프리즘이 빛을 휘게 함: 편차 각도

1 · 예측

유리 프리즘에 입사하는 빛은 각 면에서 휘어지고(굴절되어) 원래 방향에서 벗어나 나옵니다. 첫 번째 면에서 입사각을 변경하면 항상 같은 방향의 전체 편차가 변경됩니까?

• 입사각이 증가함에 따라 편차는 항상 증가합니다.
• 아니요. 편차는 실제로 단순한 증가 또는 감소 추세가 아닌 특정 입사각에서 최소값을 갖습니다.
• 입사각이 증가함에 따라 편차는 항상 감소합니다.

2 · 설정

1. “백색광 프리즘(white-light-prism)” 프리셋을 열고 초기화를 누르세요. 이 크라운 유리 프리즘은 꼭지각 A = 60°, 굴절률 n = 1.5입니다.
2. 총 편향각 표시를 활성화하세요.
3. 각 시행에 대해 첫 번째 면의 입사각을 설정하고 전체 편차를 기록합니다.

3 · 데이터 수집

세 번의 시행에 대해 편향 δ(y축)를 입사각 θ₁(x축)에 대해 그래프로 그리세요. δ가 중간 어딘가에서 최솟값으로 내려갑니까?

4 · 분석

1. 한 번의 시행에 대해 θ² = asin(sin θ₁/n)(첫 번째 면의 Snell), θ₃ = A − θ²(프리즘 기하학), θ₄ = asin(n·sin θ₃)(두 번째 면의 Snell), 그런 다음 δ = θ₁ + θ₄ − A를 계산합니다. 표와 비교하세요.
2. 편차가 입사각의 단순한 단조 함수가 아닌 이유를 설명하십시오. 프리즘의 기하학(두 면에서 굽힘)은 min-deviation 실험에서 직접 탐구한 대칭 통과 각도에서 진정한 최소값을 생성합니다.

5 · 확장

1. 백색광에는 각각 약간 다른 굴절률(분산)을 갖는 많은 파장이 포함되어 있습니다. 따라서 각 색상은 약간 다른 양만큼 벗어나 백색광을 가시 스펙트럼으로 확산시킵니다. 이 실험은 단일 대표 지수를 사용합니다. 실제 백색광은 무지개로 퍼집니다.
2. 무지개는 구형 빗방울 내부에서 햇빛이 굴절하고 내부 반사하면서 형성됩니다 — 이 평평한 면의 프리즘보다 더 복잡한 기하학이지만, 정확히 같은 파장 의존적 굴절(분산) 원리에 의해 만들어집니다.

이 실험의 물리학

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