退休老教师讲物理【初二上】

【第2章小结】

同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。第2章学完了，现在我们一起总结一下这一章的知识点。

第2章主要探讨了声。通过这一章的学习，我们应该懂得了3个问题：1.我们是如何听到声音的？2.声音有哪些特性？3.如何利用声的功效，又如何防范声的危害？

1.我们是如何听到声音的？

我们知道了，人耳能听到声音，需要4个条件：①有物体的振动；②有传声的介质；③声波的频率在人耳的听觉范围以内；④声音要有足够的响度。

一切声音都来自振动，没有振动就没有声音。

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。

声音传播途中如果被阻挡还会反射，这就形成了回声。

2.声音有哪些特性？

声音有3大特性：音调、响度、音色。

①音调分高低，与振动频率相关。频率的单位是赫兹，代表每秒振动的次数。

②响度分大小，与振动幅度（也就是振幅）相关。响度的单位是分贝。

③音色也称音品，是声音的特色和品质。

声音传播的速度，只与介质和温度有关，与响度、频率等其他因素无关。

3.如何利用声的功效？

声的利用通常有两种方式：①利用声传递信息；②利用声传递能量。

声传递信息的应用特别普遍，如：B超、声呐、声纹、倒车雷达、金属探伤、超声导盲仪、医生的听诊器等等。还有很多动物，像蝙蝠、大象等，也会利用声波传递信息。

声传递能量的时候，会表现出意想不到的巨大威力，甚至可以达到制成武器的程度，而且杀伤力极大。典型的应用有超声碎石，超声清洗机，次声武器等。

如何防范声的危害？

妨碍正常生活和工作的声音，都是噪声。噪声污染不仅滋扰环境，而且也是公共健康的一大威胁。长期待在噪声环境中，心血管、听力、视力、儿童的发育都会受到损害。甚至会令人忍无可忍，直至发展到自杀的地步。

防控噪声有3个途径：①在声源处防止噪声产生；②在传播过程中阻碍噪声传播；③在人耳处防止噪声进入人耳。

关于声的内容，初中阶段就只有这么多了。与力、热、声、光、电中的力、电等内容相比，篇幅相对较少，也是相对比较简单的章节。

【第3章预告】

下一章，我们讨论与温度紧密相关的话题，我们将探讨固体、液体、气体之间的关系，以及它们之间是如何互相转化的。下一章的内容属于热学的范畴，关于热学，下一章只是开头，九年级物理还会再学到更多的内容。

下一章，我会介绍许多生活中的小妙招，这些妙招都是利用了物理知识，你学会以后也能成为生活小能手哦。

物理老师讲物理，咱们下一章再见！

【第2.04讲】声的另一面：噪声

同学们好！之前我们了解到，声如果利用好了，威力巨大。可天下万事万物都有两面性，声也有其恶魔的一面，这种声音被称为噪声。今天我们就来聊一聊声的另一面：噪声。

我先讲一个故事，这是一件真实发生的事情：

故事发生在河北省唐山市，迁安，建昌营镇。有人在自家院子里开了个饮料厂，叫“双兴饮料厂”，经营了六七年，规模越做越大。与饮料厂一墙之隔，住着一户姓万的村民，万家的万大叔正值中年，性格开朗外向。自2000年开始，饮料厂扩大了生产规模，添置了机动三轮车，就是土话说的“三蹦子”，这车开动起来声音特别大。厂里还经常在晚上和凌晨装卸饮料，吵得隔壁的万家不得安宁。为此，两家发生过多次冲突，每次打架都以公安局调解的方式收场，但矛盾并没有解决。这样的日子过了一段时间，万大叔被精神病院诊断为患有神经症。万家也想过换个地方重盖新房，或者租房子住，但家里又拿不出那么多钱。最终，万大叔因无法忍受噪声的侵扰而上吊自杀，死时年仅55岁。

此事曾引起舆论一阵轩然，被看做是我国首例 因噪声污染导致居民自杀的事件。

听到这里，你有何感想？声的另一面是不是很凶残。
物理学中把有规则振动发出的声音称为乐音，比如古琴声；把无规则振动发出的声音称为噪声，比如这样的声音，或者这样的声音。这一点需要借助波形图才容易看清。但是从环保的角度看，凡是妨碍人们正常生活和工作的声音，都是噪声。比如午夜悠扬的琴声，从物理学的角度看是乐音，但对于此时周边正在休息的居民来说，再优美的琴声也是噪声。又比如，球场边啦啦队的呐喊、尖叫，对无关的旁人来说很吵人，但对于场上的球员来说，却是必需的动力，又不能被视作噪声。

噪声也有强弱之分，我们该如何区别强弱不同的噪声呢？

我们知道，声调的高低，用频率来表示，单位是赫兹。响度的强弱，物理学中是以分贝为单位来划分强弱的等级，分贝可以写作字母dB。0dB是刚刚引起听觉的声音强度；轻声耳语大概是20dB；50dB以下人都感觉比较安静；一般对话的音量有60~70dB；嘈杂的马路可达到90dB；装修的电锯可达到110dB；音量再大一般人就受不了了，可能导致永久性听力损伤；飞机起飞的声音有130~140dB，进入像这样的场所，必须要做好防护措施。
课后的扩展资料中介绍了用手机测量噪声的方法，安装一个免费app“科学日志”就可以了，操作非常简单。你也试试吧，看看你所在区域的噪声有没有超出国家标准。

