第六章 生活中的科学与技术.doc

第六章 生活中的科学与技术第一节教学题目：光和眼教学时间安排：4课时教学目的、要求：1. 掌握光学理论的基本概念2. 掌握光的反射和折射定律3. 掌握透镜成像的基本原理和计算方法4. 掌握全反射发生的基本条件5. 了解光的本性及电磁波谱教学重点：1. 光的反射和折射定律2. 透镜成像的基本原理和计算方法教学难点：1. 光的反射和折射定律2. 透镜成像的基本原理和计算方法教学方法及其手段：讲授教学内容及过程：一、光的量度（一）光源习惯上，我们把自己能够发光的物体叫做发光体，简称光源。一般将光源分为两类：热光源和冷光源。太阳、电灯、蜡烛等发光时，将热转变为光，称为热光源；水母等发光时，不是把热转变为光，而是把其他形式的能直接转变为光，而且发光物体的温度没有升高，称为冷光源。物体分为发光体和非发光体。白炽灯内的灯丝，在没有通电前，不是发光体；当灯丝中通过的电流逐渐增加时，灯泡的亮度也会最值增加，颜色也随之改变，这些特性就是热光源所具有的，都与温度有关。冷光源的颜色主要随其发光物质构成的种类而言，与温度无关。如果光源是一个极小的发光点；或者光源到被照物体的距离比较远，远到可以将该光源武略不计，我们就把这种光源称为点光源，光源可视为许许多多点光源的集合体，点光源是均匀的向周围发光的。如果光源发出的光不是发散的，而是平行的的光束，则这种光源我们称为平行光源。激光的特点：方向性好、亮度极高、颜色纯正、闪光时间极短。（二）发光强度、光通量和发光亮度不同的光源发光强弱是不同的。即使是同一光源，沿着不同的方向，它的发光强弱也可能是不同的。发光强度是表征光源在一定方向范围内发出的光通量的空间分布的物理量，用I表示，单位：坎德拉（Candela），简称：坎（cd）。一支直径为2cm，火焰高度为5cm的石蜡蜡烛的发光强度约为1坎。一个25W的白炽灯，其发光强度约为25坎。一个40W的白炽灯，其发光强度约为40坎。而一支40W的荧光灯，发光强度为200坎，由此可见，荧光灯的发光效率要比白炽灯高许多，因此，白炽灯更节能。光源发光时，总要消耗其他形式的能。光源向空间不断辐射出去的可见光具有一定的能量。我们把光源在单位时间内，向各个方向发出的全部光能，称为光源的光通量，用字母表示，单位：流明，简称流，符号为lm。如果把发光强度为I，各个方向的发光强度都相等的点光源作为球心，那么，通过整个球面的总光通量为=4I。如果把发光强度为1坎，各个方向的发光强度都相等的点光源作为球心，球的半径为r，则通过面积为r2的球面的光通量r满足r/=r/4I= r2/4r2,所以此时的r为1坎。总光通量表征光源的特性。对于指定的发光体，光具组不能增加总光通量，但可以将总光通量重新分配。例如，可以将光通量集中在某些选定的方向上，而相应的减小其他方向的发光强度。发光体在单位面积上发出的光通量，称为发光体的发光亮度。发光体的发光强度相同，但发光面积不同，发光亮度也不同。例如，同是160W的白炽灯和白炽磨砂灯，前者的光是从钨丝表面发出的，亮度较大，但很刺眼；后者是从灯泡表面发出来的，亮度较小，但却柔和。荧光灯管就是由于发光面积大，亮度均匀而接近自然光，使人易于适应。（三）照度在日常生活中，我们能不能看清楚一个物体，与物体表面被照明的程度有关。在受照物体表面上得到的光通量与被照射的面积之比，称为这个表面的照度，也称为光通密度。他描述的是物体表面被照明的程度。如果用字母S表示这个表面的面积，用字母E表示这和表面的照度，那么E=/S。照度反应了实际的情况，当物体表面积一定时，表面得到的光通量越多，表面的照度就越大。如果表面所得到的光通量一定，则在均匀照射的情况下，被照射得面积越大，照度越小。照度的单位为勒克斯（l ux），简称：勒，符号：lx。被均匀照射的物体，在1m2面积上所得到的光通量是1 lm时，照度就是1勒。通常要求阅读和书写时的照度为100250勒，进行更加细致的工作时，照度一般为200400勒。