資源簡介

第三章 陽光
【概念與規(guī)律】
一、太陽輻射能
1、太陽是一個巨大的不斷燃燒著的氣體球，它以輻射形式不斷釋放能量，陽光給地球帶來的光和熱是太陽輻射能的主要形式。
2、由于地球離太陽很遠，又遠比太陽小，因此地球獲得的太陽輻射幾乎是平行的，輻射到地球上的能量僅占太陽總輻射能（rakiation energy）的極小一部分，但足以提供地球上萬物生長所需的能量。
3、物體的吸熱本領與物體表面顏色有關，表面黑色的物體比表面白色的物體能吸收更多的太陽熱輻射。
二、陽光的傳播
1、自行發(fā)光的物體叫光源。對地球來說，太陽是最強的天然光源。
（1）熱光源：由于高溫而發(fā)光的物體叫熱光源，如白熾燈、火炬、電弧燈、太陽等。
（2）光源：發(fā)光時溫度并不高的物體叫冷光源，如日光燈、節(jié)能燈等。
（3）人們能看見本身不發(fā)光的物體，是因為它們能把其他光源的光反射出來。如月球、桌椅、水滴等本身不發(fā)光，看到它們是由于它們反射了太陽等其他光源的光。
2、從影的形成和小孔成像等事實證明，陽光（包括一切光）在均勻介質（medium）中沿直線傳播，這是任何光源發(fā)出的光普遍遵循的規(guī)律。
3、光線（light ray）：用一條帶箭頭的直線來表示光的傳播路徑和方向，這條假想的線就叫做光線。
4、光在真空中的傳播速度是3×108m/s，光在其他透明物質中的傳播速度比真空中小，光在空氣中的傳播速度接近于真空中的光速。
三、陽光的組成
1、色散現(xiàn)象（dispersion）:陽光經過三棱鏡(prism)后,在三棱鏡另一側的光屏上出現(xiàn)一條彩色光帶,其中各色光按紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫的順序依次排列，該現(xiàn)象稱為色散現(xiàn)象。
（1）色散現(xiàn)象是由于不同色光經過棱鏡發(fā)生偏折的程度不同，使白光中的各色光分離，從而形成色散現(xiàn)象。(如圖3.1所示，紫光偏折程度最大，依次至紅光偏折程度最小)
（2）單色光：不能再發(fā)生色散的色光叫單色光。
（3）復色光：由兩種以上的單色光組合成的光叫做復色光。
（4）色散現(xiàn)象表明:陽光（白光）由各種色光按一定比例組合而成，陽光、蠟燭火焰、白熾燈發(fā)出的光都是復色光。
2、可見光譜、紅外線與紫外線
（1）光譜：陽光經棱鏡發(fā)生色散后，在光屏上形成各色光按順序排列的彩色光帶叫做光譜。
光譜中各色光的排列順序和虹（rainbow）的色彩的排列順序是完全相同，即紅、橙、黃、綠、藍、靚、紫。
（2）可見光譜(visible spectrum)：由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫這七種色光形成的光譜叫做可見光譜。
（3）實驗證實太陽可見光譜之外還存在大量不可見輻射（如圖3.2所示），在可見光譜中紅光外側的不可見射線叫做紅外線（infrared ray），在紫光外側的不可見射線叫做紫外線（ultraviolet ray）。
陽光主要由紅外線、可見光、紫外線組成。
（4）紅外線和紫外線的主要作用：紅外線和紫外線都是不可見射線。
①紅外線的特點及主要作用
一切物體都可以發(fā)射紅外線。物體的溫度越高，輻射出的紅外線越多。物體在輻射紅外線的同時，也在吸收紅外線。紅外線的主要特性是熱作用強，各種物體吸收了紅外線后溫度升高，因此人們利用紅外線來加熱物品。工業(yè)上用紅外線烘干汽車表面的噴漆，家庭用紅外烤箱烤食品，浴室用的浴室暖燈用紅外線來取暖，醫(yī)療上利用紅外線來理療。由于紅外線繞過云霧等微粒的能力比較強，利用靈敏的紅外探測器吸收物體發(fā)出的紅外線，再用電子儀器對吸收的信號進行處理，可以顯示出被測物體的形狀和特征，這就是紅外遙感。利用紅外遙感技術可以對地球勘測、尋找水源、監(jiān)視森林火災、估測大面積農作物的長勢和收成、預報風暴和寒潮等。在軍事上紅外遙測和紅外遙感技術也得到了廣泛應用 。
