Optika

Minimálna výchylka

Pri symetrickom prechode je odchýlka najmenšia — klasický spôsob merania indexu skla.

Minimálna výchylka — interaktívna simulácia Optika. Pri symetrickom prechode je odchýlka najmenšia — klasický spôsob merania indexu skla. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.

Minimálna výchylka

Pri symetrickom prechode je výchylka najmenšia — klasický spôsob merania indexu skla.

Keď je dráha lúča hranolom symetrická, výchylka je minimalizovaná a geometria sa zjednoduší na meranie indexu lomu. Spektrometre sa často nastavujú na tento uhol pre presné určenie n(λ).

• Symetrický prechod
• Meraj index n

Prehľad skúmania

Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória

Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.

Hlavná otázka

Lúč hranolom dosahuje svoj najmenší možný uhol výchylky pri jednom špeciálnom uhle dopadu — symetrickom prechode, kde lúč vnútri hranola cestuje rovnobežne s jeho základňou. Má hranol so širším vrcholom väčšiu minimálnu výchylku?

Predikcie na zváženie

• Áno — väčší vrcholový uhol ohýba lúč celkovo viac, dávajúc väčšiu minimálnu výchylku.
• Väčší vrcholový uhol dáva menšiu minimálnu výchylku.
• Minimálna výchylka nezávisí na vrcholovom uhle.

Úlohy premenných

Čo nastavuješ:

• Vrcholový uhol A (°)

Čo meriaš:

• Minimálna výchylka δ_min (°)

Ako skúmanie prebieha

1. Otvor predvolbu minimálna výchylka a stlač Resetovať. Tento hranol 60°/n=1.5 je nastavený na svoj uhol dopadu symetrického prechodu, ktorý minimalizuje výchylku.
2. Zapni odčítanie výchylky.
3. Nastav vrcholový uhol pre každý pokus (index n = 1.5 pevný), potom otáčaj hranolom — ťahaj jazdec náklonu — kým odčítanie výchylky neprestane klesať a nezačne znova stúpať. Zaznamenaj tú najmenšiu hodnotu: je to minimálna výchylka pre ten vrchol.

Riadiaca rovnica

Vzorec minimálnej výchylky — n = sin((A+δmin)/2) / sin(A/2)

Pri uhle dopadu dávajúcom symetrický prechod (lúč rovnobežný so základňou vnútri hranola) výchylka dosahuje minimum: δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A. Tento špeciálny uhol sa experimentálne používa na presné meranie indexu lomu hranola.

Čo má študentov naučiť tlačiteľný list

• Pre jeden pokus vypočítaj δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A s n = 1.5. Porovnaj s tabuľkou.
• Vysvetli, prečo symetrický prechod (lúč cestujúci rovnobežne so základňou hranola vnútri skla) dáva najmenšiu možnú výchylku pre daný vrcholový uhol a index — akýkoľvek iný uhol dopadu produkuje VÄČŠIU výchylku, nie menšiu.

Kde sa to objavuje mimo laboratória

• Vzorec minimálnej výchylky sa dá invertovať na MERANIE indexu lomu skla z vrcholového uhla a nameranej minimálnej výchylky: n = sin((A+δ_min)/2)/sin(A/2). To je klasická technika hranolového spektrometra. Prečo môže byť experimentálne nájdenie minima (pomalým otáčaním hranola a sledovaním, kde výchylka prestane klesať) spoľahlivejšie než meranie pri ľubovoľnom uhle dopadu?
• Hranol s väčším vrcholovým uhlom rozkladá biele svetlo do širšieho spektra. Vysvetli pomocou svojho vzťahu δ_min verzus A, prečo návrhári spektrometrov môžu zvoliť väčší vrcholový uhol, keď potrebujú jemnejšie rozlíšenie vlnových dĺžok.

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

1. Vitaj pri minimálnej výchylke
2. Vyber hranol
3. Stlač Prehrať
4. Symetrický prechod
5. Otvor panel Vlastnosti
6. Zvládol si to!

Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.

Otvoriť interaktívne laboratórium →

Stiahnuť pracovný list →

Snellov zákon lomu