Оптика

Водяна призма (веселка)

Вода (n≈1.33) диспергує значно менше за скло — ніжне розсіювання, що малює веселку.

Водяна призма (веселка) — інтерактивне моделювання: Оптика. Вода (n≈1.33) диспергує значно менше за скло — ніжне розсіювання, що малює веселку. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Дисперсія води

Вода (n≈1.33) диспергує значно менше за скло — ніжне розсіювання, що малює веселку.

Скромний показник води (≈1.33) та низька дисперсія дають ніжний спектр — фізика природних веселок, де крихітні краплі води діють як призми. Менше розсіювання, ніж у скла, але достатньо, щоб видимo розділити кольори.

• n ≈ 1.33
• М'який веселковий розкид

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

Вода має нижчий показник заломлення (n ≈ 1.33), ніж скло. Чи відхиляє наповнена водою призма світло менше, ніж еквівалентна скляна призма?

Прогнози для зважування

• Так — нижчий показник води означає менше заломлення на кожній грані, тож менше повне відхилення, ніж у скляної призми з тим самим преломним кутом.
• Водяна призма відхиляє світло більше, ніж скло.
• Відхилення те саме незалежно від показника середовища.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Кут падіння θ₁ (°)

Що ви вимірюєте:

• Повне відхилення δ (°)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет water-prism та натисніть «Скинути». Ця заповнена водою призма має преломний кут A = 60°, показник n = 1.33.
2. Увімкніть показ повного відхилення.
3. Задайте кут падіння для кожного заміру та запишіть повне відхилення.

Керівне рівняння

Нижчопоказникові середовища відхиляють менше — δ = θ₁ + θ₄ − A

Показник заломлення води (1.33) нижчий за типове скло (1.5–1.66), тож водяна призма заломлює світло слабше на кожній грані — менше повне відхилення δ = θ₁ + θ₄ − A за того ж преломного кута та падіння.

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 n = 1.33. Порівняйте з таблицею.
• Порівняйте ваші значення відхилення з експериментом white-light-prism (той самий преломний кут, вищий показник). Поясніть, чому нижчий показник води дає менше відхилення на кожному відповідному куті падіння.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Веселка — це по суті мільйони крихітних сферичних «призм»-крапель води, що заломлюють та внутрішньо відбивають сонячне світло. Поясніть, чому відносно скромна дисперсія води (порівняно зі склом) досі дає видимий, хоч трохи менш яскравий спектр у веселці.
• У цьому експерименті flint-prism (n≈1.66), white-light-prism/коронне скло (n=1.5) та water-prism (n=1.33) утворюють чіткий тренд: густіші оптичні середовища сильніше диспергують та відхиляють світло. Поясніть, чому цей тренд слідує тій самій фізиці, що й тренд критичного кута в експерименті tir.

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

1. Вітаємо у водяній призмі
2. Виберіть призму
3. Натисніть «Запустити»
4. Ніжне розсіювання у воді
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