小学生科学知识精选（在线免费阅读）

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“蓝蓝的天空白云飘”。对这种美丽的景色，相信大家都有所感受。那么天空为什么是蓝色的?云为什么是白色的?对于这种奇妙的物理现象，并不是所有人都能说出原因。事实上，我们所观赏的这一美丽景象是天空中的大气分子、水滴、其他微粒和阳光共同作用的结果。


一、空气和太阳光

为了解释这种物理现象，首先简单了解一些空气和太阳光的知识。空气是在地球外面包裹着的一层“防弹衣”，保护着地球上生物不受紫外线的照射。空气并不是空的，是由很多的微粒组成。其中99％是氮气和氧气，其余则是别的气体(如二氧化碳、惰性气体等)、小水滴和来源于工厂的粉尘、风中的扬沙、火山爆发的岩灰等漂浮微粒。但是空气的成分并不是固定的，这依赖于所在的位置、天气和其他的不固定因素(如森林、海洋以及火山爆发和污染的严重与否)。

光是能量以电磁波传播的一种方式，在真空中的传播速度为每秒30万千米。光和其他波(比如声波)不同的是具有波粒二象性。这是因为光是由一种无质量的粒子——光子组成，所以光不但具有波的特性，还有粒子的特性。光传递能量的大小与光的频率成正比，而光的频率正好决定其颜色。但我们的眼睛只能看到其中特定频率范围内的光，称之为可见光，频率过高(紫外线)和过低(红外线)，我们都看不见。

对于太阳光，牛顿首先用三棱镜发现其中包含着赤、橙、黄、绿、蓝、靛和紫7种颜色。可以用一个小实验(如图1所示)即可观察到“七彩阳光”。取装入水的玻璃缸放在房子中阳光入射的地方，然后在水中放一面小镜子，用一张白纸接收从盆中小镜子反射的光，根据光的折射原理，即可从白纸上看到一个漂亮的人造彩虹。在7种不同的光中，红光波长最长(频率最低)，紫光波长最短(频率最高)。我们肉眼所看到的是它们的混合结果。


二、天空为什么是蓝色的

除非有外界干扰，光都是以直线传播的。当光在空气中传播时，不可避免要遇到空气中的气体分子和其他微粒。这些微粒对光有吸收、反射和散射等物理作用，正是这些物理作用使得晴日里天空成为蔚蓝色。


正确解释天空为什么是蓝色始于1859年。科学家泰多尔首先发现蓝光要比红光散射强得多，这就是“泰多尔效应”。几年之后，科学家瑞利更详细地研究了这种现象，他发现散射强度与波长的4次方成反比。后来，更多科学家称这种现象为“瑞利散射”。瑞利散射很容易通过下面一个小实验来验证(如图2所示)：用一个盛满水的水杯，然后往水杯中滴入几滴牛奶，用手电筒做光源，从水杯的一侧照射，从水杯的另一侧看到的是红光，而从垂直于光线的方向看到的却是蓝色(在黑暗处效果更明显)。

当时，泰多尔和瑞利都认为天空的蓝色是由于空气中有小的粉尘微粒和小水滴所致，这些小的粉尘微粒和小水滴就类似于水中的牛奶悬浮颗粒。即便今天，也有许多人这样认为。事实上并非如此，如果天空完全是由于小的粉尘微粒和小水滴引起的，那么天空的颜色将随着湿度而变，事实上天空的颜色随着湿度的变化非常小，除非下雨或者乌云密布。后来科学家猜测用空气中的氮气和氧气分子足以解释天空中的“泰多尔效应”。这种猜测最终被爱因斯坦所证实，他对这种散射效应作了详细的计算，并且计算结果与实验相符合。

我们所看到的蓝天是因为空气分子和其他微粒对入射的太阳光进行选择性散射的结果。散射强度与微粒的大小有关。当微粒的直径小于可见光波长时，散射强度和波长的4次方成反比，不同波长的光被散射的比例不同，此亦成为选择性散射。当太阳光进入大气后，空气分子和微粒(尘埃、水滴、冰晶等)会将太阳光向四周散射。组成太阳光的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种光中，红光波长最长，紫光波长最短。波长比较长的红光透射性最大，大部分能够直接透过大气中的微粒射向地面。而波长较短的蓝、靛、紫等色光，很容易被大气中的微粒散射。以入射的太阳光中的蓝光(波长为0.425μm)和红光(波长为0.650μm)为例，当光穿过大气层时，被空气微粒散射的蓝光约比红光多5.5倍。因此晴天天空是蔚蓝的。但是，当空中有雾或薄云存在时，因为水滴的直径比可见光波长大得多，选择性散射的效应不再存在，不同波长的光将一视同仁地被散射，所以天空呈现白茫茫的颜色。

