以细小玻璃珠示范静态彩虹现象的制作-逢甲大学.pdf

以細小玻璃珠示範彩虹現象 林泰生 逢甲大學光電學系 暨物理教學研究中心 台中市西屯區 40724文華路100號 †tyson@.tw 彩虹真的是小水珠所造成的？ 每當雨過天 青，我們常會驚訝於 天上出現彩虹的神妙 美麗。讀過彩虹原理 後，更會驚奇於天空 中小水滴對陽光的傑 作。您是否曾有過懷 疑真的如書上所說 的，空中的小水珠真 的能造成如此奇妙的 景象？ 再從海角七號中的彩虹看起 友子在飯店內往外看到的彩虹 小感想：片中的彩虹常代表著希望與好的轉折 海角七號中的彩虹 遣送回國的日籍老師所看到的彩虹 阿嘉與茂伯找友子阿 嬤住所時背景的彩虹 海角七號中的彩虹 友子與中孝介在 飯店外看到的彩 虹 友子目送阿嘉去送信給友 子阿嬤背景的彩虹 海角七號中的彩虹 什麼時候、什 麼方向、什麼 高度、可看到 彩虹？ 彩虹的顏色應 該是什麼樣 子？ 對於彩虹的疑問 1. 彩虹為何只見半圓形？何時、何向才能看到彩虹？ 2. 為何只有某特定角度才能看到彩虹？ 3. 彩虹不同顏色的光是否來自相同水珠的作用？ 4. 彩虹為何是內亮外暗？ 5. 每個人所見是否為同一個彩虹？ 6. 為什麼彩虹具有偏振現象？ 7. 為何雷雨後的彩虹看起來更鮮明？ • 飛機上看到的彩虹是否仍為半圓形？ • 聽說有純紅色的彩虹，為何會有？何時出現？ • … … … 光的反射與折射 當光線由空氣進入水時：反射與折射 由斯涅耳定律( Snell ’s Law ) nairsin i = nwatersin r , n (～1) n 分別為空氣與水之折射率； air ， water i ，r 分別為入射角與反射角 反射定律與折射定律的根源 • Fermat原理 (法國數學家Pierre de Fermat, 1601-1665) ： 光在介質的傳播，永遠走最短時間的路徑。 • 光在不同介質有不同傳播速率 【真空與介質的速度比即為折射率】 ⇒即得以下結論： 1. 在相同介質傳播：最短的時間為直線 2. 至不同介質界面的反射：最短時間之路徑為 符合反射定律之路徑 3. 穿透入不同介質：最短時間之路徑為符合折 射定律之路徑 生活中的Fermat原理 • Fermat原理： ⇒走最短時間的路徑：從河邊的爛泥巴區跑 去搶救流速緩慢淺河中的甜甜圈 河流 1 2 爛泥巴 3 色散(dispersion) 折射率是波長的函數：在不同波長時，介質具有 不同的折射率。 光線進入透明圓珠 ‧光線進入透明 圓珠（水珠或 玻璃珠）時， 其可能的折射 與反射的光徑 如右圖。 觀察光線在透明圓 珠內一次反射後造 成的散射角 距離圓珠中心 軸線不同距離 之平行入射光 線，進入透明