初中物理提高能力必备资料 第四章光的折射透镜.docx
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初中物理提高能力必备资料第四章光的折射透镜
第四章光的折射透镜
【知识梳理】
1．光的折射
A.光的折射
（1）能够传播光的物质，叫做光的介质．
（2）光从一种介质射人另一种介质时，传播方向通常会发生偏折的现象叫做光的折射．
说明，即使同一种介质中，如果介质的疏密分布不均匀，光线也会发生折射．
（3）折射光线与法线的夹角叫做折射角．
B.光的折射规律
（1）光折射时，折射光线在入射光线和法线所决定的平面内；折射光线和人射光线分居在法线的两侧．光从空气斜射入其他介质中时，折射角小于入射角，而从其他介质中斜射入空气中时，折射角大于入射角．
光从一种介质垂直射入另一种介质时，传播方向不变．
（2）在光的折射现象中，光路是可逆的．
C.光的两次折射现象
将玻璃等透明物质放在空气中，光通过这些介质时，将在它的两个界面上发生折射现象．光通过窗户上的平板玻璃、玻璃三棱镜、透镜等介质上，都会发生两次折射．
如图甲所示是光通过玻璃砖时的光路图，光AB在B点由空气进入玻璃时，折射光线BC靠近法线；光在C点由玻璃进入空气时，折射光线CD偏离法线．由于玻璃砖的两个界面是平行的，所以经过两次折射后，从玻璃砖射出的光线与射向玻璃砖的光线平行，即CD∥AB，但两者间有一个侧向位移．
如图乙所示是光通过玻璃三棱镜时的光路图．光AB在B点由空气进入玻璃时，折射光线BC靠近法线；光在C点由玻璃进入空气时，折射光线CD偏离法线．由于玻璃三棱镜的两个界面是不平行的，所以经过两次折射后，从玻璃砖射出的光线与射向玻璃砖的光线的方向不同，进一步的分析可知：
光线经两次折射后将向三棱镜的底面偏折．
D．全反射
当光从水或别的透明物质斜射入空气里时，折射角随入射角的增大而增大，当入射角增大到某一角度（临界角）时，折射光线消失，全部光线返回原来物质中，这种现象叫做全反射．现代科技中的光导纤维就是利用全反射现象工作的．
E．大气中的折射现象
关于幻日（三日同辉）：
1965年1月10日上午，在大兴安岭的林区，人们看到三个太阳高悬空中长达4h之久，所见之人无不称奇．
原来，一月的大兴安岭，寒冷异常，大量的水蒸气在高空凝华成一个个的六角柱状小冰晶，组成半透明的卷层云．当太阳升起时，阳光射向悬浮在空中的小冰晶上，折射后射出来的光线恰好与太阳在同一平面，于是太阳的两侧，就各形成一个亮点．在地面上的人们看起来，就像三个太阳悬挂在空中一样．形成“三日同辉"的条件非常苛刻，卷层云的透光度必须适当，云中的小冰晶也必须是正六角柱状纠且均匀垂直排列，才会出现“三日同辉p的现象．因此，这种现象是非常罕见的光学现象．
清晨，当人们看到太阳从地平线上冉冉升起的时候，太阳的实际位置还在地平线以下．傍晚，当人们看见太阳贴近地平线的时候，太阳的实际位置已经在地平线以下了．这种现象是地球周围的大气对太阳光的折射所造成的．
太阳距离地球大约l.5×108km地球的外围包围着一层厚厚的大气，当太阳光从真空进入大气层的时候，就发生了折射．大气的折射可以把太阳抬高35＇那么大的角度．太阳的圆面对地球上的观察者来说，张角恰好是35＇，所以当你看到太阳圆形表面的下缘刚刚离开地平线的时候，实际上它的上缘还在地平线以下，如下图所示．
将一枝铅笔斜插入水中，铅笔浸在水中的部分好像向上偏折了；在游泳池边看池底，池底好像上升了；潜水员在水中看岸边的树，树好像变高了．这些现象都可用光的折射规律来解释．
2．透镜
A.透镜及其种类
