上次我们经过讨论,得出了一个结论:光是沿直线传播的。但是,光
在所有的情况下都一直是沿直线传播的吗?不管是不是,我们都要对科学的每一个问题保持的质疑的态度,比如下面这种:

通过光,我们可以看到伸入水中的筷子,在水平面的地方有一处明显的“断层”现象,似乎不是同一根筷子了,但是再拿出来一看,却又是同样的筷子,这里我们有问题了:为什么筷子伸入水中就会出现断层现象呢?其实,这种事情以前也发生过。
还记得我们上一次的探讨吗?我做了实验:将激光笔对准一杯水,然后向其照射光线,随即我们发现:光出现了“断层”现象,并没有保持同样的光线。那么这两者之间有没有什么关系?
很可能是有的,否则我们就不能把这件事放在这里作为例子,去解释这个现象,所以两者之间肯定是有关系的,也许我们可以找出它们的相同之处。筷子就相当于是光线,但是,上一次和这一次的现象都是关于光线进入空气与水的问题。经过仔细观察之后,我们发现,筷子的断层数正好是水平面,也就是水和空气的分界线,准确的说,是气态和液态的分界线。
这就是两次实验的相同点。那么我们要如何找到突破口呢?
其实在上一次我们发现过这样的问题。就是我刚才说的上一次的现象,光线自身不变,但是它所处的环境变了,我们把它统称为“介质”,固体、液体、气体。那么水属于液体,而空气属于气体,这两种介质不相同。这里发现了一个“不同”,也许跟这个现象是有很大关系的。
上一次的现象也是利用了水和空气,也是两种不相同的介质,我在解释时说了一句“光需要在相同的介质中,才能保持直线传播。”这句话正好点亮了那个现象,所以我们成功地破解了它:因为水与空气是不同的介质,光的传播受到了影响,导致光线断层了。
反过来想一下,是不是今天的现象也是这个道理?如果这个筷子本来就放在水中的话,我们是不会看见有断层现象的。

毕竟在这个过程中,水没有变,筷子也没有断层现象,可见在同一种介质中,光才能做到直线传播。同理,空气也是一样。

所以这就是光需要直线传播的条件(不一定只有这个条件,但只有这个条件才是针对这次现象发现的):光需要在同一种介质中才能做到直线传播,然而水和空气属于不同的介质,在两者之间的区分处出现了筷子断层的现象,所以这次我们就得出了这次现象的结论:光在两种不同的介质中传播时会出现断层现象的,只有介质相同的情况下,才能保持直线传播。
其实我刚开始认为:“折”就相当于是折返,跟反射一样,却为何会有区分呢?现在发现了两者的区别,我们可以通过光路图来解释一下:

通过光路图我们发现,在空气中的光线原本保持直线,结果进入水中就不一样了,变成了折射线,所以这幅光路图就完美的诠释了我们今天所看到的“光断层”现象。
但是,这副光路图真的没有什么问题吗?
其实这里是有一个存疑的。在上一篇文章中,我们提到:入射角的角度等于反射角的角度。在这幅光路图里,入射角是否和折射角的角度相等?应该没这么简单,所以现在我们就用激光做一下实验:


筷子与水面之间的角度,即是入射角于反射角。但是经过测量,在量角器上,我们发现:入射角角度为30度,折射角角度为50度,两者是不相等的,所以这个问题就澄清了。总之这些问题都是由那场“筷子断了”的现象引发的。
其实这个现象又是由一场神奇的“魔术”引发的(这也会是一场合理性极高的实验),非常的神奇,也是跟这个问题有关的,看一下:

看上去碗里什么也没有,空空如也。但是真的是这样吗?怎么可能,如果什么都没有还要用这个做实验?信不信由你,其实这碗中是放了东西的,接下来它就出现了:

这个现象非常的神奇,我们再次将视角转移,已经接近“平视”的视角了,但是可以看到:碗里夹了水之后,这枚硬币出现了。是水的浮力吗?肯定不是,毕竟硬币本身就有一定重量,几乎浮不起来。但是这枚硬币,也是我们通过光线才能看到的,而这些光线从空气转移到水里,介质环境发生了变化,这样光线就会发生偏折,我们就可以看到硬币了,这就是我们引起这个问题的来源。
关于光线折射的问题,基本上就是这样。大家可以自己设计一些实验尝试去证明,这个现象其实很有意思的。
网友评论