1. 거울에 의한 반사에서 입사각과 반사각을 측정하여 반사의 법칙을 이해하고 빛의 굴절실험을 통해 굴절의 법칙을 확인하고 굴절률을 측정한다.
2. 렌즈의 초점거리를 결정하고 렌즈에 의한 상의 배율을 측정한다.
진행파가 진행 중인 매질과는 다른 매질 또는 불연속적인 변화가 있는 경계면에 부딪쳐 방향이 바뀌어 원래의 매질 속의 새로운 방향으로 진행하는 현상을 반사라 한다. 특히 파동의 경우 경계면이 평탄하면 경계면과 수직인 법선과 입사광선이 이루는 각, 즉 입사각과 경계면의 법선과 반사광선이 이루는 각, 즉 반사각은 동일하 게 되는데, 이러한 반사를 ‘정반사’라고 한다. 반면에 경계면이 파장에 비하여 평탄하지 않으면, 경계면의 요철이 파장과 같거나 크게 되면 반사파 는 여러 방향으로 진행하게 되는데, 이러한 반사를 ‘난반사’ 또는 확산반사라고 한다.
파동의 경우에는 경계면에서 반사되는 반사파뿐만 아니라 종류가 다른 매질 속으로 들어가는 굴절파를 수반하는 것이 보통이고 입자인 경우는 종류가 다른 매질 또는 경계면에 의한 흡수가 일어날 때가 있다. 즉, 파동이 경계면에서 종류가 다른 매질로 진행하면 보통 반사파와 투과파를 수반한다. 투과 없이 전체가 반사되는 경우를 전반사 또는 완전반사라고 한다. 전반사는 파동이 굴절률이 높은 매질에서 낮은 매질로 입사될 때 일어나는 현상이다.
파동에 의해 경계면에서 일어나는 반사에는 다음과 같은 법칙이 성립한다. 입사선과 반사선은 이들이 경계면에서 만나는 점에 있어서의 경계면의 법선과 동일평면 안에 있게 되고 입사각과 반사각은 같다. 이것을 반사의 법칙이라 부른다.
실험 방법
1. 반사의 법칙
1) 실험기구를 설치한다.
2) 빛이 각도 조정 회전판 degree scale 에 표시되어 있는 normal이라는 굵은 화살표에 일치되도록 조정한다.
3) 각도 조정 회전판에 있는 component로 표시된 선에 거울의 표면을 주의하여 일직선으로 맞춘다.
4) 각도 조정 회전판 위에 반원통형 렌즈를 올린다. 이 때, 빛과 둥근 면이 만나게 한다.
5) 정확하게 일직선이 되면 각도 조정 회전판을 10도씩 회전시키면서 빛을 관찰하고 입사각과 반사각을 측정한다.
2. 임계각 및 굴절률
1) 실험 A처럼 설계를 하되, 반원통형 렌즈의 평평한 면과 빛이 만나게 한다.
2) 렌즈가 정렬되면 각도계의 중심을 통과하는 지름선을 반원통형 렌즈의 평평한 면과 수직되게 만든다.
3) 각도 조정 회전판을 10°씩 회전시키면서 40°까지 전반사가 일어나는지 관찰한다.
4) 40°에서 50°까지는 1°씩 변화시키면서 전반사가 일어나는지 관찰한다.
3. 초점거리
1) 광학대의 양 끝에 스크린과 화살표 모양의 물체를 두고 물체의 뒤편에서 스크린을 향하여 광원으로 비 춘다.
2) 렌즈를 물체 가까이 놓고 스크린에 확대된 상을 관찰하면서 렌즈를 좌우로 조금씩 움직여 스크린에 가장 선명한 상이 나타나도록 렌즈를 조정한다. 물체와 렌즈, 스크린 등의 중심이 일직선상에 있도록 만 든다.
3) 렌즈로부터 물체와의 거리 a와 스크린까지의 거리 b를 측정하여 기록한다.
4) 렌즈를 스크린 가까이 움직여 축소된 선명한 상이 스크린에 나타나도록 하여 렌즈로부터 물체와의 거리 a'과 스크린까지의 거리 b'을 측정하여 기록한다. 또한 물체의 크기와 상의 크기를 측정하여 배율을 구해보고 a'과 b'에 의한 배율과 비교해 본다.
5) 앞의 과정에서 렌즈의 움직인 거리 d=a-b또는 a'-b'이라고 하면 렌즈의 초점거리는 다음 관계식과 같이 표현된다.
여기서 D=a+b=a'+b'이다
위의 식을 통해 구한 초점거리(실험값)와 미리 알고 있는 렌즈의 초점거리(참값)을 비교하여 오차 %를 구한다.
6) 물체와 스크린과의 거리를 바꾼 후 ①에서 ⑤의 과정을 반복한다.
7) 위의 실험을 참값인 초점거리가 75㎜인 렌즈와 150㎜인 렌즈로 반복.
[일반물리학실험]전반사 및 초점거리 레포트
1. 실험 목적 1.1. 거울에 의한 반사에서 입사각과 반사각을 측정하여 반사의 법칙을 이해하고 빛의 굴절실험을 통해 굴절의 법칙을 확인하고 굴절률을 측정한다. 1.2. 렌즈의 초점거리를 결정하
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