Optyka

Pryzmat w świetle białym

Pryzmat załamuje błękit mocniej niż czerwień, więc białe światło rozchodzi się wachlarzem w widmo (δ = θ₁ + θ₄ − A).

Pryzmat w świetle białym — interaktywna symulacja: Optyka. Pryzmat załamuje błękit mocniej niż czerwień, więc białe światło rozchodzi się wachlarzem w widmo (δ = θ₁ + θ₄ − A). Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.

Dyspersja

Pryzmat załamuje niebieski mocniej niż czerwony, więc białe światło rozkłada się wachlarzem w widmo (δ = θ₁ + θ₄ − A).

Prawo Snelliusa używa zależnego od długości fali współczynnika n(λ), więc każdy kolor załamuje się pod nieco innym kątem. Kąt przy podstawie pryzmatu rozszczepia białe światło na widmo, z fiołkiem zgiętym najmocniej. Dyspersja kątowa δ zależy od kąta pryzmatu i liczby Abbego materiału.

• n zmienia się z λ
• Niebieski ugina się bardziej

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

Światło wchodzące do szklanego pryzmatu zgina się (załamuje) na każdej ścianie, wychodząc odchylone od pierwotnego kierunku. Czy zmiana kąta padania na pierwszej ścianie zawsze zmienia odchylenie całkowite w tym samym kierunku?

Prognozy do rozważenia

• Odchylenie zawsze rośnie ze wzrostem kąta padania.
• Nie — odchylenie ma faktycznie minimum przy określonym kącie padania, nie prosty trend rosnący lub malejący.
• Odchylenie zawsze maleje ze wzrostem kąta padania.

Role zmiennych

Co ustawiasz:

• Kąt padania θ₁ (°)

Co mierzysz:

• Odchylenie całkowite δ (°)

Jak przebiega badanie

1. Otwórz preset white-light-prism i naciśnij Reset. Ten pryzmat ze szkła koronowego ma kąt łamiący A = 60°, współczynnik n = 1.5.
2. Włącz odczyt odchylenia całkowitego.
3. Ustaw kąt padania na pierwszej ścianie dla każdej próby i zapisz odchylenie całkowite.

Równanie rządzące

Odchylenie pryzmatu — δ = θ₁ + θ₄ − A

Promień przechodzący przez pryzmat załamuje się na obu ściankach. Całkowite odchylenie łączy oba zgięcia i własny kąt łamiący pryzmatu: δ = θ₁ + θ₄ − A, gdzie θ₂ i θ₄ pochodzą z prawa Snella na każdej ściance.

Co karta do druku każe uczniom wyliczyć

• Dla jednej próby oblicz θ₂ = asin(sin θ₁/n) (Snell na pierwszej ściance); θ₃ = A − θ₂ (geometria pryzmatu); θ₄ = asin(n·sin θ₃) (Snell na drugiej ściance), a potem δ = θ₁ + θ₄ − A. Porównaj z tabelą.
• Wyjaśnij, dlaczego odchylenie nie jest prostą funkcją monotoniczną kąta padania — geometria pryzmatu (zginanie na DWÓCH ścianach) tworzy prawdziwe minimum przy kącie przejścia symetrycznego, badanym wprost w eksperymencie min-deviation.

Gdzie to wychodzi poza pracownię

• Białe światło zawiera wiele długości fal, każda o nieco innym współczynniku załamania (dyspersja) — więc każdy kolor odchyla się o nieco inną wartość, wachlarząc białe światło w widzialne widmo. Ten eksperyment używa pojedynczego reprezentatywnego współczynnika; prawdziwe białe światło rozprasza się w tęczę.
• Tęcza powstaje ze światła słonecznego załamywanego i wewnętrznie odbijanego w kulistych kroplach deszczu — geometria bardziej złożona niż ten płaskościenny pryzmat, ale napędzana dokładnie tą samą zasadą załamania zależnego od długości fali (dyspersji).

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

1. Witamy w pryzmacie białym
2. Zaznacz pryzmat
3. Naciśnij Play
4. Białe światło się rozprasza
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