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光的直線傳播
光的物理學(xué)性質(zhì)
光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，通常簡(jiǎn)稱光的直線傳播。它是幾何光學(xué)的重要基礎(chǔ)，利用它可以簡(jiǎn)明地解決成像問(wèn)題。人眼就是根據(jù)光的直線傳播來(lái)確定物體或像的位置的，這是物理光學(xué)里的一部分。
基本信息
| 中文名 | 光的直線傳播 |
| 外文名 | rectilinear propagation |
| 釋義 | 光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播 |
| 電子產(chǎn)品類別 | 自然光源 人造光源 |
| 影響 | 是幾何光學(xué)的重要基礎(chǔ) |
| 光源 | 自身能夠發(fā)光的物體 |
| 發(fā)光模式 | 點(diǎn)光源、線光源、面光源 |
收起
原理
月亮不是光源。月亮依靠太陽(yáng)的光反射而發(fā)光?；鹦且膊皇枪庠?。
通過(guò)對(duì)光的長(zhǎng)期觀察，人們發(fā)現(xiàn)了沿著密林樹(shù)葉間隙射到地面的光線形成射線狀的光束，從小窗中進(jìn)入屋里的日光也是這樣。大量的觀察事實(shí)，使人們認(rèn)識(shí)到光是沿直線傳播的。為了證明光的這一性質(zhì)，大約二千四五百年前我國(guó)杰出的科學(xué)家墨翟和他的學(xué)生完成了世界上第一個(gè)小孔成倒像的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)并解釋了小孔成倒像的原理。雖然他講的并不是成像而是成影，但是道理是一樣的。
種類
點(diǎn)光源
點(diǎn)光源是理想化為質(zhì)點(diǎn)的向四面八方發(fā)出光線的光源，點(diǎn)光源是抽象化了的物理概念，為了把物理問(wèn)題的研究簡(jiǎn)單化。就像平時(shí)說(shuō)的光滑平面，質(zhì)點(diǎn)，無(wú)線光源空氣阻力一樣，點(diǎn)光源在現(xiàn)實(shí)中也是不存在的，指的是從一個(gè)點(diǎn)向周圍空間均勻發(fā)光的光源。
線光源
面光源
面光源是指發(fā)光的模式，相對(duì)led點(diǎn)光源及普通燈具光源而言，現(xiàn)有面光源如平板光源，led面光源具有出光柔和、不傷眼、省電、光線自然等特點(diǎn)，是將來(lái)光源產(chǎn)品發(fā)展的重要方向。
性質(zhì)
歷史沿革
小孔成像
實(shí)驗(yàn)方法
為了證實(shí)這個(gè)結(jié)論，趙友欽設(shè)計(jì)了一個(gè)比較完備的實(shí)驗(yàn)。在樓下的兩間房子的地板中各挖兩個(gè)直徑四尺多的圓井，右邊的井 深四尺，左邊的深八尺，在左井里放置一張四尺高的桌子，這樣兩井的深度就相同。作兩塊直徑四尺的圓板，板上各密插一千多枝蠟燭，點(diǎn)燃后，一塊放在右井井底，一塊放在左井桌上。在井口各蓋直徑五尺、中心開(kāi)小方孔的圓板，左板的方孔寬一寸左右，右板的方孔寬半寸左右。這時(shí)可以看到樓板上出現(xiàn)的都是圓像，只是孔大的比較亮，孔小的比較暗。趙友欽用光的直線傳播的道理，說(shuō)明了東邊的燭成像于西，西邊的成像于東，南邊的成像于北，北邊的成像于南，每根燭都有對(duì)應(yīng)的像，由于一千多枝燭是密集成圓的，所成的像也相互連接成為圓像。這樣就說(shuō)明了在光源、小孔、像屏距離不變的情況下，所成的像形狀不變，只有照度上的差別：孔大的“所容之光較多”，因而比較亮；孔小的“所容之光較少”，因而比較暗。如果把右井里東邊的蠟燭熄滅五百枝，那右邊房間樓板上的像西邊缺半，相當(dāng)于日月食的時(shí)候影和日、月食分相等一樣。如果在左邊中蠟燭巰密相間，只燃點(diǎn)二三十枝，那像雖是圓形分布，但是各是一些不相聯(lián)接的暗淡方像；如果只燃一燭，方孔對(duì)于燭光源來(lái)說(shuō)不是相當(dāng)?shù)匦?，因而出現(xiàn)的是方孔的像；把所有的燭重新點(diǎn)著，左邊的像就恢復(fù)圓形。其次，在樓板上平行于地面吊兩塊大板作為像屏，這時(shí)像屏距孔近，看到的像變小而明亮。接著去掉上面所說(shuō)的吊著的兩塊板，仍以樓板作為像屏，撤去左井里的桌子，把蠟燭放到井底，這時(shí)左井的光源離方孔遠(yuǎn)，左邊的樓板上出現(xiàn)的像變小，而且由于燭光弱，距離增加后亮度也變?nèi)?。從這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，趙友欽歸納得出了小孔成像的規(guī)律，指出了燭（光源）的遠(yuǎn)近、強(qiáng)弱和小孔、像屏的遠(yuǎn)近之間的關(guān)系，指出像屏近孔的時(shí)候像小，遠(yuǎn)孔的時(shí)候像大；燭距孔遠(yuǎn)的時(shí)候像小，近孔的時(shí)候像大；像小就亮，像大就暗；燭雖近孔，但是光弱，像也就暗；燭雖遠(yuǎn)孔，但是光強(qiáng)，像也就亮。實(shí)驗(yàn)的最后一步是撤去覆蓋井面的兩塊板，另在樓板下各懸直徑一尺多的圓板，右板開(kāi)廣四寸的方孔，左板開(kāi)各邊長(zhǎng)五寸的三角形孔，調(diào)節(jié)板的高底，就是改變光源、孔、像屏之間的距離。這時(shí)仰視樓板上的像，左邊是三角形，右邊是方形。這說(shuō)明孔大的時(shí)候所成的像和孔的形狀相同：孔距屏近，像小而明亮；孔距屏遠(yuǎn)，像大而暗淡。
