物理爱好者

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视网膜前面的血细胞引起的幻觉







当你凝视一种平淡的背景──明净的天空、无门窗的墙壁时，在你的视野里会有些很小的圆圈和较大的毛发一样的东西游移着。为了弄清这很小的圆圈和毛发一样的东西究竟是什么，你也许盯住其中某一小圈或一条毛发一样的东西看，可它却很快飘移了。


这很小的圆圈和毛发状的东西是什么？为什么没等到看清楚就又飘走了呢？


视野里出现的很小的圆圈和毛发一样的东西，我们称它们为“游移物”，游移物上为什么还上引号呢？因为这实际上是不存在的，是一种视觉假象。


这视觉又是如何产生的呢？


“游移物”是由从视网膜上漏出的红血球形成的，在视网膜中的红血球并不呈球状，但是它一旦从视网膜中漏出，就膨胀成球形，而且失去红蛋白因而不再是红色的了。这此球形物的中央凹区前面的液体里或个别地或是成串地四处游动，个别红血球成为小圈形游移物，而成串的红血球则形成毛发一样的东西。


光线在射向视网膜光感受器的途径中通过红血球，由于每一膨胀的红血球直径约为8微米，光经过红血球时就要发生衍射现象。如果光线通过单独的一个红血球，在视网膜上的衍射图案就由同心的明暗相间的环纹构成；如果几个血球连在一起，则衍射图案就变成长形。


可见，很小的圆圈或毛发一样的“游移物”，在视野里根本就不存在，而是光线经过红血球时在视网膜所形成的衍射图案。


血球造成的衍射图案大小，与血球离开视网膜的距离有关。距离远的图案大且较模糊，因此看不清楚。距离近的，衍射图案小但比较清楚。当然，如果有几个血球都接按时完成中央凹区处，则每一个血球的衍射图案部分重迭，因而也难分清。

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服装的颜色







“冬不穿白，夏不穿黑。”这是人们从生活实践中总结出来的经验，你知道它包含的科学道理吗？


我们生活的自然环境，五光十色，美丽动人，有红色的花，绿色的草，蓝色的天空，白色的云朵……各种物体都具有各自的色彩。可是，这些艳丽的颜色，在漆黑的夜里就统统消失了。这说明只有在阳光（白色光）的照射下，物体才呈现出颜色。那么，为什么在同样光源的照耀下，各种物体会有不同的颜色呢？


我们知道，太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫多种色光混合而成的。不同的物体，对不同颜色的光线，吸收能力和反射能力又各不相同。被物体吸收的光线，人们就看不见，只有被反射的光线，人们才能看到。因此，某种物体能反射什么颜色的光，在我们看来，它就具有什么样的颜色。如红色的花，是因为它只能反射红色的光线，把其他颜色的光线都吸收了；白色的东西能够反射所有颜色的光线，因此看起来就是白色的；而黑色的东西却能吸收所有颜色的光线，没有光线反射回来，所以看起来就是黑色的了。


太阳不仅给人们送来光明，而且还送来了大量的辐射热。对于辐射热来说，黑色也是只吸收，不反射，而白色正好相反。


一般说来，深色的东西，对太阳光和辐射热，吸收多，反射少；而浅色的东西，则反射多，吸收少。因此，夏天人们都喜欢穿浅色衣服，象白色、灰色、浅蓝、淡黄等，这些颜色能把大量的光线和辐射热反射掉，使人感到凉爽；冬季穿黑色和深蓝色的衣服最好，它们能够大量地吸收光和辐射热，人自然就感到暖和了。


人们认识了自然规律，就能在生产技术上加以利用。象大型露天煤气罐、石油罐的表面都漆成银白色，目的就是为了提高它们反射阳光和辐射热的能力，使罐的温度不致升得过高，以免引起爆炸事故。


人们还利用反向和吸收的原理来征服自然界，让它为人类服务。我国西北部有座祁连山，山上盖满了厚厚的冰雪。可是，因为山很高，上面很冷，就是炎热的夏天，强烈的阳光和辐射热照上去，也都被那白色耀眼的冰雪给反射回去了，所以积雪没法融化。结果山下大片的田地，都因缺水而荒芜了。解放后，党领导人民向大自然进军，为了叫祁连山交出水来，政府派了工作队，用飞机把碳黑撒到祁连山的积雪上，乌黑的碳黑拼命地吸收着光和热，使粘有碳黑的积雪融化了，祁连山终于献出了滔滔的雪水。

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立体电影和偏振







你看过立体电影吗?你知道它的道理吗?它就是应用光的偏振现象的一个例子.在观看立体电影时,观众要戴上一副特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片.这样,从银幕上看到的景象才有立体感.如果不戴这副眼镜看,银幕上的图像就模糊不清了.这是为什么呢?


