光学
フリントガラスプリズム(強分散)
高密度のフリントガラス(n≈1.66)はクラウンガラスより強く屈折し、色をより広く分散させる。
フリントガラスプリズム(強分散) — インタラクティブな光学シミュレーション。高密度のフリントガラス(n≈1.66)はクラウンガラスより強く屈折し、色をより広く分散させる。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
フリントガラスの分散
密度の高いフリントガラス (n≈1.66) はクラウンガラスより強く屈折し、色をより広く分離します。
フリントガラスはクラウンガラスより屈折率nが高く分散も強いため、コンパクトなプリズムでも色をより広く分散させます — サイズとスペクトル分離のトレードオフです。このプリセットは高密度フリント(n≈1.66)を比較し、機器設計者がガラスの種類を意図的に選ぶ理由を示しています。
- nが高いほど分散が大きい
- 高密度フリントガラス
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
密度の高いフリントガラスは、通常のクラウンガラス(n ≈ 1.5)より高い屈折率(n ≈ 1.66)をもつ。同じ入射角と頂角なら、高屈折率のプリズムは低屈折率のものより光を大きく偏角させるか小さく偏角させるか?
検討する予測
- 高屈折率では偏角は小さくなる。
- 大きい — 高い屈折率では各面で光が強く曲がり、全偏角が大きくなる。
- 偏角は屈折率の影響を受けない。
可変的な役割
設定するもの:
- 入射角 θ₁ (°)
測定するもの:
- 全偏角 δ (°)
実験の進め方
- flint-prism プリセットを開き、「リセット」を押す。このフリントガラスのプリズムは頂角 A = 60°、屈折率 n = 1.66 である。
- 全偏角の表示を有効にする。
- 各試行の入射角を設定し、全偏角を記録する。
支配方程式
偏角は屈折率とともに増える — δ = θ₁ + θ₄ − A
入射角と頂角を固定すると、高屈折率のプリズムはより大きな偏角を生む。スネルの法則による二つの屈折(入射と出射)の両方で、n が大きいほど光線は強く曲がる。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について、n = 1.66 を用いて θ₂ = asin(sin θ₁/n)、θ₃ = A − θ₂、θ₄ = asin(n·sin θ₃)、次に δ = θ₁ + θ₄ − A を計算する。表と比較する。
- ここでの偏角の値を、white-light-prism 実験(同じ頂角、より低い屈折率)の値と比較する。同じ入射角でフリントガラスの高い屈折率が一貫して大きな偏角を生む理由を説明する。
実験以外での活用
- カメラレンズ設計者は、色収差を相殺するためクラウンガラスとフリントガラスの要素(「アクロマート・ダブレット」)を組み合わせる。二種類のガラスは色を異なる仕方で分散するためである。どれほど精密に形を作っても、一種類だけのガラスでは色のにじみを単独でなくせない理由を説明する。
- 同じ頂角なら、フリントガラスはクラウンガラスより広い色の範囲を広げる(単に偏角が大きいだけでなく、分散が大きい)。フリントのような高屈折率ガラスが可視スペクトル全体で光をより強く分散させる傾向がある理由を説明する。
- AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- フリントガラスプリズムへようこそ
- プリズムを選択
- 再生
- 強い分散
- インスペクターを開く
- 完了です!
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。