噪声具体有哪些危害呢？

噪声污染不仅滋扰环境，而且也是公共健康的一大威胁。它导致的疾病负担程度仅次于空气污染。德国环保部曾对柏林地区的1700名居民进行了一项调查，结果发现，那些在夜间睡眠时，周围环境噪声超过55dB的居民，要比那些50dB以下的居民，更容易患高血压，患病风险要高出一倍。著名医学杂志《柳叶刀》，曾发表一篇论文，在吵闹环境中生活的儿童，智力发育要比在安静环境中的低20%，他们的免疫功能较低，身体各种营养素的消耗量也更多。另有调查显示，噪声污染不仅影响听力，还会影响人的视力。
现在大家知道了声的另一面是个啥模样了吧。

有什么办法可以防控噪声的危害呢？

因为产生听觉的三个阶段是：声源振动产生声音--空气等介质传播声音--鼓膜振动产生听觉。所以控制噪声就有三种方法：①在声源处防止噪声产生；②在传播过程中阻碍噪声传播；③在人耳处防止噪声进入人耳。

我举几个例子，说说看这些措施分别是从上述哪个途径减弱噪声的：

摩托车排气管的消声器；交通标识中禁止鸣笛的标识牌；在公路两旁植树；戴耳罩；在公共场合小声说话；关门窗。

【小结一下】

1.今天我们认识了声的另一面：噪声。噪声污染不仅滋扰环境，而且也是公共健康的一大威胁。长期待在噪声环境中，心血管、听力、视力、儿童的发育都会受到损害。甚至会令人忍无可忍，直至发展到自杀的地步。

2.物理学中以分贝为单位，来划分响度的强弱等级。人类感觉较安静的环境是50dB以下，人能承受的噪声上限是110dB左右。
3.防控噪声有3个途径：①在声源处防止噪声产生；②在传播过程中阻碍噪声传播；③在人耳处防止噪声进入人耳。

别忘了用手机测测你周围的噪声，方法就在《文稿》最后的《扩展资料》中。

好了，到这里，第2章就结束了。下一讲我们一起总结一下关于声的知识点。物理老师讲物理，我们下一讲再见！

【扩展资料1】

【扩展资料2】

现在的智能手机内置了很多传感器，其实每个人的手机都是一个简单的噪声检测仪。很简单，安装一个app，就可以用手机做很多有意思的实验。

科学日志，有的翻译为“科学杂志”，扫描下方的二维码，就可以下载这款由google开发的免费app。

安装好app，打开后，首先新建一个记录，然后选择声音选项卡（喇叭形状的按钮）。把手机放在你想要检测的环境中，开始检测吧。

【备课手稿】

【第2.03讲】声威阵阵

同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。前两讲我们介绍了声的产生、传播及特性，你可能会觉得声是柔弱无力的，这一讲的题目叫做《声威阵阵》，我们就来看看声的威力到底能有多大。其实关键啊，还要看人怎么利用。

生活中有很多问题，靠“听”就能解决。比如：有经验的驾驶员通过仔细听车辆运行的声音，就可以判断车况的好坏；夏天买西瓜，我们拍一拍，听声音就能判断是熟的还是生的；还有，医生利用听诊器，通过声音诊断病情。这说明，声音中蕴含了丰富的信息。所谓信息，就是有意义的消息。人们捕捉到了声传递来的信息，就可以根据这些信息作出判断。我们平常聊天，就是用声音传播信息。不光人类，动物也会利用声音。大象，在地震来临之前，能提早逃到安全地带，是因为它们能听到地震前发出的次声波；蝙蝠在黑暗中看不见，却能通过发射和接收超声波判断障碍物。

声是声源振动产生的，振动需要能量，这个能量来自于声源，声源的振动带动周围的介质振动，从而把声源发出的能量由近及远地传递出去。由此可见，声波具有能量，它还能传递能量。你可能听说过医院的超声碎石，就是利用超声波传递能量，从而打碎体内的肾结石。

至此，我们看到，声的利用通常有两种方式：①利用声传递信息；②利用声传递能量。

需要注意的是，声在传播的过程中，信息和能量的传递总是同时进行的。例如：轰隆隆的雷声，首先声音传递了要下雨的预兆，这是传递信息；其次雷声能使耳膜振动，有时打雷能震得汽车都报警，说明同时也在传递能量。又比如：我们平常聊天，声音小了听不见，我们会说“你大点声说”，大点声也就是加大声音传递的能量。只不过有的时候，声波传递的信息对我们更有用；而有的时候，是传递的能量更有用。比如我们这个音频课程，主要就是用声音传递知识类的信息。而另一些应用，比如刚才提到的超声碎石，主要利用的是声波的能量。不能错误的理解为，声只传递信息，或只传递能量。

下面我们再介绍几个利用声传递信息的有趣例子。

在各种频段的声波当中，超声波的方向可以很集中，也很容易被反射。由于这些特点，超声波被广泛应用于回声定位、回声测距、测速等。

应用1：声呐。声呐利用声波进行水下探测、定位和通信，其原理与蝙蝠听声定位的原理非常类似。由于光和电磁波在水中都特别容易衰减，一般只能传播几十米远，不适合于水下的环境，于是声呐技术便在水下探测领域广为应用。目前各国的海军，都是靠声呐进行水下监视。尤其是潜艇，更是离不开声呐，声呐就相当于潜水艇的眼睛一样。

