海市蜃楼

实验内容

了解光在通过折射率不同的物质界面时会发生折射,即使是相同的物质,如果密度或溶质浓度不同,折射率也会不同。在实验中验证“海市蜃楼”,光纤的原理。

所需材料

薄型水槽(厚1~2cm,高15cm,长50cm左右的透明水槽)。如果没有适合光学实验用或OHP用的水槽可用厚1~2mm的塑料板自制。长10cm左右,比较短的也可。线光源(激光光源:按指示设置即可。使用白炽灯作为光源),煤油,食盐,漏斗,烧杯。

实验方法

1.光会在物质的界面处发生折射。在小水槽中注入水,上面再注入煤油(图1)。从各个方向射入光线,可以看到在空气和水的界面、水和煤油的界面上折射现象发生。如果加入微量洗涤剂,光线会变得更明显。

光的折射
图1

一直以来的折射实验中只是观察射入水面,或射出水面时的折射现象,往往都会忽略空气的存在。当然即便是真空状态也会有折射,要想使人们意识到在界面的折射的话,就要从知道不是空气的物质间的边界面开始。

2.观察在密度变化时光线发生折射的现象。在大水槽中注满水,在底部注入饱和食盐水。为防止意外混合,要保持边界线清晰。如图2所示在漏斗项部系上预先拉细的塑料管。从水的底部慢慢注入饱和食盐水。另一种方法是,事先在水的底部沉下固体食盐,使其扩散。如果不放入足够的食盐,就不能制成饱和食盐水。

密度变化时光的折射
图2

3.接下来,观察在食盐水密度逐渐变化时的现象。如图2那样,先在水下注入相当于饱和食盐水一半浓度的盐水,在其下面再注入饱和食盐水,将全部水分为三段。从各个角度射入光线,可观察到整体形成的弓型折射光。根据角度不同,有时会出现在表面出现全反射,光线不能射出外部的情况。光纤正是运用了这一原理。

若想得到密度渐变的溶液,利用扩散原理即可制成。但由于比较难做到均匀混合,可用一次性筷子等在边界附近轻轻搅动,以帮助其扩散。

4.试着制作“海市蜃楼”。如图3所示,放置一空水槽,将蜡烛置于低于水槽底面的且从水槽对面看不到的位置。然后用漏斗依次注入浓度为饱和食盐水1/2的食盐水和饱和食盐水,这样就渐渐能看到蜡烛了。即使在较低位置不能观察到,将视线位置稍稍抬高也能观察到蜡烛的像。

海市蜃楼
图3
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发布时间:2015/1/19 下午9:39:02  阅读次数:5035

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