表6-2列出了学校各场所照度要求的参考数据。二、光的反射、折射光在真空和同一种均匀的媒介中沿直线传播，当光从一种媒质射入另一种媒质，或者媒质本身不均匀的时候，光不仅会发生反射还会发生折射。（一）光的反射和反射定律光射到两种媒质的分界面时，入射光的一部分就从界面沿着某一方向反射回来。如果入射光是平行的，沿某一方向反射的光线也是平行的，这种反射称为光的单向反射，界面是光滑平整的情况下易出现单向反射；如果界面是粗糙不平的表面，反射的光线就不再平行，而是向不同的方向反射，这种反射叫做漫反射。光在反射时，具有一定的规律。光的反射定律：（1）反射光线在入射光线和法线所决定的平面里，反射光线和入射光线分居法线的两侧； （2）反射角等于入射角。根据反射定律可知，如果光线逆着反射光线的方向入射到界面，他就要逆着原来入射光线的方向反射，即光的反射遵循光路可逆原理。（二）光的折射和折射定律光射到两种媒质的分界面时，一部分光反射回原来的媒质继续传播，另一部分光在媒质界面上改变了原来的传播的方向，进入另一种媒质里继续传播，形成折射现象。光在折射时，也有一定的规律。光的折射定律：（1）折射光线在入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分居在法线两侧；（2）入射角的正弦和折射角的比值，对于给定的两种媒质是一个常数，这个常数称为光线由第一种媒质射入第二种媒质时的折射率，它等于光在这两种媒质中传播的速度之比。折射的光路同样遵循光路可逆原理。折射率用n表示，第一种媒质中的入射角和第二种媒质中的折射角分别用i和表示，传播速度用v1和v2表示，则有：n=sin i/sin= v1/v2。这叫做第二媒质相对于第一媒质的折射率，又叫相对折射率。光在任何媒质中的传播速度v都比在真空里的传播速度c小，所以任何媒质的折射率（n=c/v）都大于1。媒质相对真空的折射率叫做绝对折射率。 也就是说媒质的绝对折射率总是大于1。 空气的折射率近似等于1。就某一物质而言，n的值还与光的波长有关，即同一种媒质中，如果入射的光不同，折射率也不同。表6-3列出了一些物质对波长为589nm的荧光的折射率。（三）透镜成像1. 透镜：以两个球面（或一个球面）为折射界面的透明体，叫做透镜。透镜分为凸透镜和凹透镜两种，一般而言，凸透镜能把平行的入射光汇聚在透镜的另一侧，形成焦点；凹透镜能把入射的平行光线，在透镜的另一侧发射，反向延长后汇聚在入射光线的一侧，形成虚焦点。（画图 画6-3图）如图所示，通过透镜的两个球面中心的直线C1C2，称为透镜的主光轴或主轴；在主轴上有一点O，通过这个点的光线，射入透镜前和射出透镜后的方向不变，称为透镜的光心；平行于主轴的光线经过透镜后，其折射线或折射线的反向延长线跟主光轴相交的点F，叫做主焦点或焦点。从光心到焦点的距离OF，称为透镜的焦距，用f表示。透镜的焦距越短光线的偏折越厉害。因此，我们用焦距的倒数1/f来表示透镜的折光能力，称为透镜的焦度，用D表示：D=1/f。焦距等于1m的透镜的焦度为角度单位，称为1屈光度。凸透镜的焦度是正的，凹透镜的焦度是负的。眼睛的度数是用屈光度的100倍来表示的。2. 透镜成像 透镜成像可以用作图法求出。光源发出的无数条光线中，有三条特殊的光线，他们通过透镜后方向是完全确定的：A通过光心的光线，经透镜后方向不变；B跟主轴平行的光线，折射后通过焦点；C通过焦点的光线，折射后与主轴平行。我们经常利用这三条特殊光线中的任意两条作图，由其交点做出物体某光点的像。如果要做整个物体的像，就利用点的集合的方法作图，即可得整个物体的像。从书中图6-4可以看出：凸透镜在焦点以外所成的像，与实物分居在透镜的两侧，且呈倒立的实像（可放大、等大、缩小：物距越小，像距越大，实像越大；物距等于2倍焦距，等大实像；物距越大，像距越小，实像越小）；在焦点以内所成的像，与实物同处在透镜的同侧，且呈放大的正立虚像。