1、 20202222 年小学科学五年级上册科学阅读年小学科学五年级上册科学阅读 自然界中的神奇之光自然界中的神奇之光 光的起源主要来自三个方面：来自于太阳、月亮和星空；来自于生物界；来自于植物界。来自于生物界的光源，如萤火虫、月亮鱼、闪光鱼等。 首先我们来看萤火虫发出的光。在夏天的夜晚，我们在野外总能看到能发光的虫子在空中飞舞。这是因为在萤火虫的腹部有一个发光器，这个发光器是由发光层、反射层和透明层三个部分组成的。此外，在萤火虫的身体内，还存在一种被称作荧光粉的化学物质，当萤火虫呼吸时，这些荧光粉就会发生氧化，从而产生光。 这种神奇的小动物不仅能发光，而且发出的光是冷光，什么是冷光？冷光即低温发
2、光。也就是说，它所发出的可见光温度不高。利用萤火虫能发冷光这一特点，人类发明了日光灯。日光灯的亮度要比同等功率的普通灯泡要大很多。利用冷光制成的矿灯，有效避免了在矿井中的瓦斯爆炸现象， 因为当矿井中瓦斯浓度达到一定的数值时， 一遇到热， 就很容易发生爆炸事件。所以，矿工们在矿井下工作时，戴上配有这种矿灯的安全帽。 除了萤火虫，在生物界还有几种鱼自身能发光，如月亮鱼、闪光鱼等。 当夜晚降临的时候，如果你有机会到海边游玩并仔细向海中观察的话，在南美洲的一些海岸，就有可能发现许多圆圆的， 像月亮一样形状的鱼儿， 这种鱼就叫 “月亮鱼”。月亮鱼的身体不大，体重也比较轻，每条大约只有 500 克左右。但
3、因为它的身体一侧是银亮色的，故能在夜晚发出像珍珠似的夺目的光。 还有一种能发光的鱼，叫“闪光鱼”，在这种鱼的头部眼睛下面，有一粒可发光的小肉粒，这颗小肉粒能发出青色的光。利用这种光，闪光鱼能探测，捕食和与 同类鱼儿进行沟通交流，闪光鱼头上的这个闪光灯平均每分钟可以闪光 75 次左右，当它们遇到同类鱼儿时，闪光的频率会发生变化。当它们不幸被其他鱼类追逐时，就动用另外一种频率的光用以隐蔽自己，用以保护自己不被吃掉。 最后，我们来看看有哪些植物可以发光？ 在自然界中有一些植物也可以发光，如发光的草“灯草”，能发光的树“灯笼树”和“鬼树”。 “灯草”顾名思义就是能发光的草，在一些灯草集生地，当地的居民
4、常把它们移植到自己家门口，作为晚上照明用的“路灯”。而“灯笼树”能生一种果子，这种果子在夜晚能发光，向下垂着，前端弯曲向上，远远望去，很像在树枝上挂满一个个小灯笼。 另外，在我国江西省井冈山地区生长有一种树，这种树的树叶上含有磷，释放出来的磷会与空气中的氧气化合生成磷火，磷火能发出一种没有热度，也不能燃烧的有光亮的冷光。这种光白天看不到，但到了夜晚，人们就能看见这些冷光了。因此当地的人称这种树叫“鬼树“。 这些都是自然界中的神奇之光。 说说“地震预警”那些事儿说说“地震预警”那些事儿 一谈起地震，大家都会想到地震预报。这里要说的地震预警和地震预报是不同的：预报是在震前发出通告，预警是在震后、抢
5、在强震波到达之前发出警报。 地震预警，是受到了海啸预警的启发。1964 年，美国阿拉斯加发生过一次特大地震，还引起了海啸。人们发现：地震波和海啸波的传播速度不同，就像龟兔赛跑：地震波快得像兔子，而海啸波慢得像乌龟。这样就可以利用地震台网做监测，只要一发现兔子，就立刻用无线电通知远处：“地震了！海啸要来啦。”科学家根据这一启发发明了地震预警系统。 地震预警为何至关重要？ 地震时会产生纵波（P 波，主要使地面上下颠簸）和横波（S 波，主要使地面左右颠簸）。纵波跑得像兔子一样快；横波慢得像笨狗熊，但力大无比，房子都是它推倒的。一旦地震仪发现了“兔子”，就立刻用无线电通知远处：“地震了，狗熊要来啦！”
