光的實驗探究
基礎光沿直線傳播，遇到鏡面會反射，入射角等於反射角；從水進入空氣時會折射，令筷子看似折斷；通過三稜鏡會分散成七色。親手做小孔成像、鏡子遊戲和注水重現硬幣等實驗，便能驗證光的特性。
- 光在均勻介質中沿直線傳播，影子和日食月食都由此而來。
- 小孔成像出現上下倒轉的像，證明光沿直線傳播。
- 反射定律：入射角等於反射角；粗糙表面產生漫反射，令我們看見不發光的物體。
文體小知識：實驗探究報告記錄實驗目的、器材、步驟、結果和結論，是科學家交流和複核研究的重要文體。
§課文原文 Passage
1光在均勻的空氣或水中沿直線傳播，這可以從影子和針孔實驗得到證明。最有名的是小孔成像實驗：把一支點燃的蠟燭放在有小孔的紙板前，後方豎起半透明屏幕，屏幕上便出現上下倒轉的燭焰像。原因是火焰頂端發出的光沿直線穿過小孔，落在屏幕的下方；火焰底部的光則落在上方。影子的形成同樣證明光的直進：光被不透明物體擋住，身後便留下影子；日食和月食正是天體之間的巨大影子。
2光照到鏡面或其他光滑表面便會反射。反射有明確的規律：入射光線、反射光線和法線（垂直於鏡面的直線）在同一平面上，而且入射角等於反射角。用光學盤和平面鏡實驗，把雷射筆以三十度射向鏡面，反射光同樣以三十度射出。鏡面光滑產生鏡面反射，影像清晰；紙張和牆壁表面凹凸不平，光向四面八方漫反射，所以我們能從任何方向看見不發光的物體。
3光從一種介質進入另一種介質（例如由水進入空氣）時，傳播速度改變，方向也隨之偏折，這便是折射。把筷子斜插進一杯水，從側面看，筷子在水面處「折斷」了；其實筷子完好無缺，是光的折射造成的錯覺。還可以做硬幣重現實驗：碗底放一枚硬幣，慢慢後退至剛好看不見，請同學向碗內注水，硬幣便重新出現——光線從水進入空氣時向下偏折，硬幣的像升高了。漁民叉魚要瞄準所見魚影的下方，也是因為折射。
4白光其實由多種色光混合而成。讓陽光穿過三稜鏡，白光被分散成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七色，這現象叫色散；雨後天空的彩虹，正是懸浮水滴扮演了千萬個小稜鏡。光的特性帶來許多發明：潛望鏡用兩面成四十五度的平面鏡，令士兵在戰壕內觀察外面；光纖利用光在管內不斷反射，把網絡資料以光速傳送；放大鏡和眼鏡則運用折射令影像清晰。
1重點摘要 Summary
光沿直線傳播，遇到鏡面會反射，入射角等於反射角；從水進入空氣時會折射，令筷子看似折斷；通過三稜鏡會分散成七色。親手做小孔成像、鏡子遊戲和注水重現硬幣等實驗，便能驗證光的特性。
2生字卡 Vocabulary
光在均勻介質中沿直線前進的特性，影子和小孔成像由此形成。
光照到表面後折返的現象，平面鏡成像便靠反射。
入射光線與法線的夾角，反射時等於反射角。
光從一種介質進入另一種介質時，因速度改變而偏折的現象。
白光經三稜鏡或水滴分散成七色光的現象。
三角柱形的透明體，能把白光分散成七色。
粗糙表面把光向四面八方反射，令我們能從不同方向看見物體。
利用兩面成四十五度的平面鏡反射光線，令人在障礙物後看見前方。
傳送光訊號的細長纖維，光在內壁不斷反射，把資料高速傳送。
3逐步講解 Steps
- 第一步：驗證光沿直線傳播舉個例子：在暗房中用雷射筆射向空中，再噴上少量水霧，便可看見一條筆直的光路，證明光在空氣中沿直線傳播。小孔成像、影子的形成，都源自光沿直線傳播這個特性。使用雷射筆時千萬不可照射眼睛，也不可射向別人，以免傷害視網膜。
