筷子应向何方弯折_实验设计-查字典物理网

筷子应向何方弯折

查字典物理网 2012-12-29

第10届全国初中物理知识竞赛第6题：如图1所示，将筷子竖直插入装水的玻璃杯内，从俯视图中的P点沿水平方向看到的应该是图2中的哪个图的情形？

对于此题，许多学生不能正确回答。

笔者在教学中演示此竞赛题的实验时，请学生到讲台上来观察，学生的回答亦如上所说，“筷子向上弯折了”，可坐在座位上的学生却大声回答，“筷子向侧后方弯折了”，如图3。这是为什么呢？如果圆柱形玻璃杯中的水较少，座位上的学生又会发现筷子向侧前方弯折了，如图4，这也是光的折射造成的结果，但为什么讲台上的学生和座位上的学生看到的现象不一样呢？现分析如下。

人在讲台上和在座位上看到的之所以不同，是由于观察者的位置和观察的方向不同。前者是在杯子的斜上方向下观察，由水中筷子上的任一P点射向空气中的光线经水面处发生了折射，到达人眼时觉得光好像是从P′射来的，P′点在P点的上方，如图5所示。后者是从杯子的侧面沿水平方向观察，对照图3，若我们取AA’截面的俯视图，如图6，由于光的折射，P’点为P点的像点（ON为法线），那么筷子的虚像确实向侧后方弯折。同样对照图3，若我们取BB’截面的俯视图，如图7，由于光的折射，Q’点为Q点的像点（ON为法线），则筷子的虚像向侧前方弯折。可以预见，若筷子与水平面的交叉点在圆柱形玻璃杯横截面的圆心处，筷子将不弯折，只是由于折射而变粗了。学生试做后，确实如此。通过以上的实验和分析，可知上面的竞赛题是从杯子的侧面滑水平方向观察，所以应选D。

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