透镜通常是用玻璃磨制的，它的一个侧面或者两个侧面是球面的一部分，如果透镜的厚度远小于球面的半径，这种透镜叫做薄透镜，中学阶段一般只研究薄透镜．透镜有两类：
中间厚边缘薄的叫做凸透镜；中间薄边缘厚的叫做凹透镜．
B.有关透镜的几个概念
（1）光心0：
透镜的几何中心．
（2）主光轴（简称主轴）MN：
通过光心和球面球心的直线．
（3）焦点F：
一束平行于凸透镜主光轴的光线通过凸透镜将会聚于一点，这一点叫做凸透镜的焦点（实焦点）．
一束平行于凹透镜主光轴的光线通过凹透镜后将变成发散的光线，将这些发散的光线反向延长也会交于一点，这一点叫做凹透镜的焦点（虚焦点）．
每一个凸透镜和凹透镜都有两个焦点，且两个焦点到光心等距．
（4）焦距f：
焦点到光心的距离．
C.通过透镜的三条特殊光线
（1）通过光心的光线传播方向不变．
（2）平行于主轴的光线通过凸透镜后经过焦点；平行于主轴的光线通过凹透镜后发散，出射光线的反向延长线经过焦点．
（3）通过焦点的光线经过凸透镜后与主轴平行；正向延长线通过焦点的光线经过凹透镜后，出射光线于主轴平行．
D．透镜对光线的作用
凸透镜对光线有会聚作用，所以凸透镜又叫做会聚透镜；凹透镜对光线有发散作用，所以凹透镜又叫做发散透镜．
说明：
如何理解透镜对光线的“会聚作用”和“发散作用”?
首先，应该将“会聚作用”和“会聚光线”、“发散作用”和“发散光线”区别开．
“会聚光线”和“发散光线”是相对于平行光线而言．如图甲所示，（a）图表示的是一束会聚光线，（b）图表示的是一束发散光线．会聚光线顺着箭头的方向延长后相交于一点，而发散光线则不能，但发散光线的反向延长线能相交于一点．
“会聚作用”和“发散作用”是相对于入射光线的会聚、发散程度是增强还是减弱而言的．如图乙所示的（a）图，虽然光线经过凸透镜以后的光线是发散光线，但它与入射光线相比，它的发散程度减弱了，所以凸透镜仍然对光线起的是会聚作用．又如图乙（b）中所示，虽然经过凹透镜后出来的光线是会聚光线，但它与入射光线相比，它的会聚程度减弱了，所以凹透镜对光线起的是发散作用．
一束光线经过透镜会聚后不一定得到一束会聚光线；一束光线经过凹透镜发散后不一定得到一束发散光线．
E.透镜的奥秘
凸透镜的会聚作用、凹透镜的发散作用以及透镜的成像，都是由于光的折射造成的．
3．探究凸透镜成像的规律
A.凸透镜成像的规律
a.列表归纳：
b．图示归纳：
利用如图所示的图有助于我们从变化的、整体的角度把握凸透镜成像的规律．图中1~6为物体所在的六个不同位置，1＇～6＇表示物体通过凸透镜所成的像的位置、大小、正倒及虚实情况．
（1）从图中（或前述表格中）可以看出，只要物体不在焦点上，凸透镜就能使物体成像．判断凸透镜成像情况时，要抓住l倍焦距、2倍焦距这两个分界点；抓住这两个分界点所分开的三个区域的成像特点．
①1倍焦距点是实像与虚像的分界点．当物体在1倍焦距以外时，成实像；当物体在1倍焦距以内时，成虚像；物体在焦点处时，不能成像．
②2倍焦距点是成放大实像与缩小实像的分界点，当物距大于2倍焦距时，所成的像是缩小的；当物距等于2倍焦距时，像和物的大小相等；当物距小于2倍焦距时，所成的像时放大的．
（2）当物体沿着主光轴移动时，像与物的移动方向是相同的．
①凸透镜成实像时，物距减小，像距变大，像也变大；物距增大，像距变小，像也变小．
②凸透镜成虚像时，物距减小，像变小；物距增大，像变大．
（3）凸透镜所成实像和虚像的比较：
像的
性质
光屏上能
否成像
正、倒
情况
相对于凸透镜的情况
放大、缩小的情况
光线传播情况
实像
能
倒立
像、物位于凸透镜两侧
既有放大的也有缩小的
实际光线会聚而成
虚像
不能
