神奇的光現象

薛海鳳

夏天在平靜無風的海面上出現的“海市蜃樓”：向遠方望去，有時能看到船舶、山峰、樓臺亭閣、廟宇等出現在遠方的空中。雨后天空出現美麗的彩虹，平靜湖面上倒映出岸上景物，美輪美奐。深受孩子們喜愛、歷史悠久的皮影戲，晴天天空為什么是蔚藍的？朝霞、晚霞為什么又紅又黃？晴朗的天空綠蔭樹下為什么有閃動跳躍的光斑？這些都跟神奇的光現象有關。

光的研究歷史久遠，戰國初期，墨子便發現了光的反射定律。生活中的光現象主要由光的直線傳播、光的反射、光的折射、光的散射、光的色散等產生。

光在同種均勻介質中是沿直線傳播的，這就是光的直線傳播。影子的形成、皮影戲的原理、小孔成像、日食、月食等都是光直線傳播的現象。太陽發出的光，透過樹葉縫隙間的小孔，在地面上形成圓形閃爍光斑便是光沿直線傳播太陽的小孔成像。

日食是月球運動到太陽和地球中間，擋住了太陽射向地球的部分或者全部光，看起來像是太陽的一部分或是全部消失，出現日偏食、日全食等。而月食則是當月球運行至地球的陰影部分時，地球此時在月球和太陽中間，三者在一條線上，在月球和地球之間的地區會因為太陽光被地球遮蔽，月球無法反射光線，看到月球好像缺了一塊，從而形成月偏食或月全食現象。

有著約1000年歷史的人類非物質文化遺產代表——中國皮影戲，讓觀眾通過白色幕布，觀看一種平面偶人表演的燈影來達到藝術效果的戲劇形式。它利用皮革材料，上色時主要使用紅、黃、青、綠、黑等五種純色的透明顏料，借助光的直線傳播，使皮影人物及道具在后背光照耀下投影到幕布上的影子顯得瑰麗剔透，具有獨特的美感。

平靜湖面上倒映出岸上景物，屬于平面鏡成像，是由于光的反射形成的。

光的反射是指光在傳播到不同物質時，在分界面上改變傳播方向又返回原來物質中的現象。各種面鏡成像原理都是光的反射，但在生活中的應用不同。表面平整光滑且能夠成像的物體叫作平面鏡，平靜的水面、拋光的金屬表面、玻璃板等都相當于平面鏡。家庭用的穿衣鏡、舞蹈房或健身房里墻壁四周的鏡子、牙醫檢查牙齒時放入口中的小鏡子等都是平面鏡;海底潛望鏡利用平面鏡改變光路;商店裝飾用平面鏡擴大視野空間。凸面鏡具有發散作用，也叫廣角鏡、反光鏡、轉彎鏡。主要用于各種彎道、路口，可以擴大司機視野，及早發現彎道對面車輛，從而減少交通事故的發生，也用于超市防盜，監視死角。汽車駕駛室外面的觀后鏡是一個凸面鏡，利用凸面鏡對光線的發散作用和成正立、縮小、虛像的特點，使觀察范圍更大，確保行車安全。凹面鏡對光線起會聚作用，太陽灶、臺燈、電視衛星天線、雷達利用凹面鏡對光線的會聚作用。探照燈、手電筒以及各種機動車的前燈燈罩利用凹面鏡過焦點的光線經反射后成為平行于主軸的平行光。電影屏幕用粗糙的布做成，目的是讓光射到上面后發生漫反射，反射各種色光，使反射光線射向各個方向，讓全體觀眾從不同角度都能欣賞到畫面的內容。

戴上老花鏡的老人看清了近處的東西，近視的學生戴上近視鏡看清了遠處黑板上的字，海市蜃樓，這些都是光的折射功勞。光的折射是指光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向發生改變，使光線在不同介質交界處發生偏折的現象。人在岸上看水中的東西會比實際淺一些，是因為光從水進入空氣時，發生了折射的緣故，我們看到的是虛像。漁夫叉魚時要往下方叉，游泳時你在水中看岸上的樹往往會比實際要高一些，也是這個道理。利用光的折射，人們用照相機留下了美好的回憶。制成了幻燈機、投影儀，方便了學術報告。海市蜃樓是一種光學幻景，是光的折射與全反射共同作用的結果，是由于空氣密度不均勻引起的。光在不同密度的空氣中有著不同的折射率。 夏天，海面上的下層空氣溫度比上層低，密度比上層大，折射率也比上層大。遠處的山峰、樓房等發出的光線射向空中時，由于不斷被折射，越來越偏離法線方向，進入上層空氣的入射角不斷增大，以致發生全反射，光線反射回地面，人們逆著光線看去，就會看到遠方的景物懸在空中，這就是海市蜃樓。蜃景不僅能在海上、沙漠中產生，柏油馬路上偶爾也會看到。

蔚藍的晴天和紅橙黃的朝霞晚霞是太陽光被大氣層散射造成的。陽光含有紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種色光，由紅至紫波長遞減。太陽光經過地球大氣層才能到達地面，大氣層的空氣與水蒸氣，會把陽光向四面八方分散地發射，這叫作光的散射。空氣對波長越短的光越易散射，故太陽光經過大氣層時，波長短的藍、靛、紫光被散射，人們看到天空蔚藍。紅、橙、黃光波長較長，不容易被散射，穿過較厚的大氣層，人們就看到火紅色或金黃色的絢麗朝霞晚霞。當陽光被云層遮住了，我們仍可看清四周光亮，就是因為周圍有很多散射光。雨后天空出現美麗的彩虹是由光發生折射造成光的色散形成的。雨過天晴時，空氣中懸浮大量小水滴，陽光照在小水滴上時發生折射，白光經水珠折射后，分成七種色光，這種現象叫作光的色散現象。牛頓最先利用三棱鏡觀察到光的色散。

蠟燭、小鏡子、手機、畫有箭頭的卡紙、透明玻璃杯、吸管、透明玻璃、茶葉罐、打火機、一次性塑料杯。

手影游戲：

晚上關閉家中照明電源，打開手機手電筒光，觀察墻壁上手的影子。

平面鏡成像：

利用兩面小鏡子觀察茶葉罐蓋面上紅色圖案的像，調整兩鏡子角度，看看你最多能看到多少個圖案的像。

彎折的吸管：

吸管斜插入裝有水的透明玻璃杯，發現吸管在水面處彎折了，且水面下的吸管位置上升（變淺）。

變化的箭頭：

把畫有右箭頭的卡紙放在裝有水的透明玻璃杯后面，改變卡紙與玻璃杯距離，發現變化，且會變大或縮小。