- 第二步：進行小孔成像實驗舉個例子：把點燃的蠟燭放在有小孔的紙板前約三十厘米，紙板後豎起半透明屏幕，屏幕上便出現上下倒轉的燭焰影像。像會倒轉，是因為燭焰上端發出的光沿直線穿過小孔，落在屏幕下方，下端的光則落在上方。小孔成像既顯示了倒像，也再次證明光沿直線傳播。
- 第三步：量度反射角與入射角舉個例子：在光學盤上把雷射筆以三十度入射角射向平面鏡，量得反射光與法線的夾角同樣是三十度，也就是入射角等於反射角。法線是垂直於鏡面的參考線，量度角度時都以它為基準。多試幾個不同角度，便會發現這條反射定律任何角度都成立，是設計鏡子和潛望鏡的基礎。
- 第四步：分辨鏡面反射與漫反射舉個例子：照鏡子時看見清晰的自己，這是鏡面反射，因為鏡面光滑，反射光走向整齊；能從任何角度看見課本上的字，這是漫反射，因為紙面凹凸不平，反射光射向四面八方。兩種反射同樣遵守反射定律，分別只在表面是否平滑。晚上避免用光滑紙寫字，正是為了減少鏡面反射的眩光。
- 第五步：觀察水中的「折斷」筷子舉個例子：把筷子斜插進水杯，從側面看，筷子在水面處好像錯開折斷了；撈起來檢查，筷子卻完好無缺。這是折射造成的錯覺：光從水進入空氣時方向偏折，眼睛卻以為光沿直線走來，於是看見錯位的水下部分。水中的物體看起來比實際淺，叉魚時要瞄準魚的下方，也是同一個道理。
- 第六步：進行硬幣重現實驗舉個例子：碗底放一枚硬幣，後退至剛好看不見，再請同學慢慢注水，硬幣便重新出現。原因是光由水進入空氣時在水面折射，路線向下偏折後進入眼睛，眼睛沿直線反推回去，便看見升高了的硬幣像。這實驗與筷子折斷的錯覺相互印證，都是光折射的證據。
- 第七步：用三稜鏡做色散實驗舉個例子：把三稜鏡對準陽光，在白紙上慢慢調整角度，紙上便出現紅橙黃綠藍靛紫的七色彩帶，這是色散現象：白光其實由多種色光組成，經過三稜鏡時偏折程度不同，便被分開。雨後彩虹正是陽光在無數水滴內折射和反射形成的天然色散。這個實驗告訴我們，看似單純的白光藏着豐富的色彩。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
例題：小善把一枚硬幣放進不透明的空碗，坐在桌前直到眼睛剛好看不見硬幣，然後請同學慢慢向碗內注水。請解釋硬幣為什麼重新出現，並說明這實驗驗證了光的什麼特性。
- 起初看不見硬幣，因為光沿直線傳播，硬幣反射的光被碗邊阻擋，未能進入眼睛。
- 注水後，光從水進入空氣時在水面發生折射，折射角大於入射角，光線向下偏折後進入眼睛。
- 眼睛沿折射後的光線反方向看去，便看見升高了的硬幣的像。
- 實驗中只改變水量，碗、硬幣和座位都不變，所以結果可靠。
- 結論：光從水進入空氣時會發生折射，方向偏折令看不見的物體重現。
- 答案：硬幣重新出現是因為注水後光線由水進入空氣時發生折射，令硬幣的像升高；實驗驗證了光在不同介質之間傳播會偏折的特性。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1小孔成像的像是怎樣的？證明了什麼？
Q2光的反射定律是什麼？
Q3為什麼水中的筷子看起來折斷了？
Q4三稜鏡對白光有什麼作用？
Q5潛望鏡運用了光的什麼特性？
8重點回顧 Recap
- 光在均勻介質中沿直線傳播，影子和日食月食都由此而來。
- 小孔成像出現上下倒轉的像，證明光沿直線傳播。
- 反射定律：入射角等於反射角；粗糙表面產生漫反射，令我們看見不發光的物體。
- 光在介質之間傳播會折射，筷子「折斷」和硬幣重現都是折射造成。
- 三稜鏡令白光色散成七色；潛望鏡、光纖和眼鏡都是光的特性的應用。