利用廢棄的光碟片進行有趣的科學遊戲

　　光碟片是日常生活常見的科技產物，也已成為隨處可見的廢棄物，利用光碟片可以進行以下有趣的科學遊戲。

1.取一片光碟片（DVD或CD皆可），沿著中央圓孔外圍剪下一片（如圖一），左右各剪下一片，共二片。

2.將剪下的二片光碟片並排如圖二，中間留一點空隙，再用膠帶貼起來（如圖二）

3. 一手拿著二片黏貼好的光碟片，另一手拿雷射筆對著光碟片（如圖三），並讓雷射筆的光線反射到牆壁上。

4.將雷射筆上下左右變化不同角度照射到光碟片上，並且改變二片光碟片的夾角，可以看到反射到牆壁上的雷射光光點，繁星點點般的繽紛變化（如圖四～圖六）。

注意：請勿將雷射光照射到眼睛，以避免眼睛受到傷害！

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　　光碟片有很多環狀排列的細小記錄點（如圖七綠色框），稱為「訊坑」（pit），而環與環之間稱為「軌距」（track pitch），DVD光碟片的軌距為0.74微米（CD片為1.6微米）。這些一條條同心圓的軌道就像是反射式的「光柵」（grating）。當雷射光經由兩相鄰軌距反射時，當入射光的光程差為波長的整數倍時，會產生建設性干涉（波峰與波峰相疊加成）（如圖八），而產生明亮的光點，因此雷射光由碟片反射後，產生不只一個亮點。相關的數學式如下：

　　d • |sinθ-sinω|= n • λ；其中d為光碟片的軌距（即光柵的間距）；θ為入射角；ω為反射光的繞射角；λ為雷射光波長；n為整數，而d•|sinθ-sinω|即為入射光的光程差。

　　上述科學遊戲是利用光碟片的「反射」，也可以讓光線「穿透」光碟片的方式進行。

　　首先將CD或VCD光碟片的外緣剪掉一圈（約0.2公分寬即可，如圖九），再將膠帶貼在外層（如圖十），這一層是不透光的反射層，將膠帶貼緊就可以隨著膠帶被撕下來（如圖十一），反覆將膠帶貼在反射層再撕下來，就可以將光碟片外層的反射層全部撕下來，成為透明的光碟片。另一方面，購買整疊光碟片時，最上面與最下面的透明光碟片經常是（不是全都是）沒有鍍上反射層的光碟片，可以直接利用。

　　以雷射筆將雷射光通過透明的光碟片，投影在螢幕或牆壁上，就可以看到雷射光成為三個或更多亮點（如圖十二，DVD片亮點會因為角度較大而比較少）。再取二片透明光碟片（共三片），雷射光的亮點就變成很多亮點（如圖十三），這時變換三片光碟片的距離、角度，或是移動雷射筆，螢幕上的雷射光亮點會隨之翩翩起舞（如圖十三、圖十四）。

1.由於DVD的軌距比CD或VCD的軌距更小，亮點之間的距離更遠，為了讓亮點更為密集，建議使用CD或VCD光碟片。但是有些CD或VCD光碟片在剪裁時，反射層（外層封面）很容易脫落，建議可先黏上膠帶再行剪裁。

2.由於市面上製作光碟片的反射層的材質有很多種，因此不是所有光碟片的反射層都可以被膠帶撕掉，版主的經驗是CD或VCD光碟片大多可以很容易撕掉。而DVD片的反射層有很多是染料材質，而且被保護在二層塑膠材質之間，避免直接接觸。因此以DVD製作透明的光碟片，可以用以下方法製作（註：只限以染料製作的DVD）。

如下圖，首先將光碟片最外圍剪掉一小片，寬約0.3公分即可（圖A），就可以從剖面看到光碟片不同層的層次。再用美工刀或小的螺絲起子插入不同層次之間的細縫（圖B），並稍微扳開，就可以將光碟片分為二片（注意：輕輕的扳開即可）（圖C）。將透明的那一片，以棉花沾一些酒精，將光碟片上的染料輕輕擦拭去除（圖D），就可以得到透明的光碟片了。（註：只要透明度足夠，未必要將染料去除）

3.在教學上，建議在高二以上可以指導學生探討以下問題：(1)改變光碟片與螢幕之間的距離、光碟片的角度、雷射筆的距離與角度等等，和形成的亮點之間的距離有何關係？(2) 改變圖二製作「反射式」光碟片的方式，讓學生發揮創意，自行設計。也可以結合「穿透式」光碟片，製作各種不同的「繁星製造機」。(3)討論為什麼CD片與DVD片產生的亮點數量不一樣？(4)如何利用觀察結果，可以測量出光碟片的軌距？

1.陳惠玉、楊凱賢、李偉：電腦光碟片繞射實驗。物理教育，5，2001-46-51

2.李偉、陳惠玉：光學實驗CD-ROM的繞射現象。科學教育與發展季刊，26，2002-1-8

3.四十八屆中小學科學展覽作品：http://activity.ntsec.gov.tw/activity/race-1/48/senior/040807.pdf

4.Kettler, J. E. (1991). The compact disk as a diffraction grating. American Journal of Physics,  59, 367–368.

5.Nöldeke, C. (1990). Compact disc diffraction. The Physics Teacher, 28, 484–485.

6.Zanetti, V., & Harris, J. (1993). Spectra of three light sources with a CD. The Physics Teacher, 31, 82–83.