自制DIY实验课堂：水中的激光
时间:2013-01-21 13:35 来源:网络 作者:网络整理 点击:次
DIY尝试教室：水中的激光
1 尝试征象:
下面三张图就是通过这个尝试我们将看到的征象。
第一张展示了我们认识的光的直线撒播。而光泽在水外貌和底面往返反射的征象则还包括了一个应用普及的道理，全反射。
第二张则展示了光偶然辰也不走直线。固然我中学的物理先生经常夸大光假如不走直线，茅厕里就不能呆了，可是这个尝试并不代表茅厕以后变得伤害。
第三张流光溢彩的图展示了水流带着激光活动，每一颗水珠都在闪闪发亮。
2 尝试原料
○ 做这三个尝试所需原料较量简朴。前两个尝试必要一个透明的长方形的小水缸。下图这个是我本身用有机玻璃板做的。嫌贫困的话也可以找一个较量深一点玻璃饭盒。
○ 第三个尝试必要一个瓶子，本身在瓶子接近底部的处所钻一个小孔。
○ 一支激光笔。现在这个对象变得很自制了。我念小学的时辰半导体激光笔突然成为小伴侣们的时尚奢侈品。谁人时辰我们还不知道这个能发出凶猛单向单色光泽的对象叫什么。社会公共也不知道它叫什么。还记得有专家在报刊上发文指出这个对象叫激光笔，射到人眼里会致盲的。期间在成长，社会在前进。现在连能点着烟的激光笔都可以在网上买到了。 ○ 水。必要自来水，可以用指尖轻微沾一点点奶粉融在内里增进光的散射。纯清水不轻易调查到尝试征象。 ○ 单晶冰糖。做第二个尝试要用的。
3 尝试步调:
第一个尝试：将小水缸装满自来水。把激光从侧面斜着射入。即可看到图一中的尝试征象了。假如在一间较量暗的房间里，会看到大度的光路。 第二个尝试：将小水缸装满自来水。把单晶冰糖匀称地铺在小水缸底(我做的水缸只有一厘米宽，以是节减冰糖)。不要搅动它。等几个小时比及大部门的冰糖都融化了，再把激光从侧面程度射入。即可看到图二中的尝试征象了。同样在暗房间里，可以看到令人赞叹的情况，似乎光泽在弯曲的时空中的轨迹。 第三个尝试：将瓶子装满水。当水从小孔中流出时，把激光射向小孔，就可以看到光跟着水流淌了。
4 尝试道理
4.1 第一个尝试 我们留意到光泽在水内里往返反射了好屡次。假如你把一张薄薄的白纸放在小水缸顶上，并不能看到任何激光的光斑。这表白，没有任何激光能透过水的外貌，它们所有都被反射了。这个时辰，看似透明的水面酿成了一面最美满的镜子。
这个征象叫做全反射。是光从折射率较量大的物质(此处是水)到折射率较量小的物质(此处是氛围)产生的一种征象(见下面的表示图，蓝色地区代表水，空缺地区代表氛围)。此刻的光纤之以是可以长间隔运送信号(乃至跨海跨洋)，就是由于光在光纤中是通过全反射撒播的，光信号强度丧失得很是小。虽然，你也也许留意到，图一中光泽强度跟着光的撒播确实是削弱了，这与“强度丧失的很是小”相抵牾吗?不相抵牾。由于固然反射的进程中没有光泽丧失，在撒播的进程中，光泽被水中的细小颗粒散射，从而导致光强的丧失。光在光纤中的撒播也会与光纤玻璃中的杂质散射，使光强随撒播间隔衰减。现实上，前年得到诺贝尔物理学奖的高锟老师的首要事变就是从理论和尝试上研究了怎样镌汰光纤的衰减。在他的事变之前，光在其时的光纤中衰减的很是锋利，每传一米光强就会打个八折。 基础无法用于远间隔传输，只能用来做胃镜之类的(给姚明做胃镜也许结果都不抱负)。其时(上世纪60年月)许多人都不看好这种通信技能。正是高锟老师的研究事变使光纤变得适用，而开启了光通讯期间的大门。
4.2 第二个尝试 冰糖在水中融化往后，并不能匀称漫衍在水中，而是接近水底的处所浓度大，越往上浓度越低。而含糖越高的水折射率越大。光从折射率小的物质进入折射率大的物质时会弯折。而假如这种折射率是持续变革的，那么光泽就会泛起出一道美满的弧线。
折射表示图
当越深的水有越大的折射率时，光泽就会泛起一道向下弯曲的弧线 通过丈量这道弧线的遍地的斜率，我们还能推算出遍地的折射率。用一些已知的折射率与糖浓度的相关，我们还能求出糖浓度随高度的变革，并可以用热力学中的玻尔兹曼漫衍作拟合，求出消融在水中的糖分子团的质量。虽然，这就留给喜好钻研的伴侣了。
4.3 第三个尝试 欧洲的物理学家在19世纪就留意到光泽会被“约束”在水流中。他们用这个征象来装饰夜晚的喷泉。此刻我们知道了，这就是当代光纤的鼻祖。正是因为光在水流和氛围的界线上产生了全反射，光泽才气跟着水流活动。你也许会留意到，小孔出水速率较量慢的时辰，光泽就不能跟着水活动了。喜好钻研的伴侣或者还能算出这种环境产生在多大的水流速率，并与现实调查到的征象较量。物理科学的最大爱好莫过于能准确描写或预言一种尝试征象了。昔时爱因斯坦的广义相对论的某一个预言被英国天文学家的调查准确验证之后，爱因斯坦写信给伴侣说，这几天我兴奋的都不知道该怎么办才好了。
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