正立
像、物位于凸透镜同侧，
放大的
实际光线反向延长相交而成
B投影仪
投影仪是利用凸透镜能成倒立、放大实像的原理制成的，如图所示，投影仪的镜头是一个凸透镜，当透明胶片放在距凸透镜光心的距离在1倍焦距到2倍焦距之间时，在屏幕上会得到物体放大的实像．平面镜的作用是改变光路，使像投在前方的屏幕上．
C放大镜
放大镜是利用凸透镜成正立、放大的虚像的性质工作的．
4．照相机与眼睛、视力的矫正
A.照相机与眼睛
照相机与眼睛都是利用u>2f时，物体通过凸透镜成倒立、
缩小、实像的原理工作的．
（1）照相机
①主要构造
如图甲所示，照相机由镜头、光圈、快门和暗箱
等主要部件组成．
②成像原理
如图乙所示，照相机的镜头相当于一个凸透镜，摄像时人站在距离透镜2倍焦距之外，在胶卷上形成的是一个缩小、倒立的实像．调节光圈的大小，可以改变进入照相机的光的强弱．调节快门，可以控制曝光的时间，摄影之后，经过冲印后便得到照片．
（2）眼睛
①主要构造
如图所示，人类和某些动物的眼睛像一架照相
机，从功能上看，他们类似的部位如下表所示：
眼睛
角膜、晶状体
视网膜
瞳孔
眼睑
照相机
镜头
底片
光圈
快门
②成像原理
来自物体的光经晶状体成像于视网膜上，再通过视觉神经把信息传到大脑，产生视觉．
在外界景物突然消失后，视神经对它的印象还会延续0．1S左右．眼睛的这种特性叫做视觉暂留．
③照相机与眼睛的不同之处
普通的照相机是通过改变底片与镜头之间的距离，即通过调整像距使像变得清晰；而眼睛是通过它周围肌肉的活动使晶状体变厚或者变薄，通过改变凸透镜焦距，从而使不同距离的物体都能在视网膜上成清晰的像．眼睛的这一性能说明它是一个变焦距系统．
B.视力的缺陷及其矫正
常见的视力缺陷有近视和远视，这都是由于眼睛的调节
功能降低，不能使物体的像清晰地成在视网膜上所引起的．
（1）近视眼
①成因
如图甲所示，近视眼是晶状体太厚，折光能力太强，使来自远处某点的光会聚在视网膜前，导致人看不清远处的物体，只能看清近处的物体．
②矫正
如图乙所示，近视眼可用凹透镜的镜片来矫正，该镜片的作
用是将光发散，从而使远处的物体在视网膜上成清晰的像．
（2）远视眼
①成因
如图甲所示，远视眼是晶状体太薄，折光能力太弱，使来自近处某点的光还没有会聚成一点就到达视网膜了，在视网膜上形成一个光斑，导致人看不清近处的物体，只能看清远处的物体．
②矫正
如图乙所示，远视眼可用凸透镜的镜片来矫正，该镜片的作用是将光会聚，从而使远处的物体在视网膜上成清晰的像．
C.眼镜的度数
透镜焦距（以m为单位）的倒数叫做透镜焦度，眼镜镜片的度数是其透镜焦度的l00倍．
远视镜片的度数是正数，近视镜片的度数是负数．
眼镜的度数表示的是镜片折光本领的大小，度数越大的镜片，会聚或发散光线的本领越大．
5．望远镜与显微镜
A.目镜与物镜
通常的望远镜（或显微镜）可看做是由两个透镜组成的，靠近眼睛的透镜叫做目镜，靠近被观察物体的透镜叫做物镜．
物镜所成的像相当于目镜的物．
B．望远镜
（1）伽利略望远镜的主要组成和基本原理
物镜用焦距较大的凸透镜，目镜用焦距较小的凹透镜．
如图甲所示，远处物体射来的光线（可视为平行光），经过物镜后，在尚未会聚成像之前，遇到目镜（凹透镜），将使会聚光线发散，这些发散光线反向延长线的交点，形成正立的虚像，由于增大了视角，故提高了分辨能力．
（2）开普勒天文望远镜的主要组成和基本原理
物镜用焦距较大的凸透镜，目镜用焦距较小的凸透镜．
如图乙所示，远处射来的光线（可视为平行光），经过物镜后，会聚在它的后焦点外离焦点很近的地方，成一倒立、缩小的实像，目镜的前焦点和物镜的后焦点是重合的．所以物镜的像作为目镜的物体，从目镜可看到远处物体的倒立虚像，由于增大了视角，故提高了分辨能力．
