기초 광 실험 보고서 - 굴절과 반사 실험 (스넬의 굴절 법칙)

소개글

기초 광 실험 보고서 - 굴절과 반사 실험 (스넬의 굴절 법칙)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

없음

본문내용

을 정렬한다.
각도판의 중심선에 실핀을　끼우고, 각도판의 외부회전판에 스크린을 세운다.
외부회전판을 각도판의 0-0선에 일치시키고, 레이저광의 중심에 실핀이 놓이도록 레이저를 정렬하고, 회전 어덥터의 고정나사를 푼다.
각도판 전체를 회전시켜 스크린 중심선에 실핀의 그림자가 놓이도록 정렬하고 회전 어덥터를 고정한 후, 실핀을 제거한다.
평면 거울면을 내부 회전판의 중심선에 일치시키고, 거울면의 수직선을 각도판의 0도에 일치시킨다.
입사한 광선이 거울에 반사하여 되돌아가도록 각도판을 미세하게 조정한다.
안쪽 회전판을 10도씩 시계방향으로 회전시키면서, 입사각과 반사각을 측정하여 기록한다.
5)측정값
반사각(도)
입사각(도)
10
10
20
20
30
30
40
40
50
50
60
60
70
70
80
80
6) 실험결과
위의 실험값을 매트랩으로 그리면 아래와 같은 그래프가 나온다.
따라서 이 실험을 통해 입사각과 반사각은 같다는 것을 알아냈다.
-오차율 0%
7) 토론 및 토의
이 실험은 가장 기본적이며 쉬운 실험이었다. 따라서, 오차가 거의 없는 실험이며 만약 오차가 있다면, 레이저의 빛이 평면거울의 수선의 발이 되지 못한 것이다. 따라서, 정확히 수직을 맞출 수 있도록 세밀하게 조정을 해야한다.
참고문헌
실험매뉴얼
[네이버 지식백과] 반사의 법칙 [law of reflection, 反射-法則] (광용어사전, 2011.1.15, 일진사)
[2] 스넬의 굴절 법칙
1. 실험목적
: 성질이 다른 매질의 경계에서 일어나는 굴절현상을 관찰하고 스넬의 법칙을 검증한다.
2. 실험원리
: 매질의 굴절률은 진공 속의 광속을 매질 속의 광속으로 나눈 값으로 항상 1보다 크다. 굴절률이 다른 두 매질의 경계에 광이 도달하면 일부분은 반사하여 처음 매질로 되돌아 오고, 일부분은 두 번째 매질로 굴절되어 들어간다.
그림 3과 같이, 굴절률이 작은 매질에서 큰 매질로 광이 입사할 때, 입사각, θ와 굴절각, θ‘ 사이의 관계식은 다음과 같다.
nsinθ=n'sinθ'
이 식을 굴절법칙 또는 스넬의 법칙이라고 한다.
(증명)
c에 도착하는 총 시간 :
,
,
3. 실험기구 및 장치
: 광학용 레일 1개, 반도체 레이저와 잡게 1개, 실틈 1개, 반원통형 렌즈 1개, 반원통형 물렌즈 1개, 각도판 1개, 눈금 스크린 1개, 렌즈 잡게 2개, 포스트와 잡게 3개, 캐리어 3개
4. 실험방법
실험판에 광학용 레일을 M6나사를 이용하여 흔들리지 않게 고정한다.
그림 4와 같이, 광학용 레일의 맨 왼쪽 끝에 레이저를 놓고, 그 앞에 실틈을 두고, 레일의 맨 오른쪽에 각도판을 정렬한다.
회전판의 중심선에 반원통형 렌즈의 평면을 맞추고, 수직선을 각도판의 0-0선에 일치시킨다.
레이저를 켜고, 반원통형 렌즈 표면에서 반사한 광은 실틈과 일치하고, 투과한 광은 눈금 스크린의 중앙에 입사하도록 각도판을 미세 정렬한 후, 각도판을 고정한다.
회전판을 10도씩 회전시키면서. 굴절각을 측정하여 기록한다.
이를 여러 번 반복한다.
반원통형 렌즈를 물렌즈로 교체한 후, ③~⑥을 반복 한다.
5. 측정값
- 반원통형 렌즈 사용
입사각(도)
반사각(도)
10
6.7
20
13.3
30
20.5
40
26.5
50
31
60
37
70
39.5
80
40.5
-물 사용
반사각(도)
입사각(도)
10
7.8
20
15.4
30
22.5
40
29
50
35.5
60
41.5
70
45
80
47.6
6) 실험결과
위의 실험결과를 이용하여 그래프를 그리면 아래와 같은 결과가 나온다
-반원통형 렌즈
-물일 경우
따라서, 위의 실험결과를 통해 임을 실험적으로 밝혀냈다.
- 오차율: 물을 사용하였을 경우에는 오차율은 1.3%이고, 반원통형 렌즈를 사용하였을 경우에도 오차율은 1.3%이다. (매트랩으로 계산)
7)토론 및 토의
이 실험도 첫 번째 실험과 마찬가지로 오차가 거의 없는 실험이었다. 오차가 있었다면, 분명히 기구의 미세한 조정이 필요할 것이다. 특히, 우리가 실험할 때도 캐리어가 제대로 고정이 안되거나 흔들흔들 거리는 경우에 빛이 정확하게 들어오지 못했다. 따라서, 정밀한 실험 기구의 배치가 필요하다. 이 실험을 통해서 우리는 스넬의 굴절 법칙을 실험적으로 증명 할 수 있었고, 더 심화되어 나가서 매질1에서와 매질2에서의 속도와 파장사이의 관계 식도 유도 해 낼 수 있다.
참고문헌
실험메뉴얼
http://www.instant-analysis.com/Principles/refraction-proof.htm

키워드

스넬의 법칙,   기초 광 실험,   실험 보고서,   광전자공학,   빛,   광