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這兩個問題是昨晚備課的時侯碰巧討論到的。簡單搜索了下,發覺網上似乎沒有哪些比較好的、類似于“思想實驗”的回答,所以把自己的看法記錄出來吧。
1.怎么證明月亮不是光源?
通常我們對于光源的定義是“能夠自發光、且正在發光的物體”,比如太陽、燃燒的蠟燭等,因而像月亮這些借助反射光能夠看見的恒星自然就不是光源了。
——以上這段話基本上老師都“告訴”過你,但,萬一老師說的是錯的呢?
反證法:假定月亮跟太陽一樣是個光源,這么它就應當和太陽一樣,能始終保持矩形的樣子,而不會出現陰晴圓缺的各類月相(補一句,這兒默認了月球和地球之間沒有其他東西遮住視線...)。
證明完畢。
2.怎么證明光沿直線傳播?
這個首先要確定下前提條件光的直線傳播的現象,那就是光是在所謂的“各向同質且均勻的介質”中傳播的,并且光線是不能透過不透明物體傳播的。
OK,網上搜索的解釋方式大都是通過舉例而至的——”你看例如小孔成像、影子的產生等等現象,這都說明了光是沿直線傳播的呀“——這總讓我感覺有些不清不楚并且有用推論來解釋緣由的嫌疑。這么接出來就用生活中的常見現象:影子,來嘗試簡單解釋下這個問題。
圖一
首先見到圖一,這兒面的方形代表光源,長圓形代表產生影子的擋板,光源發出的光被擋板遮住一部份后,在地上產生了影子;之后圖中標出了為了產生這個影子、光線可能走過的三條軌跡:路線1是順著擋板上緣經過的直線,路線2是從擋板上方“跳”過去的軌跡光的直線傳播的現象,路線3是隨機前進的一條軌跡。
這么,光線實際走過的路徑是三條路線中的哪一個呢?——當然是路線1,老師告訴我的!
還是反證法證明吧...不過須要先把問題再度簡化一下。
我們可以看見,路線2和路線3的光線雖然都是為了“繞過”擋板而存在的,所以其本質上是一樣的,故而我們把它倆合為一個,只考慮路線2就行了。
圖二
如圖二,路線1代表從擋板上緣沿直線傳播的光線,路線2代表”繞過“擋板傳播的光線,它們都能在地上形成長度為s的影子,并且路線2的光線比擋板上緣高出的距離為h。
假定光線實際是順著路線2傳播的,這么此時若在擋板上方放置一個高度大于h的不透光小鐵塊(見圖一中的實線長圓形),則光線應當還是能順著路線2抵達地上并形成長度同樣為s的影子——因為小鐵塊并沒有遮住路線2——但生活經驗告訴我們,在光源和距離等不變的條件下,長得高的人的影子就是比矮個子的影子長,也就是說假定是不創立的,光線確實是根據路線1,順著直線傳播的。
證明完畢。