有趣的物理课堂

教授将目光从自己的植物上离开，然后注意到了天空中充斥的千万种颜色。他想起来上回还没有讲完关于鱼类视觉的问题。于是他就这样望着天空说：

“我最亲爱的佩洛，你看这夕阳多美呀！”

不！偷袭计划被破坏了！佩洛十分失望。但教授没有察觉，他继续说：

 “你知道吗，佩洛，就算在我们看来太阳还需要一会儿才会降到地平线以下，实际上它已经沉下去很久了。你还记得光的折射和费马原理吗？然后你还记得我跟你保证过要给你解释鱼是怎么看水外面的物体的吗？”

佩洛记得那个漫长的下午，而且她尤其记得，又一次带着苦涩的感觉，那只金鱼的死。

“那好，我的小家伙，我刚才跟你讲的现象也是费马原理的直接结果之一。现在我试着给你讲清楚些。我从大方面开始讲起：一束来自太阳的光要想到达地球，就要穿越地球的大气层。”

佩洛仔细听着：她喜欢太阳的光，她总是在寻找阳光。

“地球的大气层在高空中十分稀薄，而在较低的层上更加致密：空气的密度随高度的升高而降低，光的折射率也是这样。我想我还从来没有跟你提到过光的折射率，佩洛；我们要想精确一些的话，我现在说的是绝对的折射率。嗯，我的佩洛，光在一种给定物质中的折射率其实就是光在真空中的速度与光在这种物质中传播速度之比。一点都不复杂，是不是？！不过现在，我要说一些可能在你看来有点困难的话。不过佩洛，试着跟上我的节奏。”

佩洛侧耳倾听。

“我的小东西，想象你正在一层一层地叠加质地均匀的不同介质，好让折射率从高处到低处一点点增加。现在，一束光倾斜着从高处到低处穿过这一系统，每次遇到层与层之间的分界面时，它就会折射一次，每次都比之前更接近入射面垂直线。”

“垂直......垂直......入射面垂直线：与入射点表面垂直的线。”

“我同意你的说法，脸蛋儿，复习一遍总会有好处的！总之，佩洛，回到我们刚才的主题。现在我们有这样一束光，逐渐从折射率低的介质，也就是从高层，传播到折射率更高的介质，也就是低层。这样我们得到的光束就是一条在很多点上都被折断的线，有多少个分界面就折断多少次。”

对于佩洛来说这些都很难想象。一开始她想象的是许多柔软的毯子一层叠在一层上面，最上面的是质地轻盈做工精细的那种，而最下面的是那些缝线更加紧致的毯子。

但想象毯子在这里不行，只会让事情变得更加难以理解：佩洛放弃了毯子。然后她又回过神继续倾听。

“现在，佩洛，我们想象无限增加折射层，让每一层的厚度越来越小，这样连续两层之间的折射率之差也会越来越小。这样一来，之前的折线现在变成了一条曲线，向着低处弯曲：小猫咪，你能看到吗？这就是太阳穿过大气层时会发生的事情。”

喵喵叫的佩洛跟上了教授讲的道理，但的确有些艰难。

“又一次，我的小东西，光遵循了费马的定言令式：沿曲线传播的太阳光可以尽可能长时间地停留在大气层的高处，也就是大气密度最低的地方，在那里它能传播得更快；总之，太阳光没有选择沿直线传播，而是选择缩短它在高密度区域的路程，在那里它传播得更慢，因此要沿倾斜角度更大的方式通过。正是因为这个道理，佩洛，我们才能在太阳其实已经落山的情况下还能继续看到它；正是因为这样我们才会认为太阳在天空中的位置比实际的更高。”

老教授以讲故事的方式作物理的启蒙，为我们解释日常生活中的物理学现象，比如，为什么船桨看起来在水中会断裂？鱼是怎么看到水里和水外面的东西？光为什么会发生折射？从不同的角度思考这些问题，从而让你对物理现象背后的原因产生兴趣。你会发现，物理学原来离我们这么近。

马尔塔•埃莱罗

　　意大利年轻的物理学家，还致力于神经科学，对写作充满热情。她擅长用简单有趣的方式来解释严谨的物理学。她笔下的故事能引起读者对科学的兴趣，使读者理解更多日常现象中接触到的科学话题。

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     科学资料

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马尔塔•埃莱罗

　　意大利年轻的物理学家，还致力于神经科学，对写作充满热情。她擅长用简单有趣的方式来解释严谨的物理学。她笔下的故事能引起读者对科学的兴趣，使读者理解更多日常现象中接触到的科学话题。