"隱形玻璃" 修訂間的差異

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(已建立頁面,內容為 "<s4e> pid=264 show=原始設計者;簡介 </s4e> <table style='border:none'> <tr> <td style="vertical-align:text-top;"> <font size="4">當一平行光束斜向入…")
 
(6.參考資料)
 
(未顯示同一使用者於中間所作的 4 次修訂)
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<tr>
 
<tr>
 
<td style="vertical-align:text-top;">
 
<td style="vertical-align:text-top;">
<font size="4">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。</font>
+
<font size="4">將玻璃浸入某未知溶液中,泡在溶液部份的玻璃彷彿隱形一樣,消失在溶液中。試探討此現象成因。</font>
  
  
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<div style="border-style: double;">
 
<div style="border-style: double;">
 
實驗材料:
 
實驗材料:
*1. 固定鐵架座  1個
+
*1.透明圓柱形塑膠桶(須有蓋子)1個
*2. 鐵柱  3個
+
*2.綠光雷色筆1支
*3. 固定夾 3個
+
*3.量角器1個
*4. 游標卡尺 1支
+
*4.玻璃燒杯200ml  5個
*5. 壓克力圓板(單面鍍膜) 1個
+
*5.玻璃棒5支
*6. 油性細簽字筆 1支
+
*6.油性細簽字筆1支
*7. 方格紙  數張
+
*7.95%酒精1公升
*8. 紅光雷射筆 1支
+
*8.矽油1公升
*9. 長尾夾 5個
+
*9.甘油1公升
*10. 硬紙板 1張
+
*10.水1公升
*11. 鉛錘 1顆
+
*11.奶茶1杯
*12. 三角板 1組
+
 
  
 
</div>
 
</div>
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== 現象說明: ==
+
== 1.現象提示與參考:==
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。
+
如影片一所示,將玻璃浸入某未知溶液中,泡在溶液部份的玻璃彷彿隱形一樣,消失在溶液中。影片右方燒杯內容物為水,左方燒杯內容物為某未知溶液。試探討此現象成因。
<img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bf/%E5%85%89%E5%AD%B8%E7%8F%BE%E8%B1%A1%E8%88%87%E6%8E%A2%E8%A8%8E%E5%9C%96%E7%89%871.png'/>
+
<table>
 +
<tr>
 +
<td><videoflash>jlzvXUwm5ro</videoflash><br>
 +
(影片一、玻璃棒隱形)
 +
 
 +
</td>
 +
</tr>
 +
</table>
 +
 
 +
 
 +
== 2.初探與假說:==
 +
 
 +
*2.1思考玻璃棒插入溶液中為何會隱形?
 +
*2.2若將玻璃棒插入水中會觀察到何種現象?
 +
*2.3若是分別將玻璃棒插入酒精、甘油、矽油……等,又分別會觀察到何種現象?
 +
*2.4若是將甘油與水以特定比例混合,再將玻璃棒插入此混合液中,會觀察到何種現象?
 +
 
 +
== 3.設計實驗與執行 ==
 +
*3.1針對2.2跟2.3的問題,分別將燒杯裝入水、酒精、甘油、矽油,此四種溶液,並分別插入一支玻璃棒,觀察玻璃棒在溶液中受折射而彎曲的程度與隱形的情形。
 +
**3.1.1紀錄觀察結果
 +
<table border="1">
 +
 <tr>
 +
 <td> </td>
 +
 <td>水</td>
 +
 <td>酒精</td>
 +
 <td>甘油</td>
 +
  <td>矽油</td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>彎曲情形</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
  <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>隱形情形</td>
 +
 <td> </td>
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 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
  <td> </td>
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 </tr>
 +
</table>
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
*3.2針對2.4的問題,將甘油與水以特定比例混合,並將玻璃棒插入其中,觀察玻璃棒在溶液中受折射而彎曲的程度與隱形的情形。甘油的比例分別以20%、40%、60%、80%此四種配置比例調配。
 +
**3.2.1紀錄觀察結果
 +
<table border="1">
 +
 <tr>
 +
 <td>甘油比例</td>
 +
 <td>20%</td>
 +
 <td>40%</td>
 +
 <td>60%</td>
 +
  <td>80%</td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>彎曲情形</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
  <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>隱形情形</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
  <td> </td>
 +
 </tr>
 +
</table>
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
*3.3將水裝入塑膠容器至半滿狀態,並將容器倒置於桌面上(如圖一),並用綠光雷射由水面下方向上照射,調整入射角度至出現全反射的臨界角,並記錄此臨界角,再根據司乃耳定律(Snell’s law)推算出水的折射率。另外再取任意兩個會出現折射與反射的入射角度,並記錄數據,根據司乃耳定律(Snell’s law)推算出水的折射率。若是雷射光在溶液中的路徑不明顯,可利用廷得耳效應(Tynall effect),在溶液中滴入10滴的奶茶使光線便於觀察。實驗請參考圖二與圖三之折射與反射示意圖。
 +
<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/18/%E5%9C%96%E4%B8%80.jpg'/><br>
 +
(圖一、實驗設置)
 +
 
