[실험] 빛의 반사, 굴절

목차

1. 실험방법
실험 1-1 빛의 반사 실험
실험 1-2 오목 거울의 초점 및 곡률반경 구하기
실험 2 빛의 굴절 실험
결과 분석

2. 관찰 및 결과

3. 분석 및 토의

실험분석 및 결론
오차 분석

본문내용

°
14°
14°
20°
30°
20°
20°
30°
40°
26°
26°
40°
50°
31°
31°
48°
60°
36°
36°
59°
70°
40°
40°
74°
80°
42°
42°
x
90°
90°
90°
x
3. 분석 및 토의
그래프 첨부
sinθ1
sinθ2
0
0
0.173648
0.139173
0.34202
0.241922
0.5
0.34202
0.642788
0.438371
0.766044
0.515038
0.866025
0.587785
0.939693
0.642788
0.984808
0.669131
1
1
기울기 = 1.462 = n2
sinθ\'2
sinθ\'1
0
0
0.139173
0.173648
0.241922
0.34202
0.34202
0.5
0.438371
0.642788
0.515038
0.743145
0.587785
0.857167
0.642788
0.961262
0.669131
x
1
x
기울기 = 1.5 = n2
원통 렌즈의 굴절률
<표 7>의 1열과 2열 데이터
<표 7>의 3열과 4열 데이터
아크릴의 굴절률
1.462
1.5
1.481
<표 8. 렌즈의 굴절률>
질문 1. 실험 1의 결과, 빛의 반사 법칙은 성립하는가?
평면거울을 사용했을 때 입사각과 반사각이 정확히 일치했다. 이는 반사법칙이 성립함을 잘 보여준다. 하지만 오목거울이나 볼록거울로 실험했을 때 약간의 차이가 발생했는데 거울의 굴절로 인한 법선의 각이동으로 생겨난 결과로 볼수 있다.
질문 2. 오목 거울의 초점거리와 곡률반경의 관계는 어떻게 되는가?
이론상 초점거리는 곡률반경과 2배수 관계이다. 약간의 오차가 발생하였으나 근사값으로 만족했다.
R = 2f
질문 3. 빛의 굴절에 있어서 가역성이 성립하는가?
전반사가 일어나기 전까지 가역성을 만족하였다. 스넬의 법칙으로 전반사의 임계각을 계산하여 봤을 때 굴절률이 1.5의 임계각이 약 42°이므로 입사각이 42°이상이 되는 순간부터 전반사가 일어나 굴절된 빛을 반대편에서 볼 수 없게 되었다.
실험분석 및 결론
이번 실험은 실험과정이 상당히 단순하고 쉬운 실험이었다.
빛의 반사와 굴절 실험을 통해 알아낸 사실은 다음과 같다.
○ 반사각 실험
이론적으로 입사각과 반사각은 같은 값을 나타내야 한다. 이것을 반사의 법칙이라 하며, 이 법칙은 빛의 파장에 관계없이 성립할 뿐만 아니라, 두 매질이 어떤 매질이든지 항시 성립한다.
반사의 법칙 실험을 하면서 빛이 반사되는 각도를 재었을 때 오차도 발생하지 않았고 정확히 입사각과 반사각이 일치했다
○ 굴절각 실험
굴절은 매질이 다른 두 물질을 빛이 지날 때 나타난다. 그 이유는 매질이 바뀌면서 파장이 달라지고 식에 의해 빛의 속도가 달라지기 때문이다. 따라서 굴절 현상에 의해 빛이 휘는 것을 볼 수 있다.
굴절의 법칙 실험을 하면서 살펴본 입사각과 굴절각을 비교했을 때 입사각에 비해 굴절률의 변화율이 더 컸다. 그리고 미세한 실험을 위해 임계각을 찾으며 실험했고 40° 부근에서 임계각이 나타났다.
오차 분석
사람이 직접 수동으로 모든 것을 조작했기에 오차율이 나타날 수 밖에 없었다.
기기를 통한 측정이 아니라 각도기의 각을 보고 또 빛의 산란으로 인해 측정시 어려움이 있었고 가장 진하거나 또는 산란된 빛의 가운데 부분으로 근사치를 측정할 수 밖에 없어서 오차가 발생했다. 정밀하지 못했다고 할 수 있다.
반사 실험보다 굴절 실험에서 빛의 산란으로 인한 측정의 어려움을 더 느꼈다.
component 에 거울이나 렌즈를 정확하게 선에 일치시키지 못하여 오차가 발생하였을 수도 있다. 또 normal에 슬릿을 통과시킨 빛을 정확히 일치시키지 못해 역시 오차가 발생했을 수도 있다.
광원과 가리개, 빛 판이 완전히 일직선이 되어 있지 않아 오차가 생겼을 수도 있다. 사람의 눈으로 보는 한계가 있기 때문에 컴퓨터로 정밀하게 재지 않는한 오차율은 발생한다.
각의 증가로 빛 판을 회전시킬 때 빛 판 자체를 건들여 움직여 오차가 발생하였을 수도 있다.
거울이나 렌즈의 표면에 지문이나 땀이 묻어 빛의 산란, 회절, 간섭이 일어나 반사나 굴절의 측정값에 영향을 미쳤을 수도 있다.
렌즈의 밀도가 불순물이나 불규칙하여 빛이 투과될 때 오차가 발생하였을 수도 있다.
여러가지 오차원인이 존재할 수 있지만 가장 큰 문제는 수동으로 모든 실험을 조작해서일 가능성이 크다. 정밀한 측정기구의 사용과 기기의 오작동을 줄이고 균일한 매질 상태에서 이 실험을 한다면 오차율을 더욱 줄일 수 있을 것이다.

키워드

실험,   굴절,   빛,   반사