【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學(xué)”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實的學(xué)酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。?

第一章光的傳播（一）

【山話||? 本系列專欄中的力單位達因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫（1庫倫=3×10?靜庫）；電勢的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的?！??

§1-3象和影

【01】日常生活中的許多光現(xiàn)象，都可以用光的直線傳播來解釋，例如小孔成象、本影、半影、日食和月食等，它們都是光在同一均勻媒質(zhì)里直線傳播所形成的光現(xiàn)象。

1、小孔成象

【02】在一塊硬紙板上戳一個小針孔，把它對著光源（例如蠟燭火焰）置放著，在紙板的另一側(cè)豎放一片毛玻璃，適當?shù)卣{(diào)節(jié)它的位置，在毛玻璃上出現(xiàn)的就不是一片均勻的光亮或小孔的形象，而是光源清晰的倒象，這個現(xiàn)象，我們稱它做小孔成象。如果把有小孔的紙板和毛玻璃做成象圖1·6所示那種暗箱的樣子，它就成了一個最簡單的照相機了（關(guān)于照相機的原理我們以后還要詳細介紹）。

【03】光源發(fā)出的光，經(jīng)過小孔以后，為什么會在毛玻璃上映出它的倒象來呢？

【04】我們知道，光源射出的光，是向四周直線傳播出去的，它的任何一個發(fā)光點只能在沿著與小孔成一直線方向的毛玻璃上形成一個光斑，其他的光線都被紙板擋住了，所以光源的每一個發(fā)光點，都將對應(yīng)地在毛玻璃上留下一個光斑，這許許多多小光斑集合起來，就形成了光源的象。很明顯，這個象跟光源比較起來，是上下倒置和左右互換的，圖1·7清楚地說明了這一點。

2、本影和半影

【05】如果有一個點光源，照在一個不透明的物體上，沿著直線傳播的光線，就被物體遮擋住了，在物體的后面，受不到光的照射的地方，形成一個完全黑暗的陰影區(qū)，稱做物體的本影。在圖1·8中，一個火焰很小的蠟燭（近似地看成是一個點光源）照在豎立在桌面上的圓柱體上，在圓柱體后的桌面上，就出現(xiàn)它的本影。

【06】如果有兩個點光源，分別從兩個地方照在同一個物體上，這時在物體后面，不僅有完全不受光照的陰影區(qū)（物體的本影）存在，還會有半陰暗的陰影區(qū)存在，這個半陰暗的陰影區(qū)，叫做物體的半影。在圖1·9中，有兩個小蠟燭照在圓柱體上，在物體后面桌面上那個完全黑暗的錐形陰影就是它的本影，周圍半陰暗的陰影，就是它的半影。在本影里，無論光源的那一點所發(fā)出的光都不能到達，所以它是完全黑暗的；在半影里，它能夠受到光源中某一點或某一部分的照射，但是不能受到光源上另一點或另一些部分的照射，所以它是半陰暗的。在圖1·9中，半影區(qū)中 H? 部分能夠受到光源 S? 的照射，但是不能受到光源 S? 的照射；半影區(qū)中 H? 部分則能夠受到光源 S? 的照射，但不能受到光源 S? 的照射；在 H? 和 H? 以外的地方，則既能受到光源 S? 的照射，又能受到光源 S? 的照射，所以是完全明亮的；這樣，在桌面上就有了三個明暗不同的區(qū)域。

【07】如果有兩個以上的點光源同時照在物體上，這時半影區(qū)本身也有了陰暗程度的不同。如圖1·10所示，三支小蠟燭照在物體上，靠近本影的半影區(qū)比較陰暗一些，再外面一點的半影區(qū)就比較明亮一些；同樣，半影以外的地方則是完全明亮的，因為無論光源的哪一點所發(fā)出的光線，都能同時射到那兒去。

【08】如果，光源不是幾個孤立的發(fā)光點，而是一個體積很大的發(fā)光體，這時我們可以把它看成是許多小發(fā)光點的組合，物體半影區(qū)的陰暗程度也有了連續(xù)的變化，越靠近本影的地方越暗，從里到外逐漸變得明亮一些。當然，在半影區(qū)外面的地方，則是完全明亮的。本影和半影的形成，都是光的直線傳播的結(jié)果。

【09】從以上幾種情況可以看出，當光源是一個點光源的時候，物體只存在本影，不存在半影，物體的影子也最清晰；當兩個或兩個以上點光源同時射在物體上時，物體后面就生成本影和半影。光源分布的區(qū)域比物體小的時候，物體后面的本影是發(fā)散的（圖1·8）；光源分布的區(qū)域如果比物體大，則物體后面的本影就是收斂的（圖1·9和圖1·10）。在光源離開被照射物體距離相等的情況下，光源越大，本影就越小，所以太陽光照射在電線桿上，我們在地面上總是看不見電線的影子。在醫(yī)院的外科手術(shù)室里，就用一個分布區(qū)域比較大的光源來照亮手術(shù)臺，因為它的分布區(qū)域比較大，在動手術(shù)時，手下面不會產(chǎn)生陰影，所以這種燈叫做無影手術(shù)燈（圖1·11）。一般室內(nèi)照明，也都喜歡應(yīng)用面積較大或較分散的光源來照明，以減小室內(nèi)物體所產(chǎn)生的陰影。

