Optika

Mažiausiasis nuokrypis

Simetriškame ėjime nuokrypis mažiausias — klasikinis būdas išmatuoti stiklo laužymo rodiklį.

Mažiausiasis nuokrypis — interaktyvi Optika simuliacija. Simetriškame ėjime nuokrypis mažiausias — klasikinis būdas išmatuoti stiklo laužymo rodiklį. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.

Mažiausiasis nuokrypis

Simetriškame ėjime nuokrypis mažiausias — klasikinis būdas išmatuoti stiklo rodiklį.

Kai spindulio kelias per prizmę simetriškas, nuokrypis minimizuojamas ir geometrija supaprastėja laužymo rodikliui matuoti. Spektrometrai dažnai derinami iki šio kampo tiksliam n(λ) nustatymui.

• Simetriškas ėjimas
• Išmatuok rodiklį n

Tyrimo santrauka

Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją

Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.

Pagrindinis klausimas

Spindulys per prizmę pasiekia mažiausiąjį įmanomą nuokrypio kampą ties vienu ypatingu kritimo kampu — simetrišku ėjimu, kur spindulys prizmės viduje keliauja lygiagrečiai jos pagrindui. Ar platesnės smailumo prizmė turi didesnį minimalųjį nuokrypį?

Svarstytini spėjimai

• Taip — didesnis smailumo kampas bendrai labiau lenkia spindulį, duodamas didesnį minimalųjį nuokrypį.
• Didesnis smailumo kampas duoda mažesnį minimalųjį nuokrypį.
• Minimalusis nuokrypis nepriklauso nuo smailumo kampo.

Kintamųjų vaidmenys

Ką tu nustatai:

• Smailumo kampas A (°)

Ką tu matauji:

• Mažiausiasis nuokrypis δ_min (°)

Kaip vyksta tyrimas

1. Atidaryk „Mažiausiasis nuokrypis“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Ši 60°/n=1.5 prizmė nustatyta į savo simetriško ėjimo kritimo kampą, minimizuojantį nuokrypį.
2. Įjunk nuokrypio rodmuo.
3. Nustatyk smailumo kampą kiekvienam bandymui (rodiklis n = 1.5 fiksuotas), tada sukuok prizmę — tempk pasvirimo slankiklį — kol nuokrypio rodmuo nustoja kristi ir vėl pradeda kilti. Užsirašyk tą mažiausiąją reikšmę: ji yra to smailumo minimalusis nuokrypis.

Valdančioji lygtis

Mažiausiojo nuokrypio formulė — n = sin((A+δmin)/2) / sin(A/2)

Kritimo kampe, duodančiame simetrišką ėjimą (spindulys lygiagrečiai pagrindui prizmės viduje), nuokrypis pasiekia minimumą: δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A. Šis ypatingasis kampas naudojamas eksperimentiškai tiksliai išmatuoti prizmės laužymo rodiklį.

Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti

• Vienam bandymui apskaičiuok δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A naudodamas n = 1.5. Palygink su lentele.
• Paaiškink, kodėl simetriškas ėjimas (spinduliui keliaujant lygiagrečiai prizmės pagrindui stiklo viduje) duoda mažiausią įmanomą nuokrypį duotajam smailumo kampui ir rodikliui — bet kuris kitas kritimo kampas gamina DAUGIAU nuokrypio, ne mažiau.

Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų

• Minimaliojo nuokrypio formulę galima apversti, kad IŠMATUOTUM stiklo laužymo rodiklį iš smailumo kampo ir išmatuoto minimaliojo nuokrypio: n = sin((A+δ_min)/2)/sin(A/2). Tai klasikinė prizmės spektrometro technika. Kodėl minimumo radimas eksperimentiškai (lėtai sukuojant prizmę ir stebint, kur nuokrypis nustoja mažėti) gali būti patikimesnis nei matavimas prie savavališko kritimo kampo?
• Didesnio smailumo kampo prizmė skleidžia baltą šviesą į platesnį spektrą. Paaiškink, naudodamas savo δ_min prieš A ryšį, kodėl spektrometrų dizaineriai gali rinktis didesnį smailumo kampą, kai reikia smulkesnės bangų ilgių skyros.

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

1. Sveiki atvykę prie mažiausio nuokrypio
2. Pasirink prizmę
3. Spausk Leisti
4. Simetriškas ėjimas
5. Atidaryk Savybių skydą
6. Tau pavyko!

Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.

Atidaryk interaktyvią laboratoriją →

Atsisiųsti darbo lapą →

Snellio laužymo dėsnis