Minimal avvikelse: Symmetrisk passage genom ett prisma

1 · Förutsäg

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?

• 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.

2 · Uppbyggnad

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.

3 · Samla data

Rita δ_min (y-axeln) mot spetsvinkeln A (x-axeln) för dina tre försök. Är linjen rak?

4 · Analysera

1. Beräkna för ett försök δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A med n = 1.5. Jämför med tabellen.
2. 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.

5 · Utvidga

1. 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?
2. 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.

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik