Оптика

Тонка (малий преломний кут) призма

Тонка призма (малий преломний кут) відхиляє світло лише трохи — межа тонкої призми δ ≈ (n−1)·A.

Тонка (малий преломний кут) призма — інтерактивне моделювання: Оптика. Тонка призма (малий преломний кут) відхиляє світло лише трохи — межа тонкої призми δ ≈ (n−1)·A. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Тонка призма

Тонка призма (малий преломний кут) відхиляє світло лише трохи — межа тонкої призми δ ≈ (n−1)·A.

Для дуже малого преломного кута A відхилення наближається до δ ≈ (n − 1)A — наближення тонкої призми, що використовується в клинових рецептах окулярів та точних підлаштуваннях. Великі відхилення вимагають товстих призм чи вищого показника.

• δ ≈ (n−1)A
• Малий кут при вершині

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

Призма з малим преломним кутом («тонка призма») відхиляє світло лише м'яко. Чи лишається відхилення приблизно сталим у діапазоні кутів падіння, на відміну від драматичнішої кривої мінімального відхилення ширококутної призми?

Прогнози для зважування

• Відхилення досі драматично змінюється з кутом падіння, як у ширококутної призми.
• Так — для тонкої призми відхилення приблизно δ ≈ (n−1)A, лишаючись майже сталим у типовому діапазоні кутів падіння біля нормалі.
• Тонка призма дає по суті нульове відхилення.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Кут падіння θ₁ (°)

Що ви вимірюєте:

• Повне відхилення δ (°)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет small-apex-prism та натисніть «Скинути». Ця тонка призма має преломний кут A = 30°, показник n = 1.5.
2. Увімкніть показ повного відхилення.
3. Задайте кут падіння для кожного заміру та запишіть повне відхилення.

Керівне рівняння

Наближення тонкої призми — δ = θ₁ + θ₄ − A

Для призми з малим преломним кутом A точна формула відхилення спрощується до δ ≈ (n−1)A, майже незалежно від кута падіння — межа малих кутів повного розрахунку призми за Снеллом.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть θ₂ = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ₂, θ₄ = asin(n·sin θ₃), потім δ = θ₁ + θ₄ − A, з A = 30°, n = 1.5. Порівняйте з таблицею. Також обчисліть наближення тонкої призми δ ≈ (n−1)A = 15° і подивіться, наскільки близько ваші точні значення лежать.
• Поясніть, чому менший преломний кут робить повне відхилення менш чутливим до точного кута падіння — наближення тонкої призми δ ≈ (n−1)A взагалі відкидає залежність від кута, чинне коли A малий.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Тонкі призми («оптичні клини») використовують у деяких коригувальних окулярах та далекомірах саме тому, що їх майже стале відхилення робить їх передбачуваними та легкими для проєктування. Поясніть, чому різко залежне від кута відхилення ширококутної призми було б поганим вибором для простого коригувального клина.
• Порівняйте ваш діапазон відхилення тут з набагато ширшими коливаннями експерименту white-light-prism. Поясніть, чому більший преломний кут підсилює залежність відхилення від кута, тоді як малий преломний кут майже її усуває.

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

1. Вітаємо в тонкій призмі
2. Виберіть призму
3. Натисніть «Запустити»
4. Малий кут відхилення
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