如何學(xué)好初中光學(xué)知識(shí)

黃財(cái)發(fā)

摘要：在當(dāng)今高速發(fā)展的社會(huì)，人們對(duì)光學(xué)的應(yīng)用越來越廣泛、越來越迫切。這就要求作為新時(shí)代的學(xué)生應(yīng)該更加了解光的知識(shí)。但對(duì)于初中學(xué)生來說，如何掌握光的知識(shí)存在著較大困難。所以，以眼睛為引線把光的知識(shí)聯(lián)系起來，有助于知識(shí)的融會(huì)貫通，達(dá)到教學(xué)目的。

關(guān)鍵詞：直線傳播；反射；折射；光的顏色；成像

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2014）09-0035

我們的眼睛是如何看到物體的呢？首先，讓我們來了解眼睛是如何成像的。實(shí)際上眼睛成像是透鏡成像規(guī)律的重要應(yīng)用。照相機(jī)與眼睛有相似的結(jié)構(gòu)，自制照相機(jī)能使學(xué)生對(duì)利用凸透鏡成縮小的實(shí)像有較直觀、深刻的印象。因此，對(duì)眼睛成像的認(rèn)識(shí)，可以從自制照相機(jī)開始。通過生理學(xué)中的眼模型或課件，將生理眼抽象成簡(jiǎn)化眼模型。將自制照相機(jī)與簡(jiǎn)化眼對(duì)比，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到眼睛可以看成是精巧的照相機(jī)，眼球中的角膜和晶狀體的共同作用，相當(dāng)于一個(gè)“凸透鏡”，視網(wǎng)膜相當(dāng)于照相機(jī)的底片。從物體發(fā)出的光線經(jīng)過人眼的凸透鏡在視網(wǎng)膜上形成倒立、縮小的實(shí)像，分布在視網(wǎng)膜上的視神經(jīng)細(xì)胞受到光的刺激，把這個(gè)信號(hào)傳輸給大腦，人就可以看到這個(gè)物體了，這就是眼睛成像的基本原理。因此，必須有光線進(jìn)入到我們的眼睛才能引起視覺。

我們看到影子和光的直線傳播是有很大的關(guān)系的。光從光源傳播出來，當(dāng)光遇到不透明的物體時(shí)，部分光線會(huì)被物體吸收，部分光線會(huì)被反射，而其他未被物體擋住的光線，會(huì)繼續(xù)前進(jìn)，有光的地方有反射光線進(jìn)入人的眼睛，在不透光的物體后面受不到光照射的地方就就沒有反射光線進(jìn)入人的眼睛，而呈現(xiàn)陰影的現(xiàn)象，所以形成了影子。例如，日食月食的形成是影子形成的例子。所以說，要是沒有光，哪會(huì)有影子呢？

我們又是如何看清物體呢？那也是物體把各部分光線反射進(jìn)入人的眼睛才能看見。例如，我們?cè)诮淌覂?nèi)可以看到黑板上的字，是因?yàn)榉瓷涔饩€進(jìn)入到我們的眼睛；黑板不光滑，光照到黑板上會(huì)向各個(gè)方向反射，發(fā)生了漫反射，所以坐在教室里的我們都能從各個(gè)方向看到黑板上的字。在一般情況下，光線是直線傳播的，但是光導(dǎo)纖維卻能讓光線通過在內(nèi)部的數(shù)次反射，走過一條“彎曲”的路線。類似地，如果能夠發(fā)明出一種隱身器的表面材料以及合理的外形，使得光能夠沿表面發(fā)生彎曲，繞過物體并繼續(xù)沿直線傳播，所以有反射光線進(jìn)入人的眼睛，那么我們就可以看到物體背后的東西。同時(shí)，雖然隱身器就在我們面前，但是沒有光線從其上反射到我們眼里，我們是看不到隱身器的。顯然這個(gè)隱身器應(yīng)該是球形，這樣在各個(gè)方位都能達(dá)到“隱身”的目的。實(shí)際上物體是實(shí)實(shí)在在存在的，只是人的眼睛感受不到而已。

我們從水面上看水中物體，看到的是比物體的實(shí)際位置偏高（淺）的虛像，這是因?yàn)楫?dāng)光從水中射入空氣時(shí)，在水與空氣的交界面上發(fā)生折射，進(jìn)入空氣中的折射光線向水面偏折，位置降低，折射光線進(jìn)入我們的眼睛，而我們認(rèn)為光是沿直線傳播的，所以看到的像比物體的實(shí)際位置偏淺。同理根據(jù)光路的可逆性，我們可以解釋為什么潛水員從水中看水面以上的物體，看到的位置比物體的實(shí)際位置偏高的原因。

