用光线做的游戏

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可见光是电磁波的一种，其亮度和颜色能够被人眼所感知，其波长范围为380~780纳米。作为一种电磁波，可见光同样具有粒子性与波动性，即波粒二象性。我们知道，当一束光投射到物体上时，会发生反射、折射、干涉以及衍射等现象，如何让这些熟知的知识不仅仅停留在课堂中，一些简单的实验就能帮上大忙。

实验1 光线转弯

材料与工具

玻璃杯、赤砂糖、清水、激光笔。

实验步骤

（1）在玻璃杯中倒入大半杯水，加入3大汤匙的赤砂糖，静置24小时以上，不要搅拌，让赤砂糖自行慢慢溶解。

（2）24小时以后，赤砂糖基本已经溶解，可以发现溶液自底部向上颜色逐渐变淡。

（3）打开激光笔，让一束激光平行通过溶液，可以看到激光光束是直线向前的，跟在普通清水里的效果一样。

（4）有趣的现象出现了！让激光光束从溶液上端斜向下通过溶液，可以明显地看到，光线弯曲着向下传播！

智慧花

因为没有搅拌，我们可以分析出赤砂糖溶液的“样子”——处于杯底的溶液浓度最大，越往上浓度越低，而且浓度变化是连续的。而赤砂糖溶液浓度越高，密度也就越大，因此溶液的密度也是由下而上逐渐变小，形成了一个“密度梯度”。

光的折射现象告诉我们，光线在通过两种不同密度介质的交界面时，例如在通过玻璃与空气的交界面时，其角度会发生一定的偏转，即折射，其折射角度与介质的密度相关。由于赤砂糖溶液存在“密度梯度”，激光光线在经过不同密度的糖水时，连续发生折射，且折射角越来越大，于是看上去光线就慢慢变弯曲了！

实验2 消失的硬币

材料与工具

一枚一角硬币、玻璃杯、清水。

实验步骤

（1）将硬币放在桌面上，然后给玻璃杯里装半杯水，将玻璃杯放到硬币之上。

（2）然后从水杯的侧面观察硬币，会发现硬币竟然不见了，看不到硬币的一点踪影。

（3）接着，在硬币上滴上一些水，使得玻璃杯底部和硬币之间能够沾上一层水。这时，再从水杯侧面观察，会发现透过玻璃杯的侧壁，硬币又出现了。

智慧花

本实验利用了光的全反射原理，当光从玻璃杯底透过玻璃进入水中的时候发生了折射，因为是从光疏媒质进入光密媒质，所以折射光线全都向法线方向靠拢。这使得大部分光线以很大的入射角射向杯子的侧壁，因而发生了全反射。硬币发出的光线又折回水中，从杯出，因此观察者从杯子的侧面看不到硬币，如果是从杯口往下看，则还是可以看到硬币的。

当玻璃杯底和硬币之间沾上一层水以后，从硬币反射出的光线经过玻璃杯底部的水穿过杯底再进入杯子里的水中。这种情况下，杯底可以看成是一块平板玻璃，它的上下都是水，光线通过它的时候方向并不变。这样，硬币反射出的光线到达杯子的侧壁时，一部分光线的入射角并不很大，当然不满足全反射条件，这些光线从侧壁上透射出来，观察者就可以看到杯底下的硬币了。

小贴士

在做本实验时，必须选用杯口比杯底大的玻璃杯，不能选用上下一样大的玻璃杯。这是因为，由于光的折射，当光线从玻璃杯的底部射出时，在空气这边的出射角会大于在水面下的入射角，因此光线的偏角会比较大，如果玻璃杯口不够大，可能看不见这些出射的光线。

在给玻璃杯底部擦上水以后，如果硬币只有一部分沾上水，而另一部分没有沾上水，那么在实验时就只能看到沾上水的部分了。

实验3 纸上彩虹

材料与工具

玻璃烧杯、白纸、清水。

实验步骤

（1）取一只500毫升的透明玻璃烧杯，洗净后倒入1/3体积的清水。

（2）将烧杯置于阳光下，手提烧杯，杯下垫一张白纸。

（3）当太阳光经烧杯中的水后投射到白纸上，就可清晰地显现圆弧形的彩色条纹，并呈有规则地排列。圆弧的最外层为红色，最内层为紫色，且圆弧的大小随烧杯与白纸间距离大小而变化。

智慧花

光的色散是将复色光分解为单色光的过程。彩虹是自然界中最吸引人的光色散现象，太阳光本身是一种由各种波长的光集合而成的复色光，经过雨后空气中的水滴色散，就出现了七色的彩虹。本实验烧杯中的水就起到了同样的作用，太阳光穿过烧杯，不同波长的光在水中的折射率不同，于是彼此分离，显现出彩虹的效果，这和三棱镜的现象如出一辙。