核心概念
透鏡
放大鏡
光學
光
引言
你有沒有用放大鏡研究過日常物品，並對你所能看到的東西感到驚訝？或者你有沒有注意到，例如在游泳池中，伸出水面的物體在水面之上和之下看起來不同？在這個活動中，你將更多地瞭解這兩種觀察。準備好彎曲光線、放大字母，並享受水滴的樂趣——所有這些都讓你初步瞭解透鏡是如何工作的！
透鏡是眼鏡、隱形眼鏡、雙筒望遠鏡和望遠鏡等裝置的關鍵元件。透過這項活動，自制放大鏡只需一滴水！
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背景
你之所以能看到物體，是因為從物體反射的光線照射到你的眼睛裡，在眼睛內部的視網膜上形成影像。傳遞到大腦的訊號使其能夠重新建立物體的影像。
從物體上反射的光線通常會直線傳播到你的眼睛。當透明材料（如玻璃或水）擋住光線時，情況就會發生變化。當穿過空氣的光線進入這種材料時，它會改變方向，產生一種彎折。當光線離開材料時，會引入另一個彎折。因此，由於光線在到達你眼睛的途中的方向變化，物體在你眼睛中的最終影像可能會有所不同。你的大腦沒有意識到這些彎折，並期望影像是由直線傳播的光線建立的。因此，它可能會重建一個與初始物體不同的影像。你的眼睛和大腦可能被愚弄了！
透鏡利用這些彎折使物體看起來更大或更小，更近或更遠。凸透鏡向內彎曲光線，這導致物體被感知為更大或更近。凹透鏡向外彎曲光線；你得到的感知是物體更小或更遠。對於平透鏡，光線沒有整體彎曲。你感知到的物體就是它本來的樣子。
既然你對光和透鏡有了一些瞭解，你準備好讓你的眼睛和大腦被愚弄了嗎？
材料
一張報紙
兩把帶有公制刻度的尺子，最好帶有深色標記
一張透明膠片或透明資料夾
一杯水
滴管（可選）
帶攝像頭的移動裝置（可選）
帶平底的小透明塑膠杯或小品嚐杯（可選）
準備工作
找到一個防水的工作區域。
在報紙上選擇一篇小字型的文章。你可以用尺子測量字母的高度；它們應該有幾毫米高。
步驟
將透明膠片放在報紙頁面上。
在透明膠片中間附近滴一滴水。使用滴管或你的手指讓兩三滴水滴落在膠片上併合併成一滴更大的水滴。檢查你的水滴。水滴的頂部表面是平坦的、向內彎曲的還是向外彎曲的？
移動你的透明膠片，使水滴落在小號印刷字母的上方。
閉上一隻眼睛或遮住一隻眼睛，用另一隻眼睛從上方觀察水滴下的字母。將它們與旁邊但未被水滴覆蓋的字母進行比較。它們看起來一樣嗎？一個看起來比另一個更大還是更小？
用雙手小心地抬起並將透明膠片保持在報紙上方約半英寸的位置，將報紙留在你的工作表面上。如果你想用手遮住一隻眼睛，你可能需要幫助抬起透明膠片。
閉上一隻眼睛或遮住一隻眼睛，從上方仔細觀察透過水滴的報紙上的字母。與透明膠片放在報紙上時相比，字母看起來是否不同？當你將透明膠片進一步向上移動時會發生什麼？
上下移動透明膠片幾次，用一隻眼睛從上方觀察透過水滴的字母。當你將透明膠片進一步向上或向下移動時，你對字母的感知如何變化？你認為為什麼會發生這種情況？
為了測量你的水滴的放大倍數，將一把尺子放在工作表面上的透明膠片下方，並將另一把尺子放在透明膠片頂部的靠近水滴的位置，但要確保尺子不接觸水滴。