②紫外線的特點及主要作用
由于紫外線能量高到足以殺死或殺傷活細胞，因此在醫(yī)院和食品廠常用紫外線燈消毒滅菌。利用紫外線發(fā)出的光對某些昆蟲有特殊吸引力，可制成紫外誘蚊燈；應用紫外線的螢光效應，進行防偽。除驗鈔機上利用這種效應外，利用不同物質在紫外線照射下會發(fā)出不同顏色的熒光的特點，可以鑒別古畫，并可用紫外線攝影。少量紫外線有助于人體合成維生素D，接觸大量紫外線將導致皮膚曬斑、老化、曬傷，甚至導致皮膚癌。
高溫物體如太陽、弧光燈和其他熾熱物體發(fā)出的光中都有紫外線，日光燈發(fā)出的光中也含有紫外線。地球上的天然紫外線來自太陽光。地球周圍大氣層（特別是臭氧層）阻擋了大量的紫外線進入地球表面，才使地球上的生物獲得生存的條件。為了保護人類生存家園，我們應有環(huán)保的意識，承擔起環(huán)保的責任和義務。
【啟迪與拓展】
例1、探究“物體吸熱本領與表面顏色關系”
實驗要求：通過對比實驗，探究物體吸熱本領與表面顏色的關系。
提供器材：空瓶若干（規(guī)格如下表），透明吸管兩支，橡皮泥適量，紅墨水少量，黑色涂料適量。
品牌 農夫山泉（礦泉水瓶） 娃哈哈（礦泉水瓶） 可口可樂（易拉罐）
規(guī)格 250ml 550ml 250ml 250ml
數(shù)量 1只 2只 1只 1只
（1）試根據(jù)要求及提供器材，設計實驗并寫出必要的步驟。
（2）你認為在實驗中需控制哪些條件？________________________；
采用不同顏色瓶的目的是：________；
預測觀察到的現(xiàn)象是_________________________________________；
由實驗現(xiàn)象得到的結論是__________________________________________。
分析：
在做對比實驗時，要注意實驗條件的控制，應采用“控制變量”的科學方法。
比如，在這個對比實驗中，應盡可能使其他條件——容器的形狀大小、接受熱輻射的時間、水量、水初溫等都相同，只考慮由于兩瓶顏色的不同而所引起的升溫差別，從而說明表面顏色不同的物體與吸收熱輻射多少的關系。
（由于本實驗未提供溫度計，根據(jù)現(xiàn)有器材，可利用氣體吸熱體積膨脹性質進行設計。）
故設計步驟為：
（1）取550ml農夫山泉空瓶兩只(瓶的材料、形狀、大小相同)，并將其中一只涂成黑色（兩瓶不同顏色，可進行對比）；
（2）用吸管、橡皮泥、紅墨水將兩瓶分別按如圖3.3所示實驗裝置安裝；注：保持瓶的形狀不變（兩容器中空氣一樣多）；
（3）將兩瓶放在陽光下曬，并觀察兩吸管中紅色液柱移動情況。
預測觀察現(xiàn)象：黑色瓶中的液柱移動快。
實驗結論：表面黑色的物體容易吸收熱輻射，表面白色物體不易吸收熱輻射。
例2、某南極科考隊，在一次極地考查中，一輛運輸車的輪子被冰凍住而無法移動，隊員們將一桶一桶的開水潑到冰凍的輪子上，可潑上去的開水很快結冰，后將煤渣灑上去后，只用了一天時間，輪子上的冰就熔化了。這是什么原因？
分析：
由于南極氣溫很低，當開水潑出后，很快向外界散熱，溫度迅速下降并結冰。灑煤渣使冰表面顏色變黑，黑色物體容易吸收太陽熱輻射。
例3、下列屬于光源的是______________。
A.燃燒的木材 B.織女星 C. 正在播放影片的電影屏幕
D.熒火蟲 E.發(fā)出生物熒火的深海魚類 F.金燦燦的獎杯
分析：
能自行發(fā)光的物體叫做光源，故判斷物體是不是光源，關鍵在于判斷該物體能否自行發(fā)光。
木材燃燒時發(fā)光發(fā)熱；織女星是恒星，恒星是發(fā)光發(fā)熱的星體；螢火蟲、烏賊及一些海洋魚類通過體內蛋白質與氧發(fā)生化學反應來發(fā)出生物熒光，也是種自行發(fā)光的過程。而正在播放影片的電影屏幕是反射放映機投向屏幕的光，其自身不發(fā)光；金燦燦的獎杯是反射太陽等光源的光，自身不發(fā)光。