 +
 
 +
<table>
 +
<tr>
 +
<td><img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d7/%E6%8A%98%E5%B0%84.jpg'/><br>
 +
(圖二、折射與反射)</td><td><img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/09/%E5%85%A8%E5%8F%8D%E5%B0%84.jpg'/><br>
 +
(圖三、全反射)</td>
 +
</tr>
 +
</table>
 +
 
 +
 
 +
**3.3.1紀錄觀察結果
 +
<table border="1">
 +
 <tr>
 +
 <td>水</td>
 +
 <td>反射角</td>
 +
 <td>折射角</td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角1</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角2</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>全反射臨界角</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td>X</td>
 +
 </tr>
 +
</table>
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
**3.3.2推算水的折射率n。司乃耳定律(Snell’s law): <img style="height:20px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/%E5%8F%B8%E4%B9%83%E8%80%B3%E5%AE%9A%E5%BE%8B.jpg'/>
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
*3.4重複3.3的實驗,分別將酒精、甘油、矽油裝入塑膠容器至半滿狀態,並分別求出此三種溶液的折射率。
 +
**3.4.1紀錄觀察結果
 +
<table>
 +
<tr>
 +
<td><table border="1">
 +
 <tr>
 +
 <td>酒精</td>
 +
 <td>反射角</td>
 +
 <td>折射角</td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角1</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角2</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>全反射臨界角</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td>X</td>
 +
 </tr>
 +
</table></td><td><table border="1">
 +
 <tr>
 +
 <td>甘油</td>
 +
 <td>反射角</td>
 +
 <td>折射角</td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角1</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角2</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>全反射臨界角</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td>X</td>
 +
 </tr>
 +
</table></td><td><table border="1">
 +
 <tr>
 +
 <td>矽油</td>
 +
 <td>反射角</td>
 +
 <td>折射角</td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角1</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角2</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>全反射臨界角</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td>X</td>
 +
 </tr>
 +
</table></td>
 +
</tr>
 +
</table>
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
**3.4.2推算酒精、甘油、矽油的折射率n。
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
*3.5重複3.4的實驗,將甘油與水以特定比例混合,分別將甘油濃度20%、40%、60%、80%此四水溶液裝入塑膠容器至半滿狀態,並分別求出此四種水溶液的折射率。
 +
**3.5.1紀錄觀察結果
 +
<table>
 +
<tr>
 +
<td><table border="1">
 +
 <tr>
 +
 <td>甘油濃度20%</td>
 +
 <td>反射角</td>
 +
 <td>折射角</td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角1</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角2</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>全反射臨界角</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td>X</td>
 +
 </tr>
 +
</table></td><td><table border="1">
 +
 <tr>
 +
 <td>甘油濃度40%</td>
 +
 <td>反射角</td>
 +
 <td>折射角</td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角1</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角2</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>全反射臨界角</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td>X</td>
 +
 </tr>
 +
</table></td><td><table border="1">
 +
 <tr>
 +
 <td>甘油濃度60%</td>
 +
 <td>反射角</td>
 +
 <td>折射角</td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角1</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角2</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>全反射臨界角</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td>X</td>
 +
 </tr>
 +
</table></td><td><table border="1">
 +
 <tr>
 +
 <td>甘油濃度80%</td>
 +
 <td>反射角</td>
 +
 <td>折射角</td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角1</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>任意入射角2</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td> </td>
 +
 </tr>
 +
  <tr>
 +
 <td>全反射臨界角</td>
 +
 <td> </td>
 +
 <td>X</td>
 +
 </tr>
 +
</table></td>
 +
</tr>
 +
 
