，把得到的数据记在下面。 木块的质量：
铁块的质量： 铝块的质量：
4．用天平称出 1 墨水瓶水的质量（想想应该怎样称）。 空墨水瓶的质量：
墨水瓶和水的总质量： 瓶中水的质量： 如何称出一张邮票的质量？ 想想议议



三、密度


　　从上节的实验知道，体积相同的铁块、铝块、木块，它们的质量不 相等，铁块质量最大，铝块较小，木块最小。那么，对同一种物质来说， 它的质量跟体积又有什么关系呢？
实 验
　　1．用天平称出两个体积不同的长方铁块的质量，测出它们的体积， 然后求出每个铁块的质量跟体积的比值。把这些数据都填在下面的表
里。


质量（克） 体积（厘米 3 ） 质量/体积（克／厘米 3 ） 铁块 1
铁块 2
松木块 1 松木块 2



2．用两个体积不同的长方松木块重做上面的实验。把得到的数据都
填在上面的表里。 实验表明，铁块的质量跟体积的比值是一定的，铁块的体积增大几
倍，它的质量也增大几倍，即它的质量跟它的体积成正比。换用木块做 实验，也得到同样的结果，只是它质量跟体积的比值与铁的不同。
密 度
　　质量跟体积的比值等于单位体积的质量。不同种类物质单位体积的 质量一般不同，可见单位体积的质量反映了物质的特性，物理学中用密 度表示物质的这种特性。
某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度。
知道物质的质量和体积，就可以算出密度，计算的公式是
质量
密度 ?
体积
　　通常用ρρ表示密度，m 表示质量，V 表示体积，计算密度的公式可 以写作
ρ ? m
V
〔例题〕一铁块质量是 1.97 吨，体积是 0.25 米 3，铁块的密度是多 大？
已知：m=1.97 吨=1.97×103 千克，V=0.25 米 3。



ρ ：希腊字母，汉语拼音读作 rou。

求：ρ。
解：ρ ? m ? 1.97×10



千克 ? 7.9×103 千克/ 米3

V 0.25千米3
答：铁块的密度是 7.9×103 千克／米 3。 从上面的计算可以看出，密度的单位是由质量单位和体积单位组成
的，常用的质量单位是千克，体积单位是米 3，密度的单位就是千克／
米 3 ，读作千克每立方米。在一般物理实验中，由于所用物质不多，因此， 质量的单位常用克，体积的单位常用厘米 3，密度的单位就用克／厘米 3。 根据千克与克、米 3 与厘米 3 的关系，你应该能够推导出千克／米 3 与克
／厘米 3 的关系是：
1 克／厘米 3＝1000 千克／米 3。
练 习
　　1．测得一木块的质量是 10.8 克，体积是 24 厘米 3，木块的密度是 多大？
2．一杯水和一桶水的密度哪个大？
　　3．一块砖的密度是 1.5 克／厘米 3，把它平分成两块，每块的密度 应是：(1)0.75 克／厘米 3；(2)1.5 克／厘米 3；(3)3 克／厘米 3。哪个 对？
　　


四、实验：用天平和量筒测定
固体和液体的密度


　　要测出物体的密度，需要测出它的质量和体积。质量可以用天平测 出。液体和形状不规则的固体的体积可以用量筒或量杯来测量（图 7—
6）。
　　观察你的量筒或量杯的刻度，它的最大刻度是多少？它的每小格代 表多少厘米 3？图 7—6 和图 7—7 告诉你量筒和量杯的使用方法。
〔目的〕用天平和量筒测定固体和液体的密度。
　　〔器材〕天平和砝码，量筒（或量杯），石块，玻璃杯，水，盐水， 细线。
■
〔步骤〕
1．用天平称出石块的质量。
2．用量筒测出石块的体积。
把步骤 1、2 中测得的数据记在表 1 中，求出石块的密度。
■ 表 1

石块的 质量
m （克）

石块放入前 水的体积 V1 （厘米）

石块和水 的总体积 V2=（厘米 3 ）

石块的体积
V =V2-V1
（厘米 3 ）

石块的密度
ρ
（克/厘米 3 ）





3．在玻璃杯中盛盐水，称出它们的质量。
4．把玻璃杯中的盐水倒入量筒中一部分，记下量筒中盐水的体积。
5．称出玻璃杯和杯中剩下的盐水的质量。
把步骤 3、4、5 中测得的数据填入表 2 中，求出盐水的密度。
表 2