故A、B、D、E是光源。
例4、某同學在校體育館看到一扇非常大的窗戶，便想估算它的高度，他經過思考后，測量出光從窗戶照在地上的正方形光斑邊長為4.3米，靠近墻面的光斑邊到墻面的距離為0.6米,窗臺高0.7米。根據(jù)這些數(shù)據(jù)你認為他能算出窗戶高嗎？若能，請通過計算說明，并簡述理由。
分析：
根據(jù)光在均勻介質中沿直線傳播的特點，陽光照射到窗戶及外墻后，窗臺（高H2）、窗高H1及所形成的光斑長L2關系如圖3.4所示，則根據(jù)相似三角形對應邊成比例可得: （H1 + H2）/ H2 = （L1 + L2）/L1
（H1 +0.7m）/0.7 = (0.6m+4.3m)/0.6m 解得: H1=4.2m
即窗高為4.2米
例5、用步槍對準靶子進行瞄準練習，當眼看到瞄準點、準星尖和缺口中心三者重合時，就算瞄準了，這是什么道理？
分析：
根據(jù)光在均勻介質中沿直線傳播，當三者重合時，說明瞄準點被擋住了，即三者在同一直線上。
例6、晴天在較大的瀑布前方容易出現(xiàn)一條“彩虹”，試分析其形成原因，這個“彩虹”的色彩排列與光譜中各色光的排列順序是否一樣？
分析：
瀑布前方形成的“彩虹”與雨后看到的“彩虹”形成原因是相同的，由于瀑布前方及雨后，空氣中懸浮著許多小水滴，陽光射入這些水滴后發(fā)生色散而形成。因此，它們的色彩排列順序與光譜中各色光的排列順序是一樣的。
例7、為什么在陽光下盛開的紅花，在綠色光下是黑色的？
分析：
物體呈現(xiàn)的顏色不僅與它表面材料對各色光的吸收和反射有關，還與你在什么顏色的光線中看它有關。在陽光下呈現(xiàn)紅色的物體，是由于它的表面只反射紅色光，其它顏色的光都被吸收了。當把紅色物體放在綠色光下時，物體要么反射綠色光，要么吸收綠色光。由于紅色物體僅僅反射紅色光，吸收所有的綠色光，因此，原本紅色的花呈現(xiàn)出了黑色。
【思考與練習】
1、太陽以輻射形式不斷釋放能量，陽光給地球帶來的_____和____是太陽輻射能的主要形式，陽光是地球上所有生物的主要_____來源。
2、地球獲得的太陽輻射幾乎是_____的，因此陽光同一時刻對地球上同一地點的熱輻射是相同的。
3、“日全食發(fā)生時，短時間內氣溫就明顯下降、群星顯露……”。請你解釋這兩種現(xiàn)象形成的主要原因？并猜想假如沒有太陽我們可能面臨的問題。
4、人造衛(wèi)星的外表面總要貼一層銀白色的金屬箔片，你知道這是什么道理嗎？
5、下面是小明同學在家探究“物體吸熱本領與表面顏色的關系”時的操作步驟：
(1)在250ml無色透明的礦泉水瓶和500ml黑色的爆果汽飲料瓶中注入自來水；
(2)在兩個瓶中分別插入一支溫度計，為使溫度計的玻璃泡浸沒在水中，小明用橡皮泥將其固定并將瓶口封住；
(3)將兩個瓶放到陽光下曬時，小明發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶中的水較少。于是便將陽臺上灑水壺中的水倒入，與黑色瓶中水位相同后重復（2）步驟；
(4)將兩個瓶放在陽光下曬6分鐘后，發(fā)現(xiàn)黑色瓶中溫度計示數(shù)較低。
試問：根據(jù)小明所做實驗及現(xiàn)象能否得出實驗結論？為什么？需要對上述哪些環(huán)節(jié)進行何種修改？
6、北方的某些地方經常下雪，積雪不化給人們的生活及交通帶來很多不便，清掃工人將路面上的雪清掃堆積后，在上面灑些土、砂石等，這是什么原因？
7、宇宙中有很多星體能自行發(fā)光且很強，但對地球而言，_______是最強的天然光源。
8、下列不屬于光源的是 （ ）
A、氖光燈（霓虹燈） B、生活在深海中的水母
C、城市夜晚天空中的射燈光柱 D、熾熱的電爐絲
9、試舉四個利用光直線傳播規(guī)律解決實際問題的例子(相似的用法只算一個)。
