關鍵概念
物理學
光
反射
視覺
引言
你可能聽過一句諺語“並非一切都如看起來的那樣”。遠處的東西可能看起來很棒，但當你仔細觀察時，它可能不如你想象的那樣！在這個活動中，你將把被菸灰燻黑的勺子變成閃亮的銀色。即使這只是一個錯覺，當你看到它時，你也不會知道。自己試試吧！
背景
我們是如何看到我們所看到的？視覺是基於光的——沒有光，我們就什麼也看不到。光以波的形式傳播，最終到達我們的眼睛，在那裡訊號被髮送到我們的大腦，大腦將這些訊號轉化為資訊，例如我們正在看的物體的顏色、位置或外觀。當光波照射到物體時，它們可以通過幾種方式與物體相互作用：它們可以像鏡子一樣反射回來；它們可以被吸收，這意味著它們被物體捕獲；它們可以被透射並穿過物體；或者它們可以被散射並向不同的方向偏轉。此外，穿過空氣、水或玻璃等透明物體的光線也會發生折射，這意味著當光波從一種透明物質進入另一種透明物質時會發生彎曲。如果沒有這種由於折射引起的光線彎曲，我們就無法使用透鏡或放大鏡。
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光線與物體如何相互作用主要取決於其材料的特性。吸收大部分光線的物體看起來很暗或不透明。如果物體具有非常光滑的表面，則光線可以被反射並從材料表面彈開。一個例子是鏡子的光滑表面，它以與入射光波相同的角度反射光線。這就是為什麼我們在鏡子裡看到自己的原因——平面反射的影像被複制了。粗糙的表面也會反射光線，但它們會將光線反射到多個方向。入射光波從表面向各個方向散射，因為表面不均勻。在這個活動中，你將親眼看到材料的表面如何決定光線如何與它相互作用。結果會讓你感到驚訝，因為完全相同的物體可以以截然不同的光線出現——字面意思上！
材料
成人助手
蠟燭
火柴或打火機
兩個金屬勺子（你被允許使用的）
玻璃杯
水
紙巾
黑色永久性記號筆
卸甲油
準備工作
將玻璃杯裝滿一半的水，並將其放在蠟燭旁邊。
用黑色永久性記號筆在其中一個勺子的背面塗色。
步驟
拿起你用黑色永久性記號筆塗色的金屬勺子。你能清楚地看到勺子背面的黑色嗎？
將塗有顏色的金屬勺子放入玻璃杯中，從各個角度觀察。勺子在水下仍然是黑色的嗎？從不同的觀察角度看，外觀會改變嗎？
接下來，拿起另一個金屬勺子，觀察它的外觀。它看起來怎麼樣？它很閃亮嗎？
請成人助手點燃蠟燭並觀察燃燒的蠟燭。火焰看起來像什麼？你看到火焰中有菸灰嗎？
接下來，將金屬勺子的背面放在黃色火焰的頂部。勺子的外觀會改變嗎？如果是，它是如何改變的？你能解釋發生了什麼嗎？
一旦你的勺子被菸灰覆蓋，讓它冷卻一分鐘。觀察勺子的表面。它的黑色表面看起來粗糙還是光滑？
勺子冷卻後，將其慢慢浸入玻璃杯中。然後從不同的角度觀察它。勺子的背面看起來如何？你能在水下看到黑色的菸灰表面嗎？它的外觀會隨著不同的觀察角度而改變嗎？
最後，慢慢地將勺子從水中取出，再次觀察它。勺子看起來不一樣了嗎？菸灰仍然是黑色的嗎？它看起來溼了嗎？
額外：測試該活動是否適用於勺子以外的物體。但是，請確保你選擇的物體是耐熱的，並且你被允許測試它們。嘗試用菸灰覆蓋耐熱盤子或蛋殼。你能用不同的物體創造相同的錯覺嗎？
觀察結果
金屬勺子看起來很閃亮，因為它的表面非常光滑，這就是為什麼它像鏡子一樣並且很好地反射光線。如果你用黑色油漆塗上它，它看起來就是黑色的。當你把塗漆的勺子放入水中時，這種情況不會改變。從各個角度看它仍然是黑色的。
但是，當你把金屬勺子放入火焰中時，你應該已經觀察到，過了一段時間，勺子變成了黑色。這是因為蠟燭會從其由碳和氫組成的蠟中產生菸灰。火焰的黃色區域包含沉積在金屬表面的微小碳顆粒。在顯微鏡下，你會看到勺子上的菸灰看起來非常凹凸不平，幾乎像山地景觀。表面看起來是黑色的，因為由於其粗糙度，從一個顆粒反射的任何光線都會擊中另一個顆粒並被吸收。
然而，一旦你把黑色勺子放入水中，你應該已經觀察到，以前的黑色表面突然看起來閃亮如銀。這是為什麼呢？答案是，由於菸灰的表面粗糙度，當你把勺子浸入水中時，微小的氣泡會卡在它的表面上。這意味著，在菸灰的頂部有一層非常薄的氣泡。這層空氣在粗糙的菸灰表面上形成了一個非常光滑的表面。當光線照射到水和空氣層之間的邊界時，它不再被吸收，而是像鏡子一樣被反射——表面看起來很閃亮。這種現象也稱為“全內反射”，它只能發生在光線穿過的兩種不同材料的邊界處——在這種情況下是水和空氣。當你把勺子從水中取出時，勺子看起來又變成了黑色，因為光線再次被粗糙的菸灰表面吸收。對於塗漆的勺子，水下沒有水-空氣邊界，因為沒有氣泡卡在油漆上。這就是為什麼你沒有在塗漆的勺子上看到這種現象。
清理
用紙巾清除勺子上的菸灰。使用卸甲油去除另一個勺子上的永久性記號筆。確保熄滅蠟燭火焰並清理你的工作空間。
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