凹透镜所成的像总是与物体处在透镜的同侧，呈缩小正立虚像（下图）。3. 透镜成像公式（推导277页）1/u（物距）+1/v（像距）=1/f（透镜焦距）。物距指的是物体到透镜的距离，相距指的是想到透镜的距离。运用透镜成像公式时，凸透镜的焦距、物距、实像的相距均取正值；凹透镜的焦距、虚像的相距均取负值。像的长度和物体长度的比称为像的放大率，用K表示：K=绝对值的v/ u。物距（u）像距（v）放大率（K）倒、正大、小虚、实应用u2ffv2fK1倒立缩小实像照相机u=2fv=2fK=1倒立等大实像特点：大小分界点fu2fK1倒立放大实像投影仪；幻灯机u=fv=/不成像/特点：虚实分界点uuK1正立放大虚像放大镜对于凹透镜而言，K总是2f，fv1的情况。最早的照相机结构十分简单，仅包括暗箱、镜头和感光材料。现代照相机比较复杂，具有镜头、光圈、快门、测距、取景、测光、输片、计数、自拍等系统，是一种结合光学、精密机械、电子技术和化学等技术的复杂产品。照相机利用光的直线传播性质和光的折射与反射规律，以光子为载体，把某一瞬间的被摄景物的光信息量，以能量方式经照相镜头传递给感光材料，最终成为可视的影像。摄影时，必须控制合适的曝光量，也就是控制到达感光材料上的合适的光子量。因为银盐感光材料接收光子量的多少有一限定范围，光子量过少形不成潜影核，光子量过多形成过曝，图像 又不能分辨。照相机是用光圈改变镜头通光口径大小，来控制单位时间到达感光材料的光子量，同时用改变快门的开闭时间来制曝光时间的长短。通过使用变焦镜头或是把照相机移近或远离目标，来改变像的大小。摄远镜头的焦距一般都大于50mm，此种镜头多运用于新闻摄影或野生生物摄影；广角镜头具有较小的焦距（小于50mm），因而其放大率小于一般的镜头，因此在底片上能给出一个广阔的视野；复印机的物和像离透镜的距离都是2倍焦距，放大率为1，因此，物和像大小相同。2. 显微镜显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。显微镜分光学显微镜和电子显微镜。光学显微镜是在1590年由荷兰的杨森父子所首创。现在的光学显微镜最大只能把视角放大3000倍，分辨的最小极限达0.1微米，国内显微镜机械筒长度一般是160mm。光学显微镜的种类很多，除一般的外，主要有暗视野显微镜一种具有暗视野聚光镜，从而使照明的光束不从中央部分射入，而从四周射向标本的显微镜.荧光显微镜以紫外线为光源，使被照射的物体发出荧光的显微镜。结构为：目镜，镜筒，转换器，物镜，载物台，通光孔，遮光器，压片夹，反光镜，镜座，粗准焦螺旋，细准焦螺旋，镜臂，镜柱。光学显微镜的成像原理：目镜和物镜都是凸透镜，焦距不同。物镜相当于投影仪的镜头，物体通过物镜成倒立、放大的实像。目镜相当于普通的放大镜，该实像又通过目镜成正立、放大的虚像。反光镜用来反射，照亮被观察的物体。反光镜一般有两个反射面：一个是平面，在光线较强时使用；一个是凹面，在光线较弱时使用。3. 望远镜望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。又称“千里镜”。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。1608年荷兰人汉斯利伯希发明了第一部望远镜。1609年意大利佛罗伦萨人伽利略伽利雷发明了40倍双镜望远镜，这是第一部投入科学应用的实用望远镜。根据望远镜原理一般分为三种。一种通过收集电磁波来观察遥远物体的仪器。在日常生活中，望远镜主要指光学望远镜。但是在现代天文学中，天文望远镜包括了射电望远镜，红外望远镜，射线和伽吗射线望远镜。近年来天文望远镜的概念又进一步地延伸到了引力波，宇宙射线和暗物质的领域。伽利略望远镜：伽利略望远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距的比值。