일반물리학실험 - 스넬의 법칙

목차

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본문내용

Ⅰ. 실험목적
본 실험을 통해 백색광과 사각 프리즘을 사용하여 빛의 굴절에 대한 스넬의 법칙을 이해한다. 나란한 광선을 얇은 볼록 렌즈와 오목 렌즈에 입사시켜 광선의 진행 경로를 관찰한다. 이로부터 볼록 렌즈와 오목 렌즈의 차이점을 배운다.

Ⅱ. 실험원리
1. 스넬의 법칙
매질에 따라 파동의 진행 속력이 달라짐으로 인해 서로 다른 매질의 경계면을 통과하는 파동의 진행 방향이 바뀌게 되는 현상을 굴절이라고 한다. 굴절각 는 두 매질의 특성에 따라 다르며 입사각과 와 같은 관계를 갖는다. 이때, 매질의 굴절률 n을 다음과 같이 정의한다. 파동이 한 매질에서 다른 매질로 진행할 때, 속력은 변하지만 주파수는 변하지 않는다. 빛의 파동이 한 매질에서 다른 매질로 진행할 때 주파수 역시 일정하다. 따라서 빛이 진행하는 매질 1과 매질 2에서 를 얻을 수 있다. () 이 식을 굴절률의 정의를 이용하면 를 얻는다. 이를 입사각과 굴절각의 관계에 적용시키면 다음과 같다. 이를 스넬의 법칙이라고 하며, 굴절각은 입사각과 물질의 굴절률에 따른다는 것을 나타낸다. 빛의 굴절률은 빛의 진동수에 따라 달라지므로 주어진 각으로 물질에 입사하는 백색광은 구성 성분의 진동수에 따라 다른 색으로 분리되어 제각기 다른 각도로 굽어진다.
빛이 굴절률이 큰 물질로부터 굴절률이 작은 물질의 경계면으로 진행할 때, 굴절각이 입사각보다 커지고, 입사각이 어떤 임계각보다 크면 빛이 경계면을 투과하지 못하고 모두 반사하는데, 이를 전반사라고 한다. 특정 입사각을 임계각()이라고 하고, 이때의 굴절각은 90°이다. 입사각이 정확히 임계각과 같아서 굴절각이 90°가 되면 스넬의 법칙은 다음과 같다.

2. 얇은 렌즈의 초점 거리
렌즈의 두께가 물체와의 거리, 상과의 거리 및 렌즈 굴절면의 곡률 반지름보다 매우 얇에서 렌즈의 두께 효과를 무시할 수 있는 렌즈를 얇은 렌즈라고 한다.

참고 자료

일반물리학실험, 제 5판, Part2 스넬의 법칙, 부산대학교 물리학교재편찬위원회, 청문각, 2018년
부산대학교 일반물리학실험실, 스넬의 법칙,
https://gplab.pusan.ac.kr/gplab/44358/subview.do
최신대학물리학Ⅱ, 제 5판, 25장 빛의 반사와 굴절, Raymond A. Serway, John W. Jewett, 2016년
네이버 지식백과, 두산백과, ‘스넬의 법칙’,
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1116705&cid=40942&categoryId=32235
네이버 지식백과, ‘오목렌즈’,
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=941026&cid=47338&categoryId=47338

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