1、无影灯是由多个大面积光源组合而成的,下列关于照明效果的说法中正确的是:
A.无影灯下的物体没有影子 B.无影灯下的物体有本影
C.无影灯下的物体没有本影 D.无影灯下的物体没有半影
斯涅耳在数学上也颇有成就。他善于实验和测量。1617年,他运用三角方法,精确地测量了地球的大小,且测出了纬度一度为66.66英国法定里。他得出的这一数据比前人的数据精确的多,所以后来被引用在《函数尺和直角仪的说明》以及《地理学》等书中。
大约是在1621年,斯涅耳通过实验确立了开普勒想发现而没有能够发现的折射定律。当时斯涅耳注意到了水中的物体看起来象漂浮的现象,并试图揭开其中的奥秘。由此便引出了他对折射现象的研究。
在总结托勒密、开普勒等前人的研究成果后,斯涅耳做了进一步的实验。在实验中,斯涅耳应用开普勒的方法发现:从空气到水里并落在容器垂直面上的一条光线在水中所走的长度,同该光线如按未偏离其原始方向而本来会通过的路程成一定的比。他指出:折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内,入射光线和折射光线分别位于法线两侧,入射角的正弦和折射角的正弦的比值对于一定的两种媒质来说是一个常数。这个常数是第二种媒质对第一媒质的相对折射率,即:sin i1/sin i2 =n21 ,n21 = n2 / n1 。其中i1和i2分别为入射角和折射角;n21为折射光所在媒质对入射光所在媒质的相对折射率;n2和n1为两种媒质的绝对折射率。斯涅耳的这一折射定律(也称斯涅耳定律)是从实验中得到的,未做任何的理论推导,虽然正确,但却从未正式公布过。只是后来惠更斯和伊萨克.沃斯两人在审查他遗留的手稿时,才看到这方面的记载。
首次把折射定律表述为今天的这种形式的是笛卡儿,他没做任何的实验,只是从一些假设出发,并从理论上推导出这个定律的。笛卡儿在他的《屈光学》(1637)一书中论述了这个问题。
折射定律是几何学的最重要基本定律之一。斯涅耳的发现为几何光学的发展奠定了理论基础,把光学发展往大大的推进了一步。
古希腊人最早对光现象进行数学处理,欧几里德在他的《光学》里总结了到他那时为止已有的关于光现象的知识和猜测。那时的人们已经知道,在眼睛和被观察物体之间行进的光线是直线;当光线从一个平面反射时,入射角和反射角相等。在这个时期,折射现象虽已为人所知,但还属于经验上的讨论。
古希腊科学典籍中关于光折射的实验记载寥寥无几,最早的应该是公元二世纪托勒密(创建连接到科学人:托勒密,已发布)所做的光的折射实验。他在一个圆盘上装两把能绕盘心旋转的尺子,将圆盘的一半浸入水中。让光线由空气射入水中,就得到它在水中的折射光线,转动两把尺子,使它们分别与入射光线和折射光线重合。然后取出圆盘,按尺子的位置刻下入射角和折射角。他所测出的一系列数据是非常精确的。托勒密大致假定了光的入射角和折射角之间,有一直接的比例关系。托勒密依靠经验发现了折射的规律,但却没有由此得出精确的折射定律。
1609年,伽利略制成了望远镜,并利用他进行了很多科学观测。这些新的发现激励开普勒光折射现象进行了深入的研究,并于1611年出版了《折射光学》一书。开普勒的研究表明,对于两种给定的媒质,小于30度的入射角同相应的折射角成近似固定的比,对于玻璃或水晶,这个比约为3:2。他还表明,这个比对于大的入射角不成立。开普勒试图通过实验发现精确的折射定律,他的方法虽然是正确的,却没有得到其中有规律性的联系。但是,开普勒的研究为后来斯涅耳得出折射定律起到了一定的启示作用。
无论是海面上的蜃景,还是沙漠上的蜃景,都是远处地面上的物体的光线经大气层反射进入 人眼的。因而和日出相比,它们的区别在于,日出“早出”现象是远在大气层外的光线过大 气层后的一种光的折射现象,而蜃景现象是远处地面上物体的光线经大气层反射的一种光的 反射现象。
