Оптика

Водяная призма (радуга)

Вода (n≈1.33) диспергирует гораздо слабее стекла — мягкий разброс, рисующий радугу.

Водяная призма (радуга) — интерактивная симуляция (Оптика). Вода (n≈1.33) диспергирует гораздо слабее стекла — мягкий разброс, рисующий радугу. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Дисперсия воды

Вода (n≈1.33) диспергирует гораздо слабее стекла — мягкий разброс, рисующий радугу.

Умеренный показатель воды (≈1.33) и низкая дисперсия дают мягкий спектр — физика природных радуг, где крошечные капли работают призмами. Разброс меньше, чем у стекла, но достаточно, чтобы видимо разделить цвета.

• n ≈ 1.33
• Мягкий радужный разворот

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

У воды более низкий показатель (n ≈ 1.33), чем у стекла. Отклоняет ли заполненная водой призма свет меньше, чем эквивалентная стеклянная?

Прогнозы для взвешивания

• Да — более низкий показатель воды значит меньшее преломление на каждой грани и меньшее полное отклонение, чем у стеклянной призмы с тем же преломляющим углом.
• Водяная призма отклоняет свет больше стекла.
• Отклонение одинаково при любом показателе среды.

Роли переменных

Что вы задали:

• Угол падения θ₁ (°)

Что вы измеряете:

• Полное отклонение δ (°)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет water-prism и нажмите «Сброс». У этой наполненной водой призмы преломляющий угол A = 60°, показатель n = 1.33.
2. Включите показание полного отклонения.
3. Задайте угол падения для каждой пробы и запишите полное отклонение.

Определяющее уравнение

Среды с низким показателем отклоняют слабее — δ = θ₁ + θ₄ − A

Показатель преломления воды (1.33) ниже типичного стекла (1.5–1.66), поэтому водяная призма слабее отклоняет свет на каждой грани — суммарное отклонение δ = θ₁ + θ₄ − A меньше при том же преломляющем угле и угле падения.

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 n = 1.33. Сравните с таблицей.
• Сравните значения отклонения с экспериментом white-light-prism (тот же преломляющий угол, более высокий показатель). Объясните, почему более низкий показатель воды даёт меньшее отклонение при каждом совпадающем угле.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Радуга — по сути миллионы крошечных сферических «призм»-капель, преломляющих и внутренне отражающих солнечный свет. Объясните, почему умеренная дисперсия воды (по сравнению со стеклом) всё же даёт видимый, хоть и менее яркий спектр радуги.
• В этой серии экспериментов flint-prism (n≈1.66), white-light-prism/кронглас (n=1.5) и water-prism (n=1.33) образуют ясную закономерность: более плотная оптическая среда сильнее диспергирует и отклоняет свет. Объясните, почему эта закономерность следует из той же физики, что и тренд критического угла в эксперименте tir.

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

1. Добро пожаловать к водяной призме
2. Выберите призму
3. Нажмите Play
4. Мягкий разброс в воде
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