折射與全反射

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）
 

 

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。

 

(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。
 

(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。

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。