玻璃杯
和盐水 的质量
m1 （质量）

玻璃杯和
剩余盐水 的质量 m2 （克）

量筒中盐
水的质量
m=m1-m2
（克）

量筒中盐
水的体积


V （厘米） 3

盐水的密度


ρ
（克/厘米 3 ）







■
想想议议
蜡块不沉入水中，也能用天平和量筒测出蜡块的密度吗？想想看，

应该怎么办？



五、密度知识的应用
？
　　矗立在天安门广场的人民英雄纪念碑，它的碑心石是一整块巨大的 花岗岩，怎样知道它的质量？
一卷细铜电线，怎样方便地知道它的长度？ 一个看上去像是金的戒指，怎样才能知道它是不是纯金的？ 有了密度的知识，你就能解决这些实际问题了。 由于密度的知识很有用，科学家们测出了各种物质的密度，供大家
使用。下面是一些物质的密度表。


一些固体的密度

物质 密度（千克/米 3 ） 物质 密度（千克/米 3 ） 锇 22.5 × 103 铝 2.7 × 103 金 19.3 × 103 花岗岩 (2.6 ～ 2.8)× 103 铅 11.3 × 103 砖 (1.4 × 2.2)× 103 银 10.5 × 103 冰 0.9 × 103 铜 8.9 × 103 蜡 0.9 × 103 钢、铁 7.9 × 103 干松木 0.5 × 103

一些液体的密度



物质 密度（千克/米 3 ） 物质 密度（千克/米 3 ）
水 银 13.6 × 103 植物油 0.9 × 103
硫 酸 1.8 × 103 煤 油 0.8 × 103 海 水 1.03 × 103 酒 精 0.8 × 103 纯 水 1.0 × 103 汽 油 0.71 × 103



一些气体的密度（0℃，在标准大气压下）




物 质 密度（千克/米 3 ） 物 质 密度（千克/米 3 ） 二氧化碳 1.98 一氧化碳 1.25 氧 1.43
空 气 1.29 氦 0.18
氢 0.09

现在我们来研究利用密度知识解决本节开头的三个问题的方法。求
质量

从密度的公式ρ = m 可以得出
V
m＝ρV。 这个式子告诉我们，物体的质量等于它的密度乘以体积。因此，知
道了物体的体积，查出组成物质的密度，就可以算出它的质量。对于不 便于直接称量的庞大物体，这是求出它的质量的很方便的办法。
现在你能计算出人民英雄纪念碑碑心石的质量吗？算算看。
求体积
从公式ρ = m 还可以得出
V
V＝ m 。
ρ
　　利用这个式子，知道了物体的质量，查出它的密度，就可以算出它 的体积。对于形状不规则的或不便于直接测量的较大的物体，这是求它 的体积的很方便的办法。
　　现在你会求出铜电线的长度吗？根据这卷铜线的质量和铜的密度可 以计算出它的体积。知道了体积以后，又怎样进一步求出它的长度呢？ 请同学们想一想。也许，你们还可以想出别的办法来，试试看。
　　水是地球上最常见的物质，宇宙中的白矮星密度大约是水的一百万 倍，中子星的密度大约是白矮星的一亿倍。一艘万吨级轮船，只能装几 个足球大的白矮星物质或芝麻粒大的一点中子星物质。
鉴别物质
　　从密度表可以看出，各种物质的密度是一定的，不同物质的密度一 般不同。要知道一个物体是什么物质做的，只要测出它的密度，把测得 的密度跟密度表中各种物质的密度比较一下，就可以知道物体可能是什 么物质做的了。
　　你会用密度知识来鉴别戒指是不是纯金的吗？怎样做？这种鉴别方 法是不是一定可靠？为什么？
〔例题〕一个瓶子能盛 1 千克水，用这个瓶子能盛多少煤油？ 要知道瓶子能盛多少煤油，需要知道瓶子的容积和煤油的密度。由
瓶子能盛 1 千克水和水的密度可以求出水的体积，这个体积就是瓶子的 容积，也就是瓶子能盛的煤油的体积。水和煤油的密度可以从密度表中 查出来。
已知：m 水＝1 千克，V 水=V 煤油，ρ水=1000 千克／米 3，
ρ煤油=800 千克／米 3。
求：m 煤油。

解：由公式V =

m 可以求出1千克水的体积，
ρ

m水
V水 ?
水

? 1千克
1000千克 / 米3


? 0.001米3 ；

V 煤油=V 水，由公式 m＝ρV 可以求出煤油的质量，
m 煤油=ρ煤油 V 煤油
　　=800 千克／米 3×0.001 米 3=0.8 千克。 答：这个瓶子能盛 0.8 千克煤油。
练 习
　　1．一个容积为 2.5 升的塑料瓶，用它装水，最多能装多少千克？用 它装酒精呢？（1 升=1 分米 3）
2．一块 1 米 3 的冰熔化成水后，质量是多大？体积是多大？
　　3．有甲、乙两个金属块，从外观上很难认出它们是什么物质的，现 测得它们的体积和质量分别为：（甲）15 厘米 3，290 克；（乙）5.4 厘
米 3，48 克。你能鉴别出每块可能是什么金属的吗？


