NTCU科學遊戲Lab：魔幻變色鏡

國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

科學遊戲實驗室　　　回首頁　

魔幻變色鏡

利用立體劇場的眼鏡與你的巧手，可以看到會變化顏色的光喔！

※材料：立體鏡片(偏光片)、美工刀、膠帶

※操作步驟與現象：

立體劇場或立體電影的鏡片具有相當特殊的性質，經過簡易的設計可以呈現令人驚訝的現象。表演時，先拿二片立體劇場的鏡片，前後相疊，再慢慢旋轉其中一張，可以看到每旋轉90度就會一亮一暗的變化喔！

除了一暗一亮的變化，神奇的是；還可以製作以下各式各樣的色彩變化！

（一）萬花筒

觀賞實驗影片

製作方法

　　取立體鏡片一片，貼上膠帶，如何貼膠帶呢？方法是；上下交叉、斜著交叉、直貼、橫貼（如右圖）。只要貼的膠帶有不同的層次，亦即讓立體鏡片上有的地方是一層膠帶，有的是二層膠帶，有的是三層、四層、五層……等等，就可以顯現五彩繽紛的顏色了。

　　貼好膠帶後，將一片未黏膠帶的立體鏡片放在上面（注意：貼膠帶那一面，位於二片立體鏡片之間），再面對光亮處，慢慢旋轉其中一片，就可以觀賞萬花筒般的色彩變化了。

（二）變色Windows

製作方法

　　如同前述的製作方法，Windows標誌的四面窗戶分別貼上不同層數的膠帶。在製作上建議先直接貼上四層的膠帶，然後以美光刀切割窗戶，再分別撕下一、二、三層膠帶即可。完成後，同樣放上一片未黏膠帶的立體鏡片，再面對光亮處旋轉。

（三）眼花撩亂

製作方法

　　前述二項操作，都只需要將其中一片立體鏡片貼上膠帶。本項的操作則二片立體鏡片都要貼膠帶，而且貼膠帶的方式二片都一樣。

　　如下圖，首先在玻璃或壓克力板上（光滑面），上下相距約0.3公分陸續貼上膠帶共五片（六片也可以），再剪下上方虛線框的區塊，然後貼在立體鏡片上。以同樣方法再製作第二片。完成後，將二個立體鏡片分別以相背方向以及相對方向重疊並旋轉，就可以看到多種的變化以及多彩的Ｘ形囉！

※原理：

　　光為一種電磁波，電磁波的振動面（波動面）有各種不同的方向。而立體眼鏡的鏡片是一種「偏光片（偏振片）」，能夠將光偏極化（polarization），而成為單一方向的光。如圖一所示，當一般的光線通過偏光片時，各種振動方向的入射光，只剩特定方向的偏振光（藍色曲線）。

　　如果二片偏光片放一起時（如圖二），當二片鏡片的偏振方向互相垂直時，通過第一片偏光片的偏振光會被第二片偏光片擋住，看起來就黑黑的（暗的）。當第二片偏光片旋轉90度變為平行時，偏振光就可以繼續通過第二片。因此旋轉二片鏡片時，就會看到每90度就一亮一暗的變化。

　　　　　　　圖一　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖二

　　如果貼上膠帶，因為膠帶在製造的過程，其材料讓通過的光具有雙折射特性（有二個不同的折射率），有些光進入後會依A折射率偏折，有些光則依B折射率偏折，而變為二束光。透過另一鏡片後又減少了某些方向的偏振光，造成我們所看到的光是它的互補色光，並且隨著角度的變化而不同。

※延伸的科學遊戲：

　　立體鏡片除了有上述的變化，還可以製作一個奇妙的魔術盒。如圖三，是一個透明的三角柱，中間看起來有一層黑色的障礙物，但是將冰棒棍插進去，居然可以穿透過去！（如圖四）

　　　　　　圖三　　　　　　　　　　　　　　　　圖四

這是利用立體鏡片能偏振光線的特性，二片鏡片之間只要偏振方向互相垂直就不透光（黑色），互相平行就透光。因此三角柱中央的黑色區域，是因為偏振方向互相垂直造成的視覺效果。

三角柱共包含六片的立體鏡片，上面三片與下面三片的光柵互相垂直。製作方法如下：

1.首先確認拿到的立體鏡片的偏振方向，例如國立自然科學博物館的立體劇場，其立體眼鏡的偏振方向是左斜與右斜的45度（圖五的藍色立體眼鏡）。而其他立體劇場的鏡片則可能是直的與橫的（圖五的綠色立體眼鏡）。

2.如何知道拿到的立體眼鏡是哪一種呢？只要將右眼、左眼的鏡片重疊（如圖六），無論哪一種，看起來都是暗的。然後將其中一片翻轉，如果變成亮的，偏振光的方向就是斜的（藍色）。如果還是暗的，偏振光就是垂直或是水平的（綠色）。

　　　　　圖五　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖六

3.確定拿到的立體鏡片屬於哪一種之後，依照圖七的方式剪裁立體鏡片。

4.如果是藍色鏡片，則取右眼、左眼的立體鏡片各三片，每一片以美工刀切下一個長方形，此長方形與鏡片的左右接觸點必須為45度。因為立體鏡片的光柵是斜向45度，不是垂直或水平。

★注意：不論右眼或左眼的立體鏡片，切割時鏡片的方向必須一致（例如都是往前看的方向），不可以有的鏡片是往前看的方向，有的是往後的方向。

5.如果是屬於綠色鏡片，則立體鏡片的裁切，取水平的長方形即可，同樣左、右眼分別裁切三片。

6.將右眼、左眼的三片長方形鏡片，分別組合為三角柱，並用黑色膠帶黏貼起來就完成了。

※參考資料：