광학
세 편광판 역설
직교한 두 편광판 사이에 45°로 세 번째 편광판을 끼우면 빛이 다시 통과합니다 — I₀/8.
세 편광판 역설 — 인터랙티브 광학 시뮬레이션. 직교한 두 편광판 사이에 45°로 세 번째 편광판을 끼우면 빛이 다시 통과합니다 — I₀/8. 실시간 SI 측정값과 안내형 튜토리얼을 제공하는 무료 브라우저 기반 가상 물리 실험실입니다.
세 편광판
교차 편광판 사이에 45° 편광판을 넣으면 빛이 다시 통과합니다 — I₀/8.
교차된 두 편광판 사이 45°에 세 번째 편광판을 끼우면 어느 쪽도 완전히 막지 못하는 축으로 빛이 투영되어 부분적인 투과가 일어납니다 — 직관에 반하지만 연속적인 말뤼스 인자에 의해 필요합니다. 이상적인 필터에서 최대 투과율은 I₀/8에 도달할 수 있습니다.
- I₀/8 투과
- 가운데 45°
조사 개요
랩을 열기 전에 질문을 계획하세요.
이 브리프는 사전 렌더링된 페이지를 반영합니다. 탐구 질문, 서로 다른 예측, 변수의 역할, 지배 법칙, 설정, 분석 및 확장 질문을 이 순서로 계속 표시합니다.
운전 질문
두 개의 교차된 편광판(90° 간격)이 모든 빛을 차단합니다. 어떤 각도로 그 사이에 세 번째 편광판을 삽입하면 다른 차단 요소를 추가하면 더 많은 빛이 통과됩니까?
검토할 예측
- 아니요. 추가 편광판을 추가하면 더 많은 빛만 차단할 수 있습니다.
- 놀랍게도 그렇습니다. 중간 각도의 중간 편광판은 실제로 일부 빛을 다시 통과시키고 역설적으로 더 많은 편광판이 투과를 복원합니다.
- 세 번째 편광판을 추가해도 바깥쪽 두 편광판이 여전히 교차되어 있으면 아무 것도 변경되지 않습니다.
다양한 역할
설정하는 것:
- 중간 편광판의 각도 (°)
측정하는 것:
- 전송된 비율
실험 진행 방법
- three-polarizers 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 외부 편광판은 0°와 90°(교차)로 고정됩니다. 중간은 45°에서 시작합니다.
- 최종 투과 세기 표시를 활성화하세요.
- 각 시행(0° 및 90°로 고정된 외부 편광판)에 대해 중간 편광판의 각도를 설정하고 세 가지를 모두 통과하는 빛의 비율을 기록합니다.
지배방정식
3편파 전송 — I = I₀·cos²θ
세 개의 편광판을 순서대로 통과하는 것은 세 인자를 곱합니다: 첫 편광판이 비편광 빛을 50% 통과시키고, 그 다음 각 각도 단계마다 말뤼스 법칙 cos²이 적용됩니다. 중간 각도에 있는 가운데 편광판은 교차한 두 편광판만 있을 때보다 훨씬 더 많은 빛을 투과시킬 수 있습니다.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- 한 번의 시행에서는 전송된 비율을 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid)로 계산합니다. 여기서 초기 0.5 요소는 첫 번째 편광판을 통과하는 편광되지 않은 빛을 설명한 다음 두 개의 Malus의 s-law 단계(0°에서 θ_mid, θ_mid에서 90°)를 설명합니다. 표와 비교해 보세요. θ_mid = 45°가 정확히 1/8임을 확인합니다.
- 45°의 중간 편광판(교차된 외부 편광판 사이의 정확히 중간)이 놀라운 '빛을 다시 통과시키는' 효과를 최대화하는 이유를 설명하십시오. 각 45° 단계만으로도 cos²(45°) = 50%를 전송하며, 이는 0°에서 90°로 직선으로 점프하는 것(0%를 전송함)보다 훨씬 낫습니다.
실험 밖에서의 활용
- 이 '필터가 많을수록 투과가 더 많다'는 효과는 유명한 양자역학적 유사물을 가지고 있습니다(측정이 양자 상태를 바꾼다는 것을 보여주는 삼중 편광판 실험). 고전 파동 관점에서, 각 편광판이 왜 단순히 자신의 방향과 이미 일치하는 빛을 '선택'하는 것이 아니라, 빛을 자신의 축에 능동적으로 투영하여 그 상태를 바꾸는지 설명하세요.
- 중간 편광판의 각도가 0°(첫 번째와 정렬됨) 또는 90°(마지막과 정렬됨)에 접근하면 투과된 부분에 어떤 일이 발생합니까? 공식을 사용하여 두 한계를 모두 확인하고 그 한계가 타당한 이유를 물리적으로 설명하세요.
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.3 Wave phenomena
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- 세 편광판에 오신 것을 환영합니다
- 가운데 편광판 선택
- 재생을 누르세요
- 가운데 편광판이 빛을 통과시킴
- 검사기 열기
- 잘 하셨습니다!
대화형 시뮬레이션을 열어 장면을 빌드하고 재생을 누른 뒤, 실시간 측정 및 가이드 튜토리얼과 함께 탐구해 보세요.