10、下列與光在均勻介質中沿直線傳播性質無關的是( )
A、將手對著燈光在墻壁上做出各種動物形象
B、排隊“向右看齊”時，要求只看到右邊同學的左臉頰
C、掉在地上的碎鏡片光芒四射
D、用激光瞄準儀進行瞄準
11*、傍晚，亮亮到姥姥家去，臨走前媽媽告訴他：“走出小路碰到棵小
樹就往西走，很快就會到的。”這是亮亮第一次單獨到姥姥家，你從圖中判斷一下，亮亮能很快找到姥姥家嗎？請簡述理由。
圖3.5
12、試計算陽光從太陽射出10分鐘內能否到達地球？（已知日地平均
距離為1.5×108km）
13、一個五角形的光源垂直照射在一個三角形的小孔上，在小孔后面的
光屏上形成的光斑是( )
Ａ、三角形 Ｂ、五角形 Ｃ、圓形 Ｄ、方形
14、活動：小孔成像
（1）小心地用針在紙杯底部中心扎一個小孔；
（2）用蠟紙（或半透明的薄紙）蓋住紙杯杯口，用膠帶固定蠟紙；
（3）關掉房間的燈。把紙杯有小孔的一端朝向明亮的窗戶（或在暗室里用有小孔的一端朝向蠟燭火焰）；
（4）觀察蠟紙上形成的像。
描述你看到的像：它是倒立的還是正立的？比實際物體大還是小？改變物距（即小孔到窗戶或蠟燭的距離）時，像的大小如何變化？
假設用這個小孔成像儀對著前方8cm處的火焰，測得紙屏上火焰的像高約為2 cm，已知紙杯高為6cm。試計算蠟燭的火焰高約多少厘米？
15、一束白光經過棱鏡后，在梭鏡另一側的光屏上出現(xiàn)顏色按_______________順序排列的色帶，這就是色散現(xiàn)象。
16、白光經棱鏡色散后，再經過相反放置的棱鏡，各種色光又能復合成白光，這一現(xiàn)象不能夠說明的是（ ）
A、白光由各種色光按一定比例組合而成
B、白光是一種復光色
C、復色光必須由兩種以上的單色光組合而成
D、復色光經過梭鏡后,組成它的各色光可“分離”出來
17、白光經梭鏡等色散時,偏折角度最大的是_____色光，最小的是____色光。
18*、下列關于彩虹的說法錯誤的是( )
A、彩虹是陽光射入空中大量的小水滴（類似于小梭鏡）發(fā)生色散而形成的
B、彩虹的形成可說明陽光是復色光
C、彩虹中的色彩排列順序與可見光譜中的一樣
D、晴天，在噴泉附近看到的小“彩虹”，由于噴泉水往上噴，所以其顏
色排列與雨后彩虹的排列相反
19、絢麗多彩的晚霞和日出東方時的壯麗景象是任何一位藝術家都難以描繪的，下列關于日出及落日景象形成的說法正確的是（ ）
A、陽光在空氣中沿直線傳播的結果
B、陽光在大氣中經過空氣分子等微粒時發(fā)生散射的結果
C、陽光在大氣中與空氣分子等微粒摩擦，產生光熱的現(xiàn)象
D、是大氣中各云層間放電的結果
20、下列不是利用紫外線輻射的是( )
A、將衣被放在陽光下曬 B、夏天外出打遮陽傘
C、檢鈔機識別假鈔 D、用紫外線燈滅菌
21、下列有關說法正確的是（ ）
①紅外線和紫外線都是不可見光，人們肉眼看不見
②浴室用的紅外線燈是利用紅外線的熱作用
③多照紫外線有利健康
④衣被多曬可殺菌消毒，是利用陽光中的紫外線作用
⑤紫外線具有很強的能量，可穿過任何物體
⑥紅外線還可用來對地球勘測，尋找水源、監(jiān)視森林火災、估測大面積農作物的長勢和收成，預報風暴和寒潮等。
⑦家庭用的微波爐就是利用紅外線工作的
⑧對人而言，紫外線只會對皮膚造成傷害
A、①②③④⑥⑦ B、①②③④⑤⑥⑧
C、①②④⑤ D、①②④⑥
22*、在沒有任何其他光照的情況下,舞臺追光燈發(fā)出的綠光照在穿白上衣、紅裙子的演員身上，觀眾看到她（ ）
A、全身呈綠色 B、 上衣呈綠色，裙子不變色
C、 上衣呈綠色，裙子呈紫色 D、 上衣呈綠色，裙子呈黑色
【探索與實驗】
示例1、自制針孔成像儀
實驗目的：認識針孔成像原理及特點,并學習制作針孔成像儀
實驗準備：衛(wèi)生紙內筒（或別的廢舊圓柱形小筒），硬紙，膠帶，半透明薄紙，錫箔紙，放大鏡，蠟燭和火柴。
制作步驟：
1．從硬紙上裁出一長方形，使其緊替著圓柱形小筒繞成柱形筒，并用膠帶粘好接口(如圖3.6甲所示)作為外筒，抽出小筒；
