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動手做實驗 了解光特性

「如果世界沒有光會怎樣呀?」,筆者經過一對母子身旁聽見這句話,看著男孩正與夕陽照入縫隙的光線玩耍,就想起光線對我們而言是很重要,今個星期就讓各位和光線玩遊戲,從遊戲中拆解生活中與「光」相關的 STEM ,各位家長和小朋友不妨一起動手製作。
「光」到底對我們有多重要呢?我們在沒有光線的房間內,完全看不到任何事物。由於物體表面會反射光線,只要有光,我們就能透過雙眼看見周遭事物的形狀、大小及顏色。光的反射與吸收原理,大致將世界上所有物質分為三種:空氣、水和玻璃等屬於透明體,只有小部份光線穿透的半透明體如磨砂玻璃,至於完全反射的金屬類,或吸收大部分光線的木材等,都屬於不透明體。今次我們先利用生活常見的事物來製作遊戲,齊齊透過親子活動,來了解有關「光」的 STEM 。

光源與反射實驗

想了解光源與反射的原理,首先我們需要準備以下材料及工具:

材料:梳子、硬卡紙、白紙
工具:剪刀、膠紙、小鏡、電筒(或具照明功能的手機)、筆

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Step 1:在硬卡紙上剪一個較梳子小的長方洞。

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Step 2:用膠紙把梳子固定在硬卡紙的一方,把硬卡紙垂直放在白紙旁。

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Step 3:在比較暗的環境下,把亮著的電筒或手機從不同角度向剪好的長方洞照
過去。

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發現的原理

光線穿過梳子的縫隙射向白紙,光線隨著電筒移動的方向移動,可見光線以直線進行。
[row][double_paragraph]延伸步驟:固定光源,把小鏡子以不同角度迎向光束,會發現反射光束是隨鏡子角度改變而改變。先從小鏡子的平面畫一條垂直的「法線」,接著把光束(入射線)和鏡子反射光線(反射線)的方向畫在白紙上。 [/double_paragraph][double_paragraph]
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發現的原理

細心留意入射線和反射線與法線之間的角度,就會發現反射角等於入射角,這就是光的反射規律。

輕鬆製作潛望鏡

當我們了解到光以直線進行,以及入射角度等於反射角度的話,就讓我們試用簡單的材料和工具,來製作潛望鏡:

材料:兩塊小鏡(或PC鏡板)、長方形紙盒、膠紙
工具:膠紙、剪刀、𠝹刀、間尺、筆

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Step1:把長方形紙盒如圖剪出兩個長方形洞。

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Step 2:在兩個洞的對面,用間尺量度兩個 45 度的狹縫,預先畫好需要剪的地方,分別剪出可放入小鏡的狹縫,傾斜 45 度放入小鏡。

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Step 3:用膠紙把小鏡固定。

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透過下方的長方形洞,就可以看到上方的葉子了。

發現的原理

[row][double_paragraph] 從潛望鏡的下方看進去,可看到原本在上方位置才能看見的事物。基於入射角等於反射角規律,潛望鏡上方的光線進入潛望鏡,光經過鏡子以 45 度反射,反射到平行的下方鏡子,光線再從下方鏡子以 45 度反射進入我們的眼睛。 [/double_paragraph][double_paragraph] [/double_paragraph] [/row]

潛望鏡實際應用

顧名思義,潛望鏡最常用於潛水艇內,而在我們常常乘坐的雙層巴士,間中亦會遇到潛望鏡。上層前排右邊設有大圓鏡,在下層的車長利用駕駛室上方的探孔,就能監察上層車廂的情況,保障乘客安全,以及打擊罪案。不過這種潛望鏡並未全面覆蓋上層車廂,因此近年在巴士上層安裝閉路電視鏡頭作代替。
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雙層巴士就用了這潛望鏡的原理。

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司機的位置有個潛望鏡的探孔位置。

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只要對正這潛望探孔,就能看到上層的環境狀況了。

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光反射原理的應用

生活中,還有些運用光反射原理的例子,斑馬線旁的反光路釘,藉由四面三角形表面組成,用以劃分行車線及班馬線,協助駕駛者在晚上或視野不清時駕駛之用。此外,同樣運用反射原理的多重反射器,亦曾在太空任務中使用,其中阿波羅十五號就裝上回向反射器,藉由反射從地球發出的雷射光,探測到月球與地球間的距離。
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斑馬線旁的反光路釘,協助駕駛者在晚上或視野不清時駕駛之用。

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阿波羅十五號的回向反射器,由許多角反射器為單位組成。

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大家還能從生活中發掘到有關光的運用嗎?

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