品故事学物理‖光现象·第1、2回－左手右手断疑案　是亮是暗辨积水 / 四六文摘

第一回　左手右手断疑案

这天，森林里发生一件大事：一个游客遇害了！

经过一番调查，确定了两名疑凶，他们的嫌疑都挺大，但是无法最后确定谁才是真正的凶手。对此，大熊警长一筹莫展。忽然，他想到了老朋友牛顿老师，于是登门求教。

乖乖正好也在牛顿老师家向老师问问题。

一番客套后，大熊警长向牛顿老师介绍案情：“被害人被捆在椅子上，头部受到重击致死。死者头部的正上方有一盏灯垂吊着。”说着他拿出了绘制的案发现场的模拟图。（如图甲所示）

大熊警长接着说：“玻璃窗被一个薄窗帘遮掩着。据住在对面楼上的一位目击者称，事发时，他不经意看到被害人窗户的窗帘上清晰地出现了一个可疑的人影，这个人影举起啤酒瓶一样的物品。”说着他又拿出了绘制着目击者看到的情景的图画（如图乙所示）。

乖乖见了大熊警长拿出的图，忍不住说：“很明显，凶手是用右手举起了瓶子。”

大熊警长说：“我们最初也是这样的想的，不过后面发现凶手不一定是用右手。――因为我们不能断定，映在窗户上的影子不知是正面还是背面。如果他站在被害人身后，背向窗户，肯定是右手行凶；但如果他站在背害人身前，则就是左手行凶了。”

乖乖说：“嗯！――有道理，这么说无法确定犯人是用哪个手行凶的了。”

牛顿老师沉思了一会儿，肯定地说：“不！毫无疑问，犯人是用右手行凶的。这是因为如果犯人站在被害人正面举起凶器，由于天花板上的灯泡在被害人的正上方，根据光的直线传播，犯人的影子不会出现在窗帘上；目击者看到犯人的影子清晰地呈现在窗帘上，说明犯人是站在被害人的背后举起凶器的。因此犯人是背向窗户，用右手举起凶器。”

听完了的解释，大熊警长不禁连连点头。

乖乖说：“警长先生，这阵子森林里治安是不太好。前几天我听到一件事，有个游客在河边钓鱼时也遇到了一件危险的事！”

大熊警长说：“遇到了什么危险？”

乖乖说：“那天，他正在钓鱼时，忽然看到水面下出了一个人的倒影，这个人手持利刃正向他逼来。他迅速地将钓鱼线往后甩，随即他扭头发现凶手在他背后两米以外，鱼钓正好一下子就刺中了杀手的脸。杀手惨叫一声，就逃走了。

大熊警长说：“我回去一定好好调查。”

牛顿先生说：“警长先生不用调查了，这件不可能是真的。”

大熊警长和乖乖奇怪地问：“为什么？”

牛顿先生解释说：“池水的水面是水平的，相当于一个平面镜，水面上的物体会在水中呈现一个等大的虚像，像与物体相当于水面是对称的。凶手在钓鱼者后面两米处，因此他的像在水面下的位置是在钓鱼者的正下方后面两米处。钓鱼人只能见到比自己更前方的人呈现水中的像，不可能看到后面的人在水中所成的像。由此我确定这个人在说谎。”

听了牛顿先生的解释，两人恍然大悟，说：“还是牛顿先生学识渊博呀！”

知识链接：

1．光的均匀介质中沿直线传播；影子、日食、月食、小孔成像等现象就是光沿直线传播形成的。

2．平面镜可以成与物体等大的虚像，像到平面的距离与物体到平面镜的距离相等。

第二回　是亮是暗辨积水

大熊警长和乖乖离开牛顿先生的家后发现天色已晚。

由于昨天下了雨，地上仍有积水。天上一轮明月，地上暗一块，明一块的。

牛顿先生送他们到门口，叮嘱说：“警长先生要走暗的地方，不要走亮的地方；乖乖要走明亮的地方，不要走暗的地方，否则会踩在水洼里的。”

