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在水中排列四個不同顔色的球

生活 更新时间:2025-01-19 08:03:42

環球物理 2021-12-11 21:30

以下文章來源于物理王大師 ,作者淇磊老師

2021年12月9日15點40分,“天宮課堂”第一課正式開啟。神舟十三号乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富變身“太空教師”在中國空間站精彩開講,并面向全球直播。

在水中排列四個不同顔色的球(天宮課堂實驗詳解)1

這次授課中,三位太空老師帶來了5個物理實驗,王大師印象最深刻的是“水球透鏡”實驗。

水透鏡實驗,很多人對其并不陌生,早在8年前的神舟十号上,王亞平就做過。這張圖非常出名,曾經頻繁的被用于初中物理考試題素材,是第一次太空授課的代表作。

在水中排列四個不同顔色的球(天宮課堂實驗詳解)2

而本次“天宮課堂”,王亞平對實驗做了一個小小的升級,通過透鏡看到的竟然是一正一反兩個像,這是為什麼呢?

在水中排列四個不同顔色的球(天宮課堂實驗詳解)3

原理解釋

首先,咱們要來一起複習一下初中物理知識“透鏡成像規律”。

如圖所示,凸透鏡由于對光線有會聚作用。因此當物體位于焦點之外時,光線通過時會有交叉,并形成一個倒立的像

凹透鏡對光線有發散作用,物體透過凹透鏡成像的情況隻有一種——“正立縮小的像”

在水中排列四個不同顔色的球(天宮課堂實驗詳解)4

備注:凸透鏡成像有5種可能性,在這裡隻強調了一種。

根據以上的知識,以及王亞平老師實驗中的成像特點,咱們來推理一下。

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在水中排列四個不同顔色的球(天宮課堂實驗詳解)5

加氣泡之前的水球就是一個凸透鏡,這個很好理解。

在水中排列四個不同顔色的球(天宮課堂實驗詳解)6

加氣泡之後的水球,中間部分成像“正立縮小”,這是凹透鏡的特征,其他部分仍然是“倒立縮小”的像,這個是凸透鏡特征。

在水中排列四個不同顔色的球(天宮課堂實驗詳解)7

WAHT?

同一個水球,即使凸透鏡又是凹透鏡?

這就不好理解了。請看圖解

在水中排列四個不同顔色的球(天宮課堂實驗詳解)8

在這裡需要強調的是,這個實驗中的水球并不規整,而是一個橢球。中央加氣泡之後,中間部分單獨切出來看,實際上是兩個凹透鏡(中間薄邊緣厚),所以中間部分就可以成像“正立縮小”。

還需要補充一點的是,其他部分的凸透鏡雖然沒有原來完整,但對光線仍然有會聚作用,依然能夠成像,隻不過透過的光線變少了而已。

你學會了嗎?

在水中排列四個不同顔色的球(天宮課堂實驗詳解)9

●文章來源于 學而思物理老師王淇磊的個人公衆号

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