[물리실험 사전,결과 보고서]반사와 굴절의 법칙

목차

1.실험목적
2.실험이론
3.실험방법
4.실험결과
5.분석및토의

본문내용

1. 실험목적
거울반사를 이용하여 입사각과 반사각을 구함으로써 반사의 법칙을 이해하고 빛의 굴절실험을 통해 굴절률을 측정해 봄으로써 굴절의 법칙을 확인한다.

2. 실험이론
가. 반사의 법칙
(1) 반사나 굴절에서 각을 따질 때는 수평인 평면을 기준으로 하는 것이 아니고, 법선을 기준으로 한다는 것에 조심해야 한다.
이것을 달리 표현 하면, 입사파와 반사파는 법선을 기준으로 양쪽에 있다는 말로 표현하기도 한다. 즉, 옆의 그림과 같이 법선을 기준으로 양쪽으로 각의 크기를 나타내라는 말이다.
어떤 빛이 면에 수직인 법선과 같은 방향으로 입사한다면, 입사각은 몇도인가? 이것은 법선을 기준으로 양쪽으로 하나도 벗어난 각이 없기 때문에 0°이다. 혹시 90°라고 하면 틀리는 것이다.
또, "입사광선, 반사광선, 법선은 한 평면을 이룬다"라는 말을 가끔 하는데 이것은 빛은 항상 불규칙 bound를 하지 않는다는 뜻이다. 여러분들은 야구할 때 공이 불규칙 bound하는 것을 본 적이 있을 것이다. 이것은 야구공이 예상 외로 앞으로나 뒤로 튀어나가는 것이며, 이런 운동은 두 평면에서 일어나는 현상이다. 그런데 파동은 반사할 때 불규칙 bound에 해당하는 이런 두 평면 운동을 하지 않는다는 말이다.
(2) 굴절의 법칙
(가) 빛은 항상 밀도가 큰 쪽으로 굴절한다. 볼록거울은 중심이 더 두꺼우니까 중심쪽으로 꺾이고, 오목렌즈는 가장자리가 더 두꺼우니까 바깥쪽으로 꺾이는 것을 생각하면 알 것이다.
그림(a)는 매질2가 더 밀해서 그 쪽으로 꺾이다 보니 굴절각이 더 작다.( i>r)
그림(b)는 매질1이 더 밀해서 그 쪽으로 꺾이다 보니 굴절각이 더 크다.(i<r)
빛은 매질이 없이도 스스로 나갈 수 있기 때문에 밀도가 큰 물질이 있을수록 속도는 늦어지는 경향이 있다. 빛은 밀도 가장 작은 진공에서 제일 빠르다.
그래서 그림(a)는 매질2에서 더 늦어지고, 그림(b)에서는 매질2에서 더 빠르다.
매질이 있어야 갈 수 있는 빛 이외의 다른 파동에서는 매질의 밀도가 클수록 더 빨라진다. 예를들면 소리는 진공에서는 아예 갈 수가 없으며, 공기 속에서 보다 밀도가 큰 물 속에서 더 빠르게 간다.

(3) 임계각 및 굴절률
(가) 빛은 밀한 쪽으로 꺾인다. 그래서 전반사가 되려면 왔던 쪽으로 되돌아가는 것이니까 제1매질이 더 밀해야 한다.
그리고 그림에서 보는 바와 같이 입사각이 커질수록 굴절각도 점점 커지는 것을 알 수 있다.
예를들면 A보다 B가 더 입사각이 크니까, A의 굴절각보다 B의 굴절각이 더 크다. B의 굴절각은 90°이다.
B의 입사각은 굴절각을 90°로 하는 입사각인데 이런 입사각을 임계각()이라 한다.
임계각은 물질마다 굴절률이 다르듯이 모두 다르다.
밀한 매질에서 소한 매질로 갈 때, 입사각이 임계각보다 크면 전반사가 일어난다.
전반사가 일어난다는 것은 빛이 경계면을 넘어가지 못하고 모두 반사한다는 말이다. 그래서 물 속에 있는 전구가 C쪽으로 보낸 불빛은 물 밖으로 나가지 못하고, 모두 물로 반사되어 되돌아가게 된다.

참고자료

· 없음