（3）伽利略望远镜和开普勒望远镜的比较（见下表）：
名称
伽利略望远镜
开普勒望远镜
组成
物镜
目镜
物镜
目镜
凸透镜
凹透镜
凸透镜
凸透镜
物镜焦距大，
目镜焦距小
物镜焦距大，
目镜焦距小
两个透镜主轴共线
成像情况
正立的像
倒立的像
应用
观察地面上的物体、
天体
主要用于观察天体
（天文望远镜）
C.显微镜
（1）显微镜的主要组成和基本原理．．
物镜用焦距较小的凸透镜，目镜用焦距较大的凸透镜．
如图所示，物镜的作用是得到物体放大的实像，目镜的作用是把物镜所成的像作为物体，位于目镜的焦点之内，以得到它的放大的虚像，由于增大了视角，故提高了分辨能力．
（2）开普勒望远镜和显微镜的比较（见下表）：
开普勒望远镜
显微镜
相同点
都是由物镜和目镜组成，它们都是凸透镜
不同点
物镜是长焦距的凸透镜，目镜是短焦距的凸透镜
物镜是短焦距的凸透镜，目镜是长焦距的凸透镜
经物镜成倒立、缩小的实像，再经目镜成放大的虚像
经物镜成倒立、放大的实像，再经目镜成放大的虚像
【典例剖析】
1.2006年3月某日7时40分，黑龙江省大庆市市民惊奇地发现东方冉冉升起的太阳周围出现了多个“小太阳”，太阳的上方还有一道美丽的彩虹．出现这种天象的原因主要是由于在特殊的天气条件下，云中竖直挂列着许多小冰晶（小冰晶相当于三棱镜）．
（1）天空出现的彩虹，可以说明太阳光是一种（填“单色光”或“复色光”）．
（2）人们能够看到多个“小太阳”，是由于太阳光经小冰晶反射和后所形成的虚像．
2.
如图
（1）所示，鱼缸中只有一条小鱼，而眼睛从A点可以观察到两条，一条鱼的位置变浅，另一条鱼变大．前者是由于形成的（填“实”或“虚”）像；后者是由于鱼缸的（填“左”或“右”）侧部分等效于凸透镜而形成的（填“实”或“虚”）像．
3.小明用蜡烛、凸透镜和光屏做“探究凸透镜成像的规律"的实验，如图所示：
（1）要使像能够成在光屏的中央，应将光屏向调整（填“上”或“下”）．
（2）实验过程中，当烛焰距凸透镜15㎝时，移动光屏至某一位置，在光屏上得到一等大、清晰的像，则该凸透镜的焦距是cm.
（3）接着使烛焰向左移动5cm，此时应该将光屏向移动到某一位置（填“左”或“右”），才能在屏上得到倒立、、清晰的实像（填“放大”、“缩小”或“等大”）．
4.某同学在研究凸透镜成像规律的实验时，记下了物体离透镜的距离a，跟实像到透镜的距离b之间的关系，并画出了图线如图所示，请根据图线回答：
（1）凸透镜的焦距为厘米；
（2）物体的大小和实像的大小相等时，物体到实像间的距离为厘米．
5.为了比较甲、乙两个凸透镜焦距的大小，小明先后用这两个凸透镜做成像实验．他使烛焰、透镜、和光屏三者的中心在同一水平直线上，且使两个凸透镜与光屏间的距离均为20cm实验时发现：
烛焰经凸透镜甲折射后在光屏上所成的是一个清晰缩小的像，烛焰经凸透镜乙折射后在光屏上所成的是一个清晰放大的像．由此可以判断：
凸透镜的焦距较大．
6.
入射角i
折射角γ
i／r
sini／sinγ
10。
6.7。
1.50
1.49
200
13.3。
1.50
1.49
30。
19.6。
1.53
1.49
40。
25.2。
1.59
1.50
50。
30.7。
1.63
1.50
60。
35.1。
1.71
1.49
70。
38.6。
1.81
1.49
80。
40.6。
1.97
1.50
如图所示，光从空气斜射入玻璃中时，发生了折射现象．从图中看出折射角γ小于入射角i．但i与γ之间究竟有什么定性关系呢?