阅读材料：质量单位千克的由来




　　自古以来，各国采用过各种不同的质量单位，例如，我国曾经用斤、 两、钱作质量单位：英、美等国曾经用磅作质量单位。现在国际上普遍 采用国际单位制，在国际单位制中质量的单位是千克。
　　法国为了改变国内计量制度的混乱情况，在规定通过巴黎的地球子 午线的四千万分之一为 1 米的同时，在米的基础上规定了质量单位，即 规定 1 分米 3 的纯水在 4℃时的质量为 1 千克（因为水在 4℃时的密度最 大）。并且用铂制作了标准千克原器，保存在法国档案局。因此，这个 标准千克原器也叫“档案千克”。
　　1872 年，科学家们通过国际会议，决定以法国的档案千克为标准， 用铂铱合金制作标准千克的复制品，分痉⒏?泄毓?摇*1883 年在制作的 复制品中，选了一个质量与“档案千克”最接近的作为国际千克原器， 保存在国际计量局（设在巴黎）。1889 年，第一届国际计量大会批准以 这个国际千克原器作为质量的标准，沿用到现在。


细微差别中的重大发现


　　在 19 世纪末，英国物理学家瑞利在精确测量各种气体的密度时，发 现由空气中取得的氮的密度是 1.2572 千克／米 3，从氨中取得的氮的密 度是 1.2505 千克／米 3。虽经多次重复测量，仍然存在这个令人奇怪的 差异。后来，他在化学家拉姆萨的合作下，于 1894 年从空气中取得的氮 里分离出另一种当时还不知道的气体——氩，这个谜才解开了。原来，
　　
氩的密度较大，空气中的氮混有少量氩，它的密度就比从氨中取得的纯 氮的密度稍大。这是科学史上一个很有名的故事，它说明在科学实验中， 尽可能精确地进行测量是多么重要。瑞利由于不放过这一细微差异而执 着地研究下去，终于导致氩的发现，荣获 1904 年的诺贝尔物理学奖。


小实验：自制小天平


　　用均匀的细木条（或塑料尺）作天平的横梁，在横梁的中间穿孔， 拴一个提纽。再在横梁两端距中间孔等距离的地方穿孔，用两个同样的 硬纸片作为秤盘。把提纽挂起来，就成了一个小天平（图 7—9）。用几 个质量已知的硬币作砝码。可以用自制的小天平来测量你的铅笔、橡皮、 牙膏皮等的质量。


自制量筒


用玻璃罐头瓶（或玻璃杯）自制一个量筒（或量杯）。 在瓶的外壁上贴一个纸条，用实验室里的量筒量出 20 厘米 3 的水，
倒入瓶中，在纸条上画出水面的位置。再用量筒量出 20 厘米 3 的水，倒 入瓶中，画出水面的位置??（如果瓶的中间部分是粗细均匀的，你可 以用较为简便的办法标定刻度。想想看，怎么做？）
　　有了自制的小天平和量筒，就可以用它们来测定橡皮、牙膏皮等的 密度了。测测看，牙膏皮可能是用什么物质做的。
习 题
　　1．有一堆大头针约几百个，利用天平你能很快地知道它的数量吗？ 说出你的办法来，并实际做一做。这样求出的大头针个数跟实际的个数 完全一致吗？为什么？
　　2．一块体积为 100 厘米 3 的冰熔化成水后，水的体积(1)仍是 100 厘米 3；(2)大于 100 厘米 3；
(3)小于 100 厘米 3。哪个对？
3．甲、乙两块矿石质量相等，甲的体积是乙的 2 倍，则ρ甲=
ρ乙。
4．不用天平，只用量筒，如何量出 1 千克的酒精来？
5．用秤能否测出墨水瓶的容积？如果能，说出你的办法来。
　　6．猜一猜你们教室里的空气有多少，几克？几十克？还是几千克？ 几十千克？测出你们教室的长、宽、高，算一算里面的空气质量是多少。 你猜得对吗？
　　7．人的密度跟水的密度差不多，根据你的质量算一算自己的体积有 多大。
　　
　　8．一块长方形的均匀铝箔，用天平和尺你能不能求出它的厚度？如 果能，说出你的办法。