Optik
Weißlicht-Prisma
Ein Prisma bricht Blau stärker als Rot, Weißlicht fächert sich zum Spektrum (δ = θ₁ + θ₄ − A).
Weißlicht-Prisma — interaktive Optik-Simulation. Ein Prisma bricht Blau stärker als Rot, Weißlicht fächert sich zum Spektrum (δ = θ₁ + θ₄ − A). Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Farbenzerlegung
Ein Prisma bricht Blau stärker als Rot, sodass sich weißes Licht zu einem Spektrum auffächert (δ = θ₁ + θ₄ − A).
Das Snelliussche Brechungsgesetz nutzt einen wellenlängenabhängigen Brechungsindex n(λ), sodass jede Farbe in einem leicht anderen Winkel gebrochen wird. Die Spitze eines Prismas trennt weißes Licht in ein Spektrum, wobei Violett am stärksten gebogen wird. Die Winkeldispersion δ hängt vom Prismenwinkel und der Abbe-Zahl des Materials ab.
- n variiert mit λ
- Blau wird stärker gebogen
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
Licht, das in ein Glasprisma eintritt, wird an jeder Fläche gebogen (gebrochen) und weicht beim Austreten von seiner ursprünglichen Richtung ab. Ändert eine Änderung des Einfallswinkels an der ersten Fläche immer die Gesamtabweichung in die gleiche Richtung?
Vorhersagen zum Abwägen
- Die Abweichung nimmt immer zu, wenn der Einfallswinkel zunimmt.
- Nein – die Abweichung weist bei einem bestimmten Einfallswinkel tatsächlich ein Minimum auf und ist kein einfacher zunehmender oder abnehmender Trend.
- Mit zunehmendem Einfallswinkel nimmt die Abweichung immer ab.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Einfallswinkel θ₁ (°)
Was Sie messen:
- Gesamtabweichung δ (°)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie die Preset „Weißlichtprisma“ und drücken Sie „Zurücksetzen“. Dieses Kronglasprisma hat den Spitzenwinkel A = 60°, den Index n = 1.5.
- Aktivieren Sie die Anzeige der Gesamtabweichung.
- Stellen Sie für jeden Versuch den Einfallswinkel an der ersten Fläche ein und notieren Sie die Gesamtabweichung.
Maßgebende Gleichung
Prismenabweichung — δ = θ₁ + θ₄ − A
Ein Strahl, der durch ein Prisma geht, wird an beiden Flächen gebrochen. Die Gesamtabweichung kombiniert beide Biegungen und den eigenen Spitzenwinkel des Prismas: δ = θ₁ + θ₄ − A, wobei θ₂ und θ₄ aus dem Snelliusschen Gesetz an jeder Fläche stammen.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für einen Versuch θ₂ = asin(sin θ₁/n) (Snell auf der ersten Fläche), θ₃ = A − θ₂ (Prismengeometrie), θ₄ = asin(n·sin θ₃) (Snell auf der zweiten Fläche) und dann δ = θ₁ + θ₄ − A. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
- Erklären Sie, warum die Abweichung keine einfache monotone Funktion des Einfallswinkels ist – die Geometrie des Prismas (Biegung an ZWEI Flächen) erzeugt ein echtes Minimum im Winkel des symmetrischen Durchgangs, das direkt im Experiment zur minimalen Abweichung untersucht wurde.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Weißes Licht enthält viele Wellenlängen, jede mit einem leicht unterschiedlichen Brechungsindex (Dispersion) – daher weicht jede Farbe um einen etwas anderen Betrag ab, wodurch weißes Licht in ein sichtbares Spektrum aufgefächert wird. Dieses Experiment verwendet einen einzelnen repräsentativen Index; Echtes weißes Licht breitet sich zu einem Regenbogen aus.
- Ein Regenbogen entsteht aus Sonnenlicht, das in kugelförmigen Regentropfen gebrochen und intern reflektiert wird – eine komplexere Geometrie als dieses Flachprisma, aber angetrieben durch genau das gleiche wellenlängenabhängige Brechungsprinzip (Dispersion).
- AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- Willkommen beim Prisma mit weißem Licht
- Prisma auswählen
- Abspielen drücken
- Weißes Licht zerlegt sich
- 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.