睁眼

    在生活中,我们发现了许许多多光的不同的现象,通过许许多多的现象,我们也了解到了背后的原理,但是更重要的是我们通过一种种科学探究的方式,在大脑中建构了一个又一个的思想建模,通过这样的方式探究出了一个个现象背后的东西。今天我们就来以这种方式来探究光的折射背后到底是什么。

    在生活中,我们可以发现这样一个现象:一个装着一个硬币的空碗,往里面加入水,随着水逐渐增多,硬币逐渐可以看见。但是奇怪的是:在碗中的硬币随着水的增多,位置并没有发生变化,而观看这个现象的人的位置也没有发生变化,但是人的眼睛却看不见空碗中的硬币,却能看见加水后碗中的硬币。这是为什么呢?通过大脑中的思想建模,我们很容易就能够推理得知:在空碗中光没有进入眼睛,光沿直线传播,而硬币所发出的光被碗壁挡住了,所以我们无法看见硬币。但是当水加入碗中时,光进入了眼睛,这是因为光本身是沿直线传播的,但是当光经过了两个介质,也就是这个现象中的水和空气时,在两者的交界处发生了偏折,于是我们就可以看见碗中的硬币。

      这个现象所呈现的就是光的折射。有的同学就要问了:为什么这不是光的反射呢?首先我们要搞清楚反射与折射之间的区别,以及二者的定义。反射是光本来要射出去,但是返回来了,二者是在同一侧的。但是折射是从介质A到介质B的过程之中,没有按照原来的路线进行下去,而是发生了一个偏折。

左图为反射,右图为折射


      那么光从空气进入水中时,是否一定会发生偏转呢?在我的猜想中,我认为是一定会发生偏折的,毕竟刚才的内容上已经说了:光在经过两种介质的时候,在二者的交界处,会产生偏折。空气是一个介质,水是另一个介质,光从两个介质通过的时候,在交接处是一定会发生偏折的。但是在推理这个猜想的时候,我们发现我遗忘了一条非常重要的线索,那就是入射光线垂直于水面,二者的交界处并没有产生偏差,是的,这就是法线。


那么这还算不算是折射现象呢?这就不算了,因为折射是必须要发生一个偏折,才能叫做折射,没有发生偏折,仍然按照直线传播,就不能称之为折射。所以我们需要给光的折射再进行一个更精准的定义。

结论:光的折射:光从一种介质斜着射入另一种介质时,传播方向发生改变,光线发生偏折。

      我们既然明确了光的折射的定义,那么我们能看到本来看不到的硬币,跟什么因素有关呢?通过光的反射现象的探究,我们可以进行一个初步的猜测:可能是跟入射光线和法线之间的角度,与折射光线和法线之间的角度有关。那么二者究竟有什么关系呢?在我的猜想中,我认为首先二者是不相等的,是一个大于和小于的关系,这个与介质的量和介质的材质有关系,而且与介质的本身也是有关系的。那么,我们如何精确的用定量描述呢?很明显,我们需要用具体的数据来进行测验。我们使用了两个不同的介质进行试验,一个是小玻璃砖,而另一个就是空气,当光从空气射入玻璃砖的时候,我们可以很明显的发现二者产生了偏折,

实验结果


而偏折的结果是入射角大于折射角。

      通过这个实验,我们可以发现:一、当空气射入玻璃时,入射角大于折射角。二、当入射角增大,折射角随之增大。三、不同材质有不同的射率,而这就是光的折射的规律。那么在生活中,我们还能不能找到光的折射这样的例子呢?其实生活中有很多这样的例子,比如为什么泳池注满水之后,水池看起来变浅了呢?这就是因为在本来没有水的时候,光是沿直线传播的,人眼就能看见池底的真正的深度,而当加入水之后,光在水和空气的交界处发生了偏折,使我们误以为池底在比原来更浅的地方,所以其实我们看见的就是一个虚像。


这其实是和捕鱼是一样的,当我们在一个比较清澈的湖里面看见了一条鱼的时候,我们用鱼叉去叉,但是发现并没有叉到,可是我们明明已经照的很准的呀,这是因为什么呢?这也是因为光的折射使鱼的位置发生了偏折,所以我们应该把鱼叉插在比鱼的位置更靠下,就大概能叉到鱼了。

    通过生活中一个又一个的例子,我们其实可以发现这些在生活中看似百思不得其解的东西,在了解了一个个很小的科学知识之后,竟然能很轻易的解答和探究出来,这难道不是一个相当神奇的事情吗?说白了,其实都是我们的好奇心的观察和探索,如果在日常生活中,我们这一切都抱有着相当的好奇心和探索力,那么一切的科学难题在我们看来就不在话下了。但是在生活中,有相当部分的人失去了这种好奇心和探索力。甚至大多数人都认为,这世界上的很多事情都是理所当然的,没有什么值得观察和探索的。可是事实真的是这样吗?一个个看似普通的现象,在背后是多么神奇的原理,又或者是我们的大脑日复一日,年复一年建构出来的模型。科学不仅仅可以是宇宙中有多少颗行星,以及人体有多少个细胞,还可以是为什么风扇是由一个涡轮旋转的?为什么人的眼睛可以接收到光?这一个个很日常、很细小的问题。所以科学其实就是一个我们大脑中不停地思考、探索以及我们的好奇心,但是有时候,大脑中的思考还不够,我们需要用双手去实践,验证我们的猜想,从而建构出一个更加稳定,更加根深蒂固的模型。

      这是因为科学的日常和奇妙,才会有那么多人去爱上探索科学,探索生活中的一切,但是也正是因为科学太日常,“太不起眼”,在那些已经麻木、已经没有好奇和探索力的人,心里已经是一个平平无奇,甚至不足以去关心和探索的东西了。所以不要把生活中的现象看作是一个个普通且平平无奇的事情,或许他们都非常值得我们去探索和学习,所以不要将好奇心泯没在自己的无知与麻木之中,睁开双眼瞧瞧这个神奇的、灿烂的世界。

      光的折射正是生活中一个很普遍的现象,但正是这样一个“普通”的现象就需要我们经过重重的推理和思想建模才能得出一个暂时的结论。可见科学也是一个非常普遍,但是也很严谨的工作啊。科学在我们的生活中,无处不在,给我们带来了许多的便利与神奇的原理和探索。但是同时人类的麻木与无知却逐渐把科学的探索精神掩盖住了,所以,醒醒吧人类,睁开眼看看这世界是多么的神奇、璀璨,让我们的贫瘠又荒凉的大脑装进一些新奇、新颖的东西,让他重新变得活跃起来,让我们的心活泼不要再麻木。

      所以,人类,睁开双眼吧,不要再局限于自己脑中的一片小天地,不要再把自己困在那样一个贫瘠的土地上,睁开双眼,瞧一瞧这美丽的世界,使他变得更加美好和灿烂吧。

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