图1：用于内河与金海岸航道侧扫和海事搜救人物的便携式侧扫声呐系统

但是如果过度的使用声呐，也会给大自然带来一定的伤害。很多海洋动物，诸如海豚、鲸都能够听见超声波，并利用超声波进行交流。调查显示，人类声呐发出的超声波会严重影响海洋生物的生活。周星驰导演的电影《美人鱼》，讲的就是这样一个保护鱼类免遭人类声呐迫害的故事。

图2：周星驰导演的电影《美人鱼》

应用2：声纹识别。每个人都有自己独特的音色，你即使闭上眼睛也能分辨出熟人的声音。用电声学仪器可以记录下声波频谱的特征，就是声纹。成年以后，人的声音可保持长期相对稳定不变。因此声纹就跟人的指纹一样，具有身份识别的作用。讲话可以故意模仿他人声音和语气，但即便是模仿得再像，其声纹还是不一样的。声纹辨识与口音无关，与语言也无关。今天，声纹识别技术已经进入了我们的生活，大家经常用的微信，有“声音锁”的功能，就可以用声纹识别代替密码来登录微信。大家可以试一下，在微信“设置”中选“账号与安全”，就可以看到“声音锁”的选项。

图3：微信的声音锁

生活中还有很多利用超声波传递信息的其它例子，如：倒车雷达、金属探伤、超声导盲仪等。大家可以自己查阅了解一下。

下面，我们再讲几个利用声波传递能量的有趣例子。
应用3：次声武器。武侠小说里面的“狮吼功”，威力巨大，能震倒一片，你觉得有可能是真的吗？当然人的嗓音是不可能有那么大能量的。但是如果声音足够大，真的会对人造成严重伤害。听说外国监狱，有一种酷刑，就是用很多大喇叭围着人播音，吵到你想吐。其实，更具杀伤力的是次声波，因为某些频率的次声波容易与人体内脏产生“共振”，从而加大了对内脏的损伤，尤其是心脏。轻的可以产生头晕、烦躁、耳鸣、恶心、心悸等现象，重的可以致死。人们据此造出了次声武器。

图4：电影《功夫》中包租婆施展狮吼功

真是不听不知道哇！有的同学听说次声波的威力那么大，可能开始担心起来了。其实，也没必要惊慌失措。次声波要达到伤人的程度，必须要很高的能量使其达到一定的强度才行。在我们身边，大自然中次声波无处不在，无时不有，也并没有对我们造成什么伤害，不是吗？

不仅次声波可以传播能量，超声波也一样可以。在眼镜店，你可能见过用超声波清洗镜片的机器吧。你还能想到别的什么例子吗？不妨搜一搜“超声粉碎机”吧。

【小结一下】

1.声的利用通常有两种方式：①利用声传递信息；②利用声传递能量。

2.声传递信息的应用特别普遍，如：B超、声呐、声纹、倒车雷达、金属探伤、超声导盲仪、医生的听诊器等等。还有很多动物，像蝙蝠、大象等，也会利用声波传递信息。

3.声传递能量的时候，会表现出意想不到的巨大威力，甚至可以达到制成武器的程度，而且杀伤力极大。典型的应用有：超声碎石，超声清洗机，次声武器等。

【思考题】

我们知道电线有传递电能的作用，今天我们讲到声波也可以传递能量，那有没有可能用声波来代替电线呢？说说你的理由。

物理老师讲物理，我们下一讲再见！

【备课手稿】

【第2.02讲】读古诗，辨声音

同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。上一讲，我们探究了声音的产生和传播，其实，声音的奥秘还有很多。

你可能听过老艺人说自己：“人老了，弦也调不准了”；俗话还有一句：“响鼓不用重槌敲，马不扬鞭自奋蹄”；再有我们说从一个人的声音可以听出他是谁，叫“闻其声，知其人”。这些语句都说的是声音，从物理学的角度理解，它们又说明了什么道理？好，今天我们就读古诗，辨声音。

先从这三句话聊起。这三句话从三个侧面说明了声音的3个特性：音调、响度和音色。

“人老了，弦也调不准了”说的是音调。乐器演奏之前需要调音。人老了，耳朵不灵了，音调高低听不清了，琴的音调调不准。音调就是声音的高低。如乐谱的1 2 3 4 5 6 7，音调是逐渐升高的。每个人的嗓音的音调也各不相同，歌唱家有女高音歌唱家、男低音歌唱家等，也是按音调来分的。

那么音调的高低，是由什么决定的呢？你可以做一个这样的简单实验：找一辆自行车，要钢丝车轮的那种，将自行车的后轮架空，摇自行车的脚踏板使后轮转动起来，然后拿一把螺丝刀或者钢尺，在车轮的钢丝上划过，这时就像拨动琴弦一样，会有声音发出。老师亲自做了这个实验，当车轮转得稍慢时，发出的声音较低沉，音调低；加快转速，发出的声音越来越清脆，音调高。这个实验告诉我们，音调的高低决定于振动的快慢。