其优点是镜筒短而能成正像，但它的视野比较小。把两个放大倍数不高的伽利略望远镜并列一起、中间用一个螺栓钮可以同时调节其清晰程度的装置，称为“观剧镜”；因携带方便，常用以观看表演等。伽利略发明的望远镜在人类认识自然的历史中占有重要地位。它由一个凹透镜（目镜）和一个凸透镜（物镜）构成。其优点是结构简单，能直接成正像。开普勒望远镜：由两个凸透镜构成。由于两者之间有一个实像，可方便的安装分划板，并且各种性能优良，所以目前军用望远镜，小型天文望远镜等专业级的望远镜都采用此种结构。但这种结构成像是倒立的，所以要在中间增加正像系统。五、电磁波光除了会发生反射和折射外，还会出现干涉、衍射和色散等物理现象，这也就是说光具有明显的波动性。但光并不像水波和声波那样需要有介质传播，他可以在真空里传播。（1）光的波动理论的建立：1865年，英国物理学家麦克斯韦提出了电磁场理论，并预言了电磁波。进而指出光波是一种频率很高，波长很短的电磁波，即提出光的电磁说。1888年，赫兹在实验室证实了电磁波的存在。之后，又进一步证明电磁波跟光波一样能发生放射、折射、干涉、折射和偏振现象。光波和电磁波在真空中可以传播，且传播速度相等为c=3108m/s。光波是借助电磁场进行传播的，电磁场的方向与波的传播方向相互垂直，因此，光波是横波。以上诸多相同并非巧合、偶然，而是光波就是电磁波的缘故，又一次证明了偶然中存在必然！光的波动理论的建立，澄清了光波的性质。光波不是惠更斯时代提出的宏观波-机械波。从此，光的波动性得以公认，并得到了迅猛地发展。 1888年，斯托列托夫发现了光电效应现象，即光（含不可见光）照射到金属表面有电子大出的现象。刚刚建立的光的波动理论又陷入了困境。光究竟是什么？ （2）光的粒子性确定、光子说：1905年，爱因斯坦为解释光电效应现象，在普朗克的量子理论启发下。他认为，既然电磁波在辐射能量时是不连续的，是一份一份的，而每一份电磁波的能量E=h, h=6.6310-34 js为普朗克恒量， 为电磁波的频率。而光波又是电磁波，故爱因斯坦大胆提出，光的传播也是不连续的，是一份一份的，每一份光叫一个光子，光子能量E=h, 为光子的频率，也是光的频率，h仍然为普朗克恒量。这一理论称为光子说。光子说成功解释了光电效应，并有力证明了光具有粒子性。一方面，光子可视为微小的质点，但不带电荷；另一方面，光子也为电磁波，其能量与其对应的波的频率成正比，波长成反比。综上所述，光是一种特殊的物质，有波动的性质，是一种电磁波；也有粒子的性质是一种具有能量的电子流。所以，光的波动性和粒子性不仅仅只是对立的，二者是统一的。大量光子显示出光的波动性，少量光子显示出光的粒子性；光在传播过程显示光的波动性，光与物质相互作用时，显示出光的粒子性。可见光既具有波动性又具有粒子性。即光具有波粒二象性。 （二）电磁波谱在空间传播着的交变电磁场，即电磁波。它在真空中的传播速度约为3108m/s。电磁波包括的范围很广。实验证明，无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线都是电磁波。它们的区别仅在于频率或波长有很大差别。光波的频率比无线电波的频率要高很多，光波的波长比无线电波的波长短很多；而X射线和射线的频率则更高，波长则更短。为了对各种电磁波有个全面的了解，人们按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来，这就是电磁波谱。依照波长的长短以及波源的不同，电磁波谱可大致分为：（1）无线电波：波长从几千千米到0.3m左右，一般的电视和无线电广播、手机等的波段就是用这种波；（2）微波：波长从0.3m到10-3m，这些波多用在雷达或其它通讯系统；（3）红外线：波长从10-3m到7.810-7m。红外线的热效应特别显著；（4）可见光：这是人们所能感光的极狭窄的一个波段。