乖乖感觉很奇怪，问：“为什么一个走亮处，一个走暗处呢？”

警长也不明白，也想知道为什么。

牛顿先生说：“这要从光的反射说起。在生活中，我们能看到不发光的物体，都是因为光照到这些物体上发生了反射，反射光线进入眼睛的原因。光的反射分为两种，镜面反射与漫反射。光照到光滑物体的表面，发生镜面反射；照到粗糙物体的表面，发生漫反射。”

乖乖说：“嗯，在发生镜面反射时，入射光线是平行的，反射光线仍旧的平行的；在发生漫反射时，即使入射光线是平行的，反射光线也是杂乱无章的。”

牛顿先生说：“地上积水的水面相当于平面镜，地上没有水的地方相当粗糙的物体表面。来自月亮的平行光线入射到水面，水面会发生镜面反射，而地面发生漫反射。如果人迎着月光走，水面反射的月光正好进入眼中，而地面反射的月光进入眼中较少，所以这时水面较亮，地面较暗；如果背着月光走，则水面反射的月光不能进入眼中，只有地面反射的光线进入眼中，所以现在看去反而地面要比水面亮一些。”

警长说：“明白了，我是迎着着月亮走的，所以看到较亮的地方是水面，较暗的地方是地面，所以要走较暗的地方。”

乖乖说：“我是背对着月亮走的，看到的较亮的地方是地面，较暗的地方是水面，为了避免踩在水洼里，所以要走较亮的地方。”

牛顿先生说：“是这样的。希望你们平安地到家。”

两人向牛顿先生道别后，各自回家去了。

第二天到了学校，乖乖找到牛顿老师说：“老师，昨晚看到地面和水洼的明暗不同，是因为它们反射的光进入眼睛中的多少不同造成的吧？”

牛顿老师说：“是的。进入眼中的光线越多，会感到物体越亮。”

乖乖说：“我们看电影时，电影屏幕应当用光滑的布来制作吗？我想，这样进入眼中的光线比较多，看起来图像比较亮一些。”

牛顿老师说：“不行。如果这样就看不成电影了。”

乖乖说：“为什么？”

牛顿老师说：“你设想一下，如果屏幕表面非常光滑，光照到屏幕上会发生镜面反射，反射光线会很有规律，只射向一个方向。如果观众在反射光线的范围内，那么进入眼中的反射光线很多，这样会感到很刺眼，导致看不清屏幕上的图像；如果观众没有在反射光线的范围内，那么几乎没有反射光线眼睛，观众会感到屏幕很暗，根据看不清图像。”

乖乖说：“屏幕应该什么材料制作？”

牛顿老师说：“要用粗糙的白布的来制作。我们生活中能从不同角度看到同一物体就是因为光照到物体表面发生了漫反射的原因。在这里要注意，之所以要用白布，是因为白色物体可以反射各种颜色的光，从而呈现出各种颜色。”

乖乖说：“我爸爸的旧皮鞋一打过鞋油后，就会为得锃亮。这也和镜面反射有关吧。”

牛顿先生说：“是的。没上鞋油的皮鞋表面凹凸不平，光照上去发生漫反射，因此看上去比较暗；而皮鞋上油后，经过鞋刷或旧膜的反复擦拭、打磨，鞋油会把鞋面上的把缝隙填平，粗糙的表面就变成光滑的表面了，所以光照上去发生镜面反射，看上去皮鞋好像变亮了”。

乖乖高兴地说：“看来镜面反射也有大有用途呀！”

知识链接：

1．镜面反射：平行光线入射，反射光线仍旧是平行的，这种反射叫做镜面反射。

2．漫反射：平行光线入射，反射光线杂乱无章，向个方向都有，这种反射叫漫反射。

品故事学物理系列链接