表观深度:为什么泳池看起来比实际浅

1·预测

从空气中垂直向下看水中,位于底部的物体看起来比其真实深度更浅。这种视深度效应是否与真实深度成正比?

2·设置

  1. 打开「视深度(apparent-depth)」预设并按重置。水的折射率固定为n₁ = 1.33(向外看空气一侧,n₂ = 1.0)。
  2. 启用视深度读数。
  3. 设置每次试验的真实深度并记录表观深度。

3·收集数据

真实深度 d_o (cm)表观深度 d_i (cm)
20.00
40.00
60.00

针对三次试验,绘制视深度d_i(y轴)相对真实深度d_o(x轴)的关系图。直线是否通过原点?

4·分析

  1. 对于一项试验,使用 n₁ = 1.33 、 n₂ = 1.0 计算 d_i = −d_o·(n₂/n₁) 。与表比较。
  2. 解释为什么从密度较大的介质(水)看向密度较小的介质(空气)总是会使物体看起来比实际距离更近(更浅)——这里的 n2/n₁ 比率小于 1。

5·扩展

  1. 如果你在水下向上看水面上方空气中的物体,比例会反过来(从水中一侧看,n₁ = 1.0,n₂ = 1.33),使物体看起来比实际更远/更深。请解释为什么透过界面观看的方向会影响结果。
  2. 由于这种视深度(实际上是视位置)效应,进行鱼叉捕鱼的人需要瞄准鱼看起来所在位置的下方。请用你的数据解释,为什么看起来1米深的鱼实际上可能深得多。

这个实验背后的物理原理

表观深度(近轴近似)

几乎垂直向下透过平坦界面观看时,物体的视深度由折射率之比决定:d_apparent = d_true·(n_viewing/n_object)。从光密介质看向光疏介质(例如从水看向空气)会使物体看起来更浅。

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