物理天地 中国古代趣味物理实验4
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10 小孔成像
小孔成像是初中课本中一个重要的物理实验，该实验最早见于《墨经》：“景到，在午有端与景长，说在端。”“景：光之人，煦若射。下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景于上;首蔽上光，故成景于下，在远近有端与于光，故景库内也。”意思是：景像倒立，在于光线交错处有一点状小孔，同时，影像与物体有一定长度(距离)。因为点状小孔极小。影像：光线照到人身上，象箭射入小孔一样。照到人的最下部位反射而成人的最高部位，照到人的最高部位反射而成人的最下部位。人足在下遮蔽着下光，所以脚的影像映在壁的上方;人头在上遮蔽着上光，所以头的影像映在壁的下方。由于在物体的远处或近处有一点状小孔和物体被光线直线所射，所以影像倒立在窟孔里面的壁上。
小孔成像实验记载还有许多，北宋沈括在解释“阳燧照物皆倒”时就涉及到小孔成像的问题：“若鸢飞空中，其影随鸢而移，或中间为窗隙所束，则影与鸢相违：鸢东则影西，鸢西则影东。”宋末元初的赵友钦还以楼房为光学实验室进行过专门研究。元代郭守敬发明的“仰仪”和“景符”也运用了小孔成像原理。
值得指出的是，上面叙述只限于“倒像”，直代清代，郑复光才指出影屏上还能形成正像(光斑)的事实。
11 悬镜照邻
《淮南万毕术》云：“高悬大镜，坐见四邻。”高诱注曰;“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣。”我们清楚，静止的水面是光的良好反射面，还在原始社会，人类就已注意到平静湖面中的倒影(像)。早在殷商时代，我国就已有人利用静止的盘水作为照像器具，这种器具叫“水鉴”，即后来所说的“水镜”。
在悬镜照邻实验中，水盆的作用是把从大镜反射到水盆水面的光线再反射给人眼，使人能看到宅内看不见的宅外景像。很明显，水盆与大镜的组合，已构成实验装置———潜望镜。中学课本中的潜望镜，通常是把两面玻璃镜成45°角安装在“Z”形曲管的转弯处，而上述潜望镜则没有“Z”形曲管，所以人们把它叫做开管潜望镜，它是潜望镜的鼻祖。
12 杯中显“影”
“徐州护戎陈皋供奉，行田间遇开墓者，得玛瑙盂，圆净无雕镂纹，盂中容二合许，疑古酒卮也。陈用以贮水注砚，因间砚之中有一鲫，长寸许，游泳可爱。意为偶汲池水得之，不以为异也。后或疑之，取置缶中，尽出余水，验之鱼不复见。复酌水满中，须臾一鱼泛然而起，以手取之，终无形体可拘。复不可知为何宝也。余视之数矣。”
关于容器中的显“影”现象，张英、王士祯在《渊鉴类函》中也有记载：“真率齐笔记云：关关赠余本明以青华酒杯，酌酒辄有异香在内，或有桂花，或梅，或兰，视之宛然，取之若影，干则不见矣。”由此可知，关关赠余本明的酒杯不止一个，且每个酒杯装酒后会显示出不同图象。显然，杯中显“影”并非偶然，它是人们对酒杯特意加工后形成的。1979年，山西省侯马市一工厂科技人员，通过长期研究，仿制蝴蝶杯获得成功，其原理如下：在杯底中央嵌装一枚凸透镜，在杯脚里以细弹簧(游丝)装上一个彩蝶，只要杯受微小干扰，彩蝶就能舞动。杯中无酒时，彩蝶在凸透镜焦点之外，造成与人眼同侧的实像，人眼视之很模糊。斟酒入杯后，这层透明的酒成了一枚凹透镜，凸透镜与凹透镜组合成为复合透镜。复合透镜的焦距比凸透镜的焦距大，彩蝶便落在复合透镜焦距之内，造成了放大的虚象，大约位于明视距离处。此时复合镜起放大镜作用，故人眼很清楚地看到放大了的蝴蝶。因杯拿在手里总要受点干扰，蝴蝶也就翩翩起舞了。古人砚中可能没有弹簧，但水面微小的波动，足以使鲫“游泳可爱”。
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