可见光的波长范围很窄，大约在40007600埃（4.010-7m7.610-7m；1埃10-10米）。（5）紫外线：波长比可见光短的称为紫外线，它的波长从(38010)10-9m，它有显著的化学效应和荧光效应。这种波产生的原因和光波类似，常常在放电时发出。紫外光的化学效应最强；红外线和紫外线都是人类看不见的，只能利用特殊的仪器来探测。无论是可见光、红外线或紫外线，它们都是由原子或分子等微观客体激发的。近年来，一方面由于超短波无线电技术的发展，无线电波的范围不断朝波长更短的方向发展；另一方面由于红外技术的发展，红外线的范围不断朝波长更长的方向扩展。日前超短波和红外线的分界已不存在，其范围有一定的重叠。（6）伦琴射线（X射线）：波长为（100.01）10-9m。伦琴射线是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电场内减速时所发出的。随着X射线技术的发展，它的波长范围也不断朝着两个方向扩展。目前在长波段已与紫外线有所重叠，短波段已进入射线领域。（7）射线：波长从10-1010-14m的电磁波。这种不可见的电磁波是从原子核内发出来的，放射性物质或原子核反应中常有这种辐射伴随着发出。射线的穿透力很强，对生物的破坏力很大。由于辐射强度随频率的减小而急剧下降，因此波长为几百千米的低频电磁波强度很弱，通常不为人们注意。实际中用的无线电波是从波长约几千米（频率为几百千赫）开始。波长3000m50m（频率100千赫6兆赫）的属于中波段；波长50m10m（频率6兆赫30兆赫）的为短波；波长10m1cm（频率30兆赫3万兆赫）甚至达到1mm（频率为3105兆赫）以下的为超短波（或微波）。中波和短波用于无线电广播和通信，微波用于电视和无线电定位技术（雷达）。电磁波谱中上述各波段主要是按照得到和探测它们的方式不同来划分的。随着科学技术的发展，各波段都已冲破界限与其他相邻波段重叠起来。目前在电磁波谱中除了波长极短（10-4埃10-5埃以下）的一端外，不再留有任何未知的空白了。总结一、光的量度的几个基本概念：光源、发光强度、光通量、发光亮度、照度；二、光的反射与反射定律1. 单项反射与漫反射的区别2光的反射定律的两点基本内容（1）反射光线在入射光线和法线所决定的平面里，反射光线和入射光线分居发现两侧。（2）发射角等于入射角三、光的折射与折射定律1. 光发生折射的条件2. 光光的折射定律的基本内容（1）折射光线在入射光线和法线所决定的平面里，折射光线和入射光线分居发现两侧。（2）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），它等于光在这两种媒质中的光速之比n=sin/sin=c1/c2 四、全发射的概念及发生全发射时应具备的条件 如果入射角小于90 ，折射角等于90 ，折射光线恰好掠过界面，跟界面平行，这时的入射角叫临界角。当入射角大于临界角时，光将全部从媒质界面返回折射率大的媒质，这种现象叫全反射。发生全反射应具备两个条件：一是光线从折射率大的媒质射入折射率小的媒质，二是入射角大于临界角。第二节教学题目：声和耳教学时间安排：4课时教学目的、要求：1. 了解声音的产生及传播2. 了解声波的反射、折射和衍射3. 掌握声音的三要素：音调、响度和音品4. 掌握驻波和共鸣的形式教学重点：1. 声音的产生与传播2. 声音传播速度的计算方法3. 声音强弱的表示方法教学难点：1. 声音传播速度的计算方法2. 声音强弱的表示方法教学方法及其手段：讲授教学内容及过程：一、声音的产生和传播（一）声音的产生声音是由物体振动产生，正在发声的物体叫声源。声音以声波的形式传播。声音只是声波通过固体、液体、气体传播形成的运动。人发声是由声带的振动而产生的。声波振动内耳的听小骨，这些振动被转化为微小的电子脑波，它就是我们觉察到的声音。