坐“井”觀星空

◎重慶市育才中學校 李露 李建

古語云“坐井觀天，所見甚小”。為什么井底之蛙看到的天空很小呢？一場大雨后，井中的水增多，青蛙的視野是否會發生變化？讓我們化身青蛙，體驗青蛙仰望星空的感覺吧。

制作材料

白色A3卡紙、黑色卡紙、顏料（或彩筆）、固體膠、刻度尺、圓柱形透明塑料罐（或底部透明的水杯）、有攝像功能的手機等。如圖1所示。

圖1

實驗步驟

1.在白色A3卡紙上畫一個月亮和若干顆星星，涂上黃色，剪下來備用。

2.在另外一張白色A3卡紙上繪制藍色的星空背景，將剪下來的月亮粘貼在背景圖上，再以月亮為中心將星星由里及外粘貼，分布在月亮周圍的適當位置。如圖2所示。

圖2

3.用刻度尺測量圓柱形透明塑料罐的直徑和高，得出直徑約7 cm、高約15 cm。

4.在黑色卡紙上裁出寬為15 cm的長方形，將其包裹圓柱形透明塑料罐的罐身，接口處用固體膠粘貼固定，這樣就制成了一口“水井”。如圖3所示。

圖3

5.打開手機，選擇相機中的視頻自拍模式，將手機屏幕朝上放置，開始錄制視頻。將自制“水井”放置在手機攝像頭正上方，將星空圖放置在距離“井口”約20 cm的地方。此時，“青蛙”的視野如圖4所示。

圖4

想要效果穩定，可以用棉線將星空圖的四個角固定在鐵架臺的支架上，也可將星空圖固定在適當高度的小桌背面。

在條件允許的情況下，將電腦和手機連接同一個Wi-Fi，都打開“希沃白板”軟件。在手機上選擇“希沃白板”軟件“工作臺”中“手機投屏”中的“攝像”，可在電腦上同步“青蛙”的視野。

6.向“水井”中緩慢加水至一半深度，模擬暴雨后“青蛙”的視野，如圖5所示。大家可以數一數，此時能見到的星星有多少顆？是不是比之前見到的要多？

圖5

7.繼續向“水井”中加水，直至“水井”裝滿水。“青蛙”的視野如圖6 所示，是不是比之前更廣？

圖6

原理分析

光在同種均勻介質中沿直線傳播，“水井”中沒有水時，“青蛙”的視野如圖7所示，即AB對應的天空的范圍。在一場“大雨”（向“水井”中加水至“水井”的一半深度或者加滿水）后，光傳播到空氣和水兩種介質的界面時會發生偏折，即光的折射。由于光從空氣向水中傳播時，折射角小于入射角，所以“青蛙”的視野會更廣，如圖8中的A′B′。

圖7

圖8

科技知識窗

在生活中，你們是不是發現斜放在碗里的筷子似乎變彎了？從岸上看游泳池里的水似乎變淺了？放在厚玻璃磚后的鉛筆似乎錯位了？這些現象背后的原因都是光的折射。光從一種介質斜射到另一種介質，會發生偏折，這就是光的折射。同學們見過的海市蜃樓奇觀，也離不開光的折射。