Optik
Dünnes (kleines Apex) Prisma
Ein dünnes Prisma (kleiner Apex) lenkt Licht nur leicht ab — Dünnprisma-Grenze δ ≈ (n−1)·A.
Dünnes (kleines Apex) Prisma — interaktive Optik-Simulation. Ein dünnes Prisma (kleiner Apex) lenkt Licht nur leicht ab — Dünnprisma-Grenze δ ≈ (n−1)·A. Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Dünnes Prisma
Ein dünnes Prisma (kleiner Scheitelwinkel) lenkt Licht nur leicht ab — die Dünnprisma-Grenze δ ≈ (n−1)·A.
Bei einem sehr kleinen Öffnungswinkel A nähert sich die Ablenkung δ ≈ (n − 1)A — die Dünnprismen-Näherung, die bei Brillenglas-Keilverordnungen und Feinjustierungen genutzt wird. Große Ablenkungen erfordern dickere Prismen oder höheren Brechungsindex.
- δ ≈ (n−1)A
- Kleiner Prismenwinkel
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Fahrfrage
Ein Prisma mit kleinem Spitzenwinkel (ein „dünnes Prisma“) lenkt das Licht nur sanft ab. Bleibt die Abweichung über einen Bereich von Einfallswinkeln hinweg ungefähr konstant, im Gegensatz zur dramatischeren Kurve der minimalen Abweichung eines Prismas mit breiter Spitze?
Vorhersagen zum Abwägen
- Die Abweichung variiert immer noch dramatisch mit dem Einfallswinkel, genau wie bei einem Prisma mit breiter Spitze.
- Ja – bei einem dünnen Prisma beträgt die Abweichung ungefähr δ ≈ (n−1)A und bleibt über einen typischen Bereich von Einfallswinkeln nahe der Normalen nahezu konstant.
- Ein dünnes Prisma erzeugt praktisch keine Abweichung.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Einfallswinkel θ₁ (°)
Was Sie messen:
- Gesamtabweichung δ (°)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie die Preset „Kleines Apexprisma“ und drücken Sie „Zurücksetzen“. Dieses dünne Prisma hat den Spitzenwinkel A = 30°, den Index n = 1.5.
- Aktivieren Sie die Anzeige der Gesamtabweichung.
- Stellen Sie den Einfallswinkel für jeden Versuch ein und notieren Sie die Gesamtabweichung.
Maßgebende Gleichung
Dünnprisma-Näherung — δ = θ₁ + θ₄ − A
Für ein Prisma mit einem kleinen Spitzenwinkel A vereinfacht sich die exakte Abweichungsformel zu δ ≈ (n−1)A, nahezu unabhängig vom Einfallswinkel – der Kleinwinkelgrenze der vollständigen Prismenberechnung nach dem Snellius-Gesetz.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für einen Versuch θ₂ = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ₂, θ₄ = asin(n·sin θ₃), dann δ = θ₁ + θ₄ − A unter Verwendung von A = 30°, n = 1.5. Vergleichen Sie mit der Tabelle. Berechnen Sie außerdem die Dünnprisma-Näherung δ ≈ (n−1)A = 15° und sehen Sie, wie nahe Ihre genauen Werte liegen.
- Erklären Sie, warum ein kleinerer Scheitelwinkel die Gesamtabweichung weniger empfindlich auf den genauen Einfallswinkel macht – die Dünnprisma-Näherung δ ≈ (n−1)A lässt die Winkelabhängigkeit vollständig fallen, was gültig ist, wenn A klein ist.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Dünne Prismen („optische Keile“) werden in einigen Korrekturbrillen und Entfernungsmessern verwendet, gerade weil ihre nahezu konstante Abweichung sie vorhersehbar und einfach zu konstruieren macht. Erklären Sie, warum die stark winkelabhängige Abweichung eines Prismas mit breiter Spitze eine schlechte Wahl für einen einfachen Korrekturkeil wäre.
- Vergleichen Sie hier Ihren Abweichungsbereich mit den viel größeren Schwankungen des Weißlicht-Prismen-Experiments. Erklären Sie, warum ein größerer Scheitelwinkel die Winkelabhängigkeit der Abweichung verstärkt, während ein kleiner Scheitelwinkel sie nahezu eliminiert.
- AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- Willkommen beim Prisma mit kleinem Scheitelwinkel
- Prisma auswählen
- Abspielen drücken
- Kleiner Ablenkwinkel
- Inspektor öffnen
- Geschafft!
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.