对于海市蜃景,因海面处空气温度低,下层空气的折射率比上层大,故来自远处物体上的光 线是从光密介质进入光疏介质,将发生全反射,使光路呈弯曲状。人眼远远望去,好像在沿直线方向海面的远处上空有物景存在。
沙漠蜃景,是因沙漠表面空气因太阳照晒温度高,下层空气的折射率比小层小,故来自远处 物体上的光线也是从光密介质进入光疏介质,在地面附近发生全反射的结果。使人眼远远望去好像在沿直线方向沙漠的远处有一池清水,甚至“水面”上景物倒立的像。
由此可见,日出与蜃景生产的条件和原因是不同的。学习中要注意区分分析它们所应用的光 学知识及处理方法。
中学生科技报
光在同一种均匀介质中是沿直线传播的,日出时太阳理应恰好处于地平线时我们才能看到。 但是,由于大气层并非均匀,而是在地面附近稠密,空中稀薄,且越到高空越稀薄。因而, 远在大气层外的太阳光射入我们眼睛的过程,一路上传播光的空气介质的折射率是逐渐增大 的,因而太阳光一路折射使光线呈弯曲状。
由于太阳光是不断从折身率n较小的空气层射向折射率较大的空气层,因而折射 角r要小于入射角i,使得光线前进的总效果呈弯曲状。又由于人们日常生活的习惯经验,总 认为光线是沿直线传播的。因而,人眼总是逆着光线方向去寻找发光的物体,故认为日出时 太阳恰好处于地平线上,而非在地平线以下。由此看来,大气层对太阳光的折射结果,使我 们看到的日出要早一些,也就是看到的天体位置比实际置高一些。
4. 曙暮光
日出前,即太阳未露出地平线前,阳光照射到高层大气,阳光被大气分子散射,造成天空微亮,地面微明,从这时刻起到太阳露出地平线为止的光亮称曙光.
日落后即太阳西沉到地平线以下后,仍有一段时间阳光可照射到高空大气,因空气分子散射使天空和地面仍维持微明,这段时间的光称暮光.
曙光与暮光合称曙暮光.曙光时段称黎明,暮光时段称黄昏.由于曙光开始与暮光终了的标准不同,通常分为民用曙暮光,航海曙暮光与天文曙暮光.晴朗日子当太阳在地平线以下的角度大约为 7度时,民用曙光开始和暮光终了;大约12度时,航海曙光开始和暮光结束;当大约18度时,天文曙光开始和暮光终了.曙暮光持续的时间在赤道最短,随纬度增加而增加.
3. 虹和霓
含七种色光的太阳光线,射入大气中的水滴(雨滴或雾滴),各种色光经历折射和反射后,可在雨幕或雾幕上形成彩色光弧环.当光弧环对观测者所张的角半径约42度,光环的彩色排序是内紫外红时,称为虹.
在虹的外面,有时还出现较虹弱的彩色光环,光环对观测者所张的角半径约为52度,彩色环的排序与虹相反即内红外紫,称为霓或副虹.
虹和霓都要背对太阳而立才能观察到.在夏日的傍晚,西方放晴而东方天空有云雨时,最易看到虹和霓.
2. 华
天空中有一层透光薄云,云中的水滴大小均匀,若是由冰晶组成的云则要求冰晶尺寸均匀.月光或阳光透射云层过程中,受到均匀云滴(水滴或冰晶)的衍射,结果会在月亮或太阳周围紧贴月盘或日盘形成内紫外红的彩环,称为华.因日光太亮,所以人们不易观察到日华,月华则比较常见.紧贴月盘的华又称华盖,通常华盖的紫色不太显著故内环呈青蓝色,其外呈黄色为主,最外呈红色.有时在华盖外隔一暗圈后还会出现一个甚至几个彩色排序与华盖相同,但亮度弱得多的同心光环,称为副华.
1. 晕
天空中有一层高云,阳光或月光透过云中的冰晶时发生折射和反射,便会在太阳或月亮周围产生彩色光环,光环彩色的排序是内红外紫.称这七色彩环为日晕或月晕,统称为晕.其中对观测者所张的角半径为22度的晕最为常见,称22度晕,偶尔也可看到角半径为46度的晕和其他形式的与晕相近的光弧.由于有卷层云存在才出现晕,而卷层云常处在离锋面雨区数百公里的地方,随着锋面的推进,雨区不久可能移来,因此晕就往往成为阴雨天气的先兆.
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