Optikk

Tynt prisme (liten toppvinkel)

Et tynt prisme (liten toppvinkel) avbøyer lyset bare litt — grensetilfellet for tynt prisme δ ≈ (n−1)·A.

Tynt prisme (liten toppvinkel) — interaktiv Optikk-simulering. Et tynt prisme (liten toppvinkel) avbøyer lyset bare litt — grensetilfellet for tynt prisme δ ≈ (n−1)·A. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.

Tynt prisme

Et tynt prisme (liten toppvinkel) avbøyer lyset bare litt — grensetilfellet for tynt prisme δ ≈ (n−1)·A.

For en svært liten toppvinkel A nærmer avbøyningen seg δ ≈ (n − 1)A — tynnprismetilnærmingen som brukes i kileforskrifter for briller og finjusteringer. Store avbøyninger krever tykkere prisme eller høyere indeks.

• δ ≈ (n−1)A
• Liten toppvinkel

Undersøkelsesgrunnlag

Planlegg spørsmålet før du åpner labben

Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.

Problemstilling

Et prisme med liten toppvinkel (et «tynt prisme») avbøyer lyset bare forsiktig. Forblir avbøyningen omtrent konstant over et område av innfallsvinkler, i motsetning til et bredt-topp prisms mer dramatiske minimumsavbøyning-kurve?

Prediksjoner å veie

• Avbøyningen varierer fortsatt dramatisk med innfallsvinkelen, akkurat som et bredt-topp prisme.
• Ja — for et tynt prisme er avbøyningen omtrent δ ≈ (n−1)A, nesten konstant over et typisk område av innfallsvinkler nær normalen.
• Et tynt prisme produserer i praksis null avbøyning.

Variabelroller

Hva du setter:

• Innfallsvinkel θ₁ (°)

Hva du måler:

• Total avbøyning δ (°)

Hvordan undersøkelsen foregår

1. Åpne tynt-prisme-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Dette tynne prismet har toppvinkel A = 30°, indeks n = 1,5.
2. Aktiver totalavbøyning-avlesningen.
3. Sett innfallsvinkelen for hvert forsøk og registrer den totale avbøyningen.

Styrende likning

Tynnprismetilnærming — δ = θ₁ + θ₄ − A

For et prisme med liten toppvinkel A forenkles den nøyaktige avbøyningsformelen til δ ≈ (n−1)A, nesten uavhengig av innfallsvinkel — småvinkel-grensen av den fullstendige Snell-lov-prismeberegningen.

Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut

• For ett forsøk, beregn θ₂ = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ₂, θ₄ = asin(n·sin θ₃), deretter δ = θ₁ + θ₄ − A, med A = 30°, n = 1,5. Sammenlign med tabellen. Beregn også tynnprismetilnærmingen δ ≈ (n−1)A = 15° og se hvor nær de nøyaktige verdiene dine lander.
• Forklar hvorfor en mindre toppvinkel gjør den totale avbøyningen mindre sensitiv for den nøyaktige innfallsvinkelen — tynnprismetilnærmingen δ ≈ (n−1)A dropper vinkelavhengigheten helt, gyldig når A er liten.

Hvor dette dukker opp utenfor labben

• Tynne prisme («optiske kiler») brukes i noen korreksjonsbriller og avstandsmålere nettopp fordi deres nesten konstante avbøyning gjør dem forutsigbare og enkle å designe med. Forklar hvorfor et bredt-topp prisms skarpt vinkelavhengige avbøyning ville være et dårlig valg for en enkel korreksjonskile.
• Sammenlign avbøyningsområdet ditt her med hvitlys-prisme-eksperimentets mye bredere svingninger. Forklar hvorfor en større toppvinkel forsterker avbøyningens vinkelavhengighet, mens en liten toppvinkel nesten eliminerer den.

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

1. Velkommen til Tynt prisme
2. Velg prismet
3. Trykk Spill av
4. Liten avbøyningsvinkel
5. Åpne Egenskaper-panelet
6. Du klarte det!

Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.

Åpne interaktiv lab →

Last ned arbeidsark →

Snells brytningslov