 +
</table>
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
**3.5.2推算甘油水溶液20%、40%、60%、80%此四種混合液的折射率n。
 +
 
  
<img  src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a4/%E5%85%89%E5%AD%B8%E7%8F%BE%E8%B1%A1%E8%88%87%E6%8E%A2%E8%A8%8E%E5%9C%96%E7%89%872.png'/>
 
  
  
== 初探與假說:(此為引導,學習者必須要提出合理的假說)==
+
*3.6將水、甘油、四種甘油水溶液,共六種溶液的折射率作圖
 +
<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/57/%E5%9C%96%E8%A1%A8.jpg'/>
  
*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
 
**<img  src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/49/%E5%85%89%E5%AD%B8%E7%8F%BE%E8%B1%A1%E8%88%87%E6%8E%A2%E8%A8%8E%E5%9C%96%E7%89%873.png'/>
 
  
  
  
:*3.1.2分析實驗結果
+
== 4.分析與結論==
  
 +
*4.1藉由現象的觀察,能思考背後可能的原因。
 +
*4.2藉由一系列的實驗,得出量化的結果。
 +
*4.3探討不同濃度的水溶液對折射率的影響。
 +
*4.4將實驗數據整理成圖表,繪製出其現象所表現的趨勢。
  
*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
 
**<img  src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a4/%E5%85%89%E5%AD%B8%E7%8F%BE%E8%B1%A1%E8%88%87%E6%8E%A2%E8%A8%8E%E5%9C%96%E7%89%874.png'/>
 
  
  
  
:*3.2.2分析實驗結果
+
== 5.教學目標與評量==
  
== 分析與結論==
+
*5.1應用司乃耳定律(Snell’s law )和反射定律計算出所需的物理量。
 +
*5.2善用廷得耳效應(Tynall effect)使光線更易於觀察,並練習配置特定濃度的水溶液。
 +
*5.3由實際操作中進一步了解全反射的現象。
 +
*5.4了解混合溶液的濃度對折射率的影響與其中的關係。
 +
*5.5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。
  
*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。
 
  
 +
==6.參考資料==
 +
[1] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%8A%98%E5%B0%84%E7%8E%87
  
 +
[2] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%96%AF%E6%B6%85%E5%B0%94%E5%AE%9A%E5%BE%8B
  
== 教學目標與評量==
+
[3] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%A8%E5%85%A7%E5%8F%8D%E5%B0%84
  
*5.1 複習司乃耳定律(Snell’s law )和反射定律。
+
[4] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BB%B7%E5%BE%97%E8%80%B3%E6%95%88%E6%87%89
*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==
+
[5] http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=1215
[1]   2016科學能力競賽題目
 

於 2019年6月14日 (五) 23:58 的最新修訂

原始設計者:彰師大


將玻璃浸入某未知溶液中,泡在溶液部份的玻璃彷彿隱形一樣,消失在溶液中。試探討此現象成因。


實驗材料:

  • 1.透明圓柱形塑膠桶(須有蓋子)1個
  • 2.綠光雷色筆1支
  • 3.量角器1個
  • 4.玻璃燒杯200ml 5個
  • 5.玻璃棒5支
  • 6.油性細簽字筆1支
  • 7.95%酒精1公升
  • 8.矽油1公升
  • 9.甘油1公升
  • 10.水1公升
  • 11.奶茶1杯




1.現象提示與參考:

如影片一所示,將玻璃浸入某未知溶液中,泡在溶液部份的玻璃彷彿隱形一樣,消失在溶液中。影片右方燒杯內容物為水,左方燒杯內容物為某未知溶液。試探討此現象成因。


(影片一、玻璃棒隱形)


2.初探與假說:

  • 2.1思考玻璃棒插入溶液中為何會隱形?
  • 2.2若將玻璃棒插入水中會觀察到何種現象?
  • 2.3若是分別將玻璃棒插入酒精、甘油、矽油……等,又分別會觀察到何種現象?
  • 2.4若是將甘油與水以特定比例混合,再將玻璃棒插入此混合液中,會觀察到何種現象?