▲图1：划自行车轮，听音调高低变化

如果你觉得自行车的声音高低还不明显，你还可以试试刮梳子的实验。用塑料片刮梳子的齿，齿比较稀疏的梳子，刮出的声音比较低沉；齿比较密的梳子，刮出的声音要高一些。

振动的快慢用频率表示。频率是物体一秒钟内振动的次数。频率越高，音调越高；反之，频率越低，音调越低。频率的单位是赫兹，字母是Hz。赫兹是德国一位物理学家的名字，由于他对电磁学的重大贡献，以他的名字作为频率的国际单位。一般来说，粗、长、厚、重的物体振动得慢，频率低，发出的声音较低沉；细、短、薄、轻的物体振动得快，频率高，发出的声音较尖细。

各种动物听辨声音的频率范围是不同的。人耳听音的频率范围是20Hz~20000Hz。物体振动的频率在20000Hz以上时，发出的声称为超声波；振动的频率在20Hz以下时，发出的声称为次声波。超声波和次声波都不能被人耳听到。现在可以归纳一下，人耳能听到声音的条件：①有物体的振动；②有传声的介质；③声波的频率在人耳的听觉范围以内；④声音要有足够的响度。以上四点缺一不可。

再来看第二句话“响鼓不宜重敲”，这说的是声音的响度。响度即响亮程度，用“大、小”或“强、弱”来形容。响度与发声体振动的幅度（也就是振幅）有关，振幅越大，响度越大。如打鼓，打得越重，振幅越大，越响亮。响度还与声音在传播过程中消散的程度有关；与听者距声源的远近有关。音箱、小提琴、二胡、大鼓等发声设备的共鸣箱，都具有增大响度的作用，

“闻其声，知其人”说的是声音的音色。音色即声音的特色或品质，因此音色也称音品。音色决定于发声体的材料和结构。如：同是笛子，听一下竹笛的声音：，铜笛的声音：，竹笛和铜笛的音色不同。又如：都是铜做的，铜锣、铜笛、铜号的声音区别太大了。人的音色可以通过训练而改变，如歌唱家的声音很丰满。音色是我们区分不同的人，不同的乐器和其它物体发声的重要依据。

一向很爱思考的张亮同学，向我提了一个很好的问题：声音的响度、频率对传播速度有什么影响吗？答案是：没有。诸如：“响度大的声音声速快”，或者说“同一介质中，超声波最快，普通声音次之，次声波最慢”，这一类说法都是错误的。这些看似很像正确答案的说法，往往是出题人用来迷惑你们的。 声音传播的速度，只与介质和温度有关，与其他无关。

【练习题】

下面同学们也来思考几个题，看看怎么从物理学的角度来解释？

练习题1：余音绕梁，三日不绝。

练习题2：震耳欲聋，响彻云霄。

第1题，“余音绕梁，三日不绝”是声音不断的反射的结果。如北京天坛的回音壁，也是类似的道理。第2题，“震耳欲聋，响彻云霄”说的是声音的响度很大。

练习题3：十年离乱后，长大一相逢，问姓惊初见，称名忆旧容。

这首唐诗是诗人李益与表弟久别重逢，却又匆匆话别的情景。从“问姓”中想起初见的“旧容”，可见

声音中有一种特征，让诗人唤起了十年前的记忆，这种特征是音色。

练习题4：李白有诗云：危楼高百尺，手可摘星辰。不敢高声语，恐惊天上人。其中“高声语”，指的是音调还是响度？ 这一题我不给答案了， 请你自己思考下呗。

【小结一下】

1.这一讲我们探讨了声音的三个特性：音调、响度、音色。①音调分高低，与振动频率相关。频率的单位是赫兹，代表每秒振动的次数。②响度分大小，与振幅相关。③音色也称音品，是声音的特色和品质。

2.人耳能听到声音的4个条件：①有物体的振动；②有传声的介质；③声波的频率在人耳的听觉范围以内；④声音要有足够的响度。

3.声音传播的速度，只与介质和温度有关，与响度、频率等其他因素无关。

【思考题】

拉小提琴时，用琴弓快速拉，音调高；慢慢拉，音调低。对吗？

物理老师讲物理，我们下一讲再见。

【备课手稿】

【第1章小结】

第一章我们了解了运动。物理就是研究物质运动、变化的道理。物理要研究的运动包括很多种，中学会接触到的有：力、热、声、光、电。机械运动就是其中力学要研究的，我们只有学会了如何描述机械运动，才能更深入的了解其它力学规律，因此，机械运动是以后学习力学的基础。机械运动中最简单是匀速直线运动，而要研究匀速直线运动，首先要学会度量长度和时间。

我们第1讲《时间计量的前世今生》，探讨了从古至今人们是如何计量时间的。要准确地计量时间，需要解决两个问题——时间单位和测量工具。人类先后发明了日晷、沙漏、水漏、机械钟、电子表……直至原子钟，利用越来越先进的测量工具，越来越精确的定义了时间单位。时间的国际单位——秒，是用铯原子的振荡周期定义的。

普通的长度测量，比较简单。我们在《没有最难测的长度，只有最聪明的办法》这一讲中，重点讲了不容易测量的长度，如何变通的方法。通过实例讨论了5种测量长度的变通办法：平移法、累积法、抽样法、曲直法 和投影法。掌握了这5种方法，你就能从容应对所有长度测量的题目了。

