雷射會轉彎 - 全反射

雷射光打入水柱中，因為水的折射率大於空氣，加上水的彎曲使得入射光的折射角大於臨界角因此在水柱中產生全反射而跟著水柱將光源投射到與原光源相差90度的正下方浮板上。

實驗裝置

1. 雷射筆，作為光源
2. 壓克力塊(中有圓柱形孔洞)，令彎曲的水流得以形成
3. 橡膠管
4. 水槽
5. 浮板(淺色)

實驗目的

觀察全反射的現象，了解全反射所形成的原因。

實驗演示

1. 將壓克力塊固定於高處，其入水孔接上橡膠管，橡膠管另一端接水龍頭。
2. 打開水龍頭，令水柱從壓克力塊之出水孔流出。應確保水柱落於入水槽中的浮板上。
3. 以雷射筆自壓克力塊入水側照射水柱，觀察浮板上是否出現光點。
4. 可調整水流量以控制水柱離開壓克力塊之角度，觀察浮板上光點的變化情形。

示範實驗

原理說明

全反射是一種光學現象。當光線由折射率高的介質進入折射率低的介質時，部份光線會於介質界面被折射，其餘的則被反射。但是，當入射角比臨界角大時，光線會停止進入另一介面，全部向內反射。
臨界角是使得全反射發生的最小入射角，臨界角(θc)可從司乃耳定律推得，並以下列方程式計算：

其中n2是較低密度介質的折射率，及n1是較高密度介質的折射率。
由於水的折射率約1.33，空氣的折射率約為1，可以求得水的臨界角(θc)約為48.7°。

思考問題

當我們將管內液體以其他液體如酒精、糖水取代時，光源是不是仍可被投射到浮板上呢？

生活中的應用

光導纖維（Optical fiber）又簡稱為「光纖」，主要是利用全反射原理傳輸光，可以使光波在光纖內傳輸，減少因為折射所造成的能量損失， 故具有低損失與寬頻帶的優點，除此之外，光纖尚有尺寸小、不導電、不輻射、與重量輕等等優點。
光纖除了應用在通訊領域外，也可應用在內視鏡等醫療器材、光纖感應器或者光纖飾品，應用相當廣泛。

參考資料

Fundamentals of Physics, Halliday

工作人員

鍾旻峰、鄭兆文、陳柏中、魏銘良

林珍岑、 魯世譽、周貞佑

指導老師

傅昭銘教授