正文 光和光的折射(1 / 1)

光的世界是奇妙而有趣的,確切地說,光是一種人類肉眼可以看到的電磁波,它可以在真空、空氣和水等一切透明的介質中傳播。人們日常接觸的光也比較多,如陽光,白熾燈光,熒光燈管、激光器、螢火蟲的光等等。

科學表明,光是地球生命的來源之一;光是人類生活的重要依據;光是人類認識外部世界的工具;光是信息的理想載體和傳播媒質。那麼,光到底是什麼呢?

狹義上,光是一種人類眼睛可以見到的電磁波,我們稱之為可見光譜。科學上,光是指所有的電磁波譜。簡單地說,光是由一種稱為光子的基本粒子組成的,具有粒子性與波動性。

有實驗證明,光就是電磁輻射,這部分電磁波的波長範圍約在紅光的0.77微米到紫光的0.39微米之間。波長在0.77~1000微米之間的電磁波統稱為“紅外線”。在0.39~0.04微米之間的統稱為“紫外線”。人的眼睛是看不見紅外線和紫外線的,但可以用光學儀器或攝影方法去量度和探測這種發光物體的存在。所以,在光學中光的概念也可以延伸到紅外線和紫外線領域,甚至X射線均被認為是光,而可見光的光譜隻是電磁光譜中的一部分。

科學實驗表明,光具有波粒二象性,既可把光看作是一種頻率很高的電磁波,也可把光看成是一個粒子,即光量子,簡稱光子。

一般情況下,光由許多光子組成,在熒光(普通的太陽光、燈光、燭光等)中,光子與光子之間,毫無關聯,即它們的波長不一樣、相位不一樣,偏振方向不一樣、傳播方向不一樣,就像是一支無組織、無紀律的光子部隊,各光子都是散兵遊勇,不能做到行動一致。當光反射時,反射角等於入射角,在同一平麵,位於法線兩邊,且光路具有可逆性。

對人類來說,光的最大規模的反射現象,發生在月球上。我們知道,月球本身是不發光的,它隻是反射太陽的光而已。相傳記載夏、商、周三代史實的《書經》中就提起過這件事。可見那個時候,人們就已有了光的反射觀念。戰國時的著作《周髀》就明確指出:“日兆月,月光乃生,成明月。”西漢時人們幹脆說“月如鏡體”,可見對光的反射現象有了深一層的認識。《墨經》裏專門記載一個光的反射實驗:以鏡子把日光反射到人體上,可使人體的影子處於人體和太陽之間。這不但是演示了光的反射現象,而且很可能是以此解釋月食的成因。

我們知道,當光線從一種介質斜射入另一種介質中時,會產生折射現象。如果射入的介質密度大於原本光線所在介質密度,則折射角小於入射角。反之,則折射角大於入射角。若入射角為零,則無論如何,折射角為零,不產生折射。但光折射還在同種不均勻介質中產生,理論上可以從一個方向射入不產生折射,但因為分不清界線且一般分好幾個層次,又不是平麵,故無論如何看都會產生折射現象。

比如,魚兒在清澈的水中遊動,可以看得很清楚。但是,沿著你看見魚的方向去叉它,你肯定是叉不到的。有經驗的漁民會告訴你,隻有瞄準魚的下方才能把魚叉到,魚叉叉向的是魚的實像。從上麵看水、玻璃等透明介質中的物體,會感到物體的位置比實際位置高一些,這是光的折射現象引起的。

由於光的折射,池水看起來比實際的淺。所以,當你站在岸邊,看見清澈見底,深不過腰的水時,千萬不要貿然下去,以免因為對水深估計錯誤,發生危險。

知識點

介質

簡單地說,介質是指能夠傳播媒體的載體。一種物質存在於另一種物質內部時,後者就是前者的介質;某些波狀運動,如聲波、光波中,則稱傳播的物質為這些波狀運動的介質。媒體包括各種文件、數據等,泛指一切可以用電子信號存儲的東西。介質亦稱媒質。一般地說,它是物理係統在其間存在或物理過程(如力和能量的傳遞,光和聲的傳播等)在其間進行的物質。

延伸閱讀

光起源的兩則傳說

《聖經·十誡》中有一個故事是關於光的起源的:“起初,神創造天地。地是空虛混沌的,天是黑暗的,神運行在水麵上。神說要有光,就有了光,神看光是好的,就把光和暗分開了。神稱光為晝,稱暗為夜。有黑夜,有白晝,這是頭一日。”這是古猶太人講的故事,借著《聖經》一路流傳下來,流傳了幾千年。另外有一個故事,也是關於光的起源的,廣泛流傳於住在北極圈的因紐特人中。他們說世界剛形成的時候,有一隻烏鴉在尋找啄食掉落在地上的豆子,它找啊找,找得很辛苦,心裏便想:“這世界上如果有光,可以看得到地麵上的豆子,那啄食起來可就簡單多了。”烏鴉很認真地想啊想,結果世界就真的有了光亮。