如果说短波长的光散射得更强，你一定会问为什么天空不是紫色的。其中一个原因就是在太阳光透过大气层时，空气分子对紫色光的吸收比较强，所以我们所观测到的太阳光中的紫色光较少，但并不是绝对没有，在雨后彩虹中我们很容易观察到紫色的光。另外一个原因和我们的眼睛本身有关。在我们的眼睛中，有3种类型的接收器，分别称之为红、绿和蓝锥体，它们只对相应的颜色敏感。当它们受到外界的光刺激时，视觉系统会根据不同接受器受到刺激的强弱重建这些光的颜色，也就是我们所看到物体的颜色。事实上，红色锥体和绿色锥体对蓝色和紫色的刺激也有反映，红锥体和绿锥体同时接受到阳光的刺激，此时蓝锥体接收到蓝光的刺激较强，最后它们联合的结果是蓝色的，而不是紫色的

我们看到的天空，经常是蔚蓝色的，特别是一场大雨之后，天空更是幽蓝得象一泓秋水，令人心旷神怡，跃跃欲飞。天空为什么是蔚蓝色的呢？
   大气本身是无色的。天空的蓝色是大气分子、冰晶、水滴等和阳光共同创作的图景。
   阳光进入大气时，波长较长的色光，如红光，透射力大，能透过大气射向地面；而波长短的紫、蓝、青色光，碰到大气分子、冰晶、水滴等时，就很容易发生散射现象。被散射了的紫、蓝、青色光布满天空，就使天空呈现出一片蔚蓝了

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“干沉降”与“湿沉降”








（编者提示：人教自然第10册第9课  空气的污染和保护）

    不下雨时，大气中酸性物质可被植被吸附或重力沉降到地面叫干沉降；下雨时，高空雨滴吸收包含酸性物质继而降下时再冲刷酸性物质降到地面叫湿沉降。

    “湿沉降”取决于酸雨中致酸碱性物质浓度。如果我们讨论硫的“湿沉降”，那么，将取决于降水中的硫的浓度，如此类推，也取决于降雨量。“干沉降”则不同，除了取决于大气中酸碱性物质浓度，如果我们讨论硫的“干沉降”，那么，将取决于大气中SO2的浓度和总悬浮颗粒物的浓度，后者在空中已吸附了少量硫，并以硫酸根的形式存在；还取决于它们沉降到哪类地面上，即土地利用格局。利用格局不同，吸附和吸收酸性物质能力不同。一般分为四类，森林的SO2的沉降能力最强，约为8毫米/秒；林地，约为5毫米/秒；庄稼地和草地，约为4毫米/秒；水面、居民区等，约为2毫米/秒。土壤的酸碱性也有一些影响，pH值大于7 的碱性土壤，约为8毫米/秒；pH值近于4的酸性土壤，约为4～6毫米/秒。

    城市和农村，谁的干沉降大，谁的湿沉降大，谁的干湿沉降总和大？我国城市，特别是工业城市，SO2排放量较大，该城市地面测得的SO2浓度也较高，例如我国有24所城市SO2年均浓度超过了0.100毫克/立方米，其中有10座城市在长江以南，这些市皆处于酸雨区中；但是长江以南广大农村地区，SO2年均浓度约为0.010毫克/立方米，甚至低于此值，也属于酸雨区。这是因为我们测得的SO2浓度是地面浓度；而决定酸雨的是高空雨云酸化的程度，并且这种酸化了的雨云可以长距离传输；决不能因为农村没有酸物质排放而忽视了酸雨存在与危害。由于乡村面积远远大于城市面积，因此城市的干沉降大于湿沉降；乡村湿沉降大于干沉降。若讨论国土面积，乡村的干湿沉降的总和将远大于城市的干湿沉降的总和；若讨论单位面积，城市的干湿沉降总和将远大于乡村干湿沉降之总和。

    酸性物质的干湿沉降酸雨危害环境。这种危害包括森林退化，湖泊酸化，鱼类死亡，水生生物种群减少，农田土壤酸化、贫脊，有毒重金属污染增强，粮食、蔬菜、瓜果大面积减产，使建筑物和桥梁损坏，文物面目皆非。

摘自中国科普博览

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我国目前酸雨的主要责任者

──燃煤中的杂质硫






（编者提示：人教自然第10册第9课 空气的污染和保护）

与石油和天然气相比，在我国煤的消耗量要多得多。一般估计煤的消耗量占化石燃料总消耗量的90％左右。而煤的燃烧排放SOx的数量，除了决定于煤的消耗数量，尚决定于煤的含硫量。我国幅员辽阔，煤矿分布十分分散。我国南方产煤含硫量比北方要高，特别是西南地区，产含硫量高煤的中小煤窑如满天星斗，其煤的含硫量要比东北和华北地区产的高三四倍，当地居民称之为“臭煤”，因为家庭烧饭的炉子烧用此煤，能发出令人窒息的恶臭气味，它就是SOx。一般情况是当地消耗当地产的煤，以减少运输过程的损失和增加成本，这也加速了我国长江以南酸雨区域的形成。此外，我国产石油和天然气含硫量一般比煤要低得多，而且它们的年消耗量为煤的消耗量的十分之一左右，因此，燃煤中的杂质硫将是我国目前酸雨的主要负责者。