6、这样就能在威力更大的横波到达预警目标之前对外发出预警。人们就有了躲避的时间。 有研究表明，人们如果能在地震波到达时提前 3 秒收到警报，伤亡人数可降低 14%；提前10 秒获得警报，伤亡人数可减少 39%；提前 20 秒，伤亡人数可降低 63%。 很多人也许会有疑问，只能提前几秒到几十秒的地震预警，到底能有多大作用？大家可别小瞧了这短短几十秒。 譬如在汶川地震发生时， 四川省地震局位于地震重灾区的地震观测站内，没有抗震设防的围墙是在地震波到达 10 秒后倒塌的。同时，由于人们在遇到突发状况时不太容易能快速而准确的判断情况，地震预警系统能够帮助人们在地震发生时快速判断，增加逃生成功的可能。 除此
7、之外，地震预警系统还可以有效避免高铁，燃气管道等工程遭受地震后带来的不利影响。以燃气管道为例，若能在地震波到达之后短时间内关闭管道，就能有效控制燃气泄漏的数量而降低火灾或者爆炸的风险。 地震预警系统是如何工作的？ 在地震中发挥效用的 ICL 地震预警系统，是由国家“千人计划“入选者，成都市高新区减灾研究所所长王暾及其团队研发，并与四川阿坝州防震减灾局联合建立一整套体系。 ICL 地震预警系统分为地震监测，预警信息分析和处理，预警信息发布，以及预警信息接收和应用 4 个环节。大致包含了如下几个部分：地震监测仪器、数据收集与计算中心、发布预警的各种途径，可接受预警信号的行业/个人终端。 在地震发生
8、时，它能够利用地震危险区域布设的高密度台网对震源进行监测，进而通过检测仪将检测到的关键信息发送至预警中心进行分析处理， 然后预警中心再通过各种信息接收终端发布预警信息给用户，最终用户接收信息并进行避险。 最值得注意的是，该预警系统已经实现了通过智能手机、广播电视、微博、地震预警信息接收服务器等同步实时发布预警信息，也使得我国成为继墨西哥、日本后，第三个具有地震预警技术能力的国家。 不过，虽然我们拥有了地震预警系统的庇护，但还是要树立“宁可千日不震，不可一日不防”的震情观念，每个家庭要根据自家的实际情况制定防震避震预案，为震时自救和互救创造条件。例如，对自家住房的抗震能力，周围的环境，室内水、电
9、、煤气等设施的状况，各类物品的存放条件， 疏散通道是否畅通等， 都要做到心中有数。 如果处在已有地震短临预报的地区，还应准备自救必备的物品。 欧洲钟表的兴起之路欧洲钟表的兴起之路 大航海时代。 钟表是现代技术最前沿的机械； 并且在每个阶段都保持着领先；它是其他机器渴望达到的完美标志。钟表业的间接影响也同样重要，作为第一个真正的精密仪器，它在精度和光洁度方面是其他仪器的榜样， 无论是机械学影响还是社会影响，钟表都是第一。 红楼梦里，刘姥姥初进大观园，走进王熙凤的院子，“只听见咯当咯当的响声，大有似乎打箩柜筛面的一般，不免东瞧西望的。忽见堂屋中柱子上挂着一个匣子，底下又坠着一个秤砣般一物，却不住的
