Optik

Minimal afvigelse

Ved symmetrisk gennemgang er afbøjningen mindst — den klassiske måde at måle et glass brydningsindeks på.

Minimal afvigelse — interaktiv Optik-simulation. Ved symmetrisk gennemgang er afbøjningen mindst — den klassiske måde at måle et glass brydningsindeks på. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.

Minimal afvigelse

Ved symmetrisk gennemgang er afbøjningen mindst — den klassiske måde at måle et glass brydningsindeks på.

Når strålevejen gennem prismet er symmetrisk, er afbøjningen minimal, og geometrien forenkles til måling af brydningsindekset. Spektrometre justeres ofte til denne vinkel for nøjagtig bestemmelse af n(λ).

• Symmetrisk gennemgang
• Mål indekset n

Undersøgelsesoplæg

Planlæg spørgsmålet, før du åbner laboratoriet

Resuméet spejler den forhåndsrenderede side: drivende spørgsmål, konkurrerende forudsigelser, variablernes roller, styrende love, opsætning, analyse- og udvidelsesspørgsmål forbliver synlige og i denne rækkefølge.

Drivende spørgsmål

En stråle gennem et prisme opnår sin mindst mulige afbøjningsvinkel ved én særlig indfaldsvinkel — symmetrisk gennemgang, hvor strålen inde i prismet løber parallelt med dets grundflade. Har et prisme med større spidsvinkel en større minimumsafbøjning?

Forudsigelser at afveje

• Ja — en større spidsvinkel bøjer strålen mere samlet set, hvilket giver en større minimumsafbøjning.
• En større spidsvinkel giver en mindre minimumsafbøjning.
• Minimumsafbøjningen afhænger ikke af spidsvinklen.

Variablers roller

Det, du indstiller:

• Spidsvinkel A (°)

Det, du måler:

• Minimal afvigelse δ_min (°)

Sådan forløber undersøgelsen

1. Åbn forudstillingen min-deviation, og tryk på Nulstil. Dette 60°/n=1.5-prisme er indstillet til sin indfaldsvinkel for symmetrisk gennemgang, som minimerer afbøjningen.
2. Slå aflæsningen af afbøjning til.
3. Indstil spidsvinklen for hver måling (indeks n = 1.5 fast), og drej derefter prismet — træk i hældningsskyderen — indtil aflæsningen af afbøjningen holder op med at falde og begynder at stige igen. Registrér den mindste værdi: Det er minimumsafbøjningen for den spidsvinkel.

Styrende ligning

Formlen for minimal afvigelse — n = sin((A+δmin)/2) / sin(A/2)

Ved den indfaldsvinkel, der giver symmetrisk gennemgang (strålen parallelt med grundfladen inde i prismet), når afbøjningen sit minimum: δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A. Denne særlige vinkel bruges eksperimentelt til at måle et prismes brydningsindeks præcist.

Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud

• Beregn for én måling δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A med n = 1.5. Sammenlign med tabellen.
• Forklar, hvorfor symmetrisk gennemgang (strålen løber parallelt med prismets grundflade inde i glasset) giver den mindst mulige afbøjning for en given spidsvinkel og indeks — enhver anden indfaldsvinkel giver MERE afbøjning, ikke mindre.

Hvor det viser sig uden for laboratoriet

• Minimumsafbøjningsformlen kan vendes om til at MÅLE et glass brydningsindeks ud fra en spidsvinkel og en målt minimumsafbøjning: n = sin((A+δ_min)/2)/sin(A/2). Dette er den klassiske prisme-spektrometer-teknik. Hvorfor kunne det at finde minimumet eksperimentelt (ved langsomt at dreje prismet og se efter, hvor afbøjningen holder op med at falde) være mere pålideligt end at måle ved en vilkårlig indfaldsvinkel?
• Et prisme med større spidsvinkel slår hvidt lys ud til et bredere spektrum. Forklar ud fra din sammenhæng mellem δ_min og A, hvorfor spektrometerkonstruktører kunne vælge en større spidsvinkel, når de har brug for finere bølgelængdeopløsning.

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

1. Velkommen til Minimal afbøjning
2. Vælg prismet
3. Tryk på Afspil
4. Symmetrisk gennemgang
5. Åbn egenskabspanelet
6. Du klarede det!

Åbn den interaktive simulation for at bygge scenen, tryk på Afspil og udforsk med live-målinger og en guidet gennemgang.

Åbn interaktivt laboratorium →

Download labark →

Snells lov for brydning