Оптика

Мінімальне відхилення

При симетричному проходженні відхилення найменше — класичний спосіб виміряти показник заломлення скла.

Мінімальне відхилення — інтерактивне моделювання: Оптика. При симетричному проходженні відхилення найменше — класичний спосіб виміряти показник заломлення скла. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Мінімальне відхилення

При симетричному проходженні відхилення найменше — класичний спосіб виміряти показник скла.

Коли шлях променя крізь призму симетричний, відхилення мінімальне, а геометрія спрощується для вимірювання показника заломлення. Спектрометри часто підлаштовуються на цей кут для точного визначення n(λ).

• Симетричний прохід
• Виміряйте показник заломлення n

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Промінь крізь призму досягає найменшого можливого кута відхилення на одному особливому куті падіння — симетричному проходженні, де промінь усередині призми йде паралельно основі. Чи має призма з ширшим преломним кутом більше мінімальне відхилення?

Прогнози для зважування

• Так — більший преломний кут загалом сильніше відхиляє промінь, даючи більше мінімальне відхилення.
• Більший преломний кут дає менше мінімальне відхилення.
• Мінімальне відхилення не залежить від преломного кута.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Преломний кут A (°)

Що ви вимірюєте:

• Мінімальне відхилення δ_min (°)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет min-deviation та натисніть «Скинути». Ця призма 60°/n=1.5 встановлена на кут падіння симетричного проходження, що мінімізує відхилення.
2. Увімкніть показ відхилення.
3. Задайте преломний кут для кожного заміру (показник n = 1.5 фіксований), потім обертайте призму — тягніть повзунок нахилу — доки показ відхилення не перестане падати й не почне знову зростати. Запишіть це найменше значення: це мінімальне відхилення для того преломного кута.

Керівне рівняння

Формула мінімального відхилення — n = sin((A+δmin)/2) / sin(A/2)

На куті падіння, що дає симетричне проходження (промінь паралельно основі всередині призми), відхилення сягає мінімуму: δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A. Цей особливий кут використовується експериментально для точного вимірювання показника заломлення призми.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть δ_min = 2·asin(n·sin(A/2)) − A з n = 1.5. Порівняйте з таблицею.
• Поясніть, чому симетричне проходження (промінь, що йде паралельно основі призми всередині скла) дає найменше можливе відхилення для даного преломного кута та показника — будь-який інший кут падіння дає БІЛЬШЕ відхилення, не менше.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Формулу мінімального відхилення можна інвертувати, щоб ВИМІРЯТИ показник заломлення скла з преломного кута та виміряного мінімального відхилення: n = sin((A+δ_min)/2)/sin(A/2). Це класична техніка призмового спектрометра. Чому експериментальне знаходження мінімуму (повільним обертанням призми зі стеженням, де відхилення перестає спадати) може бути надійнішим, ніж вимірювання під довільним кутом падіння?
• Призма з більшим преломним кутом розгортає біле світло у ширший спектр. Поясніть, використовуючи ваш зв'язок δ_min-від-A, чому розробники спектрометрів можуть обирати більший преломний кут, коли потрібна краща роздільність за довжиною хвилі.

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

1. Вітаємо в мінімальному відхиленні
2. Виберіть призму
3. Натисніть «Запустити»
4. Симетричне проходження
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Закон Снелла