Et tynt prisme: småvinkel-tilnærmingen

1 · Prediker

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?

• 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.

2 · Oppsett

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.

3 · Samle inn data

Plott avbøyning δ (y-akse) mot innfallsvinkel θ₁ (x-akse) for dine tre forsøk. Er kurven mye flatere enn hvitlys-prisme-eksperimentets?

4 · Analyser

1. 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.
2. 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.

5 · Utvid

1. 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.
2. 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.

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark