NTCU科學遊戲Lab：碟片彩虹

國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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碟片彩虹

光碟片可以產生美麗的彩虹喔！

※材料：光碟片、白光手電筒，西卡紙

※操作步驟與現象：

　　在「碟影之舞」中以光碟片製造繁星點點的繽紛變化，光碟片還可以用來製造美麗的彩虹。如右圖，只要對著「白光」的光源（如太陽光、日光燈等），光碟片上會呈現出美麗的彩虹。注意：以太陽光為光源時，請勿直接直視，以避免眼睛受到傷害！

　　以白光的手電筒照射光碟片，並反射到牆壁或螢幕上，改變光碟片或手電筒的角度與方向，就可以看到圖一到圖三的各種彩虹。其中有的是長條形彩虹（圖一），有的是上下或左右二道彩虹（圖二與圖三）。

註：二道彩虹為包含了一級繞射以及二級繞射的結果。

※原理：

　　光碟片會讓白色光線產生彩虹的原理為「繞射」（diffraction）。白色光混合了各種顏色的光，而由於光碟片上的細微軌距如同光柵，會讓白色光中的各種不同顏色光（波長不同）有不同的繞射角ω，因此不同顏色的光就會分散開來，而形成彩虹。

　　由數學式d • |sinθ-sinω|= n • λ；當波長λ不一樣時，光程差d • |sinθ-sinω|就會不一樣，因此繞射角ω就會不一樣。而由於紅色光的波長大於藍色，所以繞射角較大，因此形成的彩虹，紅色的位置會比藍色更在外圍。

※延伸的科學遊戲：

　　觀察光碟片形成的彩虹，可以採用彰化高中游大立老師發展的「簡易摺紙光譜儀」，製作成品如圖五，製作的圖形檔可以從游大立老師的部落格（參考資料3）或是由彰化高中地球科學網站（http://eslab.chsh.chc.edu.tw/moodle17/）下載。

　　觀察時將光譜儀的狹縫對著光源，由觀景窗觀察形成的光譜，圖六是日光燈形成的光譜，圖七是太陽光的光譜。注意：觀察太陽光時，請先將對準光源的狹縫貼上深色的塑膠片，降低太陽光的強度，以避免眼睛受到傷害！

※叮嚀的話：

1.讓光碟片形成明顯的彩虹，光源是很重要的因素，建議使用具有聚焦功能的白光手電筒。如果只是要觀察彩虹，則不要使用黃色的光源，而且最好在有遮光設備的室內觀察較佳。

2.利用透明光碟片形成環狀彩虹，彩虹的亮度更低，沒有遮光設備或手電筒光源太弱，會較難觀察。而透明光碟片的製作，請點選「蝶影之舞」的介紹與說明。

3.在教學時，建議高中以上可以指導學生進行以下活動或討論。(1)形成的彩虹的顏色順序為何？為什麼呢？(2)觀察黃色的燈源（例如鎢絲燈源）是否能形成彩虹？為什麼？(3)以不同光源（例如太陽光、日光燈）形成的光譜，有何差異（連續或間斷的光譜）？

※參考資料：

2.游大立（2006）：簡易摺紙光譜儀。科學教育月刊，295，43-49。 http://www.sec.ntnu.edu.tw/Monthly/95(286-295)/295-pdf/04.pdf