3、日食

【10】從光源發(fā)出的光，沿著直線向四周傳播出去，投射在不透明的物體上，就會形成影；自然現(xiàn)象中日食和月食，也可以用成影的原理來解釋。

【11】太陽是一個龐大的天然光源，地球和月球本身又都不發(fā)光，太陽光照在月球表面，反射到人的眼里，我們就覺得月球很亮，如果沒有太陽光射到月球表面上去，我們就不會看見月球。

【12】月球是繞著地球運轉(zhuǎn)的，地球又圍繞著太陽公轉(zhuǎn)著，這樣，月球就有機會跟太陽、地球處在同一條直線上。當月球運行到太陽和地球之間時，它的影子可能投射到地球表面上來，于是發(fā)生了日食（圖1·12）。地球上處在月球本影區(qū)域里的人，這時完全看不到太陽（整個太陽都被月球遮住了），這叫做日全食（圖1·13）。日全食時，看上去天色很昏暗，好象是黃昏一樣，天上的星星也能看得見。在月球的半影區(qū)域里的人們，這時看見太陽缺了一部分，這部分被月球遮住了，就叫做日偏食（圖1·14）?！境巳杖澈腿掌骋酝?，還有所謂日環(huán)食。被月球本影的延長線籠罩著的地區(qū)，如圖1·15中的 C 區(qū)，就會看到日環(huán)食，這時太陽當中陰暗，周圍有很光亮的一圈，象一個光環(huán)，在圖中的區(qū)域 A 和 B 中，將會分別看到日偏食和日全食】從圖1·12和圖1·14可以知道，發(fā)生日食的時候，并不是地球上所有的地區(qū)都能看見日食，例如1955年6月20日所發(fā)生的一次日食，只有我國南沙群島、菲律賓群島等地的人能夠看見。在觀察日食的時候，不要用眼睛直接去觀察，避免強烈的太陽光傷害眼睛，人們常常隔著熏黑了的玻璃片去看太陽，或者用面盆盛一盆水，里面倒入一些墨汁，把它對著太陽，然后在面盆里可觀察日食的情況。

4、月食

【13】當月球運行到地球的本影里的時候，背著太陽半球上的人，看見原來的圓月變暗了，這叫做月食（圖1·16）。整個月球全部進入地球的本影里叫月全食；如果月球只有一部分被地球的本影掩蔽，這叫做月偏食。圖1·17就是一次月偏食經(jīng)過的過程。左上方的第一圖是月球剛剛進入地球陰影里時的情況，之后就漸漸有更多的部分進入地球的陰影中，右下角的一張圖是這次月偏食中月球被地球的陰影掩蔽得最多時的情形，在這以后，月球又逐漸離開地球的陰影區(qū)，直到整個月球都顯露出來。

【14】跟月食的情況不同，日食只能在地面上一個狹小的地區(qū)內(nèi)可以看到，月球陰影投射不到的地方看不到日食，而發(fā)生月食的時候，除了地球向著太陽的那一面以外，地球上整個背著太陽的半球上的人，都能夠同時看到。

【15】由于月球繞地球運行的軌道跟地球公轉(zhuǎn)的軌道不在同一平面上，它們互相傾斜成?5°9' 的交角，所以月食和日食不可能每個月都發(fā)生（如圖1·18所示）。觀測和研究的結(jié)果知道，日食和月食的發(fā)生，也是有一定的規(guī)律的；自從人們掌握了光的直線傳播和天體運行的知識以后，日食和月食的現(xiàn)象就得到了科學(xué)的解釋，并且還能夠正確地預(yù)算出日食和月食將要發(fā)生的時間。

【16】在我國，從很古的時代起，就開始注意到天文的觀察，尤其是注意到對日食的觀察，同時也涌現(xiàn)了許多優(yōu)秀的天文學(xué)家。在我國的古書記載中，最早一次日食是發(fā)生在公元前2137年10月22日，這是世界上最早的日食記錄。幾千年來，勤勞的我國人民，通過歷代的努力觀測和研究，已經(jīng)為我們積累了一些世界上最為詳盡可靠的日食研究資料?，F(xiàn)代的科學(xué)家們還在不斷地對日食和月食進行著觀測和研究，以便進一步了解太陽的構(gòu)造和天體運行的復(fù)雜規(guī)律，從而不斷豐富和加深我們對于宇宙天體的認識。