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第9章 自己动手——获知有趣的科学(4)

说到瞳孔,它就像照相机里的光圈一样,可以随光线的强弱而缩小或变大。我们在照相的时候都知道,光线强烈的时候,把光圈开小一点,光线暗时则把光圈开大一点,始终让足够的光线通过光圈进入相机,并使底片曝光,但又不让过强的光线损坏底片。瞳孔也具有这样的功能,只不过它对光线强弱的适应是自动完成的。通过瞳孔的调节,始终保持适量的光线进入眼睛,使落在视网膜上的物体形像既清晰,而又不会有过量的光线灼伤视网膜。

光线强弱对瞳孔大小的影响

在上面的实验中,我们知道瞳孔接收光线的多少影响我们看到的物体的清晰度。那么,光线的强弱对瞳孔有什么影响呢?下面我们同样用实验的方法来直观的解释这一个疑问。

这个实验所需的材料也很简单,就是一面镜子。在明亮的屋子里站两分钟,紧闭一只眼,张开另一只眼。用张开的那只眼看镜子里你的瞳孔(就是眼珠中心的小圆孔)大小。然后张开原先闭着的那只眼睛,立刻在镜子里观察那只眼睛的瞳孔大小。实验结果显示,原先闭着的那只眼睛的瞳孔比一直张着的那只眼睛的瞳孔大。但是几秒钟以后,它也会变小。

原来,瞳孔的放大、缩小主要是由光线的强弱引起的。长时间处于光线强的状态下,瞳孔就会缩小;在光线弱的情况下,瞳孔就会放大。这是因为在虹膜中有两种细小的肌肉,一种叫瞳孔括约肌,它围绕在瞳孔的周围,主管瞳孔的缩小;另一种叫瞳孔开大肌,它在虹膜中呈放射状排列,主管瞳孔的开大。这两条肌肉相互协调,彼此制约,一张一缩,以适应各种不同的环境。瞳孔的变化范围可以非常大,当极度收缩时,人眼瞳孔的直径可小于1毫米,而极度扩大时,可大于9毫米。通过瞳孔的调节,始终保持适量的光线进入眼睛,使落在视网膜上的物体影像既清晰,而又不会有过量的光线灼伤视网膜。

一般来说,老年人的瞳孔比较小,而幼儿与成年人的瞳孔较大,尤其在青春期时瞳孔最大。近视眼患者的瞳孔大于远视眼患者。情绪紧张、激动时瞳孔会开大,深呼吸、脑力劳动、睡眠时瞳孔就缩小。

听声辨位——猜猜是哪里发出的声音

当你走进大自然,那里有各种美妙的声音,鸟鸣风吟、高山流水让我们神清气爽。当你回到现实的社会生活,这里有丰富的人造音乐,它为疲累的心灵解乏,使烦躁的心情愉悦。试想一下,如果没有动听悦耳的声音装点我们的生活,或者动听的悦耳的声音我们听不到也感受不到,那该是一件多么遗憾的事啊!那么,这些美妙的声音我们是如何听到的呢?

耳朵为什么能听到声音

实验准备材料:一把金属汤匙,一根风筝线(60厘米长),一把尺子。

实验步骤:将汤匙柄绑在风筝线的中央,把风筝线的一端分别缠在左手和右手的食指上,两边的线要一样长。然后将左手和右手的食指前端塞进耳朵里,身体稍微向前倾斜,让汤匙自由悬挂,使汤匙的一端敲打到桌子的边缘,这时你会听到“当——当”的声音。

那么,这些声音是怎么发出的?耳朵又是怎么听到的呢?原来,当汤匙碰到桌子时,汤匙中的金属会开始振动,这种振动会通过风筝线传到耳朵。振动的物体都会产生声音,物体的振动会使物体周围的空气发生振动。振动的空气分子进入耳朵,使耳朵的鼓膜也产生振动。通过耳朵里的骨头和液体,振动传达到神经,再由神经向大脑发出讯号。这样,人就能听到声音了。

