과고 물리 1등급의 기하광학 실험보고서

목차

1. 실험 목적
2. 준비물
3. 이론적 배경
4. 실험방법
5. 실험결과
6. 결론 및 고찰
7. 참고 논문

본문내용

1. 실험 목적(Purpose)
이 실험은 오목렌즈와 볼록렌즈를 사용하여 수업시간에 배운 기하광학 공식들을 직접 확인해보고자 한다. 물체의 상이 맺히는 곳을 확인하고 허상에 대한 고찰을 실험으로 재현해보고자 한다.

2. 준비물
준비물: 광원(10와트의 석영-할로겐 전구), 1.2m 광학 레일, 스크린, 오목 렌즈 및 볼록렌즈(초점거리 100mm)
여기서 a는 렌즈와 물체간의 거리, b는 렌즈와 상까지의 거리, f는 렌즈의 초점거리이다. 여기서 초점거리의 정의는 평행광선이 렌즈를 통과하면 한 점에 모이게 되는데 렌즈와 이 점사이의 거리를 초점거리라 한다.
볼록렌즈의 경우 물체에서 나온 광선이 실제로 한 점에 모이는데, 이를 실상이라 하며 렌즈에서 실상까지의 거리가 초점거리다. 반면에, 오목렌즈의 경우 광선들이 한 점에 모이는 것이 아니고 마치 한 점에서 출발한 것처럼 보이는데, 이를 허상이라 한며 렌즈에서 허상까지의 거리가 초점거리다.

렌즈의 기본
렌즈의 원리를 공부하는데 있어 가장 먼저 광선추적법(ray-tracing)이라고 부르는 세 가지 원리를 이해해야한다.

(1) 렌즈 주축(principal axis)에 평행하게 입사한 ray는 렌즈를 통과하며 반대편 초점을 통과한다.
(2) 렌즈 초점을 지나며 입사한 ray는 렌즈를 통과 후 평행하게 진행한다.
(3) 렌즈의 중심을 통과한 ray는 굴절없이 그대로 일직선으로 진행한다.
아래 그림으로 자세히 알아보겠습니다. (이때 렌즈의 두께는 매우 얇다고 가정합니다. 실제 두께가 있는 렌즈에서는 렌즈로 ray가 들어올때와 나갈때 두번 굴절되기 때문에 복잡해 집니다.)

위 그림에서 F는 초점(렌즈 중심을 기준으로 양쪽 같은 거리에 있습니다.)을 의미하고 빨간색 ray가 (1), 녹색 ray가 (2), 보라색 ray가 (3)번 원리에 따른 광선의 움직임을 보여주고 있다.

참고 자료

https://mkpark.tistory.com/4
David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker. (2021). 일반물리학 1. n.p.: 텍스트북.