為什么潛水員要戴潛水鏡

讀者小玉問：“為什么潛水員在水中要戴上潛水鏡？”從物理學的角度來回答此問題，就是人眼只適合在陸地上看清楚東西，若想要在水中看清楚東西，則必須戴上潛水鏡．以下我們從幾何光學理論和薄凸透鏡成像作圖的角度作詳細說明．

我們在此先引入一個新的概念——折射率，這是物質(zhì)的一個性質(zhì)，折射率越大的物質(zhì)，使斜射人的光發(fā)生折射的程度越大，中學物理課本里討論薄凸透鏡成像的問題，都假定薄凸透鏡兩側(cè)的介質(zhì)（往往是空氣）是相同的，折射率都為n，于是薄凸透鏡兩側(cè)的焦距是相等的，且Pf=f’，如圖1所示，但人眼看東西不是這種情況．

讓我們簡略描述人眼的構造，它由一個晶狀體和其后的玻璃狀液體及視網(wǎng)膜構成．晶狀體L可看作一個薄凸透鏡，如圖2所示，人眼在陸地上看東西時，物一側(cè)的介質(zhì)為空氣，像一側(cè)的介質(zhì)為玻璃狀液體，其折射率n，大于空氣折射率n，這與圖1所示情況是不同的．

由幾何光學理論可知，如果薄凸透鏡兩側(cè)的介質(zhì)折射率不同。那么介質(zhì)折射率越大的一側(cè)，其焦距就越大．

現(xiàn)在我們用薄凸透鏡成像幾何光學作圖來證明，在陸地上用人眼可看清楚的物體在水中就看不清楚了，圖3甲表示在陸地上，人眼看清楚物體AB的情境，物體AB成像在人眼的視網(wǎng)膜上，圖3甲中的f'和f1相差較大，f1＜f'，圖3乙表示人在水中，在同樣遠的位置看物體AB，由于水的折射率與人眼中玻璃狀液體的折射率相差不大，f'和f2相差不大，物體AB成像于人眼的視網(wǎng)膜之后，造成人眼看不清物體AB.

要指出的是，在中學物理課本上，薄凸透鏡成像幾何光學作圖常利用3條特殊光線，即平行于薄凸透鏡主光軸的入射光線、經(jīng)過薄凸透鏡前焦點的入射光線和經(jīng)過薄凸透鏡光心的入射光線，根據(jù)幾何光學理論可知，在薄凸透鏡兩側(cè)介質(zhì)折射率不同的情況下，入射光線經(jīng)過薄凸透鏡光心后的折射光線不再保持方向不變．

有了以上知識就可知曉，潛水鏡的作用是使水中物體發(fā)出（或反射）的光經(jīng)過潛水鏡內(nèi)的空氣到達人眼，這就恢復了人看清楚物體的能力，此外，潛水員在水中戴著潛水鏡，避免了眼睛長時間與水接觸，可以保護眼睛．