3.設計實驗與執行

  • 3.1針對2.2跟2.3的問題,分別將燒杯裝入水、酒精、甘油、矽油,此四種溶液,並分別插入一支玻璃棒,觀察玻璃棒在溶液中受折射而彎曲的程度與隱形的情形。
    • 3.1.1紀錄觀察結果
                               
酒精甘油 矽油
彎曲情形
隱形情形



  • 3.2針對2.4的問題,將甘油與水以特定比例混合,並將玻璃棒插入其中,觀察玻璃棒在溶液中受折射而彎曲的程度與隱形的情形。甘油的比例分別以20%、40%、60%、80%此四種配置比例調配。
    • 3.2.1紀錄觀察結果
                               
甘油比例20%40%60% 80%
彎曲情形
隱形情形



  • 3.3將水裝入塑膠容器至半滿狀態,並將容器倒置於桌面上(如圖一),並用綠光雷射由水面下方向上照射,調整入射角度至出現全反射的臨界角,並記錄此臨界角,再根據司乃耳定律(Snell’s law)推算出水的折射率。另外再取任意兩個會出現折射與反射的入射角度,並記錄數據,根據司乃耳定律(Snell’s law)推算出水的折射率。若是雷射光在溶液中的路徑不明顯,可利用廷得耳效應(Tynall effect),在溶液中滴入10滴的奶茶使光線便於觀察。實驗請參考圖二與圖三之折射與反射示意圖。


(圖一、實驗設置)



(圖二、折射與反射)

(圖三、全反射)


    • 3.3.1紀錄觀察結果
                                 
反射角折射角
任意入射角1
任意入射角2
全反射臨界角 X



    • 3.3.2推算水的折射率n。司乃耳定律(Snell’s law):



  • 3.4重複3.3的實驗,分別將酒精、甘油、矽油裝入塑膠容器至半滿狀態,並分別求出此三種溶液的折射率。
    • 3.4.1紀錄觀察結果
                                 
酒精反射角折射角
任意入射角1
任意入射角2
全反射臨界角 X
                                 
甘油反射角折射角
任意入射角1
任意入射角2
全反射臨界角 X
                                 
矽油反射角折射角
任意入射角1
任意入射角2
全反射臨界角 X



    • 3.4.2推算酒精、甘油、矽油的折射率n。



  • 3.5重複3.4的實驗,將甘油與水以特定比例混合,分別將甘油濃度20%、40%、60%、80%此四水溶液裝入塑膠容器至半滿狀態,並分別求出此四種水溶液的折射率。
    • 3.5.1紀錄觀察結果
                                 
甘油濃度20%反射角折射角
任意入射角1
任意入射角2
全反射臨界角 X
                                 
甘油濃度40%反射角折射角
任意入射角1
任意入射角2
全反射臨界角 X
                                 
甘油濃度60%反射角折射角
任意入射角1
任意入射角2
全反射臨界角 X
                                 
甘油濃度80%反射角折射角
任意入射角1
任意入射角2
全反射臨界角 X



    • 3.5.2推算甘油水溶液20%、40%、60%、80%此四種混合液的折射率n。



  • 3.6將水、甘油、四種甘油水溶液,共六種溶液的折射率作圖



4.分析與結論

  • 4.1藉由現象的觀察,能思考背後可能的原因。
  • 4.2藉由一系列的實驗,得出量化的結果。
  • 4.3探討不同濃度的水溶液對折射率的影響。
  • 4.4將實驗數據整理成圖表,繪製出其現象所表現的趨勢。



5.教學目標與評量

  • 5.1應用司乃耳定律(Snell’s law )和反射定律計算出所需的物理量。
  • 5.2善用廷得耳效應(Tynall effect)使光線更易於觀察,並練習配置特定濃度的水溶液。
  • 5.3由實際操作中進一步了解全反射的現象。
  • 5.4了解混合溶液的濃度對折射率的影響與其中的關係。
  • 5.5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。


6.參考資料

[1] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%8A%98%E5%B0%84%E7%8E%87

[2] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%96%AF%E6%B6%85%E5%B0%94%E5%AE%9A%E5%BE%8B

[3] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%A8%E5%85%A7%E5%8F%8D%E5%B0%84

[4] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BB%B7%E5%BE%97%E8%80%B3%E6%95%88%E6%87%89

[5] http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=1215