2．在小紙筒一端包上半透明紙作為紙屏；
3．在大紙筒的一端包上錫箔，在錫箔中心用針戳一針孔；
4．將小紙筒有紙屏的一端插入大紙筒內(如圖3.6乙所示)。
整個裝置除錫箔有針孔外，其余部分不透光。
實驗步驟
1．在室內，將有針孔的一端對著光線明亮的窗戶，在另一端觀察就可看到光屏上呈現(xiàn)出窗戶的像（在暗室內，可用針孔成像儀觀察點燃的燭焰）。描述你所看到的像的情況：是比物大還是比物小？是正立的還是倒立的？是黑白的還是彩色的？
2．點燃一支蠟燭，用針孔對準它，觀察蠟燭的像：使成像儀逐漸移近（或移遠）蠟燭，看像有什么變化？保持成像儀與蠟燭距離不變而將紙屏向針孔推近，看像發(fā)生什么變化？
3．將針孔稍微變大一點，重復上述過程，看像的大小、明暗和清晰程度如何變化。
4．在錫箔上戳五六個小針孔，并使這些孔都十分靠近，觀察紙屏上的像：只有一個還是有幾個？是清晰的還是模糊的？
5．將放大鏡放在針孔前面，看一看是否可以通過改變物距(小孔與燭焰的距離)和紙屏與錫箔距離得到一個像？保持蠟燭、錫箔、紙屏的距離不變，移走放大鏡，比較有放大鏡和沒有放大鏡時像的情況。（放大鏡相當于一個會聚透鏡，會聚透鏡的作用是將所有分開的像會聚成一個像）。
6*．將孔開成一個大孔，大到與放大鏡一樣大，用放大鏡擋住大孔，通過改變鏡與燭焰的距離及紙屏與鏡的距離在紙屏上得到一個像，這時的像與上段操作中看到的有什么不同？
示例2： 探究“白色光下彩色濾光片的效果”
實驗目的：戲院舞臺常用彩色濾光片來控制舞臺燈光達到不同的舞臺效果。
本實驗將研究白色光下彩色濾光片的作用。
實驗器材：鞋盒、手電筒、剪刀、透明膠帶、足以覆蓋鞋盒頂部的藍色、紅色、綠色的玻璃紙、紅色物體（如通紅的西紅柿）、黃色物體（熟透的檸檬）、（紅色及黃色物體也可用紅色紙、黃色紙包裹的物品代替）
步驟：
1．在鞋盒蓋上小心的剪一個大的矩形洞（使洞比鞋盒蓋稍小一些）。
2．在鞋盒的一個側面中心小心地剪一個小圓洞（如圖3.7所示）。
3．用膠帶把紅色玻璃紙固定在鞋盒蓋上，并覆蓋住蓋上的矩形洞。
4．把物體放進鞋盒中，蓋上鞋盒蓋。
5．在黑暗的房間里，用手電筒照射旁邊的洞，觀察盒中每個物體的顏色。
6．用其他顏色的玻璃紙重復步驟3～5。
分析和推論：
1．當你通過紅色玻璃紙觀察時，你看到了什么？解釋為什么？
2．當你通過藍色玻璃紙觀察時，你看到了什么？解釋為什么？
3．每張玻璃紙允許通過什么顏色的光？推測營造舞臺效果的彩色濾光片的作用？
4．如果你把一個白色物體放進盒中，猜測一下，在每種玻璃紙下你能看到什么？用實驗來證明你的猜測。
5．想一想 彩色濾光片的作用類似于顏料還是色光？如果你通過一個紅色濾光片和一個綠色濾光片觀看手電筒的燈光，會發(fā)生什么現(xiàn)象？如何解釋？
課外實踐1 、彩色光的混合
方法1
用水彩在圓硬紙盤上著色。例如在直徑為10厘米的紙盤的兩面各劃一個大圓圈，在一面的圓圈里著黃色，在另一面的圈里著藍色（如圖3.8甲所示）。把圓盤系在線上，握在兩手的食指和拇指之間，使其旋轉，你將看到什么顏色？通過拉緊和放松繩子旋轉圓盤，當圓盤快速旋轉時，你看到了什么顏色？你的猜測對嗎？
方法2
還有一種混合彩色光的辦法是模仿孩子的玩具，手轉陀螺（如圖3.8乙所示）。將直徑約10厘米的硬紙圓盤面分成相等的三部分，并分別用彩筆按順序著上紅色、綠色、藍色；在圓心兩側小心地各打兩個孔，兩個孔相距2厘米；用約1米長的繩穿過兩個孔，把繩的兩端系在一起；使盤兩邊的繩的長度相等，轉動圓盤使繩索繃緊。
猜測一下，如果快速旋轉圓盤，你將看到什么顏色？
通過拉緊和放松繩子旋轉圓盤，觀察顏色變化。當圓盤快速旋轉時，你看到了什么顏色，你的猜測對嗎？
試試涂上其它顏色會怎樣
課外實踐2、顏料的混合色
拿一支藍粉筆和一支黃粉筆，把它們粉碎并混合起來，得到的是什么色（注意在光譜上，綠色介于黃色和藍色之間。黃色除不吸收黃色和綠色外，吸收所有其他顏色，藍色除不吸收藍色和綠色外，吸收其他顏色，因此，黃色和藍色相互吸收，反射出綠色） 用各種不同顏色的顏料做同樣的實驗。
