【寒假大串联】教科版科学四上第五部分 科学小阅读（PDF版）

第五部分 科学小阅读
蝉发声的秘密
蝉属同翅目蝉科,蝉有两对膜翅,形状基本相同,头部宽而短,具有明显突出的额唇
基;视力相当良好,复眼不大,位于头部两侧且分得很
开,有3个单眼。触角短,呈刚毛状。口器细长,口器
内有食管与唾液管,属于刺吸式。胸部则包括前胸、中
胸及后胸,其中前胸和中胸较长。3个胸部都具有一
对足,腿节粗壮发达(若虫前脚用来挖掘,腿节膨大,带
刺)。蝉的腹部呈长锥形,总共有10个腹节,第9腹节
成为尾节。雄蝉第1、第2腹节具发音器,第10腹节形成肛门;雌蝉第10腹节形成产卵
管,且较为膨大。
蝉的一生分为四个阶段:从卵开始,卵孵化为幼虫,幼虫再变为蛹,蛹最后蜕化为成
虫———就是我们看到的蝉,蝉卵多产于树木嫩枝皮下组织内,到第二年春夏,蝉卵才孵化
出幼虫来,幼虫长大后爬出来,在草地或树枝上脱去外壳,蜕皮成蝉,等翅膀变硬,雄蝉就
在树枝上高唱“知了”,与雌蝉交配后不久就会死去。
雄蝉会鸣叫,它的发音器在腹部,在腹部两侧里面有振动膜,叫作声鼓,外面长有盖
板,叫作鼓盖,它能保护声鼓。在鼓盖与声鼓中间有一个空腔,叫作共振室,它的作用就
像音箱,具有调音和扩音功能。整个发音器像蒙上了一层鼓膜的大鼓,发声时它发达的
肌肉牵拉着声鼓,肌肉收缩时,声鼓向里凹进,肌肉松弛时,声鼓向外凸出,鼓膜受到振动
而发出声音,鸣肌每秒能伸缩约1万次,盖板和鼓膜之间是空的,能起共鸣的作用,所以
其鸣声特别响亮。并且蝉能轮流利用各种不同的声调激昂高歌。雄蝉每天唱个不停,是
为了引诱雌蝉来交配,它们并不能听见自己的“歌声”。雄蝉能发出3种不同的鸣声:集
合声,受每日天气变动和其他雄蝉鸣声的调节;交配前的求偶声;被捉住或受惊飞走时的
粗粝鸣声。雌蝉的乐器构造不完全,不能发声,所以它是“哑巴蝉”。
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人耳为什么能听声辨位
在看电影的时候,3D音效往往可以使我们感受到声音的远近和方位;另外,在电视
剧中经常能看到演员用抖动耳朵,来表现分辨声源的方位。在现实中,我们听声辨位时,
经常会不自觉地将头轻歪,这是为什么呢
实际上是因为我们长有两只耳朵,神经系统通过对比
同一个声源到达两耳之间的时间差以及强度差,就可以判
断出声源在水平方向上的位置。
当声音来自左右时,人耳左右定位有两种方式:1.通
过时间差定位。比如一个声音如果从左边来,那么左耳先
听到它,于是做出判断:喔,原来你在我靠左的位置。但是
当声音发出的频率超过1500Hz时,你的左右耳就无法分
辨出哪个先到达你的耳朵。这时双耳就会根据不同音量
大小来分辨方向了。2.通过声源的大小定,如果右边的
声音大,左边的声音小,我们就判断声源更靠近右边一些;而如果左右两边的音量大小越
接近,那么我们会感觉声音越接近中心。
当声音位于正前方或者正后方时。这两个声音到达你左右耳时,听起来音量一样
大,并且同时被你听到。你便无法区分它们是前面传来的还是后面传来的。换句话说,
此时之所以能够定位,是来自神经系统对单耳接收到的声音进行特征分析和识别从而得
出的结论。其中甚至会包括来自联想和以往经验的要素在起作用,故实际过程非常
复杂。
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蝙蝠夜间飞行的秘密
意大利的斯帕拉捷,从小就热爱生活,也爱提怪问题。1793年夏天,他发觉蝙蝠能
在漆黑的夜空中飞行,而他自己却什么也看不见,只听见蝙蝠边飞边吱吱地叫个不停。
于是,他想蝙蝠肯定长着一双“夜光眼”,要不然它怎么能在黑夜捕捉食物呢 喜欢大胆
