核心概念
透镜
放大镜
光学
光
引言
你有没有用放大镜研究过日常物品，并对你所能看到的东西感到惊讶？或者你有没有注意到，例如在游泳池中，伸出水面的物体在水面之上和之下看起来不同？在这个活动中，你将更多地了解这两种观察。准备好弯曲光线、放大字母，并享受水滴的乐趣——所有这些都让你初步了解透镜是如何工作的！
透镜是眼镜、隐形眼镜、双筒望远镜和望远镜等设备的关键组件。通过这项活动，自制放大镜只需一滴水！
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背景
你之所以能看到物体，是因为从物体反射的光线照射到你的眼睛里，在眼睛内部的视网膜上形成图像。传递到大脑的信号使其能够重新创建物体的图像。
从物体上反射的光线通常会直线传播到你的眼睛。当透明材料（如玻璃或水）挡住光线时，情况就会发生变化。当穿过空气的光线进入这种材料时，它会改变方向，产生一种弯折。当光线离开材料时，会引入另一个弯折。因此，由于光线在到达你眼睛的途中的方向变化，物体在你眼睛中的最终图像可能会有所不同。你的大脑没有意识到这些弯折，并期望图像是由直线传播的光线创建的。因此，它可能会重建一个与初始物体不同的图像。你的眼睛和大脑可能被愚弄了！
透镜利用这些弯折使物体看起来更大或更小，更近或更远。凸透镜向内弯曲光线，这导致物体被感知为更大或更近。凹透镜向外弯曲光线；你得到的感知是物体更小或更远。对于平透镜，光线没有整体弯曲。你感知到的物体就是它本来的样子。
既然你对光和透镜有了一些了解，你准备好让你的眼睛和大脑被愚弄了吗？
材料
一张报纸
两把带有公制刻度的尺子，最好带有深色标记
一张透明胶片或透明文件夹
一杯水
滴管（可选）
带摄像头的移动设备（可选）
带平底的小透明塑料杯或小品尝杯（可选）
准备工作
找到一个防水的工作区域。
在报纸上选择一篇小字体的文章。你可以用尺子测量字母的高度；它们应该有几毫米高。
步骤
将透明胶片放在报纸页面上。
在透明胶片中间附近滴一滴水。使用滴管或你的手指让两三滴水滴落在胶片上并合并成一滴更大的水滴。检查你的水滴。水滴的顶部表面是平坦的、向内弯曲的还是向外弯曲的？
移动你的透明胶片，使水滴落在小号印刷字母的上方。
闭上一只眼睛或遮住一只眼睛，用另一只眼睛从上方观察水滴下的字母。将它们与旁边但未被水滴覆盖的字母进行比较。它们看起来一样吗？一个看起来比另一个更大还是更小？
用双手小心地抬起并将透明胶片保持在报纸上方约半英寸的位置，将报纸留在你的工作表面上。如果你想用手遮住一只眼睛，你可能需要帮助抬起透明胶片。
闭上一只眼睛或遮住一只眼睛，从上方仔细观察透过水滴的报纸上的字母。与透明胶片放在报纸上时相比，字母看起来是否不同？当你将透明胶片进一步向上移动时会发生什么？
上下移动透明胶片几次，用一只眼睛从上方观察透过水滴的字母。当你将透明胶片进一步向上或向下移动时，你对字母的感知如何变化？你认为为什么会发生这种情况？
为了测量你的水滴的放大倍数，将一把尺子放在工作表面上的透明胶片下方，并将另一把尺子放在透明胶片顶部的靠近水滴的位置，但要确保尺子不接触水滴。
将带有顶部尺子和水滴的透明胶片抬起约 1.3 厘米，尽力测量透过水滴看到的底部尺子的毫米刻度的长度。（你可能需要帮助一起抬起带有尺子和水滴的透明胶片。）一个毫米刻度测量多少毫米？这个数字告诉你通过水滴观察物体时，物体看起来放大了多少倍。你对你获得的放大倍数感到惊讶吗？
当你将透明胶片抬得更高时，测量你的水滴的放大倍数。当你将透明胶片抬得更高时，放大倍数会改变吗？你能找到使放大倍数非常大的方法吗？
重复该活动，这次使用更大的水滴。当你增加水滴的大小时，水滴顶部表面的曲率会发生什么变化？它是更弯曲、更不弯曲还是曲率相似？更大的水滴会产生不同的放大倍数吗？
附加题：你认为增加你选择的报纸行的可读性的最佳水滴大小及其在报纸上方的最佳高度是多少？如果你正在调查昆虫的细节，你会选择相同的条件吗？
附加题：在房子或花园周围走走，通过你的新放大镜观察物体。你能发现哪些令人惊讶的细节？
附加题：你刚刚使用水制作了一个放大镜，使物体看起来更大。你认为如果你观察透过杯子中更厚的水层会发生什么？为了测试这一点，找一个带平底的小型或微型透明塑料杯。为了验证杯子本身是否不充当透镜，将空杯子放在报纸上的直线上方，透过杯子观察。线条看起来是直的吗？如果你抬起杯子，它的粗细看起来相同吗？如果不是，请更换另一个杯子，因为这个杯子的底部已经充当透镜。你认为为什么用于测试杯子中的水层是否充当透镜的杯子本身不充当透镜很重要？一旦你有一个不充当透镜的杯子，向其中倒入一层水（约 1.3 厘米高），并从上方观察透过水层的报纸上的字母。字母看起来怎么样？当你上下移动杯子时，它们的外观会改变吗？你可能想要切换到更大字体的字体。你能计算出这个透镜的放大倍数吗？请注意，小于 1 的放大倍数表示物体看起来比实际更小。例如，二分之一的放大倍数表示物体看起来是其尺寸的一半。
附加题：光学仪器通常使用多个透镜的组合。如果你制作了水滴透镜和杯子水透镜，请观察如果将两者结合会发生什么。你可以将透明胶片放在杯子顶部并从上方观察，或者请助手在你将杯子举到上方时握住带有水滴的透明胶片。你认为会发生什么？你能分别测量两个透镜的放大倍数（在你组合两者时保持的精确距离）以及组合后的放大倍数吗？如果你针对几个不同的距离这样做，你可能会推导出一个公式。
附加题：其他液体也会产生放大效果吗？一种液体是否比另一种液体效果更好？想想油、醋或酱油。你认为哪些可能有效，为什么？
[中断]
观察和结果
你是否看到物体在透过水滴观察时看起来更大？水滴的表面向外弯曲形成圆顶。这种向外或凸起的曲率会使光线向内弯曲。结果是在你眼睛的视网膜上形成放大的图像。物体看起来比实际更大。
较小水滴的表面更加弯曲，导致光线方向发生更大的变化。结果是更大的放大倍数。改变水滴相对于字母和你的眼睛的位置也会影响放大倍数。然而，由于称为毛细效应的现象，杯子中的水层显示出略微向内弯曲的表面。它将充当凹透镜，使光线向外弯曲。因此，透过杯子中的水层看到的字母看起来比实际更小。当您组合多个透镜时，透镜组的放大倍数是各个透镜的放大倍数的乘积。
任何透明液体都可以用作透镜。只要液体层或水滴的底面和顶面不平行，透镜就会改变物体的外观。根据液体的不同，由不同液体组成的相似水滴的放大倍数也会有所不同。
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