"隱形玻璃" 修訂間的差異

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(無差異)

於 2019年6月14日 (五) 05:26 的修訂

原始設計者:彰師大


當一平行光束斜向入射在一透明有厚度之固體平板,部分光線會折射並透射至平板另一側,另一部分光線則會被反射。屏幕上的圖形亮度與相對位置都會受到透明平行板影響而有所不同。試探討此現象成因。


實驗材料:

  • 1. 固定鐵架座 1個
  • 2. 鐵柱 3個
  • 3. 固定夾 3個
  • 4. 游標卡尺 1支
  • 5. 壓克力圓板(單面鍍膜) 1個
  • 6. 油性細簽字筆 1支
  • 7. 方格紙 數張
  • 8. 紅光雷射筆 1支
  • 9. 長尾夾 5個
  • 10. 硬紙板 1張
  • 11. 鉛錘 1顆
  • 12. 三角板 1組


現象說明:

當一平行光束斜向入射在一壓克力圓板,部分光線會折射並透射至平板另一側,另一部分光線則會被反射。若在反射線路徑上架設一屏幕(如圖一),則能在屏幕上發現與圖二相似的現象。由實驗觀察可以發現圖中的光點,其亮度與相對位置都會受到壓克力圓板影響而有所不同。試探討此現象成因。


初探與假說:(此為引導,學習者必須要提出合理的假說)

  • 2.1 思考教師展示雷射打到鏡子與水中的現象,屬於反射還是折射? 並說明相關的物理。
  • 2.2 思考教師展示雷射打到壓克力圓板,屏幕上看到的圖形是屬於繞射還是干涉?
  • 2.3 讓學生實驗雷射打到壓克力圓板,詳述實驗步驟,並從實驗中觀察雷射入射角θ和屏幕兩光點距離X的定性關係為何? (入射角度變大,兩點距離變小還是變大?)
  • 2.4 從光路思考屏幕兩光點距離X、入射角θ、平板折射率n和平板厚度t的關係式。小組討論後並每組給予五分鐘內發表討論結果。
  • 2.5 從小組內討論的結果,思考用適當的物理量,做線性回歸並分析得到平板折射率n值

設計實驗與執行

  • 3.1設計出一項實驗,探究雷射入射角θ和屏幕兩光點距離X的關係。
    • 3.1.1實驗數據圖


  • 3.1.2分析實驗結果


  • 3.2取適當的物理量,線性回歸分析得出壓克力圓板折射率n值。
    • 3.2.1實驗數據圖


  • 3.2.2分析實驗結果

分析與結論

  • 4.1 能從前述所記錄數據與繪製的數據圖中,分析出相關趨勢,結論出可能之定性關係。
  • 4.2 能進一步從記錄之數據與繪製之數據圖中,粹取出相關重要物理量,進一步繪製關係圖,結論出定量關係式。
  • 4.3 能從所記錄數據與繪製的數據圖中,瞭解還有需要設計實驗與執行的項目。


教學目標與評量

  • 5.1 複習司乃耳定律(Snell’s law )和反射定律。
  • 5.2 從現象觀察中,分辨干涉與繞射。
  • 5.3 利用現有器材資源,與學習到的知識,設計實驗求得出折射率n。考驗學生能否融會貫通,以及取適當物理量來實驗分析。
  • 5.4 讓學生學習科學素養,即探究現象、提出假說、實驗證明假說,最後精緻化結果。

參考資料

[1] 2016科學能力競賽題目