一、中国古代人们对光的直线传播特性的认识和应用

墨家对光的直线传播特性的论述

为了论证光的直线传播特性，墨家做了世界上最早的小孔成像实验，并给予了精辟的解释．在公元前五世纪的《墨经》中曾写到：“景倒在午有端”意思是说，发光体发出的光线在隔屏的小孔处交聚成一点，由此给出的影是倒立的．《经说》中解释道：“景：光之人，照若射．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”意思是说，成倒像的原因是由于光的直线行进，光照人，经人体反射后犹如射箭那样直进．通过小孔在屏幕上见到的人之下部在高处，人的高部在低处．其原因是：发自足部的光线，被隔屏遮蔽了下面部分，所以成影在上；发自头部的光线，被隔屏遮蔽了上面部分，所以成像在下．在光路上的或远或近处存在一个小孔，所以在屏幕上成的像是倒立的．光线通过小孔，人体位置由远而近，暗室内（库内）屏上的倒像由小而变大，如图 31．

沈括对光的直线传播的论述

我国北宋时期的沈括，为了说明光是沿直线传播的这一特性，曾在《梦溪笔谈》中叙述了一个有趣的现象．有一天，一只老鹰在天空飞翔，老鹰的影子透过窗户的缝隙投射到屋子里的墙上．老鹰从东飞到西，而影子却从西移向东．如图，这便是小孔成象的左右互换性，从而说明光线是沿直线传播的．

赵友钦的“小罅光景”实验

我国宋末元初的赵友钦，曾对光的直线传播特性进行研究．他在“小罅光景”中详细地记述了多个光学实验，其中一个是利用壁间小孔成像的实验，由这个实验，赵友钦得到了小孔成倒像的基本规律．还有一个是在二层楼房内进行的大型实验．这个实验是以烛光为光源的较复杂、较完备的实验设计．这个实验讨论四部分问题：①在物距与像距不变的条件下，改变光源强度的成像规律；②当光源的强度、小孔的大小和物距不变时，改变像距时的成像规律；③当光源强度、小孔的大小、像距三者不变时，改变物距时的成像规律；④当孔相对大时，得出像和孔的形状相同的结论．从这些实验中，赵友钦不仅证明了光的直线传播性质，而且正确地说明了光源、小孔、像三者之间的各种关系．并定性说明了：物体表面的照度随光源强度的增大而增大，随距离的增大而减小的结论．

赵友钦从实际出发，运用实验手段，有目的地探索自然规律．在科研方法上，他采用边实验边推理、边操作边分析的方法．在实验技术也达到相当高的水平．他成功地运用“对比实验”来研究自然现象，给后来者以许多启发．赵友钦的实验研究比西方最早的系统实验研究者伽利略还要早二、三百年的时间，遗憾的是他的实验精神和用实验探索规律的方法没有

在我国后来的自然科学研究中得到继承和发扬光大． 4．小孔成像实验分析

一支蜡烛放置在一个具有针孔的屏幕 A 前如图所示，自蜡烛光焰上每一点发出的光，通过针孔后均投射到与屏幕 A 平行的黑色接收屏幕 B 上，且形成一个与火焰 S 的形状完全相似的像 S′，各像点间的相对位置与各物点间的相对位置一一对应，只是上下左右位置各自颠倒而已．这一有名的针孔成像实验，足以证明光是以直线传播的．