Optika

Tenký hranol (malý vrcholový uhol)

Tenký hranol (malý vrcholný uhol) odchyľuje svetlo len mierne — medza tenkého hranolu δ ≈ (n−1)·A.

Tenký hranol (malý vrcholový uhol) — interaktívna simulácia Optika. Tenký hranol (malý vrcholný uhol) odchyľuje svetlo len mierne — medza tenkého hranolu δ ≈ (n−1)·A. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.

Tenký hranol

Tenký hranol (malý vrcholový uhol) odchyľuje svetlo len mierne — medza tenkého hranolu δ ≈ (n−1)·A.

Pre veľmi malý vrcholový uhol A sa výchylka blíži k δ ≈ (n − 1)A — aproximácia tenkého hranolu používaná v predpisoch klinových okuliarov a jemných nastaveniach. Veľké výchylky vyžadujú hrubšie hranoly alebo vyšší index.

• δ ≈ (n−1)A
• Malý vrcholový uhol

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

Hranol s malým vrcholovým uhlom („tenký hranol“) vychyľuje svetlo len jemne. Zostáva výchylka zhruba konštantná naprieč rozsahom uhlov dopadu, na rozdiel od dramatickejšej krivky minimálnej výchylky hranolu so širokým vrcholom?

Predikcie na zváženie

• Výchylka sa stále dramaticky mení s uhlom dopadu, presne ako pri hranole so širokým vrcholom.
• Áno — pre tenký hranol je výchylka približne δ ≈ (n−1)A, zostávajúca takmer konštantná naprieč bežným rozsahom uhlov dopadu blízko kolmice.
• Tenký hranol produkuje v podstate nulovú výchylku.

Úlohy premenných

Čo nastavuješ:

• Uhol dopadu θ₁ (°)

Čo meriaš:

• Celková výchylka δ (°)

Ako skúmanie prebieha

1. Otvor predvolbu tenký hranol a stlač Resetovať. Tento tenký hranol má vrcholový uhol A = 30°, index n = 1.5.
2. Zapni odčítanie celej výchylky.
3. Nastav uhol dopadu pre každý pokus a zaznamenaj celkovú výchylku.

Riadiaca rovnica

Aproximácia tenkého hranola — δ = θ₁ + θ₄ − A

Pre hranol s malým vrcholovým uhlom A sa presný vzorec výchylky zjednoduší na δ ≈ (n−1)A, takmer nezávislý na uhle dopadu — limita malého uhla plného Snellovho výpočtu hranola.

Čo má študentov naučiť tlačiteľný list

• Pre jeden pokus vypočítaj θ₂ = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ₂, θ₄ = asin(n·sin θ₃), potom δ = θ₁ + θ₄ − A, s A = 30°, n = 1.5. Porovnaj s tabuľkou. Tiež vypočítaj aproximáciu tenkého hranola δ ≈ (n−1)A = 15° a pozri, ako blízko pristanú tvoje presné hodnoty.
• Vysvetli, prečo menší vrcholový uhol robí celkovú výchylku menej citlivou na presný uhol dopadu — aproximácia tenkého hranola δ ≈ (n−1)A úplne zahadzuje závislosť na uhle, platná keď A je malé.

Kde sa to objavuje mimo laboratória

• Tenké hranoly („optické kliny“) sa používajú v niektorých korekčných okuliaroch a diaľkomeroch presne preto, že ich takmer konštantná výchylka robí ich predvídateľnými a ľahko navrhovateľnými. Vysvetli, prečo prudko na uhol závislá výchylka hranola so širokým vrcholom by bola zlá voľba pre jednoduchý korekčný klin.
• Porovnaj svoj rozsah výchylky tu s omnoho širšími výkyvmi experimentu hranol s bielym svetlom. Vysvetli, prečo väčší vrcholový uhol zosilňuje závislosť výchylky na uhle, kým malý vrcholový uhol ju takmer odstraňuje.

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

1. Vitaj pri tenkom hranole
2. Vyber hranol
3. Stlač Prehrať
4. Malý uhol výchylky
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