黑盒子裏面的結構?
這是好幾年前我擔任高中生自然科學競賽時所出的實驗題 將它改裝成動畫版本
當時每一位參賽學生都有一個壓克力盒子,
壓克力盒子只露出相對的兩面, 其餘四面都封上黑色膠帶 無法看到清楚內部的結構
其實壓克力的內部還有好幾條平行的壓克力片 和露出的兩面平行
同學用眼睛看 知道內部有很多片壓克力片 但是不易確定有幾片?
另外還提供雷射光筆 尺 和方格紙
題目是:
1.首先決定壓克力盒子內部到底有幾片壓克力片.
2. 自行設計實驗測量出各壓克力片的厚度 以及 壓克力片之間排列的方式與間距
以下動畫是經過雷射光筆照射後 從內部反射與透射後射出的光線
實驗時看不到內部光線行進的路線
你已經知道內部有幾片平行的壓克力片了嗎? 這比較簡單吧!
使用說明：
以滑鼠鍵在左下方光筆兩端按下可改變 光筆的位置及方向
按下綠色尖端處後拖動改變照射方向
按下另一藍色端後 拖動滑鼠位置 會改變光筆光筆位置
滑鼠的座標會顯示在 左下角
連按滑鼠鍵兩下 會顯示黑盒子內部結構(也就是答案)
你猜對總共有幾片壓克力片了嗎? 應該總共是4片!
灰色區域是壓克力片 和背景相同顏色區域是中空的區域
若連按兩下滑鼠右鍵 則同時會顯現光線強度改變的訊息
當然最標準的方式 可以測量入射角 與光線間的偏移 測量出黑盒子內部的間距
可是不容易很精準的測量出入射角度
其實有一個方法可以不用測量 入射角 (不需要任何角度測量
)
只需要 測量某方向上光線的間距 便可以得知內部各壓克力的厚度與間距.
這題目並不容易 畢竟是 給各學校挑選出的高手參加 高中生自然科學競賽的題目
!
想試試看你有這樣的實力嗎? 你有信心解答出來嗎? 歡迎挑戰!
若遇到真實的情境 你又該如何設計實驗步驟來完成呢?
真正取得的光筆 射出的光線會有寬度 如何測量 才能獲得較高的精密度呢?
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(黃福坤)