（二）声音的传播物体振动所发出的声音需要通过媒质才可以传播，也就是说声音的传播必须借助气体、液体、固体等形式的媒介，如果没有媒质声音是不能传播的。声音在空气中是怎样传播的呢？是从声源开始。我们可以举个简单的例子，用鼓槌捶击鼓，鼓槌捶击在鼓头的鼓皮上，鼓皮振动，振动的鼓皮然后就推动空气，产生压力波，“压力波”从声源向外发出并散开，周围的空气会间歇地被推压而渐次作同样的震动。当声源振动往左时，把左方的空气压缩成密集部，而右方的空气形成稀疏部；当声源振动往右时，情况相反。邻近声源的空气一密一疏地将振动向远处传播，即将声音传播出去。空气振动的疏密波称为声波，密集的部分称为密部，稀疏的部分，称为疏部，密部与密部或疏部与疏部之间的距离，称为波长，用字母表示，国际单位为米；物体完成一次全振动所需要的时间称为振动的周期，用T表示，国际单位为秒；单位时间内完成的全振动的次数，称为振动的频率，用f表示，国际单位为赫兹，用Hz表示，f与T互为倒数。（三）声音的传播速度从声源发出的声波以一定的速度向周围传播，意味着声波的能量也以一定的速度向周围传播。目前所知，声波能够在所有物质（除真空外）中传播。其传播速度由传声介质的某些物理性质，主要是力学性质所决定。例如，音速与介质的密度和弹性性质有关，因此也随介质的温度、压强等状态参量而改变。气体中音速每秒约数百米（比光在空气中的传播速度慢），随温度升高而增大，0时空气中音速为331.4米秒，15时为340米秒，温度每升高或减少1，音速约增加或减少0.6米秒。通常，固体介质中音速最大，液体介质中的音速较小，气体介质中的音速最小。另外，不均匀介质中的音速处处不等。各向异性介质中的音速随传播方向而异。假设声音在t时的速度为v m/s，则可得v=331m/s+0.6m/（s） t。在常温下，在液体和固体中的声速比在空气中快。 在有些情况下音速还与声波本身的振幅、频率、振动方式有关。如果传播介质的尺寸不够大，则其边界对音速也有影响。因此为了使音速的量值确切地表征传声介质的声学特征，不受其几何形状的影响，一般须规定传声介质的尺寸足够大（理论上为无限大）情况下的声波传播速度。有时为了实用上的方便，也列出某些特殊情况下的音速，如固体细棒中的音速。二、声音的要素发音物体有规律地振动而产生的具有固定音高的音称乐音。从声学的分析角度，乐音有三个主要特:即响度（又称音强），音调（又称音高）和音品（又称音色），称为乐音三要素。（一）音调和频率它跟声源振动的快慢有关。音调表示人耳对声音调子高低的主观感受，即乐音的高低。客观上音调大小主要取决于声波基频的高低，频率高则音调高，反之则低，单位用赫兹(Hz)表示。主观感觉的音调单位是“美”，通常定义响度为40方的 1kHz纯音的音高为1000美。赫兹与“美”同样是表示音高的两个不同概念而又有联系的单位。频率超过20000Hz的声波叫做超声波，低于20Hz的声波叫做次声波。人耳能的听觉在2020000Hz之间，所以悦音的使用频率在304000Hz之间。（二）响度和振幅响度，又称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度，主要取决于声波振幅的大小。1. 响度与声强声音的响度一般用声强(W/m2或J/ m2t)或声压(达因平方米)来计量。单位时间内通过与声波传播方向垂直的的单位面积的能量来量度声强I，I=E/（At）。其中E表示能量，A表示能量分布的面积，t表示时间。声强与离开声源的距离的平方成正比，也就是说响度也与声源的远近有关，越远，人听到的声音就越小。2. 响度的量度响度和强度之间没有线性关系，人耳对频率为1000Hz的声音能察觉的声音强度为10-121 W/m2。可见声强的上、下限相差很大。人耳的声音的感觉近似地与声强的对数值成正比。因此，比较声音的强弱不是用声强，而是用声强级。声强I与基准声强I0比值的对数乘以10称为声强I的声强级，用LI表示，单位是分贝(dB)。