摘自中国科普博览

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酸雨中的马尾松和冷杉








（编者提示：人教自然第10册第9课 空气的污染和保护）

我国马尾松和华山松对酸雨十分敏感，重庆南山风景区约三万亩马尾松发育不良，虫害频繁；80年代约有一万公顷马尾松枯死，几经防治，毫无效果。四川万县有华山松97万亩，其中60万亩受到不同程度伤害；而奉节县有九万亩华山松，90％枯死。

四川名胜峨眉山，风景旖丽，全靠山深林秀。但近十年来，酸雨象空中死神缠住了此佛教胜地，冷杉林成片死亡。金顶海拔3077米, 降水pH值平均为4.34；酸雨率达到85.7％，硫酸根占阳离子总量的60％。其它风景区千佛顶、太子坪、七里坡、雷洞坪也处于酸雨严重污染区。峨眉主要风景林是冷杉，死亡率超过30％的中度受害面积达到7.00平方公里，死亡率超过50％严重受害面积达到2.28平方公里。七里坡接引殿一带，有4％的树木枯死；金顶附近 600余亩，几乎全部死绝，秃秃光光，景观全非。猴子也跑到其他山沟里去了。

摘自中国科普博览

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酸雨与蔬菜








（编者提示：人教自然第10册第9课 空气的污染和保护）

酸雨造成蔬菜叶面黄斑，生长不良，抗病能力下降，产量下降。如我国某电厂附近酸雨区域受害菜地11.3％。不同品种的蔬菜对酸雨的敏感程度不同，当pH=3.5的高酸性环境里，对酸敏感蔬菜蕃茄、芹菜、豇豆和黄瓜产量可下降20％；而有中等敏感性的生菜、四季豆和辣椒产量下降10～20％；最后，抗酸性较强的青椒、甘蓝、小白菜、菠菜和胡萝卜产量下降低于10％。

摘自中国科普博览

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酸雨与人体健康








（编者提示：人教自然第10册第9课  空气的污染和保护）

　　人体耐酸能力高于耐碱能力，如经常用弱碱性洗衣粉洗衣服，不带手套，手就会变得粗糙。皮革工人，经常接触碱液，也有类似情况；但皮肤角质层遇酸就好一些。可是，眼角膜和呼吸道黏膜对酸类却十分敏感，酸雨或酸雾对这些器官有明显刺激作用，导致红眼病和支气管炎，咳嗽不止，还可诱发肺病，这是酸雨对人体健康的直接影响。另一方面，农田土壤酸化，使本来固定在土壤矿化物中的有害重金属，如汞、镉、铅等，再溶出，继而为粮食、蔬菜吸收和富集。人类摄取后，中毒、得病。这是酸雨对人体健康的间接影响。

摘自中国科普博览

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酸沉降临界负荷








（编者提示：人教自然第10册第9课 空气的污染和保护）

如果某人能担起50公斤东西，并健步如飞；而当担起70公斤东西时，感到十分吃力，只能原地不动；当担80公斤东西时，可能担不起来；如果别人强力放在他肩上，他将被压倒，甚至健康受损。我们常称其所担的东西叫负荷，而称80公斤为其临界负荷。生态系统与之同理。当酸沉降量不大时，某地生态系统能产生某些化学变化，危害时间较短且能恢复；但当酸沉降量较大时，敏感的生态系统会产生长期的危害，并难以恢复；因此我们称不致使敏感的生态系统发生长期危害化学变化的最大酸沉降量为该生态系统的酸沉降的临界负荷。确定酸沉降临界负荷的意义在于确定哪些地方应该着力削减排放，并起码削减到什么程度。

影响酸沉降临界负荷的因素取决于许多因素，其主要因素应包括三个方面：

降水因素：雨量，地表径流，pH值，所含钙、镁、钠、钾等离子浓度等等；

地表水因素：流量，pH值，所含八大离子钙、镁、钠、钾、铵、硫酸根、硝酸根、碳酸根浓度等等；

土壤因素：土质（红壤、黄壤、褐土等）, pH值，密度，饱和持水量，所含钙、镁、钠、钾、硫酸根、氯根等离子浓度，等等。

酸沉降引起的生态系统的化学变化就是指地表水和土壤化学组成的变化，从而造成生态系统的退化，如农业减产、森林衰退、鱼虾死亡等等，并且短时间难于恢复。

摘自中国科普博览