【摘 要】
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如果你留心观测,在日常生活中就会看到很多奇妙的景观:斜插入水中的筷子,在水中的部分,从上往下看,向上弯曲;从侧向看,筷子折断.放在水杯里的硬币,升高了;池水看起来比实际的深度浅.在水中看岸上的树时,看到的树要比实际的位置高.海市蜃楼……这些都是光的折射产生的.物体发出或反射的光线从一种媒质进入到另一种媒质时,传播方向要改变;光在不均匀媒质中传播,光线要发生弯曲.人看到任何东西,就是那个东西发出或者
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如果你留心观测,在日常生活中就会看到很多奇妙的景观:斜插入水中的筷子,在水中的部分,从上往下看,向上弯曲;从侧向看,筷子折断.放在水杯里的硬币,升高了;池水看起来比实际的深度浅.在水中看岸上的树时,看到的树要比实际的位置高.海市蜃楼……这些都是光的折射产生的.物体发出或反射的光线从一种媒质进入到另一种媒质时,传播方向要改变;光在不均匀媒质中传播,光线要发生弯曲.人看到任何东西,就是那个东西发出或者反射的光进入人眼,在视网膜上成像所致.假如光在不同媒质和不均匀媒质中传播, 直接进入人眼的是折射光线,人会觉得光沿直线射来,即折射光线的反向延长线过来,而不会认为光从入射光线那个方向偏折过来,这就出现了奇妙的景观.无论是一种媒质进入到另一种媒质,方向改变后的直光线,还是在不均匀媒质传播的弯曲光线,射入眼睛,在视网膜上成像,都会出现奇观.出现奇观,常见的是筷子成像、水下鱼的虚像.竖直插入水中的筷子,它的虚像是直的,只是变短变粗,且离水平面越深越粗.如图1所示,斜放在水中的筷子,从水面上往下看,向上弯曲;在水下的筷子,也是变短变粗,离水平面越深越粗.这是光的折射现象.水的折射率为3/4,光线从水射入空气,光密媒质进入光疏媒质,根据折射定率计算,水下物体所成的虚像,比实际位置浅.水中的鱼的虚像,与观测者的位置有关.一般情况下,水的折射率认为是不变的,它虚象的水平距离比实际距离近.但在海水中,会出现另外一种情况,由于盐水的折射率(1.53)比水的折射率大,氯化钠的折射率更大,海水下层折射率大于上层折射率,鱼的反射光线在海水中传播发生了弯曲,就会出现图2情况,鱼虚象的水平距离比实际距离远了.这些奇观都是折射率不同造成的.如图3所示,铅笔斜放在盛水的玻璃杯中,从侧向看,铅笔在水面上折断了.在水面上方的铅笔,铅笔反射的光线,从空气到玻璃,再玻璃到空气,然后射入眼睛,经过了两种媒质.在水面下方的铅笔,铅笔反射的光线,从水到玻璃,再玻璃到空气,经过了三种媒质.海水中鱼的反射光线,海水折射率均匀变化,光线要发生弯曲,而铅笔斜放在盛水的玻璃杯中,水、玻璃、空气的折射率不同,光要发生折线传播.铅笔在水面上方,铅笔反射的光线,先是从空气射入玻璃;铅笔在水面下方,铅笔反射的光线,先是从水射入玻璃:两者折射程度不同,则会在水面上下铅笔出现折断,且在水下的铅笔所成的虚像要比水面上的大.空气的折射率为1.00,水的折射率为1.33,玻璃的折射率为1.50,我们还可以从光线弯曲的程度不同作图分析.玻璃杯呈圆形,铅笔放入其中,从一侧看,玻璃杯中间厚,边缘薄,是一个凸透镜.相当于一个放大镜.玻璃杯盛空气与玻璃杯盛水都相当于一个凸透镜,但起放大镜作用不同.盛水的玻璃杯放大镜,折射率大,铅笔所成的虚像也大.当铅笔竖直插在正中的时候,由于光线垂直射出,所以没有改变方向,铅笔也就没被折断.早晨的时候看日出,傍晚的时候看夕阳,也是颇为壮观的景色.早晨、傍晚太阳光线不那么刺眼,而日里的光线光茫四射,其实不刺眼这个现象主要是因为大气层的折射.早晨,这是因为太阳还在地平线以下,看到的只是个折射虚像,所以光线就不那么刺眼了.太阳的折射虚像,比实际的太阳要大.等太阳真的升到地平线以上时,就会感觉到光芒四射的刺眼.傍晚,太阳西下也是同样的道理.当我们看到夕阳变红的时候,这个时候太阳其实已经落到了地平线以下,也是因为大气层的折射形成的虚像.而较少见的,或许你还没看到,而只听到的奇妙的景观是蜃景.海市蜃楼经常发生在沿海,在沙漠偶尔也可见到.图4是海面上发生的蜃景.人们可以看到房屋、人、山等景物,栩栩如生,似人间仙境.我们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的.远处的山峰、船舶、楼房、人等发出的光线射向空中时,由于不断被折射,越来越偏离法线方向,进入上层空气的入射角不断增大,以致发生全反射,光线就反射回地面.人们逆着光线看去,就会看到远方的景物悬在空中.图5是在沙漠里也会看到蜃景.太阳照到沙地上,接近沙面的热空气层比上层空气的密度小,折射率也小.从远处物体射向地面的光线,进入折射率小的热空气层时,发生折射.入射角逐渐增大,以致发生全反射.人们逆着反射光线看去,就会看到远处物体的奇景.仿佛是从水面反射出来的一样.沙漠里的行人常被这种景象所迷惑,以为前方有水源而奔向前去,但总是可望而不可及.
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