Ett tunt prisma: Småvinkelapproximationen

1 · Förutsäg

Ett prisma med liten spetsvinkel (ett 'tunt prisma') avviker ljuset bara svagt. Förblir avvikelsen ungefär konstant över ett intervall av infallsvinklar, till skillnad från ett bredspetsigt prismas mer dramatiska kurva med minimal avvikelse?

• Avvikelsen varierar fortfarande dramatiskt med infallsvinkeln, precis som för ett prisma med stor spetsvinkel.
• Ja — för ett tunt prisma är avvikelsen ungefär δ ≈ (n−1)A och förblir nästan konstant över ett typiskt intervall av infallsvinklar nära normalen.
• Ett tunt prisma ger i princip noll avvikelse.

2 · Uppbyggnad

1. Öppna förinställningen Tunt prisma och tryck på Återställ. Detta tunna prisma har spetsvinkeln A = 30°, index n = 1.5.
2. Aktivera avläsningen av totala avvikelsen.
3. Ställ in infallsvinkeln för varje försök och notera den totala avvikelsen.

3 · Samla data

Rita avvikelsen δ (y-axeln) mot infallsvinkeln θ₁ (x-axeln) för dina tre försök. Är kurvan mycket plattare än i white-light-prism-experimentet?

4 · Analysera

1. Beräkna för ett försök θ₂ = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ₂, θ₄ = asin(n·sin θ₃), sedan δ = θ₁ + θ₄ − A, med A = 30°, n = 1.5. Jämför med tabellen. Beräkna också tunnprismaapproximationen δ ≈ (n−1)A = 15° och se hur nära dina exakta värden ligger.
2. Förklara varför en mindre spetsvinkel gör den totala avvikelsen mindre känslig för den exakta infallsvinkeln — tunnprismaapproximationen δ ≈ (n−1)A tappar vinkelberoendet helt, och är giltig när A är liten.

5 · Utvidga

1. Tunna prismor ('optiska kilar') används i vissa korrigerande glasögon och i avståndsmätare just för att deras nästan konstanta avvikelse gör dem förutsägbara och lätta att konstruera med. Förklara varför ett bredspetsigt prismas skarpt vinkelberoende avvikelse skulle vara ett dåligt val för en enkel korrigerande kil.
2. Jämför ditt avvikelseintervall här med white-light-prism-experimentets mycket bredare svängningar. Förklara varför en större spetsvinkel förstärker avvikelsens vinkelberoende, medan en liten spetsvinkel nästan eliminerar det.

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik