[광학실험] 프리즘의 굴절률 측정

소개글

[광학실험] 프리즘의 굴절률 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

광학실험 - 프리즘의 굴절률 측정

1. 실험 목적

2. 실험 원리

3. 실험재료 및 도구

4. 실험방법
# 분광계 정열( 그림 1 )
# 프리즘의 꼭지각 측정 ( 그림 2 )
# 최소편이각 측정법

5. 실험결과 및 질문

7. 토 의

본문내용

64.917
3회
69.917
294.75
135.167
67.5835
4회
68.317
294.583
133.734
66.867
5회
68.267
294.75
133.517
66.7585
평균
68.990
295.377
133.613
66.807
여기서 값은 입사각이 아닌 처음 테이블 위치의 상대적인 각도이다.
따라서 입사각 는
= 360° - 295.377 ( 의 평균값 ) = 64.623 이다.
따라서 와 ‘ 사이의 각은
= 68.990 + 64.623 = 133.613 = 2A 이다.
(2) Table이 움직인 각 을 측정하면 이것은 입사각이 아닌, 처음 table 위치에 대한 상대적인 각도가 된다. 이 각을 라고 하자. 이때 에 대해 망원경이 움직인 각 δ의 그래프를 그려보자. 더 나아가 가능하다면 입사각 을 정확히 측정할 수 있는 방법을 제시하여라
실험에서 나온 데이터를 이용해 A와 n을 이용해서 를 구해보도록 하자
과 의 차이를 라 하면
= 이다.
여기서 n 값은
이다.
n 값을 구하기 위해 우리는 최소편이각 = 355.033-332.083=22.95 을 실험으로 측정했다.
n 값을 구하는 공식에 를 대입하면,
n = = ≒ 1.284
∴ = A=66.807 , 64.623
= 23.516 - 66.807
= -43.291
43.291
(3) 최소편이 각 을 구할 때 프리즘의 꼭지점을 분광계 테이블의 중심에 놓지 않으면 측정값이 어떻게 변하겠는가?(실험해보자)
→ 프리즘의 꼭지점을 분광계 테이블의 중심에 놓지 않으면, 우선 입사각이 잘못 측정되었다는 것이다.
에서,
각 는 보다 작고 대칭적인 식들을 만족하기 때문에 위의 식들은 일 때에만 동시에 만족된다.
위 식에서 이면 편이 각은 다음과 같이 구할 수 있다.
그러므로 편이 각은 일 때 최소값 을 가지며 이 때
을 구할 수 있다.
입사각이 잘못 측정되면, 최종적으로 의 값에 오차를 만들게 된다.
(4) 시준(collimation)이 잘 되지 않으면 어떤 오차가 발생하는가? 이 실험에서 측정한 유리의 굴절률 값은 소수 몇 자리까지 정확한가? 공기의 굴절률을 고려해야 하나? (공기의 굴절률은 표준조건 하에서 1.0003 으로 알려져 있다.)
시준이 잘되지 않은 경우 꼭지각이 제대로 측정되지않는다. 굴절률을 측정시 꼭지각이 필요한 값이므로 굴절률까지 틀리게 나오게 된다.
(5) 프리즘의 분산이 있는 이유는 무엇인가? (유리 혹은 투명체의 굴절률이 파장에 따라 다른 이유)
빛 속에는 여러가지 색들이 포함되어있는데 색깔에 따라 진동수가 다르다. 자외선쪽으로 갈수록 진동수가 커 에너지가 크고, 적외선 쪽으로 갈수록 진동수가 작고 에너지도 작다.
그런데 같은 매질 속에서 각각의 속력이 동일한 이유는 바로 파장에 있다. 파동의 속력은 파장과 진동수의 곱으로 표현되는데, 진동수가 큰 자외선은 파장이 짧고, 진동수가 작은 적외선은 파장이 길다. 결국 속력이 같아지는 것이 된다.
그렇다면 부산은 왜 일어나는가?
그 이유는 프리즘의 내부에서 빛의 색깔에 따라 빛의 속력이 달라지기 때문이다.
그런데 앞서 말할떼는 같은매질속에서는 속력이 같다고 했는데 어째서 같은 프리즘의 내부에서 속력이 다르다고 하는가 하는 의문점을 가질수 있다.
그러나 답은 굴절이라는 현상에 있다. 빛은 파장이 다양한 여러가지 색의 빛으로 이루어져 있는데, 파동이 어떤 매질에서 다른 매질로 이동하게 되면 굴절이라는 현상이 일어난다. 그 과정에서 파장에 따라 굴절하는 정도가 다르게 되기 때문이다.
하지만 진동수는 고유값한 값으로 굴절을 하여도 진동수는 변하지 않는다.
굴절하는 정도가 다르다는 것은 결국 속력이 달라짐을 의미한다.
결론적으로 프리즘 내에서 색깔마다 속력이 달라서 굴절되는 정도가 다르기 때문에 빛의 분산 현상이 일어나게 된다.
7. 토 의
이번 실험은 프리즘을 이용한 빛의 굴절과 분산현상을 시험해 보고 또한 빛이 프리즘을 통과할 때 발생하는 최소편이각을 구해보는 실험이었다. 실험시 프리즘 테이블 위에 다른 분들이 프리즘을 놓을 위치를 작도해 놓아서 참고하여서 실험을 수행하였지만 역시나 정확한 위치에 프리즘을 놓지 못한점이 아쉬움에 남는다. 그리고 최소편이각을 구할 때, 오렌지색 선이 반대 방향으로 움직이기 시작하는 시점의 망원경의 위치를 읽는 것이 상당히 애매하였다. 이러한 점이 오차의 원인이라고 볼 수 있다.
그리고 최소편이각을 구하는 과정에서의 오차, 값이 (-)값이 나왔다. 그로 인해, 다른 값과 그래프를 그릴 수 없었다.

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