將帶有頂部尺子和水滴的透明膠片抬起約 1.3 釐米，盡力測量透過水滴看到的底部尺子的毫米刻度的長度。（你可能需要幫助一起抬起帶有尺子和水滴的透明膠片。）一個毫米刻度測量多少毫米？這個數字告訴你透過水滴觀察物體時，物體看起來放大了多少倍。你對你獲得的放大倍數感到驚訝嗎？
當你將透明膠片抬得更高時，測量你的水滴的放大倍數。當你將透明膠片抬得更高時，放大倍數會改變嗎？你能找到使放大倍數非常大的方法嗎？
重複該活動，這次使用更大的水滴。當你增加水滴的大小時，水滴頂部表面的曲率會發生什麼變化？它是更彎曲、更不彎曲還是曲率相似？更大的水滴會產生不同的放大倍數嗎？
附加題：你認為增加你選擇的報紙行的可讀性的最佳水滴大小及其在報紙上方的最佳高度是多少？如果你正在調查昆蟲的細節，你會選擇相同的條件嗎？
附加題：在房子或花園周圍走走，透過你的新放大鏡觀察物體。你能發現哪些令人驚訝的細節？
附加題：你剛剛使用水製作了一個放大鏡，使物體看起來更大。你認為如果你觀察透過杯子中更厚的水層會發生什麼？為了測試這一點，找一個帶平底的小型或微型透明塑膠杯。為了驗證杯子本身是否不充當透鏡，將空杯子放在報紙上的直線上方，透過杯子觀察。線條看起來是直的嗎？如果你抬起杯子，它的粗細看起來相同嗎？如果不是，請更換另一個杯子，因為這個杯子的底部已經充當透鏡。你認為為什麼用於測試杯子中的水層是否充當透鏡的杯子本身不充當透鏡很重要？一旦你有一個不充當透鏡的杯子，向其中倒入一層水（約 1.3 釐米高），並從上方觀察透過水層的報紙上的字母。字母看起來怎麼樣？當你上下移動杯子時，它們的外觀會改變嗎？你可能想要切換到更大字型的字型。你能計算出這個透鏡的放大倍數嗎？請注意，小於 1 的放大倍數表示物體看起來比實際更小。例如，二分之一的放大倍數表示物體看起來是其尺寸的一半。
附加題：光學儀器通常使用多個透鏡的組合。如果你製作了水滴透鏡和杯子水透鏡，請觀察如果將兩者結合會發生什麼。你可以將透明膠片放在杯子頂部並從上方觀察，或者請助手在你將杯子舉到上方時握住帶有水滴的透明膠片。你認為會發生什麼？你能分別測量兩個透鏡的放大倍數（在你組合兩者時保持的精確距離）以及組合後的放大倍數嗎？如果你針對幾個不同的距離這樣做，你可能會推匯出一個公式。
附加題：其他液體也會產生放大效果嗎？一種液體是否比另一種液體效果更好？想想油、醋或醬油。你認為哪些可能有效，為什麼？
[中斷]
觀察和結果
你是否看到物體在透過水滴觀察時看起來更大？水滴的表面向外彎曲形成圓頂。這種向外或凸起的曲率會使光線向內彎曲。結果是在你眼睛的視網膜上形成放大的影像。物體看起來比實際更大。
較小水滴的表面更加彎曲，導致光線方向發生更大的變化。結果是更大的放大倍數。改變水滴相對於字母和你的眼睛的位置也會影響放大倍數。然而，由於稱為毛細效應的現象，杯子中的水層顯示出略微向內彎曲的表面。它將充當凹透鏡，使光線向外彎曲。因此，透過杯子中的水層看到的字母看起來比實際更小。當您組合多個透鏡時，透鏡組的放大倍數是各個透鏡的放大倍數的乘積。
任何透明液體都可以用作透鏡。只要液體層或水滴的底面和頂面不平行，透鏡就會改變物體的外觀。根據液體的不同，由不同液體組成的相似水滴的放大倍數也會有所不同。
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本活動由科學夥伴合作推出