通過實踐1和2你認為光的三原色與繪畫的三基色一樣嗎
課外實踐3、人造天空和落日
實驗器材：長方形玻璃缸（無色）一個、水、泥土、手電筒等。
實驗步驟：
1.將玻璃缸裝入2/3的水，并放入泥土少量，攪渾濁；
2.將手電光沿水平方向向玻璃缸一端進行照射；
3.觀察玻璃及水呈現(xiàn)出什么顏色？隔著玻璃缸從另一端通過水看手電筒，看到什么？
試分析原因并推測生活中的藍天紅日形成原因。（可參考科學擷萃“天空顏色與大氣污染”）
課外實踐4、自制太陽灶
實驗器材：廢棄的塑料碗、錫箔紙、鐵絲一小段、硬質泡沫塑料（或木料）、兩頭尖的牙簽、一小塊土豆片
實驗步驟：
1．取廢棄的塑料碗一只，在碗底用燒紅的鐵絲穿一圓孔，碗內表面粘上錫箔紙（盡可能弄平整）；
2. 用硬質泡沫塑料（或木料）削一根長約4厘米的圓柱體，直徑以正好能緊緊塞進碗底的圓孔為宜。在圓柱一端橫向鉆一個細孔，穿入一根直徑相當于孔徑的鐵絲，然后將露在圓柱外的鐵絲兩頭扳折90°，各留5厘米，減去多余部分；
3．把圓柱塞入碗底的圓孔內，再將鐵絲兩端插在一塊泡沫塑料板（或木質底板）上（如圖3.9所示）；
4．取一根兩頭尖的牙簽，一頭插在碗底中央的圓柱上，另一頭插上一小塊土豆片。把裝置放在太陽下，使碗內表面朝著太陽方向，牙簽長度要耐心調節(jié)，讓插上去的土豆正好位于最光亮處（發(fā)光焦點上）。
要不了多久，土豆就會被太陽光烤熟，發(fā)出香味。
【科學擷萃】
紅燈停 綠燈行
“紅燈停、綠燈行”，這是人所共知的，能否將紅綠燈的作用互相換一下呢？
我們平時見到的太陽光是白光。由光的色散現(xiàn)象知道白光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等單色光組成的復色光。單色光的顏色是由頻率決定的，紅光頻率最低，波長最長，紫光頻率最高，波長最短，其余顏色的光按紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫的順序排列，頻率越來越高，波長越來越短(如圖3.10所示)。
光在空氣中傳播時，會遇到大氣分子，水蒸汽微粒以及塵埃微粒等障礙物。當光照射到這些微小的障礙物上，障礙物會將光的一部分能量散射出去，而另部分能量將穿過障礙物繼續(xù)向前傳播。散射出去的能量占多大比例與光的波長有關，波長越短，被散射出去的能量越多，穿過的能量越少。在相同條件下，紅、橙光被散射出去的能量少而穿過的能量多，藍、綠光被散射出去的能量多而穿過的能量少。
早晚我們看見太陽時，見到的主要是太陽光中穿過大氣的紅、橙光，所以太陽是紅色的。仰望晴朗的天空，見到的主要是陽光中被大氣散射的藍、綠光，所以天空呈蔚藍色。
正因為紅光穿過障礙物的能量多，可以傳到較遠的地方，使車輛和行人在遠處就能發(fā)現(xiàn)，及早做好準備，所以用紅燈表示停止和危險信號。霧天行車，車上要開黃燈，也是這個道理。可見紅綠燈的作用是不能互換的。
天空的顏色與大氣污染
自然界中絢麗多彩的晚霞和日出東方時的壯麗景象是任何一位藝術家都難以描繪的。但是很少有人知道，我們目睹的日出日落景象卻跟污染有關。城市的落日和空氣清新的鄉(xiāng)村落日是不同的。
在非常潔凈、未受污染的大氣中，落日時的顏色特點鮮明。太陽是燦爛的黃色，鄰近的天空呈現(xiàn)出橙色和黃色。當落日緩緩地消失在地平線下面時，鄰近的天空仍呈現(xiàn)出橙色和黃色，天空的顏色逐漸從橙色變?yōu)樗{色,即使太陽消失以后，貼近地平線的云層仍會繼續(xù)反射著太陽的光芒，因為天空的藍色和云層反射的紅色融合在一起，所以較高天空中的薄云呈現(xiàn)出紅紫色。幾分鐘后，天空充滿了淡淡的藍色，它的藍色逐漸加深，向高空延展。
