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光

光与声的游戏:影子、镜子与回声

Light & Sound · Shadows and Echoes
上一章玩了力;这一章玩光和声。光走直线,遇到镜子会反弹;声音靠空气传,遇到大山会弹回来——就是回声。
①
影子

光走直线,被挡住就有影子

②
镜子

光会反弹,镜子反光

③
声音

物体振动产生声音

④
回声

声音反弹回来

开场场景:晚上走在路灯下,影子一会儿长一会儿短;对着大山喊一声,过一会儿听到"啊——啊——"。这些好玩的事,背后都是光和声的小秘密。

卡必背公式 / 记忆口诀
光沿直线传播:挡光的东西后面就有影子
镜子反光:光遇到光滑表面会反弹,所以能照出你
声音由物体振动产生:橡皮筋、尺子、喉咙都在振
声音遇到障碍物会反弹:这就是回声
口诀:光走直线挡出影,镜子光滑会反光;声音振动才产生,大山一喊有回声。

义是什么:光和声是怎么跑的

光走直线:太阳光直直照过来,你的身体挡住光,地上就出现影子。早晚影子长、中午影子短,因为太阳高低不一样。

镜子反光:光遇到镜子像皮球撞墙一样弹回来。镜面很平,光整齐地弹回,你就看到自己;墙不平,光乱弹,就看不到像。

声音:说话时摸喉咙,能感觉到麻麻的振动——声音就是物体振动产生的,靠空气跑到耳朵里。对着大山喊,声音撞山弹回来,就是回声。

路怎么想到的:动手玩一玩

小实验 1:晚上拿手电筒照墙,手在墙前面比出小狗形状——影子出现了!

小实验 2:把钢尺压在桌边,拨一下,尺子振动发出嗡嗡声;按住它,声音立刻停——振动停,声音停。

例题:三道典型题

例1:为什么中午影子短、早晚影子长?
光沿直线走,太阳位置不同。
中午太阳在头顶,光几乎垂直照下来,影子短短的;早晚太阳斜着照,影子长长的。
例2:为什么镜子里你举右手,"镜中人"举左手?
光反弹,左右反过来。
镜子不反转上下,只反转前后,所以你看它像左右反过来一样。
例3:为什么在屋子里说话没有回声,在大山谷里有?
声音要弹回来,距离太远才听得出。
屋子墙壁太近,回声和原声混在一起听不出;山谷远,声音跑过去弹回来要时间,就听到"啊——啊——"。

用途与案例

生活:彩虹

雨后空气中有小水珠,阳光穿过小水珠像穿过三棱镜,分成红橙黄绿青蓝紫——就是彩虹。

生活:听诊器

医生用听诊器,声音顺着管子传,不往外散,听得更清楚。

展往哪儿长

以后你会学:初中会学光的折射(筷子插水里像断了);高中学干涉衍射;大学学电磁波。现在只要知道:光走直线会反弹,声音靠振动和空气。

有趣的事:光跑得快极了,1 秒能绕地球 7 圈半;声音慢多了,1 秒才跑 340 米——所以先看到闪电,后听到雷声。

防坑警示

影子不是"黑东西":影子只是光照不到的地方,本身不发光。镜子不发光:它只是把别的光反弹回来。月球不发光:月亮"亮"是它反射太阳光。

练习

基础:为什么手挡在蜡烛和墙之间,墙上有手影?

查看解答光沿直线走,手挡住了光,墙上光到不了的地方就是手影。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。

进阶:打雷时先看到闪电还是先听到雷声?

查看解答先看到闪电!光太快几乎瞬间到,声音慢,过几秒才到。看到闪电数秒数,乘以 340 米,就是雷离你多远。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。

思考:为什么在月球上说话对方听不到?

查看解答月球上没有空气,声音靠空气传,没空气就传不过去——必须用无线电。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。

证教材级补充

光速和声速:光在空气中每秒约 30 万千米;声音在空气中每秒约 340 米。差了近百万倍!

先看到闪电后听到雷:光 $3\times10^8$ m/s,声音 340 m/s。看到闪电后数到 3 秒,雷约在 $3\times340=1020$ 米外。

小实验:橡皮筋发出声音把橡皮筋拉开拨一下,它振动嗡嗡响;拉得越紧,振动越快,声音越高。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。
小实验:镜子里的字写一个"大"字对着镜子,镜里字是反的——这就是光前后反弹的结果。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。
记
小结卡

① 光沿直线走,挡住就有影子;镜子会反光。

② 声音由振动产生,靠空气传,遇到障碍弹回成回声。

③ 光比声音快得多,所以先见闪电后闻雷。

费曼学习法:讲给别人听
合上书本,假装对面坐着一个刚上大学/小学的小孩,把这三件事说清楚——说不清楚的地方,就是你没真懂。
  1. 用自己的话讲:本章核心是「光与声的游戏:影子、镜子与回声」,合上书用自己的话讲一遍,不许照抄。
  2. 举个反例 / 什么时候最容易错:"为什么月亮会亮?它自己不发光,它只是像镜子一样把太阳光反射到你眼睛里。"
  3. 哪里还卡壳(标记你的薄弱点):哪一句你要翻书才说得顺?那个地方就是你的薄弱点,拿笔圈出来。