折射與全反射

  • 手作物理
  • 撰文者:張宇靖
  • 發文日期:2016-11-09
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最近高三課程上到折射現象、全反射,想起在網路上及北京清華大學演示教學資料中有個有趣的實驗。將濃鹽水(有人用糖水)與清水分別裝入魚缸內,以雷射筆的光束可以演示折射、全反射等現象。雖然可以演示全反射現象的實驗很多,這個演示因為食鹽水會逐漸擴散,可以看到折射率漸進的變化,而且每天都有點不同。


1.      所需器材:小魚缸(透明玻璃缸)、食鹽、薄塑膠袋(或保鮮膜)、雷射筆(綠光效果較好
 

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2.      事前準備:

(1)   先裝2/5缸的熱水(六、七十度左右),倒入食鹽並攪拌,盡量多溶解些食鹽。(用熱水溶解食鹽較快也可以溶得較多)
(2)   待冷卻後,在濃食鹽水上方鋪上薄塑膠袋(剪開)或保鮮膜,要覆蓋整個水面,有一邊要延伸到魚缸上方。
(3)   以小容器裝清水,緩慢到在薄塑膠袋上,直到加入與食鹽水大約等量的清水為止。

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(4)   從延伸出來的薄塑膠袋的一邊,緩慢將塑膠袋抽出。動作盡量輕,避免攪動食鹽水及清水的界面。
 

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(5)   抽出之後就不要再搬動魚缸或攪動水面,此時可以看到濃食鹽水與清水間有一清楚的界面。

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3.      演示:
(1)   以綠光雷射射入水中,可以看到光的路徑。
(2)   從清水上方射入,可看到折射現象,光線通過清水及食鹽水的界面時,也有折射現象。
(3)   從魚缸下方側面射入雷射光,調整適當角度,可看到在食鹽水及清水的界面有全反射現象。若只有清水,則要從上方才能看到出現在側面的全反射,利用這個演示則可讓學生容易從旁邊就看到全反射現象。
(4)   這缸水可以放三、四天,原本從食鹽水射向清水的雷射光可以有很明顯的全反射轉折,第二天開始可以看到彎曲的雷射光,因為擴散作用,讓之間的界面模糊,呈漸進式的改變。此時可以講解海市蜃樓的原理。
(5)   如果有較強的紅光雷射,可與綠光雷射做比較。

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