[일반물리학실험] 전반사 및 초점거리 실험
1. 실험 제목 : 전반사 및 초점거리 실험
2. 실험 목적 : 렌즈의 초점거리를 결정하고 렌즈에 의한 상의 배율을 측정하고, 거울에 의한 반사에서 입사각과 반사각을 측정하여 반사의 법칙을 이해하고 빛의 굴절실험을 통해 굴절의 법칙을 확인하고 굴절률을 확인한다.
3. 관련 이론
A. 초점 거리
a를 물체와 렌즈 간의 거리, b를 렌즈에서 상까지의 거리, f를 렌즈의 초점거리라고 하자. 굴절법칙에 의해 맺혀진 상의 위치는 다음과 같은 방정식으로 주어진다.
(1)
b가 양수이면 상은 실상이며, 음수이면 상은 허상이 된다.
렌즈의 배율은 물체의 크기 A와 스크린에 형성된 상의 크기 B의 비로 정의된다. 즉 아래와 같이 배율을 표현 할 수 있다.
(2)
B. 전반사
진행파가 진행 중인 매질과 다른 매질 또는 불연속적인 경계에 부딪혀 방향이 바뀌어 진행하는 현상을 반사라 한다. 경계면이 평탄하면 반사각이 동일하게 되어 ‘정반사’가 발생하지만, 경계면의 요철이 파장과 같거나 크면 반사파는 여러 방향으로 진행하여 ‘난반사’가 발생하게 된다.
파동이 경계면에서 종류가 다른 매질로 진행하면 반사파와 투과파를 수반한다. 투과 없이 전체가 반사되는 경우를 ‘전반사’라고 부른다. 전반사는 굴절률이 높은 매질에서 낮은 매질로 진행할 때 발생한다. 또한 입사각을 , 반사각을 이라 하면 반사의 법칙은 아래와 같이 성립한다.
진행파가 원래의 매질과는 다른 매질 속으로 들어갈 때 파동의 속도가 변하여 진행방향이 달라지는 현상을 ‘굴절’이라 한다. 이때 파동의 파장은 변하지만 진동수는 다른 매질에서도 변하지 않는다. 입사되는 매질의 굴절률을 , 투과되는 매질의 굴절율을 라 하면 굴절에 관한 스넬의 법칙은 다음과 같이 표현되어 진다.
4. 실험 방법
A. 초점거리
① 광학대의 양 끝에 스크린과 화살표모양의 물체를 두고, 물체의 뒤편에서 스크린을 향하여 광원으로 비춘다.
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2013.12.10
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