中華民國第四十三屆中小學科學展覽會 作品說明書
科 別：物理科
組 別：國中組
作品名稱：濃不濃，有沒有關係？
編 號：
濃不濃，有沒有關係？
─水溶液之濃度和其折射率的關係—
壹：研究動機
在上理化課時，當我們作到「濃度與飽和溶液」實驗，無意中發現透過糖水，可以看到 像似氣流上升的現象。感到很奇怪，跑去問老師時，老師說那是光線折射的現象。老師還說：
「當你們學到光的單元時，可以了解到光的折射現象。」後來在第四章學到光的折射現象時，
想起這件事，請老師給我們詳細說明，這時老師給了我們一個建議，要我們探討一下，水溶 液的濃度與光的折射有沒有關係？
貳：研究目的
探討溶液的濃度與光的折射率的關係。
參：研究器材
1. 燒杯 七個 2. 量筒 二個 3. 滴管 一支 4. 食鹽 五包
5. 玻璃攪拌棒 五支 6. 天平 一座
7. 蔗糖﹝二號砂白﹞ 二包 8. 括杓 二支
9. 自製折射率測量儀 一個
肆：研究方法
一、 食鹽水、糖水溶液的配製：
1. 水溶液的重量百分率濃度的計算方法：
2. 利用上式中，我們安排一個簡單的式子，求所需濃度的溶質與溶劑重：
3. 因為每次實驗所需溶液的體積約 700mL，例如需要配製 5﹪的溶液則需溶質與溶劑
的重量求法如下；
即先以溶質重 10 克重為準，算出需要多少克重的水，才能使溶液的 濃度達到我們的需求，再以同比例擴分，使水的體積超過測量儀的 容積即可。例如；
求得 W = 190
即 所需溶質重：溶劑重 = 10 ： 190 = 35 ： 665 二、 折射率的測量與計算：
我們從高中物理上冊，學到計算折射率的 「司乃爾定律」，它是這樣寫的：
n 1 × Sinθ 1 = n 2 × Sinθ 2
其關係圖如右圖所示 因為 Sin30°= 1/2
所以我們先預定
θ
2 = 30°且空氣的折射率 n1= 1
則所要測量之溶液的折射率 n2 = 2 ×Sinθ1
利用司乃爾定律與視深的現象，自行設計折射角測量 儀，如右圖所示。
自製折射角測量儀的使用方法；
1. 把被測液體倒入容器內，使液面達到 de 水平面。
2. 閉一隻眼，從 c 往水裡看，並調整 c 的位置，使 a、b、
c 三支針看起來成一支。
3. 量 c 的角度θ1 ，即為折射角。
三、實驗方法與實驗步驟：
實驗步驟：
4. 調配各種不同濃度的食鹽水溶液。
5. 倒入折射角測量儀中，測量各種濃度之食鹽水的折射 角，並重複三次。
6. 求折射角的平均值。
7. 利用三角函數表，查出 Sinθ1的值，再乘以 2，即可求出各種濃度之食 鹽水的折射率。
8. 調配相同濃度的糖水，按照和食鹽水一樣的步驟，求出其折射率。
伍：研究結果
一、 利用糖水的實驗結果記錄表：
二、 利用食鹽水的實驗結果記錄表：
三、食鹽水的濃度與折射率的關係曲線圖：
四、糖水的濃度與折射率的關係曲線圖：
糖 水 濃度百分比 折射角度 折射率 35 665 5 41 1.3102 70 630 10 42 1.3388 120 680 15 43 1.3640 160 640 20 44 1.3894
食鹽 水 濃度百分比 折射角度 折射率 35 665 5 42 1.3388 70 630 10 42.5 1.3512 120 680 15 43 1.3640 160 640 20 43.5 1.3768 250 750 25 44 1.3894 300 700 30
已超過溶 解度，無 法配製
X
折射率
1.25 1.3 1.35 1.4
1 2 3 4
折射率
折射率
1.3 1.35 1.4
1 2 3 4 5
折射率
陸：結論：
經過多次討論，我們找出一個現象，即水溶液(無論食鹽水或糖水) 的濃度越大，它的 折射率越大。
我們自製的折射角測量儀如果可以很精密製作，應該可以經由測量折射角來測量水溶液 的濃度。
七：參考資料
高中物理上冊第十六章（南一版）
http://ace129.auto.fcu.edu.tw/premea/t5-1.htm
