Оптика

Кажущаяся глубина (плоская граница)

Преломление на плоской границе делает подводный предмет более мелким (кажущаяся глубина = настоящая глубина · n₂/n₁).

Кажущаяся глубина (плоская граница) — интерактивная симуляция (Оптика). Преломление на плоской границе делает подводный предмет более мелким (кажущаяся глубина = настоящая глубина · n₂/n₁). Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Кажущаяся глубина

Преломление на плоской границе делает подводный предмет более мелким (кажущаяся глубина = настоящая глубина · n₂/n₁).

Лучи от подводного предмета при выходе в воздух прижимаются к нормали, и глаз трассирует их назад к более мелкой кажущейся позиции. Кажущаяся глубина масштабируется как реальная × n_воды/n_воздуха — поэтому бассейн выглядит мельче, чем есть.

• n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
• Кажущаяся глубина меньше

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Глядя вертикально вниз в воду из воздуха, вы видите предмет на дне менее глубоким, чем он находится на самом деле. Растёт ли этот эффект кажущейся глубины прямо пропорционально истинной глубине?

Прогнозы для взвешивания

• Да — кажущаяся глубина всегда фиксированная доля истинной, заданная отношением двух показателей преломления.
• Кажущаяся глубина неизменна при любой истинной.
• Между истинной и кажущейся глубиной нет простой связи.

Роли переменных

Что вы задали:

• Истинная глубина d_o (cm)

Что вы измеряете:

• Кажущаяся глубина d_i (cm)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет apparent-depth и нажмите «Сброс». Показатель воды зафиксирован: n₁ = 1.33 (смотрим наружу, в воздух, n₂ = 1.0).
2. Включите показание кажущейся глубины.
3. Задайте истинную глубину для каждой пробы и запишите кажущуюся глубину.

Определяющее уравнение

Кажущаяся глубина (параксиальное приближение) — n₁·sinθ₁ = n₂·sinθ₂

При взгляде почти вертикально вниз через плоскую границу кажущаяся глубина предмета умножается на отношение показателей преломления: d_apparent = d_true·(n_viewing/n_object). Наблюдение из более плотной среды в менее плотную (например, из воды в воздух) делает предметы более мелкими.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите d_i = −d_o·(n₂/n₁), используя n₁ = 1.33 и n₂ = 1.0. Сравните с таблицей.
• Объясните, почему взгляд из более плотной среды (воды) в менее плотную (воздух) всегда заставляет предметы казаться ближе (мельче), чем они есть — отношение n₂/n₁ здесь меньше 1.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Если бы вы смотрели из-под воды ВВЕРХ на предмет в воздухе над поверхностью, отношение перевернулось бы (со стороны воды n₁ = 1.0, n₂ = 1.33), и предметы казались бы дальше/глубже, чем они есть. Объясните, почему важно направление, в котором вы смотрите через границу раздела.
• Охотнику с гарпуном нужно целиться ниже, чем рыба видимо находится, из-за эффекта кажущейся глубины (точнее, кажущегося положения). По своим данным объясните, почему рыба, выглядящая на 1 m глубины, может реально быть значительно глубже.

• AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Добро пожаловать к кажущейся глубине
2. Выберите предмет
3. Нажмите Play
4. Предмет выглядит мельче
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Закон преломления Снелла