听声辩位

实验准备材料:4只大纸盒,4粒弹珠,一张厚纸片,一卷胶带纸,一支笔,一把剪刀,两只小盒子(能放入大纸盒)。

实验步骤:用厚纸片剪两张纸条,纸条的宽度要与纸盒的高度相等。其中一张纸条的长度与大纸盒的对角线的长度相等,而另一张纸条的长度与纸盒的宽度相等。在一只大纸盒上写上“A”,将与对角线等长的那张纸条顺着对角线的方向放入,用胶带纸固定好。再将弹珠放进纸盒,盖上盖子,用胶带纸将纸盒封好。在另一只大纸盒上写上“B”,将另一张纸条放在纸盒的中央,并用胶带纸固定。把弹珠放进纸盒,盖上盖子,也用胶带纸封好盒子。在剩下的两只大纸盒上分别写上“C”、“D”。将小盒子放进“C”、“D”的大纸盒里,并用胶带纸固定好。再分别在大纸盒里放一粒弹珠。

将4只大纸盒的位置打乱,再在桌上依次前后移动大纸盒,使大纸盒里的弹珠滚动起来。同时你背对桌子,根据所听到的声音来推测大纸盒的编号。从弹珠滚动的声音中,看能否推测出大纸盒里的结构,并进而说出大纸盒的编号。

人的耳朵的构造

人的耳朵包括外耳、中耳和内耳三部分。外耳由耳廓和外耳道组成。耳廓有收集声波的作用,外耳道是声波传入中耳的通道。中耳包括鼓膜、鼓室和听小骨。鼓膜在外耳道的末端,是一片椭圆形的薄膜,厚仅0.1毫米。当外面的声波传入时能产生振动,把声波转变成多种振动的“密码”传向后面的鼓室。

鼓室是一个能使声音变得柔和而动听的小腔,腔内有3块听小骨。听小骨能把鼓膜的振动波传给内耳,传导过程中还能像放大器一样把声音信号放大十多倍,所以即使很轻微的声音也能听到。

内耳由耳蜗、前庭和半规管组成。耳蜗是一条盘成蜗牛状的螺旋管道,内部有产生听觉的基底膜。基底膜上大约有2.4万根听神经纤维,这些纤维上附载着许多听觉细胞。当声音振动波由听小骨传给听觉细胞,产生神经冲动,由听觉细胞把这种冲动传到大脑皮层的听觉中枢,形成听觉,使人能听到来自外界的各种声音。

可以当证据的指纹

指纹在胎儿第3~4个月便开始产生,到第6个月左右就形成了。当婴儿长大成人,指纹也只不过放大增粗,它的纹样基本不会变。人的皮肤由表皮、真皮和皮下组织三部分组成。指纹就是表皮上突起的纹线,由于人的遗传特性,虽然指纹人人皆有,但各不相同。伸出手,仔细观察,就可以发现小小的指纹也分好几种类型,有的是同心圆或螺旋纹线。看上去像水中漩涡的,叫斗形纹;有的纹线是一边开口的,就像簸箕似的,叫箕形纹;有的纹形像弓一样,叫弓线纹。各人的指纹除形状不同之外,纹形的多少、长短也不同。据说,世界上现在还没有发现两个指纹完全相同的人。

指纹的形成

在皮肤发育过程中,虽然表皮、真皮以及基质层都在共同成长,但柔软的皮下组织长得比相对坚硬的表皮快,因此会对表皮产生源源不断的上顶压力,迫使长得较慢的表皮向内层组织收缩塌陷,逐渐变弯打皱,以减轻皮下组织施加给它的压力。这样,一方面使劲向上攻,一方面被迫往下撤,导致表皮长得曲曲弯弯,坑洼不平,形成纹路。这种变弯打皱的过程随着内层组织产生的上层压力的变化而波动起伏,形成凹凸不平的脊纹或皱褶,直到发育过程终止,最终定型为至死不变的指纹。

