Optika

Vandens prizmė (vaivorykštė)

Vanduo (n≈1.33) dispersuoja kur kas mažiau nei stiklas — švelnus išsisklaidymas, nupiešiantis vaivorykštę.

Vandens prizmė (vaivorykštė) — interaktyvi Optika simuliacija. Vanduo (n≈1.33) dispersuoja kur kas mažiau nei stiklas — švelnus išsisklaidymas, nupiešiantis vaivorykštę. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.

Vandens dispersija

Vanduo (n≈1.33) dispersuoja kur kas mažiau nei stiklas — švelnus išsisklaidymas, nupiešiantis vaivorykštę.

Vandens kuklusis rodiklis (≈1.33) ir žema dispersija duoda švelnų spektrą — fizika už natūralių vaivorykščių, kur mažyčiai vandens lašeliai veikia kaip prizmės. Mažiau išsisklaidymo nei stiklui, bet pakankamai spalvoms matomai išskirti.

• n ≈ 1.33
• Švelnus vaivorykštės išsisklaidymas

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

Vanduo turi žemesnį laužymo rodiklį (n ≈ 1.33) nei stiklas. Ar vandens pripildyta prizmė nukreipia šviesą mažiau nei ekvivalentiška stiklo prizmė?

Svarstytini spėjimai

• Taip — vandens žemesnis rodiklis reiškia mažiau lenkimo prie kiekvieno veido, tad mažiau bendrojo nuokrypio nei stiklo prizmei to paties smailumo kampo.
• Vandens prizmė nukreipia šviesą daugiau nei stiklas.
• Nuokrypis toks pat, kad bebūtų terpės rodiklis.

Kintamųjų vaidmenys

Ką tu nustatai:

• Kritimo kampas θ₁ (°)

Ką tu matauji:

• Bendrasis nuokrypis δ (°)

Kaip vyksta tyrimas

1. Atidaryk „Vandens prizmė“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Ši vandens pripildyta prizmė turi smailumo kampą A = 60°, rodiklį n = 1.33.
2. Įjunk bendrojo nuokrypio rodmuo.
3. Nustatyk kritimo kampą kiekvienam bandymui ir užsirašyk bendrąjį nuokrypį.

Valdančioji lygtis

Žemesnio rodiklio terpės mažiau nukreipia — δ = θ₁ + θ₄ − A

Vandens laužymo rodiklis (1.33) yra žemesnis už tipinį stiklą (1.5–1.66), tad vandens prizmė silpniau lenkia šviesą prie kiekvieno veido — mažesnis bendrasis nuokrypis δ = θ₁ + θ₄ − A tam pačiam smailumo kampui ir kritimui.

Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti

• Vienam bandymui apskaičiuok θ₂ = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ₂, θ₄ = asin(n·sin θ₃), tada δ = θ₁ + θ₄ − A, naudodamas n = 1.33. Palygink su lentele.
• Palygink savo nuokrypio reikšmes su „Prizmė lenkia šviesą“ eksperimento (tas pats smailumo kampas, aukštesnis rodiklis). Paaiškink, kodėl vandens žemesnis rodiklis gamina mažesnį nuokrypį prie kiekvieno atitinkamo kritimo kampo.

Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų

• Vaivorykštė iš esmės yra milijonai mažyčių sferinių vandens lašelių „prizmžių“, laužiančių ir vidiniu atspindžiu atspindinčių saulės šviesą. Paaiškink, kodėl vandens santykinai kukli dispersija (lyginant su stiklu) vis tiek gamina matomą, nors šiek tiek mažiau ryškią, vaivorykštės spektrą.
• Per šį eksperimentą flintinė prizmė (n≈1.66), prizmė su balta šviesa / krono stiklas (n=1.5) ir vandens prizmė (n=1.33) sudaro aiškią tendenciją: tankesnės optinės terpės stipriau dispersuoja ir nukreipia šviesą. Paaiškink, kodėl ši tendencija seka tą pačią fiziką kaip „Visiškasis vidinis atspindys“ eksperimento ribinio kampo tendencija.

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

1. Sveiki atvykę prie vandens prizmės
2. Pasirink prizmę
3. Spausk Leisti
4. Švelnus išsisklaidymas vandenyje
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