Total indre reflektion: Grænsevinklen

1 · Forudsig

Lys, der bevæger sig fra et tættere medium (som glas) mod et mindre tæt et (som luft), kan reflekteres helt i stedet for at brydes ud, hvis indfaldsvinklen er stejl nok. Har et glas med højere indeks en mindre eller større grænsevinkel?

• Et glas med højere indeks har en større grænsevinkel.
• Grænsevinklen afhænger ikke af glassets indeks.
• Et glas med højere indeks har en mindre grænsevinkel — total indre reflektion træder lettere i kraft.

2 · Opsætning

1. Åbn forudstillingen tir, og tryk på Nulstil. Lyset bevæger sig fra glas til luft (n₂ = 1.0 fast).
2. Slå aflæsningen af grænsevinkel til.
3. Indstil glassets brydningsindeks for hver måling, og registrér grænsevinklen.

3 · Saml data

Tegn grænsevinkel θ_c (y-aksen) som funktion af 1/n₁ (x-aksen) for dine tre målinger.

4 · Analysér

1. Beregn for én måling θ_c = asin(n₂/n₁) med n₂ = 1.0. Sammenlign med tabellen.
2. Forklar, hvorfor et glas med højere indeks (som bøjer lyset kraftigere) har en MINDRE grænsevinkel — total indre reflektion sker for et bredere interval af indfaldsvinkler.

5 · Udvid

1. Optiske fibre er afhængige af total indre reflektion for at fange lyset inde i en glaskerne med højt indeks og sende det frem langs fibren med næsten intet tab. Forklar, hvorfor producenter af fiberoptiske kabler bruger glaskerner med meget højt indeks omgivet af beklædning med lavere indeks.
2. Diamant har et usædvanlig højt brydningsindeks (omkring 2,42), hvilket giver den en meget lille grænsevinkel (ca. 24°). Forklar, hvorfor dette får en velsleben diamant til at funkle brillant — lys, der træder ind fra toppen, har tendens til at blive totalt indre reflekteret flere gange, før det forlader den.

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark