LiquidLightGuideexperiment（液体光导实验）

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1、LiquidLightGuideexperiment(液體光導實驗)器材:150mW綠光雷射筆130mm×30mm×1.3mm鋁板光學平板1雙軸精密平移台1簡式雷射固定架1水塞5壓克力容器(容器上有五個孔洞，直徑分別為0.5cm、1.0cm、1.5cm、2.0cm、2.5cm，容器側面有一30cm的刻度尺)1水桶1目的:當透明容器充滿液體(例如水)，一噴射流從洞衝出容器，一光源放置以致一水平光束進入液體噴射流，觀察什麼條件下光可以在水中進行傳導。如果噴射流臨近一拋物線路徑，當光束入射到噴射流的上表面，入射角大於臨界角時，產生全反射，噴射流可以視為一個光

2、導，如圖一。圖一液體光導示意圖圖二光導剖面圖如圖二，從Torricelli定理，rgH=rvv=tt=h＋d－gt=h＋d－g=－＋h＋d讓=(1,0)，反射點P(r,h)把P點帶入－＋h＋d，得到h=h－＋d所以r=,h)算出拋物線方程式在任意點的切線斜率為=－所以P點的切線斜率為m=－固我們可以把法線向量寫成=(,)從向量內積我們知道=，=根據law，sin=sin臨界角為=(所以＞才能產生全反射因此，0＜＜，所以0＜＜H＞＞0.648d我們可以證明如果在第一個反射處形成全反射，那在噴射流其它反射處的入射角會大於第一個反射處的入射角，也就是一定會形

3、成全反射，固整個噴射流就視為一個光導。注意事項:1.雷射光功率很強，請不要直照他人的眼睛。2.請在黑暗處進行實驗，可以看到比較好的光導效果。實驗步驟:1.把雷射筆固定在簡式雷射固定架上，再把簡式雷射固定架架在雙軸精密平移台上。2.把雙軸精密平移台固定在鋁板光學平板上。3.將壓克力容器放置在8公分高的木塊上。4.把壓克力容器裝水至半滿，等至壓克力容器內水流平穩。5.調整雷射筆上下左右的高度使其筆直對準壓克力容器上直徑2.5cm的孔洞中心，打開雷射筆開關，洞下面放置水桶接噴射流，打開直徑2.5cm的洞的水塞。6.觀察噴射流尾端光導的情形，當噴射流尾端不再有

4、光通過，即代表噴射流不再是一個光導。7.從壓克力容器旁的刻度尺紀錄這時候的高度，再將－(0.85+0.5×2.5)即是臨界高度H(0.85為從尺上看到各孔洞中心的刻度，0.5×2.5是直徑2.5cm的孔洞中心到孔洞頂端的距離)。8.重覆步驟4~7兩次，得到三組H，取其平均臨界高度H。9.重覆步驟4~8，將孔洞直徑分別換成2.0cm、1.5cm、1.0cm、0.5cm，分別求得不同孔洞直徑的平均臨界高度H。10.將5個不同孔洞直徑的平均臨界高度H與理論值比較，求出誤差。