荷兰学者斯涅尔通过实验终于找到了i与γ之间的规律．下表列出的是一组光从空气进入玻璃时，i与γ的数值．
分析上述实验数据，得出人射角跟折射角之间的定量关系是．
7.
空气中的入射角i
00
300
450
600
水中的折射角r
00
220
320
400
玻璃中的折射角p
00
170
240
300
某实验小组在探究光的折射规律时，将光从空气分别射入水和玻璃，测得数据如下表：
分析表格中的数据，你肯定能得出一些规律．请写出两条：
、
．
8.
如图甲所示，直线AB是光滑木板与棉布的分界线（木板与棉布处在同一水平面上），然后使一个小线轴（如缝纫机上的线轴）沿着与直线AB成一角度的方向P0匀速滚动，可以看到，线轴在棉布上滚动的方向发动了改变．如图乙所示，一束光从空气斜射人玻璃中时传播方向也发生了改变．
（1）由图甲可知，当线轴的甲轮刚接触到棉布时，其速度的大小将（填“变小”、“不变”或“变大”），此时乙轮速度的大小将（填“变小”、“不变”或“变大”）．
（2）从图甲、乙两种类似现象可知，光由空气斜射入玻璃时发生折射的原因可能是
。
（3）在你学习物理知识的过程中是否运用过本题的研究方法?
请列举一例说明．
9.如图所示，小明从家A点到达学校C点必须经过一片平地和一片沙地（平地行走速度大于沙地行走速度），他应选择怎样的路径最快捷?
小明利用光学知识确定应从处由平地进入沙地（填“B点”、“B点左侧”或“B点右侧”），请你大致画出他的行进路线．
10.如图所示，光线从一种介质射人另一种介质，MN是两种介质的分界面，其中一种介质是空气，则入射角为度，MN的侧是空气（填“左”或“右”）．
11.
体育运动中，科研人员经常利用频闪摄影对运动员的动作进行分析与指导．频闪摄影就是摄影光源在有节奏的闪光时，从光源射出的光线照到运动员身上发生射，又通过摄影机前的镜形成像．观察图中照片，可知频闪摄影时要求背景较（填“亮”或“暗”）．
12.
光圈
16
11
8
5.6
4
2.8
快门
15
30
60
125
250
500
1000
照相时，选择不同的“光圈”以控制镜头的进光面积；选择不同的快门速度，以控制镜头的进光时间．两者结合的目的是使底片受到的光照能量保持一定，光照能量过大或过小都不能得到好照片．下面的表格是某种情况下光圈与快门的几种正确组合．在“快门”一行中，“l5”表示快门打开的时间是1/15s，依此类推；在“光圈”一行中，“16”表示镜头透光部分的直径等于镜头焦距的1/16，依此类推．计算光圈一行的最后一格应填的数字．
13.
如图在鉴定文物时，常用放大镜观察文物的细微部分，这时他看到的像是，如果在文物上有两条裂纹，其夹角是50．要想使看到的像更大些，应该将放大镜离裂纹．放大镜的放大倍数是6倍，则他看到的角是.
