Оптика

Минимальное отклонение

При симметричном ходе отклонение минимально — классический способ измерить показатель стекла.

Минимальное отклонение — интерактивная симуляция (Оптика). При симметричном ходе отклонение минимально — классический способ измерить показатель стекла. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Минимальное отклонение

При симметричном ходе отклонение минимально — классический способ измерить показатель стекла.

Когда ход луча через призму симметричен, отклонение минимально, а геометрия упрощается для измерения показателя преломления. Спектрометры часто настраивают на этот угол для точного определения n(λ).

• Симметричный ход
• Измерить показатель n

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Луч через призму достигает наименьшего угла отклонения при одном особом угле падения — симметричном ходе, где луч внутри призмы идёт параллельно основанию. У призмы с более широким преломляющим углом большее минимальное отклонение?

Прогнозы для взвешивания

• Да — больший преломляющий угол отклоняет луч сильнее в целом, давая большее минимальное отклонение.
• Больший преломляющий угол даёт меньшее минимальное отклонение.
• Минимальное отклонение не зависит от преломляющего угла.

Роли переменных

Что вы задали:

• Преломляющий угол A (°)

Что вы измеряете:

• Минимальное отклонение δ_min (°)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет min-deviation и нажмите «Сброс». Эта призма 60°/n=1.5 установлена на угол падения симметричного хода, минимизирующий отклонение.
2. Включите показание отклонения.
3. Задайте преломляющий угол для каждой пробы (показатель n = 1.5 зафиксирован), затем вращайте призму — тащите ползунок наклона — пока показание отклонения не перестанет падать и снова не пойдёт вверх. Запишите это наименьшее значение: это и есть минимальное отклонение для данной призмы.

Определяющее уравнение

Формула минимального отклонения — n = sin((A+δmin)/2) / sin(A/2)

При угле падения, дающем симметричный ход (луч внутри призмы параллелен основанию), отклонение достигает минимума: δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A. Этот особый угол используется экспериментально для точного измерения показателя призмы.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A при n = 1.5. Сравните с таблицей.
• Объясните, почему симметричный ход (луч идёт параллельно основанию призмы в стекле) даёт наименьшее возможное отклонение для данных преломляющего угла и показателя — любой другой угол падения даёт БОЛЬШЕ отклонения, не меньше.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Формулу минимального отклонения можно обратить, чтобы ИЗМЕРИТЬ показатель преломления стекла по преломляющему углу и измеренному минимальному отклонению: n = sin((A+δ_min)/2)/sin(A/2). Это классическая техника призменного спектрометра. Почему найти минимум экспериментально (медленно вращая призму и следя, где отклонение перестаёт убывать) надёжнее, чем измерять на произвольном угле падения?
• Призма с большим преломляющим углом разводит белый свет в более широкий спектр. По связи δ_min-от-A объясните, почему конструкторы спектрометров выбирают больший угол, когда нужно более тонкое разрешение по длинам волн.

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

1. Добро пожаловать к минимальному отклонению
2. Выберите призму
3. Нажмите Play
4. Симметричный ход
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Закон преломления Снелла