Оптика

Призма с белым светом

Призма преломляет синий сильнее красного, поэтому белый свет разворачивается веером в спектр (δ = θ₁ + θ₄ − A).

Призма с белым светом — интерактивная симуляция (Оптика). Призма преломляет синий сильнее красного, поэтому белый свет разворачивается веером в спектр (δ = θ₁ + θ₄ − A). Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Дисперсия

Призма преломляет синий сильнее красного, поэтому белый свет разворачивается веером в спектр (δ = θ₁ + θ₄ − A).

Закон Снелла использует зависящий от длины волны показатель n(λ), поэтому каждый цвет преломляется на немного разный угол. Преломляющий угол призмы разводит белый свет в спектр, сильнее всего отклоняя фиолетовый. Угловая дисперсия δ зависит от угла призмы и числа Аббе материала.

• n зависит от λ
• Синий преломляется сильнее

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

Свет, входя в стеклянную призму, преломляется на каждой грани и выходит отклонённым от исходного направления. Меняет ли изменение угла падения на первой грани полное отклонение всегда в одну сторону?

Прогнозы для взвешивания

• Отклонение всегда растёт с углом падения.
• Нет — отклонение имеет минимум при некотором угле падения, а не простой рост или спад.
• Отклонение всегда убывает с углом падения.

Роли переменных

Что вы задали:

• Угол падения θ₁ (°)

Что вы измеряете:

• Полное отклонение δ (°)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет white-light-prism и нажмите «Сброс». У этой призмы из кронгласа преломляющий угол A = 60°, показатель n = 1.5.
2. Включите показание полного отклонения.
3. Задайте угол падения на первой грани для каждой пробы и запишите полное отклонение.

Определяющее уравнение

Отклонение призмой — δ = θ₁ + θ₄ − A

Луч, проходящий через призму, преломляется на обеих гранях. Суммарное отклонение объединяет оба поворота и собственный преломляющий угол призмы: δ = θ₁ + θ₄ − A, где θ₂ и θ₄ получаются из закона Снелла на каждой грани.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите θ₂ = asin(sin θ₁/n) (закон Снелла на первой грани); θ₃ = A − θ₂ (геометрия призмы); θ₄ = asin(n·sin θ₃) (закон Снелла на второй грани), затем δ = θ₁ + θ₄ − A. Сравните с таблицей.
• Объясните, почему отклонение — не простая монотонная функция угла падения: геометрия призмы (преломление на ДВУХ гранях) создаёт настоящий минимум при угле симметричного хода, разобранном в эксперименте min-deviation.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Белый свет содержит много длин волн, каждая со слегка разным показателем (дисперсия) — каждый цвет отклоняется на немного разную величину, веером разворачивая белый свет в видимый спектр. Этот эксперимент использует один представительный показатель; реальный белый свет расщепляется в радугу.
• Радуга образуется при преломлении и внутреннем отражении солнечного света в сферических каплях — геометрия сложнее, чем у плоской призмы, но движимая тем же принципом зависящего от длины волны преломления (дисперсией).

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

1. Добро пожаловать к призме с белым светом
2. Выберите призму
3. Нажмите Play
4. Белый свет расщепляется
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