1
光從哪裡來?——光源與影子的秘密
PHYS801A-PEP-CNLesson 4
00:00

歡迎來到光學的殿堂。當我們睜開雙眼,世界之所以絢麗奪目,是因為在空間中翩翩起舞。探究光,首先要問:它從哪裡來?

光源的界定

物理學中,所有這些能夠發光的物體都叫做光源。光源是光现象研究的起点。它可以是自然界的馈赠,如恒星太阳、夏夜的萤火虫;也可以是人类智慧的结晶,如点燃的蜡烛、闪亮的LED灯。需要特别注意的是,月亮或镜子虽然看起来很亮,但它们只是光的“搬运工”而非“生产者”,因此不属于光源。

直線傳播的公理

光在傳播時表現出一種近乎偏執的正直:光在同種均勻介質中沿直線傳播。這種特性賦予了世界清晰的輪廓。

  • 光線(Light Ray):由於光沿直線傳播,物理學中建立了一個理想化的模型——我們通常用一條帶有箭頭的直線表示光的傳播徑跡與方向。
  • 特例:當光從空氣垂直射入水中或其他介質中時,雖然發生了介質變換,但其傳播方向依然保持不變。
非直線軌跡(曲線軌跡) s = c × t(直線軌跡) 光在均勻介質中沿直線傳播 光源

生活中的見證

由于光沿直线传播,在开凿隧道时,工人们可以用激光束引导掘进机,使掘进机沿直线前进,保证隧道方向不出偏差(图4.1-4)。手影游戏(图4.1-9)更是光与影子共同谱写的几何诗篇:光线遇到不透明的手部阻挡,在后方形成了栩栩如生的犬首形状。

跨學科小貼士
物理知識無處不在:為了防止食品腐爛變質,可以利用乾冰(固態二氧化碳)的昇華來吸熱降溫,這展示了物態變化對生活品質的影響。