10、乱幌。刘姥姥心中想着：这是什么爱物儿？有甚用呢？” 小说写的是 17 世纪初，乡下人头一次看见摆钟的情景。红楼梦全书提到钟表 11 次。不仅贾宝玉怀揣一个核桃大的金表，连亲信奴仆也随身带表。等到贾府衰落，值钱的金自鸣钟都变卖了，抄家清单上仍有钟表 18 件，可见收藏之多。 近代机械钟表全部产自欧洲，别的地区无法仿制。大航海时代，欧洲人全球做生意，卖得最好的就是钟表。18 世纪末，英国量产一种圆形怀表，专供东印度公司送给中国的行商和地方官。英国人发现，中国人对他们的大多数货物反应冷淡，却格外钟爱上了发条的机械。 第一次革命：重力代替水力 就像很多欧洲人擅长的技艺一样，报时机器也开始于古希腊。公元
11、前 3 世纪，地中海就有不少水力驱动的机械，模拟天上星辰相对地平线的运动，这就是水钟，它可以用于夜间报时，后来它被拜占庭和阿拉伯继承和沿用。中国典籍里也有制作水钟的记载。 但西欧人在罗马文明崩溃后，只晓得用沙漏、水漏、蜡烛计时。直到公元 1000 年左右，西欧修道院可能从东方又引入了水钟。说“可能”，是因为他们的“horologium（计时器）”一词也可以指日晷和沙漏，缺少实物，我们无法考证。1198 年的记载中提到，一个修道院起大火时，大家跑到计时器那里去舀水暗示那是个水钟。 1300 年前后，欧洲出现了重力驱动的钟。最早由重力驱动的钟可能是 1283 年安装在英格兰邓斯特布尔修道院的一座钟
12、，据记载，它安装在教堂窗棂上面，因此不大可能是水钟。接下来几十年，重力钟出现在英国、意大利和法国；实物虽然无存，但有对其结构和原理的详细描述。 重力钟的原理，是让重物高高吊起，慢慢落下，持续拉动齿轮。开始的重力钟需要设置在高塔里。 水钟到重力钟的进化，就好像两栖动物演变成不依赖水的爬行动物，从此前途广阔。来自西北欧方言的 clock 一词，也取代了 horologium 这个希腊词。 机械钟的关键，是“擒纵”机构。通过齿轮与棒子的配合，一擒，一纵，一收，一放，将水钟式的无节奏的动力转化为现代钟表式的有节奏的动力。钟表传出的滴答声，就是擒纵结构的响声。 欧洲人是怎么想出这个结构的呢？有人研究认为
13、， 更早前有修道院借助类似的原理实现了自动撞钟。无论如何，修道院是这种前沿技术的第一个使用者。 无论是水钟还是重力钟，周期并不稳定。动力大了，钟就快一点；动力小了，钟就慢一点。最早的机械钟一个昼夜下来能误差两个小时。但钟的质量在突飞猛进地提高。 1336 年，米兰安装了一座时钟，可以在 1 点时打一下，两点时打两下这个功能大受公众欢迎。随后 200 年间，教堂钟楼逐渐普及时钟，欧洲人也习惯了“定点广播报时”。 同时，重力钟也逐渐小型化，有一些已经可以摆进客厅做家具了。 第二次革命：弹簧代替重力 重力机械钟发明 100 年后，有人在里面安上了弹簧，让弹力代替重力驱动钟。弹簧钟不像重力钟，不一定要
14、吊得高高的，它可以小型化，可以放在桌子上架子上，也可以轻松搬走。 但弹力驱动的一个问题是，弹簧会松，钟走的速度误差太大。早期的弹簧钟远不如重力钟那么准确。 克服这个问题的装置叫“均力锥轮”，它是一位不知名的机械天才发明的，大概出现于1400 年到 1450 年之间。它是一个有凸起螺线的锥形盘，链条绕在这个盘上，并且连接发条。上发条时，越缠绕，螺旋直径越小发条虽然绷得越紧，链条终端的力却没有增加，稳定输出给钟表。 之所以说发明它的人是个天才，是因为这个锥形轮的纵剖面，其实是双曲线形的。那个年代还没有正确的数学公式去指导手艺人。手艺人是在实践中摸索出了正确的形状。而且他们一定是发明了特殊的机床，才
