光的实验探究
基础光沿直线传播，遇到镜面会反射，入射角等于反射角；从水进入空气时会折射，令筷子看似折断；通过三棱镜会分散成七色。亲手做小孔成像、镜子游戏和注水重现硬币等实验，便能验证光的特性。
- 光在均匀介质中沿直线传播，影子和日食月食都由此而来。
- 小孔成像出现上下倒转的像，证明光沿直线传播。
- 反射定律：入射角等于反射角；粗糙表面产生漫反射，令我们看见不发光的物体。
文体小知识：实验探究报告记录实验目的、器材、步骤、结果和结论，是科学家交流和复核研究的重要文体。
§课文原文 Passage
1光在均匀的空气或水中沿直线传播，这可以从影子和针孔实验得到证明。最有名的是小孔成像实验：把一支点燃的蜡烛放在有小孔的纸板前，后方竖起半透明屏幕，屏幕上便出现上下倒转的烛焰像。原因是火焰顶端发出的光沿直线穿过小孔，落在屏幕的下方；火焰底部的光则落在上方。影子的形成同样证明光的直进：光被不透明物体挡住，身后便留下影子；日食和月食正是天体之间的巨大影子。
2光照到镜面或其他光滑表面便会反射。反射有明确的规律：入射光线、反射光线和法线（垂直于镜面的直线）在同一平面上，而且入射角等于反射角。用光学盘和平面镜实验，把雷射笔以三十度射向镜面，反射光同样以三十度射出。镜面光滑产生镜面反射，影像清晰；纸张和墙壁表面凹凸不平，光向四面八方漫反射，所以我们能从任何方向看见不发光的物体。
3光从一种介质进入另一种介质（例如由水进入空气）时，传播速度改变，方向也随之偏折，这便是折射。把筷子斜插进一杯水，从侧面看，筷子在水面处「折断」了；其实筷子完好无缺，是光的折射造成的错觉。还可以做硬币重现实验：碗底放一枚硬币，慢慢后退至刚好看不见，请同学向碗内注水，硬币便重新出现——光线从水进入空气时向下偏折，硬币的像升高了。渔民叉鱼要瞄准所见鱼影的下方，也是因为折射。
4白光其实由多种色光混合而成。让阳光穿过三棱镜，白光被分散成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色，这现象叫色散；雨后天空的彩虹，正是悬浮水滴扮演了千万个小棱镜。光的特性带来许多发明：潜望镜用两面成四十五度的平面镜，令士兵在战壕内观察外面；光纤利用光在管内不断反射，把网络资料以光速传送；放大镜和眼镜则运用折射令影像清晰。
1重点摘要 Summary
光沿直线传播，遇到镜面会反射，入射角等于反射角；从水进入空气时会折射，令筷子看似折断；通过三棱镜会分散成七色。亲手做小孔成像、镜子游戏和注水重现硬币等实验，便能验证光的特性。
2生字卡 Vocabulary
光在均匀介质中沿直线前进的特性，影子和小孔成像由此形成。
光照到表面后折返的现象，平面镜成像便靠反射。
入射光线与法线的夹角，反射时等于反射角。
光从一种介质进入另一种介质时，因速度改变而偏折的现象。
白光经三棱镜或水滴分散成七色光的现象。
三角柱形的透明体，能把白光分散成七色。
粗糙表面把光向四面八方反射，令我们能从不同方向看见物体。
利用两面成四十五度的平面镜反射光线，令人在障碍物后看见前方。
传送光讯号的细长纤维，光在内壁不断反射，把资料高速传送。
3逐步讲解 Steps
- 第一步：验证光沿直线传播举个例子：在暗房中用雷射笔射向空中，再喷上少量水雾，便可看见一条笔直的光路，证明光在空气中沿直线传播。小孔成像、影子的形成，都源自光沿直线传播这个特性。使用雷射笔时千万不可照射眼睛，也不可射向别人，以免伤害视网膜。
