이 실험 소개
두 투명한 매질 사이의 경계면을 향해 광선을 쏩니다. 각도와 굴절률을 조정하여 반사, 굴절, 전반사를 비교합니다. 두 각도는 모두 경계면에 수직인 선인 법선을 기준으로 측정합니다. 광선의 너비는 광량을 개략적으로 나타내며, 숫자로 표시된 값은 계산된 비율을 보여 줍니다.
학습 목표
- 평면 경계면에서 반사의 법칙과 스넬의 법칙 적용하기
- 투과 광선이 법선 쪽으로 꺾이는지, 법선에서 멀어지는지 예측하기
- 임계각과 전반사가 일어나는 조건 파악하기
사용 방법
- 1유리를 아래에 두고 위에 공기를 설정한 다음, 입사각을 키웁니다. 입사각과 굴절각을 비교합니다.
- 2매질을 서로 바꿉니다. 굴절 광선이 법선에서 멀어지는 모습을 관찰합니다.
- 3전반사 프리셋을 선택한 다음, 임계각보다 작아질 때까지 각도를 낮춥니다.
- 4두 굴절률을 같은 값으로 설정합니다. 광선의 진행 방향과 반사되는 광량을 확인합니다.
모델
가정
- 두 매질은 모두 균질하고 등방성이며 비자성이고 투명하며, 흡수가 없습니다.
- 경계면은 평평하고 파장보다 훨씬 큽니다. 회절과 표면 거칠기는 무시합니다.
- 굴절률은 실수이며 파장에 따라 변하지 않습니다. 프레넬 전력 분율은 비편광 빛을 가정합니다.
수업에서 해 보기
- Q1빛이 공기에서 유리로 진행할 때 임계각이 존재하지 않는 이유는 무엇인가요?
- Q2굴절률이 1.50인 유리에서 공기로 진행할 때 임계각을 추정하고, 그 추정값을 검증해 보세요.
- Q3수직 입사에서 굴절각이 0이라는 것은 반사 전력도 0이라는 뜻인가요?
자주 묻는 질문
굴절이 일어나는데도 반사 광선이 남는 이유는 무엇인가요?
굴절률이 서로 다른 매질의 경계면에서는 입사 전력의 일부가 일반적으로 반사되고 나머지는 투과됩니다. 프레넬 방정식이 각 분율을 결정합니다.
정확히 임계각에서는 어떤 일이 일어나나요?
한계 투과 방향은 법선에서 90도 떨어진 경계면을 따라갑니다. 손실이 없는 경계에서는 법선 방향의 투과 전력이 0에 가까워집니다. 이 모델에서는 임계각을 넘으면 전파하는 투과 광선이 없습니다.