從以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，趙友欽得出了小孔的像和光源的形狀相同、大孔的像和孔的形狀相同的結(jié)論，并指出這個(gè)結(jié)論是“斷乎無(wú)可疑者”。用這樣嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)，來(lái)證明光的直線傳播，闡明小孔成像的原理，這在當(dāng)時(shí)世界上是絕無(wú)僅有的。
解釋現(xiàn)象
物影關(guān)系
墨家還利用光的直線傳播這一特性，解釋了物和影的關(guān)系。飛翔著的鳥(niǎo)兒，它的影子也仿佛在飛動(dòng)著。墨家分析了光、鳥(niǎo)、影的關(guān)系，揭開(kāi)了影子自身并不直接參加運(yùn)動(dòng)的秘密。墨家指出鳥(niǎo)影是由于直線行進(jìn)的光線照在鳥(niǎo)身上被鳥(niǎo)遮住而形成的。當(dāng)鳥(niǎo)在飛動(dòng)中，前一瞬間光被遮住出現(xiàn)影子的地方，后一瞬間就被光所照射，影子便消失了；新出現(xiàn)的影子是后一瞬間光被遮住而形成的，已經(jīng)不是前一瞬間的影子。因此，墨家得到了“景不徙”的結(jié)論，“景”通“影”，就是說(shuō)，影子不直接參加運(yùn)動(dòng)。那么為什么影子看起來(lái)是活動(dòng)著的呢？這是因?yàn)轼B(niǎo)飛動(dòng)的時(shí)候，前后瞬間影子是連續(xù)不斷地更新著，并且變動(dòng)著位置，看起來(lái)就覺(jué)得影是隨著鳥(niǎo)在飛動(dòng)一樣。在二千四五百年前，能這樣深入細(xì)致地研究光的性質(zhì)，解釋影的動(dòng)和不動(dòng)的關(guān)系，的確是非常難能可貴的。墨家還從光線直線傳播的原理解釋了投影和半影的現(xiàn)象。
影子形成
光從光源傳播出來(lái)，照射在不透光的物體上，不透光的物體把沿直線傳播的光擋住了，在不透光的物體后面受不到光照射 的地方就形成了影子。
日食
日食，又作日蝕，在月球運(yùn)行至太陽(yáng)與地球之間時(shí)發(fā)生。這時(shí)對(duì)地球上的部分地區(qū)來(lái)說(shuō)，月球位于太陽(yáng)前方，因此來(lái)自太陽(yáng)的部分或全部光線被擋住，因此看起來(lái)好像是太陽(yáng)的一部分或全部消失了。
月食
當(dāng)月球運(yùn)行至地球的陰影部分時(shí)，在月球和地球之間的地區(qū)會(huì)因?yàn)樘?yáng)光被地球所遮閉，就看到月球缺了一塊。此時(shí)的太陽(yáng)、地球、月球恰好 (或幾乎) 在同一條直線上。
小孔成像
用一個(gè)帶有小孔的板遮擋在屏幕與物之間，屏幕上就會(huì)形成物的倒像，我們把這樣的現(xiàn)象叫小孔成像。
激光準(zhǔn)直
激光束作為基準(zhǔn)線，在被測(cè)點(diǎn)上設(shè)置激光束的接收裝置，求得準(zhǔn)直點(diǎn)偏離值的一種測(cè)量方法
應(yīng)用領(lǐng)域
太陽(yáng)給人類以光和熱，這是人類不可缺少的光源。但是由于地球的自轉(zhuǎn)，形成了白晝和黑夜。每到晚上，黑暗就籠罩著大地。生活在遠(yuǎn)古的人類祖先，對(duì)黑夜是無(wú)能為力的。黑暗給人們以可怕、可惡的感覺(jué)，直到今天黑暗仍為人們用來(lái)形容邪惡。不知經(jīng)歷了多少個(gè)世紀(jì)，人類才發(fā)現(xiàn)火也能提供光和熱。開(kāi)始是使用天然火，以后又發(fā)明了人工摩擦取火。人工摩擦取火的發(fā)明是人類歷史的一個(gè)劃時(shí)代進(jìn)步，它“第一次使人支配了一種自然力，從而最終把人同動(dòng)物界分開(kāi)”。生活在五十萬(wàn)年以前的北京猿人就已經(jīng)懂得使用天然火，大約在幾萬(wàn)年前人類又學(xué)會(huì)了用鉆木的方法人工取火。火在長(zhǎng)時(shí)期里一直是人們唯一可以利用的人造光源，后來(lái)人們創(chuàng)造了油燈、蠟燭，但還是離不開(kāi)火，一直到近代發(fā)明了電燈才取代了火。
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