光影游戲

光線

宇宙中沒有任何東西比光的速度快，光以30萬千米/秒的驚人速度傳播！但是，光是怎么從光源（不論是太陽還是電燈）到達它照射的物體上呢？光能照亮物體的每個面嗎？影子到底是什么？影子是怎么形成的？影子能改變形狀嗎？

要回答這些問題，我們必須了解有關光的一些真相，比如光從哪里來，什么東西會阻擋它的傳播，以及它可以穿透哪些事物。

光如何傳播？

沿直線傳播

你需要準備：

● 2張正方形紙板

● 1個手電筒

● 2張長方形紙板

● 幾本書

游戲步驟：

1.首先，分別在兩張正方形紙板的中心鉆一個孔。如圖中所示，通過折疊長方形紙板和在長方形紙板上剪切口來支撐正方形紙板。

2.把正方形紙板豎立起來，并使兩個小孔對齊。把手電筒放在書上，使手電光對準第一塊正方形紙板上的小孔。你可以蹲下或坐下，以使你的視線與第二塊紙板的小孔平齊。

發生了什么呢？

你可以看到光線穿過了兩個小孔。

3.移動一塊紙板，使兩塊紙板不再對齊。

發生了什么呢？

你看不到光線了。

原因解答：

光沿直線傳播。如果光找不到傳播路徑的終點，就無法穿過那個小孔。

照在地球上的光

你需要準備：

● 1個地球儀

● 1盞可以移動的燈

● 1間黑暗的房間

游戲步驟：

1.把光直接對準地球儀。

2.把地球儀向下移，從上到下，然后從一面到另一面，始終使它處于光的照射中。

發生了什么呢？

只有朝向光源的那一部分地球儀被照亮了，而且不管你怎么拿，這一部分的反面總是處于黑暗中。

原因解答：

光線沿直線傳播，它們不能繞過一個物體并彎曲，照亮我們看不到的那一面。這就是為什么太陽只能照亮地球朝向它的那一半，而背向太陽的另一半則是黑暗的。

影子是怎樣形成的？

擋住光線

你需要準備：

● 1個手電筒

● 1盞臺燈

● 1張黑色的卡片

● 1把剪刀

● 1卷膠帶

● 1個小棍子

● 1間黑暗的房間

游戲步驟：

1.把黑色的卡片剪成你喜歡的任意形狀，然后用膠帶把它粘在小棍子上。

2.把卡片舉著放在手電光和墻壁之間。

3.首先，把卡片靠近手電光，然后使它向墻壁靠近。

發生了什么呢？

卡片離手電筒越近，墻上的影子越大卡片離手電筒越遠，墻上的影子越小。

原因解答：

當一個物體阻擋了光線直線傳播的路徑，就會在那個物體的后面形成一個影子。物體離光源越近，它阻擋的光線就越多，因此它的影子也就越大。相反，如果物體離光源越遠，它阻擋的光線就越少，那么它的影子也就越小。

