我们一起学科学之探索光的秘密

图文     发布时间:2020/6/4 14:44:16     访问量:

宋朝沈括在《梦溪笔谈》中这样写道:"登州海中,时有云气,如宫室、台观、城堞、人物、车马、冠盖,历历可见,谓之海市。“海市蜃楼”一词自古以来就带有神秘的色彩,虽然这种奇观不常见,但我们却听过不少有关它的故事。

2015年10月,在江西武宁县出现了海市蜃楼,看到的人纷纷用手机拍下这一奇观。照片中,在延绵的山脉上方出现两栋高楼大厦,仿佛屹立在云端,令人惊叹。奇观景象长达了半个小时之久。海市蜃楼是一种因光的折射和全反射而形成的自然现象,是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像。

在古代宗教文献《圣经》里,上帝创造世界时,第一天就创造出了光,自然界也因为有光而变得更加绚丽多彩。其中彩虹的形成就是气象中的一种光学现象,当阳光照射到半空中的雨点时,光线被折射及反射,会在天空上形成拱形的七彩的光谱。那么什么是光的折射和反射呢?

当我们把铅笔放入盛满水的烧杯中时,会发现铅笔好像被“折断”了。但如果我们把铅笔垂直于水面,笔却不会有变化。原因是由于光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生改变,从而使光线在不同介质的交界处发生偏折,这个现象被称之为光的折射。举个简单的例子:鱼叉捕鱼,如果你没学习过相关知识和经验,那么当你拿着鱼叉直愣愣的投向水中的鱼时,你是很大概率无法命中鱼的,因为光的折射导致你所看到的鱼其实是在更下方一些的位置。为什么当我们用铅笔垂直放入水中时,笔却毫无变化呢?这是因为当光从空气垂直射入水中或其他介质时,传播方向不变。

不同的介质对光的折射程度是不同的,我们可以通过一个小实验来了解。将水换成油,用玻璃棒代替铅笔,当玻璃棒放入油中时,我们会发现玻璃棒“消失了”,看起来两者像是融为了一体。这证明了玻璃的折射率和油的折射率是相近的。

除了折射,光的反射在日常生活中也很常见。例如照镜子,由于光的反射,镜子可以把接收到的光反射过来,我们就就可以在镜子中看到自己的模样。太阳灶靠凹面镜对光的反射来聚集热量,用来烹饪食物。这是都是由于镜面反射的缘故,当平行入射的光线射到这个反射面时,仍会平行地向一个方向反射出来。

与镜面相反的反射是漫反射,它的介质表面不是平滑的、不规则的,当光线射入时会产生不同的反射方向。生活中的磨砂玻璃就是利用了漫反射,能透光但不清晰以达到隔绝窥探的作用。我们把这种光在两种介质分界面上改变传播方向又返回原来介质中的现象,叫做光的反射。

光的折射与反射都只是光的一部分特性,他们产生的原因都是因为光是一种波,我们称之为光波。光波在与原子相接触时发生了一系列的变化,传播方向的改变、相位及偏振变化,以及能量和能流的重新分配,都使得光线在传播的过程中或多或少受到影响。

生有涯而知无涯,学习永无止境。当今科学技术的快步发展,离不开众多科学家倾其一生孜孜不倦的研究,而人类对于光的探索和研究将会永不止步。

(供稿:岳浩)


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