很多人認(rèn)為我們能看到實(shí)像是因?yàn)楣饩€進(jìn)入人的眼睛，而我們看到虛像并沒有光線進(jìn)入人的眼睛，這種說法是錯(cuò)誤的。因?yàn)闊o(wú)論我們看到的是實(shí)象還是虛象，都有光線進(jìn)入我們的眼睛，只是他們的區(qū)別是：1. 成像原理不同：物體射出的光線經(jīng)光學(xué)元件反射或折射后，重新會(huì)聚所成的像叫做實(shí)像，它是實(shí)際光線的交點(diǎn)。在凸透鏡成像中，所成實(shí)像都是倒立的。如果物體發(fā)出的光經(jīng)光學(xué)元件反射或折射后發(fā)散，則它們反向延長(zhǎng)后相交所成的像叫做虛像。2. 承接方式不同：虛像能用眼睛直接觀看，但不能用光屏承接；實(shí)像既可以用光屏承接，也可以用眼睛直接觀看。人看虛像時(shí)，仍有光線進(jìn)入人眼，但光線并不是來自虛像，而是被光學(xué)元件反射或折射的光線，只是人們有“光沿直線傳播”的經(jīng)驗(yàn)，以為它們是從虛像發(fā)出的。虛像可能因反射形成，也可能因折射形成，如平面鏡成等大的虛像，凸透鏡成放大的虛像。例子：我們看到的鏡子里的像就是虛象，我們用相機(jī)照出來的就是實(shí)象。我們是如何看到物體的顏色的呢？為什么物體有各種各樣的顏色呢？是物體吸收了特定的光，而反射了部分的光，那為什么物體會(huì)吸收特定的光呢？我們知道光是一種電磁波，不同的光對(duì)應(yīng)著不同的波長(zhǎng)，物體不管是有機(jī)物還是無(wú)機(jī)物，其原子、電子都有一定的能量當(dāng)某一波長(zhǎng)的光照射在這些物體表面而能引起物體表面原子、電子發(fā)生共振時(shí)，光就被吸收了，原子、電子就得到了光的能量，當(dāng)一個(gè)連續(xù)波長(zhǎng)的光。比如說是太陽(yáng)光照射到物體表面能發(fā)生共振的波長(zhǎng)的光被物體吸收了，其他的光則被原子擋在外面并反射出去，然后這些光經(jīng)過組合原理就形成我們看到的物體的顏色。如果物體不吸收光也不反射光，而是讓光通過，那物體就是透明的。在日常生活中，人們能看到各種色彩，如藍(lán)藍(lán)的天空、綠色的草原、朵朵白云、鮮紅的玫瑰花瓣、綠色的莊稼、黃色的油菜花等。所有這些顏色都是在白天才能看見、分辨，也就是說只有在光線照射的條件下才能呈現(xiàn)出來?？傊?，透明物體的顏色就是它透過色光的顏色。不透明物體的顏色就是它反射色光的顏色。同時(shí)人們還注意到，在太陽(yáng)光下看見某一物體呈現(xiàn)某種顏色，如果再把它放在白熾燈下（特別是某種彩色燈下），該物體的顏色就發(fā)生了改變。于是，人們推斷人眼之所以能看到色彩，是由于有光的存在.顏色都是光作用在物體表面后，發(fā)生了不同的反映，再刺激人的眼睛后產(chǎn)生的。不同的光會(huì)產(chǎn)生不同的刺激，所以眼睛看到不同的物體就會(huì)有不同的顏色感覺。在黑暗條件下，人眼看不見不發(fā)光物體顏色的，只有當(dāng)外來的光線照射在其表面后，它的顏色才能被人眼感知。所以，顏色是光照射到物體表面后的結(jié)果。但最終必須有光線進(jìn)入人的眼睛，才能感受多彩的世界。

總之，無(wú)論是日、月食，還是岸上的人看到的是比物體的實(shí)際位置偏淺，還是看到物體的顏色，還是我們看到的是實(shí)象還是虛象，都是是否有光線進(jìn)入人的眼睛的結(jié)果，都是是否能引起眼睛的視覺，都是眼睛惹的禍。正因如此，我們學(xué)會(huì)了光的反射、折射以及它們的應(yīng)用，從而豐富了我們的認(rèn)識(shí)。

（作者單位：福建省漳州市華安一中 363800）