想象的斯帕拉捷,竟想出一个馊主意:把蝙蝠的眼睛弄瞎,看它怎么飞
可是,他的恶作剧并没有成功,被刺瞎了眼
睛的蝙蝠,照样若无其事地飞来飞去,既没有碰
到墙上,也没撞在树上。他想:“没有眼睛照样飞
行自如,那它是靠什么来辨别方向的呢 ”这个问
题激发了斯帕拉捷研究蝙蝠的兴趣,时而堵鼻
子,时而割舌头,甚至把黑漆涂在蝙蝠翅膀上,但蝙蝠均能轻松自由地飞行,弄得他摸不
着头脑。经过苦苦思索,斯帕拉捷决定把蝙蝠的耳朵堵住,再将它放出去。这样一试,蝙
蝠果然四处碰壁,摔得奄奄一息,他免不了有些心疼,但更为他的试验成功而高兴,经过
反复观察,斯帕拉捷终于揭开了蝙蝠夜间飞行之谜。原来它夜间飞行时不是用眼睛观察
方向的,而是靠听觉来辨别方向、捕捉食物的。
当时的斯帕拉捷并没有完全弄清楚这个问题,后人踏着他开辟的道路,很快就弄清
了这个问题,原来蝙蝠能发出一种高频声波,这种声波沿着直线传播,一碰到物体马上像
光照在镜子上一样折射回来,它的耳朵收到这种信号,立即做出判断:有东西。而所有的
这些只在瞬间完成。这就是蝙蝠夜间飞行的秘密。
科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率,它的单位是赫兹(Hz)。我们人类
耳朵能听到的声波频率为20Hz~20000Hz。超声波是一种频率高于20000Hz(赫兹)的
声波,超过人的听觉上限,所以人们是听不到的。
20世纪50年代,英国的唐纳德医生发现,超声波可以探测孕妇腹中胎儿的生长发育
及活动情况,并能确定是不是双胞胎、胎儿是否畸形,此后超声波技术在医学上的应用,
大大推动了医学的发展,如今超声波已经被广泛应用于多个领域。
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空气的故事
数百年前,人们对空气和气体的认识还是模糊的,人们弄清楚空气的性质和成分,也
不过百年的历史。空气的组成和性质,之所以没有被人们发现,是因为空气无色无味,看
不见、摸不着。
1772年卢瑟福在密闭容器中燃烧磷,除去寻常空气中可助燃和可供动物呼吸的气
体,他对剩下的气体进行了研究,发现剩下的气体不能维持生命和具有可以灭火的性质,
当时他把这种气体叫作“浊气”或“毒气”,同年,英国化学家普利斯特里也了解到木炭密
闭于水上的空气燃烧后,用石灰水吸收后,剩下的气体不助燃也不助呼吸。
1774年,普利斯特里加热氧化汞,发现
蜡烛在分解出的“空气”中燃烧,放出更为
光亮的火焰,他又将老鼠放在这种气体中,
发现老鼠比在同体积的通常空气中活的时
间长了4倍,实际上,他发现的这种气体是
氧气。
遗憾的是卢瑟福和普利斯特里受当时流传的错误理论“燃素”学说的束缚,没能对实
验结果做出正确的解释,从而错过了发现空气成分的机会。
1777年,拉瓦锡在接受其他化学家见解的基础上,认识到空气是两种气体的混合
物,一种能助燃、有助于呼吸的气体,并把它命名为“氧”;另一种不助燃、无助于生命的气
体,并把它命名为“氮”。
1892年,英国物理学家雷利发现从空气中分离出氧气后得到的“氮气”的密度与分
解含氮物质所得的氮气的密度之间总是存在着微小的差异。雷利没有放过这个微小的
差异,他后来与英国化学家拉姆塞合作,终于发现空气中还存在着一种化学性质不活泼
的“惰性”气体———氩气。在接下来的几年中,拉姆塞等人又陆续发现了氦气、氖气等稀
有气体。
经过几百年的努力,科学家们才慢慢地弄清了空气的组成。
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人工呼吸
大家都知道我们身体内各个器官都是离不开氧气的,从细胞的新陈代谢到心脏的跳
动,再到我们身体的运动,每一步都需要氧气的支持,那么人体呼吸骤停后,缺氧会怎么
