평판의 굴절률 측정 (반사광에 의한 굴절률 측정, 투과광에 의한 굴절률 측정)

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본문내용

사한 빛과 후면에서 반사한 다음 투과한 빛의 사이에 벗어난 거리가 d라면, 굴절각, θ'와 유리판의 굴절률 n'는 다음과 같이 얻어진다.
………… ( )
(굴절법칙에 따라 굴절광선은 입사평면에 놓여 있으며 다음의 관계식을 만족합니다.)
2. 실험기구 및 장치
광학용 레일 1개, 반도체 레이저와 잡게 각 1개, 실틈 1개, 투명 평판 1개, 각도판 1개, 눈금스크린 1개, 렌즈 잡게 3개, 포스트와 잡게 3개, 캐리어 3게
3. 실험방법
실험판에 광학용 레일을 M6나사를 이용하여 흔들리지 않게 고정한다.
그림 ６와 같이, 광학용 레일의 맨 왼쪽 끝에 레이저를 놓고, 그 앞에 실틈을 두고, 레일의 맨 오른쪽에 각도판을 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.
회전판의 중심선에 투명 평판의 면을 일치시키고, 수직선을 각도판의 0도에 일치시킨다.
반사광이 실틈으로 되돌아 들어가도록 각도판을 미세 조절하고 고정한다.
입사각을 증가시키고, 전면에서 반사한 빛과 뒷면에서 반사한 빛 사이의 거리를 측정하여 기록한다.
입사각을 변화시키면서 실험을 반복한다.
4. 측정값
t=4.94mm
입사각 Θ
d
굴절각 Θ`
굴절률
40˚
3.6mm
25.4˚
1.496
45˚
3.75mm
28.2˚
1.496
50˚
3.7mm
30.2˚
1.522
60˚
3.5mm
35.3˚
1.498
65˚
3mm
35.7˚
1.553
5. 실험결과
이 실험도 투과광을 이용한 실험과 같이 미지의 물체의 굴절률을 잴 수 있는 실험이었다. 이 실험도 마찬가지로 오차는 적지만, 각 측정값마다 변화가 큰걸 알 수 있다. 이 이유는, 각도의 변화에 따라 d가 너무나도 적게 변해 우리의 눈으로 정확한 값을 측정할 수 가 없기 때문이었다. 따라서, 이 실험을 개선하기 위해서는 어떻게 해서든 d값을 더 정밀하게 측정할 수 있는 무언가가 필요하다. 예를 들어, 빛을 감지하여 그 두 빛 사이의 거리를 측정할 수 있는 기구를 사용하면 더 정밀한 측정을 할 수 있을 것이다.
오차율
굴절률의 이론값은 1.522이다.
굴절률의 실험값은 1.513이다.
따라서 오차율은 0.6%이다.
6. 토론 및 토의
반사광을 이용한 실험에서 sinΘ와 sinΘ`에 관한 그래프를 얻고, 평판의 굴절률을 계산한다.
왼쪽 그래프에서의 기울기는 sinΘ/sinΘ`이고, 식에 따라서 n`=nsinΘ/sinΘ`이다. 따라서, 왼쪽 그래프의 기울기의 역수가 평판의 기울기가 된다.
-각각의 방법으로 구한 결과를 비교한다.
투과광을 이용해서 굴절률을 측정하면 오차 값이 2%가 나오고, 반사광을 이용하여 굴절률을 측정하면 오차 값이 0.6%가 나온다. 하지만, 반사광을 이용하여 측정할 때 이론값보다 클 때와 작을 때가 섞여서 나왔으므로, 비록 반사광의 오차 값이 적더라도 투과광 실험의 오차 값이 더 적음을 알 수 있다. 위 그래프에서 볼 수 있듯이 약간 부자연스럽게 직선이 꺾이는 위치가 있다.
□ 참고문헌
빛과 광기술
실험메뉴얼(굴절과 반사 실험)
http://image.scienceall.com/lab/new_javalab/2008/principle_of_light_refraction/principle_of_light_refraction.html
http://physica.gsnu.ac.kr/phtml/optics/light/reflect/reflect.html

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