光在不均匀介质中弯曲传播现象的演示

光在不均匀介质中弯曲传播现象的演示

福州市一中刘永钊老师设计的器材设备及演示方法是：

1器材设备及制作

（1）矩形透明水箱。用玻璃胶将2—3mm厚的无色平板玻璃粘制成长50cm高30cm宽10cm左右的长方形水箱（或用氯仿粘制无色透明有机塑料平板）如图1所示。

（2）10L左右的清水。

（3）3L左右的饱和食盐水溶液用3—5ml的红墨水染成红色。

（4）先将清水装入水箱且清除附着在箱壁上的气泡。用直径5mm左右的软管采用虹吸法将红色饱和食盐水溶液缓缓注入箱中水底。为了尽量减少饱和食盐水事先与清水间的机械混合，虹吸软管的出水口要伸至箱底，且避免液体的上下流动。

（5）在水箱底部注入红色的饱和食盐水溶液后，可观察到清水和红色饱和食盐水间明显的界面。在室温20℃左右的情况下，将灌注的液体静放一昼夜，让饱和食盐水溶液和清水自然扩散（若室温较高或较低可适当缩短或延长扩散时间）。使液体中自然形成不均匀的扩散层，其不均匀现象可由液体颜色的深浅比较中观察到。

图1

（6）红色激光光源。如果没有激光光源，也可利用实验室常用的普通平行光源，在其前面置一狭缝而获得平行“线”光源。由于普通平行光源的光强较弱，为了提高光线在液体中路径的可见度，要在水箱内放置一块白色背景平面板（如图1），让液体中的光线逐渐掠过白色背景面板，提高可见度。

2演示方法

演示在较暗的遮光实验室进行。

（1）演示光在不均匀介质中的弯曲。让激光光束从侧壁沿近水平方向射入水箱内液体的扩散层，即可观察到光线在不均匀介质中传播时的向下弯曲现象。如图2所示。

图2

图3

（2）演示“海市蜃楼”的光路。让激光光束从侧壁下方以10°—20°仰角方向射入水箱内底部红色液体，即可观察到弧线状的光路。如图3所示。若戴上太阳镜，从水箱的另一侧迎着光线观察，感到激光光源（物）在侧上方。以此讲解“海市蜃楼”现象是很形象的。

（3）演示太阳光线射入地球表面附近不均匀大气层后弯曲的传播路径。让激光光束从水箱上方斜向下射入水中，可观察到光线进入不均匀扩散层就逐渐开始的弯曲现象，如图4所示。

只要能确保水箱内液体的静置，灌注一次液体可连续使用2—3天，虽扩散层厚度会扩大些，仍能很好地达到演示效果，以满足年段教学需要。

图4