利用水溶液折射找出折射率

實驗材料：

• 1. 凸透鏡 1個
• 2. 固定鐵架座 1座
• 3. 壓克力筒 1個
• 4. 三叉夾（小） 1支
• 5. 手電筒 1支
• 6. 固定夾 4個
• 7. 鐵棒 2支
• 8. 方格紙 3張
• 9. 直尺 1支
• 10. 量角器 1個
• 11. 膠帶 1捲
• 12. 剪刀 1支
• 13. 抹布 1塊
• 14. 橡皮擦 1個

利用成像在溶液底部的位置測量出溶液折射率

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現象說明

當光從物體出發經過凸透鏡，當物距大於焦距時可在透鏡後產生實像，其物距p、像距q與焦距f可用以下的公式描述

1/p + 1/q = 1/f

若物體經由凸透鏡投影在折射率為n的液體中，則成像平面將會往後移動，此移動的距離和液體的折射率有關，如(b)圖所示

(a)圖物體經由凸透鏡產生的成像與物距、像距的關係(b)當實像投影在液體中(也就是部分像距在液體中)，成像平面會往後移動

探究問題

• 2.1 思考在凸透鏡和屏幕中間放置一溶液焦點會如何改變，請畫圖並思考為什麼。
• 2.2 思考改變液面與透鏡間距離後焦點會如何改變。

實作項目

• 3.1將些微待測溶液注入燒杯，並紀錄屏幕到液面的高度。移動光源和凸透鏡，此時光源到凸透鏡的距離固定不變即移動鐵棒，直到溶液中屏幕的成像清晰，並紀錄透鏡到液面距離。增加在燒杯內的待測溶液，直到溶液中屏幕的成像模糊，並記錄屏幕到液面高度。調整透鏡至屏幕的距離，直到溶液中屏幕的成像清晰，並紀錄透鏡到液面距離，並且重複測量之。
  • 3.1.1 x : 液面高度差，y : 透鏡到液面距離之差。

第一次量測

第二次量測

第三次量測

• 3.1.2取液面高度差與透鏡到液面距離的差做回歸曲線，其斜率為溶液折射率。

分析與結論

• 4.1 光源是否為平行光對結果有無影響
• 4.2 光源是否為點光源對結果有無影響。
• 4.3 實驗結果所得之折射率為哪種水溶液。

教學目標與評量

• 5.1 由數據分析及適當的物理去測量待測液體的折射率。
• 5.2 了解斯乃爾定律的應用。
• 5.3 認識薄透鏡成像公式。

參考資料

• 1.101年度彰嘉區學科能力競賽實驗題