追寻光的足迹

文/张虎岗著有《发现不一样的物理》《挑战压轴题·中考物理·轻松入门篇》等

本文为《什么是初中物理》系列第21篇

雁过留声，人过留名，光到之处，立竿见影。

影就是影子，影子的出现与光的传播有关。

光是由光源发出的。光源有天然的，如太阳；也有人造的，如火把、电灯。

光源发出光会向外传播。光沿直线传播，这是小学就已经知道的。这很好证明。晴天的时候，你把一个直杆竖立在水平地面上，地上会出现它的影子。影子是光照到不透明的物体上，在不透明物体的背后形成的光照不到的地方，因为这个光照不到，所以影子总是黑的。直杆的影子可能长一些也可能短一些，但一定是直的，并且影子的边缘也总是平滑的，也不会像锯齿一样。

但是当你上了初中就知道，“光沿直线传播”的说法并不准确，确切地说是“光在同种均匀介质中沿直线传播”。这隐隐约约地透露了两个非同寻常的信息：一是光在同种不均匀的介质可能不沿直线传播；二是光到达物体的表面或两种介质的界面上时，传播方向或许会发生改变。

光在不均匀的介质中传播方向会发现改变的例子也并非鲜不可见。透过熊熊燃烧的大火会看到另一边的物体晃动起来，事实上它们并没有晃动。在炎热的夏天烈日当空的时候驱车在公路上飞驰，会看到车前很远处的景物好像在晃动，但是当汽车驰过到那里却没有看到异常。这些因为空气因为受热变得不均匀，使光的传播路径不断发生改变而导致的。

在地球的周围有一层厚厚的大气层，大气层也不均匀，离地面越高的地方空气越稀薄。当太阳光穿过大气层时，传播方向也会发生改变。譬如早起看到太阳刚露出地平线，其实真正的太阳还在地平线的下方；同样，傍晚看到太阳消失的瞬间，其实太阳也早已沉到地平线的下方。这样看到，如果大气层的均匀的，太阳会升起的更晚，落下的更早。

这真是有意思，不均匀的大气层竟然把白天“拉长”了。

如果光到达物体的表面会发生什么现象呢？这还要看物体是不是透明的。

如果物体是不透明的，也就是光无法穿越。这时就像把一个乒乓球掷到墙上，球会被反弹回来一样，光照不透明的物体上也有一部分光会被反射回来。之所以说是“一部分”，是因为还有一部分光会被物体吸收掉。反射与吸收情况取决于物体的颜色。

牛顿通过实验指出白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七种色光混合而成的。当白光照到不透明的物体上，物体会把与它颜色相同的色光反射出去，把与其它的色光吸收。现在你可以回答用物理的语言回答那首歌曲的疑问了：花儿为什么这样红？因为花儿反射红光。如果物体能反射各种色光，它就是白色的；如果能把各种色光都吸收，就是黑色的。

光的反射并不是随心所欲的，会遵守光的反射定律。反射定律的内容在《七种武器》一节，也以回头翻翻看。

如果光照到玻璃、水等透明物质上，同样有一部分会被反射回去，而另一部分则会进入玻璃或水。当光与界面并不垂直时，传播方向还会发生偏折，这种现象叫做光的折射。

光的折射也是有规可依的。在初中物理中，有光的折射规律。

光的折射规律的内容是：折射光线与入射光线、法线在同一个平面内；折射光线和入射光线分居在法线的两侧；光从空斜射入玻璃中或其他介质中时，折射角小于入射角；反之，光从玻璃或其他介质斜射入空气中时，折射角大小入射角；当光线垂直射向介质表面时，传播方向不改变。

光从一种介质斜射入另一种介质，传播方向一般会发生改变，这看似走了弯路，实则省了时间（因为光是“聪明”的，总是选择用时最短的路线）。

“光”犹如此，人生亦是。当现实与梦想分隔两端，前进的脚步也需要根据实际调整方向，这看似偏离了目标，实则在迂回通向终点。

根据光的反射定律，在入射角已知时，我们可以准确地画出反射角，确定反射光线的路径；但是在光发生折射时，入射角已知时，我们现在只能大致知道折射光线的方向，并不能准确地确定折射角的大小。要想准确地画出折射光线的方向，还需要到了高中才会学习的光的折射定律。

最后，再说一下“光路可逆”。就像你沿着某条路从家到了学校，也可以再沿着这条路从学校返到家里，如果入射光线沿着原来反射（或折射）光线的路径射入，反射（或折射）光线也会沿着入射光线的路径射出，这就是光路的可逆性。这不仅适用于反射、折射，也同样适用于光的直线传播。