科學玩具－光學－玄機杯

原文發表於Yahoo奇摩部落格2008年08月16日。

曾經在幾年前參加蕭次融教授和房漢彬教授在高雄縣文賢國小的科教研習，當時房教授給我們看了一個叫做玄機杯的東西，看起來是一個普通的泡茶用的茶杯，底部有個小的透明珠，但是看不清楚透明珠下的圖案，不過倒入水之後，杯底的圖案就清晰的呈現出來了，可用來教凸透鏡成像，是一個簡便的科學遊戲教具。

玄機杯又名蝴蝶杯，是歐洲貴族喝下午茶時閒暇取樂之用。杯壁具有兩層，內層有一個具有凸透鏡效果的半球形透明珠，黏貼在底層。而外層杯壁內側底部有蝴蝶圖樣，所以才叫做蝴蝶杯。不過發展至今，也有裸女圖樣出現了，那該叫什麼杯呢？這個杯子北部的鶯歌有在賣，不過不便宜就是了。

當你由上面看未加水的杯子時，看到的只是模糊的圖案，這是因為圖案（物體）設計在半球形透明珠的焦距之內，所以圖案被放大而無法一窺全貌。逐漸加水進去時，使得水面逐漸高過半球形透明珠頂端，壓克力曲面不再造成光的折射，抵銷掉放大鏡的效果，最後形成類似平板玻璃的樣態，加上水與壓克力的光折射率接近，所以光線能直進，幾乎不偏折而能看到清晰的圖案。

窮人的做法－使用水族箱擺飾用的橢圓半球水晶代替半圓珠，效果勉強可以接受

所以當下房教授就教現場研習的老師做一個替代品，所使用的材料是兩個不透光的杯子、壓克力半圓珠以及白膠。原本使用在內層的杯子是流水席用的粉紅色塑膠杯，另外一個則是外層的普通紙杯，選擇不同杯子的用意是要讓兩個杯子疊起來時，杯底之間要留有空隙，如果是相同款式的杯子，疊起來杯底就緊貼在一起，效果就不會出來。

將內層的杯子用美工刀在杯子底部中間挖個比較小的圓孔，剛好讓一顆壓克力半圓珠可以卡住，再用白膠（或是AB膠、熱熔膠）將杯底與壓克力半圓珠黏合，周圍需黏得緊密以避免漏水。不過我當初做的初代成品僅僅經過一個班級的學生蹂躪之後，連屍骨都不見蹤影。所以我換了個杯子，選擇裝咖啡用的塑膠杯，是較硬的塑膠材質，一方面挖洞時美工刀比較不會切割過頭，另一方面在黏貼好之後可以防止水分的滲漏。

只不過材料中的壓克力半圓球比較難找，以前以為只有美術用品社有賣（我最常去找材料的地方），但經過上網尋尋覓覓之後，發現台北市區有一家橋達壓克力，專門有賣適合的半圓珠，還有其他非常多的原料產品，應有盡有，真的可以去逛逛，連科學狂人都遠從高雄驅車前往補貨呢！

最後再將所想要呈現的圖案或文字貼在另一個沒有挖洞的杯子中，就大功告成了！我做了好幾個送給畢業的學生，除了白膠放久了之後會有點黃以外，真的還蠻耐用的，而且還可以隨心情更換圖案或文字。

文章照片中的所有杯子全部都是學生喝完之後的資源回收品