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[!--downpath--]酷炫的棱鏡分光實驗
白光是復色光,上面富含多種不同頻度的光,也就是不同顏色的光,稱為單色光。
不同頻度的光,在同種介質中的折射率不同凸透鏡成像規律圖片圖像,這促使以相同入射角入射的復色光折射后,折射角各不相同,顯示出不同顏色的光,這些現象就是色散。
若只經過一次折射,不同的折射角之間相差不大,因而看不出顯著的色散。但若讓白光入射到三棱鏡上,會連續經歷兩次折射,則出射的光都會被顯著的飄動為不同顏色的光,投射到屏幕上就產生彩色的白色,也就是波譜。
若將得到的彩色光束射向另一個三棱鏡,使之再度經歷兩次折射,調整合適的入射角,出射的光又重新組合為白光。
【物理實驗】“天宮課堂”實驗解讀:水球里為何有一正一反兩個像?
2021年12月9日15點40分,“天宮課堂”第一課即將開啟。神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富化身“太空班主任”在中國空間站精彩開講,并面向全球直播。
此次講課中,三位太空老師帶來了5個化學實驗,王大師印象最深刻的是“水球透鏡”實驗。
水透鏡實驗,好多人對其并不陌生,早在8年前的神舟十號上,王亞平就做過。這張圖十分出名,當初頻繁的被用于小學數學考試題素材,是第一次太空講課的代表作。
而本次“天宮課堂”,王亞平對實驗做了一個小小的升級,通過透鏡聽到的居然是一正一反兩個像,這是為何呢?
原理解釋
首先,俺們要來一起備考一下中學數學知識“透鏡成像規律”。
如圖所示,凸透鏡因為對光線有會聚作用。因而當物體坐落焦點之外時,光線通過時會有交叉,并產生一個倒立的像。
而凹透鏡對光線有發散作用,物體透過凹透鏡成像的情況只有一種——“正立縮小的像”。
備注:凸透鏡成像有5種可能性,在這兒只指出了一種。
按照以上的知識,以及王亞平老師實驗中的成像特性,俺們來推理一下。
加氣泡之前的水球就是一個凸透鏡,這個挺好理解。
加氣泡以后的水球,中間部分成像“正立縮小”,這是凹透鏡的特點,其他部份依然是“倒立縮小”的像凸透鏡成像規律圖片圖像,這個是凸透鏡特點。
WAHT?
同一個水球,雖然凸透鏡又是凹透鏡?
這就不好理解了。請看圖解
在這兒須要指出的是,這個實驗中的水球并不規整,而是一個橢球。中央加氣泡以后,中間部份單獨切下來看,實際上是兩個凹透鏡(中間薄邊沿厚),所以中間部份就可以成像“正立縮小”。
還須要補充一點的是,其他部份的凸透鏡似乎沒有原先完整,但對光線一直有會聚作用,仍然還能成像,只不過透過的光線變少了而已。
太空壓強消失實驗
在好多懸疑連續劇中都曾出現過這樣的鏡頭:一旦重力消失,壓強也就沒了,人們在游泳的時侯就會顯得更艱辛。太空老師王亞平所舉辦的壓強消失實驗,詮釋的就是這一現象。
這項實驗所詮釋的是壓強和重力伴生的現象。壓強來始于重力造成的液體在不同深度的浮力差。當重力消失時,液體內部浮力相同,壓強也就消失了。
不過月球表面無法讓壓強消失,這個試驗很難直觀地展示下來。在空間站的微重力條件下,壓強和重力之間的伴生關系就可以十分清楚地顯露。
太空水球光學實驗
航天員葉光富所展示的太空水球光學實驗,則同時詮釋了三個化學原理。
當航天員往水球中攻入一個氣泡,由于在太空中壓強早已消失了,所以氣泡不會向下飄,而是老老實實待在水球中,水球因而被氣泡變為了兩部份,中間是空氣,氣泡周圍是水。
這個時侯整個水球就弄成了兩個透鏡,內圈成為了一個凸透鏡,所以呈現出一個倒立的像,外圈相當于弄成了兩個凹透鏡的組合,這個時侯又出現了一個正立的像。
因而可以在水球中同時看見一正一倒的兩個像。
這項實驗其實體現了三個化學現象,首先就是在失重環境下,水滴會在表面張力的作用下收縮成一個接近完美圓球的水球,而在地面上,由于受重力影響,水滴呈現為水滴形,幾乎不可能獲得一個完美的水球。
其次,就是這個水球可以被看成是一個凸透鏡,假如你站在這個凸透鏡的兩倍焦距以外,就看見的就是一個倒立的虛像。
最后,就是在水球中攻入一個氣泡,由于太空中壓強消失,這個氣泡不會飄下來,它就老老實實的待在里面。
這個實驗在地面上雖然可以通過玻璃去模擬,并且肯定沒有水球呈現的療效好。