如何学好初中光学知识

如何学好初中光学知识

黄财发

黄财发

摘要：在当今高速发展的社会，人们对光学的应用越来越广泛、越迫切。这就要求作为新时代的学生应该更加了解光的知识。但对于初中学生来说，如何掌握光的知识存在着较大困难。所以，以眼睛为引线把光的知识联系起来，有助于知识的融会贯通，达到教学目的。

关键词：直线传播；反射；折射；光的颜色；成像

眼睛是心灵的窗户，如果没有眼睛，多彩多姿的世界在人眼中将变得暗淡，人类将无法看到世界，多彩多姿的世界对人将毫无意义。

我们人的眼睛是如何看到物体的呢？首先，让我们来了解眼睛是如何成像的，实际上眼睛成像是透镜成像规律的重要应用。照相机与眼睛有相似的结构，自制照相机能使学生对利用凸透镜成缩小的实像有较直观、深刻的印象。因此，对眼睛成像的认识，可以从自制照相机开始。通过生理学中的眼模型或课件，将生理眼抽象成简化眼模型。将自制照相机与简化眼对比，使学生认识到眼睛可以看成是精巧的照相机，眼球中的角膜和晶状体的共同作用，相当于一个“凸透镜”，视网膜相当于照相机的底片。从物体发出的光线经过人眼的凸透镜在视网膜上形成倒立、缩小的实像，分布在视网膜上的视神经细胞受到光的刺激，把这个信号传输给大脑，人就可以看到这个物体了，这就是眼睛成像的基本原理。因此必须有光线进入到我们的眼睛才能引起视觉。

我们看到影子和光的直线传播是有很大的关系的。光从光源传播出来，当光遇到不透明的物体时,部份光线会被物体吸收,部份光线会被反射,而其他未被物体挡住的光线,会继续前进，有光的地方有反射光线进入人的眼睛，在不透光的物体后面受不到光照射的地方就就没有反射光线进入人的眼睛，而呈现阴影的现象，所以形成了影子。例如，日食月食的形成是影子形成的例子。所以说，要是没有光，哪会有影子呢？又如小孔成像，也是实像把部分光线反射进入人的眼睛才能看见。

我们又是如何看清物体呢？那也是物体把各部分光线反射进入人的眼睛才能看见。例如，我们在教室内可以看到黑板上的字，是因为反射光线进入到我们的眼睛；黑板不光滑，光照到黑板上会向各个方向反射，发生了漫反射，所以坐在教室里的我们都能从各个方向看到黑板上的字．在一般情况下，光线是直线传播的，但是光导纤维却能让光线通过在内部的数次反射，走过一条“弯曲”的路线。类似地，如果能够发明出一种隐身器的表面材料以及合理的外形，使得光能够沿表面发生弯曲，绕过物体并继续沿直线传播，所以有反射光线进入人的眼睛，那么我们就可以看到物体背后的东西。同时，虽然隐身器就在我们面前，但是没有光线从其上反射到我们眼里，我们是看不到隐身器的。显然这个隐身器应该是球形，这样在各个方位都能达到“隐身”的目的。实际上物体是实实在在存在的，只是人的眼睛感受不到而已。

我们从水面上看水中物体，看到的是比物体的实际位置偏高(浅)的虚像，这是因为当光从水中射入空气时，在水与空气的交界面上发生折射，进入空气中的折射光线向水面偏折，位置降低，折射光线进入我们的眼睛，而我们认为光是沿直线传播的，所以看到的像比物体的实际位置偏浅。同理根据光路的可逆性，我们可以解释为什么潜水员从水中看水面以上的物体，看到的位置比物体的实际位置偏高的原因。又如，我们看到星星是闪烁的，那是因为我们看到的位置比物体的实际位置偏低这，是因为星光穿透大气层发生了折射。不同高度的空气的密度不一致，折光率不同，从星星发出的光线到眼睛的路径是弯曲的(类似于海市蜃楼)。由于不同高度的空气密度的变化，星星发出的光线时刻在变化，入射到眼球的光的分量大小不同，所以看起来是闪烁的。

很多人认为我们能看到实像是因为光线进入人的眼睛，而我们看到虚像并没有光线进入人的眼睛，这种说法是错误的。因为无论我们看到的是实象还是虚象，都有光线进入我们的眼睛，只是他们的区别是：1.成像原理不同：物体射出的光线经光学元件反射或折射后，重新会聚所成的像叫做实像，它是实际光线的交点。在凸透镜成像中，所成实像都是倒立的。如果物体发出的光经光学元件反射或折射后发散，则它们反向延长后相交所成的像叫做虚像。2.承接方式不同：虚像能用眼睛直接观看，但不能用光屏承接；实像既可以用光屏承接，也可以用眼睛直接观看。人看虚像时，仍有光线进入人眼，但光线并不是来自虚像，而是被光学元件反射或折射的光线，只是人们有“光沿直线传播”的经验，以为它们是从虚像发出的。虚像可能因反射形成，也可能因折射形成，如平面镜成等大的虚像，凸透镜成放大的虚像。例子：我们看到的镜子里的像就是虚象，我们用相机照出来的就是实象

我们是如何看到物体的颜色的呢？为什么物体有各种各样的颜色呢？是物体吸收了特定的光，而反射了部分的光，那为什么物体会吸收特定的光呢？我们知道光是一种电磁波，不同的光对应着不同的波长，物体不管是有机物还是无机物，其原子、电子都有一定的能量当某一波长的光照射在这些物体表面而能引起物体表面原子、电子发生共振时，光就被吸收了，原子、电子就得到了光的能量，当一个连续波长的光。比如说是太阳光照射到物体表面能发生共振的波长的光被物体吸收了，其他的光则被原子挡在外面并反射出去，然后这些光经过组合原理就形成我们看到的物体的颜色。如果物体不吸收光也不反射光，而是让光通过，那物体就是透明的。在日常生活中，人们能看到各种色彩，如蓝蓝的天空、绿色的草原、朵朵白云、鲜红的玫瑰花瓣、绿色的庄稼、黄色的油菜花等。所有这些颜色都是在白天才能看见、分辨，也就是说只有在光线照射的条件下才能呈现出来。总之，透明物体的颜色就是它透过色光的颜色。不透明物体的颜色就是它反射色光的颜色。同时人们还注意到，在太阳光下看见某一物体呈现某种颜色，如果再把它放在白炽灯下(特别是某种彩色灯下)，该物体的颜色就发生了改变。于是，人们推断人眼之所以能看到色彩，是由于有光的存在．颜色都是光作用在物体表面后，发生了不同的反映，再刺激人的眼睛后产生的。不同的光会产生不同的刺激，所以眼睛看到不同的物体就会有不同的颜色感觉。在黑暗条件下，人眼看不见不发光物体颜色的，只有当外来的光线照射在其表面后，它的颜色才能被人眼感知。所以，颜色是光照射到物体表面后的结果。但最终必须有光线进入人的眼睛，才能感受多彩的世界。

总之，无论是日、月食，还是岸上的人看到的是比物体的实际位置偏浅，还是看到物体的颜色，还是我们看到的是实象还是虚象，都是是否有光线进入人的眼睛的结果，都是是否能引起眼睛的视觉，都是眼睛惹的祸。正因如此，我们学会了光的反射、折射以及它们的应用，从而丰富了我们的认识。

参考文献：

[1]杨述武.赵立竹等.普通物理实验3光学部分[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]章世恒.大学物理实验[M].成都：西南交通大学出版社，2009.

[3]何春娟.大学物理实验教程(第2版)[M].西安：西北工业大学出版社,2009.

作者单位：福建省漳州市华安一中

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