甜蜜的魔境

出自 全民科學平台
於 2020年2月12日 (三) 01:39 由 張鈞祺 (對話 | 貢獻) 所做的修訂 (先備知識)
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原始設計者:張又懿

先備知識

流體中的密度

D = M / V(密度=質量/體積) 物質每單位體積內所含有的質量,稱為該物質的密度。 流體密度的計算方法與固體密度的計算方法是一樣的,但流體的密度比固體好改變,在水裡面加一把鹽,攪拌攪拌就能改變了。也有一些物理只能在流體裡討論,比如浮力等等......

密度如何影響折射率?

密度用生活化的例子來解釋。想像兩個月台,一個月台人來人往與另一個月台杳無人煙,把自己想像成一道光,穿過杳無人煙月台一定比較容易,相對的穿過人來人往月台就難多了。 可以用這個道理去想像光在介質當中的運行。

Snell's Law

原理

光線在通過不同密度的介質時,例如在通過空氣和水的界面時,光線的角度會發生一定的偏轉,叫做光線的折射。糖在魚缸裡會慢慢溶解,由於沒有攪拌,魚缸上部的水里溶解了更少的糖,下部的水里溶解了更多的糖。從上部到下部,水中的糖是逐漸增加的,也就是說,糖水的濃度是逐漸增加的。這個小實驗利用不同密度的糖水對光線的折射作用,讓激光發生彎曲。由於糖水的密度是逐漸發生變化的,激光光線在經過不同密度的糖水的時候,連續發生折射,看起來就是“光線慢慢彎曲”了。

液體折射率與溫度之關係

一般情況下,液體折射率與溫度成反比, 溫度越高分子越活躍 ,分子密度越小,折射率越小。 折射率,光在真空中的傳播速度與光在該介質中的傳播速度之比率。材料的折射率越高,使入射光發生折射的能力越強。

影響液體折射率之因素

兩種介質進行比較時,折射率較大的稱光密介質,折射率較小的稱光疏介質。 折射率與介質的電磁性質密切相關。根據電磁理論,εr和μr分別為介質的相對電容率和相對磁導率。折射率還與波長有關,稱色散現象。

影片

探究問題

  1. 密度影響折射率的規則是什麼?
  2. 如果一盆流體當中的密度不平均,該如何計算流體折射率?
  3. 水流的速度如何影響折射率?
  4. 在流體中折射的光線,是否可以被改變?