Оптика

Тонкая (малый угол) призма

Тонкая призма (малый преломляющий угол) отклоняет свет лишь немного — предел тонкой призмы δ ≈ (n−1)·A.

Тонкая (малый угол) призма — интерактивная симуляция (Оптика). Тонкая призма (малый преломляющий угол) отклоняет свет лишь немного — предел тонкой призмы δ ≈ (n−1)·A. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Тонкая призма

Тонкая призма (малый угол) отклоняет свет лишь немного — предел тонкой призмы δ ≈ (n−1)·A.

При очень малом преломляющем угле A отклонение стремится к δ ≈ (n − 1)A — приближение тонкой призмы, используемое в призматических рецептах очков и точных подстройках. Большие отклонения требуют более толстых призм или более высокого показателя.

• δ ≈ (n−1)A
• Малый преломляющий угол

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

Призма с малым преломляющим углом («тонкая призма») отклоняет свет мягко. Остаётся ли отклонение примерно постоянным по диапазону углов падения, в отличие от драматичной кривой минимального отклонения широкой призмы?

Прогнозы для взвешивания

• Отклонение всё ещё драматически меняется с углом падения, как у широкой призмы.
• Да — для тонкой призмы отклонение приближённо δ ≈ (n−1)A, почти постоянное по типичному диапазону углов вблизи нормали.
• Тонкая призма даёт практически нулевое отклонение.

Роли переменных

Что вы задали:

• Угол падения θ₁ (°)

Что вы измеряете:

• Полное отклонение δ (°)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет small-apex-prism и нажмите «Сброс». У этой тонкой призмы преломляющий угол A = 30°, показатель n = 1.5.
2. Включите показание полного отклонения.
3. Задайте угол падения для каждой пробы и запишите полное отклонение.

Определяющее уравнение

Приближение тонкой призмы — δ = θ₁ + θ₄ − A

Для призмы с малым преломляющим углом A точная формула отклонения упрощается до δ ≈ (n−1)A, почти независимо от угла падения — малоугольный предел полного расчёта призмы по закону Снелла.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите θ₂ = asin(sin θ₁/n); θ₃ = A − θ₂; θ₄ = asin(n·sin θ₃), затем δ = θ₁ + θ₄ − A, используя A = 30°; n = 1.5. Сравните с таблицей. Также вычислите приближение тонкой призмы δ ≈ (n−1)A = 15° и посмотрите, насколько близко лягут ваши точные значения.
• Объясните, почему меньший преломляющий угол делает полное отклонение менее чувствительным к точному углу падения — приближение тонкой призмы δ ≈ (n−1)A вовсе отбрасывает угловую зависимость, справедливо при малом A.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Тонкие призмы («оптические клинья») используются в некоторых корректирующих очках и дальномерах именно потому, что их почти постоянное отклонение предсказуемо и удобно в расчёте. Объясните, почему резко угло-зависимое отклонение широкой призмы было бы плохим выбором для простого корректирующего клина.
• Сравните диапазон отклонений здесь с куда более широкими колебаниями в white-light-prism. Объясните, почему больший преломляющий угол усиливает угловую зависимость отклонения, а малый почти устраняет её.

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

1. Добро пожаловать к тонкой призме
2. Выберите призму
3. Нажмите Play
4. Малый угол отклонения
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