- 第二步：进行小孔成像实验举个例子：把点燃的蜡烛放在有小孔的纸板前约三十厘米，纸板后竖起半透明屏幕，屏幕上便出现上下倒转的烛焰影像。像会倒转，是因为烛焰上端发出的光沿直线穿过小孔，落在屏幕下方，下端的光则落在上方。小孔成像既显示了倒像，也再次证明光沿直线传播。
- 第三步：量度反射角与入射角举个例子：在光学盘上把雷射笔以三十度入射角射向平面镜，量得反射光与法线的夹角同样是三十度，也就是入射角等于反射角。法线是垂直于镜面的参考线，量度角度时都以它为基准。多试几个不同角度，便会发现这条反射定律任何角度都成立，是设计镜子和潜望镜的基础。
- 第四步：分辨镜面反射与漫反射举个例子：照镜子时看见清晰的自己，这是镜面反射，因为镜面光滑，反射光走向整齐；能从任何角度看见课本上的字，这是漫反射，因为纸面凹凸不平，反射光射向四面八方。两种反射同样遵守反射定律，分别只在表面是否平滑。晚上避免用光滑纸写字，正是为了减少镜面反射的眩光。
- 第五步：观察水中的「折断」筷子举个例子：把筷子斜插进水杯，从侧面看，筷子在水面处好像错开折断了；捞起来检查，筷子却完好无缺。这是折射造成的错觉：光从水进入空气时方向偏折，眼睛却以为光沿直线走来，于是看见错位的水下部分。水中的物体看起来比实际浅，叉鱼时要瞄准鱼的下方，也是同一个道理。
- 第六步：进行硬币重现实验举个例子：碗底放一枚硬币，后退至刚好看不见，再请同学慢慢注水，硬币便重新出现。原因是光由水进入空气时在水面折射，路线向下偏折后进入眼睛，眼睛沿直线反推回去，便看见升高了的硬币像。这实验与筷子折断的错觉相互印证，都是光折射的证据。
- 第七步：用三棱镜做色散实验举个例子：把三棱镜对准阳光，在白纸上慢慢调整角度，纸上便出现红橙黄绿蓝靛紫的七色彩带，这是色散现象：白光其实由多种色光组成，经过三棱镜时偏折程度不同，便被分开。雨后彩虹正是阳光在无数水滴内折射和反射形成的天然色散。这个实验告诉我们，看似单纯的白光藏着丰富的色彩。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
例题：小善把一枚硬币放进不透明的空碗，坐在桌前直到眼睛刚好看不见硬币，然后请同学慢慢向碗内注水。请解释硬币为什么重新出现，并说明这实验验证了光的什么特性。
- 起初看不见硬币，因为光沿直线传播，硬币反射的光被碗边阻挡，未能进入眼睛。
- 注水后，光从水进入空气时在水面发生折射，折射角大于入射角，光线向下偏折后进入眼睛。
- 眼睛沿折射后的光线反方向看去，便看见升高了的硬币的像。
- 实验中只改变水量，碗、硬币和座位都不变，所以结果可靠。
- 结论：光从水进入空气时会发生折射，方向偏折令看不见的物体重现。
- 答案：硬币重新出现是因为注水后光线由水进入空气时发生折射，令硬币的像升高；实验验证了光在不同介质之间传播会偏折的特性。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1小孔成像的像是怎样的？证明了什么？
Q2光的反射定律是什么？
Q3为什么水中的筷子看起来折断了？
Q4三棱镜对白光有什么作用？
Q5潜望镜运用了光的什么特性？
8重点回顾 Recap
- 光在均匀介质中沿直线传播，影子和日食月食都由此而来。
- 小孔成像出现上下倒转的像，证明光沿直线传播。
- 反射定律：入射角等于反射角；粗糙表面产生漫反射，令我们看见不发光的物体。
- 光在介质之间传播会折射，筷子「折断」和硬币重现都是折射造成。
- 三棱镜令白光色散成七色；潜望镜、光纤和眼镜都是光的特性的应用。