样呢
我们来了解大脑对缺氧的反应,大脑是
人体的神经中枢,它不仅控制着身体内部的
活动,同时控制着人们对外界的认识能力以
及学习能力等,是人体至关重要的一个器官,
现代医学中判断一个人是否死亡的依据就是
脑死。大脑 的 重 量 虽 然 只 占 人 体 总 重 量 的
2%,但人在安静时消耗掉的氧气确是人体耗
氧量的25%,由此可见,大脑对氧气的依赖程
度是非同一般的,可以说大脑不能离开氧气
片刻,大脑一旦缺氧,就会对大脑造成损伤。大脑是最为敏感的器官,当缺氧15秒时,可
使人体失去知觉;缺氧2分钟时,则会导致大脑细胞受损(这种损伤是无法修复的);当人
体缺氧达到4到5分钟时,大脑细胞开始死亡,造成的后果是使患者轻则变成植物人,重
则死亡。
所以对于心搏骤停不能进行自主呼吸获得氧气的患者,最及时有效的抢救方法就是
进行人工呼吸。人工呼吸是指采用人为的方法,运用肺内压与大气压之间压力差的原
理,使呼吸骤停者被动式呼吸,获得氧气,排出二氧化碳,维持最基础的生命。正常空气
中氧浓度约为21%,经呼吸吸入肺后人体大约可利用3%~5%,也就是说,呼出气中仍
含有16%~18%的氧浓度,只要我们在进行人工呼吸时,给患者的气量稍大于正常,使氧
含量的绝对值不少于自主呼吸,这样就完全可以保证身体重要的氧供应,不至于缺氧而
导致重要生命器官的损害。
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牙齿的故事
人身上的各种组织器官只有一副,而且生下来以后就不会更换。只有牙齿与众不
同,人的一生中有两副牙齿,要进行一次“交接班”。
我们出生后长出的第一副牙齿叫作乳牙,乳牙有20颗,一直陪伴我们到6岁左右。
6岁后,我们开始换牙,新长出来的牙齿称为恒牙,通常恒牙较大,而且耐磨,上下左右共
有28颗,也有32颗的,它们将陪伴我们一生。牙齿的工作任务非常繁重,因此它们长得
非常坚固,为了更好地保护自己,牙齿表面有一层釉质,它们是整个人体中最为坚硬的
部分。
牙齿保护不好的话就容易产生龋齿,产生龋
齿主要有以下几个原因:1.口腔细菌的作用,在口
腔里残留的食物残渣上容易繁殖细菌,食物发酵
产生酸,使牙齿被腐蚀,软化脱钙,慢慢形成龋齿。
2.糖类是产生龋齿的必要条件,糖类在龋齿的发
展中起决定性作用,尤其是含有蔗糖的食物,可使
牙面的菌斑增多,使细菌大量繁殖。3.肌体的抵
抗力对龋齿的发生有明显影响,肌体的抵抗力包
括牙齿和全身的抗龋能力,肌体的内在因素可影
响龋齿的发生,尤其是蛋白质、矿物质及维生素等缺乏时,有助于龋齿的发生。
做好牙齿保护,要注意口腔卫生,培养良好的卫生习惯。养成早晚刷牙、饭后漱口的
习惯。特别是睡前刷牙更加重要,因为夜间间隔时间长,细菌更容易繁殖,发酵产酸较
多,容易腐蚀牙齿。要选择适合年龄特点的牙刷和牙膏,要竖刷不要横刷,即上牙往下
刷,下牙往上刷,里里外外都要刷到。
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“消失”的重力
1911年04月,利比里亚商人哈桑在挪威买了12000吨鲜鱼,运回利比里亚首府后,
一过秤,鱼竟一下少了47吨! 哈桑努力回忆当时买鱼的情景,自己是看着商人过秤的
啊! 运输过程中也不可能有人偷走鱼,那么这47吨鱼到底去哪里了呢 后来,这桩奇案
终于大白于天下,原来这是地球的重力“偷”走了鱼。
大家都知道在地球上的物体都会受到地球吸引而产生重
力,实际上在地球的不同位置,物体的重力大小是不同的。地
球的重力值会随地球纬度的增加而增加,赤道处最小,两极最
大。同一个物体若在两极重190公斤,拿到赤道,就会减少1公
