利用水溶液折射找出折射率
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利用成像在溶液底部的位置測量出溶液折射率
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實驗材料：
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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
參考說明
101年度彰嘉區學科能力競賽實驗題參考解答 實驗目的： 利用成像在溶液底部的位置測量出溶液折射率 原理： 設 為透鏡焦點到液面的距離， 為液面到屏幕的距離， 為透鏡到液面的距離，n air為空氣的折射率，n liq 為液體的折射率。
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將物距P固定，因為成像公式 1/p+1/q=1/f ，所以若焦距 f 不變像距也會跟著固定 設q為在空氣中的像距 令 為加入液體之後的成像到透鏡的距離 ， 此時的像距 q= + ..........................................................(1)
今再加入額外的液體用來改變液面到透鏡的距離， 設 為液面到屏幕距離改變後的像距，
、 為液面到屏幕距離改變後的值， .
此時的像距 q= + ........................................................(2) 將(2)式減(1)式 可得到
x : 液面高度差
y : 透鏡到液面距離之差
最後為做回歸曲線，空氣折射率n=1帶入上式即可得知溶液折射率。
實驗步驟： 將器材依圖(2)架設，將光源和凸透鏡固定於同一根鐵棒(下面稱為鐵棒A)，並將珍珠板固定於杯底作為屏幕。 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A，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。 重複步驟４～５數次。 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。
