圓柱狀透鏡的趣味實驗原理分析

廖永容 楊曉梅 肖 瑜

(寧夏大學物理與電子電氣工程學院,寧夏 銀川 750021)

本文從生活中一種常見的光現象出發,設計了透過裝有飽和食鹽水的圓柱形塑料水杯觀察白色紙片上“單詞”的變化情況的小實驗,測量了紙片上的“單詞變身”時白色紙片、觀察者和圓柱形水杯杯壁之間的多組位置關系．并根據厚透鏡的物像公式和基點計算出了圓柱透鏡垂直于軸方向截面的主點、節點與圓心O3點重合,通過透鏡物像公式從理論上計算出了半徑為7cm折射率為1.5的圓柱形透鏡的成像范圍,分析了所成的像的變化特點．通過分析實驗數據發現,實驗觀察到的像的變化特點、物與杯壁之間的位置關系和觀察者與杯壁之間的位置關系符合理論分析的成像范圍和成像特點．運用實驗數據的真實性和理論探究的合理性,驗證了單詞“變身”實驗現象的光學原理．此外,實驗還進一步分析論證了在杯子中換密度不同的液體(清水、飽和糖水等)時由于折射率相差不大,所以圓柱透鏡所成的像的變化特點和成像范圍差異不大．

1 現象描述

實驗器材如表1所示.

表1 觀察光現象的自組器材

實驗步驟1:將白色紙片貼于支架上,把塑料杯放在支架的正前方,觀察者于實驗臺前透過塑料杯平視前方調整紙片和塑料杯的位置,使字母和玻璃杯的幾何中心與觀察者的視線位于同一條直線上,如圖1所示．

圖1 加水前的英文單詞

圖2 加水后的英文單詞

實驗步驟2:向塑……