“水杯看字实验”的思考

来源 :初中生世界·八年级物理版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:IamluyundongPPA
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  苏科版八年级物理(上册)教材第2页的《引言》中有这样一个活动:透过盛水的玻璃杯看书本上的字,你发现了什么?
  2009年江苏省中考物理统考考试卷中选择题第12题就是考查同学们的观察能力:
  如图1所示,小刚将盛满水的圆柱形透明玻璃杯贴近书本,透过玻璃杯观看书上的鹦鹉图片(圆圈中的鹦鹉图与书本中的鹦鹉图实际大小相等),他所看到的虚像可能是( ).
  
  
  
  
  经过实际观察,有三种情况:
  1.字离杯子较近时看到正立放大的字;
  2.字离杯子较远时看到左右相反放大的字;
  3.字离杯子更远时看到左右相反缩小的字.
  对以上三种情况,可以作如下解释:把盛水的玻璃杯看作一个凸透镜,物体在一倍焦距以内,成正立放大的虚像,物体在一倍和二倍焦距之间成放大的实像,在二倍焦距以外成缩小的实像.似乎没有什么问题.
  但如果仔细观察,上述现象和通常的凸透镜成实验又有点不同.物体在凸透镜焦点内所成的正立放大的像,是沿水平和竖直方向都是放大的(如图2),而物体靠近盛水玻璃杯时所成的放大的像仅是水平方向放大,而在竖直方向却是没有变化(如图3)(俗称变胖没有变高);物体远离凸透镜(焦点外)所成的倒立像是上和下、左和右都是倒立颠倒的,而物体离盛水玻璃杯较远时看到的倒立的像却是只有左右颠倒,而上下没有倒立.这是什么原因?难道不是凸透镜成像的原因?那又是什么原因?
  
  
  仔细观察盛水玻璃杯,再和凸透镜进行对比,发现盛水玻璃杯可以看作凸透镜,但又不可看作普通的凸透镜,它在结构上和通常凸透镜有一些不同.
  凸透镜在结构上的特点是中间厚,边缘薄,而通常凸透镜有两个面,可以看作是由两个球面(或者一个球面一个平面)对接组成,对接处是一条线.当面对凸透镜时,如果用手沿竖直和水平两个方向触摸,会发现沿竖直和水平两个方向直至所有轴向都是中间厚,边缘薄.
  而盛水玻璃杯实际只是一个圆柱体,如果用手沿竖直和水平两个方向触摸,情况是不一样的.如果正对竖立放置的盛水玻璃杯,沿水平方向是中间厚,边缘薄,而沿竖直方向高度却没有变化.究其原因是因为盛水玻璃杯上下两个面是平面.因此从主视图(水平方向)来看是凸透镜,从俯视(竖直方向)来看仅是盛水玻璃平行砖而已.
  现在可以解释经过盛水玻璃杯成的正立放大的像,仅是在水平方向的凸透镜成放大的虚像,而竖直方向的玻璃水砖没有放大,经过盛水玻璃杯成的倒立的像,也仅是在水平方向的凸透镜成倒立的像,而竖直方向只能看作一个玻璃水砖,不能成放大的像.
  物体在离透镜(盛水玻璃杯)较远时成像的区别也可以用上述原因解释,不过此时成的是倒立的像.
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