[서울대학교 물리학실험2 A+ 보고서(2020)] 5. 빛의 반사와 굴절+(생략) 보고서(광학)

소개글

서울대학교 물리학실험2의 다섯번째 실험 보고서(광학분야)입니다.

목차

1. 서론
1.1. 실험 목적
1.2. 배경 지식
1.3. 실험 방법 및 장비

2. 세부 실험 과정 및 실험 결과
2.1. 실험1: 빛의 반사
2.2. 실험2: 빛의 굴절과 전반사
2.3. 실험3: 볼록렌즈의 초점거리
2.4 실험4: 빛의 간섭과 회절

3. 오차 분석 및 토론
3.1. 실험1 토론
3.2. 실험2 오차 분석
3.3. 실험3 오차 분석
3.4. 실험4 토론

4. 결론

본문내용

Abstract
본 실험에서는 빛이 반사될 때 입사각과 반사각의 관계, 다양한 거울들을 이용한 반사실험으로 빛의 반사법칙을 이용한다. 또, 프리즘을 이용해 빛의 굴절을 이해하고, 전반사가 일어나기 위한 입사각을 측정한다. 얇은 렌즈 실험에서는 스크린에 선명한 상이 생기는 위치를 측정해서 볼록렌즈의 초점거리를 계산한다. 빛의 간섭과 회절 실험으로 단일 슬릿과 이중 슬릿에 대해 실험하고, 이를 통해 빛의 파동성을 이해하고 빛의 파장을 계산한다.

1. 서론
1.1. 실험 목적
본 실험에서는 다양한 거울들을 이용한 반사실험과 프리즘을 이용한 굴절 실험으로 빛의 반사와 굴절 법칙, 전반사를 이해한다. 얇은 렌즈 실험에서 상이 맺히는 위치를 통해 렌즈들의 초점거리를 계산한다. 단일 슬릿과 이중 슬릿을 이용해서 간섭과 회절을 확인해 빛의 파동성을 이해하고, 이를 이용해 빛의 파장을 계산한다.

1.2. 배경 지식
1.2.1. 빛의 진행: 반사와 굴절
빛의 진행은 페르마의 원리를 따라서 최소 시간인 경로로 진행하게 된다. 빛은 어떤 표면에 부딪힐 때 반사를 하는데, 부딪히는 점에서 표면에 수직인 선인 법선과 빛이 이루는 각을 입사각과 반사각이라고 한다. 반사각이 항상 입사각과 같다는 것이 반사의 법칙이다. (θ_i=θ_reflection)

빛의 굴절은 매질의 종류나 상태가 변할 때 생기는데, 빛의 속력이 바뀌면서 최소 시간 경로가 직선이 아니어서 생긴다. 빛이 굴절한 후 빛이 법선과 이루는 각을 굴절각이라고 하는데, 입사각 θ_i와 굴절각 θ_r 사이에서는 스넬의 법칙이 성립한다.
n_1 sinθ_i=〖n_2 sinθ〗_r
n_1은 처음 빛이 진행하던 매질의 굴절률, n_2는 나중 빛이 진행하는 매질의 굴절률이다. n_1>n_2면 매질의 경계면을 지나면서 빛은 더 빨라지는데, 입사각이 임계각 θ_c이 되면 빛은 굴절각이 90°가 돼서 경계면을 따라 진행한다.

참고 자료

David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Fundamentals of Physics Extended, 10th ed., Wiley, 2013, pp. 1012-1019, 1023-1029, 1033-1036, 1047-1103.
Raymond A.Serway, John W.Jewett,Jr., Principles of Physics: A CALCULUS-BASED TEXT, 5th ed., Cengage, 2013, pp.854-861, 863-866, 879-887, 891-899, 910-926