负责老师：X老师

大家好，我是本次研学的指导师，X老师，欢迎大家来体验《认识红外线》的研学课程。

我们经常可以看到电影里，盗贼要去偷到宝物时，会穿过一片红外线激光，一不小心碰到红外线，刺耳的警报就会想起，红外线为什么可以防盗呢？什么是红外线？它还有其它作用吗？今天我们就一起了解——红外线！

二、关于“红外线”（9分钟）地点：暂定

活动目标：

了解红外线的来源、概念、分类、好处、特点

活动准备：

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在认识红外线之前，我们先来了解一下天天都会接触到的太阳光，因为太阳光里本身就包含有红外线。

我们知道太阳发出的白光可以通过三棱镜被分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光（由牛顿于1666年发现），这些就是我们常说的可见光。

其实，太阳光中除了包含上面所说的可见光，还含有一些我们无法用肉眼看到的光线。1800年英国物理学赫歇耳通过测温法发现了红外线，并通过实验证明了红外线和可见光一样遵守着折射、反射定律。1801年，德国物理学家里特尔又通过实验证实了太阳光中紫外线的存在。随着科学水平的提高，现在我们对太阳光有了更全面的认识，知道太阳光是由可见光、紫外线、X射线、γ射线、红外线、微波与无线电波等构成。

事实上，因地球大气中臭氧、水汽、气体分子等物质的吸收和阻挡，并不是所有的太阳光都能到达地面。通常我们把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有：微波波段（0.03～1m），远红外波段（8～14um），中红外波段（3.5～5.5um），近红外、可见光和近紫外波段（1.5～1.8um, 0.3～1.3um）。

通过下图，我们可以更直观地了解到哪些波段的太阳光更容易照射到地面：

可以看到，除长波外，能透过大气到达地面的太阳光波主要为可见光、紫外线和红外线。

对于人类而言，可见光的好处不言而喻，除了照亮着这个美好的世界，它还参与植物的光合作用，帮助万物生长。

太阳光中的蓝光和紫外光对人体的影响

那么，可见光是不是对人只有益处呢？其实不然，相关研究已经表明可见光中的蓝光会对人的视力造成损害【1】，可见光中的蓝光由于具有相对较高的能量，能够穿透眼睛的晶状体直达视网膜，引起视网膜色素上皮细胞（RPE）的坏死，进而引起黄斑病变，导致视力下降甚至完全丧失，这种损坏是不可逆的。

而对于波长处于200～380nm的紫外线，过去人们只知道它具有促进维生素D合成，帮助骨骼发育，以及消毒杀菌的功效。随着对太阳辐射研究的深入，人们也逐渐认识到了紫外线对人体的危害【2】：

1、 眼部疾病：研究显示，在紫外线的照射下，角膜细胞能够产生大量的氧自由基，机体可发生多种氧化损伤，导致眼角膜炎；紫外线可导致晶状体上皮细胞发生氧化损伤，进而引起晶状体浑浊，造成晶状体白内障的发生；过量的紫外线照射还可导致视网膜黄斑病变，导致视力丧失。

2、 皮肤损害：过量的紫外线照射皮肤可以引起皮肤组织的氧化应激反应，生成过量的活性氧，使细胞内的抗氧化系统等遭到破坏，长期暴露于紫外线可致皮肤红斑、 肿痛、瘙痒、表皮增厚、色素沉着（皮肤变黑）和皮肤老化等。

3、 致癌作用：紫外线长期照射皮肤引起表皮细胞DNA损伤，由于机体内存在缺陷，受损伤的DNA无法完全修复而导致突变，变异细胞不能被机体的免疫系统识别并清除(即机体免疫监视功能存在缺陷)，该变异细胞发生增殖，最终导致肿瘤形成。

4、 其他危害：严重的紫外线照射可引起机体产生头痛、疲乏和周身不适等全身症状 。波长<250 nm的紫外线作用于空气中的碳氢化合物、氮氧化物和挥发性有机污染物等物质，可产生光化学烟雾和有毒气体，造成环境的二次污染

总的来说，适量的紫外线对人体有益，而过量的紫外线却可能带来危害，只有更科学的认识紫外线，才能防止它对人们造成伤害。

红外线对人体的益处

前面提到过，红外线是太阳光线中众多的不可见光中的一种，由德国科学家赫谢耳于1800年发现，又被称为红外热辐射。

红外线的波长大于可见光线，波长范围在0.75μm～1000μm。有时将红外线区分为近红外线和远红外线，也有根据波长长短分为近红外线、中红外线和远红外线三个部分，具体区分一般因用途不同而有所差异，但没有严格的区分界限。在生物学领域， 波长0.75～1.4μm的一般被叫做近红外线，0.15～3.9μm的为中红外线，4.0～1000μm的为远红外线，其中对人体健康最有益的是远红外线，波长为4～15μm【3】。美国航天局（NASA）也在研究人在宇宙飞船内的生存条件时证实，波长为4-14微米的远红外线对生物的生存是不可或缺的，由此，这一波段的远红外线被称为“生命光波”。