斤。从地球仪上可以看出,挪威所处纬度高,靠近北极,物体受
到的重力大,而利比里亚的纬度低,靠近赤道,同一物体受到的
重力值也随之减少。哈桑的鱼丢失了分量,就是因不同地区的
重力差异造成的。
1980年墨西哥奥运会,多国运动员连破多项世界纪录,这
一奇迹的发生也与重力有一定的关系。墨西哥城在北纬不到
20度、海拔2240米处,比一般城市远离地心1500米以上,正因为如此,墨西哥城地心引
力相对较小,各国的运动健儿们奇迹般地一举打破了男子100米、200米、400米、4×400
接力赛、男子跳远和三级跳远等多项世界纪录,1980年也因此成为奥运会历史上最辉煌
的年代之一。
【动动小脑筋】
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如果没有摩擦力
在日常生活中,我们处处和摩擦打交道。提到摩擦,人们常常联想到磨损、发热等,
其实对摩擦的这种认识是不全面的。实际上摩擦力并不总是和人作对,它也常常默默帮
助我们。
如果没有摩擦力,我们的世界、我们的生活将变得
很悲惨。人们的鞋子和地面若没有摩擦力,人将无法
在地面上行走;车辆轮胎也将没有与地面的摩擦而变
得无法开动,连吃饭、穿衣都成了问题,饭将从我们嘴
里滑掉,手和衣服若没有摩擦,衣服既抓不住也穿不到
身上,人们也无法拿工具和文具,各种工作和劳动也将
一事无成,不能劳动将意味着人类的生存受到威胁。如果没有摩擦力,对质量不大的物
体来说,非常微小的万有引力将表现出来了,地球上所有的物体就会变得像水一样,不断
地滚着、滑着……这样的世界人类是无法赖以生存的。所以人们在日常生活和生产中不
但依赖摩擦,而且还设法增加有益的摩擦。如你在爬山时穿上橡胶底的运动鞋防滑,汽
车在雪地上行驶时,路面要撒些炉渣或沙子,或者在车轮胎上缚防滑链等。
所以摩擦力对人类的生活来说是至关重要的,我们的生活需要摩擦力,但是有些时
候,摩擦力也确实给我们增加了一些麻烦。如各种机械和车辆内部有很多转动和滑动的
部件,它们转时由于摩擦而使机器发热,甚至把机器毁坏等。
【动动小脑筋】
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新能源汽车
新能源汽车包括混合动力电动汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV,包括太阳能汽车)、
燃料电池电动汽车(FCEV)、其他新能源(如超级电容器、飞轮等高效储能器)汽车等。
在人类历史长河中,已经经历了两次交通能源动力系统变革,每一次变革都给人类
的生产和生活带来了巨大变化,同时也成就了先导国或地区的经济腾飞。第一次变革发
生在18世纪60年代,以蒸汽机技术诞生为主要标志,是煤和蒸汽机使人类社会生产力
获得极大的提升,开创了人类的工业经济和工业文明,从而引发了欧洲工业革命,使欧洲
各国成为当时的世界经济强国。
第二次变革发生在19世纪70年代,石油和内燃
机替代了煤和蒸汽机,使世界经济结构由轻工业主导
向重工业转变,同时也促成了美国的经济腾飞,并把人
类带入了基于石油的经济体系与物质繁荣。
今天,人类再次来到了交通能源动力系统变革的
十字路口,第三次变革将是以电力和动力电池(包括燃料电池)替代石油和内燃机,将人
类带入清洁能源时代。
如果新能源汽车得到快速发展,以2020年中国汽车保有量1.4亿计算,可以节约石
油3229万吨,替代石油3110万吨,节约和替代石油共6339万吨,相当于将汽车用油需
求削减22.7%,因为汽车而产生的空气污染问题也将得到有效的改善。
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