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。


實驗材料:

  • 1. 直桶 1根
  • 2. 鐵架 2座
  • 3. 三叉夾 3個 (一大兩小)
  • 4. 三叉夾與鐵架之轉接頭 3個
  • 5. 甘油 500ml
  • 6. 雷射筆(含電池) 1支
  • 7. 棉線 1捲
  • 8. 膠帶 1捲
  • 9. 螺帽 (鉛錘) 2顆
  • 10. 長尺(30cm) 2支
  • 11. A4白紙 10張
  • 12. 剪刀 1把



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