14.如图是简易天文望远镜内部结构，远处的物体经过物镜成一个的实像，落在目镜的位置；这个实像经过目镜成一个正立、像．如果你想制作简易天文望远镜，没有现成的透镜，可以选用合适的（填“近视”或“远视”）镜片来代替．
15.如图所示，N是一个水平放置的长方形暗盒，盒内有水平向右的平行光，P为暗盒右侧平面上的一个圆孔，M是一个与暗盒右侧平面平行的相距一定距离的光屏，若从外径与圆孔P相同的厚平板玻璃、凸透镜、凹透镜这三个光学器件中取一个嵌入圆孔P中，发现在光屏M上呈现一个比圆孔P大的圆形光斑，则嵌入圆孔P的那个光学器件是（）
A.只能是凹透镜B．只可能是凹透镜或厚平板玻璃
C.只可能是凹透镜或凸透镜D．凹透镜、凸透镜、厚平板玻璃都有可能
16.一物体在透镜主轴上移动，当物体离凸透镜20厘米时，在凸透镜另一侧光屏上得到一个放大的实像，若将物体移至距焦点8厘米处，关于它成的像，下列说法中错误的是（）
A.可能成放大的实像B．可能成虚像
C.可能成缩小的实像D．不能成等大的实像
17.在做“观察凸透镜成像”的实验中，当蜡烛到透镜的距离为20厘米时，在透镜的另一侧光屏上得到一个缩小的像，如果蜡烛距透镜15厘米，则下列判断正确的是（）
A.一定成缩小的实像B.一定成等大的实像
C.可能成放大的实像D．可能成虚像
18.在凸透镜前面有一物体，当它沿主轴向透镜方向移动20厘米，它所对应的像却远离透镜移动30厘米，那么物体移动的范围可能是（）
A.在透镜1倍焦距内移动B.在透镜1倍焦距与2倍焦距之间移动
C.在透镜2倍焦距外移动D．在透镜2倍焦距外向1倍焦距与2倍焦距间移动
19.有一个焦距为20厘米的凸透镜，关于所成的像下面叙述中哪些是正确的（）
A.当物体沿主光轴从距透镜50厘米处向30厘米处移动的过程中物像之间的距离先交大后变小
B．当物体沿主光轴从距透镜50厘米处向30厘米处移动的过程中物像之间的距离先交小后变大
C.当物体沿主光轴从距透镜5厘米处向l5厘米处移动的过程中所成的像逐渐变大
D．利用这个凸透镜成实像时物像之间的距离可能小于80厘米
20.如图所示为“研究凸透镜成像规律”的实验装置示意图．实验时，某同学首先使发光点S、凸透镜L和光屏P的中心处于同一高度；其次当他把发光点S移到图示位置时（图中MN为光具座的标尺即刻度尺），发现这时在光屏P上呈现一圆形光斑，且当左右移动光屏P时，该圆形光斑的直径不发生变化；然后他再用一烛焰S′在图示位置上取代发光点S．
这时，如要使烛焰S′在光屏P上成清晰的像，以下几种操作中不能达到目的的是（）
A.在图示位置时，保持透镜L不动，将烛焰S′向左移适当距离，再将光屏P向左移适当距离
B.在图示位置时，保持透镜L和光屏P不动，只将烛焰S′向左移适当距离
C.在图示位置时，保持烛焰S7和光屏P不动，只将透镜L向右移动适当距离
D．在图示位置时，保持透镜L不动，将烛焰S′向左移适当距离，再将光屏P向右移适当距离
21.
将蜡烛AB放在焦点和2倍焦距之间，成像情况如图所示．若要在光屏上得到倒立、缩小的实像，可以采取的办法是（）
A.蜡烛AB和光屏不动，向左移动凸透镜B.蜡烛AB和凸透镜不动，向左移动光屏
C.凸透镜和光屏不动，向左移动蜡烛ABD．蜡烛AB和光屏不动，向右移动凸透镜
22.
已知物a长于物b，现分别将a、b两物直立于同一凸透镜前，它们经凸透镜成像后，下列说法中正确的是（）
A.若都成实像，则a像长一定大干b像长
B.若都成虚像，则a像长一定大于b像长
C.只有a成实像，b成虚像，a像长才可能等于b像长
D．无论成实像还是成虚像，a像长都可能等于b像长
23.在光具座上固定一个凸透镜，使烛焰中心在凸透镜的主光轴O1O2，当烛焰中心在A点时，成像在B处；当烛焰中心在B点时，成像在C处，如图所示，则此凸透镜应固定在（）
A.C点右侧B.BC之间C.AB之间D．A点左侧
24.用一个直径为20厘米的凸透镜正对着太阳光，在凸透镜的另一侧15厘米处有一垂直于主轴的光屏，此光屏上呈现一个直径l0厘米的明亮的光斑，则该透镜的焦距可能是（）
A.10厘米或30厘米B.10厘米或20厘米
C.15厘米或45厘米D．15厘柴或30厘米
25.
物理老师在实验室用某种方法在长方形玻璃缸内配制了一些白糖水．两天后，同学们来到实验室上课，一位同学用激光笔从玻璃缸的外侧将光线斜向上射人白糖水，发现了一个奇特的现象：
白糖水中的光路不是直线，而是一条弯曲的曲线，如图所示．对这个现象的解释，同学们提出了以下猜想，其中能合理解释该现象的猜想是（）
A.玻璃缸的折射作用
B.激光笔
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