15、能车出双曲线。这种高超的工艺，现在看来还是令人佩服。 在麦哲伦环游世界的年代，德国工匠生产的、配有均力锥轮的弹簧钟，在欧洲名头响亮。 接下来，钟缩小成了表。人类第一只表诞生于 1564 年的德国纽伦堡，后来被英国人叫做“纽伦堡蛋”。 1577 年，一位匠人为天文学家第谷制造了精确的天文时钟，首次引入了分针。 17 世纪中期，惠更斯为钟表添上了两件利器：一是摆锤，它利用了伽利略发现的“重物摆动周期恒定”原理；二是游丝，也就是把弹簧螺旋盘起来。两者配合，让每日误差 20 分钟以上的钟表降低到一两分钟，大大提高了实用性。惠更斯后，钟表业加速发展。英国和法国走在前列。 学者刘易斯芒福德曾说： “工业时
16、代的标志是钟表而不是蒸汽机钟表是现代技术最前沿的机械；并且在每个阶段都保持着领先；它是其他机器渴望达到的完美标志。可以说，钟表为其他机械提供了模型钟表业的间接影响也同样重要，作为第一个真正的精密仪器， 它在精度和光洁度方面是其他仪器的榜样，无论是机械学影响还是社会影响，钟表都是第一。” 发展动力：炫富推动的产业 在人类历史上地位这么重要的钟表，初衷并不是为了“引领工业革命”或者“带动科技创新”。机械钟的出现，源于修道士对日程表的认真遵守。他们为了不折不扣地定时祈祷，需要更可靠的时间仪器。 很快， 昂贵的钟表在修道院外也找到了市场。 先是城市里各种富丽堂皇的建筑 （比如法院、议会）购买机械钟，然
17、后是富人宅邸。无论公费还是私费，都是为了宣示其非同一般的财力和排场。 可以说，推动钟表发展的，就是人们拥有“百达翡丽”“江诗丹顿”的欲望那不仅仅是报时工具，更是高级玩具和珠宝工艺品。 14 世纪中期，欧洲钟楼上常会有一个机械人手握木棒敲钟报时。接下来的 200 年间，敲钟的机械人和动物越来越多，可上演全套戏剧，精美繁复。比如 1499 年威尼斯圣马可广场安装的钟，由两位巨大的牧羊人敲响，一位天使同时吹响号角，东方三博士进场，跪在圣母圣子面前，一手脱帽，一手献礼。然后起身戴帽出门。这座钟还会显示所有天体的运行位置。再比如瑞士伯尔尼天文塔的钟表建于 1530 年，每小时会有 4 分钟的机械人表演：
18、公鸡鸣叫、跳舞的小丑敲钟、克洛诺斯翻转沙漏、城市的吉祥物游行 最早的表，比如保存至今的一只 16 世纪晚期制造的“纽伦堡蛋”，很像现在的豪表。表盘是金子的，整体是一块六边形的哥伦比亚翡翠，机芯置于其中。那个年代的表往往还做成新奇形状，比如水果或者动物。 另一件保存至今的，是 16 世纪初的“盐器钟”，是法国国王送给英国国王的礼物，银质镀金，缀满珐琅花纹、贝壳与宝石，表盘放在水晶壳里。盐器是当时餐桌上最重要的器具，放在宴会长桌中间。这类“盐器钟”，当时的英国王室收藏了 11 个。 钟表史上，美轮美奂的作品数不胜数，如果不是为了炫富，欧洲钟表不会遥遥领先。 大脑如何指挥内脏不停运动大脑如何指挥内脏