4.打開臺燈，使光線照在卡片上。

發生了什么

與開始相比，影子的輪廓變得更加模糊。

原因解答：

當光源比物體大的時候，形成的影子中間黑、四周淡，因為只有部分光線能夠到達四周。影子里最黑的部分叫做本影，而較淡的部分則叫做半影。

花園日晷

你需要準備：

● 1個直徑約為20厘米的圓形紙板

● 1根長為10～15厘米的小棍

● 1把剪刀

● 1支鉛筆

● 1只手表

● 1條整天都有太陽照射的小路

游戲步驟：

1.在紙板的中心鉆一個小孔，把小棍的1/3穿進小孔。把小棍插在土里，使紙板固定在地面。

2.隨著時間的變化，每隔一段時間都用鉛

筆在紙板上標記出陽光在紙板上投下的影子，并在每條線旁標明時間。

3.每隔1小時做一個標記，記得寫下每個影子的時間。

發生了什么呢？

每隔1小時小棍子投下的影子的位置都不相同；鉛筆所畫的線從小棍子向紙板的四周發散。

原因解答：

小棍子的影子的位置看起來隨著太陽的位置的變化而變化。但是事實上，是因為地球在勻速轉動——要么是朝向太陽，要么是遠離太陽。

在這個實驗中，你制作了一個日晷。日晷曾經被當作測量時間的工具。現在，在一些老房子的墻上或者古老的廣場和花園的地上，我們仍然可以看到日晷。

一切物體都有影子嗎？

穿過或不穿過

你需要準備：

● 1個手電筒

● 1本書

● 1個不透明杯子

● 裝有一點點水的玻璃杯

● 1片薄玻璃片

● 1張薄紙

● 1張手帕

● 1張面巾紙

● 1間黑暗的房間

游戲步驟：

1.把所有物品都排放在墻壁前。

2.用手電按順序照射這些物體。

發生了什么呢？

在杯子和書的后面形成了影子，而在玻璃杯和薄玻璃片的后面，墻壁被照亮了。在面巾紙和手帕的后面，則形成了一個模糊的光暈。

原因解答：

杯子和書是不透明物（看不透），所以阻擋了光的傳播。薄玻璃片和水都是透明物（能夠看透）。像薄紙和手帕這一類的東西都是半透明物（可以讓一些光線通過），所以它們只是阻擋一部分光線，而沒有被阻擋的光線則向外發散，微微地照亮墻壁。

物體的透光性

你需要準備：

● 1張白紙

● 幾滴油

● 1個吸管

● 1個手電筒

● 1間黑暗的房間

游戲步驟：

1.用吸管在紙上滴幾滴油。

2.把紙放在手電筒和墻壁之間。

3.打開手電筒，照射紙上有油的區域。

發生了什么呢？

當你把手電照射在有油的區域時，光線穿透這個區域，并照射在墻上，該區域比其他部分更明亮。

原因解答：

紙阻擋了大部分的手電光。油穿透了紙的纖維，造成了一些透明的（可看透的）小縫隙，讓光線能夠通過。但是如果用水，情況就不一樣了，因為水很難穿透多數紙的纖維。

反射

為什么人在黑暗中什么都看不到？陽光為什么能照亮我們周圍的每一件事物？人的眼睛利用了光線反射的原理，我們能夠看到所有光照亮的物體，是因為我們的眼睛利用了被物體反射回來的光線。如果我們的眼睛能夠充分接收這些被反射光線的話，就能產生與真實物體完全一樣的圖像。

為什么光線能使我們看見物體？

閃亮的白紙

你需要準備：

● 1張白紙

● 1張黑色的紙

● 1個手電筒

● 1面鏡子

● 1間黑暗的房間

游戲步驟：

1.在黑暗的房間中，打開手電筒，站在鏡子前。

2.把手電筒舉到你的臉部側面，使手電光

線照射在你的鼻子上。

3.用另一只手舉起黑紙在臉的另一側，然后再舉起白紙。在這個過程中要一直看著鏡子。

發生了什么呢？

如果只用手電筒，手電光只能照亮你的鼻子。而加上黑紙的話，你的臉部反射幾乎完全模糊。如果用白紙的話，那么幾乎你的整個臉部都被照亮了。

原因解答：

只用手電筒的時候，光線只從它所碰到的物體——你的鼻子反射回來。而有了紙的幫助，反射的效果則取決于紙的顏色：黑色的紙幾乎不反射照在自己上面的光線，而白色的紙則反射大量的光線。因此，照在白紙上的光線被反射回到臉部，把幾乎整個臉都照亮了。

從黑暗到光明

你需要準備：

● 1間裝滿各種東西的房間（比如儲物間）

游戲步驟：

1.進入這間黑暗的房間，向房間四周看看。

2.把門打開一點點，稍稍放進來一點燈光，然后向四周看看。接著，慢慢地把門縫開大，直至門完全打開，再看看房間四處。

發生了什么呢？

當房門關閉時，你的眼睛看不到房間中的物體。把房門打開一條縫，借助一小束光，你開始能夠分辨房間里的物體。漸漸地，隨著越來越多的光線進入房間，你最終可以看清房間內所有的東西了。

原因解答：

物體只有通過光的反射才能夠被看見。也就是說，我們只有通過反射到我們眼中的光線才能夠看見物體。明亮的物體反射大量的光線，而暗色的物體吸收大量的光線，只反射很少的光線。所以我們需要很多光線才能看清楚暗色的物體。

鏡子是怎么工作的？

真實的反射

你需要準備：

● 1張硬的黑色紙板

● 1面正方形或長方形的鏡子

● 1把剪刀

● 1個手電筒

● 1間黑暗的房間

游戲步驟：

1.如圖所示把紙板折起來，然后在其中的一面上剪3條縫。

2.在黑暗的房間內，打開手電筒，把它放在3條縫的后面。

3.如圖所示，把鏡子放在紙板的另一端。

發生了什么呢？

當光線照射在鏡子上時，每一道光線都以特定的角度反射回紙板。

原因解答：

鏡子以跟光照射鏡子的相同方式和相同角度（入射角）把光反射回去了。如果光線垂直照射在反射面的話，就會沿著原來的路徑反射回去。如果光照射在一個光滑的面，那么它將以平行的方式反射——也就是說，所有的反射光線都沿相同的方向反射。如果反射面十分粗糙，那么光線的反射就會互相交錯。

