关键概念
物理学
光
反射
视觉
引言
你可能听过一句谚语“并非一切都如看起来的那样”。远处的东西可能看起来很棒，但当你仔细观察时，它可能不如你想象的那样！在这个活动中，你将把被烟灰熏黑的勺子变成闪亮的银色。即使这只是一个错觉，当你看到它时，你也不会知道。自己试试吧！
背景
我们是如何看到我们所看到的？视觉是基于光的——没有光，我们就什么也看不到。光以波的形式传播，最终到达我们的眼睛，在那里信号被发送到我们的大脑，大脑将这些信号转化为信息，例如我们正在看的物体的颜色、位置或外观。当光波照射到物体时，它们可以通过几种方式与物体相互作用：它们可以像镜子一样反射回来；它们可以被吸收，这意味着它们被物体捕获；它们可以被透射并穿过物体；或者它们可以被散射并向不同的方向偏转。此外，穿过空气、水或玻璃等透明物体的光线也会发生折射，这意味着当光波从一种透明物质进入另一种透明物质时会发生弯曲。如果没有这种由于折射引起的光线弯曲，我们就无法使用透镜或放大镜。
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光线与物体如何相互作用主要取决于其材料的特性。吸收大部分光线的物体看起来很暗或不透明。如果物体具有非常光滑的表面，则光线可以被反射并从材料表面弹开。一个例子是镜子的光滑表面，它以与入射光波相同的角度反射光线。这就是为什么我们在镜子里看到自己的原因——平面反射的图像被复制了。粗糙的表面也会反射光线，但它们会将光线反射到多个方向。入射光波从表面向各个方向散射，因为表面不均匀。在这个活动中，你将亲眼看到材料的表面如何决定光线如何与它相互作用。结果会让你感到惊讶，因为完全相同的物体可以以截然不同的光线出现——字面意思上！
材料
成人助手
蜡烛
火柴或打火机
两个金属勺子（你被允许使用的）
玻璃杯
水
纸巾
黑色永久性记号笔
卸甲油
准备工作
将玻璃杯装满一半的水，并将其放在蜡烛旁边。
用黑色永久性记号笔在其中一个勺子的背面涂色。
步骤
拿起你用黑色永久性记号笔涂色的金属勺子。你能清楚地看到勺子背面的黑色吗？
将涂有颜色的金属勺子放入玻璃杯中，从各个角度观察。勺子在水下仍然是黑色的吗？从不同的观察角度看，外观会改变吗？
接下来，拿起另一个金属勺子，观察它的外观。它看起来怎么样？它很闪亮吗？
请成人助手点燃蜡烛并观察燃烧的蜡烛。火焰看起来像什么？你看到火焰中有烟灰吗？
接下来，将金属勺子的背面放在黄色火焰的顶部。勺子的外观会改变吗？如果是，它是如何改变的？你能解释发生了什么吗？
一旦你的勺子被烟灰覆盖，让它冷却一分钟。观察勺子的表面。它的黑色表面看起来粗糙还是光滑？
勺子冷却后，将其慢慢浸入玻璃杯中。然后从不同的角度观察它。勺子的背面看起来如何？你能在水下看到黑色的烟灰表面吗？它的外观会随着不同的观察角度而改变吗？
最后，慢慢地将勺子从水中取出，再次观察它。勺子看起来不一样了吗？烟灰仍然是黑色的吗？它看起来湿了吗？
额外：测试该活动是否适用于勺子以外的物体。但是，请确保你选择的物体是耐热的，并且你被允许测试它们。尝试用烟灰覆盖耐热盘子或蛋壳。你能用不同的物体创造相同的错觉吗？
观察结果
金属勺子看起来很闪亮，因为它的表面非常光滑，这就是为什么它像镜子一样并且很好地反射光线。如果你用黑色油漆涂上它，它看起来就是黑色的。当你把涂漆的勺子放入水中时，这种情况不会改变。从各个角度看它仍然是黑色的。
但是，当你把金属勺子放入火焰中时，你应该已经观察到，过了一段时间，勺子变成了黑色。这是因为蜡烛会从其由碳和氢组成的蜡中产生烟灰。火焰的黄色区域包含沉积在金属表面的微小碳颗粒。在显微镜下，你会看到勺子上的烟灰看起来非常凹凸不平，几乎像山地景观。表面看起来是黑色的，因为由于其粗糙度，从一个颗粒反射的任何光线都会击中另一个颗粒并被吸收。
然而，一旦你把黑色勺子放入水中，你应该已经观察到，以前的黑色表面突然看起来闪亮如银。这是为什么呢？答案是，由于烟灰的表面粗糙度，当你把勺子浸入水中时，微小的气泡会卡在它的表面上。这意味着，在烟灰的顶部有一层非常薄的气泡。这层空气在粗糙的烟灰表面上形成了一个非常光滑的表面。当光线照射到水和空气层之间的边界时，它不再被吸收，而是像镜子一样被反射——表面看起来很闪亮。这种现象也称为“全内反射”，它只能发生在光线穿过的两种不同材料的边界处——在这种情况下是水和空气。当你把勺子从水中取出时，勺子看起来又变成了黑色，因为光线再次被粗糙的烟灰表面吸收。对于涂漆的勺子，水下没有水-空气边界，因为没有气泡卡在油漆上。这就是为什么你没有在涂漆的勺子上看到这种现象。
清理
用纸巾清除勺子上的烟灰。使用卸甲油去除另一个勺子上的永久性记号笔。确保熄灭蜡烛火焰并清理你的工作空间。
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