광학실험 보고서 -빛의 굴절 법칙2

목차

1. 목적
2. 이론적 배경
3. 실험방법 및 결과
4. 실험 결과 값의 계산
5. 검토 및 토의
6. 결론

본문내용

빛이 반대 방향 (진한 매질에서 공기로) 진행 할 때 굴절의 법칙이 일치하는지 확인하고 전반사의 원리를 알아본다.

이론적 배경
광선이 광학매질 a로부터 매질 b로 분리된 경계면을 지날 때, 광선의 진로는 굽어진다. 굴절광선은 법선쪽으로 굽어진다. 입사각을 α , 굴절각을 α^' 라고 한다. 스넬의 법칙에 따르면 입사각과 굴절각의 정현의 비는 어떤 상수와 같고, 그 상수는 두 물질의 성질과 빛의 파장에 따라 달라진다. 그리고 입사광선, 굴절광선, 면의 법선은 모두 동일한 입사면 상에 있다. sin⁡α/sin⁡〖α^' 〗 =n_ab=V_a/V_b 상수 n_ab는 상대굴절률이며, 매질 a의 광속 v_a와 매질 b의 광속 v_b의 비율이다. 광선이 여러 매질을 지나면서 굴절되었다가 마지막에 거울 면에 수직으로 입사하면 반사된 광선은 원래의 경로를 따라 다시 돌아가게 된다. 광선이 a에서 b로 갈 때의 굴절률 n_ab는 서로 역수이다. sinα/(sinα^' )=n_ab (sinα^')/sinα=n_ba , n_aw=4/3, n_wa=3/4, n_ga=2/3 n_ab가 1보다 더 커질 때에는 두 번째 매질에서 더 큰 굴절이 생기고, 광선은 법선 쪽으로 굽어진다. 빛이 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 진행 할 때 입사각이 임계각보다 클 경우 경계면에서 전부 반사(100% 반사)되는 현상이다. 일반적으로 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 진행하면 경계면에서 일부는 투과해 나가고 일부는 반사된다. 그러나 입사각을 점점 증가시키면 특정한 각 이상이 되었을 때 투과하는 빛은 전혀 없고 전부 경계면에서 반사한다. 이것을 전반사라고 하며, 이 때의 입사각을 임계각이라고 한다.

실험방법 및 결과
실험 장비 : 광학대 , 광선 보기 테이블 , 광학부품 고정대 , 슬릿판 , 슬릿마스크 , 원통형 렌즈
1.광원을 슬릿판과 슬릿마스크를 통과시켜 빛이 한 줄기만 나오도록 배치하여 광선 보기 테이블의 정중앙을 통과하도록 한다.
2. 원통형 렌즈의 평면을 광원과 마주보게 하여 빛이 수직 입사 하도록 한다. 이때의 입사각과 굴절각을 입사각1, 굴절각1로 정의한다.

참고 자료

두산백과, “빛의 굴절”
비상학습백과 중학교 과학, “빛의 굴절”
문용식, 기초 광학 실험, 북스힐
김봉환 외 8인, 실무 기하광학, 범한서적주식회사, 제3장
위키백과, “스넬의 법칙”, https://ko.wikipedia.org/wiki/스넬의법칙
김경헌 외 14인, 대학물리학, (인하대학교 출판부, 인천, 2006), 제23장.
D. Halliday et al, FUNDAMENTALS OF PHYSICS, (John Wiley & Sons, Inc., 2005. 7/E), Chapter 33.
한국물리학회, 일반물리학실험, (請文閣, 1997), p.231
정보통신기술용어해설, http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?m_temp1=2523