Оптика

Водна призма (дъга)

Водата (n≈1.33) диспергира далеч по-малко от стъклото — нежното разпръскване, което рисува дъгата.

Водна призма (дъга) — интерактивна симулация Оптика. Водата (n≈1.33) диспергира далеч по-малко от стъклото — нежното разпръскване, което рисува дъгата. Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.

Водна дисперсия

Водата (n≈1.33) диспергира далеч по-малко от стъклото — нежното разпръскване, което рисува дъгата.

Скромният показател на водата (≈1.33) и ниската дисперсия произвеждат нежен спектър — физиката зад естествените дъги, където миниатюрни водни капки действат като призми. По-малко разпръскване от стъклото, но достатъчно да раздели цветовете видимо.

• n ≈ 1.33
• Нежно разпръскване на дъгата

Резюме на изследването

Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията

Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.

Водещ въпрос

Водата има по-нисък показател на пречупване (n ≈ 1.33) от стъклото. Отклонява ли водно-пълнената призма светлината по-малко от еквивалентна стъклена призма?

Предсказвания за преценка

• Да — по-ниският показател на водата значи по-малко пречупване на всяка стена, значи по-малко пълно отклонение от стъклена призма със същия апесен ъгъл.
• Водна призма отклонява светлината повече от стъклото.
• Отклонението е същото независимо от показателя на средата.

Роли на променливите

Какво задаваш ти:

• Ъгъл на падане θ₁ (°)

Какво измерваш:

• Пълно отклонение δ (°)

Как протича изследването

1. Отвори настройката водна призма и натисни Нулирай. Тази водно-пълнена призма има апесен ъгъл A = 60°, показател n = 1.33.
2. Включи показанието за пълно отклонение.
3. Задай ъгъла на падане за всеки опит и запиши пълното отклонение.

Управляващо уравнение

По-нископоказателните среди отклоняват по-малко — δ = θ₁ + θ₄ − A

Показателят на водата (1.33) е по-нисък от типичното стъкло (1.5–1.66), така че водна призма изкривява светлината по-слабо на всяка стена — по-малко пълно отклонение δ = θ₁ + θ₄ − A за същите апесен ъгъл и падане.

Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист

• За един опит изчисли θ₂ = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ₂, θ₄ = asin(n·sin θ₃), после δ = θ₁ + θ₄ − A, с n = 1.33. Сравни с таблицата.
• Сравни стойностите си за отклонение с тези от експеримента призма с бяла светлина (същ апесен ъгъл, по-висок показател). Обясни защо по-ниският показател на водата произвежда по-малко отклонение на всеки съответстващ ъгъл на падане.

Къде това се появява извън лабораторията

• Дъгата по същество е милиони миниатюрни сферични водни-капкови „призми“, пречупващи и вътрешно отразяващи слънчевата светлина. Обясни защо сравнително скромната дисперсия на водата (спрямо стъклото) пак произвежда видим, макар и малко по-блед, спектър в дъга.
• През този експеримент флинт призма (n≈1.66), призма с бяла светлина/кронглас (n=1.5) и водна призма (n=1.33) образуват ясен тренд: по-плътните оптични среди дисперзират и отклоняват светлината повече. Обясни защо този тренд следва същата физика като тренда на критичния ъгъл в експеримента пълно вътрешно отражение.

• AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Добре дошъл при водната призма
2. Избери призмата
3. Натисни Пусни
4. Нежно разпръскване във вода
5. Отвори панела Свойства
6. Справи се!

Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.

Отвори интерактивната лаборатория →

Изтегли работния лист →

Закон на Снел за пречупването