Optyka

Odchylenie minimalne

Przy przejściu symetrycznym odchylenie jest najmniejsze — klasyczny sposób pomiaru współczynnika załamania szkła.

Odchylenie minimalne — interaktywna symulacja: Optyka. Przy przejściu symetrycznym odchylenie jest najmniejsze — klasyczny sposób pomiaru współczynnika załamania szkła. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.

Odchylenie minimalne

Przy przejściu symetrycznym odchylenie jest najmniejsze — klasyczny sposób pomiaru współczynnika szkła.

Gdy droga promienia przez pryzmat jest symetryczna, odchylenie jest minimalne, a geometria upraszcza się do pomiaru współczynnika załamania. Spektrometry często ustawiają się na ten kąt dla dokładnego wyznaczenia n(λ).

• Przejście symetryczne
• Zmierz współczynnik n

Krótki opis badania

Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię

Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.

Pytanie badawcze

Promień przez pryzmat osiąga najmniejszy możliwy kąt odchylenia przy jednym szczególnym kącie padania — przejściu symetrycznym, gdzie promień wewnątrz pryzmatu biegnie równolegle do podstawy. Czy pryzmat o szerszym kącie ma większe odchylenie minimalne?

Prognozy do rozważenia

• Tak — większy kąt przy podstawie zgina promień bardziej łącznie, dając większe odchylenie minimalne.
• Większy kąt daje mniejsze odchylenie minimalne.
• Odchylenie minimalne nie zależy od kąta przy podstawie.

Role zmiennych

Co ustawiasz:

• Kąt przy podstawie A (°)

Co mierzysz:

• Odchylenie minimalne δ_min (°)

Jak przebiega badanie

1. Otwórz preset min-deviation i naciśnij Reset. Ten pryzmat 60°/n=1.5 jest ustawiony na kąt padania przejścia symetrycznego, minimalizujący odchylenie.
2. Włącz odczyt odchylenia.
3. Ustaw kąt łamiący dla każdej próby (współczynnik n = 1.5 ustalony), a potem obracaj pryzmat — przeciągaj suwak pochylenia — aż odczyt odchylenia przestanie spadać i zacznie znów rosnąć. Zapisz tę najmniejszą wartość: to minimalne odchylenie dla tego łamania.

Równanie rządzące

Wzór odchylenia minimalnego — n = sin((A+δmin)/2) / sin(A/2)

Pod kątem padania dającym przejście symetryczne (promień równoległy do podstawy wewnątrz pryzmatu) odchylenie osiąga minimum: δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A. Ten szczególny kąt stosuje się doświadczalnie do precyzyjnego pomiaru współczynnika załamania pryzmatu.

Co karta do druku każe uczniom wyliczyć

• Dla jednej próby oblicz δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A przy n = 1.5. Porównaj z tabelą.
• Wyjaśnij, dlaczego przejście symetryczne (promień biegnący równolegle do podstawy pryzmatu wewnątrz szkła) daje najmniejsze możliwe odchylenie dla danego kąta i współczynnika — każdy inny kąt padania daje WIĘCEJ odchylenia, nie mniej.

Gdzie to wychodzi poza pracownię

• Wzór na minimalne odchylenie można odwrócić, by ZMIERZYĆ współczynnik załamania szkła z kąta łamiącego i zmierzonego minimalnego odchylenia: n = sin((A+δ_min)/2)/sin(A/2). To klasyczna technika spektrometru pryzmatycznego. Dlaczego znalezienie minimum doświadczalnie (powolnym obracaniem pryzmatu i obserwacją, gdzie odchylenie przestaje maleć) może być pewniejsze niż pomiar pod dowolnym kątem padania?
• Pryzmat o większym kącie rozprasza białe światło w szersze widmo. Zależnością δ_min od A wyjaśnij, dlaczego projektanci spektrometrów mogą wybierać większy kąt, gdy potrzebują drobniejszej rozdzielczości długości fal.

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

1. Witamy w odchyleniu minimalnym
2. Zaznacz pryzmat
3. Naciśnij Play
4. Przejście symetryczne
5. Otwórz panel Właściwości
6. Udało się!

Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.

Otwórz interaktywną pracownię →

Pobierz kartę pracy →

Prawo Snelliusa załamania