这要从人眼看物体说起.人的两只眼睛同时观察物体,不但能扩大视野,而且能判断物体的远近,产生立体感.这是由于人的两只眼睛同时观察物体时,在视网膜上形成的像并不完全相同,左眼看到物体的左侧面较多,右眼看到物体的右侧面较多,这两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后、远近,从而产生立体视觉.


立体电影是用两个镜头如人眼那样从两个不同方向同时拍摄下景物的像,制成电影胶片.在放映时,通过两个放映机,把用两个摄影机拍下的两组胶片同步放映,使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上.这时如果用眼睛直接观看,看到的画面是模糊不清的,要看到立体电影,就要在每架电影机前装一块偏振片,它的作用相当于起偏器.从两架放映机射出的光,通过偏振片后,就成了偏振光.左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直,因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直.这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处,偏振光方向不改变.观众用上述的偏振眼镜观看,每只眼睛只看到相应的偏振光图象,即左眼只能看到左机映出的画面,右眼只能看到右机映出的画面,这样就会像直接观看那样产生立体感觉.这就是立体电影的原理.


当然,实际放映立体电影是用一个镜头,两套图象交替地印在同一电影胶片上,还需要一套复杂的装置.这里就不涉及了.

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古人很早就思考过这个问题，提出过一些猜测。有人认为是眼睛发出光线，这些光线碰上物体，人才看见那些物体。还有人认为眼睛发出触须那样的东西，通过触摸而看到物体。这些看法都是错误的，但它说明人的认识是不断进步的。


公元11世纪，阿拉伯科学家伊本?海塞本纠正了上述看法。他认为光线是从火焰或太阳发出，射到物体上，被物体反射后进入人眼，人因此而看到物体。


现在我们知道，人眼就好像一架照相机。当发光物体发出的光或不发光物体反射的光进入眼睛，通过眼睛的折光部分在眼的视网膜上形成物体倒立的像，然后通过神经系统传到大脑，产生视觉，人就看到了物体。

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蒙气差







光由真空进入空气中时，传播方向只有微小的变化．虽然如此，有时仍然不能不考虑空气的折射效应．来自一个遥远天体的光穿过地球大气层时被折射的情景．覆盖着地球表面的大气，越接近地表越稠密，折射率也越大．我们可以把地球表面上的大气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的，星光从一个气层进入下一个气层时，要折向法线方向．结果，我们看到的这颗星星的位置，比它的实际位置要高一些．这种效应越是接近地平线就越明显．我们看到的靠近地平线的星星的位置，要比它的实际位置高37′．这种效应叫做蒙气差，是天文观测中必须考虑的．?


太阳光在大气中也要发生折射，因此，当我们看到太阳从地平线上刚刚升起时，实际看到的是它处在地平线的下方时发出的光，只是由于空气的折射，才看到太阳处于地平线的上方．

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夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、集市、庙宇等出现在远方的空中．古人不明白产生这种景象的原因，对它作了不科学的解释，认为是海中蛟龙(即蜃)吐出的气结成的，因而叫做“海市蜃楼”，也叫蜃景．海市蜃楼是光在密度分布不均匀的空气中传播时发生全反射而产生的．夏天，海面上的下层空气，温度比上层低，密度比上层大，折射率也比上层大．我们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的．远处的山峰、船舶、楼房、人等发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层空气的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中．?


在沙漠里也会看到蜃景．太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小．从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射，人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景，仿佛是从水面反射出来的一样．沙漠里的行人常被这种景象所迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是可望而不可及．?


在炎热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象．贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样，比上层穿空气的折射率小．从远处物体射向路面的光线，也可能发生全反射，从远处看去，路面显得格外明亮光滑，就像用水淋过一样．

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光的电磁说







光的干涉和衍射现象无可怀疑地证明了光是一种波，到19世纪中叶，光的波动说已经得到公认.但是，光是什么性质的波？难道像水波一样？像声波一样？光波的本质是什么，这个问题一直没有解决.那时候人们总是习惯于按照机械波的模型把光波看成是在某种弹性介质里传播的振动.到了19世纪60年代，麦克斯韦预言了电磁波的存在，并且从理论上得出，电磁波在真空中的传播速度应为3.11×108m/s，而当时实验测得的光速为3.15×108m/s，两个数值非常接近.麦克斯韦认为这不是一种巧合，它表明光与电磁现象之间有本质的联系.由此他提出光在本质上是一种电磁波.这就是光的电磁说.到1886年，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，并且测出了实验中的电磁波的频率和波长，从而计算出了电磁波的传播速度，发现电磁波的速度确实与光速相同.这样就证明了光的电磁说的正确性.