光在不均勻介質中傳播時發生彎曲的實驗

賈振明

1器材

長條型透明水槽(長度大于20cm，越長效果越好，深度8-40cm適當深，側面必須平直，透光較好)，水，食鹽，氦氖激光器或玩具激光槍光源，長直尺(大于水槽長)。

2實驗方法及原理

把水槽放在水平桌面上，先放人一定深度(1／2～2／3)的濃度較大的食鹽水。平靜后沿四周器壁輕輕的流入另一種液體一水(或在鹽水表面鋪一層布，拉直使布剛接液面，再放一塑料片，讓水流到塑料片上，并逐漸升高布)緩慢升高至滿。起初，上下兩種液體有較好的分界面，都能較好的透射光，其折射率n₁，n₂差別較大。此時打開激光光源。讓一束激光掠射入液體中(入射角大于80度)，可明顯看到光路，由于散射在鹽水中粗亮，在水中較暗。有較明顯的分界點。這時應該看到光在兩種液體分界面處發生的折射。但偏角不大，可用長直尺靠在水槽側面，轉動使其與入射光重合并固定，再看折射光即發現偏離了大約4％即約2.3度。隨著兩種液體擴散，之間界面變得模糊，形成擴散層。這層液體中不同深度處密度不同，其折射率隨深度增加而變化形成一種分層分布。此時再看激光束傳播的路徑，亮度逐漸變化，中間過渡區即為擴散層，光線在不同的分層間發生折射甚至全反射而彎曲，從光線偏離直尺的情景中看出。

3對實驗裝置的思考

①選用兩種液體折射率相差越大，光入射角越接近90度，偏向角越大，效果越明顯；②過程溫度越低，擴散越慢，可觀察的時間越長，室溫下一般能延續1.5h；③由于過程時間長，偏向角不大，放在課外進行實驗較好。……