甘油折射率與臨界角之測定
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利用所提供的器材，測量甘油的折射率以及全反射角。
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實驗材料：
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現象說明
當光束由空氣進入介質時，入射角與反射角會滿足Snell’s Law。Snell’s Law的公式為n1 x sinθ1 = n2 x sinθ2，n1與n2分別代表光在入射與折射介質的折射率，θ1與θ2分別代表光的入射角與折射角。若n1 > n2 則當θ1等於某一特定角度時會使θ2等於90度。此一特定角度稱為臨界角。當θ1≧臨界角時會產生全反射。
探究問題
- 2.1 觀察光進入未知溶液後光徑會如何偏折，並說出造成此現象之原因。
- 2.2 如果再加入更多的未知溶液使液面提高，光徑會如何改變，可以用什麼原理去解釋。
- 2.3 如果一直增加入射角度，最後光徑會如何改變?
實作項目
- 3.1 實驗一(甘油折射率)
- 3.1.1 固定雷射高度h2，接著取適量甘油倒入直桶，並確定液面高度h1。並量測雷射高度h2。在直筒下方擺一直尺以便測量未經折射的光距離X1，擺入裝有甘油之容器，雷射經折射後的光與入射光投影原點距離X2。測量得知後紀錄之。改變數組不同的入射角θi並測量分別的X1、X2。藉由幾何原理，求得相關所需數值。
- 3.1.2分析實驗結果
- 3.2 實驗二(測得全反射角)
- 3.2.1 取一直桶倒入適量甘油並固定於鐵架上。於管壁用膠帶黏上一條棉線，並在棉線尾端綁上重物(本實驗以螺帽代替)，作為鉛垂使用。在直桶的底部打入雷射光，並慢慢傾斜直桶(注意:雷射光必須垂直入射桶內)，觀察雷射光的折射，並在折射光恰巧消失時，固定直桶。
- 3.2.2分析實驗結果
分析與結論
- 4.1 利用Snell’s Law 推導，光線由折射率為n1的介質入射至折射率為n2的介質之臨界角與n1與n2的關係。
- 4.2 平板的折射率為n1，平板周圍介質折射率為n2，光線由A點入射至平板內，折射光由B點射出平板。試問光線是否能在B點達到全反射，試說明原因。
教學目標與評量
- 5.1 更熟悉折射定律和了解司乃爾定律。
- 5.2 了解全反射出現之條件並且觀察其現象。
- 5.3 可以藉由觀察實驗並且找出適當的兩物理量求出折射率。
參考資料
* 1. 臺灣省彰雲嘉區九十九學年度高級中學數理及資訊學科能力競賽
