我们在很小的时候,做过一个关于光的实验——小孔成像。通过这个实验我们得出的结论是 光是沿直线传播的,更严格地说,光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。光在照到不透明物体时被挡住,从而在物体的背面形成了影子。
但是光除了沿直线传播这个特性,还有其它很多有趣的特性,我们一起来总结一下。
光的反射和折射
光从一种介质照到另一种介质时,会在分界面的地方发生反射。最常见的例子就是我们的镜子,一般常用的镜子在平面镜。其它的还会有凹面镜和凸面镜。镜其实就是凹面镜和凸面镜。凸面镜会把像缩小,凹面镜会把像放大,依次造成失真的效果。
图1. 镜中人像的扭曲
光的折射是从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生改变的现象。我们在学习折射的时候学过这样一个经典的例子。为什么叉鱼的时候要叉在鱼的下方才能把鱼叉住。原因就是因为折射使我们看到的水中鱼的位置要比实际的浅一些。
光的干涉和衍射
光的干涉和衍射主要是由于光的波动特性造成的。两列或几列光波在空间相遇时相互叠加,有些区域光强增强,有些区域减弱而形成的光的强弱分布就是光的干涉。光的干涉的一个典型例子就是肥皂泡的彩色的形成。原因就是在泡泡膜外层反射的光和内层反射的光发生干涉的缘故。
衍射是光在遇到障碍物时偏离直线传播的现象。比如在星星周围会有明亮的圆环,这就是因为望远镜镜孔形成单孔衍射的结果。
图2. 红色激光束在通过小孔时形成的衍射图案
光的偏振
光是一种横波,因此会具有不同的偏振态。最典型的一个例子就是3D电影。3D电影在拍摄时用两个镜头从左右不同的方向同时拍下景物,在放映时在每架电影机前装一块偏振片,并且偏振方向互相垂直,用偏振眼镜观看电影时左右眼分别看到左右两边的画面,从而给人以立体效果。
图3. 电影院的人们在观看3D电影
关于光的特性还有很多,比如色散、散射、吸收、量子性等等,在此就不再赘述了。光学的发展历史在某种程度上见证了人类科技的发展历史。联合国教科文组织将每年的5月16日设为“国际光日”,用来纪念1960年5月16日在美国休斯研究实验室的物理学家梅曼制造的第一台激光器。
明天就是“国际光日”了,让我们了解一些光学的基础知识,一起在明天来感受一下各大研究机构在这一天为我们准备的“光学盛宴”。
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