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。

  觀看實驗影片(1.5M)

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|= nλ;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:

1.學習加油站http://content.edu.tw/senior/earth/tp_ml/astra/spectrum/index.htm

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

3.游大立老師部落格:http://dahlih.blogspot.tw/2006/08/diy-ez-paper-model-spectrometer.html

4.Youtube影片:http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=gsADN4HRI4c