平方反比定律:距离如何影响光的传播?

材料

• 阳光灿烂的一天
• 助手
• 磁带
• 卷尺
• 用来剪洞的东西(剪刀、打孔器、尖笔、钥匙)
• 各种穿孔物品(叉、打蛋器、螺旋装订、筛网、钢棉)
• ¼in薄板。坐标纸
• 铅笔或钢笔
• 图画纸上
• 大到可以坐进去的纸板箱

过程

1. 从画纸上剪几个形状(你可以用剪刀把纸剪到中间)——一个盒子，一个圆圈，一个星星，或者任何你喜欢的形状。确保形状是小的:最大的大约½英寸宽。每个形状之间至少要有2到3英寸的距离。
2. 和你的帮手和你所有的东西一起出去，让他们把施工图纸举到人行道上方半英尺的地方，这样阳光就能穿过洞。你看到了什么?这是你想看到的吗?
3. 现在，把图纸放在阴影所在的地面上，画出每个形状的轮廓。
4. 让你的助手把纸稍微抬高一点(一英尺左右)，这样光点就会保持在相同的位置。这些形状会发生什么变化?
5. 在你的图纸上，围绕旧形状的轮廓画出新形状的轮廓。当你的助手把纸往上移动时，你认为这些形状会是什么样子?
6. 让你的助手再把纸抬高两英尺。画出每次阳光照射的形状。
7. 一旦你完成了，把纸拿回来，拿一些小东西，比如叉子或铅笔，在纸上的形状上移动。观察光线投射在图表上。在不同的高度尝试一下。你看到什么奇怪的东西了吗?
8. 把你的其他物品像画纸一样移动。试着在不同的高度重叠它们。你觉得这光怎么了?
9. 你的手指也会这样。把拇指放在离眼睛一英寸的地方，看远处的东西。在查看视图中某物的方向时，在其上前后移动拇指。经过一些练习，你应该看到光线弯曲。试着把拇指离眼睛远一点。

额外的:如果你的纸板箱足够大，你可以尝试做什么暗箱-最古老的生成图像的形式之一。在盒子的侧面戳一个洞，坐在里面，洞对着一个非常明亮的光源，比如晴天的后院。把一些白纸贴在洞对面的墙上，这样你就有一个屏幕，可以把你的图像投影在上面。你应该看看你家后院的倒挂图!

结果

当施工纸靠近图纸时，图形就会清晰地显示出来。当你把画纸移开时，这些形状看起来越来越像圆，直到你分不清它们之间的区别。如果你在纸前面移动某样东西，它投下的影子就会扭曲，就好像它在通过一个透镜移动一样。绘图纸上的一团光实际上是太阳的投影图像——当它们距离地面足够远时，所有的切割形状都会投射出太阳的图像。当你把这些物体相互移动时，它们会形成复杂的明暗图案。

为什么?

当光遇到物体的边缘时，它会在边缘周围弯曲，就像水的涟漪撞击码头一样。这被称为衍射。当阻塞(我们的论文)接近焦平面——或者阴影被投射的地方——光线没有太多弯曲的机会，阴影看起来很像纸上的形状。当纸张离得更远时，光线有更多的时间弯曲，形状开始更多地转变为纸张后面的图像(在这种情况下，是太阳)。当它们远离地面时，所有的形状看起来都是一样的，这是因为光线的弯曲遮蔽了形状的所有角度和线条。

那么，为什么当你的形状变大时，它们看起来会变暗呢?距离影响光的传播根据光的平方反比定律。这一定律的基本原理是，当光源离被投射的任何表面越来越远时，每平方厘米的光强就会减小。记住，只有一定数量的光线能穿过你在图画纸上剪的每个洞。当这些光线散开时，图像会变大，但不会那么亮!