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对一幅光学彩图的解析

新编九年义务教育三年制初级中学教科书第一册(人教版)封面上有几幅彩色插图,其中第一幅是光的折射现象的彩色照片。在图中在水面以下通过透明的杯壁我们看到从左面斜插在水杯中的铅笔,在水中部份被放大。且在水面处发生了光拆错应。如图1(A)所示,错位向左。为了进一步观察此观象我们进行了实验。当铅笔从右面斜插在水杯中时,在水面以下通过杯壁观察到和图片有相似的现象,但错位向右,如图 1(B)所示。移动杯中的铅笔在不同位置透过杯壁观察,发现水面处的铅笔在杯中心左侧或右侧时将出现不同方向的错位。为了便于叙述,在水平面上引入一条过杯中心且与观察者视线平行的直线 OO′(图2)。当水面处的铅笔在OO′直线左侧时。不论铅笔直插还是斜插,水面处铅笔相对于水外的铅笔均向左错位;当在OO′直线右侧时均向右错位;若铅笔中心恰好在OO′,出现图l(C)的现象。

如何解释上述现象呢?我们可以根据光的折射定律对初学光学的初二学生作下述说明。
在水面处沿水平方向取一横截而,当此面上的铅笔在OO′直线左侧时。从物点S1上反射出来的光线在圆形界面上发生折射。由于光是从光密介质射人光疏介质。从折射定律可知此时折射角,大于入射角i。折射光线射出后,观察者就会看到水中的像S′1。同理就会看到物点S2在水中的像s′2。在物上多取几个物点,于是就看到一个放大的像,它和物比较就向左发生了错位。圆2(a)所示。当此截面上的铅笔在OO′直线右侧时。通过作图得出放大的像,且向右错位。图2(b)所示。作图结果和实验现象一致。当此截面上的铅笔中心过直线OO′时,同理在左侧的物点S1作图得出的像点S′1向左侧错位,在右侧的物点S2作图得出的像点S′2向右侧错位,图2(C)所示。因此我们看到了图1(C)的现象。

在水中斜插着的铅笔均可用同样的方法解释。