红外线的特点：红外线波长较长， (无线电、微波、红外线、可见光。波长按由长到短顺序)，给人的感觉是热的感觉，产生的效应是热效应。

三、红外线的应用（20分钟）地点：暂定

活动目标：

了解红外线的应用、工作原理

活动准备：

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好处这么大的红外线被我们人类发现了，肯定开发出多种应用，我们一起了解下：

利用红外线诊断疾病

人体生病的时候,局部皮肤的温度异常,如果在照相机里装上对红外线敏感的胶片,给皮肤拍照，将病人的照片与健康人的照片对比,有助于对疾病做出诊断。

用红外线治疗疾病。

在红外线照射下,人体组织温度升高,毛细血管扩张,血流加快,物质代谢增强,细胞活力及再生能力提高。

所以,红外线经常用来治疗慢性炎症、慢性感染性伤口、扭挫伤等促进组织生长和血肿消散。

红外线对循环系统的作用

远红外线照射的全面性和深透性，对于遍布全身内外无以数计的微循环组织系统，是唯一能完全照顾的理疗方式。微循环顺畅之后，心脏收缩压力减轻，氧气和养分供应充足，自然身轻体健。强化肝脏功能:肝脏是体内最大的化学工厂，是血液的净化器。远红外线照射引起的体内热深层效应，能活化细胞，提高组织再生能力，促进细胞生长，强化肝脏功能，提高肝脏解毒、排毒作用，使内脏环境保持良好状态，可说是最佳的防病战略。

红外线对眼的作用

由于眼球含有较多的液体，对红外线吸收较强，因而一定强度的红外线直接照射眼睛时可引起白内障。白内障的产生与短波红外线的作用有关;波长大于1.5微米的红外线不引起白内障。

光浴对机体的作用

光浴的作用因素是红外线、可见光线和热空气。光浴时，可使较大面积，甚至全身出汗，从而减轻肾脏的负担，并可改善肾脏的血液循环，有利于肾功能的恢复。光浴作用可使血红蛋白、红细胞、中性粒细胞、淋巴细胞、嗜酸粒细胞增加，轻度核左移;加强免疫力。局部浴可改善神经和肌肉的血液供应和营养，因而可促进其功能恢复正常。全身光浴可明显地影响体内的代谢过程，增加全身热调节的负担;对植物神经系统和心血管系统也有一定影响。

人生病发烧时体温升高红外线辐射也增强，利用远红外测温仪可以测量人的体温。

远红外体温计

透视望远镜

就像F717 晚上把夜视开启，再加个滤光镜，就可以透视了，不过对全棉的衣服透视效果最差。这本来是一项有用的功能，然而很快用户就发现这种红外线夜视镜片的功能不仅可应用于夜间望远而且还可以透过人的衣服偷看到身体。而制造这种夜视附件的厂商为YAMADA DENSHI，这家公司原本是为军队及防卫及应用生产光传摄像头的。

光波炉

光波炉的烧烤管由石英管或者铜管换成了卤素管(即光波管)，能够迅速产生高温高热，冷却速度也快，加热效率更高，而且不会烤焦，从而保证食物色泽。从成本上来讲，光波管成本只比铜管或者石英管增加几元钱，所以，光波管在微波炉技术上的使用非常普遍。

红外线夜视仪

夜间,人的体温比野外的草木、岩石的温度高，人辐射的红外线比草木、岩石强。

根据这个原理,人们制成了红外线夜视仪,可以用在步枪的晰准器上。

红外线可以用在红外遥感技术上.

红外线气象卫星遥感照片

在卫星上安装红外遥感器,可以获取地球表面的温度信息,这在城市热岛效应监控,林火监测,旱情监测,探测火山、地热、地下水以及军事侦察等方面有很好的应用。

用红外线遥控。

电视机红外线遥控器

电视机遥控器的前端有一个发光二极管,按下不同的键时,可以发出不同的红外线,实现对电视机的遥控。

红外触发相机

主要应用于自然保护野外研究技术领域中的野生动物监测。当温血动物从装置前方经过时，动物体温与环境温度造成的温差引起相机周围热量的变化，这种温度（热量）的变化由红外传感器接收后，产生一个脉冲信号，从而触发相机拍摄。红外相机在野生动物研究、监测、保护上有重要应用。

其主要作用包括：

①证实某物种的存在；②种群密度预测；③个体识别；④标记－重补；⑤计算物种相对丰度；⑥研究动物活动模式；⑦偷盗猎行为监控。

由于各种物体红外线辐射强度不同、从而使人、动物、车辆、飞机等清晰地被观察到，而且不受烟、雾及树木等障碍物的影响，白天和夜晚都能工作。是目前人类掌握的最先进的夜视观测器材。但由于价格特别昂贵，目前只能被应用于军事上，但由于热成像的应用范围非常广泛、电力、地下管道、消防医疗、救灾、工业检测等方面都有巨大的市场，随着社会经济的发展、科学技术的进步、红外热成像这项高技术在二、三十年内必将大规模地应用于民间市场、为人类做出贡献。