但在一個高度工業(yè)化的區(qū)域，當污染物以微粒的形式懸浮在空中時，天空的顏色就截然不同了。圓圓的太陽呈現(xiàn)出桔紅色，同時天空一片暗紅。紅色明暗的不同反映著污染物的厚度。有時落日以后，兩邊的天空出現(xiàn)兩道寬寬的顏色，地平線附近是暗紅色的，而它的上方是暗藍色。當污染格外嚴重時，太陽看上去就像一只暗紅色的圓盤。
為什么在潔凈的空氣中太陽呈現(xiàn)出黃色，同時天空呈現(xiàn)出藍色呢？
在地球表面的人是透過經空氣散射的太陽光來看天空的。在潔凈的、未受污染的大氣中，大部分的散射是空氣中的氣體分子（主要是氧和氮分子）引起的，這些分子的大小比可見光的波長要小得多。在這種情況下，散射主要影響波長較短的光。當光波波長減少時，散射的程度急劇加強。所以光波波長最短的紫色光應該散射最強（各色光波長排列情況如圖3.9所示），靛青、藍色和綠色的光散射要少得多。那么為什么我們看見的是藍天，而不是紫色和靛色的天空呢？原來當散射光穿過空氣時，吸收使它喪失了許多能量，波長很短的紫光和靛光雖然在穿過空氣時，散射很強烈，但同時它們也被空氣強烈地吸收，陽光到達地面時，所剩的紫色和靛色的散射并不多，我們所目睹的天空顏色是光譜中藍色附近的混合色，它們呈現(xiàn)出來的就是蔚藍色的天空。而太陽光直接穿透空氣時，在散射過程中它失去許多藍色，所以太陽本身呈現(xiàn)出燦爛的黃色。
除了散射外，太陽光還被空氣中的臭氧分子和水蒸氣所吸收。由于空氣層散射和吸收的共同作用，最終到達地面的太陽光消耗了許多能量。而早晨和傍晚，太陽光經過空氣的路程長，能量損失過多，所以我們可以欣賞壯麗的日出和美麗的日落景色。而在白天，陽光在大氣中經過的路程短，它的能量損失少，這時用肉眼直視太陽會使人頭暈目眩，是很危險的。
在太陽剛剛落山前，你會看到太陽圓盤的周圍有一圈燦爛的紅色光環(huán)。這個光環(huán)是太陽光被遠大于空氣中氣體分子的灰塵顆粒（通常它們是懸浮在地球附近空中的）散射的結果。這個光環(huán)看上去從太陽圓盤的中心向外延伸了大約3倍。因為光環(huán)延伸的角度取決于光波波長和微粒的大小，如果一陣大雨在落日前清洗了一遍空氣的話，在落日時通常就看不到這個光環(huán)。
在當今的工業(yè)社會，污染物通常是懸浮的微粒，它們由直徑從0.01毫米到10毫米不等的微粒組成。顆粒越大，散射越多，同時散射的效果取決于波長。在這種情況下，散射不僅在光譜的藍色區(qū)域強烈，而且在綠色到黃色部分也很強。
所以，穿過了受到很多污染的空氣層的太陽光的強度削弱了許多，太陽看上去更紅一些，它已經失去它的黃色和綠色、藍色等成分。除了散射外，像臭氧和水蒸汽還會額外地吸收光能，結果圓圓的太陽呈現(xiàn)出黯淡、桔紅的顏色。那么在受污染的空氣中，天空本身的顏色又如何呢？懸浮在空中的污染物，時間一久便會聚集成層，較大的顆粒在地面附近形成了較濃密層。當太陽光穿透這些層時，散射的光失去了大量波長較短的光波，結果主要是紅光得以穿透，天空呈現(xiàn)出暗紅色，因為散射的紅光要穿過空氣層中較低的、愈來愈濃密的空氣，所以在地球表面附近紅色越來越濃。
你所看到的落日的類型主要取決于你所處的地方。在地面上，落日的亮度和顏色取決于季節(jié)和當?shù)孛刻斓拇髿鉅顩r。
日出時，在太陽升起之前，我們就可以看到散射的光，日出之前天空中呈現(xiàn)出鮮艷的顏色，例如橙黃色、紫色和深藍色，表明東面的大氣相對而言沒受污染，一旦太陽升起來，大部分天空便變成了藍色，只有在貼近地面的部分呈現(xiàn)出一段狹窄的橙色和黃色。
傍晚的天空能揭示出大氣受污染的情況。天然的“污染”也會影響天空顏色，尤其是火山噴發(fā)出的大量的灰塵、熱氣體和水蒸汽進入大氣時，灰塵的顆粒和其他一些微粒最終在離地面15千米到20千米之間的地方聚集成層，這個空氣層散射太陽光的效果格外明顯，絢麗多彩，太陽呈現(xiàn)出藍色或綠色，尤其是在黃昏時分，火山噴發(fā)幾年之后還能看到這種景象。
