鑿壁真的能“借”到光嗎

“鑿壁借光”的故事想必大家都聽過，你有沒有懷疑過故事的真實性呢？愛思考、敢質(zhì)疑的祖翌涵讀到這個故事時產(chǎn)生了很多疑問：鑿壁真的能“借”到光，讓匡衡看清書上的字嗎？多大的洞能“借”到光？燈源和洞口距離多遠(yuǎn)能“借”到光？洞口的形狀會影響“借”光效果嗎？……

為了找到答案，祖翌涵開展了一系列探究實驗，一起去看看吧。

一、研究過程

（一）查找資料

這個故事發(fā)生在西漢，我通過書籍和網(wǎng)絡(luò)查找了有關(guān)西漢時期的資料，了解到北京大學(xué)漢畫研究所曾對漢代建筑做過相關(guān)研究：研究人員通過文物復(fù)原發(fā)現(xiàn)，漢代存在多種多樣的建筑形態(tài)，既有“聯(lián)排式”的，也有“獨(dú)棟式”的。匡衡住的房屋很可能是“聯(lián)排式”的，所以，我制作的房屋模型是連在一起的兩間房子。

（二）實驗準(zhǔn)備

我用KT板制作了房屋模型，準(zhǔn)備了一本書，每次使用小夜燈、油燈、蠟燭3種光源分別進(jìn)行實驗，每個實驗均開展3次，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（三） 實驗過程

實驗一：研究洞口的尺寸對透光效果的影響

我將洞口設(shè)計為圓形，從直徑2毫米的圓孔開始觀察，圓孔直徑依次增加1毫米，直到能看清整頁紙上的文字（約500個字）。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，小夜燈的透光效果最好，圓孔直徑為2毫米時即可看清小半頁紙；圓孔直徑為4毫米時可看清整頁紙上的文字。油燈的透光效果較好，圓孔直徑為2毫米時能看清約6個字；圓孔直徑為7毫米時能看清整頁紙上的文字。蠟燭的透光效果最差，圓孔直徑小于4毫米時，完全看不清字；圓孔直徑為8毫米時才能看清整頁紙上的文字。

實驗二：研究光源與洞口的距離對透光效果的影響

在第一個實驗中，我將光源放在與洞口在同一水平面、距離洞口10厘米的位置。但是，匡衡的鄰居并不會把光源放在洞口附近，如果光源和洞口有一定距離，那么這個距離在什么范圍內(nèi)，匡衡才能“借”到光呢？

我在第一個實驗結(jié)論的基礎(chǔ)上展開探究，以透光效果最差的蠟燭為光源，從距離洞口10厘米開始平行移動光源，記錄透光效果有明顯變化的數(shù)據(jù)。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，若洞口為直徑8毫米的圓孔，光源在距離洞口150厘米以內(nèi)時，人們或多或少能看到書上的文字。

實驗三：洞口的形狀對透光效果的影響

在以上兩個實驗中，洞口的形狀都是圓形，但現(xiàn)實生活中，我們很難在墻壁上挖出一個正圓形的小孔。如果洞口的形狀不是圓形，會影響透光效果嗎？

我用3D材料打印了6張黑色不透光的卡片，在卡片上分別挖出正方形、長方形、三角形、橢圓形、菱形、梯形6種形狀的洞口，洞口面積與直徑為8毫米的圓孔相當(dāng)，約為50.24平方毫米，并在房屋模型上挖出一個較大的圓孔，將卡片依次蓋在圓孔上，以蠟燭作為光源，放在平行于洞口150厘米的位置，觀察不同的洞口形狀對透光效果的影響。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，洞口的形狀會影響透光效果，其中，三角形、橢圓形的透光效果最好。

二、研究結(jié)論

匡衡鑿壁“借”光的故事可信度很高。當(dāng)匡衡鑿的墻壁是和鄰居家相鄰的公共墻壁時，只要光源距離洞口不超過150厘米，洞口面積不小于50.24平方毫米，匡衡或多或少能看清一些文字。

三、研究收獲

我原以為這是一個很簡單的問題，然而，當(dāng)我真正開展探究后，新問題接踵而至。為此，我多次修改設(shè)計圖、改進(jìn)實驗方案，并進(jìn)行了多次實驗。我研究的問題很小，真正的科學(xué)家在開展研究時遇到的困難更多、風(fēng)險更大，而他們不畏艱難，勇往直前，實在令人敬佩！

教師點(diǎn)評

祖翌涵同學(xué)善于觀察、樂于思考、富有質(zhì)疑精神，并且能通過一系列實驗驗證自己的猜測。但是，實驗的科學(xué)性還有待提高，比如，現(xiàn)實生活中，光源與洞口不一定會在同一水平面上，光源和洞口垂直高度的改變是否會影響透光效果呢？這一點(diǎn)有待探究。另外，祖翌涵使用了多種光源進(jìn)行實驗，油燈和蠟燭在操作時存在安全隱患，建議通過改進(jìn)現(xiàn)代照明裝置來模擬不同光源的亮度。