鏡子對鏡子

你需要準備：

● 2面平面鏡

游戲步驟：

1.看著鏡子，揮動手臂。

發生了什么呢？

你在鏡子中的映像完全相反：如果你揮動的是右手的話，那么鏡子里的映像看起來是在揮動左手。

2.把兩塊鏡子按一定角度放在一起，然后站在兩塊鏡子中間。

3.揮動手臂。

發生了什么呢？

現在你在鏡子中的映像就對了：你揮動右手，那么鏡子中的映像也是揮動右手。

原因解答：

當從你身體發出的反射光線碰到你面前的鏡子后，會直接反射回來，造成了一個相反的圖像。但是，當你面對兩面鏡子時，每一面鏡子都反射來自另一面鏡子的相反的反射，因此最后的反射圖像變正了！

做一個潛望鏡

你需要準備：

● 1張32厘米×50厘米的硬紙板

● 1把剪刀

● 1卷膠帶

● 2面小手袋鏡，6厘米×10厘米

● 1把尺子

● 1支鉛筆

● 2張邊長為6厘米的正方形紙板

游戲步驟：

1.用尺子把長方形紙板分成四個相等的長方形，寬均為8厘米。然后再如圖所示，畫兩個邊長為6厘米的正方形。最后，把這些圖形都剪下來。

2.把邊長為6厘米的正方形沿對角線剪成兩個直角三角形。

3.如圖所示，把三角形放在最上面的紙板上，用鉛筆沿三角形的對角線劃一條線，并沿這條線剪一個切口，然后在其他幾張紙板上重復這些步驟。最后，把紙板折疊成形，并把幾條邊用膠帶粘起來。

4.把兩面鏡子穿過兩個切口。

5.站到一個障礙物（比如一堵墻，或者一個窗臺）后面，讓潛望鏡高于障礙物，然后從潛望鏡下方的正方形開口往里看。

發生了什么呢？

在潛望鏡里面的鏡子里，你可以看到障礙物后面所有物體的反射圖像。

原因解答：

從障礙物后面的人或者是物體上反射回來的光線反彈到潛望鏡頂端的鏡子上。由于這面鏡子放置的角度關系，使得光線被反射到底端的鏡子上。你可以利用你的潛望鏡來觀看那些看不到的東西——就像潛水艇中的船員一樣，他們不用浮上海面就可以觀測到海面的情況！

光線可以彎曲嗎？

光線“反彈”

你需要準備：

● 1個四面平滑的透明容器

● 清水

● 少量牛奶

● 1個手電筒

● 1張黑色紙板

● 1把剪刀

● 1卷膠帶

● 1本書

● 1間黑暗的房間

游戲步驟：

1.將容器裝滿水，然后加上幾滴牛奶（牛奶使光線更容易看清）。

2.在黑色紙板的中心鉆一個小孔，然后用膠帶把紙板粘在手電筒的鏡片上。

3.在黑暗的房間里，打開電筒，并如圖中所示，使燈光落在水面上（你可能會發現，如果把容器放在一本書上會有些幫助）。

發生了什么呢？

當光照射在水面時，會發生彎曲并從容器的另一面射出，這樣光線便形成了一個角度。

原因解答：

光線沿直線射入容器。水面充當了鏡子的作用，反射了光線。反射改變了光線進入容器的直線路徑。而光線為了保持沿直線傳播，改變了方向。

發光的“噴水機”

你需要準備：

● 1個透明的軟塑料

● 1根透明的薄塑料

● 1個碗

● 一些黏土

● 1卷膠帶

● 1塊厚的暗色布料

● 1間黑暗的房間

● 清水

● 1把剪刀

游戲步驟：

1.將塑料瓶裝滿清水。

2.請一位成年人用剪刀在塑料瓶的瓶蓋上鉆一個小孔，然后把塑料管穿進去，最后用黏土把塑料管固定住。

3.用膠帶把手電筒粘在塑料瓶的瓶底，打開電筒，然后用厚布把它們整個都裹起來，只把塑料管露在外面。

4.在黑暗的房間里，小心地放置塑料瓶，使瓶子里的水順暢地流入碗里。

發生了什么

一股發光的水從塑料瓶里噴了出來。

原因解答：

光線順著水穿過了彎曲的塑料管。在塑料管里，光線無法彎曲，但是不斷被管壁反射。由于被困在塑料管中，所以光線以之字形的路線向前前進。這種現象叫做“全內反射”。