2012年12月27日

科學遊戲-光學-雷射、透鏡、全反射


這是一般的壓克力紙鎮,但是從斜上方仔細一瞧,卻有兩個影像自底部浮現,可以看到一個在近處,一個在遠方,而且上下兩個圖案是顛倒的!在教到光學單元的時候,總是請學生思考並討論一下這兩個像的成因和虛實,然後再引入真正想要教的概念-反射與折射

當然,這必須在有光源的環境之下才能進行觀察,畢竟沒有自己會發光的紙鎮,想看到影像,必須藉由物體將可見光反射或折射進入眼睛才能引起視覺。那如果接近冬至,上課上到第八節,加上昏天暗地這種天時地利的條件搭配下,可不要一下子就把日光燈打開,自己應該要準備光源-雷射筆呢!當然為了避免外界的光線干擾,有窗簾還是要關上的,學生的注意力反而會集中,也會更有期待。

水可以進行水舞的表演,但是直線進行的光會跳舞嗎?它會像水一樣柔韌嗎?在我們所處的一般環境下,答案恐怕是不行的。所以雷射光所能進行的魔幻秀,不免增添了一股陽剛味,還真的是直線條。

首先登場的是進入不同的介質所產生的部分反射與部分折射
產生的現象均發生在壓克力與空氣的交界面上
(凸透鏡平放在桌面上)

如果讓凸透鏡的圓弧面擺在桌上
從平整的側面將光線斜射進入壓克力透鏡
而且可以證明進入透鏡前後的兩條光線真的是平行的呢

光線由密介質進入到疏介質,由於不同介質中的光速率不同,所以行進方向會和原本不同,發生偏折的現象,稱為「折射」,而且折射角會大於入射角。當入射角變大,折射角也會相對增加。而到達特定的角度-臨界角時,就不再有折射現象,光就完全在交界面上反射,這種現象稱為「全反射」。

那如果將凸透鏡換成凹透鏡呢?凸透鏡可以將光線會聚,所以直挺挺的光線看得一清二楚。不過凹透鏡可就不是那麼回事,凹透鏡可是會把光線「發散」的呢!如何發散?瞧一瞧便知道巧妙不同。
將凹透鏡平擺在桌上
自下方將光線斜射進入壓克力透鏡
調整好入射角度之後
一樣可以看到光線在透鏡內全反射的狀況


有看到光線從凹透鏡出來之後的情形嗎?
是不是和凸透鏡截然不同?這就是所謂的「發散」
在頂端看見光線剝離了,如同星夜中的火炬一般
真的是百聞不如一見

備註:僅以此篇紀念今天-我的34歲生日,過了今天又老了一歲,男人應該是越老越值錢吧!我家小朋友剛剛才咚咚咚地跑來跟我說:『拔逼~生日快樂!』,真開心!

沒有留言:

張貼留言