Optiikka

Valkoisen valon prisma

Prisma taittaa sinistä enemmän kuin punaista, joten valkoinen valo levittäytyy spektriksi (δ = θ₁ + θ₄ − A).

Valkoisen valon prisma – interaktiivinen Optiikka-simulaatio. Prisma taittaa sinistä enemmän kuin punaista, joten valkoinen valo levittäytyy spektriksi (δ = θ₁ + θ₄ − A). Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Hajonta

Prisma taittaa sinistä enemmän kuin punaista, joten valkoinen valo levittäytyy spektriksi (δ = θ₁ + θ₄ − A).

Snellin laki käyttää aallonpituudesta riippuvaista indeksiä n(λ), joten jokainen väri taittuu hieman eri kulmalla. Prisman kärki erottaa valkoisen valon spektriksi, jossa violetti taittuu eniten. Kulmahajonta δ riippuu prismakulmasta ja materiaalin Abbe-luvusta.

• n vaihtelee λ:n mukaan
• Sininen taittuu enemmän

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Lasiprismaan tuleva valo taittuu (poikkeutuu) jokaisella pinnalla, poistuen poikkeutettuna alkuperäisestä suunnastaan. Muuttaako ensimmäisen pinnan tulokulman muuttaminen aina kokonaispoikkeamaa samaan suuntaan?

Punniteltavat ennusteet

• Poikkeama kasvaa aina, kun tulokulma kasvaa.
• Ei – poikkeamalla on oikeastaan minimi jollakin tietyllä tulokulmalla, ei yksinkertainen kasvava tai laskeva trendi.
• Poikkeama laskee aina, kun tulokulma kasvaa.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Tulokulma θ₁ (°)

Mitä mittaat:

• Kokonaispoikkeama δ (°)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa valkoisen valon prisma -esiasetus ja paina Nollaa. Tällä kruunulasiprismalla on kärkikulma A = 60°, indeksi n = 1.5.
2. Ota käyttöön kokonaispoikkeaman lukema.
3. Aseta tulokulma ensimmäisellä pinnalla jokaiselle suoritukselle ja kirjaa kokonaispoikkeama.

Hallitseva yhtälö

Prisman poikkeama — δ = θ₁ + θ₄ − A

Prisman läpi kulkeva säde taittuu molemmilla pinnoilla. Kokonaispoikkeama yhdistää molemmat taittukset ja prisman oman kärkikulman: δ = θ₁ + θ₄ − A, jossa θ₂ ja θ₄ tulevat Snellin laista kummallakin pinnalla.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske θ₂ = asin(sin θ₁/n) (Snell ensimmäisellä pinnalla), θ₃ = A − θ₂ (prismageometria), θ₄ = asin(n·sin θ₃) (Snell toisella pinnalla), sitten δ = θ₁ + θ₄ − A. Vertaa taulukkoon.
• Selitä, miksi poikkeama ei ole yksinkertainen monotoninen funktio tulokulmasta – prisman geometria (taittuminen KAHDELLA pinnalla) luo aidon minimin symmetrisen kulkukulman kohdalle, tutkittuna suoraan minimipoikkeama-kokeessa.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Valkoinen valo sisältää monia aallonpituuksia, joilla kullakin on hieman eri taittokerroin (hajonta) – joten jokainen väri poikkeaa hieman eri määrällä, viuhkuttaen valkoisen valon näkyväksi spektriksi. Tämä koe käyttää yhtä edustavaa indeksiä; todellinen valkoinen valo levittäytyy sateenkaareksi.
• Sateenkaari muodostuu auringonvalosta, joka taittuu ja heijastuu sisäisesti pyöreiden sadepisaroiden sisällä – monimutkaisempi geometria kuin tämän tasapintaisen prisman, mutta samaa aallonpituudesta riippuvan taittumisen (hajonnan) periaatetta.

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

1. Tervetuloa valkoisen valon prismaan
2. Valitse prisma
3. Paina Toista
4. Valkoinen valo levittäytyy
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Snellin taittumislaki