那么红外线大量使用会不会造成污染呢？

红外线在军事、人造卫星以及工业、卫生、科研等方面的应用日益广泛，因此红外线污染问题也随之产生。红外线是一种热辐射，对人体可造成高温伤害。较强的红外线可造成皮肤伤害，其情况与烫伤相似，最初是灼痛,然后是造成烧伤。红外线对眼的伤害有几种不同情况，波长为7500~13000埃的红外线对眼角膜的透过率较高，可造成眼底视网膜的伤害。尤其是11000埃附近的红外线,可使眼的前部介质(角膜晶体等)不受损害而直接造成眼底视网膜烧伤。波长19000埃以上的红外线，几乎全部被角膜吸收，会造成角膜烧伤(混浊、白斑)。波长大于 14000埃的红外线的能量绝大部分被角膜和眼内液所吸收，透不到虹膜。只是13000埃以下的红外线才能透到虹膜，造成虹膜伤害。人眼如果长期暴露于红外线可能引起白内障。

接下来我们观看一段科普视频《看不见的红外线，在生活中的应用》（6分37秒）了解红外线的工作原理：

四、制作激光红外线报警器（55分钟）地点：暂定

活动目标：

动手制作激光红外线报警器

活动准备：

激光红外线警报器材料包、一把小剪刀、一把十字螺丝刀、4节5号AA电池

同学们，我们要动手自制红外报警器，激光红外线警报器由激光红外光线发射装置与光线感应触发警报装置组成，工作时，激光红外线射向光感装置，当有物体触碰到激光红外光线后警报喇叭就会发出响声，警示灯也会亮起。

材料包拿到手后，你们先不要动，我们一起看一下制作过程（7分19秒）：

1参照上图孔位、用4mm粗纹螺丝把L型角片装到窗板上。

2把直杆用7mm粗纹螺丝装到L型角码上。

3把接线器用10mm螺丝固定在杆顶端，此螺丝不需要拧太紧，装成成品后要做上下旋转调节使用。

4查看视频中的电路接线图，安装电子元器件及接线请参考此图。首先把端子上的螺丝用螺丝刀拧松，然后把电子元器件及导线插到螺丝垫片的下方，插好后再用螺丝刀把螺丝拧紧。注意：注意看可调电阻的形状，找出3个针脚的位置。可调电阻只能接1和2针脚，或者2和3针脚，不能接1和3针脚，接1和3针脚电阻不起作用。注意：三极管必须字母面朝上，蓝白可调电阻三个针脚只接两个，另一个针脚悬空。蜂鸣器与发光二极管需要分+-极，长针脚接+，短针脚接-，蜂鸣器的贴纸请在组装完成后移除。

5把电池盒用4mm粗纹螺丝装到窗板上，然后剪一小片双面胶粘到直杆上。

6把接线端子粘到直杆的双面胶上，然后把红黑线卡入接线器。接线器的使用方法：用手按下卡扣不要放，把线芯伸到里面的金属片上，放开卡扣，金属片自动卡住线芯,接线完成。

7把光敏电阻卡入接线器(不需要分正负极)，光敏电阻针脚折成Z型，电阻与直杆平行(有利于之后对线)。

8把电池盒用4mm粗纹螺丝（或双面胶）安装到窗板上，然后把电池盒输出线卡入接线器。到这一步警报器端制作完成！

9把激光头卡入接线器，激光头长针脚卡入红线口，短针脚卡入黑线口。注意：激光头会因批次不同，外观会有差异,安装方式不变。到这一步红外线发射端制作完成！

10工作时请先闭合电池盒上的刀闸开关，激光束必须射在光敏电阻上，可以通过上下微调接线器将激光红外线对准光敏电阻。注意：接通电源后蜂鸣器默认是响起的，发光二极管也会亮起，需要把激光对准光敏电阻后蜂鸣器停止声响，此时为警报器的正常工作状态。

如果激光对准后还是一直响，请用螺丝刀调整蓝白可调电阻，电阻的白色圆圈可转动。如果接通电源后蜂鸣器不响，请检查元器件是否安装正确。

注意：请不要刻意将激光束对准人和动物的眼睛，直射眼睛会对眼睛造成伤害！

同学们学会了吗？视频老师会循环播放，你们有任何疑问都可以举手问老师！

五、收获与分享（5分钟）

同学们真棒，今天我们认识了红外线，谁可以和老师分享一下收获和感想？

说的不错，今天的家庭任务是，为红外线用文字加画画的形式设计一份简介哦！

六、结束语

今天的研学课程到这里就结束啦！非常感谢同学们陪老师度过的愉快时光，期待我们下次再见！

七、课程反思