Οπτική

Πρίσμα νερού (ουράνιο τόξο)

Το νερό (n≈1.33) διασπείρει πολύ λιγότερο από το γυαλί — η απαλή διασπορά που ζωγραφίζει το ουράνιο τόξο.

Πρίσμα νερού (ουράνιο τόξο) — διαδραστική προσομοίωση Οπτική. Το νερό (n≈1.33) διασπείρει πολύ λιγότερο από το γυαλί — η απαλή διασπορά που ζωγραφίζει το ουράνιο τόξο. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Διασπορά νερού

Το νερό (n≈1.33) διασπείρει πολύ λιγότερο από το γυαλί — η ευγενική απλούστωση που ζωγραφίζει το ουράνιο τόξο.

Ο μέτριος δείκτης του νερού (≈1.33) και η χαμηλή διασπορά παράγουν ήπιο φάσμα — η φυσική πίσω από τα φυσικά ουράνια τόξα όπου μικροσκοπικές σταγόνες νερού λειτουργούν ως πρίσματα. Λιγότερη απλούστωση από το γυαλί αλλά αρκετή για ορατό διαχωρισμό χρωμάτων.

• n ≈ 1.33
• Ήπια απλούστωση ουράνιου τόξου

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Το νερό έχει χαμηλότερο δείκτη διάθλασης (n ≈ 1.33) από το γυαλί. Εκτρέπει πρίσμα γεμάτο νερό το φως λιγότερο από ισοδύναμο γυάλινο πρίσμα;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Ναι — ο χαμηλότερος δείκτης νερού σημαίνει λιγότερη κάμψη σε κάθε έδρα, ώστε λιγότερη συνολική απόκλιση από γυάλινο πρίσμα της ίδιας γωνίας κορυφής.
• Πρίσμα νερού εκτρέπει το φως περισσότερο από το γυαλί.
• Η απόκλιση είναι ίδια ανεξαρτήτως δείκτη μέσου.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Γωνία πρόσπτωσης θ₁ (°)

Τι μετράς:

• Συνολική απόκλιση δ (°)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή water-prism και πάτησε Επαναφορά. Αυτό το πρίσμα γεμάτο νερό έχει γωνία κορυφής A = 60°, δείκτη n = 1.33.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη συνολικής απόκλισης.
3. Ρύθμισε τη γωνία πρόσπτωσης για κάθε δοκιμή και κατέγραψε τη συνολική απόκλιση.

Κυρίαρχη εξίσωση

Μέσα χαμηλότερου δείκτη εκτρέπουν λιγότερο — δ = θ₁ + θ₄ − A

Ο δείκτης διάθλασης νερού (1.33) είναι χαμηλότερος από τυπικό γυαλί (1.5–1.66), ώστε πρίσμα νερού κάμπτει το φως λιγότερο ισχυρά σε κάθε έδρα — μικρότερη συνολική απόκλιση δ = θ₁ + θ₄ − A για την ίδια γωνία κορυφής και πρόσπτωσης.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε θ₂ = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ₂, θ₄ = asin(n·sin θ₃), μετά δ = θ₁ + θ₄ − A, χρησιμοποιώντας n = 1.33. Σύγκρινε με τον πίνακα.
• Σύγκρινε τις τιμές απόκλισης σου με του πειράματος white-light-prism (ίδια γωνία κορυφής, υψηλότερος δείκτης). Εξήγησε γιατί ο χαμηλότερος δείκτης νερού παράγει μικρότερη απόκλιση σε κάθε ταιριάζουσα γωνία πρόσπτωσης.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Ένα ουράνιο τόξο είναι ουσιαστικά εκατομμύρια μικροσκοπικά σφαιρικά «πρίσματα» σταγονιδίων νερού που διαθλούν και ανακλούν εσωτερικά το ηλιακό φως. Εξήγησε γιατί η σχετικά μέτρια διασπορά νερού (σε σύγκριση με γυαλί) εξακολουθεί να παράγει ορατό, αν και κάπως λιγότερο ζωηρό, φάσμα σε ουράνιο τόξο.
• Σε όλο αυτό το πείραμα, flint-prism (n≈1.66), white-light-prism/γυαλί crown (n=1.5), και water-prism (n=1.33) σχηματίζουν καθαρή τάση: πυκνότερα οπτικά μέσα διασπείρουν και εκτρέπουν το φως περισσότερο. Εξήγησε γιατί αυτή η τάση ακολουθεί την ίδια φυσική με την τάση οριακής γωνίας του πειράματος tir.

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

1. Καλώς όρισες στο Πρίσμα νερού
2. Επίλεξε το πρίσμα
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Ήπια απλούστωση στο νερό
5. Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
6. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Νόμος Snell διάθλασης