[물리학]굴절률 측정(프리즘 분광계) 결과보고서

소개글

실험목적
- 프리즘 분광계를 이용하여 프리즘의 꼭지각과 최소 편향각을 측정하여 프리즘의 굴절률을 측정한다.

결과보고서

목차

실험목적

1. 실험 요약

2. 실험 결과
2.1 삼각형 프리즘을 이용한 굴절률 측정
2.2 반원형 프리즘을 이용한 굴절률 측정

3. 결과 분석
3.1 측정값 분석
3.2 삼각형 프리즘 실험 고찰
3.3 원통형 프리즘 실험 고찰
3.4 오차의 원인

4. 토의 사항
- 광학에서 프리즘은 어떻게 쓰이고, 그 역할은 무엇인가?
- 빛이 프리즘을 통과하면 무지개 빛으로 보이는 이유?
- 아침에 동이 틀 때, 동쪽하늘을 보면 태양이 붉은색으로 보임을 알 수 있다. 태양이 붉은 색으로 보이는 이유와 하늘이 파랗게 보이는 이유는?
- 반사와 굴절의 세 가지 기본법칙에 대해 설명하시오.
- 매질의 경계에서 굴절되는 정도는 무엇에 의존되는가?
- 굴절율 측정 방법에는 어떠한 것들이 있나?

5. 결론
참고문헌

본문내용

실험제목
- 굴절률 측정(프리즘 분광계)

실험목적
- 프리즘 분광계를 이용하여 프리즘의 꼭지각과 최소 편향각을 측정하여 프리즘의 굴절률을 측정한다.

1. 실험 요약

다른 매질의 경계면에 입사한 빛의 일부는 반사의 법칙에 따라 반사하고 나머지 부분은 굴절하여 진행한다. 빛이 서로 다른 매체를 통과할 때 빛의 진행 방향이 바뀌게 되는데 이때 빛은 두 매체의 경계면에서 오른쪽 그림과 같이 반사와 굴절을 하게 된다. 경계면에서 반사하는 빛이 경계면의 법선과 이루는 각도(반사각)은 입사각과 같다. 그리고, 다른 매체에 입사한 빛이 경계면의 법선과 이루는 각도는 스넬의 법칙으로 불리는 아래의 식에 의해 구할 수 있다.

그리고 매질의 굴절률(index of refaction) n은 그 매질에서의 빛의 속력 v에 대한 진공에서의 빛의 속력 c의 비율로 정의된다.
n ≡

본 실험은 프리즘을 사용하여 프리즘에 단색 광속을 입사했을 때 최소 편의각을 측정함으로서 이 프리즘의 굴절률을 결정하는 것이다.

위 그림에서 편의각 를 A와 의 함수로 나타내면

이 되고 이 편의각이 최소 즉 인 경우 , 이 성립하고 따라서, 이 되고 이 때문에 첫 번째 면에서 스넬 법칙을 적용하면
의 관계식을 얻는다. 위 방정식은 투명한 물질의 굴절률을 결정하는 가장 정확한 방법을 제공한다. 임의의 물질로 프리즘 모양을 만들고 나서 A와 을 측정하면, 각 파장에 대한 n가 식 (3)으로부터 계산될 수 있다. 평행한 평면 유리판을 프리즘 면으로 갖는 속이 빈 프리즘을 만든다면 그 속에 액체나 기체를 채워서 유체의 굴절률을 측정할 수 있다.
다음 실험으로 반원형 프리즘을 사용하여

위 그림과 같이 실험을 설계하여 다음 두 경우에 의한 굴절률을 측정한다.

두 번째의 경우 내부 전반사에 의한 임계각을 볼 수 있고 두 실험의 비교를 통해 빛의 가역성을 확인할 수 있다.

참고 자료

- Optics / Hecht / Addison Wesley
- 응용광학 / 장수, 조재흥 공역 / 두양사
http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/Optics
http://physica.gsnu.ac.kr/