這些引人入勝的景色并不能彌補污染的危害，無論污染是天然的還是人為的，但至少污染物顆粒通過絢麗多彩的天空顏色的微妙變化顯示了它們的存在。城市一旦出現(xiàn)暗紅色，那便是對我們的警告。我們應當禁止污染物排入大氣，只有這樣，才能保證我們的子孫后代能夠繼續(xù)欣賞到明朗的天空。
光 污 染
華燈溢彩，霓虹閃爍。我國越來越多的城市夜景絢麗多彩。然而夜景燈在使城市變美的同時也給都市人的生活帶來了一些不利影響。城市上空不見了星辰，刺眼的燈光讓人緊張，人工白晝使人難以入睡。城市建設和環(huán)境專家提醒說，城市亮起來的同時就伴隨著光污染，而“只追求亮，越亮越好”的做法更是會帶來難以預計的危害。
國際上一般將光污染分成3類，即白亮污染、人工白晝和彩光污染。
1、白亮污染
陽光照射強烈時，城市里建筑物的玻璃幕墻、釉面磚墻、磨光大理石和各種涂料等裝飾反射光線，明晃白亮、眩眼奪目。專家研究發(fā)現(xiàn)，長時間在白色光亮污染環(huán)境下工作和生活的人，視網膜和虹膜都會受到程度不同的損害：視力急劇下降、白內障的發(fā)病率高達45%、還使人頭昏心煩，甚至發(fā)生失眠、食欲下降、情緒低落、身體乏力等類似神經衰弱的癥狀。
夏天，玻璃幕墻強烈的反射光進入附近居民樓房內，增加了室內溫度，影響正常的生活。有些玻璃幕墻是半圓形的，反射光匯聚還容易引起火災。烈日下駕車行駛的司機會出其不意地遭到玻璃幕墻反射光的突然襲擊，眼睛受到強烈刺激，很容易誘發(fā)車禍。
2、人工白晝
夜幕降臨后，商場、酒店上的廣告燈、霓虹燈閃爍奪目，令人眼花繚亂，有些強光束甚至直沖云霄，使得夜晚如同白天一樣，即所謂人工白晝。在這樣的“不夜城”里，夜晚難以入睡，擾亂人體正常的生物鐘，導致白天工作效率低下。人工白晝還會傷害鳥類和昆蟲，強光可能破壞昆蟲在夜間的正常繁殖過程。
3、彩光污染
舞廳、夜總會安裝的黑光燈、旋轉燈、熒光燈以及閃爍的彩色光源構成了彩光污染。據(jù)測定，黑光燈所產生的紫外線強度大大高于太陽光中的紫外線，且對人體有害影響持續(xù)時間長。人如果長期接受這種照射，可誘發(fā)流鼻血、脫牙、白內障，甚至導致白血病和其他癌變。彩色光源讓人眼花繚亂，不僅對眼睛不利，而且干擾大腦中樞神經，使人感到頭暈目眩，出現(xiàn)惡心嘔吐、失眠等癥狀。科學家最新研究表明，彩光污染不僅有損人的生理功能，還會影響心理健康。
第三章
1、光 熱 能量 2、平行 3、陽光給地球帶來的光和熱是太陽輻射的主要形式，由于其它星體發(fā)出的光到達地球時比陽光弱得多，所以白天無法直接看到它。日全食時由于太陽輻射被月球阻擋，導致氣溫明顯下降，同時群星顯露。 4、物體吸熱本領與物體表面顏色有關，白色物體不易吸收輻射熱。 5、不能。在對比實驗中，應注意實驗條件的控制，即在其它條件都一樣情況下，觀察兩瓶僅由于顏色不同而引起的升溫差別。所以，應取相同的瓶（形狀、大小、材料均相同）；兩個瓶中注入質量和初始溫都相同的水。 6、物體表面顏色越深，吸熱本領越強。積雪上灑砂土等使雪的顏色變深、變黑，吸熱多，加快積雪熔化。 7、太陽 8、C
9、小孔成像；影子形成；射擊瞄準；木工判斷木板是否刨平；激光測距；站隊看齊或植樹、立電線桿成一直線；躲在不透明物體后面不被發(fā)現(xiàn)等。 10、C 11、不能。傍晚時太陽在西方，從圖中影子上可看出西方應與影子的方向相反，而亮亮卻在向東走。 12、能，S = vt = 3×105km/s×10×60s = 1.8×108 km > 1.5×108km 。 13、B 14、蠟紙上得到的像是倒立的，比實際物體小，像的大小隨著物距改變而變化，物距減小時像變大，反之變小； 2、67cm 。
15、紅、橙、黃、綠、藍、靚、紫 16、C 17、紫 紅 18、D 19、B 20、B
21、D 22、D
圖3.10
圖3.9
圖3.8
圖3.7
圖3.6
36
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