有了时间和长度的基础后，我们就可以开始描述运动了。第3讲《描述运动的诀窍》，讲到描述运动的诀窍就在于选择参照物，因为运动是相对的。

第4讲《快慢背后的道理》，正式引入速度的概念。生活中比较速度的方法有两种：①时间相同，比路程；②路程相同，比时间。物理学中选择了第一种方法来定义速度，即单位时间内通过的路程，v=s/t。我们还演算了常用的速度单位m/s和km/h之间的换算关系，1m/s=3.6km/h。相比而言m/s是更大的速度单位，这与我们通常的直觉正好相反。

现实中的运动是复杂的，并不是只有匀速直线运动。第5讲《变与不变的速度》，我们讨论了匀速直线运动与变速运动。 匀速直线运动有两个特点，一是运动的路线是直线，也就是方向始终不变；二是快慢不变，也就是在任何相等的时间内通过的路程相等。尤其要注意“任何”二字。变速运动可以用平均速度和瞬时速度两个概念来描述。讨论平均速度要注意，路程段和时间段一定要相对应，并且是这段路程中所用的全部时间，包括停留的时间都算在内。

最后一讲，第6讲，我们讲了一个学生实验《测量平均速度》。老师根据多年的教学经验，替大家总结了实验中最容易出错的8个注意事项。

除了核心知识，我们还补充了很多扩展知识，帮助同学们拓宽知识面。时间测量中介绍了《时间计量发展年表》，通过年表你可以纵览人类关于时间计量的发展历程，从木棍标记到日晷，再到目前最先进的原子钟。长度测量中介绍了《形形色色的长度单位》，在国际单位之外，还有市制、英制，具体的领域中还会用到海里、光年和鞋码等单位。相对运动中我们介绍了风洞。讲速度时我们补充了《人类创造的极限速度》。

【第2章预告】

物理老师讲物理，让我们期待下一章再见吧！

【第1章答疑】

第1个问题，来自我身边的学生家长。有些家长问：学校就要开设物理课了，都说女孩子学物理比男孩子更困难些，有没有什么好的建议给我家正在上初中的闺女？
就普通情况而言，女性学习理科是要比男性要慢一点，但也不乏少数佼佼者，可比一般男性要胜许多。兴许你家闺女就是这个少数的佼佼者，你又何必过早担心呢？即使你家闺女并不是那些佼佼者，也不要急，急是没有用的。为上之策就是一开始尽量不要掉队，一旦发现有苗头，就要果断采取措施，急起直追。现在是假期，我建议你让她听听我的音频课。一来可以预习，提前熟悉物理的思维方式和学习方法 ；二来也可以试一试自己学习物理到底是不是比较难一点。

第2个问题，来自匿名用户的提问。卢老师好！请教一道习题：用一把钢卷尺，在温度为20℃时测得某50cm长的物体的长度为50cm，假设该物体的热胀冷缩可忽略不计，则当温度为40℃时，用同一卷尺测同一物体的结果是多少？
因为题目说，物体的热胀冷缩忽略不计，它的长度还是50cm不变。钢卷尺因为热胀而变长，结果50cm长的物体就只能和尺上的50cm以内的某个刻度对齐，结果读出的结论不足50cm，所以答案是：测得结果偏小了。

第3个问题，来自张亮同学。他听了《快慢背后的道理》那一讲之后，对那一讲的思考题很有兴趣。思考题问：速度能不能是负数？张亮的疑惑是：卢老师，我觉得，既然路程可以有负的，负路程表示反方向的路程，那速度应该也可以是负的。但是，负的速度表示什么含义呢？向相反方向跑的两个人，如果跑得一样快，他们的速度不一样吗？
张亮同学想的非常对。速度不仅可以是正数，也可以是负数。正负就代表运动的方向，速度的绝对值代表运动的快慢。这里涉及方向的问题，在《变与不变的速度》一讲中，我们介绍了机械运动分为直线运动和曲线运动，曲线运动就是方向在变化的运动。说明速度不仅有大小，还有方向。直线运动中，只有正方向和反方向这两个方向，我们用正负就可以表示不同的方向。但曲线运动的方向就很多了，要描述清楚就复杂多了，这方面的知识要等到高中物理才会学到。张亮同学能够想到负的速度代表相反的方向，已经很不错了，说明他会从物理学的视角思考问题了。

【第1.06讲】测量平均速度的8项注意

同学们好！记得第一讲我们讲过，物理学的理论结构充分的运用数学作为自己的语言，以实验作为检验理论正确性的唯一标准。因为实验是客观事实，毋庸置疑。

1590年，伽利略在比萨斜塔上进行了举世闻名的落体实验。伽利略带着两个铁球，一个大球10磅，一个小球1磅，登上塔顶。他将两个铁球从塔顶同时释放。哪个球先落地呢？相信大家都知道了，结果是两个铁球同时落地。当时许多人都说重的铁球会先落地。这个说法直到伽利略做完这个实验，才被纠正过来。
▲图1：位于意大利托斯卡纳省比萨城的比萨斜塔

这个实验没有测量，只是观察现象。其实物理学更多的实验是要测量的，并且还要计算。今天我们学习测量平均速度，就是第一个测量实验。平均速度要根据原理v=s/t来测，它不像用刻度尺测长度，用钟表测时间及用汽车的速度表读取汽车的运动速度等那样可以直接得到结果。直接得到结果的测量叫直接测量。而测平均速度是分别测出路程和时间，再由公式v=s/t计算出结果。这种测量方法叫间接测量。

