科學遊戲 杯弓蛇影

文與圖/許良榮 |2016.06.15
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將空的杯子放在斜的條紋紙卡前(如圖一),然後加水到杯子裡,可發現杯子加水的部分,斜的條紋改變了,變得有點水平(如圖二)。
將空的杯子放在斜的條紋紙卡前(如圖一),然後加水到杯子裡,可發現杯子加水的部分,斜的條紋改變了,變得有點水平(如圖二)。
將空的杯子放在紙張邊緣前面,可看到杯子中藍色背景與白色紙張各占一半(如圖三),接著加水到杯子裡,結果有水的部分,藍色、白色兩區塊對調了(如圖四)!
將空的杯子放在紙張邊緣前面,可看到杯子中藍色背景與白色紙張各占一半(如圖三),接著加水到杯子裡,結果有水的部分,藍色、白色兩區塊對調了(如圖四)!
將空的杯子放在三條線段前面,此三條線段的開口朝右(如圖五),接著加水到杯子裡,結果中間的線段沒有變化,但是上下線段變成曲線,而且開口朝左(如圖六)!
將空的杯子放在三條線段前面,此三條線段的開口朝右(如圖五),接著加水到杯子裡,結果中間的線段沒有變化,但是上下線段變成曲線,而且開口朝左(如圖六)!
今天我們要做的實驗相當有趣,利用杯子加水的折射效果,可以看到圖形被改變。現在就讓我們準備好器材,一起來做這個有趣的實驗吧!

文與圖/許良榮

今天我們要做的實驗相當有趣,利用杯子加水的折射效果,可以看到圖形被改變。現在就讓我們準備好器材,一起來做這個有趣的實驗吧!

器材:玻璃杯、圖卡。

步驟:

一、將空的杯子放在斜的條紋紙卡前(如圖一),然後加水到杯子裡,可發現杯子加水的部分,斜的條紋改變了,變得有點水平(如圖二)。

二、將空的杯子放在紙張邊緣前面,可看到杯子中藍色背景與白色紙張各占一半(如圖三),接著加水到杯子裡,結果有水的部分,藍色、白色兩區塊對調了(如圖四)!

三、將空的杯子放在三條線段前面,此三條線段的開口朝右(如圖五),接著加水到杯子裡,結果中間的線段沒有變化,但是上下線段變成曲線,而且開口朝左(如圖六)!

原理:

觀察圖一到圖六的杯子成像,可發現都是產生「左右顛倒、上下相同」的結果。本實驗的原理與《玩出創意3 : 77 個奇趣科學玩具》一書中〈箭頭隨身變〉相同,都是因為光的「折射」。

水與空氣的折射率不同,因此裝了水的杯子就如同一個「圓柱狀的凸透鏡」,結果造成了左右對調的現象,亦即原本「/」的圖形,會變成「\」;而水平的「-」線段還是「-」。

成像原理如圖七所示(由杯子上方往下觀察),當影像的左、右光線(以不同顏色箭頭代表)進入杯子中的水時產生折射,最左邊(紅色)與最右邊(藍色)的折射結果的位移最多,因而形成左右顛倒的影像。至於影像的上、下(不同高度)保持一樣,是因為不同高度的光線,進入圓柱狀的杯子時有相同的入射角。例如圖七中的藍色光線,高度不同時,入射角還是一樣,因此成像的高度位置沒有改變。

叮嚀的話:

一、實驗用的杯子,杯身必須是圓柱形的(例如燒杯),記得不要使用四方形的杯子。

二、為了突顯水的折射效果,杯子加水時不要加滿,建議加一半即可。

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