其中，I0=10-12 W/m2是人耳能听到的最弱的声强。基准声强对应的声强级为0dB，I=1 W/m2对应的声强级为120 dB。正常人听觉的强度范围为0dB140dB(也有人认为是-5dB 130dB)。超出人耳的可听频率范围(即频域)的声音，即使响度再大，人耳也听不出来。但在人耳的可听频域内，若声音弱到或强到一定程度，人耳同样是听不到的。当声音减弱到人耳刚刚可以听见时，此时的声音强度称为“听阈”。人耳刚能听到的声压为 0dB(通常大于03dB即有感受)；而当声音增强到使人耳感到疼痛时，这个阈值称为“痛阈”，使人耳感到疼痛时的声压级约达到 140dB左右。实验表明，闻阈和痛阈是随声压、频率变化的。闻阈和痛阈之间的区域就是人耳的听觉范围。通常认为，对于1kHz纯音，0dB-20dB为宁静声，30dB-40d为微弱声，50dB-70dB为正常声，80dB-100dB为响音声，110dB-130dB为极响声。200Hz的30dB的声音和1kHz的 10dB的声音在人耳听起来具有相同的响度，这就是所谓的“等响”。人耳对不同频率的声音闻阈和痛阈不一样，灵敏度也不一样。人耳的痛阈受频率的影响不大，而闻阈随频率变化相当剧烈。人耳对3kHz-5kHz声音最敏感，幅度很小的声音信号都能被人耳听到，而在低频区(如小于800Hz)和高频区(如大于5kHz)人耳对声音的灵敏度要低得多。通常200Hz-3kHz语音声压级以 60dB-70dB为宜，频率范围较宽的音乐声压以80dB-90dB最佳。3. 音品和波形我们知道在大自然界中是没有正弦波的纯音声波的，在大自然中物体所发出的声音皆为复杂的波形，是由频率和振幅不同的许多基音（物体振动时能够产生的最低音）和谐波组成的，称为复波。这种复杂的波形除了基本频率的波形之外。还会有一系列的谐振频率，也就是所谓的泛音。它与主音调有一定的倍数关系，例如某物体振动的基本频率为240Hz，也会发生480Hz（二次谐波）、720Hz（三次谐波）等频率，但是复波的频率与基波的频率相等。每一个物体的倍音组成成份都不相同，这种不同物体发生不同的倍音成份就是音色。乐器的基音音频范围约在20Hz4000Hz之间，音频既然只能到4000Hz，那么音响系统的频率响应为何需到20KHz 才够？这是乐器的声音除了基音之外，也有一系列的的泛音存在。例如钢琴的基音最高为4186Hz，但是泛音却可以高达16KHz 。而且每一种乐器的泛音组成的成分和比例也都不一样。所以每一样乐器的声音也都不一样，这就是乐器音色幻妙无方，变化不可捉摸的地方。三、超声和次声（单另附了PPT 超声波和次声波的课件）四、声波的反射、折射和衍射（一）声波的反射：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，这种现象称为声波的反射。我们对于声音的感觉通常能保持1/10s，如果回声在直接听到的声音的感觉消失以后，才传到耳中，那么我们就能够把回声跟原来的声音区分开来，形成回声。空气中声音的传播速度是340m/s，声波从声源发出遇到障碍物反射回来所经历的时间至少是1/10s，所以我们要能听见回声至少要离障碍物17m远。由于反射波的存在，在声源停止发声后，在短时间内还能听到声音，这种现象称为交混回响。如果扬声器发出的声音连续多次在室内反射成为多重回音，交混在一起，这就是我们平时所说的混响。在室内不同位置安放两个以上的扬声器，使人感觉到生源分布在空间，就会产生立体声的效果。【例】某测量员是这样利用回声测距离的：他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1.00s第一次听到回声，又经过0.5s再次听到回声，已知声速为340ms，则两墙壁间的距离为_m【解析】测量员先后听到两次回声分别是前（离他较近的墙）后两墙对声波的反射所造成的设测量员离较近的前墙壁的距离为x，则他到后墙壁的距离为 所以有 解得两墙壁间的距离s425m（二）声波的折射波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射。