显然，间接测量比直接测量复杂，步骤多，注意事项也要多些。因此，我们今天着重谈谈注意事项，具体方法书本上很详细了，我就省略了。

▲图2：测平均速度的实验装置

实验注意事项：

1.每次实验时，让小车从斜面顶端由静止开始运动。

2.为了使小车做变速运动，斜面必须保持足够的倾角。

3.为了较准确的测量小车在斜面上运动的时间，在保证小车做变速运动的前提下，斜面的倾角应尽量小，使小车运动的时间足够长。

4.小车运动的路程，应为斜面长减去小车长。

5.实验时一般是先选一段路程，再测时间，求平均速度；不是先选一段时间，再测时间和路程，求平均速度。前者路程可先测好，实验时只测时间，较方便；后者在小车运动过程中既要测时间，又要测路程，不便操作。

6.应多次测量求平均值以减小误差。

7.小车开始运动的时刻和开始计时的时刻，小车停止运动的时刻和停止计时的时刻，都要同步，否则误差加大。

8.长度的测量一定要估读到分度值的下一位。

【思考题】

小车从斜面顶端由静止开始，运动到底端，上半程、下半程和全程的平均速度，从小到大如何排列？（答案：v_上 < v_全 < v_下）

今天就讲到这里，下一讲再见！

【备课手稿】

【发刊词】致同学们

大家好！欢迎来到《物理老师讲物理》音频课堂。我是物理老师卢耀兴，做这个《物理老师讲物理》，是希望帮助大家更轻松的学好物理。

我教了三十余年物理，今年已经63岁，退休了，但也没闲着，还常有学生找来要求辅导补习。我教物理，也教数学，其实数理本一家，这两门课相得益彰。当年我读书的时候，原本报考的是数学。那是1977年，国家恢复高考第一年，我考上师范大学，离开了战天斗地五年的广阔天地——农村。一进校，校长找我们新生座谈，说：“你们在座的报的都是数学系，看你们数学不错，就把你们转来学物理。”我当时还很有怨气，因为我文革中读的高中，中学根本没学过物理课，现在学物理要从零开始。但是，当时也只有服从。可现在我是感激的，学物理让我受益匪浅。

刚毕业那会儿，年轻，总想做出点什么，就志愿去了西藏，被西藏教育厅留在厅机关当秘书。可我一个农村娃，并不喜欢机关工作，一天下来，总觉得浑身不自在。坐了三年多机关，终于还是申请干本行，到学校教书去了。一到学校，我觉得自己能量都满了。后来就再也没有离开过三尺讲台，回到内地，也还是在学校，直到退休。现在也算是桃李满天下了，其中不少优秀的学生都成为了同龄人中的佼佼者。

一生教学，用心最多的是我的学生们，多有感慨。人虽退休，心却不休。总想将自己三十多年教学生涯，琢磨、总结出来的一些经验，传递给更多的同学们。现在有这个条件了，通过音频课堂，不用站在讲台上也能讲解。而且同学们还可以想什么时候听，就什么时候听，想听多少遍就听多少遍。太方便了！所以我乐意做这套音频课程，多发一点光和热。

常常听到或看到，一些同学对学物理表现出畏难情绪。其实，大可不必。物理，物理，就是物质或物体运动变化的道理。要明白这些道理，就要多想、多琢磨、多动手、多悟。非得靠自己去悟，旁人其实是无能为力的。老师能做的也就是“师傅领进门”，起一个引领的作用。爱因斯坦说“兴趣是最好的老师”，中国的孔子也说“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”所以，我一直坚持首先要培养学生对物理的兴趣，可以“寒窗”不能“苦读”，有了兴趣才更容易出成绩。如果要给同学们一点学习物理的建议的话，那就是：物理中的名词、概念，一定要咬文嚼字，追根究底，整得清楚明白。决不能浅尝辄止，似懂非懂。其实每门课都得这样学。如此，哪有学不好的？

《物理老师讲物理》源于教材，又不局限于教材。旨在引导同学们好奇入门，轻松探究，同时快乐的收获好成绩。我有信心，你们呢？望大家和我一道步入丰收的季节吧！

【第1.01讲】时间计量的前世今生

同学们好！从今天起我们开始学习物理第一章：机械运动。学习机械运动离不开“时间”这个物理量。那么现在老师就要问问大家，“时间”是个什么东西？又怎么计量呢？

要想回答这个问题，还真是不容易。可以这样说，时间是有起点和终点的一段持续过程。再说得深奥一点，

是物质运动的存在形式。是物质运动过程的持续性和接续性的秩序。特点是具有客观性和无限性。总是朝着一个方向流逝，一去不复返。它和运动着的物质不可分离，和空间也不可分离。

我们汉语言的词语里都有“一去不复返”、“转瞬即逝”、“倏忽”、“刹那”、“地老天荒”、“永生永世”、“古往今来”……想想，说的是不是时间？再仔细想想，是不是和运动着的物质分不开，同时还和空间也分不开。这些词语有的说的是时间很短，有的说的是时间很长。都是些生活语言，只是大体上说明了时间的长短。要问长，到底多长；短，到底多短？说不出具体的数量。实在不太靠谱。不着急，物理学就能帮助解决这个问题。这就是时间的计量问题，或者说是时间的测量问题。

