为什么在水中游泳时戴护目镜看东西要清楚得多？戴上护目镜后的视物范围和空气中相比有何不同？

Question

为什么在水中游泳时戴护目镜看东西要清楚得多？戴上护目镜后的视物范围和空气中相比有何不同？____

Answer 1

【分析】人眼在空气中看物体，是物体发出或反射的光线经过晶状体在视网膜上成清晰的像。当人在水中时，由于水的折射率比空气的折射率大很多，由折射定律可知光线经两个折射率差不多的物体时其偏折程度较小，所以不能在视网膜上成现清晰的像。而戴上护目镜后，眼眼周围充满空气，所以光线偏折程度与人眼在空气中看物体一样，可以得到清晰的像了。
\n戴上护目镜后远处的物体所发出的光线可看做平行光，进入目镜后仍可视为平行光，所以看远处的物体时与在空气中相同。
\n看近处的物体时，由折射定律可知光线先由水中发生折射进入目镜中的空气，折射角变大，由人眼看物体时认为光沿直线传播，所以可以将物体看得“远”了，即人眼的近点距离变大了。

要看清物体，必须物体发出的光经眼睛折射后在视网膜上形成一个清晰的像。
\n人眼晶体状和眼球内液体的折射率仅略大于水的折射率，在水中观察物体时，不论物体的远近，从物体发出的光线经过晶状体后只稍为偏离原方向，必然聚焦于视网膜后，物体就无法被看清，如下图甲。
\n戴上护目镜后，使眼睛前面有一层空气，就能产生正常的折射，看清物体，但可见的物距范围和空气中的略有不同。
\n在水中看远物时，因为平行于晶状体主光轴的光线通过护目镜与眼睛间的空气层时，方向并不改变，可以会聚在视网膜上，所以在水中看远物和空气中的情况一样。在水中看近物时，情况就不同。
\n若物体在离眼睛10厘米(空气中正常眼的近点)处的O点，从物体发出的光线进入镜和眼间的空气时发生折射，反向延长线必会聚于离眼较近的O'点，光线好像从O'出发，必会聚于视网膜后(图乙)。
\n要使折射线的反向延长线交于O，物体离眼睛的距离必大于10厘米，也即戴上护目镜后眼睛的近点离眼距离增大(图丙)。
\n参照视深的计算，戴上护目镜后，在水中视物的近点为：
\n1.33(水的折射率)×10厘米=13.3厘米。

【点评】光线经过晶状体在视网膜上成像上一个相对复杂的光学现象，分析时一定要注意光线的偏折情况，无论是正常人眼还是近视、远视眼，都是光线经过晶状体发生偏折的光学现象，有时还要结合折射定律等知识做进一步的分析。