Οπτική

Πρίσμα λευκού φωτός

Ένα πρίσμα θραύει το μπλε περισσότερο από το κόκκινο, άρα το λευκό φως ανοίγει σε φάσμα (δ = θ₁ + θ₄ − A).

Πρίσμα λευκού φωτός — διαδραστική προσομοίωση Οπτική. Ένα πρίσμα θραύει το μπλε περισσότερο από το κόκκινο, άρα το λευκό φως ανοίγει σε φάσμα (δ = θ₁ + θ₄ − A). Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Διασπορά

Ένα πρίσμα διαθλά το μπλε περισσότερο από το κόκκινο, ώστε το λευκό φως απλώνεται σε φάσμα (δ = θ₁ + θ₄ − A).

Ο νόμος Snell χρησιμοποιεί δείκτη εξαρτώμενο από το μήκος κύματος n(λ), ώστε κάθε χρώμα διαθλάται υπό ελαφρώς διαφορετική γωνία. Η κορυφή πρίσματος χωρίζει το λευκό φως σε φάσμα με το ιώδες να κάμπτεται περισσότερο. Η γωνιακή διασπορά δ εξαρτάται από τη γωνία πρίσματος και τον αριθμό Abbe του υλικού.

• Το n μεταβάλλεται με λ
• Το μπλε κάμπτεται περισσότερο

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

Φως που εισέρχεται σε γυάλινο πρίσμα κάμπτεται (διαθλάται) σε κάθε έδρα, εξερχόμενο εκτρεπόμενο από την αρχική του διεύθυνση. Η αλλαγή της γωνίας πρόσπτωσης στην πρώτη έδρα πάντα αλλάζει τη συνολική απόκλιση προς την ίδια κατεύθυνση;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Η απόκλιση πάντα μεγαλώνει καθώς η γωνία πρόσπτωσης μεγαλώνει.
• Όχι — η απόκλιση στην πραγματικότητα έχει ελάχιστο σε κάποια συγκεκριμένη γωνία πρόσπτωσης, όχι απλή αυξανόμενη ή μειούμενη τάση.
• Η απόκλιση πάντα μειώνεται καθώς η γωνία πρόσπτωσης μεγαλώνει.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Γωνία πρόσπτωσης θ₁ (°)

Τι μετράς:

• Συνολική απόκλιση δ (°)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή white-light-prism και πάτησε Επαναφορά. Αυτό το πρίσμα crown-glass έχει γωνία κορυφής A = 60°, δείκτη n = 1.5.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη συνολικής απόκλισης.
3. Ρύθμισε τη γωνία πρόσπτωσης στην πρώτη έδρα για κάθε δοκιμή και κατέγραψε τη συνολική απόκλιση.

Κυρίαρχη εξίσωση

Απόκλιση πρίσματος — δ = θ₁ + θ₄ − A

Ακτίνα που διέρχεται πρίσμα διαθλάται και στις δύο έδρες. Η συνολική απόκλιση συνδυάζει και τις δύο κάμψεις και τη δική του γωνία κορυφής: δ = θ₁ + θ₄ − A, όπου τα θ₂ και θ₄ προκύπτουν από τον νόμο Snell σε κάθε έδρα.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε θ₂ = asin(sin θ₁/n) (Snell στην πρώτη έδρα), θ₃ = A − θ₂ (γεωμετρία πρίσματος), θ₄ = asin(n·sin θ₃) (Snell στη δεύτερη έδρα), μετά δ = θ₁ + θ₄ − A. Σύγκρινε με τον πίνακα.
• Εξήγησε γιατί η απόκλιση δεν είναι απλή μονότονη συνάρτηση της γωνίας πρόσπτωσης — η γεωμετρία πρίσματος (κάμψη σε ΔΥΟ έδρες) δημιουργεί γνήσιο ελάχιστο στη γωνία συμμετρικής διέλευσης, που εξερευνάται ευθέως στο πείραμα min-deviation.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Το λευκό φως περιέχει πολλά μήκη κύματος, καθένα με ελαφρώς διαφορετικό δείκτη διάθλασης (διασπορά) — ώστε κάθε χρώμα αποκλίνει κατά ελαφρώς διαφορετικό ποσό, απλώνοντας το λευκό φως σε ορατό φάσμα. Αυτό το πείραμα χρησιμοποιεί ενιαίο αντιπροσωπευτικό δείκτη· πραγματικό λευκό φως απλώνεται σε ουράνιο τόξο.
• Ένα ουράνιο τόξο σχηματίζεται από ηλιακό φως που διαθλάται και ανακλάται εσωτερικά μέσα σε σφαιρικές σταγόνες βροχής — πιο σύνθετη γεωμετρία από αυτό το επίπεδου-εδρας πρίσμα, αλλά κινούμενο από την ακριβώς ίδια αρχή διάθλασης εξαρτώμενη από το μήκος κύματος (διασπορά).

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

1. Καλώς όρισες στο Πρίσμα λευκού φωτός
2. Επίλεξε το πρίσμα
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Το λευκό φως απλώνεται
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