时间的测量过去和现在是大不一样的。所以，今天老师就和大家谈谈“时间计量的前世今生”。

因为时间像流水一样无休无止的流淌着。要计量，必须得分段，设定一个起点，再往前往后推移，就能知道时间的长短了。比如说，以现在为起点，过去的一年叫去年，未来的一年叫明年；过去的一日叫昨天，再往前一天叫前天，往后一天叫明天，往后两天叫后天，等等。一天之内分早上、上午、中午、下午和晚上。过去没有钟表，再要细分下去就困难了。怎么办呢？古人很有智慧，他们观察太阳，看太阳走到哪儿，就能大致知道，一天之内的时间段了。再进步一点，就是看太阳底下的影子，日晷就是根据这个原理设计制造的。利用日晷测时间，能把白天的时间段分得更细些，例如把一天分为12个时辰。可是日晷受天气的限制，没有太阳就用不成。于是人们又制造了沙漏和水漏。

尽管如此，还是不能精确计量。要精确计量时间，还得确定不同长短的时间段作为标准，然后利用这个标准像尺子一样去度量其它时间段。例如发明现代钟表之前，常用的标准有 “一炷香的时间”、“一顿饭的时间”等等。这个作为标准的时间段，就是时间单位。有了现代计时器之后，时间单位更加精确，比如年、月、日是大的时间单位，时、分、秒、毫秒等等是常用小的时间单位。

▲图1：故宫乾清宫里的日晷

单位确定了，就要解决测量工具问题。随着时代的发展，人的智慧也不断的进步，各种各样的计时器相继问世，摆钟、石英表、电子表……。日常生活，时间精确到秒就足够了，可不能满足突飞猛进的科学的需要。现代科学对时间的精确度的要求越来越高。如卫星定位、宇宙飞船航行，时间要精确到亿分之一秒。这就要由原子钟提供原子时。原子时是由原子里的电子跃迁振荡产生的。原子钟通常采用铯原子、铷原子等。所谓1秒，就是铯原子振荡9,192,631,770周经历的时间。中国2017年8月最新研制成功的新型原子钟，就可以精确到10亿分之一秒！它将用于我国的北斗导航卫星。同学们听了感到惊讶吧？随着课程的推进，还有许多惊讶在等着你们呢。

这节课就结束了。

【小结一下】

这一讲我们探讨了，如何计量时间的话题。我们了解到时间与物质运动、与空间都密不可分。日常生活中衡量时间的标准，如“地老天荒”、“一炷香的时间”等，常常比较粗糙。为了更准确地计量时间，需要解决两个问题——时间单位和测量工具。人类先后发明了日晷、沙漏、水漏、机械钟、电子表……直至原子钟，利用越来越先进的测量工具，越来越精确的定义了时间单位。最新的国际时间单位，秒，就是用铯原子的振荡周期定义的。

【思考题】

如果把时光流逝的过程比作一辆行驶的车，那你认为时光流逝的速度会有快慢的变化吗？

【扩展资料】

课程文稿的最后附赠了扩展阅读资料《时间计量发展年表》，列举了一些时间计量发展的关键进程，可供选读。

时间计量发展年表（资料来源于网络，有删节）

公元前20000年：史前人以在木棍和骨头上刻标记的方式来计时。

公元前8000年：埃及文明制订了12个月每月均为30天的日历。

公元前1500年：埃及发明第一个移动日晷，将一天分为12个周期。

公元前100年：雅典出现以一天24小时为基础的机械漏刻。　

公元400年：中国发展了机械漏刻。

公元1350年：德国钟表匠发明第一个机械闹钟。

公元1510年：德国纽伦堡出现带发条的怀表。

公元1656年：荷兰一位天文学家发明自摆钟。

公元1700年：时钟上除了“时针”外又加上了“分针”。

公元1800年：计时精度达到1/100秒。

公元1840年：建立格林威治标准时间。

公元1850年：计时精度达到1/1000秒。

公元1884年：华盛顿会议制定全球时区表。

公元1928年：石英钟被发明。

公元1955年：第一台可靠的铯原子束钟被发明。

公元2017年：中国研制的冷原子钟用于天宫二号，计时精度达到10亿分之一秒。

▲图2：古代水漏计时装置

▲图3：沙漏计时装置

▲图4：上海光机所(SIOM)2003年研制的铷原子钟

【备课手稿】

【第1.02讲】没有最难测的长度，只有最聪明的办法

同学们好！上一讲我们知道学习机械运动离不开“时间”。同样的，机械运动也离不开“空间”。空间有大有小，说得专业点，空间有宏观、有微观。宏观是大尺度，微观是小尺度的。尺度的大小，就要用长度来说明。长度的概念特别容易理解，我们不必多谈。现实中有些长度不能直接用刻度尺测得，需要我们用巧妙的方法转换。这些巧妙的测量长度的技巧，也是考试中常考的一类考题。今天我们就重点聊聊那些难以测量的长度，听完这一讲你会发现“没有最难测的长度，只有最聪明的办法”。你如果真正掌握了今天我们一起梳理的这5种方法，这一类的题目都不在话下了。这一讲配图比较多，大家可以边听边对照文稿看图，更好理解。

大家都知道曹冲称象的故事，曹冲就是巧妙的转换，利用船的浮沉测出了大象的重量。长度测量遇到困难时，同样也需要巧妙的转换，常用的方法无外乎这5种：平移法、累积法、抽样法、曲直法、投影法。

