
同一张小纸卡,能不能在墙上变成“大块头”,再缩回原来的大小?两个人轮流当导演和移动员,就能玩一轮光影挑战。导演说想让影子怎么变,移动员只动纸卡;看完结果后交换角色,试着把刚才的变化重做一次。
这轮活动只需要普通LED手电筒、不透光的硬纸卡、尺子和浅色墙面或竖起的白纸屏幕。纸卡可先由成人剪好,用卡座固定;若手持,尽量保持同一高度和方向。桌面留够移动空间,地面保持可看清,不必把房间变成全黑。
先搭出一个不会同时乱动的场景
让手电筒朝向屏幕,纸卡放在两者之间,挡住部分光。Science Buddies的光影活动说明,在光源与屏幕的位置不变时,遮挡物往光源靠近,投到屏幕上的影子会变大;往屏幕靠近则会变小。活动原页
先不追求精确数字。把手电筒放稳,标出它与屏幕的位置,再给纸卡选两个位置。每次只移动纸卡,灯、屏幕、纸卡朝向都保持不变。否则,刚才影子变大,可能同时掺进灯移动、卡片转斜等变化,很难说明是哪一步带来的。
英国物理学会的教学资料把光线图称为预测光传播的模型。画出从光源经过物体边缘的直线,可以帮助我们推想屏幕上哪一段被遮挡。光线模型说明 家里先观察,后看示意图,不要求参与者一开始就会画几何图。
第一轮:只准动纸卡
先让影子完整落在屏幕上,两人记住大致轮廓。导演可以说:“保持形状大致一样,让它比现在高一些。”移动员先指出准备往哪边移动,再动手。灯固定时,靠近灯的一侧和靠近屏幕的一侧,哪边会让它变大?看完后再讨论刚才的判断。
不要以猜对次数记输赢。猜错时,把卡片移回原处,再慢慢移动一次;导演可以指着原轮廓描述“比这里高”或“比这里窄”。如果影子跑出屏幕,就先退回能看见完整轮廓的位置,避免把被截掉的部分误当作“变小了”。
接下来交换角色。新导演要求“回到刚才差不多的大小”,移动员尝试找回原位置。若能重现,可以再换一个目标大小;若重现不了,先查灯有没有滚动、卡片是否转了角度,而不是立刻换另一张卡。
一组能算清的理想示例
下面数字是点光源模型的计算示例,不是本文做过的家庭实测。设光源到屏幕为90厘米,纸卡高8厘米,纸卡与屏幕平行,光源、卡片中心和影子中心在同一条轴线上。
- 光源到纸卡30厘米时,影高=8×90÷30=24厘米
- 光源到纸卡60厘米时,影高=8×90÷60=12厘米
这里的“30厘米”和“60厘米”都从同一个理想光源位置量到纸卡,不是纸卡离屏幕的距离。两个相似三角形有相同的放大比例:屏幕离光源的距离,除以纸卡离光源的距离。灯和屏幕不动,纸卡离光源更远,比例就更小。

真实手电筒有一定大小的发光区域,也可能带透镜或多个发光点,影子边缘未必是一条清晰线。物理学会的实验说明也涉及本影、半影以及相对位置的影响。屏幕上的影子 不要拿手电筒外壳前缘随手量出的距离,强求每次都得到上述整数。
第二轮:自己选位置,再解释变化
想继续时,固定灯与屏幕,让两人各选一个纸卡位置。可以只比较“较大、较小、差不多”,也可以在同一把尺子上记下纸卡位置和影子的近似高度。模糊边缘怎样取点,先商量一种相同办法;若边界难认,就保留“大约”的记录,不补出好看的数字。
Exploratorium的教师资料里有一种变化:保留固定光源,让参与者自己选择物体位置来寻找规律,而非只照着既定距离做。原资料M13 家庭这一轮借用“自己选位置”的思路,具体角色和挑战规则是本页的设计示例。
最后请每个人完成一句解释:“灯和屏幕没动,我把卡片往……移动,看到影子……。”说的是这一轮实际看见的变化。若有人想转动卡片玩形状,完全可以另开一轮,并说明这次改变的是朝向,不能和前一轮只改距离的记录直接混算。
怎样轻松收场
可把整轮约20分钟分成准备5分钟、变大与还原挑战8分钟、换位观察和聊天7分钟。这只是方便家庭安排的时间示例,觉得有趣就另约下一轮,疲惫了也可提前结束。
使用普通LED手电筒即可,不用激光笔、蜡烛或教学用高温灯,也不拆灯改电路。光束朝屏幕,不照眼睛;材料遮住通道或灯具发热时先停下来整理。把灯关掉、卡片收好,再让每个人选出自己最想重试的一步,活动就有了自然的结尾。
资料核对:2026年10月1日。活动与时间分配为家庭设计示例,不承诺特定学习成效。

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