实验6:探究光的折射、全反射和色散现象

一、实验目的

直观理解光的反射和折射定律,明白全反射产生的原因。

二、实验原理

反射规律:在同一均匀介质中,入射光与反射光分居法线两侧,以法线呈左右镜像对称分布,入射角等于反射角。

折射规律:光线从介质1入射到介质2,入射光与折射光分居法线两侧,入射角与反射角一般不相等,满足以下规律:

\[\frac{\sin\theta_1}{\sin\theta_2}=\frac{n_2}{n_1}\]

其中,\(\theta_1\) 是入射角,\(\theta_2\) 是折射角,\(n_1\) 是介质1的折射率, \(n_2\) 是介质2的折射率。即入射角与反射角的正弦之比与折射率之比成反比。

全反射规律:全反射是特殊的折射,发生在从光密介质到光疏介质的折射中。即当折射角大于90°时,将不再折射,发生全反射。此时对应的入射角 \(\angle C\),就是临界角。故而,在从介质1射入介质2时,发生全反射的条件为:

\[\frac{\sin\angle C}{\sin(\pi/2)}=\frac{n_2}{n_1}\]

\[\sin\angle C=\frac{n_2}{n_1}\]

这里,\(\angle C\) 是入射角,为临界角,\(\sin(\pi/2)\) 是折射角,\(n_1\) 是介质1的折射率, \(n_2\) 是介质2的折射率。

光的色散现象:白色光经过三棱镜后会分解为多种颜色的光。由于不同色光在同一介质中速度不同,因而产生色散现象。

三、实验仪器

支持Html5的浏览器。

四、实验步骤

1.探究发生全反射下的临界角。选择物质B为介质1,空气为介质2,通过测量临界角,计算物质B的折射率。将发生全反射时的实验界面截图保存。

2.切换到“棱柱”功能,选择一种折射物(比如三棱镜,梯形棱镜等),观察其色散现象,并截图说明。

3.切换到“更多工具”,探究在发生全反射时,光线的粗细和光强是如何改变的。总结规律并解释这一现象。探究实验界面的其他功能,并写入实验报告。

五、开始实验:

实验讲解:

如果看不到视频,可以访问这个链接查看

实验界面:

如果看不到实验界面,可以访问实验外部链接:https://phet.colorado.edu/sims/html/bending-light/latest/bending-light_zh_CN.html

六、实验报告

将实验步骤中的具体要求和测量过程写入实验报告,交给学习委员汇总。文件名以“班级-学号-姓名-实验名称”命名。

发表评论