独一无二的指纹

指纹的复杂度足以提供用于鉴别它们自身的特征。指纹除了具有唯一性外,还具有遗传性和不变性。指纹是人类手指末端指腹上由凹凸的皮肤所形成的纹路。它能使手在接触物件时增加摩擦力,从而更容易发力及抓紧物件,它是人类进化过程中自然形成的。

目前尚未发现有不同的人拥有相同的指纹,所以每个人的指纹都是独一无二的。

文章开篇我们已经提到指纹的形成期,其实,指纹的形成除了主要受到遗传因素的影响外,也有环境因素,当胎儿在母体内发育3~4个月时,指纹就已经形成,但儿童在成长期间指纹会略有改变,直到青春期14岁左右才会定型。有人说骨髓移植后指纹会改变,这种说法是不对的。除非是植皮或者深达基底层的损伤,否则指纹是不会变的。

指纹的“本领”

你可别小看指纹,但它的用途很大。指纹由皮肤上许多小颗粒排列组成,这些小颗粒感觉非常敏锐,只要用手触摸物体,就会立即把感觉到的冷、热、软、硬等各种“情报”通报拾大脑这个司令部,然后,大脑根据这些“情报”,发号施令,指挥动作。指纹还具有增强皮肤摩擦的作用,我们平时画图、写字、拿工具、做手工,之所以能够那么得心应手、运用自如,这里面就有指纹的功劳。

手指留下印痕主要是由于在人的手指、手掌面的皮肤上,存在有大量的汗腺和皮脂腺。只要生命活动存在,就不断地有汗液、皮脂液排出,有点像原子印章不断有油墨渗到印文表面。当手指、手掌接触到物体表面时,就会像原子印章一样自动留下印痕。这也就是为什么手指、手掌本身能留下指纹的原因。如果手指、手掌粘上其它液体物质,如头面部的油脂、血液和按指纹的油墨时,留下指纹的原理就更像盖普通印章。由于指纹是每个人独有的标记,所以,在侦察破案时,罪犯在犯案现场留下的指纹,均成为警方追捕疑犯的重要线索。如今鉴别指纹方法已经电脑化,使鉴别程序更快更准确。警察在办案时搜寻指纹的范围主要有犯罪活动中心、现场的进出口及其周围、犯罪分子可能接触过的物品,犯罪分子遗留在现场上的各种凶器和物品。

阳光对人类皮肤的作用

炎炎夏日,烈日当头。为了防止被太阳晒伤晒黑,人们或撑着五颜六色的太阳伞,或穿着色彩缤纷的防晒衣;在使用这些防晒工具之前,很多爱美人士还会使用防晒护肤品。那么,太阳为什么能晒伤晒黑我们的皮肤呢?

皮肤为什么会晒黑

实验准备材料:一片创可贴。

实验步骤:把创可贴在一个手指上贴两天,然后取下创可贴,观察手指皮肤的颜色。结果我们发现,用创可贴包过的那圈皮肤颜色变白了。这是为什么呢?

原来,黑色素是皮肤或者毛发中存在的一种黑褐色的色素,它是由一种特殊的细胞即黑色素细胞合成的。黑色素是肌肤因避免受紫外线的伤害而自行产生的一种物质。如果体内黑色素合成能力降低了,皮肤就会变得敏感。皮肤的黑色素细胞主要分布在表皮的基底层。人的表皮约有20亿个黑色素细胞,重约l克,平均每平方毫米有1560个黑色素细胞均匀分布于全身。不晒太阳时,黑色素便沉积在皮肤下面,所以皮肤的颜色显得较白。而晒过太阳后,为避免紫外线的伤害,黑色素会作用于皮肤表面,所以肤色就显得较黑。

事实上,由于人体皮肤中含有的黑色素含量不同,所以人体表现出不同的肤色。黑种人皮肤的黑色素最多,黄种人皮肤中的黑色素较少,而白种人皮肤中的黑色素最少。患白化病的患者由于机体中缺少一种酶,所以患者体内的黑色素细胞不能变成黑色素。因此患白化病的患者通常皮肤、眉毛、头发及其他体毛都呈白色或白里带黄。

