凿壁真的能“借”到光吗

“凿壁借光”的故事想必大家都听过，你有没有怀疑过故事的真实性呢？爱思考、敢质疑的祖翌涵读到这个故事时产生了很多疑问：凿壁真的能“借”到光，让匡衡看清书上的字吗？多大的洞能“借”到光？灯源和洞口距离多远能“借”到光？洞口的形状会影响“借”光效果吗？……

为了找到答案，祖翌涵开展了一系列探究实验，一起去看看吧。

一、研究过程

（一）查找资料

这个故事发生在西汉，我通过书籍和网络查找了有关西汉时期的资料，了解到北京大学汉画研究所曾对汉代建筑做过相关研究：研究人员通过文物复原发现，汉代存在多种多样的建筑形态，既有“联排式”的，也有“独栋式”的。匡衡住的房屋很可能是“联排式”的，所以，我制作的房屋模型是连在一起的两间房子。

（二）实验准备

我用KT板制作了房屋模型，准备了一本书，每次使用小夜灯、油灯、蜡烛3种光源分别进行实验，每个实验均开展3次，确保数据的准确性。

（三） 实验过程

实验一：研究洞口的尺寸对透光效果的影响

我将洞口设计为圆形，从直径2毫米的圆孔开始观察，圆孔直径依次增加1毫米，直到能看清整页纸上的文字（约500个字）。

通过实验发现，小夜灯的透光效果最好，圆孔直径为2毫米时即可看清小半页纸；圆孔直径为4毫米时可看清整页纸上的文字。油灯的透光效果较好，圆孔直径为2毫米时能看清约6个字；圆孔直径为7毫米时能看清整页纸上的文字。蜡烛的透光效果最差，圆孔直径小于4毫米时，完全看不清字；圆孔直径为8毫米时才能看清整页纸上的文字。

实验二：研究光源与洞口的距离对透光效果的影响

在第一个实验中，我将光源放在与洞口在同一水平面、距离洞口10厘米的位置。但是，匡衡的邻居并不会把光源放在洞口附近，如果光源和洞口有一定距离，那么这个距离在什么范围内，匡衡才能“借”到光呢？

我在第一个实验结论的基础上展开探究，以透光效果最差的蜡烛为光源，从距离洞口10厘米开始平行移动光源，记录透光效果有明显变化的数据。

通过实验发现，若洞口为直径8毫米的圆孔，光源在距离洞口150厘米以内时，人们或多或少能看到书上的文字。

实验三：洞口的形状对透光效果的影响

在以上两个实验中，洞口的形状都是圆形，但现实生活中，我们很难在墙壁上挖出一个正圆形的小孔。如果洞口的形状不是圆形，会影响透光效果吗？

我用3D材料打印了6张黑色不透光的卡片，在卡片上分别挖出正方形、长方形、三角形、椭圆形、菱形、梯形6种形状的洞口，洞口面积与直径为8毫米的圆孔相当，约为50.24平方毫米，并在房屋模型上挖出一个较大的圆孔，将卡片依次盖在圆孔上，以蜡烛作为光源，放在平行于洞口150厘米的位置，观察不同的洞口形状对透光效果的影响。

通过实验发现，洞口的形状会影响透光效果，其中，三角形、椭圆形的透光效果最好。

二、研究结论

匡衡鑿壁“借”光的故事可信度很高。当匡衡凿的墙壁是和邻居家相邻的公共墙壁时，只要光源距离洞口不超过150厘米，洞口面积不小于50.24平方毫米，匡衡或多或少能看清一些文字。

三、研究收获

我原以为这是一个很简单的问题，然而，当我真正开展探究后，新问题接踵而至。为此，我多次修改设计图、改进实验方案，并进行了多次实验。我研究的问题很小，真正的科学家在开展研究时遇到的困难更多、风险更大，而他们不畏艰难，勇往直前，实在令人敬佩！

教师点评

祖翌涵同学善于观察、乐于思考、富有质疑精神，并且能通过一系列实验验证自己的猜测。但是，实验的科学性还有待提高，比如，现实生活中，光源与洞口不一定会在同一水平面上，光源和洞口垂直高度的改变是否会影响透光效果呢？这一点有待探究。另外，祖翌涵使用了多种光源进行实验，油灯和蜡烛在操作时存在安全隐患，建议通过改进现代照明装置来模拟不同光源的亮度。