生活中的“光现象”答疑

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1.为什么小孔能成像，大孔不能成像？

答：学生在学习了“光在同一种均匀介质中沿直线传播”内容后，很容易解释小孔成像的过程，但学生在生活实践中却发现，如果孔越来越大，光屏上所成的像就会越来越模糊直至消失，在光屏上只留下与孔形状相似的亮斑，这是怎么回事呢？

我们先来分析小孔成像的过程.成像物体可以看成是由无数个物点组成，每一个物点都可以看作是一个发光点.每个发光点发出的光向四面八方传播.如图1所示，物体AB上的A点发出的光传播到遮挡物M处，绝大部分被遮挡不能到达光屏N，只有小孔O处的一束细光穿过小孔到达光屏上，形成光斑A′.同样道理，物体上的B点在光屏上形成光斑B′，光斑A′和B′的相对位置与物体上A点和B点的相对位置刚好相反.物体AB上的每一个物点发出的光都通过小孔在光屏上形成光斑，所有光斑就组合成物体的像.由于这个像是由实际光线会聚而成，所以物体通过小孔所成的像是倒立的实像.

可是我们要知道，发光点A通过小孔在光屏形成的光斑不是一个不占面积的光点，而是占很小面积的小光斑.当孔很小时，物体上的每个发光点在光屏上形成的光斑都很小，物体上即使相距很近的两个发光点（A点和C点）在光屏上形成的两个光斑（A′和C′）也能分开，如图2所示.但当孔变大时，图2中形成的两个光斑（A′和C′）都会变大，就会出现重叠现象.一旦重叠部分过多时，我们就很难分清这两个光斑了.以此类推，光屏上每一个变大了的光斑互相重叠，像就会变得模糊.孔越大，像就越模糊直至像消失，光屏上就留下与孔的形状相似的亮斑.

当然，孔的大小是相对于物的大小来说的，如果物体相当大，那么就算孔稍大些，也是可以成像的.只是孔相对物体越小，所成的像的分辨率越高.

2.无影灯下为何看不到影子？

答：由于光的直线传播，当光照射到不透明的物体上时，会在物体的后面形成影子.手术无影灯用来照明手术部位，由于施手术者的头、手和医疗器械均可能对手术部位造成干扰阴影，因而手术无影灯就应设计得能尽量消除阴影.

当发光的物体不能看作一个点，那么，它的影子就会出现一些层次，如图3所示.影子中间部分光线完全无法到达的区域，叫做本影.而在其边缘部分有部分光线到达的区域，叫做半影.在电灯光下我们可以看到物体的影子中部特别黑暗的本影，也能够看到边缘部分较浅的半影.

如果一个物体处于半影区里，它并不是因为光线无法到达完全看不见，而是光线稍弱一些而已.对比图3和图4，可知发光体面积越大，本影将越小，半影将越大.在半影区，只是光的强度稍弱一些，但只要光源亮度足够，并不影响我们对物体的观察.

正因为如此，医院手术室内的顶灯是由发光强度很大的几个灯在灯盘上排列成圆形，合成一个大面积的光源.这样，就能从不同的角度把光线照射到手术台上，既保证手术视野有足够的亮度，同时又不产生明显的本影而影响手术.

3.为什么毛玻璃能透光，但我们看不清毛玻璃背后的物体？

答：毛玻璃的一个表面是光滑的，另一个表面却是粗糙的，这是人为打磨而成的.当平行光照射到毛玻璃粗糙的表面时，一部分光折射光进入毛玻璃，折射进入玻璃的光线会因为折射面的粗糙而变得杂乱无章，这些光再通过毛玻璃的另一个面时，又会产生折射，最后从玻璃出来的光线也是杂乱无章的，如图5，杂乱无章的光线是无法成清晰的像.因此我们只能看到毛玻璃透过来的光线，而看不清物体.

4.夜晚仰望星空，会看到繁星在夜空不停地眨眼睛，为什么会出现这种现象呢？

答：我们看到的星光，绝大部分是恒星发出的，恒星发出的光穿过宇宙的真空区域后，还要穿过地球的大气层，才能进入我们的眼睛.星光穿过大气层时要发生反射和折射，进入我们眼睛的星光，是经大气层折射后的那部分光线.经大气层反射的星光，是不会进入我们的眼睛的.

地球周围的大气层不仅很厚而且疏密程度不均匀，离地面越近的空气越密，即使在同一高度，不同区域的空气的疏密程度也不均匀.当星光穿过疏密程度不均匀的大气层时会发生折射现象.另一方面，空气总是在流动的，当空气流动时，在观察者观察的范围内，空气的疏密程度会时刻发生变化，因此星光穿过大气层的折射路径也会发生相应的变化：折射光线会不停地摆动，时而射进我们的眼睛，时而又射到眼睛以外的地方.这样，我们一会儿能看到某颗星星，一会儿又看不见这颗星星了，就出现星星忽隐忽现的情景了.