1. 先说平移法。这个比较好理解，顾名思义就是把不容易测量的长度平移到容易测量的地方，再行测量。比如用游标卡尺或者三角板测硬币的直径，就是将不容易测量的直径平移到容易测量的直尺上。这个例子一般课堂上都会讲，我们不再赘述。类似的例子还有体检时测量人的身高。

▲图1：测量硬币的直径

再举一个生活中常见的例子——汽车的机油尺。汽车内燃机需要用机油润滑，而机油箱的位置比较深，直接测量非常不便，于是汽车厂做了一个机油尺，可以方便的插入机油箱。机油会在尺上留下印记，从油箱中抽出机油尺，再测量尺上的印记长短就可以了。这是把不便于测量的机油液面高度，通过印记平移至便于测量的机油尺上。是另一种形式的平移法。类似的例子，还有用竹竿测池塘的水深，用游标卡尺测零件孔的深度等等。

▲图2：利用机油尺测量机油液面的高度

▲图3：利用游标卡尺测量零件孔的深度

2. 再来说说累积法。累积法适用于被测尺度小，重复数量多的情况。最常见的例子有：为了测量一张纸的厚度，我们先测一沓纸的厚度，再除以纸的张数；还有为了测量一根细铜丝的直径，我们先将铜丝紧密排绕成线圈，测量出线圈的长度，再除以线圈的圈数。

▲图4：累积法测量细铜线的直径

使用累积法需要注意，累积法测得的并不是某一个单体的长度，而是N个相似单体的平均数，这可以起到减小误差的效果。

顺便提一下，累积法除了可用于长度测量还常用于测质量、数量、频率等其他物理量。例如，五金商店卖小螺丝，数量不好数的时候，称一下总重量再除以单个螺丝的平均重量，就知道数量了。

3. 将累积法反过来就是抽样法。所谓抽样法，是当被测物超出了工具的测量范围，我们抽样测量其中一小部分，然后根据整体与部分的倍数关系，再推算出整体长度。你看，累积法是被测物太小不好测量，测一个更大的尺度来求平均；而抽样法这是被测物太大不好测量，测其中的一小部分来估算其整体。正好相反。

生活中我们经常会用到抽样法，例如想知道某个房间的长、宽，又没有足够长的卷尺，如果房间里铺了地板砖，我们常常是测量其中某一块地板砖的长度，然后数一数长、宽方向各有几块地板砖，就可以算出来房间的尺寸了。还有其他抽样法的例子，比如测量一卷特别长的电线的长度，可以用称重的办法，这个例子在很多辅导书中都会有，大家可以自己找来了解一下。

4. 第四个方法是曲直法。我们知道，对于普通的直尺而言，直线段的长度比较好测量，而曲线段的长度不好测量。那么遇到曲线的测量我们可以想办法先转化成直线，然后就好测量了。这就是“化曲为直”。例如用一段没有弹性的细线，使之与被测曲线重叠，并做好标记，然后我们就可以将细线拉直再测量。生活中最常见的“化曲为直”的例子就是裁缝用的皮尺，皮尺是先拉直预先印好刻度，测腰围的时候再将皮尺与腰部曲线重叠，标记一下刻度就知道腰围了。

▲图5：用皮尺测量腰围

为了更方便的测量曲线长度，人们又发明了许多新的测量工具，比如汽车上用的里程表、地图测距仪等，利用轮子或滚珠的滚动，可以很方便的测量曲线段的长度。这些新工具同样也能测量直线的长度，所以我们也可以反过来，“化直为曲”。比如，我们想知道一段飞机跑道的长度，不必拿卷尺一段一段的量，开车跑一趟就可以从里程表中轻松的了解到跑道的长度。还可以使用专业的轮式测距仪，原理是一样的。现在我们了解到曲直法，有两种用法，一种是常用的“化曲为直”，另一种是充分利用新工具的“化直为曲”。

▲图6：轮式测距仪

5. 第五种方法是投影法。投影法需要结合几何知识来计算，我们通过一个例子来谈。如果不能爬到旗杆顶上去，如何测量旗杆的高度？这个题可以一题多解。

方法1：利用阳光下的影子测量旗杆高度。请看文稿中的图7。因为太阳光是平行光，所以阳光照在旗杆和照在人身上的角度都一样，即∠1=∠2，人和影子构成的三角形AEB与旗杆和影子构成的三角形CBD，是两个相似三角形。我们可以分别测量出人的身高、人影子的长度、旗杆影子的长度，然后根据相似三角形间的比例关系，很容易推算出旗杆的高度。

▲图7：投影法测量旗杆高度之方法一

方法2：用一面小镜子测量旗杆的高度。在人与旗杆之间的地面上水平放置一个很小的平面镜，观测者调整自己的位置，直至刚好从镜中看到旗杆的顶。根据平面镜反射角与入射角相等的原理，∠3=∠4（如果你还没有学习平面镜的相关知识，不要紧，从生活常识出发你也能相信这一点的，镜子反射形成的两个角相等）。三角形ADE与三角形BCE是相似三角形，后面就跟前一个方法类似了，分别测量人的身高、镜子距人的距离、镜子距旗杆的距离，就可以推算出旗杆的高度。

▲图8：投影法测量旗杆高度之方法二

怎么样，听完这个问题的一题多解，是不是感觉思路更加开阔了？应用投影法的例子还很多，比如珠穆朗玛峰高度的测量，也用到了投影三角的几何原理。

【小结一下】

【思考题】

物理老师讲物理，我们下一讲再见。

【备课手稿】