声波与光波一样遵循着波得折射规律。1. 折射规律：（1）折射角（r）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角，如图所示。（2）折射定律折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧。入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比 可见：当 时， 折射角折向法线当 时， 折射角折离法线当垂直界面入射（）时，传播方向不改变，折射中的特例。 当入射角增大到某一值时，折射角增大至90，继续增大入射角时，就只有反射波没有折射波，发生声波的全反射。在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变。（三）声波的衍射：波绕过障碍物或孔（缝）传播的现象叫做波的衍射。发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。声波的波长在1.7cm17m之间，与一般障碍物的尺寸相当，所以，声波能够绕过一般的障碍物；而光波的波长约在0.40.8um，比一般障碍物的尺寸小，光波几乎不发生衍射只闻其声不见其人。五、驻波和共鸣（自己看书 本节不做要求）1. 驻波：两个具有相同波长和振幅，传播方向相反的正弦波叠加而形成的波叫驻波。2. 共鸣：物体振动中的共振现象称为共鸣。第三节教学题目：能量和生活教学时间安排：2课时教学目的、要求：1. 开尔文温度与摄氏度的换算关系2. 热的传递方式教学重点：1. 开尔文温度与摄氏度的换算关系2. 热的传递方式教学难点：1. 开尔文温度与摄氏度的换算关系2. 热的传递方式教学方法及其手段：讲授教学内容及过程：一、温度和热量（一）温度温度是表示物体冷热程度的一个物理量。从分子的角度看，温度标志着物体内部分子无规则运动的剧烈程度，是大量分子的平均动能的量度。热力学温度与摄氏度的换算关系：T=t+273.15（二）热量热量是由于物体间温度不同而从一个物体转移到另一物体的能量。设一物体的温度为T1，另一物体的温度为T2，且T1T2，高温物体比低温物体分子所具备的平均动能大，当这两个物体接触时，接触面上两物体的分子彼此碰撞，每次碰撞中，能量较大（物体高温物体）的分子失去能量能量较小的物体（低温物体）的分子得到能量。通过无数次的碰撞，能量就从高温物体传递到低温物体。如果物体之间不发生接触，能量也可以通过辐射从高温物体传递到低温物体。（三）热的传递方式在自发的热传递中，热量总是从高温物体传递到低温物体；要想是热量从低温物体传递给高温物体，必须有外界因素辅助。热传递有三种基本方式：传导、对流和辐射。（四）蒸发蒸发是液体表面发生的气化过程，过程中部分物质从液相转变成气相。从微观上看，蒸发是液体分子从表面跑出去的过程。由于分子从液体表面跑出去，需要克服液体表面层的其他分子对它的吸引力，因此只有那些热运动较大的分子才能跑出去。其结果是使留在液体中的分子的平均热运动能量变小，液体变冷，温度降低。例如酒精涂在手上，当酒精快速蒸发的时候会带走大量的热，手就会有凉凉的感觉。第三节教学题目：1. 信息及其处理2. 通信与网络技术教学时间安排：2课时教学目的、要求：1. 电子计算机处理信息的方法2. 现代化信息网络技术教学重点：1. 电子计算机处理信息的方法2. 现代化信息网络技术教学难点：1. 电子计算机处理信息的方法2. 现代化信息网络技术教学方法及其手段：讲授教学内容及过程：第一讲 信息及其处理一、信息的记录为了使我们人类文明能够传承下去