紫外线过敏的防护措施

一进入夏季,人的手上、胳膊、脚上就会出现很多小疙瘩,很痒,有时手上起小水泡。其实,这种症状的常见原因就是对紫外线的光敏感。光敏感主要表现在光暴露的部位,能够照到的部位像脸部脖子的后面、侧面,以及胸前衣领裸露的地方,还有两只胳膊。如果这些地方起小疙瘩了,首先应考虑是光敏感。

对紫外线过敏的患者可以采用以下防护措施:适当外涂防晒剂,以保护皮肤免受各种波段紫外线和可见光的损伤;防止长时间曝晒,外出时,可用宽边防护帽或伞遮挡;要用含光感物质较多的化妆品,如香料等;多食含维生素A的食物及新鲜蔬菜和水果,以维持皮肤的正常功能;对一些可诱导季节性皮炎的光感性物质如油菜、菠菜、莴苣、无花果等,应尽量少吃或不吃;洗脸时尽量不用热水、碱性肥皂以及粗糙的毛巾。每天做面部美容操,其方法为:五指并拢,双掌摩擦微热后,轻轻按摩额、颧处肌肤以及鼻、耳部,持续3~5分钟,以促进面部血液循环,使面部皮肤光洁。

皮肤细胞的新陈代谢过程

皮肤是人体最大的器官,总重量占体重的5~l5%,总面积为1.5~2平方米,厚度因人或因部位而异,为0.5~4毫米。皮肤由表皮、真皮和皮下组织构成。表皮位于皮肤的表层,与外界接触最多。接下来,我们再看看皮肤细胞的新陈代谢过程。

实验准备材料:一块肥皂,一张砂纸,一张白纸。

实验步骤:将白纸放在桌上,在纸的上方,用砂纸轻轻摩擦肥皂。结果我们会发现,粗糙的砂纸会将肥皂擦下一些肥皂屑落在白纸上。

和这个实验中的肥皂一样,表皮会不停地被摩擦掉。但和肥皂不同的是,人体的表皮细胞一旦被摩擦脱落后,下面一层新的细胞就会替换脱落的细胞。人的皮肤受损伤时,细胞会加速生长,把伤口修补好。表皮细胞正常情况下的更新周期是28天,表皮死细胞会不断地脱落,形成皮屑。

口中的食物怎么变小了

当你咀嚼食物的时候,食物在你的口中慢慢的变小了。是什么改变了口中食物的大小呢?下面我们通过小实验来了解一下食物变小的原因。

嘴里也会进行消化过程

实验准备材料:一块咸饼干,一瓶碘酒,一根滴管,两只玻璃杯,一把汤匙(15毫升)。

实验步骤:将咸饼干对半掰开,把半块饼干搓碎后放在一只干净的杯子里。然后往杯子里倒进两汤匙的水,搅匀,再加入3滴碘酒后搅拌,观察杯里颜色的变化。接下来,把另外半块咸饼干放进嘴里咀嚼一分钟,直到饼干变成泥状。然后将嘴里的饼干吐进另一只干净的杯子里,再往里加入两汤匙的水,搅匀。然后滴入3滴碘酒,搅匀,仔细观察杯里颜色的变化。结果我们发现,加入碘酒后,咸饼干和水的混合液呈暗紫色,而嚼碎的咸饼干和水的混合液呈浅紫色。

那么,是什么造成两个实验杯里的饼干颜色不一样呢?

因为碘酒和淀粉溶液结合,溶液会呈暗紫色,所以通常用碘酒来测试物质中是否含有淀粉。当嘴里的唾液和咸饼干混合后,唾液中含有的“淀粉酶”会将淀粉分子转化成葡萄糖。所以嚼碎的饼干中大部分的淀粉都被淀粉酶转化成葡萄糖了。由于碘酒与葡萄糖不会产生化学反应,往嚼碎的饼干和水的混合液中加入碘酒后,饼干中剩下的小量的淀粉会和碘酒作用,所以会呈现出淡紫色。从淀粉转化为葡萄糖是消化过程中的一部分,这个实验说明了在嘴里咀嚼食物也是一种消化过程。

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