消失的全反射

消失的全反射

目的

 觀察在不同折射率(index of refraction)物質形成的介面下,全反射(total internal reflection)現象的改變。

 

實驗

 實驗裝置:綠光雷射、5X5X15 cm 透明壓克力、滴管。

1.將雷射打入透明壓克力當中,產生全反射情況下,利用滴管將水滴流過壓克力產生全反射處外壁,觀察全反射的消失現像。

 

原理思考

 為何水滴流過全反射處外壁,全反射現像會消失?

 

當入射光角度大於臨界角(critical angle),會有全反射的現象發生,本實驗中原先折射環境是壓克力介質(medium)到空氣介質,後來的折射環境轉變為壓克力介質到水介質,這兩種情況的臨界角是不同的,故全反射才會消失。

壓克力介質到空氣介質的臨界角  

壓克力介質到水介質臨界角  

入射角度介於  之間,把空氣介質換成水介質,原先空氣介質的全反射現象會消失。 入射角度大於,把空氣介質換成水介質,原先空氣介質的全反射現象亦存在。 

 

討論

1.不同入射角下為何全反射消失的程度不同?

2.在不同折射率液體情況下又如何?

3.這個現象又稱frustrated total internal reflection,FTIR;FTIR是製作分光鏡的基本原理,試著構想如何從實驗中的現像來製作分光鏡?

4.除了全反射光線外,可另外看到與入射線對稱的虛像,為何會有此虛像的產生?

 

關於實驗

 水滴流過時,雷射會因動態的水滴而產生類似"掃射"的現像,需注意防止眼睛與雷射接觸。

 

參考資料

Frustrated total internal reflection: A simple application and demonstration. American Journal of Physics, 71(5), 494-496.Zanella, F. P., Magalhaes, D. V., Oliveira, M. M., Bianchi, R. F., Misoguti, L., & Mendonça, C. R. (2003).

“Optics", 3rd ed., Addison Wesley, 1998, U.S.A.E.Hecht

 

製作

 游俊崧、黃時霖

 

指導老師

 朱慶琪

 

 撰稿 

 游俊崧