透过介质观看物体位置

几何光学、理论光学中有几个透过介质观看物体位置的案例，结合我们所接触的实例，可以知道，透过介质观看到的物体位置，与光在介质中的偏折现象、全反射现象、与物体本身位置、介质折射率、观察者位置等因素有关。我们可以从以下情况来总结：

一、透过空气观看介质中物体的位置

[实例分析]如图1，设某透明液体的折射率为n，点光源S1在液面下H深处，则人在物体正上方观看到的光源的像S2深度h为多少？

所以：h=H/n，即人眼透过介质在物体正上方观察到的物体深度为实际深度的1/n，所以，人在空气中观看介质中的物体时，视深都变小。

[应用]1.渔夫叉鱼，渔叉应往鱼像位置的下方一些；

2.透过玻璃看文字，字变浅；

3.在透明液体中同一深度有三个大小相同的小球，它们分别为红、绿、紫三种颜色，我们会发现它们都变浅，但此液体对紫光折射率比红、绿光的折射率大，因此紫色的球看起来更浅。

二、透过介质观看空气中物体的位置

[例题分析]如图2，设某液体的折射率为n，一个点光源S1在液面上方H高处，则人在液体中物体正下方观看到的点光源的像S2的高度h为多少？

[解析] 分析过程同上面例题,经推导得h=nH。所以，眼睛在介质中观察到的物体的高度比原来的要高，观看到的物体高度与水的折射率与物体的实际高度有关。

[应用]1.潜水员在水中目测水面上物体的高度比实际的高度要高；2.由玻璃砖一侧看另一侧的物体，看到的像发生了侧移，其侧移量与玻璃的折射率、玻璃的厚度有关。

三、透过棱镜观看物体的位置

分析：

1.物体发出的光通过棱镜两次折射，会向底边偏折，形成的虚像向顶角偏移，如图3所示；（如右图）

2.单一颜色的物体，透过棱看到的是单一颜色的向上偏的像；

3.若物体发出的是复色光，透过棱镜看到的像是向顶角偏的，由于棱镜材料对不同颜色光的折射率不同，所以形成的像上到下分别由不同颜色的光组成，最上端是紫色，最下端是红色。

4.全反射棱镜可以改变光路以便于观看物体，由此看到的像可以是正立的，也可以是倒立的，可以是转过900的，如全反射棱镜在潜望镜中的应用，反射式望远镜的应用；

5.光导纤维，它是利用介质对光的全反射原理制作的，类似于全反射棱镜，在医学、通信等方面，可以传输大量的高质量的信息，其画面可以是静止的，也可以是活动的。

四、 透过大气观看物体的位置

由于大气的密度随温度、高度的不同而不同，所以不同高度、不同温度下大气对光的折射率不同，这就让我们能更好地理解有关大气中的光现象。

1.天文观测中的星体位置：光由真空射入大气时，由于越接近地面，大气密度越大，折射率也越大，可以设想把大气分成一层层密度不同的层面，光从上一个层面进入下一个层面时，要向法线偏折，人眼逆着射来光线的反方向观看到的物体的像比实际位置要高。如我们看到的星星的位置、早上看到的太阳都比它们的实际位置要高（如图4），这在天文观测中是必须要考虑的。

2.海市蜃楼现象：夏天，在风平浪静的海面上，向远方望去，有时能看到远处的山峰，楼台、房屋、街道等出现在远处的空中，这是由于空气中大气的折射与全反射，在空中出现的海市蜃楼现象。夏天，海面上方的空气，越接近海面，温度越低，折射率越大，这样离海面越近，空气密度越大，折射率也越大，远处景物发出的光射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层空气的入射角不断增大，以至发生全反射，光线反射回地面，人们逆着光线看去，就会看到远处的景物悬在空中（如图5）。

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