19、不停运动 不仅四肢和躯干的肌肉在运动，内脏的肌肉也在运动。内脏运动中最活跃的就是心跳，在人的一生当中要跳动 2530 亿次，推动着全身的血液循环。 科学家们对于心血管运动的研究揭开了近代生命科学的序幕。古罗马的大医学家盖仑认为，血液像潮水一样产生，消失于身体的四周，再由肝脏通过食物来转化。这个观点统治了医学界 1300 多年。16 世纪，西班牙的塞尔维特打破盖仑的学说，提出了肺循环学说，认为静脉血通过肺循环变成新鲜的动脉血。17 世纪，英国医生威廉哈维提出了完整的血液循环学说，指出血液从静脉回心，通过肺循环变成动脉血，再进入体循环运输血液至全身器官。威廉哈维的心血运动论被誉为生理学的开山之作，
20、成为科学史上极为重要的文献。 调控心脏的神经是交感神经和迷走神经，它们不受意识支配，可以“自作主张”，也称为自主神经。以心脏为例，我们不能凭借意识发出指令让心跳变快或者变慢，但是当我们剧烈运动、情绪激动的时候，心跳就会自然变快了。这说明心脏是被神经系统控制的。这种控制每时每刻都在发生：如果心脏不接受外来神经的支配，按照自身节律性每分钟跳动 100 次；安静状态下，迷走神经对心脏的调控比较强，心跳每分钟 75 次左右；运动或情绪激动的时候，交感神经对心脏的调控比较强，心跳会加快，收缩力也会加强。 调控心脏的交感神经从脊髓发出，迷走神经从脑发出。这些神经既然不受意识支配，又是凭借什么发出运动指令呢
21、？以心血管运动的神经调节为例，心血管系统中存在血压感受器。 当 血压波动超过正常范围，它们就会发出信号传到延髓的心血管中枢，再通过交感神经和迷走神经调节心肌和血管平滑肌的运动，使血压恢复正常。此外，延髓以上的各级中枢对心血管也有一定的调节机能。比如，紧张的情绪传到下丘脑，下丘脑就会发出信号给延髓的心血管中枢，使交感神经的活动加强，血液大量供应给脑和肌肉来应对突发事件。在神经系统的支配下，心血管的运动可以根据人体的需要调节血液供应，又不至于波动过于剧烈，可谓精巧严密、调控有方。 除了血管壁，在胃肠道、呼吸道、泌尿系统、生殖系统等处也分布着各种内脏平滑肌。平滑肌的运动原理与心肌、 骨骼肌 （即四肢
22、和躯干的肌肉） 类似， 也是靠粗肌丝和细肌丝的滑行，使细肌丝插入粗肌丝中央， 肌纤维的长度缩短。 它的收缩也不像心肌、 骨骼肌那么快速而有力，相对缓慢而微弱。平滑肌运动同样受到神经支配，以胃肠道平滑肌为例，接受交感神经和迷走神经的双重支配。不过这里的情况与心脏相反，交感神经兴奋使胃肠道运动减弱，而迷走神经兴奋使胃肠道运动加强。细想不难发现，胃肠道是负责“后勤保障”的，紧急情况下应该“退居二线”，不来添乱；安静状态下则要加紧工作，给机体补充能量。心脏和胃肠道上的受体类型不同，交感神经或迷走神经释放的神经递质与不同受体结合后，可以产生不一样的效应。 随着生活节奏加快， 很多人患上胃溃疡之类的疾病，
23、 这也与神经系统的 “功能失常” 有关。情绪紧张会使交感神经活动加强，抑制胃的运动，使食物在胃中停留的时间过长，食物会不断刺激胃酸的分泌。胃酸在黏液之中找到一个小小的薄弱点，刺激胃壁造成溃疡。小的溃疡可以自行修复，如果持续的情绪紧张使小溃疡发展下去，会形成较大的溃疡，必须到医院治疗。 保护我们的内脏，必须合理使用大脑，维持良好的情绪。中医认为“喜怒忧思悲恐惊”这七情过度是致病的内因，西医也从神经反射的角度给出了证据。内脏是生命得以延续的基础，如果出现问题会牵一发而动全身，可能产生继发病变。锻炼身体，充足睡眠，合理饮食，改善情绪，做好这些功课，我们的内脏就可以勤勤恳恳地工作很多年，为人生奠定幸福的基石。