Optik

Minimal avvikelse

Vid symmetrisk genomgång är avvikelsen minst — det klassiska sättet att mäta ett glas brytningsindex.

Minimal avvikelse — interaktiv Optik-simulering. Vid symmetrisk genomgång är avvikelsen minst — det klassiska sättet att mäta ett glas brytningsindex. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.

Minimal avvikelse

Vid symmetrisk passage är avvikelsen minst — det klassiska sättet att mäta ett glas index.

När strålgången genom prisman är symmetrisk minimeras avvikelsen och geometrin förenklas för att mäta brytningsindex. Spektrometrar ställs ofta in på denna vinkel för noggrann bestämning av n(λ).

• Symmetrisk passage
• Mät index n

Undersökningsblad

Planera frågan innan du öppnar labbet

Sammanfattningen speglar den förrenderade sidan: drivande fråga, konkurrerande förutsägelser, variablernas roller, styrande lagar, uppställning, analys- och utvidgningsfrågor förblir synliga och i den här ordningen.

Drivande fråga

En stråle genom ett prisma uppnår sin minsta möjliga avvikelsevinkel vid en särskild infallsvinkel — symmetrisk passage, där strålen inuti prismat färdas parallellt med dess bas. Har ett prisma med större spetsvinkel en större minimal avvikelse?

Förutsägelser att väga

• Ja — en större spetsvinkel böjer strålen mer totalt sett, vilket ger en större minimal avvikelse.
• En större spetsvinkel ger en mindre minimal avvikelse.
• Minimal avvikelse beror inte på spetsvinkeln.

Variablernas roller

Det du ställer in:

• Spetsvinkel A (°)

Det du mäter:

• Minimal avvikelse δ_min (°)

Så går undersökningen till

1. Öppna förinställningen Minimal avvikelse och tryck på Återställ. Detta 60°/n=1.5-prisma är inställt på sin infallsvinkel för symmetrisk passage, som minimerar avvikelsen.
2. Aktivera avläsningen av avvikelsen.
3. Ställ in spetsvinkeln för varje försök (index n = 1.5 fixerat), rotera sedan prismat — dra lutningsreglaget — tills avläsningen av avvikelsen slutar sjunka och börjar stiga igen. Notera det minsta värdet: det är den minimala avvikelsen för den spetsvinkeln.

Styrande ekvation

Formeln för minimal avvikelse — n = sin((A+δmin)/2) / sin(A/2)

Vid den infallsvinkel som ger symmetrisk passage (strålen parallell med basen inuti prismat) når avvikelsen sitt minimum: δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A. Denna speciella vinkel används experimentellt för att mäta ett prismas brytningsindex med hög precision.

Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut

• Beräkna för ett försök δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A med n = 1.5. Jämför med tabellen.
• Förklara varför symmetrisk passage (strålen färdas parallellt med prismats bas inuti glaset) ger minsta möjliga avvikelse för en given spetsvinkel och ett givet index — varje annan infallsvinkel ger MER avvikelse, inte mindre.

Var det här syns utanför labbet

• Formeln för minimal avvikelse kan vändas för att MÄTA ett glas brytningsindex utifrån en spetsvinkel och en uppmätt minimal avvikelse: n = sin((A+δ_min)/2)/sin(A/2). Detta är den klassiska prismaspektrometertekniken. Varför kan det vara mer pålitligt att hitta minimum experimentellt (genom att långsamt rotera prismat och se var avvikelsen slutar minska) än att mäta vid en godtycklig infallsvinkel?
• Ett prisma med större spetsvinkel breder ut vitt ljus i ett bredare spektrum. Förklara, med hjälp av ditt samband mellan δ_min och A, varför konstruktörer av spektrometrar kan välja en större spetsvinkel när de behöver finare våglängdsupplösning.

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

1. Välkommen till Minsta avvikelse
2. Välj prisman
3. Tryck på Spela upp
4. Symmetrisk passage
5. Öppna panelen Egenskaper
6. Klart!

Öppna den interaktiva simuleringen för att bygga scenen, tryck på Spela och utforska med mätningar i realtid och en guidad genomgång.

Öppna interaktivt labb →

Ladda ner labblad →

Snells brytningslag