【物理实验】“天宫课堂” 实验详解:水球里为什么有一正一反两个像?

2021年12月9日15点40分,“天宫课堂”第一课正式开启。神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富变身“太空教师”在中国空间站精彩开讲,并面向全球直播。

这次授课中,三位太空老师带来了5个物理实验,王大师印象最深刻的是“水球透镜”实验。

水透镜实验,很多人对其并不陌生,早在8年前的 神舟十号上,王亚平就做过。这张图非常出名,曾经频繁的被用于初中物理考试题素材,是第一次太空授课的代表作。

而本次“天宫课堂”,王亚平对实验做了一个小小的升级,通过透镜看到的竟然是一正一反两个像,这是为什么呢?

原理解释

首先,咱们要来一起复习一下初中物理知识“透镜成像规律”。

如图所示,凸透镜由于对光线有会聚作用。因此当物体位于焦点之外时,光线通过时会有交叉,并形成一个倒立的像

凹透镜对光线有发散作用,物体透过凹透镜成像的情况只有一种——“正立缩小的像”

备注:凸透镜成像有5种可能性,在这里只强调了一种。

根据以上的知识,以及王亚平老师实验中的成像特点,咱们来推理一下。

↓↓

加气泡之前的水球就是一个凸透镜,这个很好理解。

加气泡之后的水球,中间部分成像“正立缩小”,这是凹透镜的特征,其他部分仍然是“倒立缩小”的像,这个是凸透镜特征。

WAHT?

同一个水球,即使凸透镜又是凹透镜?

这就不好理解了。请看图解

在这里需要强调的是,这个实验中的水球并不规整,而是一个椭球。中央加气泡之后,中间部分单独切出来看,实际上是两个凹透镜(中间薄边缘厚),所以中间部分就可以成像“正立缩小”。

还需要补充一点的是,其他部分的凸透镜虽然没有原来完整,但对光线仍然有会聚作用,依然能够成像,只不过透过的光线变少了而已。

你学会了吗?

●文章来源于 学而思物理老师王淇磊的个人公众号

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